本發(fā)明涉及鋰電池極片生產(chǎn)線的控制領(lǐng)域，具體是一種鋰電池極片生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，世界各國都在著力發(fā)展新能源汽車，新能源汽車大多都是以電為動(dòng)力，對于電池的需求量將會(huì)日益擴(kuò)大，對于電池質(zhì)量的要求將會(huì)越來越嚴(yán)格。在鋰電池極片的軋制過程中，極片的質(zhì)量直接決定著電池電量的儲量，其中極片的厚度以及厚度是否均勻是決定鋰電池極片質(zhì)量的關(guān)鍵，因此在鋰電池極片生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)中，對軋輥間隙的調(diào)節(jié)是極為重要的。同時(shí)在整個(gè)控制系統(tǒng)中，要充分考慮整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，是否能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制，是否能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)指標(biāo)是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵之處。

在傳統(tǒng)軋機(jī)的控制系統(tǒng)中，對于軋輥間隙的調(diào)節(jié)是通過控制步進(jìn)電機(jī)或者其他直流電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，這樣就需要一個(gè)反饋系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對軋輥間隙的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使軋機(jī)整體變得復(fù)雜而且其中的干擾元素也隨之增加，這樣難以達(dá)到預(yù)想的效果，影響到軋機(jī)精度，而且由于反饋系統(tǒng)比較復(fù)雜，使整個(gè)軋機(jī)變得更加不穩(wěn)定。在通信協(xié)議方面，傳統(tǒng)軋機(jī)控制系統(tǒng)采用的是通過傳輸模擬量(如電壓信號)來達(dá)到控制各個(gè)子系統(tǒng)，這樣的缺點(diǎn)是傳送模擬量容易被干擾，不穩(wěn)定，使系統(tǒng)精度難以掌控。而且在一個(gè)系統(tǒng)之中，一個(gè)總CPU通過特定的協(xié)議去控制每一個(gè)子系統(tǒng)，使得每個(gè)系統(tǒng)都通過CPU，使CPU的工作量大大增加，而且這樣在CPU控制整個(gè)子系統(tǒng)時(shí)，容易發(fā)生錯(cuò)誤，而且不容易找到錯(cuò)誤以及更改錯(cuò)誤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種鋰電池極片生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)以PLC作為核心，通過與觸摸屏、終端、張力 控制器、伺服放大器、矢量變頻器、電磁閥、安全警示器、傳感器和鑰匙開關(guān)的信息交互，完成高實(shí)時(shí)性、高可靠性和高精度的生產(chǎn)線收放卷張力控制、軋輥轉(zhuǎn)速控制、軋輥間隙控制和糾偏控制，使得控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種鋰電池極片生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)，其特征在于該控制系統(tǒng)包括PLC、觸摸屏、終端、張力控制器、伺服放大器、矢量變頻器、電磁閥、繼電器、安全警示器、傳感器和鑰匙開關(guān)；所述PLC通過RS485總線分別與張力控制器、伺服放大器、矢量變頻器、繼電器、安全警示器、傳感器和鑰匙開關(guān)連接；所述PLC通過繼電器與電磁閥連接；所述PLC通過Ethernet TCP分別與觸摸屏和終端連接；所述傳感器包括接觸傳感器、張力傳感器和U型傳感器；

所述張力控制器控制生產(chǎn)線的磁粉制動(dòng)器和磁粉離合器；所述伺服放大器與生產(chǎn)線的伺服電機(jī)連接；所述矢量變頻器與生產(chǎn)線的三相異步電機(jī)和變頻電機(jī)連接；所述電磁閥安裝在生產(chǎn)線的放卷氣脹軸、磁粉制動(dòng)器、放卷糾偏電機(jī)、放卷夾帶裝置、切邊電機(jī)、放卷輔助穿帶裝置、絲桿升降電機(jī)、磁粉離合器、收卷氣脹軸、收卷糾偏電機(jī)、收卷夾帶裝置和收卷輔助穿帶裝置上；所述接觸傳感器安裝在生產(chǎn)線的軋機(jī)牌坊上，用于控制絲桿升降電機(jī)上；所述張力傳感器安裝在生產(chǎn)線的放卷裝置和收卷裝置上，位于磁粉制動(dòng)器和磁粉離合器后方，用于實(shí)時(shí)檢測生產(chǎn)線上的電池極片張力；所述U型傳感器安裝在生產(chǎn)線的放卷糾偏電機(jī)和收卷糾偏電機(jī)上，進(jìn)行偏移量測量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于：

