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三菱Q系產(chǎn)品在擠壓式涂布機(jī)的應(yīng)用

時(shí)間:2014-10-23 16:05:07來(lái)源:曾少林

導(dǎo)語(yǔ):?本文主要介紹三菱Q系工控產(chǎn)品在某型號(hào)擠壓式涂布機(jī)機(jī)頭的升級(jí)改造,并對(duì)原用于烘干箱風(fēng)機(jī)控制的變頻器組建CC-LINK總線網(wǎng)絡(luò)。

摘要:本文主要介紹三菱Q系工控產(chǎn)品在某型號(hào)擠壓式涂布機(jī)機(jī)頭的升級(jí)改造,并對(duì)原用于烘干箱風(fēng)機(jī)控制的變頻器組建CC-LINK總線網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞:QCPU、伺服電機(jī)、擠壓式、涂布機(jī)、鋰電池、變頻器、CC-LINK

引言:鋰離子電池因其具有能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于軍事和民用小型電器中,如移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等。大容量鋰離子電池已在電動(dòng)汽車(chē)中試用,鋰離子電池隨之進(jìn)入了大規(guī)模的生產(chǎn)實(shí)用階段。然而涂布是鋰離子電池正極制作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),好的正極材料對(duì)電池容量等性能有直接影響。

所謂涂布就是指糊狀聚合物、熔融態(tài)聚合物或聚合物溶液涂布于薄膜上制得復(fù)合膜的方法,對(duì)于鋰離子電池而言,涂布基片(薄膜)是金屬箔,一般為銅箔或者鋁箔。采用的技術(shù)就有擠壓涂布技術(shù),它是一種相對(duì)比較先進(jìn)的工藝,適用于粘度較高的流體涂布,而且形成的涂層的精度也相對(duì)比較高。整個(gè)過(guò)程就是從基片放入涂布機(jī)(稱(chēng)為放卷)到涂布后的基片從涂布機(jī)中出來(lái)(稱(chēng)為放卷)的若干連續(xù)工序。其整個(gè)流程為:放卷→接片→拉片→張力控制→自動(dòng)糾偏→涂布→干燥→張力控制→自動(dòng)糾偏→收卷,如下圖1所示:

圖1涂布機(jī)涂布流程

此論文應(yīng)用背景就是對(duì)客戶的某一量產(chǎn)型號(hào)的擠壓式涂布機(jī)進(jìn)行升級(jí)和改造。

下圖2為升級(jí)改造前涂布機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

主要分兩部分進(jìn)行說(shuō)明:

1)、機(jī)頭升級(jí)改造(性能升級(jí)與控制優(yōu)化);

2)、變頻器網(wǎng)絡(luò)化(基于CC-LINK總線)改造;

圖2升級(jí)改造前涂布機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1、機(jī)頭升級(jí)改造

1.1、原先機(jī)頭配置

涂布機(jī)的最重要的性能指標(biāo)就是涂布精度,為了提高涂布精度,那么必須快速控制背輥與涂布輥間的間隙,實(shí)現(xiàn)快速跟蹤,達(dá)到最佳間隙控制,這樣才能減少涂布振動(dòng),提高涂布精度。涂布厚度的調(diào)節(jié)方式有兩種可供選擇:1)、調(diào)整刮刀間隙的機(jī)械調(diào)節(jié);2)、改變涂布輥與背輥速比的電氣調(diào)節(jié)。圖3為機(jī)頭背輥與刮刀實(shí)物圖。

圖3背輥與刮刀實(shí)物圖

原先涂布機(jī)的機(jī)頭主要配置是:使用2臺(tái)FX3UPLC,2個(gè)高速輸出適配器,共同構(gòu)成對(duì)8軸J3伺服的控制系統(tǒng)。部分配置清單如下圖4所示(注:圖中所示FX3U-32MT為機(jī)尾控制用的PLC)。

圖4升級(jí)改造前主要配置清單

存在的問(wèn)題:針對(duì)J3伺服電機(jī)由于采用高速輸出脈沖對(duì)其進(jìn)行控制,存在接線多、走線復(fù)雜,對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)接線人員的水平有很高要求,其技能水平的高低決定不同批次的產(chǎn)品的品質(zhì);對(duì)于電氣編程調(diào)試人員來(lái)說(shuō),由于采用了兩臺(tái)獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng),增加了程序編寫(xiě)的復(fù)雜性,對(duì)于后期的調(diào)試工作也帶來(lái)不利。同時(shí)PLC控制系統(tǒng)的離散性,對(duì)于信息的整合很不便利,之前的解決方案是用兩臺(tái)HMI分別對(duì)應(yīng)一臺(tái)PLC,一直存在的問(wèn)題是通信線纜長(zhǎng)度(RS232通信方式)與穩(wěn)定性。

