一種電極箔制造自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設計

滕世國，寧 宇，張燕金，王祥達

（1.乳源東陽光機械有限公司，廣東 韶關 512721； 2.韶關學院 物理與機電工程學院，廣東 韶關 512005）

高性能電容器是航空航天、先進軌道交通等設備制造領域不可或缺的關鍵部件.電極箔作為電容器產(chǎn)品的核心材料，其質(zhì)量決定著電容器壽命與可靠性.電極箔制造生產(chǎn)線的自動化水平高低則決定了電極箔的質(zhì)量高低以及生產(chǎn)效率.

傳統(tǒng)的通用電極箔生產(chǎn)線在放箔側(cè)和收箔側(cè)換卷（上下料）采用人工換卷，換卷時間長.繁雜的人工操作不僅降低生產(chǎn)效率，還導致電極箔質(zhì)量不穩(wěn)定.另外，目前國內(nèi)外電極箔行業(yè)還存在工藝局限性：一是生產(chǎn)過程中存在少量鹽酸、硫酸和氯氣等氣體釋放；二是電化學過程中會產(chǎn)生較高的溫度.整體工作環(huán)境比較惡劣，更容易帶來安全隱患.

本文設計了一種電極箔自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)［1］.由PLC可編程控制器、氣缸、伺服器、電機、AGV小車等組成.創(chuàng)新設計了自動收放箔換卷控制系統(tǒng)、自動接箔裝置和收放卷緩沖裝置控制系統(tǒng).實現(xiàn)了生產(chǎn)線全自動化，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，提升了生產(chǎn)效率，減少了安全隱患.

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動電極箔生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，如圖1，包括了放箔裝置、放箔側(cè)緩沖裝置、電解槽組、干燥爐、放箔側(cè)緩沖裝置和收箔裝置.放箔裝置由放箔機、自動上下卷車、下輥車、接箔臺組成，實現(xiàn)把箔卷上卷、下輥、箔片自動對接，箔片從放箔側(cè)傳送到緩沖裝置等功能.放箔側(cè)緩沖裝置包括同步傳動電機、傳動輥，主要功能是把箔片存儲作用，換卷時把存儲的箔片傳輸?shù)缴a(chǎn)線，實現(xiàn)生產(chǎn)線不停機換卷.電解槽組由多個電解槽組成，通過標準的電解槽模組，可根據(jù)工藝需要增加或減少電解槽的數(shù)量.干燥爐包括三塊加熱板、加熱槽、傳動輥，實現(xiàn)箔片烘干功能.收箔側(cè)緩沖裝置，主要功能是收箔側(cè)換卷時，把生產(chǎn)線傳送的箔片暫時存儲到此結(jié)構(gòu)中.收箔裝置包括了收箔機、自動上下卷車、上輥車、主要實現(xiàn)把箔片收卷，箔卷下機、上輥.

圖1 電極箔生產(chǎn)線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 控制系統(tǒng)原理設計

1.2.1 放箔換卷控制設計

放箔換卷控制系統(tǒng)運行主要包括兩個過程：正常放箔過程，放箔電機帶動箔卷旋轉(zhuǎn)，傳送箔片，經(jīng)接箔臺，傳送至箔片緩沖裝置；另外是換卷過程，當整卷箔片生產(chǎn)完成，需要重新?lián)Q一卷新的箔卷，需要放箔機停機、下輥、上卷、接箔等動作.放箔側(cè)主要由4個部分組成：自動上下卷AGV小車、放箔機、接箔臺、下輥車.

換卷過程如圖2和圖3所示，停機下輥，當整卷箔生產(chǎn)完成后，圖3中氣缸和擠壓輥動作，箔片停止向前傳送.接箔臺上的擠壓輥和切刀把剩余箔片切斷，收箔電機反轉(zhuǎn)，把分切后多余的箔片回收到輥子上，然后通過圖3中電機和上下移動導軌把輥下移到放箔機的傳送帶上，通過傳送帶把輥子向右傳送到下輥車上.上卷時，自動上下卷AGV小車把待換箔卷通過傳送帶傳送到放箔機，通過圖3中電機和上下移動導軌把箔卷上移到放箔電機卡扣上，再通過傳送帶把木托返回到自動上下卷AGV小車上.上卷完成后，通過電機帶動吸盤把箔片吸到接箔臺中，經(jīng)過上下壓裝置，有特殊凸點的擠壓面把箔片擠壓對接在一起.擠壓一段時間后，收回下壓裝置，此時箔片接箔完成.放箔機重新運行，把箔片傳入后一級裝置.

