锂电池材料快速稳定均匀分切的高效系统方案

一、 项目背景

该项目主要为锂电池行业项目，主要对将上到工序已经镀完石墨等材料的正极以及负极大卷材料，通过分切将其均匀 分切成18650类型宽度材料方便后续制片机进行极耳焊接以及贴胶使用

二、项目要求

1、生产效率 ：线速度80m/分

2、张力稳定 ：将大卷正极以及负极进行分切成卷的过程中，由于极片材料的拉伸性要保证其张力稳定，不能出现过松导致纠偏对齐度出现问题或者过紧导致极片变形甚至断带的问题出现。

3、纠偏 ：在快速运行过程中，大卷分切成小卷，要保证纠偏快速且稳定 的及时响应，保证材料对齐度

三、硬件配置

序号

产品名称

型号

备注

数量

1

HMI

IT6070E

人机界面

1

2

PLC

H3U-3232MT

控制器

1

3

AD模块

AM600-4AD

4路AD

1

5

伺服电机

ISMH1-40B30CB-A331Z

400W电机

3

6

伺服驱动器

IS620PS2R8I-IAB-C

400W驱动

3

7

伺服电机

ISMH1-85B15CB-A331Z

850W电机

4

8

伺服驱动器

IS620PS7R6I-IAB-C

850W驱动

4

四、方案拓扑图

五、方案说明

采用Canlink控制收卷（上下）以及放卷，采用汇川4AD 模块进行采集纠偏传感器反馈电压信号并进行整合，使用PID并基于脉冲方式控制纠偏

（一）方案优点

1、 汇川Canlink通讯基于Canopen连接方式，抗干扰能力强 于传统的485，且传输速率最高可达1M，汇川伺服的CN3/CN4口基于Can通讯接口，多台伺服连接一网到底，节省 现场大规模接线，减少 用户工作量。

2、 采用脉冲+方向控制 纠偏步进电机，汇川PLC输出脉冲频率最高可达200K，不降低步进电机细分保证精准度的情况下可以保证快速，稳定的趋近设定的纠偏位置

3、 采用汇川4AD模块，其扫描周期最快可达1ms，能够及时采集纠偏传感器反馈电压，并结合汇川H3U PLC ，采用集成指令PID功能，减少采样周期的情况下，能够实时刷新PID MV变化时反馈值的数据采集，满足客户对于纠偏的快速响应以及稳定变化。

4、 采用转矩模式 进行控制收放卷，使用Canlink的形势下，对于用户需要的设定转矩以及显示当前转矩以及转矩对应的限制速度可以很直观 的通过通讯进行写入。

（二）现场难点问题及解决方案说明

1、 收放卷设定转矩跟随卷径变化

收放卷采用为转矩控制模式，现场无测量卷径的传感器介入，当实际转动过程中，放卷卷径变小，收卷卷径变大，所以要根据实际的卷径变化适时调整设定转矩的大小（收卷设定转矩加大，放卷设定转矩减小），通过已知牵引N以及D的情况下推算收放卷的卷径变化并进行线性关系对应实现设定转矩变化，以此保证线速度恒定。并通过该公式可以推导简单卷径测量，从而实现当收卷卷径大于客户要求时实现自动停机处理

2、 纠偏响应

现场采用传感器采集电压，作为PID反馈值，整合MV以脉冲方式进行控制纠偏处理，对于纠偏既要满足快速响应误差，也要保证稳定后不大范围振荡，所以针对输出值MV，我们通过PID的目标与反馈的差值绝对值进行比较实现多段MV限制情况，从而实现相差远快速整定，相差近，稳速控制的应用

嵌入式PLC模块的PCB图

按照各个模块电路原理图的内容，设计电路原理图完成后，接下来便是将电路原理图上各个模块在电路板上实现。

生产PCB图的制作软件选用了Altium Designer软件生成PCB图，本PCB图设计是双层板，在将各个元器件布好线之后，采用了敷铜将地线组成的网络连接起来，同时利用敷铜来减小地线的阻抗，提升抗干扰能力。

由于设计的嵌入式PLC模块主要是应用于电压不高的控制系统中，同时本模块中大部分的连线是低压电源线和信号线，因此在为本文设计的嵌入式PLC模块的信号线多采用的线宽为8mil,对于电源线的线宽多采用10mil，同时对于ESP8266的信号线布线时常需要考虑进行包地处理来减少干扰。

分别为嵌入式PLC模块的顶层、底层和敷铜后的PCB实现图。

如图所示，嵌入式PLC模块的尺寸为宽为62.6mm，长为125.3mm，本模块除了以太网接口以外，电路板上外部接口的排针间距设计均为2.54mm。

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在图中各模块的位置布置如下：

①为嵌入式PLC的64路输出接口，它是由一排排针连接外部和内部元器件的，其中排针的规格为32*2，间距为2.54mm；

②为嵌入式PLC模块的主控芯片，选用STM32F03ZET6；

③为有线网络以太网控制芯片，选用W5500；

④是用于下载主控芯片的程序下载接口，开发人员可以选用此接口将程序下载进芯片中，本课题下载程序是选用ST-Link下载器来跟此接口联接并下载程序；

⑤是实现RS-232通讯协议功能的MAX3232芯片；

⑥为嵌入式PLC的64路输入接口，它是由一排排针连接外部和内部元器件的，其中排针的规格为32*2，间距为2.54mm；

⑦为用于外界经由以太网网线联接的以太网RJ45接口；

⑧为无线以太网模块，完成接入无线以太网的任务；

⑨为无线以太网的控制芯片ESP8266。

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