1.2、升級(jí)改造后配置

Q系選型方法為:控制系統(tǒng)由原先的FX3UPLC升級(jí)到Q系PLC,根據(jù)與FX3U所實(shí)現(xiàn)的功能一一對(duì)比,然后對(duì)應(yīng)選擇Q系相關(guān)產(chǎn)品,最終確定配置型號(hào)。

QCPU選用通用型Q03UDECPU,提高運(yùn)算處理能力,減小循環(huán)掃描周期。J3系列伺服電機(jī)用同功率的J4系列伺服電機(jī)替代,定位模塊選用QD77MS16。由于采用光纖通信方式,摒棄了原先所用的脈沖控制方式,減輕了人員工作壓力,節(jié)省接線,降低線路故障,提高工作效率,進(jìn)一步提高伺服系統(tǒng)的抗干擾能力。同時(shí),配置一個(gè)CC-LINK模塊將原先采用“外控”方式的變頻器連接到CC-LINK總線網(wǎng)絡(luò),只要每個(gè)變頻器配置一個(gè)FR-A7NC配件,這樣就與QCPU系統(tǒng)整合到一起進(jìn)行集中監(jiān)控,既方便了現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行監(jiān)控,也進(jìn)一步提升了整機(jī)的自動(dòng)化程度,提高了產(chǎn)品價(jià)值。

圖5為升級(jí)改造后結(jié)構(gòu)示意圖,圖6為整機(jī)設(shè)備的Q系配置清單。

圖5升級(jí)改造后涂布機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖6選定Q系配置清單

1.3、機(jī)頭相關(guān)功能調(diào)試

此節(jié)根據(jù)對(duì)控制刮刀、涂布輥和背輥的伺服電機(jī)控制要求的不同來(lái)進(jìn)行功能編程與調(diào)試。

1.4、刮刀伺服的梯形圖編寫(xiě)與調(diào)試

根據(jù)工藝要求刮刀要實(shí)現(xiàn)的伺服動(dòng)作有:回零,寸動(dòng),定位。

編程如下(注意各軸緩沖區(qū)的地址,不能與QD77MS4相混淆):

圖7I/O地址分配

i.打開(kāi)編程軟件GXWORKS,新建工程,分配好各模塊地址,如上圖7所示:

ii.添加各智能模塊,完成后如圖7所示:

圖8添加智能模塊

iii.配置調(diào)刀伺服的參數(shù):雙擊“0000:QD77MS16”,再次雙擊“SimpleMotionModuleSetting”,在打開(kāi)的“簡(jiǎn)易運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)置工具”進(jìn)行模塊相關(guān)參數(shù)與伺服參數(shù)的設(shè)定,設(shè)置完成后保存。如下圖9圖10所示:

圖9模塊參數(shù)設(shè)定

圖10伺服參數(shù)設(shè)定

iv.調(diào)刀伺服的相關(guān)定位數(shù)據(jù)通過(guò)梯形圖進(jìn)行設(shè)定,程度如下所示:

左調(diào)刀回零梯形圖程序如下所示:

圖11左調(diào)刀回零梯形圖程序

左調(diào)刀寸動(dòng)梯形圖程序如下:

圖12左調(diào)刀回零梯形圖程序

左調(diào)刀定位梯形圖程序如下:

圖13左調(diào)刀定位梯形圖程序

v.調(diào)試:將梯形圖與所有參數(shù)下載,準(zhǔn)備好后進(jìn)行調(diào)刀伺服的調(diào)試。

主要調(diào)試步驟為:

1)全部程序和參數(shù)下載后,斷電重啟,查看QCPU與QD77MS16ERR燈是否閃爍,如有錯(cuò)誤發(fā)生,通過(guò)GXWORKS2的在線監(jiān)控查看錯(cuò)誤,并按照提示解決問(wèn)題。

2)通過(guò)“簡(jiǎn)易運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)置工具”的定位測(cè)試功能,檢測(cè)伺服電機(jī)是否正常運(yùn)行,接線是否正確。

