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(chǎn)品的品質(zhì)。被涂材料越薄，則單位體積的電池容量越高。速度越高，產(chǎn)量越高，成本越低。

單層鋰電池涂布機(jī)設(shè)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(jī)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(chǎn)生張力，配備張力計(jì)監(jiān)控；擺桿位置通過電位計(jì)進(jìn)行反饋。

■  涂布區(qū)為連續(xù)涂布，涂布輥采用直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(jī)驅(qū)動(dòng)，變頻器為RS-485通訊。

■  牽引區(qū)為異步電機(jī)加閉環(huán)變頻器配置，與放卷機(jī)構(gòu)類似。

■  收卷區(qū)為自動(dòng)換料結(jié)構(gòu)，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(shí)容易產(chǎn)生張力波動(dòng)，導(dǎo)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(dòng)過大導(dǎo)致無法穩(wěn)定接換料，需停機(jī)后處理，拖慢生產(chǎn)節(jié)拍。

解決方案

1. 模糊卷徑計(jì)算技術(shù)，將精度提升至±1mm內(nèi)

歐姆龍針對(duì)涂布機(jī)工藝和電氣方面的課題，專門開發(fā)了模糊卷徑計(jì)算技術(shù)：

From 傳統(tǒng)的編碼器，加上檢測(cè)圈數(shù)的光電傳感器

To無需檢測(cè)圈數(shù)的光電傳感器

工藝流程中的張力控制機(jī)構(gòu)由變頻器+三相異步電機(jī)+擺桿機(jī)構(gòu)組成，通過模糊卷徑計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)無編碼器或卷徑測(cè)量傳感器的卷徑計(jì)算，簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，降低成本，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2. 張力控制技術(shù)，張力波動(dòng)削減為0

From  采用傳統(tǒng)的氣缸切刀，由于抬刀時(shí)的擾動(dòng)量無法估算，僅靠PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，張力波動(dòng)大。

To  抬刀機(jī)構(gòu)改用伺服電機(jī)控制，根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出擾動(dòng)量作為前饋控制，張力波動(dòng)將大大降低，甚至基本無變化，使得產(chǎn)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(yùn)動(dòng)控制和實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)IoT網(wǎng)絡(luò)于一體的NX1P系列，帶動(dòng)伺服電機(jī)分別控制左糾偏、右糾偏、左調(diào)刀、右調(diào)刀、供料與涂輥等。

實(shí)現(xiàn)價(jià)值

1、生產(chǎn)效率：線速度120米/分鐘

2、計(jì)算精度：±1mm內(nèi)

3、張力波動(dòng)：＜1%

【經(jīng)營(yíng)層】

■ 應(yīng)對(duì)世界環(huán)境惡化、新能源電池的制造趨勢(shì)，提供高速、高精度的涂布技術(shù)，打造行業(yè)Top競(jìng)爭(zhēng)力。

■ 通過模糊卷徑計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)無編碼器或卷徑測(cè)量傳感器的卷徑計(jì)算，簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備電氣上的投入，單臺(tái)生產(chǎn)成本大幅降低。

【管理層】

■ 抬刀機(jī)構(gòu)改用伺服電機(jī)控制，根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出擾動(dòng)量作為前饋控制，降低張力波動(dòng)，使產(chǎn)品的涂布效果更佳，速度也得到提升。

■ 歐姆龍機(jī)械自動(dòng)化控制器 NX系列，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析，改善管理課題，提高生產(chǎn)效率。

【工程師層】

■ 模糊卷徑計(jì)算與張力控制技術(shù)，可直接通過控制器FB導(dǎo)入，無需編程。

■ 線速度120米/分鐘的高速放卷下無張力波動(dòng)，且實(shí)現(xiàn)無停機(jī)接換料。