一种锂电池极片生产线的控制系统的制作方法

本发明涉及锂电池极片生产线的控制领域，具体是一种锂电池极片生产线的控制系统。

背景技术：

目前，世界各国都在着力发展新能源汽车，新能源汽车大多都是以电为动力，对于电池的需求量将会日益扩大，对于电池质量的要求将会越来越严格。在锂电池极片的轧制过程中，极片的质量直接决定着电池电量的储量，其中极片的厚度以及厚度是否均匀是决定锂电池极片质量的关键，因此在锂电池极片生产线的控制系统中，对轧辊间隙的调节是极为重要的。同时在整个控制系统中，要充分考虑整个系统的稳定性、可靠性，是否能够实现智能控制，是否能够实现参数指标是整个控制系统的关键之处。

在传统轧机的控制系统中，对于轧辊间隙的调节是通过控制步进电机或者其他直流电机来实现的，这样就需要一个反馈系统来实现对轧辊间隙的实时监控，使轧机整体变得复杂而且其中的干扰元素也随之增加，这样难以达到预想的效果，影响到轧机精度，而且由于反馈系统比较复杂，使整个轧机变得更加不稳定。在通信协议方面，传统轧机控制系统采用的是通过传输模拟量(如电压信号)来达到控制各个子系统，这样的缺点是传送模拟量容易被干扰，不稳定，使系统精度难以掌控。而且在一个系统之中，一个总CPU通过特定的协议去控制每一个子系统，使得每个系统都通过CPU，使CPU的工作量大大增加，而且这样在CPU控制整个子系统时，容易发生错误，而且不容易找到错误以及更改错误。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种锂电池极片生产线的控制系统。该控制系统以PLC作为核心，通过与触摸屏、终端、张力 控制器、伺服放大器、矢量变频器、电磁阀、安全警示器、传感器和钥匙开关的信息交互，完成高实时性、高可靠性和高精度的生产线收放卷张力控制、轧辊转速控制、轧辊间隙控制和纠偏控制，使得控制系统的稳定性大大提高。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种锂电池极片生产线的控制系统，其特征在于该控制系统包括PLC、触摸屏、终端、张力控制器、伺服放大器、矢量变频器、电磁阀、继电器、安全警示器、传感器和钥匙开关；所述PLC通过RS485总线分别与张力控制器、伺服放大器、矢量变频器、继电器、安全警示器、传感器和钥匙开关连接；所述PLC通过继电器与电磁阀连接；所述PLC通过Ethernet TCP分别与触摸屏和终端连接；所述传感器包括接触传感器、张力传感器和U型传感器；

所述张力控制器控制生产线的磁粉制动器和磁粉离合器；所述伺服放大器与生产线的伺服电机连接；所述矢量变频器与生产线的三相异步电机和变频电机连接；所述电磁阀安装在生产线的放卷气胀轴、磁粉制动器、放卷纠偏电机、放卷夹带装置、切边电机、放卷辅助穿带装置、丝杆升降电机、磁粉离合器、收卷气胀轴、收卷纠偏电机、收卷夹带装置和收卷辅助穿带装置上；所述接触传感器安装在生产线的轧机牌坊上，用于控制丝杆升降电机上；所述张力传感器安装在生产线的放卷装置和收卷装置上，位于磁粉制动器和磁粉离合器后方，用于实时检测生产线上的电池极片张力；所述U型传感器安装在生产线的放卷纠偏电机和收卷纠偏电机上，进行偏移量测量。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)该控制系统的功能稳定，精度高，对锂电池极片生产线进行精确控制，使极片质量大大提高。

(2)该控制系统采用通用性比较强的Modbus协议，伺服放大器与伺服电机连接，记录零点位置以及关机前的位置，下次开机后可以实现自动回零点，无需再定原点。利用伺服放大器的绝对编码可以设定上限绝对位置和下限绝对位置，进行超限保护，放止间隙过大或过小，引起生产线的机械机构碰撞。

(3)矢量变频器与三相异步电机连接，控制三相异步电机，进而实现轧辊 转速可调节；所述矢量变频器与变频电机连接，控制变频电机，进而实现轧辊转速可调节。接触传感器用于控制丝杆升降电机上，保证轧机牌坊放倒、张开、闭合、升起的过程中精确定位；张力传感器用于实时检测生产线上的电池极片张力；U型传感器用于对放卷纠偏电机和收卷纠偏电机进行偏移量测量。

