一種電極箔制造自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

滕世國(guó)，寧 宇，張燕金，王祥達(dá)

（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 物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005）

高性能電容器是航空航天、先進(jìn)軌道交通等設(shè)備制造領(lǐng)域不可或缺的關(guān)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(dòng)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(shí)間長(zhǎng).繁雜的人工操作不僅降低生產(chǎn)效率，還導(dǎo)致電極箔質(zhì)量不穩(wěn)定.另外，目前國(guó)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(xué)過程中會(huì)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(shè)計(jì)了一種電極箔自動(dòng)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(jī)、AGV小車等組成.創(chuàng)新設(shè)計(jì)了自動(dòng)收放箔換卷控制系統(tǒng)、自動(dòng)接箔裝置和收放卷緩沖裝置控制系統(tǒng).實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線全自動(dòng)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(dòng)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(jī)、自動(dòng)上下卷車、下輥車、接箔臺(tái)組成，實(shí)現(xiàn)把箔卷上卷、下輥、箔片自動(dòng)對(duì)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(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)輥，主要功能是把箔片存儲(chǔ)作用，換卷時(shí)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.電解槽組由多個(gè)電解槽組成，通過標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)輥，實(shí)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(shí)，把生產(chǎn)線傳送的箔片暫時(shí)存儲(chǔ)到此結(jié)構(gòu)中.收箔裝置包括了收箔機(jī)、自動(dòng)上下卷車、上輥車、主要實(shí)現(xiàn)把箔片收卷，箔卷下機(jī)、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(shè)計(jì)

1.2.1 放箔換卷控制設(shè)計(jì)

放箔換卷控制系統(tǒng)運(yùn)行主要包括兩個(gè)過程：正常放箔過程，放箔電機(jī)帶動(dòng)箔卷旋轉(zhuǎn)，傳送箔片，經(jīng)接箔臺(tái)，傳送至箔片緩沖裝置；另外是換卷過程，當(dāng)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(jī)停機(jī)、下輥、上卷、接箔等動(dòng)作.放箔側(cè)主要由4個(gè)部分組成：自動(dòng)上下卷AGV小車、放箔機(jī)、接箔臺(tái)、下輥車.

換卷過程如圖2和圖3所示，停機(jī)下輥，當(dāng)整卷箔生產(chǎn)完成后，圖3中氣缸和擠壓輥動(dòng)作，箔片停止向前傳送.接箔臺(tái)上的擠壓輥和切刀把剩余箔片切斷，收箔電機(jī)反轉(zhuǎn)，把分切后多余的箔片回收到輥?zhàn)由希缓笸ㄟ^圖3中電機(jī)和上下移動(dòng)導(dǎo)軌把輥下移到放箔機(jī)的傳送帶上，通過傳送帶把輥?zhàn)酉蛴覀魉偷较螺佨嚿?上卷時(shí)，自動(dòng)上下卷AGV小車把待換箔卷通過傳送帶傳送到放箔機(jī)，通過圖3中電機(jī)和上下移動(dòng)導(dǎo)軌把箔卷上移到放箔電機(jī)卡扣上，再通過傳送帶把木托返回到自動(dòng)上下卷AGV小車上.上卷完成后，通過電機(jī)帶動(dòng)吸盤把箔片吸到接箔臺(tái)中，經(jīng)過上下壓裝置，有特殊凸點(diǎn)的擠壓面把箔片擠壓對(duì)接在一起.擠壓一段時(shí)間后，收回下壓裝置，此時(shí)箔片接箔完成.放箔機(jī)重新運(yùn)行，把箔片傳入后一級(jí)裝置.

