摘要：本文主要介紹三菱Q系工控產(chǎn)品在某型號擠壓式涂布機機頭的升級改造，并對原用于烘干箱風機控制的變頻器組建CC-LINK總線網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞：QCPU、伺服電機、擠壓式、涂布機、鋰電池、變頻器、CC-LINK

引言：鋰離子電池因其具有能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于軍事和民用小型電器中，如移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機等。大容量鋰離子電池已在電動汽車中試用，鋰離子電池隨之進入了大規(guī)模的生產(chǎn)實用階段。然而涂布是鋰離子電池正極制作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，好的正極材料對電池容量等性能有直接影響。

所謂涂布就是指糊狀聚合物、熔融態(tài)聚合物或聚合物溶液涂布于薄膜上制得復(fù)合膜的方法，對于鋰離子電池而言，涂布基片（薄膜）是金屬箔，一般為銅箔或者鋁箔。采用的技術(shù)就有擠壓涂布技術(shù)，它是一種相對比較先進的工藝，適用于粘度較高的流體涂布，而且形成的涂層的精度也相對比較高。整個過程就是從基片放入涂布機（稱為放卷）到涂布后的基片從涂布機中出來（稱為放卷）的若干連續(xù)工序。其整個流程為：放卷→接片→拉片→張力控制→自動糾偏→涂布→干燥→張力控制→自動糾偏→收卷，如下圖1所示：

圖1涂布機涂布流程

此論文應(yīng)用背景就是對客戶的某一量產(chǎn)型號的擠壓式涂布機進行升級和改造。

下圖2為升級改造前涂布機結(jié)構(gòu)示意圖。

主要分兩部分進行說明：

1）、機頭升級改造（性能升級與控制優(yōu)化）；

2）、變頻器網(wǎng)絡(luò)化（基于CC-LINK總線）改造；

圖2升級改造前涂布機結(jié)構(gòu)示意圖

1、機頭升級改造

1.1、原先機頭配置

涂布機的最重要的性能指標就是涂布精度，為了提高涂布精度，那么必須快速控制背輥與涂布輥間的間隙，實現(xiàn)快速跟蹤，達到最佳間隙控制，這樣才能減少涂布振動，提高涂布精度。涂布厚度的調(diào)節(jié)方式有兩種可供選擇：1）、調(diào)整刮刀間隙的機械調(diào)節(jié)；2）、改變涂布輥與背輥速比的電氣調(diào)節(jié)。圖3為機頭背輥與刮刀實物圖。

圖3背輥與刮刀實物圖

原先涂布機的機頭主要配置是：使用2臺FX3UPLC，2個高速輸出適配器，共同構(gòu)成對8軸J3伺服的控制系統(tǒng)。部分配置清單如下圖4所示（注：圖中所示FX3U-32MT為機尾控制用的PLC）。

圖4升級改造前主要配置清單

存在的問題：針對J3伺服電機由于采用高速輸出脈沖對其進行控制，存在接線多、走線復(fù)雜，對于現(xiàn)場接線人員的水平有很高要求，其技能水平的高低決定不同批次的產(chǎn)品的品質(zhì)；對于電氣編程調(diào)試人員來說，由于采用了兩臺獨立的PLC控制系統(tǒng)，增加了程序編寫的復(fù)雜性，對于后期的調(diào)試工作也帶來不利。同時PLC控制系統(tǒng)的離散性，對于信息的整合很不便利，之前的解決方案是用兩臺HMI分別對應(yīng)一臺PLC，一直存在的問題是通信線纜長度（RS232通信方式）與穩(wěn)定性。

1.2、升級改造后配置

Q系選型方法為：控制系統(tǒng)由原先的FX3UPLC升級到Q系PLC，根據(jù)與FX3U所實現(xiàn)的功能一一對比，然后對應(yīng)選擇Q系相關(guān)產(chǎn)品，最終確定配置型號。

QCPU選用通用型Q03UDECPU，提高運算處理能力，減小循環(huán)掃描周期。J3系列伺服電機用同功率的J4系列伺服電機替代，定位模塊選用QD77MS16。由于采用光纖通信方式，摒棄了原先所用的脈沖控制方式，減輕了人員工作壓力，節(jié)省接線，降低線路故障，提高工作效率，進一步提高伺服系統(tǒng)的抗干擾能力。同時，配置一個CC-LINK模塊將原先采用“外控”方式的變頻器連接到CC-LINK總線網(wǎng)絡(luò)，只要每個變頻器配置一個FR-A7NC配件，這樣就與QCPU系統(tǒng)整合到一起進行集中監(jiān)控，既方便了現(xiàn)場人員進行監(jiān)控，也進一步提升了整機的自動化程度，提高了產(chǎn)品價值。

圖5為升級改造后結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為整機設(shè)備的Q系配置清單。

圖5升級改造后涂布機結(jié)構(gòu)示意圖

圖6選定Q系配置清單

1.3、機頭相關(guān)功能調(diào)試

此節(jié)根據(jù)對控制刮刀、涂布輥和背輥的伺服電機控制要求的不同來進行功能編程與調(diào)試。

1.4、刮刀伺服的梯形圖編寫與調(diào)試

根據(jù)工藝要求刮刀要實現(xiàn)的伺服動作有：回零，寸動，定位。

編程如下（注意各軸緩沖區(qū)的地址，不能與QD77MS4相混淆）：

圖7I/O地址分配

i.打開編程軟件GXWORKS，新建工程，分配好各模塊地址，如上圖7所示：

ii.添加各智能模塊，完成后如圖7所示：

圖8添加智能模塊

iii.配置調(diào)刀伺服的參數(shù)：雙擊“0000:QD77MS16”，再次雙擊“SimpleMotionModuleSetting”，在打開的“簡易運動控制器設(shè)置工具”進行模塊相關(guān)參數(shù)與伺服參數(shù)的設(shè)定，設(shè)置完成后保存。如下圖9圖10所示：

