摘要：本文主要介紹三菱Q系工控產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總線網絡。

關鍵詞：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、貯存壽命長等優點，已廣泛應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模的生產實用階段。然而涂布是鋰離子電池正極制作中的關鍵環節，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、熔融態聚合物或聚合物溶液涂布于薄膜上制得復合膜的方法，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。采用的技術就有擠壓涂布技術，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

此論文應用背景就是對客戶的某一量產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構示意圖。

主要分兩部分進行說明：

1）、機頭升級改造（性能升級與控制優化）；

2）、變頻器網絡化（基于CC-LINK總線）改造；

圖2升級改造前涂布機結構示意圖

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。涂布厚度的調節方式有兩種可供選擇：1）、調整刮刀間隙的機械調節；2）、改變涂布輥與背輥速比的電氣調節。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，共同構成對8軸J3伺服的控制系統。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、走線復雜，對于現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品的品質；對于電氣編程調試人員來說，由于采用了兩臺獨立的PLC控制系統，增加了程序編寫的復雜性，對于后期的調試工作也帶來不利。同時PLC控制系統的離散性，對于信息的整合很不便利，之前的解決方案是用兩臺HMI分別對應一臺PLC，一直存在的問題是通信線纜長度（RS232通信方式）與穩定性。

1.2、升級改造后配置

Q系選型方法為：控制系統由原先的FX3UPLC升級到Q系PLC，根據與FX3U所實現的功能一一對比，然后對應選擇Q系相關產品，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，節省接線，降低線路故障，提高工作效率，進一步提高伺服系統的抗干擾能力。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總線網絡，只要每個變頻器配置一個FR-A7NC配件，這樣就與QCPU系統整合到一起進行集中監控，既方便了現場人員進行監控，也進一步提升了整機的自動化程度，提高了產品價值。

圖5為升級改造后結構示意圖，圖6為整機設備的Q系配置清單。

圖5升級改造后涂布機結構示意圖

圖6選定Q系配置清單

1.3、機頭相關功能調試

此節根據對控制刮刀、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試。

1.4、刮刀伺服的梯形圖編寫與調試

根據工藝要求刮刀要實現的伺服動作有：回零，寸動，定位。

編程如下（注意各軸緩沖區的地址，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.配置調刀伺服的參數：雙擊“0000:QD77MS16”，再次雙擊“SimpleMotionModuleSetting”，在打開的“簡易運動控制器設置工具”進行模塊相關參數與伺服參數的設定，設置完成后保存。如下圖9圖10所示：

圖9模塊參數設定

圖10伺服參數設定

iv.調刀伺服的相關定位數據通過梯形圖進行設定，程度如下所示：

左調刀回零梯形圖程序如下所示：

圖11左調刀回零梯形圖程序

左調刀寸動梯形圖程序如下：

圖12左調刀回零梯形圖程序

左調刀定位梯形圖程序如下：

圖13左調刀定位梯形圖程序

v.調試：將梯形圖與所有參數下載，準備好后進行調刀伺服的調試。

主要調試步驟為：

1)全部程序和參數下載后，斷電重啟，查看QCPU與QD77MS16ERR燈是否閃爍，如有錯誤發生，通過GXWORKS2的在線監控查看錯誤，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)經過步驟1）、2）后，進行梯形圖程序的測試：對左調刀伺服動作的確認，如若不符，一，確認的相關數值是否賦值到相關的緩沖區；二，確認參數Pr.3“每轉移動量”與相關賦值是否對應。

圖15參數Pr.3”每轉移動量”

1.5、涂布輥伺服與背輥伺服的梯形圖編寫與調試

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試過程與調刀伺服相同，不再重復描述。

圖16涂布輥與背輥的梯形圖程序

2.0、組建變頻器CC-LINK網絡

烘干箱溫區分十段，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總線網絡。與之前相比，具有的優勢有：接線便利，設置簡單，程序開發量少，集中控制，便于人員進行調試。下圖17為CC-LINK網絡的組態（下圖包括了兩臺GT1675-VNBD連入CC-LINK網絡）。

圖17變頻器CC-LINK網絡組態

3.0總結

經過半個多月的程序調試和整機運行，廠家人員反饋的使用感受是：

1）PLC的處理速度快，響應及時，對涂布根據精度更高；

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整精度更加精準；

3）各輥伺服電機運行穩定，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總線網絡進行管理與監控，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參數——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參數的對比，圖19為某廠家的同型號擠壓式涂布機的技術參數（對比數據摘自廠家的產品說明書與網頁截圖）。

              原技術參數                                                 現技術參數

圖18前后技術參數對比

圖19某廠家擠壓式涂布機技術參數

總之，對于涂布機機頭的升級改造達到了提高設備技術指標和生產效率、整合離散控制、增加自動化程度、提升設備品質，降低售后維護成本的目的。同時，對于客戶來說，設備全部采用三菱工控產品，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（應用篇）

（4）FR-A7NC使用手冊