圖2 放箔側(cè)換卷運(yùn)行示意圖

圖3 放箔側(cè)換卷接箔運(yùn)行示意圖

1.2.2 放箔緩沖裝置控制設(shè)計(jì)

放箔緩沖裝置通常工作狀態(tài)見圖4.移動(dòng)傳動(dòng)輥在最左端，此時(shí)裝置能存儲(chǔ)最多的箔片，以備換卷時(shí)用.當(dāng)放箔側(cè)換卷功能啟動(dòng)后，放箔緩沖裝置同步電機(jī)運(yùn)行，移動(dòng)傳動(dòng)輥向右移動(dòng)，此時(shí)放箔緩沖裝置箔片運(yùn)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線換卷不停機(jī)生產(chǎn).換卷完成后，同步電機(jī)反轉(zhuǎn)快速運(yùn)行，移動(dòng)傳動(dòng)輥向左移動(dòng)，進(jìn)行儲(chǔ)箔，直到最左端為止，儲(chǔ)箔完成，同步電機(jī)停止運(yùn)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(shè)計(jì)

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(yùn)行時(shí)移動(dòng)傳動(dòng)輥在最左側(cè)，此時(shí)收箔側(cè)緩沖裝置不存儲(chǔ)任何箔片.當(dāng)收箔側(cè)換卷時(shí)，此裝置啟動(dòng)，氣缸動(dòng)作帶動(dòng)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(jī)運(yùn)行，帶動(dòng)移動(dòng)傳動(dòng)輥向右移動(dòng)，將生產(chǎn)線傳送的箔片存儲(chǔ)到此裝置中；換卷完成后，同步電機(jī)反轉(zhuǎn)，移動(dòng)傳動(dòng)輥移動(dòng)到最左側(cè)，配合收箔機(jī)把存儲(chǔ)的箔片全部傳送到收箔機(jī)，此時(shí)收箔側(cè)緩沖裝置恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài).

1.2.4 收箔換卷裝置控制設(shè)計(jì)

收箔側(cè)運(yùn)行過程如圖5.收箔機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)箔卷恒張力轉(zhuǎn)動(dòng)，把生產(chǎn)線加工好的箔片成卷.收箔側(cè)收完整卷箔后，進(jìn)入換卷模式，貼膠器啟動(dòng)，在上機(jī)輥粘膠雙面膠，通過輥上升氣缸動(dòng)作，上升到箔片中，輥通過雙面膠粘貼住鋁箔，分切刀動(dòng)作，把箔片切斷.然后，自動(dòng)上下卷AGV小車把木托傳送到箔卷正下方，上下卷導(dǎo)軌和電機(jī)把箔卷下移到木托，傳送帶把箔卷傳送到自動(dòng)上下卷車上.通過輥帶動(dòng)導(dǎo)軌和電機(jī)把新上輥移動(dòng)到收卷電機(jī)上，通過收箔電機(jī)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(shè)計(jì)

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(hào)有接近開關(guān).輸出主要是相應(yīng)的電機(jī)、氣缸、溫控表等控制.生產(chǎn)車間總控臺(tái)主要通過以太網(wǎng)與PLC通信；服務(wù)器與生產(chǎn)車間總控臺(tái)通過以太網(wǎng)交換數(shù)據(jù)，服務(wù)器保存相應(yīng)PLC數(shù)據(jù).

3 主要控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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(duì)接動(dòng)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(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)速，使放箔側(cè)箔片緩沖存儲(chǔ)箔片傳送速度與生產(chǎn)線箔片運(yùn)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(gè)新輥收箔.

圖9 收箔換卷系統(tǒng)程序流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)的這套電極箔制造全自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了收放箔換卷、接箔和收放卷全自動(dòng)控制.該設(shè)計(jì)相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)具有顯著優(yōu)勢(shì)：一是全程自動(dòng)化，速度更快，生產(chǎn)效率更高；二是自動(dòng)上下卷AGV小車使箔卷運(yùn)輸更加順暢方便；三是可適應(yīng)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(shí)時(shí)記錄存儲(chǔ)功能提高產(chǎn)品查詢和故障診斷效率.該電極箔制造自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)可有效改進(jìn)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(shí)際應(yīng)用價(jià)值.