附图说明

图1是本发明锂电池极片生产线的控制系统一种实施例的整体结构连接示意图；(图中：1、PLC；2、触摸屏；3、终端；4、张力控制器；5、伺服放大器；6、矢量变频器；7、电磁阀；8、继电器；9、安全警示器；10、传感器；11、钥匙开关)

图2本发明锂电池极片生产线的控制系统一种实施例的被控制对象锂电池极片生产线的整体结构示意框图；(图中：20、放卷装置；201、放卷气胀轴；202、磁粉制动器；203、放卷纠偏电机；204、放卷夹带装置；205、切边电机；206、放卷辅助穿带装置；30、轧机装置；301、伺服电机；302、三相异步电机；303、蜗轮蜗杆间隙调整机构；304、丝杆升降电机；305、齿轮箱；306联轴器；40、收卷装置；401、磁粉离合器；402、收卷气胀轴；403、收卷纠偏电机；404、测厚装置；405、收卷夹带装置；406、变频电机；407、收卷辅助穿带装置)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种锂电池极片生产线的控制系统(参见图1，简称控制系统)，包括PLC1、触摸屏2、终端3、张力控制器4、伺服放大器5、矢量变频器6、电磁阀7、继电器8、安全警示器9、传感器10和钥匙开关11；所述PLC1通过基于Modbus协议的RS485总线分别与张力控制器4、伺服放大器5、矢量变频器6、继电器8、安全警示器9、传感器10和钥匙开关11连接；所述PLC1通过继电器8与电磁阀7连接，继电器8具有开关功能，实现PLC1与电磁阀7之间的通断；所述PLC1通过基于Modbus协议的Ethernet TCP分别与触摸屏2和终端3连接，进行通讯交互；所述传感器10包括接触传感器101、张力传感 器102和U型传感器103；所述接触传感器101包括立位接近开关1011、躺位接近开关1012、张开到位开关1013和牌坊闭合开关1014。

所述PLC1的型号是三菱FX5U型；FX5U可通过RS485/Modbus总线网络连接各子控制、执行器、传感器，在触摸屏上设置参数、实时监控、故障提示，实现“工业3.5级全网络”控制。FX5U可以通过基于以太网Modbus(Ethernet/Modbus)与触摸屏或终端进行通讯交互。

所述触摸屏2上设置有主牵引按钮、丝杆升降电机启动按钮、丝杆升降电机停止按钮、牌坊放倒按钮、牌坊张开按钮、牌坊闭合按钮、牌坊升起按钮、放卷气胀轴充气/充气停止按钮、放卷气胀轴放气/放气停止按钮、收卷气胀轴充气/充气停止按钮、收卷气胀轴放气/放气停止按钮、放卷辅助穿带按钮、收卷辅助穿带按钮、放卷夹带按钮、收卷夹带按钮等按钮，对应相应的功能，能够设置参数、实时监控、故障提示；

触摸屏2的型号是三菱GT2712-STA12，其支持终端进行控制，用终端3调试无需连接PLC，直接用终端3连接触摸屏2即可加密，防止第三方盗取资料，提高安全性，本身具有故障诊断功能。

所述终端3用于连接网络，可以上传并储存数据，同时可以显示出实时数据信息；所述终端3为电脑。

所述张力控制器4为三菱公司LE-10WTA-CCL型，张力控制器4控制磁粉制动器202和磁粉离合器401；

所述伺服放大器5与轧机装置30的伺服电机301连接，型号是MR-JE-200A，额定输出2KW，配合PLC1中的掉电保持寄存器，记录零点位置以及关机前的位置，下次开机后可以实现自动回零点。利用绝对编码可以设定上限绝对位置和下限绝对位置，进行超限保护，防止间隙过大或过小，引起机械机构碰撞。而且伺服放大器5带有空转修正功能，0.4ms高速串行通讯，一键式参数调整，先进的振动抑制控制功能，支持RS-485/Modbus，设备诊断功能，131072pulse/rev高精度编码器定位。

所述矢量变频器6与轧机装置30的三相异步电机302连接，控制三相异步 电机302，进而实现轧辊转速可调节；所述矢量变频器6与收卷装置40的变频电机406连接，控制变频电机406，进而实现轧辊转速可调节；矢量变频器6型号为深圳三工公司S320-030GB/037PB-4T，电压等级4T/380V，适配电机功率30KW，支持RS-485/Modbus，具有无速度传感器器矢量调速功能。

