生箔機橫幅自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

楊鋒 王斌 李應(yīng)恩 李會東 王建智

[摘? ? 要]銅箔生產(chǎn)線上橫幅的控制是一個非常重要的環(huán)節(jié)，一個好的傳控系統(tǒng)能確保銅箔產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。為了解決目前國內(nèi)銅箔生產(chǎn)設(shè)備控制精度較低的問題，研制了一套適用于銅箔條幅控制系統(tǒng)。文章介紹一種箔材控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由檢測設(shè)備、處理平臺及傳動控制裝置組成。全系統(tǒng)形成閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，減少人工調(diào)整，大大提高生產(chǎn)效率。

[關(guān)鍵詞]箔紙;橫幅;自動調(diào)整

[中圖分類號]TD635 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）11–00–02

Automatic Adjustment Control System for the Banner of the foil Forming Machine

Yang Feng， Wang Bin， Li Ying-en， Li Hui-dong， Wang Jian-zhi

[Abstract]The control of the banner on the copper foil production line is a very important link. A good transmission and control system can ensure the quality of copper foil products and improve production efficiency. In order to solve the problem of low control accuracy of domestic copper foil production equipment， a set of control system suitable for copper foil banners has been developed. This article introduces a foil control system， which is mainly composed of detection equipment， processing platform and transmission control device. The whole system forms a closed-loop automatic control system， which reduces manual adjustments and greatly improves production efficiency.

[Keywords]foil; banner; automatic adjustment

表面密度、厚度均勻度是銅箔生產(chǎn)中的一項重要指標，縱向（MD）定量控制技術(shù)在當前已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。普通銅箔需要經(jīng)過過度切割，最后橫幅數(shù)量波動與縱向數(shù)量波動對產(chǎn)品質(zhì)量的影響程度相同。所以銅箔條面密度脈動（CD）是銅箔厚度變化的結(jié)果，由于現(xiàn)有技術(shù)不能實現(xiàn)自動化控制，需要人工來調(diào)整和控制，對銅箔輸送過程控制不良，銅箔厚度不均勻、精度較低。

壓片機在線監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)控方法包括電流采集模塊，實時采集壓路機電流;轉(zhuǎn)速采集模塊，實時采集鈦輥驅(qū)動速度;控制器，用于接收電流、電壓采集模塊的數(shù)據(jù);后臺服務(wù)器，由控制器采集到的數(shù)據(jù)進行計算，以求出所產(chǎn)生的銅箔當前厚度。該系統(tǒng)能實時監(jiān)視加電時的電流、鈦輥速度等參數(shù)，并將其傳輸至后臺系統(tǒng)，CPU通過特定算法，實時計算出所產(chǎn)生的銅箔厚度，在中間過程中，一旦銅箔厚度超過設(shè)定范圍，就會觸發(fā)報警，提示現(xiàn)場人員急速處理，并自動記錄異常時段和異常米數(shù)。

目前所采用的技術(shù)是提供一種在線監(jiān)測系統(tǒng)和一種通過模頭對刀刃進行控制的方法，銅箔厚度不均，精度較低。該系統(tǒng)針對現(xiàn)有技術(shù)，提供了一套利用金屬片對刀口對模具進行控制的在線監(jiān)控系統(tǒng)和方法，并提供了一套銅箔厚度不均、精度較低的在線監(jiān)控系統(tǒng)。針對以上技術(shù)問題，采用下面的技術(shù)方案，實現(xiàn)了該系統(tǒng)的設(shè)計。

1 自動調(diào)幅生箔機頭控制系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)由檢測裝置、參數(shù)處理平臺、驅(qū)動裝置等組成，系統(tǒng)通過生箔機把銅箔送到檢測裝置，隨后對傳送銅箔的數(shù)據(jù)進行檢測，并將檢測數(shù)據(jù)上傳到參數(shù)處理平臺。所得參數(shù)作為閉環(huán)控制系統(tǒng)的參考依據(jù)，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)與控制。如圖1所示。

1.1 處理平臺

由處理臺對檢測數(shù)據(jù)進行處理計算，將處理計算的信號送到驅(qū)動控制設(shè)備，驅(qū)動控制設(shè)備根據(jù)所收到的信號產(chǎn)生閥門控制信號;把閥門控制信號傳送到金屬箔機上，由生箔機控制生箔機，使生箔機根據(jù)其接收信號的動作。

壓箔機把閥門的動作信號反饋給驅(qū)動控制設(shè)備，然后驅(qū)動控制裝置把閥門的動作信號反饋給處理平臺。它是一種閉環(huán)結(jié)構(gòu)，包括生箔機、探測設(shè)備、處理平臺和傳動控制裝置。其采用閉環(huán)自控系統(tǒng)控制金屬箔機閥的動作，減少手工調(diào)整，提高工作效率;通過處理平臺控制金屬箔機閥位置，保證銅箔生產(chǎn)過程中銅箔厚度，提高銅箔生產(chǎn)精度。

