一種腐蝕箔生產(chǎn)自動(dòng)換卷放箔控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張燕金，寧 宇，滕世國(guó)，鐘建偉

（1.乳源東陽(yáng)光機(jī)械有限公司，廣東 韶關(guān) 512721；2.韶關(guān)學(xué)院 智能工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005）

腐蝕箔是一種新型電子材料，是制造鋁電解電容器的核心材料.現(xiàn)階段的放箔側(cè)換卷主要是通過操作人員手動(dòng)換卷，手動(dòng)接箔，生產(chǎn)效率低下，且箔卷重，人員操作過程中存在安全隱患.為解決現(xiàn)有問題，實(shí)現(xiàn)腐蝕箔生產(chǎn)線全自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率，通過升級(jí)改造現(xiàn)有的放箔機(jī)，增加上卷吊車裝置、把人工接箔臺(tái)變成自動(dòng)接箔裝置，并引入箔片浮動(dòng)緩沖裝置，從而形成一個(gè)自動(dòng)放箔控制系統(tǒng).

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成

通過分析現(xiàn)有的腐蝕箔生產(chǎn)線放箔裝置，設(shè)計(jì)出全新的全自動(dòng)換卷放箔控制系統(tǒng)，包括放箔裝置、吊車裝置、接箔裝置和箔片浮動(dòng)緩沖裝置.（1）放箔裝置由放箔電機(jī)、放箔輥、下輥電機(jī)、下輥移動(dòng)導(dǎo)軌、傳動(dòng)輥和氣缸等組成，主要實(shí)現(xiàn)把箔片從放箔側(cè)傳送到生產(chǎn)線，以及自動(dòng)下輥和換卷等功能.（2）吊車裝置包括吊臂、吊臂起吊夾、吊臂伸縮電機(jī)、移動(dòng)電機(jī)、以及限位開關(guān)等，主要是實(shí)現(xiàn)上卷功能，把新的待加工鋁箔卷放到放箔裝置中.（3）接箔裝置包括壓箔移動(dòng)電機(jī)、氣缸壓輥裝置、壓箔輥、真空吸箔器、限位開關(guān)、真空吸箔輥移動(dòng)電機(jī)，主要是實(shí)現(xiàn)箔片移動(dòng)，以及箔片擠壓對(duì)接.（4）箔片浮動(dòng)緩沖裝置主要用于箔片存儲(chǔ)用，當(dāng)換卷時(shí)，放箔機(jī)停止放箔，通過箔片浮動(dòng)緩沖裝置把存儲(chǔ)的箔片傳輸?shù)缴a(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線不停機(jī)換卷.通過把四個(gè)裝置合為一體，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換卷功能.

1.2 控制系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

1.2.1 正常放箔控制設(shè)計(jì)

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

放箔控制系統(tǒng)正常放箔設(shè)計(jì).首先放箔機(jī)臺(tái)上有一個(gè)放箔電機(jī)，通過電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)箔卷旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過傳動(dòng)輥1 往前傳送；其次箔片通過接箔臺(tái)，接箔臺(tái)在不接箔狀態(tài)下擠壓輥收回，箔片經(jīng)過擠壓輥和接箔臺(tái)中間；最后箔片經(jīng)過箔片浮動(dòng)緩沖裝置后傳送到生產(chǎn)線.在正常放箔過程中，緩沖移動(dòng)輥電機(jī)把緩沖移動(dòng)輥移動(dòng)到最高點(diǎn)，這樣箔片經(jīng)過浮動(dòng)緩沖裝置后能存儲(chǔ)更多的箔片，等換卷時(shí)備用，具體見圖2.

1.2.2 放箔裝置停機(jī)下輥控制設(shè)計(jì)

圖2 放箔控制系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)換卷功能啟動(dòng)后，首先擠壓輥動(dòng)作，同時(shí)放箔電機(jī)停止運(yùn)行，箔片停止向緩沖裝置傳送箔片，啟動(dòng)箔片浮動(dòng)緩沖送箔功能緩沖輥移動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，緩沖移動(dòng)輥向下移動(dòng)，此時(shí)生產(chǎn)線的箔片由緩沖裝置傳送.在放箔裝置傳動(dòng)輥1 右下方設(shè)計(jì)了一個(gè)可移動(dòng)的分切刀，當(dāng)換卷功能啟動(dòng)后，啟動(dòng)氣缸機(jī)構(gòu)，通過分切刀把箔片切斷，一部分箔片留在接箔臺(tái)上，等待接箔，另一部分留在原放卷輥上，通過放箔電機(jī)反轉(zhuǎn)，把殘留箔片收回.放卷輥連著有一個(gè)下輥移動(dòng)導(dǎo)軌，放卷完后，通過此裝置把放卷輥移動(dòng)到放箔裝置下面的放置臺(tái).見圖3.

1.2.3 上箔換卷控制設(shè)計(jì)

吊車設(shè)計(jì)了通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)的伸縮吊臂，可上下移動(dòng)，吊臂上有電動(dòng)起動(dòng)夾，可夾住和釋放箔卷，還有左右移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過限位開關(guān)完成起吊和下放動(dòng)作的限位，吊車上方還有一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)z像頭，在換卷過程中自動(dòng)提醒操作人員關(guān)注吊車操作過程.見圖4.

圖3 放箔停止及下輥結(jié)構(gòu)圖

圖4 吊車上卷結(jié)構(gòu)圖

1.2.4 自動(dòng)接箔控制設(shè)計(jì)

在接箔臺(tái)上有一個(gè)真空吸箔器，真空吸箔器在移動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)下可通過移動(dòng)導(dǎo)軌向左移動(dòng)到新上卷鋁卷旁，啟動(dòng)真空吸箔器把新上卷的箔片吸住并向右移動(dòng)到接箔臺(tái)上，到達(dá)限定位置后，釋放箔片，與之前分切后的箔片疊加在一起.見圖5.