圖9模塊參數(shù)設(shè)定

圖10伺服參數(shù)設(shè)定

iv.調(diào)刀伺服的相關(guān)定位數(shù)據(jù)通過梯形圖進行設(shè)定，程度如下所示：

左調(diào)刀回零梯形圖程序如下所示：

圖11左調(diào)刀回零梯形圖程序

左調(diào)刀寸動梯形圖程序如下：

圖12左調(diào)刀回零梯形圖程序

左調(diào)刀定位梯形圖程序如下：

圖13左調(diào)刀定位梯形圖程序

v.調(diào)試：將梯形圖與所有參數(shù)下載，準備好后進行調(diào)刀伺服的調(diào)試。

主要調(diào)試步驟為：

1)全部程序和參數(shù)下載后，斷電重啟，查看QCPU與QD77MS16ERR燈是否閃爍，如有錯誤發(fā)生，通過GXWORKS2的在線監(jiān)控查看錯誤，并按照提示解決問題。

2)通過“簡易運動控制器設(shè)置工具”的定位測試功能，檢測伺服電機是否正常運行，接線是否正確。

圖14伺服定位測試

3)經(jīng)過步驟1）、2）后，進行梯形圖程序的測試：對左調(diào)刀伺服動作的確認，如若不符，一，確認的相關(guān)數(shù)值是否賦值到相關(guān)的緩沖區(qū)；二，確認參數(shù)Pr.3“每轉(zhuǎn)移動量”與相關(guān)賦值是否對應(yīng)。

圖15參數(shù)Pr.3”每轉(zhuǎn)移動量”

1.5、涂布輥伺服與背輥伺服的梯形圖編寫與調(diào)試

涂布輥伺服與背輥伺服只要進行速度控制，所以相對來說梯形圖程序是比較簡單的。如下圖16所示。

涂布輥與背輥伺服調(diào)試過程與調(diào)刀伺服相同，不再重復(fù)描述。

圖16涂布輥與背輥的梯形圖程序

2.0、組建變頻器CC-LINK網(wǎng)絡(luò)

烘干箱溫區(qū)分十段，用于干燥涂布后的電極片，共計使用了8臺FR-F740-1.5K－CHT變頻器，在為每臺變頻器添置一個FR-A7NC配件后，就可連入CC-LINK總線網(wǎng)絡(luò)。與之前相比，具有的優(yōu)勢有：接線便利，設(shè)置簡單，程序開發(fā)量少，集中控制，便于人員進行調(diào)試。下圖17為CC-LINK網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)（下圖包括了兩臺GT1675-VNBD連入CC-LINK網(wǎng)絡(luò)）。

圖17變頻器CC-LINK網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

3.0總結(jié)

經(jīng)過半個多月的程序調(diào)試和整機運行，廠家人員反饋的使用感受是：

1）PLC的處理速度快，響應(yīng)及時，對涂布根據(jù)精度更高；

2）J4系列伺服定位精度高，因此對于刮刀間隙、背輥與涂布輥間隙的調(diào)整精度更加精準；

3）各輥伺服電機運行穩(wěn)定，供漿壓力的大小是影響涂布厚度的重要因素。所以供漿伺服的速度平穩(wěn)是涂布厚度的保證；

4）將原先獨立的兩臺PLC控制集成于一臺QCPU,同時利用QJ61BT11N模塊將之前的觸摸屏與變頻器連入CC-LINK總線網(wǎng)絡(luò)進行管理與監(jiān)控，減輕了工作量，提高了工作效率，減少故障，降低售后維護成本；

5）大大提高了衡量一臺涂布機價值的重要技術(shù)參數(shù)——涂布精度，本涂布機單面涂布精度為：≦±1μm（升級前為≦±3μm），圖18是升級改造前后技術(shù)參數(shù)的對比，圖19為某廠家的同型號擠壓式涂布機的技術(shù)參數(shù)（對比數(shù)據(jù)摘自廠家的產(chǎn)品說明書與網(wǎng)頁截圖）。

              原技術(shù)參數(shù)                                                 現(xiàn)技術(shù)參數(shù)

圖18前后技術(shù)參數(shù)對比

圖19某廠家擠壓式涂布機技術(shù)參數(shù)

總之，對于涂布機機頭的升級改造達到了提高設(shè)備技術(shù)指標和生產(chǎn)效率、整合離散控制、增加自動化程度、提升設(shè)備品質(zhì)，降低售后維護成本的目的。同時，對于客戶來說，設(shè)備全部采用三菱工控產(chǎn)品，在品牌上得到提升，性能得到加強，提高了市場競爭力。

參考文獻：

（1）J4-B技術(shù)資料手冊

（2）QD77MS用戶手冊（位置控制）

（3）FR-F700變頻器使用手冊（應(yīng)用篇）

（4）FR-A7NC使用手冊