所述电磁阀7安装在放卷气胀轴201、磁粉制动器202、放卷纠偏电机203、放卷夹带装置204、切边电机205、放卷辅助穿带装置206、丝杆升降电机304、磁粉离合器401、收卷气胀轴402、收卷纠偏电机403、收卷夹带装置405和收卷辅助穿带装置407上。

所述安全警示器9，用于对生产线上的部件进行监控，当生产线上的部件超过生产运动的指定位置时进行报警并通知PLC1。

钥匙开关11的作用是保证生产线的牌坊放倒、张开、闭合、升起的过程安全，只允许在钥匙开关11接通后，才可使用触摸屏2上的牌坊放倒按钮、牌坊张开按钮、牌坊闭合按钮核牌坊升起按钮进行操作。

所述接触传感器101安装在轧机装置30的轧机牌坊上，用于控制丝杆升降电机304上，保证轧机牌坊放倒、张开、闭合、升起的过程中精确定位；

所述张力传感器102安装在放卷装置20和收卷装置40上，位于磁粉制动器202和磁粉离合器401后方，用于实时检测生产线上的电池极片张力；

所述U型传感器103安装在放卷纠偏电机203上，用于对放卷纠偏电机203进行偏移量测量；U型传感器103安装在收卷纠偏电机403上，对收卷纠偏电机403进行偏移量测量；

所述锂电池极片生产线的控制系统的被控制对象锂电池极片生产线(简称生产线，参见图2)，主要包括放卷装置20、轧机装置30和收卷装置40；所述放卷装置20包括放卷气胀轴201、磁粉制动器202、放卷纠偏电机203、放卷夹带装置204、切边电机205和放卷辅助穿带装置206；所述轧机装置30包括伺服电机301、三相异步电机302、蜗轮蜗杆间隙调整机构303、丝杆升降电机304、齿轮箱305和联轴器306；所述伺服电机301选择HG-SN202J-S100，额定功率2KW，额定转速速度2000r/min，不带制动器；所述三项异步电机302的型号为Y225M-6，额定功率30KW；所述收卷装置40包括磁粉离合器401、收卷气胀轴402、收卷纠偏电机403、测厚装置404、收卷夹带装置405、变频电机406和收卷辅助穿带装置407；

所述控制系统对放卷装置20的控制主要是控制放卷装置20的放卷过程，包括控制磁粉制动器202放卷、控制放卷气胀轴201的充放气、控制放卷纠偏电机203纠偏、控制放卷张力、控制切边电机205的启停、控制电池极片的夹紧和导向；

(1)控制磁粉制动器202放卷：电磁阀7与磁粉制动器202连接，磁粉制动器202由电磁阀7控制，利用PLC1控制继电器8，继电器8的通断控制电磁阀7的起停，进而控制磁粉制动器202是否进行放卷；

(2)控制放卷气胀轴201的充放气：电磁阀7与放卷气胀轴201连接，电磁阀7与PLC1连接；触摸屏2与PLC1连接，通过触摸屏2上的放卷气胀轴充气/充气停止按钮和放卷气胀轴放气/放气停止按钮控制放卷气胀轴201的充放气；

(3)控制放卷纠偏电机203纠偏：所述U型传感器103与放卷纠偏电机203连接，U型传感器103对放卷纠偏电机203进行偏移量测量。U型传感器103测量的偏移量传输至PLC1，经过PLC1处理后，驱动放卷纠偏电机203完成纠偏控制；

(4)控制放卷张力：放卷使用磁粉制动器202进行张力调节；工作过程中，张力传感器102实时检测生产线上的电池极片张力，获取的张力信息通过PLC1反馈至张力控制器4，张力控制器4控制磁粉制动器202，实现张力的实时调整；

(5)控制切边电机205的启停：切边电机205周围设置有安全警示器9，控制切边电机205启停；安全警示器9报警时，PLC1获取报警信息，控制继电器8的通断，进而控制切边电机205启停；