操作臺可實時地監(jiān)測銅箔厚度數(shù)據(jù)，并能實時跟蹤實際閥門位置的變化情況，提高了控制系統(tǒng)的精確度，從而獲得較高的銅箔精度。

1.2 閥運算組件

氣門計算模塊包括：閥位獲取單元、初值獲得單元、切換單元、比例積分單元和變換單元。閥位獲取單元，用以獲得待控制的閥門閥位;初始輸入量單位，用來獲得閥門計算單元的初始輸入量;開關(guān)單元，根據(jù)閥門的閥位導通相應(yīng)的通道;比例積分單元，用來在開關(guān)單元觸發(fā)時，在相應(yīng)的通道中輸出初始輸入量對應(yīng)的調(diào)節(jié)信號;轉(zhuǎn)換單元，用來將調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)化為閥門計算單元的閥門變化量。

計算了單元閥的可變性，該閥具有良好的穩(wěn)定性。閥控保護模塊由鄰域保護模塊、相鄰點聯(lián)動模塊、閥位控制模塊、整體閥位優(yōu)化模塊等組成;鄰域保護模塊可判斷相鄰閥門的閥位差，當閥位差異位于閾值范圍內(nèi)時，即可進入相鄰點聯(lián)動模塊;相鄰點聯(lián)動模塊比較相鄰n個閥門閥位與當前閥門的閥位差，并根據(jù)當前閥門的閥位進行調(diào)整，然后根據(jù)當前閥門的閥位進行調(diào)整，從而使閥位控制模塊比較閥位均值與當前閥位的閥位均值相對應(yīng)的閥位與當前閥位的閥位差值，并對目前的閥位進行調(diào)整。在生產(chǎn)時，通過預(yù)測各閥閥位變化趨勢，多重保護控制，不會引起生產(chǎn)事故，且生產(chǎn)出銅箔精度較高。

1.3 探測設(shè)備

探測設(shè)備包括一導軌和檢測單元，檢測單元放置在軌道上，滑接導軌;檢測器滑行均勻，可實時檢測銅箔厚度，確保銅箔均勻性，提高銅箔產(chǎn)品質(zhì)量。最優(yōu)的方法是探測裝置自上而下設(shè)置有光管和電離室;銅箔穿過射線管與電離室的中央。因為銅箔吸收了部分光線。與入射光強度相比，在穿過極片時，光線的強度會發(fā)生一些變化。在銅箔上填充一種特殊氣體電離室檢測射線穿透銅箔前后射線強度，可以較好地測量銅箔的厚度。

探測設(shè)備通過以太網(wǎng)傳輸?shù)教幚砥脚_上，通過以太網(wǎng)將處理計算出來的信號傳輸?shù)津?qū)動控制設(shè)備。它的傳輸速率高、傳輸安全、可靠。

1.4 傳動控制器

傳動控制設(shè)備包括PLC控制器，PLC控制器把接收到的閥實際變化通過4～20 mA的硬線傳輸?shù)缴瓩C。使用硬件傳送控制的生箔機，適應(yīng)性強。所測數(shù)據(jù)包括銅箔厚度及相應(yīng)位置;圖像顯示數(shù)據(jù)包括銅箔、銅箔厚度、上載到處理單元銅箔厚度。

由于采用上述技術(shù)方案，該系統(tǒng)具有明顯的技術(shù)效果：箔材、檢測儀、處理臺及傳動控制裝置組成閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，減少人工調(diào)整，因現(xiàn)場工作環(huán)境管道中存在酸性腐蝕液體，對人員有一定傷害，提高了銅箔生產(chǎn)精度，降低了生產(chǎn)精度。

2 控制系統(tǒng)的整體設(shè)計

2.1 總體設(shè)計思想

自動調(diào)幅生箔機控制系統(tǒng)，由探測裝置、處理臺及傳動控制裝置組成。該設(shè)備的制作流程為：①用生箔機將所生產(chǎn)的銅箔送到檢測設(shè)備;②檢測設(shè)備檢測送銅箔數(shù)據(jù)，并將檢測數(shù)據(jù)上傳到處理平臺;③處理平臺對檢測數(shù)據(jù)進行處理，將處理計算后的信號傳送到驅(qū)動控制裝置;④驅(qū)動控制裝置根據(jù)收到的信號產(chǎn)生閥門控制信號;⑤將閥門控制信號傳送到生箔機，生箔機根據(jù)接收的信號進行處理，使所需閥門的動作信號反饋到驅(qū)動控制設(shè)備上，并將閥門控制信號傳遞給生箔機，生箔機根據(jù)所接收的信號進行操作，使所需操作的控制裝置能夠得到檢測設(shè)備。

為保證銅箔生產(chǎn)線在銅箔生產(chǎn)線上實現(xiàn)自動化控制，在該生產(chǎn)線上實現(xiàn)一套閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)控制箔條閥的動作，減少手工調(diào)整，提高工作效率;通過處理平臺對金屬箔機閥閥位進行控制，保證銅箔生產(chǎn)過程中銅箔厚度，提高銅箔生產(chǎn)精度。