圖14伺服定位測(cè)試

3)經(jīng)過(guò)步驟1)、2)后,進(jìn)行梯形圖程序的測(cè)試:對(duì)左調(diào)刀伺服動(dòng)作的確認(rèn),如若不符,一,確認(rèn)的相關(guān)數(shù)值是否賦值到相關(guān)的緩沖區(qū);二,確認(rèn)參數(shù)Pr.3“每轉(zhuǎn)移動(dòng)量”與相關(guān)賦值是否對(duì)應(yīng)。

圖15參數(shù)Pr.3”每轉(zhuǎn)移動(dòng)量”

1.5、涂布輥伺服與背輥伺服的梯形圖編寫(xiě)與調(diào)試

涂布輥伺服與背輥伺服只要進(jìn)行速度控制,所以相對(duì)來(lái)說(shuō)梯形圖程序是比較簡(jiǎn)單的。如下圖16所示。

涂布輥與背輥伺服調(diào)試過(guò)程與調(diào)刀伺服相同,不再重復(fù)描述。

圖16涂布輥與背輥的梯形圖程序

2.0、組建變頻器CC-LINK網(wǎng)絡(luò)

烘干箱溫區(qū)分十段,用于干燥涂布后的電極片,共計(jì)使用了8臺(tái)FR-F740-1.5K-CHT變頻器,在為每臺(tái)變頻器添置一個(gè)FR-A7NC配件后,就可連入CC-LINK總線網(wǎng)絡(luò)。與之前相比,具有的優(yōu)勢(shì)有:接線便利,設(shè)置簡(jiǎn)單,程序開(kāi)發(fā)量少,集中控制,便于人員進(jìn)行調(diào)試。下圖17為CC-LINK網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)(下圖包括了兩臺(tái)GT1675-VNBD連入CC-LINK網(wǎng)絡(luò))。

圖17變頻器CC-LINK網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

3.0總結(jié)

經(jīng)過(guò)半個(gè)多月的程序調(diào)試和整機(jī)運(yùn)行,廠家人員反饋的使用感受是:

1)PLC的處理速度快,響應(yīng)及時(shí),對(duì)涂布根據(jù)精度更高;

2)J4系列伺服定位精度高,因此對(duì)于刮刀間隙、背輥與涂布輥間隙的調(diào)整精度更加精準(zhǔn);

3)各輥伺服電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,供漿壓力的大小是影響涂布厚度的重要因素。所以供漿伺服的速度平穩(wěn)是涂布厚度的保證;

4)將原先獨(dú)立的兩臺(tái)PLC控制集成于一臺(tái)QCPU,同時(shí)利用QJ61BT11N模塊將之前的觸摸屏與變頻器連入CC-LINK總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理與監(jiān)控,減輕了工作量,提高了工作效率,減少故障,降低售后維護(hù)成本;

5)大大提高了衡量一臺(tái)涂布機(jī)價(jià)值的重要技術(shù)參數(shù)——涂布精度,本涂布機(jī)單面涂布精度為:≦±1μm(升級(jí)前為≦±3μm),圖18是升級(jí)改造前后技術(shù)參數(shù)的對(duì)比,圖19為某廠家的同型號(hào)擠壓式涂布機(jī)的技術(shù)參數(shù)(對(duì)比數(shù)據(jù)摘自廠家的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)與網(wǎng)頁(yè)截圖)。

              原技術(shù)參數(shù)                                                 現(xiàn)技術(shù)參數(shù)

圖18前后技術(shù)參數(shù)對(duì)比

圖19某廠家擠壓式涂布機(jī)技術(shù)參數(shù)

總之,對(duì)于涂布機(jī)機(jī)頭的升級(jí)改造達(dá)到了提高設(shè)備技術(shù)指標(biāo)和生產(chǎn)效率、整合離散控制、增加自動(dòng)化程度、提升設(shè)備品質(zhì),降低售后維護(hù)成本的目的。同時(shí),對(duì)于客戶來(lái)說(shuō),設(shè)備全部采用三菱工控產(chǎn)品,在品牌上得到提升,性能得到加強(qiáng),提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

(1)J4-B技術(shù)資料手冊(cè)

(2)QD77MS用戶手冊(cè)(位置控制)

(3)FR-F700變頻器使用手冊(cè)(應(yīng)用篇)

(4)FR-A7NC使用手冊(cè)

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