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【行业案例】高速、高精度的单层锂电池涂布应用 | 降低张力波动,实现高速运行下的稳定涂布

发布时间:2022-05-05作者:小王子

工艺介绍


涂布是二次电池最重要的工艺段之一,速度、张力的稳定决定着被涂材料的薄厚程度以及产品的品质。被涂材料越薄,则单位体积的电池容量越高。速度越高,产量越高,成本越低。


单层锂电池涂布机设备分为放卷区、纠偏区、牵引辊区、涂布区、烘箱区、尾部牵引区、收卷区。



■  放卷区为异步电机加闭环变频器的配置;变频器采用模拟量控制;张力摆杆采用气缸产生张力,配备张力计监控;摆杆位置通过电位计进行反馈。


■  涂布区为连续涂布,涂布辊采用直驱电机驱动,模拟量控制。


■  烘箱区安装7支过辊辅助料带通过,变频器加异步电机驱动,变频器为RS-485通讯。


■  牵引区为异步电机加闭环变频器配置,与放卷机构类似。


■  收卷区为自动换料结构,辅助贴合辊与切刀由气缸控制升降,升的过程需增加缓冲阻尼,避免冲击过大。



课题


01线速度120米/分钟的高速放卷下,换刀时容易产生张力波动,导致最终的涂布效果降低。


02线速度120米/分钟的高速放卷下,波动过大导致无法稳定接换料,需停机后处理,拖慢生产节拍。


解决方案


1. 模糊卷径计算技术,将精度提升至±1mm内


欧姆龙针对涂布机工艺和电气方面的课题,专门开发了模糊卷径计算技术:


From 传统的编码器,加上检测圈数的光电传感器


To无需检测圈数的光电传感器



工艺流程中的张力控制机构由变频器+三相异步电机+摆杆机构组成,通过模糊卷径计算技术实现无编码器或卷径测量传感器的卷径计算,简化机械结构,降低成本,提升系统稳定性。


2. 张力控制技术,张力波动削减为0


From  采用传统的气缸切刀,由于抬刀时的扰动量无法估算,仅靠PID进行调节,张力波动大。



To  抬刀机构改用伺服电机控制,根据数学模型计算出扰动量作为前馈控制,张力波动将大大降低,甚至基本无变化,使得产品的涂布效果更佳,速度也可以得到提升。



控制系统


控制器采用集高功能运动控制和实现现场IoT网络于一体的NX1P系列,带动伺服电机分别控制左纠偏、右纠偏、左调刀、右调刀、供料与涂辊等。



实现价值


1、生产效率:线速度120米/分钟

2、计算精度:±1mm内

3、张力波动:<1%




【经营层】

■ 应对世界环境恶化、新能源电池的制造趋势,提供高速、高精度的涂布技术,打造行业Top竞争力。

■ 通过模糊卷径计算技术实现无编码器或卷径测量传感器的卷径计算,简化机械结构,降低设备电气上的投入,单台生产成本大幅降低。


【管理层】

■ 抬刀机构改用伺服电机控制,根据数学模型计算出扰动量作为前馈控制,降低张力波动,使产品的涂布效果更佳,速度也得到提升。

■ 欧姆龙机械自动化控制器 NX系列,可实现现场生产数据的采集、存储、分析,改善管理课题,提高生产效率。


【工程师层】

■ 模糊卷径计算与张力控制技术,可直接通过控制器FB导入,无需编程。

■ 线速度120米/分钟的高速放卷下无张力波动,且实现无停机接换料。


公司简介

宜科(天津)电子有限公司是中国工业自动化的领军企业,于2003年在天津投资成立,销售和服务网络覆盖全国。作为中国本土工业自动化产品的提供商和智能制造解决方案的供应商,宜科在汽车、汽车零部件、工程机械、机器人、食品制药、印刷包装、纺织机械、物流设备、电子制造等诸多领域占据领先地位。宜科为智慧工厂的整体规划实施提供自系统层、控制层、网络层到执行层自上而下的全系列服务,产品及解决方案涵盖但不局限于云平台、MES制造执行系统、工业现场总线、工业以太网、工业无线通讯、机器人及智能设备组成的自动化生产线、自动化电气控制系统集成、智能物流仓储系统等,以实现真正智能化的生产制造,从而带来生产力和生产效率的大幅提升,以及对生产灵活性和生产复杂性的管理能力的大幅提升。多年来,宜科以创新的技术、卓越的解决方案和产品坚持不懈地为中国制造业的发展提供全面支持,并以出众的品质和令人信赖的可靠性、领先的技术成就、不懈的创新追求,在业界独树一帜。帮助中国制造业转型升级,加速智能制造进程,成为中国工业4.0智慧工厂解决方案当之无愧的践行者。

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