(1)該控制系統(tǒng)的功能穩(wěn)定，精度高，對鋰電池極片生產(chǎn)線進(jìn)行精確控制，使極片質(zhì)量大大提高。

(2)該控制系統(tǒng)采用通用性比較強(qiáng)的Modbus協(xié)議，伺服放大器與伺服電機(jī)連接，記錄零點(diǎn)位置以及關(guān)機(jī)前的位置，下次開機(jī)后可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回零點(diǎn)，無需再定原點(diǎn)。利用伺服放大器的絕對編碼可以設(shè)定上限絕對位置和下限絕對位置，進(jìn)行超限保護(hù)，放止間隙過大或過小，引起生產(chǎn)線的機(jī)械機(jī)構(gòu)碰撞。

(3)矢量變頻器與三相異步電機(jī)連接，控制三相異步電機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軋輥 轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)；所述矢量變頻器與變頻電機(jī)連接，控制變頻電機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軋輥轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)。接觸傳感器用于控制絲桿升降電機(jī)上，保證軋機(jī)牌坊放倒、張開、閉合、升起的過程中精確定位；張力傳感器用于實(shí)時(shí)檢測生產(chǎn)線上的電池極片張力；U型傳感器用于對放卷糾偏電機(jī)和收卷糾偏電機(jī)進(jìn)行偏移量測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明鋰電池極片生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)連接示意圖；(圖中：1、PLC；2、觸摸屏；3、終端；4、張力控制器；5、伺服放大器；6、矢量變頻器；7、電磁閥；8、繼電器；9、安全警示器；10、傳感器；11、鑰匙開關(guān))

圖2本發(fā)明鋰電池極片生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)一種實(shí)施例的被控制對象鋰電池極片生產(chǎn)線的整體結(jié)構(gòu)示意框圖；(圖中：20、放卷裝置；201、放卷氣脹軸；202、磁粉制動(dòng)器；203、放卷糾偏電機(jī)；204、放卷夾帶裝置；205、切邊電機(jī)；206、放卷輔助穿帶裝置；30、軋機(jī)裝置；301、伺服電機(jī)；302、三相異步電機(jī)；303、蝸輪蝸桿間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)；304、絲桿升降電機(jī)；305、齒輪箱；306聯(lián)軸器；40、收卷裝置；401、磁粉離合器；402、收卷氣脹軸；403、收卷糾偏電機(jī)；404、測厚裝置；405、收卷夾帶裝置；406、變頻電機(jī)；407、收卷輔助穿帶裝置)

具體實(shí)施方式

下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施例。具體實(shí)施例僅用于進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，不限制本申請權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提供了一種鋰電池極片生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)(參見圖1，簡稱控制系統(tǒng))，包括PLC1、觸摸屏2、終端3、張力控制器4、伺服放大器5、矢量變頻器6、電磁閥7、繼電器8、安全警示器9、傳感器10和鑰匙開關(guān)11；所述PLC1通過基于Modbus協(xié)議的RS485總線分別與張力控制器4、伺服放大器5、矢量變頻器6、繼電器8、安全警示器9、傳感器10和鑰匙開關(guān)11連接；所述PLC1通過繼電器8與電磁閥7連接，繼電器8具有開關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)PLC1與電磁閥7之間的通斷；所述PLC1通過基于Modbus協(xié)議的Ethernet TCP分別與觸摸屏2和終端3連接，進(jìn)行通訊交互；所述傳感器10包括接觸傳感器101、張力傳感 器102和U型傳感器103；所述接觸傳感器101包括立位接近開關(guān)1011、躺位接近開關(guān)1012、張開到位開關(guān)1013和牌坊閉合開關(guān)1014。

所述PLC1的型號是三菱FX5U型；FX5U可通過RS485/Modbus總線網(wǎng)絡(luò)連接各子控制、執(zhí)行器、傳感器，在觸摸屏上設(shè)置參數(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障提示，實(shí)現(xiàn)“工業(yè)3.5級全網(wǎng)絡(luò)”控制。FX5U可以通過基于以太網(wǎng)Modbus(Ethernet/Modbus)與觸摸屏或終端進(jìn)行通訊交互。

