【行业案例】高速、高精度的单层锂电池涂布应用 | 降低张力波动，实现高速运行下的稳定涂布

• 关键词：欧姆龙,编码器,伺服
• 摘要：涂布是二次电池最重要的工艺段之一，速度、张力的稳定决定着被涂材料的薄厚程度以及产品的品质。被涂材料越薄，则单位体积的电池容量越高。速度越高，产量越高，成本越低。

工艺介绍

涂布是二次电池最重要的工艺段之一，速度、张力的稳定决定着被涂材料的薄厚程度以及产品的品质。被涂材料越薄，则单位体积的电池容量越高。速度越高，产量越高，成本越低。

单层锂电池涂布机设备分为放卷区、纠偏区、牵引辊区、涂布区、烘箱区、尾部牵引区、收卷区。

■  放卷区为异步电机加闭环变频器的配置；变频器采用模拟量控制；张力摆杆采用气缸产生张力，配备张力计监控；摆杆位置通过电位计进行反馈。

■  涂布区为连续涂布，涂布辊采用直驱电机驱动，模拟量控制。

■  烘箱区安装7支过辊辅助料带通过，变频器加异步电机驱动，变频器为RS-485通讯。

■  牵引区为异步电机加闭环变频器配置，与放卷机构类似。

■  收卷区为自动换料结构，辅助贴合辊与切刀由气缸控制升降，升的过程需增加缓冲阻尼，避免冲击过大。

课题

01、线速度120米/分钟的高速放卷下，换刀时容易产生张力波动，导致最终的涂布效果降低。

02、线速度120米/分钟的高速放卷下，波动过大导致无法稳定接换料，需停机后处理，拖慢生产节拍。

解决方案

1. 模糊卷径计算技术，将精度提升至±1mm内

欧姆龙针对涂布机工艺和电气方面的课题，专门开发了模糊卷径计算技术：

From 传统的编码器，加上检测圈数的光电传感器

To      无需检测圈数的光电传感器

工艺流程中的张力控制机构由变频器+三相异步电机+摆杆机构组成，通过模糊卷径计算技术实现无编码器或卷径测量传感器的卷径计算，简化机械结构，降低成本，提升系统稳定性。

2. 张力控制技术，张力波动削减为0

From  采用传统的气缸切刀，由于抬刀时的扰动量无法估算，仅靠PID进行调节，张力波动大。

To  抬刀机构改用伺服电机控制，根据数学模型计算出扰动量作为前馈控制，张力波动将大大降低，甚至基本无变化，使得产品的涂布效果更佳，速度也可以得到提升。

控制系统

控制器采用集高功能运动控制和实现现场IoT网络于一体的NX1P系列，带动伺服电机分别控制左纠偏、右纠偏、左调刀、右调刀、供料与涂辊等。

实现价值

1、生产效率：线速度120米/分钟

2、计算精度：±1mm内

3、张力波动：＜1%

【经营层】

■ 应对世界环境恶化、新能源电池的制造趋势，提供高速、高精度的涂布技术，打造行业Top竞争力。

■ 通过模糊卷径计算技术实现无编码器或卷径测量传感器的卷径计算，简化机械结构，降低设备电气上的投入，单台生产成本大幅降低。

【管理层】

■ 抬刀机构改用伺服电机控制，根据数学模型计算出扰动量作为前馈控制，降低张力波动，使产品的涂布效果更佳，速度也得到提升。

■ 欧姆龙机械自动化控制器 NX系列，可实现现场生产数据的采集、存储、分析，改善管理课题，提高生产效率。

【工程师层】

■ 模糊卷径计算与张力控制技术，可直接通过控制器FB导入，无需编程。

■ 线速度120米/分钟的高速放卷下无张力波动，且实现无停机接换料。

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