(6)控制电池极片的夹紧和导向：放卷夹带装置204用于夹紧电池极片：放卷辅助穿带装置206用于对控制电池极片加工时的前进方向；触摸屏2上的放卷夹带按钮控制电磁阀7接通放卷夹带装置204，进行电池极片进行夹紧；触 摸屏2上的放卷辅助穿带按钮控制电磁阀7接通放卷辅助穿带装置206，进行电池极片进行辅助夹紧，固定电池极片的前进方向。

所述控制系统对轧机装置30的控制包括对伺服电机301、三相异步电机302和丝杆升降电机304的控制。轧机装置30的轧辊与联轴器306连接，联轴器306与齿轮箱305连接，齿轮箱305与三相异步电机302连接，三相异步电机302与矢量变频器6连接；矢量变频器6控制三相异步电机302，进而实现轧辊转速可调节；矢量变频器6由PLC1控制并读取当前三相异步电机302的速度信息，预设定速度值由触摸屏2输入到PLC1中；蜗轮蜗杆间隙调整机构303与伺服电机301连接，伺服放大器5与伺服电机301连接，伺服放大器5驱动伺服电机301，伺服电机301的位置控制功能调节轧辊的间隙；伺服放大器5由PLC1控制并读取伺服电机301当前速度和转矩数据，将数据发送至触摸屏2显示，触摸屏2上设定轧辊间隙的增大或者减小值再发送至PLC1；丝杆升降电机304上设置相应的接触传感器101，保证轧机牌坊放倒、张开、闭合、升起的过程中精确定位。

所述控制系统对收卷装置40的控制主要是控制收卷装置40的收卷过程，包括控制磁粉离合器401收卷、控制收卷气胀轴402的充放气、控制收卷纠偏电机403纠偏、控制收卷张力和控制电池极片的夹紧和导向；

(1)控制磁粉离合器401收卷：电磁阀7与磁粉离合器401连接，磁粉离合器401由电磁阀7控制，利用PLC1控制继电器8，继电器8的通断控制电磁阀7的起停，进而控制磁粉离合器401是否进行收卷；

(2)控制收卷气胀轴402的充放气：电磁阀7与收卷气胀轴402连接，电磁阀7与PLC1连接；触摸屏2与PLC1连接，通过触摸屏2上的收卷气胀轴充气/充气停止按钮和收卷气胀轴放气/放气停止按钮控制收卷气胀轴402的充放气；

(3)控制收卷纠偏电机403纠偏：所述U型传感器103与收卷纠偏电机403连接，U型传感器103对收卷纠偏电机403进行偏移量测量。U型传感器103测量的偏移量传输至PLC1，经过PLC1处理后，驱动收卷纠偏电机403完 成纠偏控制；

(4)控制收卷张力：收卷使用磁粉离合器401进行张力调节；工作过程中，张力传感器102实时检测生产线上的电池极片张力，获取的张力信息通过PLC1反馈至张力控制器4，张力控制器4控制磁粉离合器401，矢量变频器6控制变频电机406，使得变频电机406的转速高于磁粉离合器401的转速，通过速度差来使得收卷装置40的收卷轴产生转矩，再通过对转矩大小的调整来实现张力的实时调整。

(5)控制电池极片的夹紧和导向：收卷夹带装置405用于夹紧电池极片：收卷辅助穿带装置407用于对控制电池极片加工时的前进方向；触摸屏2上的收卷夹带按钮控制电磁阀7接通收卷夹带装置405，进行电池极片进行夹紧；触摸屏2上的收卷辅助穿带按钮控制电磁阀7接通收卷辅助穿带装置407，进行电池极片进行辅助夹紧，固定电池极片的前进方向。

本发明锂电池极片生产线的控制系统的工作原理和工作流程是：

首先通过触摸屏2选择非生产过程，进入调机生产初始化，调机生产初始化过程是向轧机装置30提供系统参数，用户不能随意的更改系统参数的内容。调机完成正常初始化后，进入预生产，按下触摸屏2的主牵引按钮，当生产线轧制出极片后，检查极片是否合格，如果预生产的产品不合格，则调整轧辊间隙；如果合格，则连续生产。连续生产的工作状态下可以实现对极片的收卷和放卷进行实时自动纠偏、对极片的收卷和放卷张力进行实时自动张力控制、对轧辊碾压速度进行实时监控、对轧辊压力进行实时监控。同时在轧机装置30连续工作过程中如果检测到轧辊的辊间间隙不合理可以实现在线调整。

本发明未述及之处适用于现有技术。