所述觸摸屏2上設(shè)置有主牽引按鈕、絲桿升降電機(jī)啟動(dòng)按鈕、絲桿升降電機(jī)停止按鈕、牌坊放倒按鈕、牌坊張開按鈕、牌坊閉合按鈕、牌坊升起按鈕、放卷氣脹軸充氣/充氣停止按鈕、放卷氣脹軸放氣/放氣停止按鈕、收卷氣脹軸充氣/充氣停止按鈕、收卷氣脹軸放氣/放氣停止按鈕、放卷輔助穿帶按鈕、收卷輔助穿帶按鈕、放卷夾帶按鈕、收卷夾帶按鈕等按鈕，對應(yīng)相應(yīng)的功能，能夠設(shè)置參數(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障提示；

觸摸屏2的型號是三菱GT2712-STA12，其支持終端進(jìn)行控制，用終端3調(diào)試無需連接PLC，直接用終端3連接觸摸屏2即可加密，防止第三方盜取資料，提高安全性，本身具有故障診斷功能。

所述終端3用于連接網(wǎng)絡(luò)，可以上傳并儲存數(shù)據(jù)，同時(shí)可以顯示出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；所述終端3為電腦。

所述張力控制器4為三菱公司LE-10WTA-CCL型，張力控制器4控制磁粉制動(dòng)器202和磁粉離合器401；

所述伺服放大器5與軋機(jī)裝置30的伺服電機(jī)301連接，型號是MR-JE-200A，額定輸出2KW，配合PLC1中的掉電保持寄存器，記錄零點(diǎn)位置以及關(guān)機(jī)前的位置，下次開機(jī)后可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回零點(diǎn)。利用絕對編碼可以設(shè)定上限絕對位置和下限絕對位置，進(jìn)行超限保護(hù)，防止間隙過大或過小，引起機(jī)械機(jī)構(gòu)碰撞。而且伺服放大器5帶有空轉(zhuǎn)修正功能，0.4ms高速串行通訊，一鍵式參數(shù)調(diào)整，先進(jìn)的振動(dòng)抑制控制功能，支持RS-485/Modbus，設(shè)備診斷功能，131072pulse/rev高精度編碼器定位。

所述矢量變頻器6與軋機(jī)裝置30的三相異步電機(jī)302連接，控制三相異步 電機(jī)302，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軋輥轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)；所述矢量變頻器6與收卷裝置40的變頻電機(jī)406連接，控制變頻電機(jī)406，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軋輥轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)；矢量變頻器6型號為深圳三工公司S320-030GB/037PB-4T，電壓等級4T/380V，適配電機(jī)功率30KW，支持RS-485/Modbus，具有無速度傳感器器矢量調(diào)速功能。

所述電磁閥7安裝在放卷氣脹軸201、磁粉制動(dòng)器202、放卷糾偏電機(jī)203、放卷夾帶裝置204、切邊電機(jī)205、放卷輔助穿帶裝置206、絲桿升降電機(jī)304、磁粉離合器401、收卷氣脹軸402、收卷糾偏電機(jī)403、收卷夾帶裝置405和收卷輔助穿帶裝置407上。

所述安全警示器9，用于對生產(chǎn)線上的部件進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)生產(chǎn)線上的部件超過生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)的指定位置時(shí)進(jìn)行報(bào)警并通知PLC1。

鑰匙開關(guān)11的作用是保證生產(chǎn)線的牌坊放倒、張開、閉合、升起的過程安全，只允許在鑰匙開關(guān)11接通后，才可使用觸摸屏2上的牌坊放倒按鈕、牌坊張開按鈕、牌坊閉合按鈕核牌坊升起按鈕進(jìn)行操作。

所述接觸傳感器101安裝在軋機(jī)裝置30的軋機(jī)牌坊上，用于控制絲桿升降電機(jī)304上，保證軋機(jī)牌坊放倒、張開、閉合、升起的過程中精確定位；

所述張力傳感器102安裝在放卷裝置20和收卷裝置40上，位于磁粉制動(dòng)器202和磁粉離合器401后方，用于實(shí)時(shí)檢測生產(chǎn)線上的電池極片張力；

所述U型傳感器103安裝在放卷糾偏電機(jī)203上，用于對放卷糾偏電機(jī)203進(jìn)行偏移量測量；U型傳感器103安裝在收卷糾偏電機(jī)403上，對收卷糾偏電機(jī)403進(jìn)行偏移量測量；