圖2 放箔側(cè)換卷運行示意圖

圖3 放箔側(cè)換卷接箔運行示意圖

1.2.2 放箔緩沖裝置控制設計

放箔緩沖裝置通常工作狀態(tài)見圖4.移動傳動輥在最左端，此時裝置能存儲最多的箔片，以備換卷時用.當放箔側(cè)換卷功能啟動后，放箔緩沖裝置同步電機運行，移動傳動輥向右移動，此時放箔緩沖裝置箔片運行速度與生產(chǎn)線速度同步，保證箔片同步傳送到電解槽，實現(xiàn)生產(chǎn)線換卷不停機生產(chǎn).換卷完成后，同步電機反轉(zhuǎn)快速運行，移動傳動輥向左移動，進行儲箔，直到最左端為止，儲箔完成，同步電機停止運行.等待下次換卷.

圖4 放箔停止及下輥結(jié)構(gòu)圖

1.2.3 收箔側(cè)緩沖裝置控制設計

收箔側(cè)緩沖裝置，跟放箔側(cè)緩沖裝置功能剛好相反，即正常運行時移動傳動輥在最左側(cè)，此時收箔側(cè)緩沖裝置不存儲任何箔片.當收箔側(cè)換卷時，此裝置啟動，氣缸動作帶動擠壓輥，把箔片擠壓固定，停止向收箔側(cè)送箔；然后同步電機運行，帶動移動傳動輥向右移動，將生產(chǎn)線傳送的箔片存儲到此裝置中；換卷完成后，同步電機反轉(zhuǎn)，移動傳動輥移動到最左側(cè)，配合收箔機把存儲的箔片全部傳送到收箔機，此時收箔側(cè)緩沖裝置恢復正常運行狀態(tài).

1.2.4 收箔換卷裝置控制設計

收箔側(cè)運行過程如圖5.收箔機電機轉(zhuǎn)動，帶動箔卷恒張力轉(zhuǎn)動，把生產(chǎn)線加工好的箔片成卷.收箔側(cè)收完整卷箔后，進入換卷模式，貼膠器啟動，在上機輥粘膠雙面膠，通過輥上升氣缸動作，上升到箔片中，輥通過雙面膠粘貼住鋁箔，分切刀動作，把箔片切斷.然后，自動上下卷AGV小車把木托傳送到箔卷正下方，上下卷導軌和電機把箔卷下移到木托，傳送帶把箔卷傳送到自動上下卷車上.通過輥帶動導軌和電機把新上輥移動到收卷電機上，通過收箔電機上的卡扣固定，完成換卷.

圖5 收箔側(cè)換卷結(jié)構(gòu)示意圖

2 PLC控制系統(tǒng)設計

PLC采用OMRON的CJ1M-CPU13-ETN帶以太網(wǎng)通信模塊可編程控制器.輸入信號有接近開關.輸出主要是相應的電機、氣缸、溫控表等控制.生產(chǎn)車間總控臺主要通過以太網(wǎng)與PLC通信；服務器與生產(chǎn)車間總控臺通過以太網(wǎng)交換數(shù)據(jù)，服務器保存相應PLC數(shù)據(jù).

3 主要控制系統(tǒng)軟件設計

程序軟件采用的是OMRON公司CX-Programmer9.7版本，程序主要包括放箔換卷系統(tǒng)程序、接箔系統(tǒng)程序、箔片緩沖系統(tǒng)程序、收箔換卷系統(tǒng)程序.圖6為放箔換卷程序流程圖，包括了下輥、AGV小車上卷、木托回收到AGV小車等過程.

圖6 放箔換卷流程圖

圖7為放箔側(cè)接箔系統(tǒng)程序流程圖，主要是新上整卷箔后，完成與之前的箔片對接動作.主要包括真空吸箔，把箔片與之前的箔片疊加在一起，啟動下壓裝置，把箔片壓接在一起.

圖7 接箔系統(tǒng)程序流程圖

放箔側(cè)箔片緩沖系統(tǒng)如圖8，通過控制同步電機轉(zhuǎn)速，使放箔側(cè)箔片緩沖存儲箔片傳送速度與生產(chǎn)線箔片運行速度一致.

圖8 放箔側(cè)緩沖系統(tǒng)程序流程圖

收箔換卷系統(tǒng)如圖9，包括上輥、上木托、下卷.整卷箔收完后，需要下卷，重新上一個新輥收箔.

圖9 收箔換卷系統(tǒng)程序流程圖

4 結(jié)語

筆者設計的這套電極箔制造全自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了收放箔換卷、接箔和收放卷全自動控制.該設計相比傳統(tǒng)設計具有顯著優(yōu)勢：一是全程自動化，速度更快，生產(chǎn)效率更高；二是自動上下卷AGV小車使箔卷運輸更加順暢方便；三是可適應不同電解工藝需求的模塊化電解槽；四是全程生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時記錄存儲功能提高產(chǎn)品查詢和故障診斷效率.該電極箔制造自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)可有效改進產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，減少安全隱患，具有重要的實際應用價值.