工藝介紹
涂布是二次電池最重要的工藝段之一,速度、張力的穩(wěn)定決定著被涂材料的薄厚程度以及產品的品質。被涂材料越薄,則單位體積的電池容量越高。速度越高,產量越高,成本越低。
單層鋰電池涂布機設備分為放卷區(qū)、糾偏區(qū)、牽引輥區(qū)、涂布區(qū)、烘箱區(qū)、尾部牽引區(qū)、收卷區(qū)。
■ 放卷區(qū)為異步電機加閉環(huán)變頻器的配置;變頻器采用模擬量控制;張力擺桿采用氣缸產生張力,配備張力計監(jiān)控;擺桿位置通過電位計進行反饋。
■ 涂布區(qū)為連續(xù)涂布,涂布輥采用直驅電機驅動,模擬量控制。
■ 烘箱區(qū)安裝7支過輥輔助料帶通過,變頻器加異步電機驅動,變頻器為RS-485通訊。
■ 牽引區(qū)為異步電機加閉環(huán)變頻器配置,與放卷機構類似。
■ 收卷區(qū)為自動換料結構,輔助貼合輥與切刀由氣缸控制升降,升的過程需增加緩沖阻尼,避免沖擊過大。
課題
01、線速度120米/分鐘的高速放卷下,換刀時容易產生張力波動,導致最終的涂布效果降低。
02、線速度120米/分鐘的高速放卷下,波動過大導致無法穩(wěn)定接換料,需停機后處理,拖慢生產節(jié)拍。
解決方案
1. 模糊卷徑計算技術,將精度提升至±1mm內
歐姆龍針對涂布機工藝和電氣方面的課題,專門開發(fā)了模糊卷徑計算技術:
From 傳統(tǒng)的編碼器,加上檢測圈數的光電傳感器
To 無需檢測圈數的光電傳感器
工藝流程中的張力控制機構由變頻器+三相異步電機+擺桿機構組成,通過模糊卷徑計算技術實現(xiàn)無編碼器或卷徑測量傳感器的卷徑計算,簡化機械結構,降低成本,提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。
2. 張力控制技術,張力波動削減為0
From 采用傳統(tǒng)的氣缸切刀,由于抬刀時的擾動量無法估算,僅靠PID進行調節(jié),張力波動大。
To 抬刀機構改用伺服電機控制,根據數學模型計算出擾動量作為前饋控制,張力波動將大大降低,甚至基本無變化,使得產品的涂布效果更佳,速度也可以得到提升。
控制系統(tǒng)
控制器采用集高功能運動控制和實現(xiàn)現(xiàn)場IoT網絡于一體的NX1P系列,帶動伺服電機分別控制左糾偏、右糾偏、左調刀、右調刀、供料與涂輥等。
實現(xiàn)價值
1、生產效率:線速度120米/分鐘
2、計算精度:±1mm內
3、張力波動:<1%
【經營層】
■ 應對世界環(huán)境惡化、新能源電池的制造趨勢,提供高速、高精度的涂布技術,打造行業(yè)Top競爭力。
■ 通過模糊卷徑計算技術實現(xiàn)無編碼器或卷徑測量傳感器的卷徑計算,簡化機械結構,降低設備電氣上的投入,單臺生產成本大幅降低。
【管理層】
■ 抬刀機構改用伺服電機控制,根據數學模型計算出擾動量作為前饋控制,降低張力波動,使產品的涂布效果更佳,速度也得到提升。
■ 歐姆龍機械自動化控制器 NX系列,可實現(xiàn)現(xiàn)場生產數據的采集、存儲、分析,改善管理課題,提高生產效率。
【工程師層】
■ 模糊卷徑計算與張力控制技術,可直接通過控制器FB導入,無需編程。
■ 線速度120米/分鐘的高速放卷下無張力波動,且實現(xiàn)無停機接換料。
(轉載)