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台州步科电气代理商------高速高精!步科锂电高速制片机张力及纠偏控制解决方案

2023-12-18

一、方案概述

锂电池制片机主要作用是将成卷的极片放卷,通过定长牵引将极耳焊接到每一段极片上,然后再在极耳上下两面都贴上绝缘胶带,最后收卷或裁切成片。

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张力形成的原理



二、工艺要求

制片机主要工艺为:自动放卷---焊前纠偏---送极耳---焊极耳---贴胶---纠偏---切片或收卷。

张力控制广泛应用于在有收放卷应用的卷材加工场合。在锂电领域,极片涂布、辊压、分条、制片、叠片、卷绕以及电池隔膜产线、涂覆线等等都会用到张力控制。

 运动物体中的张力是由于物料长度方向存在着速度差,使得物料的不同部分产生相对位移(或形变),而产生存在于物料内部的一种内应力。

制片机来说就是牵引轴和放卷轴(收卷轴)两者之间产生“速差”才能产生张力。在高速运行的场合,张力控制的平稳性至关重要,否则在启停阶段或速度变化时很容易造成材料断裂。

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张力形成的原理



由于材料采用连续加工的方式,各加工工位需要在加工前确定物料与加工机构的相对位置。极片的输送靠主动辊与从动辊之间的摩擦力,多级输送之后很难保证前后极片在同一个平面,此时就需要对物料牵引机构进行进行纠偏,以保证极片的边沿与加工工位之间的距离恒定。


三、步科控制方案


制片机张力控制部分采用摆杆机构,电位器和摆杆相连,可将摆杆的角度变化通过模拟量传给PLC。焊接牵引拉动极片向前移动,PLC通过PID控制放卷轴的速度,将摆杆控制在需要的一个固定位置。



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放卷张力摆杆示意图



牵引轴在启停阶段速度变化较大,如果完全采用PID的输出去控制放卷轴速度,此时存在较大滞后,摆杆就会波动较大,张力也会随之大幅度变化,在高速时极易引起极片断带。为了更平稳的控制张力,我们可以采用速度偏移+PID运算结果的方式来控制放卷速度,速度偏移值可以通过牵引的线速度来计算获得。


纠偏控制有两种方式:

方式1:IO双点纠偏,采用IO控制,根据输入口的状态来规划电机找零速度;

方式:2:模拟量纠偏,采用模拟量反馈+PID调节来控制电机转速。


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纠偏传感器示意图


整个系统采用EtherCAT总线,保证了系统响应的实时性;采用16bit高分辨率模拟量模块,准确采集摆杆的角度变化。


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方案原理图


PLC采用步科新一代高性能ARM平台运动控制器AX500


  • 强大的运动控制功能,搭载锂电行业纠偏、收放卷、张力控制等工艺包;

  • CoDeSys软件平台,多种编程语言,便利上手;

  • 强劲内核,ARM 4核1.5GHz,可满足各类丰富应用;

  • 2路EtherCAT总线,1ms8轴同步,最大48轴,支持同步定位,电子凸轮,插补功能。


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 伺服采用步科第5代PK系列交流伺服系统


  • 内置高速探针,周期62.5us;

  • 全新算法平台,速度环采样频率8K;

  • 精准定位,百分百命中,可搭配使用23位编码器,多种编码器类型可选;

  • 驱动器支持CANopen、EtherCAT、PN、Modbus总线控制。

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四、方案总结


张力及纠偏控制广泛被应用于各种卷材的加工中,步科张力及纠偏控制解决方案典型特点:


  1. 极大提升了加工效率,可将制片机速度从1m/s提升到2-2.5m/s;

  2. 控制精度提高,控制张力波动可以在8%以内;

  3. 纠偏重复定位精度±1丝;

  4. 控制到驱动以及工艺包一站式交付,性价比高。