所述鋰電池極片生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的被控制對象鋰電池極片生產(chǎn)線(簡稱生產(chǎn)線，參見圖2)，主要包括放卷裝置20、軋機(jī)裝置30和收卷裝置40；所述放卷裝置20包括放卷氣脹軸201、磁粉制動(dòng)器202、放卷糾偏電機(jī)203、放卷夾帶裝置204、切邊電機(jī)205和放卷輔助穿帶裝置206；所述軋機(jī)裝置30包括伺服電機(jī)301、三相異步電機(jī)302、蝸輪蝸桿間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)303、絲桿升降電機(jī)304、齒輪箱305和聯(lián)軸器306；所述伺服電機(jī)301選擇HG-SN202J-S100，額定功率2KW，額定轉(zhuǎn)速速度2000r/min，不帶制動(dòng)器；所述三項(xiàng)異步電機(jī)302的型號為Y225M-6，額定功率30KW；所述收卷裝置40包括磁粉離合器401、收卷氣脹軸402、收卷糾偏電機(jī)403、測厚裝置404、收卷夾帶裝置405、變頻電機(jī)406和收卷輔助穿帶裝置407；

所述控制系統(tǒng)對放卷裝置20的控制主要是控制放卷裝置20的放卷過程，包括控制磁粉制動(dòng)器202放卷、控制放卷氣脹軸201的充放氣、控制放卷糾偏電機(jī)203糾偏、控制放卷張力、控制切邊電機(jī)205的啟停、控制電池極片的夾緊和導(dǎo)向；

(1)控制磁粉制動(dòng)器202放卷：電磁閥7與磁粉制動(dòng)器202連接，磁粉制動(dòng)器202由電磁閥7控制，利用PLC1控制繼電器8，繼電器8的通斷控制電磁閥7的起停，進(jìn)而控制磁粉制動(dòng)器202是否進(jìn)行放卷；

(2)控制放卷氣脹軸201的充放氣：電磁閥7與放卷氣脹軸201連接，電磁閥7與PLC1連接；觸摸屏2與PLC1連接，通過觸摸屏2上的放卷氣脹軸充氣/充氣停止按鈕和放卷氣脹軸放氣/放氣停止按鈕控制放卷氣脹軸201的充放氣；

(3)控制放卷糾偏電機(jī)203糾偏：所述U型傳感器103與放卷糾偏電機(jī)203連接，U型傳感器103對放卷糾偏電機(jī)203進(jìn)行偏移量測量。U型傳感器103測量的偏移量傳輸至PLC1，經(jīng)過PLC1處理后，驅(qū)動(dòng)放卷糾偏電機(jī)203完成糾偏控制；

(4)控制放卷張力：放卷使用磁粉制動(dòng)器202進(jìn)行張力調(diào)節(jié)；工作過程中，張力傳感器102實(shí)時(shí)檢測生產(chǎn)線上的電池極片張力，獲取的張力信息通過PLC1反饋至張力控制器4，張力控制器4控制磁粉制動(dòng)器202，實(shí)現(xiàn)張力的實(shí)時(shí)調(diào)整；

(5)控制切邊電機(jī)205的啟停：切邊電機(jī)205周圍設(shè)置有安全警示器9，控制切邊電機(jī)205啟停；安全警示器9報(bào)警時(shí)，PLC1獲取報(bào)警信息，控制繼電器8的通斷，進(jìn)而控制切邊電機(jī)205啟停；

(6)控制電池極片的夾緊和導(dǎo)向：放卷夾帶裝置204用于夾緊電池極片：放卷輔助穿帶裝置206用于對控制電池極片加工時(shí)的前進(jìn)方向；觸摸屏2上的放卷夾帶按鈕控制電磁閥7接通放卷夾帶裝置204，進(jìn)行電池極片進(jìn)行夾緊；觸 摸屏2上的放卷輔助穿帶按鈕控制電磁閥7接通放卷輔助穿帶裝置206，進(jìn)行電池極片進(jìn)行輔助夾緊，固定電池極片的前進(jìn)方向。

所述控制系統(tǒng)對軋機(jī)裝置30的控制包括對伺服電機(jī)301、三相異步電機(jī)302和絲桿升降電機(jī)304的控制。軋機(jī)裝置30的軋輥與聯(lián)軸器306連接，聯(lián)軸器306與齒輪箱305連接，齒輪箱305與三相異步電機(jī)302連接，三相異步電機(jī)302與矢量變頻器6連接；矢量變頻器6控制三相異步電機(jī)302，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軋輥轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)；矢量變頻器6由PLC1控制并讀取當(dāng)前三相異步電機(jī)302的速度信息，預(yù)設(shè)定速度值由觸摸屏2輸入到PLC1中；蝸輪蝸桿間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)303與伺服電機(jī)301連接，伺服放大器5與伺服電機(jī)301連接，伺服放大器5驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)301，伺服電機(jī)301的位置控制功能調(diào)節(jié)軋輥的間隙；伺服放大器5由PLC1控制并讀取伺服電機(jī)301當(dāng)前速度和轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送至觸摸屏2顯示，觸摸屏2上設(shè)定軋輥間隙的增大或者減小值再發(fā)送至PLC1；絲桿升降電機(jī)304上設(shè)置相應(yīng)的接觸傳感器101，保證軋機(jī)牌坊放倒、張開、閉合、升起的過程中精確定位。