2.2 銅箔相關(guān)參數(shù)的控制

操作臺可實時地監(jiān)測銅箔厚度數(shù)據(jù)，并能實時跟蹤實際閥門位置的變化情況，提高控制系統(tǒng)的精確度，從而獲得較高的銅箔精度。探測設(shè)備包括一導軌和檢測單元，檢測單元放置在軌道上，滑接導軌;檢測器滑行均勻，可實時檢測銅箔厚度，確保銅箔均勻性，提高銅箔產(chǎn)品質(zhì)量。探測裝置自上而下設(shè)置有射線管及電離室;銅箔穿過射線管與電離室的中央。探測設(shè)備通過以太網(wǎng)傳輸?shù)教幚砥脚_上，通過以太網(wǎng)將處理計算出來的信號傳輸?shù)津?qū)動控制設(shè)備。它的傳輸速率高、傳輸安全、可靠。

傳動控制設(shè)備包括PLC控制器，PLC控制器把接收到的閥實際變化通過4～20 mA的硬線傳輸?shù)缴瓩C。使用硬件傳送控制的生箔機，適應(yīng)性強。所測數(shù)據(jù)包括銅箔厚度及相應(yīng)位置;圖像顯示數(shù)據(jù)包括銅箔、銅箔厚度、上載到處理單元銅箔厚度。

2.3 閥門計算單元的設(shè)計

氣門計算模塊包括：閥位獲取單元、初值提取單元、切換單元、比例積分單元和變換單元。閥位獲取單元，用以獲得待控制的閥門閥位;初始輸入量單位，以檢測設(shè)備輸入的銅箔厚度初始數(shù)據(jù);開關(guān)單元，根據(jù)閥門的閥位導通相應(yīng)的通道;比例積分單元，用于在切換單元觸發(fā)時，在相應(yīng)的通道中輸出初始輸入量對應(yīng)的調(diào)整信號;轉(zhuǎn)換單元，用來將調(diào)整信號轉(zhuǎn)化為閥門計算單元的閥門變化量;通過閥門計算單元，它的穩(wěn)定度好，魯棒性強。閥控制保護模塊由鄰域保護模塊、相鄰點聯(lián)動模塊、閥位控制模塊、整體閥位優(yōu)化模塊等組成;鄰域保護模塊可判斷相鄰閥門的閥位差值，當閥位差異在閾值范圍內(nèi)時，即進入相鄰點聯(lián)動模塊;閥位差閾值為20～30，整個閥位為0～100相鄰點的聯(lián)動模塊比較相鄰的氣門位置。

閥位控制模組將閥位均值與當前閥位進行比較，當前閥位高于一個預(yù)置值;閥位預(yù)置是鋸齒波每個閥對應(yīng)的閥位值，在未加閥控制保護單元之前，控制一段時間內(nèi)，所有閥位都會偏低或偏高，其波動較大;鋸齒波為每個閥門對應(yīng)的閥位值，在加入閥門控制保護單元之前，閥位值波動小，而閥位值為50，鋸齒波為每一個閥門相應(yīng)的閥位值，在加入閥門控制保護單元之前，閥位值波動小，而閥位值為50的比例大小。因此，閥位控制在加入閥控制保護單元之前，閥位變化不大或偏大，其波動較大，為閥門控制后的效果，鋸齒波為每一個閥門對應(yīng)的閥位，在加入閥門控制保護單元之前，閥位值波動。

2.4 系統(tǒng)探測裝置的設(shè)計和工作流程

（1）采空電壓，射線管打開，射出的射線經(jīng)射孔向下照射，輻射強度為E;射線只穿透空氣到達電收集室，離子室的射線能被轉(zhuǎn)化成空電壓信號U1。

（2）連續(xù)檢測，在連續(xù)檢測時，銅箔在輻射源與電離室之間穿行，射線會對穿過銅箔，射線在穿透時被吸收一部分，射線強度減弱為e;此時，電離室轉(zhuǎn)換得到測量電壓U2;連續(xù)檢測過程中U2因銅箔厚度的不同而改變。

（3）測厚計算，經(jīng)測厚后標定銅箔的吸收系數(shù)K和平移系數(shù)b。

3 結(jié)束語

本文著重介紹了一種自動調(diào)幅控制系統(tǒng)的設(shè)計思想。在制造銅箔的同時，將所生產(chǎn)的銅箔送到檢測設(shè)備上;檢測設(shè)備檢測并輸送銅箔數(shù)據(jù)，同時上傳至參數(shù)處理平臺，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行計算處理并傳送到驅(qū)動控制裝置上，為閉環(huán)系統(tǒng)提供反饋數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動控制與調(diào)節(jié)。由于現(xiàn)場工作環(huán)境管道中存在酸堿腐蝕液體，會對人造成一定傷害，在很大程度上可增加操作者的安全性;另外，參數(shù)處理平臺設(shè)置閥門控制保護器，確保銅箔生產(chǎn)中銅箔厚度均勻，在一定程度上提高了銅箔的生產(chǎn)精度。

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