接箔臺(tái)上有加工好帶凸齒的鋼板，自動(dòng)接箔啟動(dòng)后，氣缸動(dòng)作，擠壓輥把疊加的箔片壓在凸齒鋼板上，通過壓箔移動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)接壓輥來回移動(dòng)，鋁箔會(huì)在擠壓輥擠壓下緊貼在一起，實(shí)現(xiàn)箔片自動(dòng)對(duì)接.見圖6.

圖5 換卷箔片移動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

圖6 箔片對(duì)接結(jié)構(gòu)圖

2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLC 采用OMRON 的CP1H-XA40DR-A 可編程控制器，選配CP1W-CIF41 以太網(wǎng)通信模塊，輸入主要以限位開關(guān)、電機(jī)運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)編碼器及啟動(dòng)按鍵等.輸出主要由相應(yīng)的電機(jī)以及氣缸控制.遠(yuǎn)程監(jiān)控臺(tái)主要通過以太網(wǎng)與PLC 通信，實(shí)時(shí)讀取PLC 的數(shù)據(jù)；攝像頭監(jiān)控的畫面通過視頻控制器與遠(yuǎn)程監(jiān)控臺(tái)連接，可實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)畫面，服務(wù)器則保存PLC 數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控畫面.見圖7.

圖7 PLC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序編寫軟件采用的是OMRON 公司CX-Programmer9.4 版本，包括主程序，以及箔片緩沖系統(tǒng)和吊車上卷子程序.

圖8 為主程序流程圖，依次包括箔片分切、下輥和吊車上卷、真空吸箔和接箔部分.（1）箔片分切：換卷啟動(dòng)，擠壓輥氣缸動(dòng)作，分切刀氣缸運(yùn)行，把箔片切斷，放箔電機(jī)反轉(zhuǎn)，把回收輥上剩下的箔片收回，電機(jī)停止運(yùn)行.（2）下輥和吊車上卷同時(shí)運(yùn)行：下輥程序，啟動(dòng)下輥移動(dòng)電機(jī)，把輥?zhàn)右苿?dòng)到限位后，下輥完成；吊車上卷，啟動(dòng)吊車程序，開始上卷，上卷完成.（3）真空吸箔和接箔部分：真空吸箔器移動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，真空吸箔器向左移動(dòng)，到達(dá)箔卷后，啟動(dòng)真空吸箔，吸住箔片后，電機(jī)反轉(zhuǎn)，真空吸箔器向右移動(dòng)，到達(dá)限位后，真空吸箔器釋放箔片，箔片與之前分切后的箔片疊加在一起；啟動(dòng)接箔裝置，接箔擠壓輥氣缸動(dòng)作，擠壓輥把箔片擠壓在凸齒鋼板上，通過壓箔移動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，前后往返擠壓，到達(dá)設(shè)定次數(shù)后，壓接完成，換卷完成.

圖9 為箔片緩沖系統(tǒng)程序流程圖.換卷開始后，擠壓輥動(dòng)作，箔片停止向緩沖裝置傳送，緩沖輥移動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，緩沖輥向下移動(dòng)，此時(shí)生產(chǎn)線的箔片由緩沖裝置傳送.正常狀態(tài)下，換卷完成后，擠壓輥收回，箔片從收箔機(jī)重新傳送到緩沖裝置，緩沖輥移動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，緩沖輥向上移動(dòng)，此時(shí)緩沖裝置開始存儲(chǔ)箔片，到達(dá)高限位后，緩沖輥移動(dòng)電機(jī)停止，緩沖裝置存儲(chǔ)箔片完成；異常狀態(tài)下，在換卷未完成情況下，緩沖輥到達(dá)低限位了，沒有箔片向生產(chǎn)線傳送時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警裝置，同時(shí)生產(chǎn)線停機(jī).

圖8 控制系統(tǒng)主程序流程圖

圖9 箔片緩沖系統(tǒng)程序流程圖

圖10 為箔卷吊車上卷流程圖，流程分為三個(gè)部分：第一步，吊車運(yùn)行后，吊臂伸縮電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)吊臂向下移動(dòng)，到達(dá)箔卷位軸位后，電機(jī)停止，啟動(dòng)箔片起吊夾，把箔卷夾住后，吊臂伸縮電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)吊臂向上移動(dòng)，到達(dá)上限位后，電機(jī)停止；第二步，吊車移動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，吊臂向右移動(dòng)，到達(dá)限定位置后，吊車移動(dòng)電機(jī)停止，吊臂伸縮電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)吊臂向下移動(dòng)，到達(dá)放置位后，電機(jī)停止，釋放起動(dòng)夾，上卷完成；最后，吊臂伸縮電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)吊臂向上移動(dòng)，到達(dá)上限位后，電機(jī)停止，吊車移動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，吊臂向左移動(dòng)，到達(dá)原位后，電機(jī)停止，整個(gè)上卷功能完成.

4 結(jié)語(yǔ)

（1）自動(dòng)放箔控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，自動(dòng)換卷時(shí)，下輥和上卷同時(shí)進(jìn)行，速度更快，效率更高.

圖10 吊車上卷系統(tǒng)程序流程圖

（2）自動(dòng)接箔控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了放箔換卷過程中，自動(dòng)上卷及下輥，無需人員操作，且降低了人員操作失誤風(fēng)險(xiǎn)，安全可靠.

（3）新增箔片浮動(dòng)緩沖系統(tǒng)，避免了因換卷而產(chǎn)生的停機(jī)問題.

（4）放箔全程生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄并存儲(chǔ)在服務(wù)器，可供查詢和故障診斷.