所述控制系統(tǒng)對收卷裝置40的控制主要是控制收卷裝置40的收卷過程，包括控制磁粉離合器401收卷、控制收卷氣脹軸402的充放氣、控制收卷糾偏電機(jī)403糾偏、控制收卷張力和控制電池極片的夾緊和導(dǎo)向；

(1)控制磁粉離合器401收卷：電磁閥7與磁粉離合器401連接，磁粉離合器401由電磁閥7控制，利用PLC1控制繼電器8，繼電器8的通斷控制電磁閥7的起停，進(jìn)而控制磁粉離合器401是否進(jìn)行收卷；

(2)控制收卷氣脹軸402的充放氣：電磁閥7與收卷氣脹軸402連接，電磁閥7與PLC1連接；觸摸屏2與PLC1連接，通過觸摸屏2上的收卷氣脹軸充氣/充氣停止按鈕和收卷氣脹軸放氣/放氣停止按鈕控制收卷氣脹軸402的充放氣；

(3)控制收卷糾偏電機(jī)403糾偏：所述U型傳感器103與收卷糾偏電機(jī)403連接，U型傳感器103對收卷糾偏電機(jī)403進(jìn)行偏移量測量。U型傳感器103測量的偏移量傳輸至PLC1，經(jīng)過PLC1處理后，驅(qū)動(dòng)收卷糾偏電機(jī)403完 成糾偏控制；

(4)控制收卷張力：收卷使用磁粉離合器401進(jìn)行張力調(diào)節(jié)；工作過程中，張力傳感器102實(shí)時(shí)檢測生產(chǎn)線上的電池極片張力，獲取的張力信息通過PLC1反饋至張力控制器4，張力控制器4控制磁粉離合器401，矢量變頻器6控制變頻電機(jī)406，使得變頻電機(jī)406的轉(zhuǎn)速高于磁粉離合器401的轉(zhuǎn)速，通過速度差來使得收卷裝置40的收卷軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，再通過對轉(zhuǎn)矩大小的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)張力的實(shí)時(shí)調(diào)整。

(5)控制電池極片的夾緊和導(dǎo)向：收卷夾帶裝置405用于夾緊電池極片：收卷輔助穿帶裝置407用于對控制電池極片加工時(shí)的前進(jìn)方向；觸摸屏2上的收卷夾帶按鈕控制電磁閥7接通收卷夾帶裝置405，進(jìn)行電池極片進(jìn)行夾緊；觸摸屏2上的收卷輔助穿帶按鈕控制電磁閥7接通收卷輔助穿帶裝置407，進(jìn)行電池極片進(jìn)行輔助夾緊，固定電池極片的前進(jìn)方向。

本發(fā)明鋰電池極片生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)的工作原理和工作流程是：

首先通過觸摸屏2選擇非生產(chǎn)過程，進(jìn)入調(diào)機(jī)生產(chǎn)初始化，調(diào)機(jī)生產(chǎn)初始化過程是向軋機(jī)裝置30提供系統(tǒng)參數(shù)，用戶不能隨意的更改系統(tǒng)參數(shù)的內(nèi)容。調(diào)機(jī)完成正常初始化后，進(jìn)入預(yù)生產(chǎn)，按下觸摸屏2的主牽引按鈕，當(dāng)生產(chǎn)線軋制出極片后，檢查極片是否合格，如果預(yù)生產(chǎn)的產(chǎn)品不合格，則調(diào)整軋輥間隙；如果合格，則連續(xù)生產(chǎn)。連續(xù)生產(chǎn)的工作狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)對極片的收卷和放卷進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)糾偏、對極片的收卷和放卷張力進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)張力控制、對軋輥碾壓速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、對軋輥壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)在軋機(jī)裝置30連續(xù)工作過程中如果檢測到軋輥的輥間間隙不合理可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)整。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。