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2022 華南展招展書
控制系統

【行業案例】高速、高精度的單層鋰電池涂布應用

——降低張力波動,實現高速運行下的穩定涂布

  2022年02月14日  

  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、糾偏區、牽引輥區、涂布區、烘箱區、尾部牽引區、收卷區。

  ■ 放卷區為異步電機加閉環變頻器的配置;變頻器采用模擬量控制;張力擺桿采用氣缸產生張力,配備張力計監控;擺桿位置通過電位計進行反饋。

  ■ 涂布區為連續涂布,涂布輥采用直驅電機驅動,模擬量控制。

  ■ 烘箱區安裝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。

  ■ 牽引區為異步電機加閉環變頻器配置,與放卷機構類似。

  ■ 收卷區為自動換料結構,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定接換料,需停機后處理,拖慢生產節拍。

  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,專門開發了模糊卷徑計算技術:

  From 傳統的編碼器,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,提升系統穩定性。

  2. 張力控制技術,張力波動削減為0

  From 采用傳統的氣缸切刀,由于抬刀時的擾動量無法估算,僅靠PID進行調節,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

  控制器采用集高功能運動控制和實現現場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Top競爭力。

  ■ 通過模糊卷徑計算技術實現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,可實現現場生產數據的采集、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,且實現無停機接換料。

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