高速高精！步科鋰電高速制片機張力及糾偏控制解決方案------泰州步科電氣代理商
2023-12-18
一、方案概述
鋰電池制片機主要作用是將成卷的極片放卷，通過定長牽引將極耳焊接到每一段極片上，然后再在極耳上下兩面都貼上絕緣膠帶，最后收卷或裁切成片。
張力形成的原理
二、工藝要求
制片機主要工藝為：自動放卷---焊前糾偏---送極耳---焊極耳---貼膠---糾偏---切片或收卷。
張力控制廣泛應用于在有收放卷應用的卷材加工場合。在鋰電領域，極片涂布、輥壓、分條、制片、疊片、卷繞以及電池隔膜產線、涂覆線等等都會用到張力控制。
運動物體中的張力是由于物料長度方向存在著速度差，使得物料的不同部分產生相對位移（或形變），而產生存在于物料內部的一種內應力。
制片機來說就是牽引軸和放卷軸（收卷軸）兩者之間產生“速差”才能產生張力。在高速運行的場合，張力控制的平穩性至關重要，否則在啟停階段或速度變化時很容易造成材料斷裂。
張力形成的原理
由于材料采用連續加工的方式，各加工工位需要在加工前確定物料與加工機構的相對位置。極片的輸送靠主動輥與從動輥之間的摩擦力，多級輸送之后很難保證前后極片在同一個平面，此時就需要對物料牽引機構進行進行糾偏，以保證極片的邊沿與加工工位之間的距離恒定。
三、步科控制方案
制片機張力控制部分采用擺桿機構，電位器和擺桿相連，可將擺桿的角度變化通過模擬量傳給PLC。焊接牽引拉動極片向前移動，PLC通過PID控制放卷軸的速度，將擺桿控制在需要的一個固定位置。
放卷張力擺桿示意圖
牽引軸在啟停階段速度變化較大，如果完全采用PID的輸出去控制放卷軸速度，此時存在較大滯后，擺桿就會波動較大，張力也會隨之大幅度變化，在高速時極易引起極片斷帶。為了更平穩的控制張力，我們可以采用速度偏移+PID運算結果的方式來控制放卷速度，速度偏移值可以通過牽引的線速度來計算獲得。
糾偏控制有兩種方式：
方式1：IO雙點糾偏，采用IO控制，根據輸入口的狀態來規劃電機找零速度；
方式:2：模擬量糾偏，采用模擬量反饋+PID調節來控制電機轉速。
糾偏傳感器示意圖
整個系統采用EtherCAT總線，保證了系統響應的實時性；采用16bit高分辨率模擬量模塊，準確采集擺桿的角度變化。
方案原理圖
PLC采用步科新一代高性能ARM平臺運動控制器AX500
強大的運動控制功能，搭載鋰電行業糾偏、收放卷、張力控制等工藝包；
CoDeSys軟件平臺，多種編程語言，便利上手；
強勁內核，ARM 4核1.5GHz，可滿足各類豐富應用；
2路EtherCAT總線，1ms8軸同步，最大48軸，支持同步定位，電子凸輪，插補功能。
伺服采用步科第5代PK系列交流伺服系統
內置高速探針，周期62.5us；
全新算法平臺，速度環采樣頻率8K；
精準定位，百分百命中，可搭配使用23位編碼器，多種編碼器類型可選；
驅動器支持CANopen、EtherCAT、PN、Modbus總線控制。
四、方案總結
張力及糾偏控制廣泛被應用于各種卷材的加工中，步科張力及糾偏控制解決方案典型特點：
極大提升了加工效率，可將制片機速度從1m/s提升到2-2.5m/s；
控制精度提高，控制張力波動可以在8%以內；
糾偏重復定位精度±1絲；
控制到驅動以及工藝包一站式交付，性價比高。