張 偉,宋曉亮,童 慧
(北京機械工業(yè)自動化研究所,北京 100120)
隨著國家對新能源政策的大力扶持,鋰電池隔膜作為動力鋰電池的關鍵內(nèi)層組件材料對電池的循環(huán)能力,容量,安全性都起著極其重要的作用。薄膜單向拉伸設備是屬于干法單向拉伸工藝,它是通過生產(chǎn)硬彈性纖維的方法,制備出低結晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜,在高溫退火獲得高結晶度的取向薄膜。由于我國受國外專利保護及知識產(chǎn)權方面的制約,國內(nèi)采用單向拉伸方法制備隔膜的工業(yè)化進展很慢。經(jīng)過多年的努力,我們自主研發(fā)的單向拉伸生產(chǎn)線實現(xiàn)了干法單向拉伸工藝鋰離子動力電池隔膜的規(guī)模化生產(chǎn),可同時拉伸16層以上的基膜(總厚度250μm以上),在大幅提高生產(chǎn)效率的同時大大降低了生產(chǎn)成本。該生產(chǎn)線單條的年產(chǎn)量約7千萬平米,并且能夠生產(chǎn)不同厚度、不同層數(shù)的薄膜,運行平穩(wěn),各項功能、性能指標均達到工藝要求,開辟了特種膜生產(chǎn)線領域的新市場,贏得了業(yè)界的廣泛贊譽和一致好評。本文主要在薄膜單向拉伸生產(chǎn)線的設備基本組成及工作原理,對不同品牌電氣控制系統(tǒng)的集成,和系統(tǒng)之間通訊的實現(xiàn)進行了詳細的介紹。
薄膜單向拉伸生產(chǎn)線設備分為六大部分,分別為放卷機、縱拉機、牽引機、浮動輥裝置、跟蹤裝置和收卷機。PP薄膜單向拉伸工藝是與PP薄膜雙向拉伸工藝并存的一種拉膜方式,此種工藝生產(chǎn)的PP薄膜晶體取向一致性好,被廣泛用于動力電池生產(chǎn)中。PP薄膜要求通過此設備經(jīng)過二次加工后,拉伸后最大厚度達到0.5mm,并且要使用低張力整齊地卷在收卷機上。
下面簡要介紹一下它的工作原理。
圖1 薄膜單向拉伸生產(chǎn)線設備圖
設備如圖1所示,設備生產(chǎn)的基本流程為:將需要二次加工的膜卷放置于放卷機上,將膜片根據(jù)工藝路徑依次貫穿縱拉機的各輥筒,再將從縱拉機出來的膜片依次經(jīng)過牽引機、浮動輥裝置、跟蹤裝置,最后進入收卷機進行收卷,即完成了工藝流程。放卷機實現(xiàn)膜片在一定張力下的放卷,縱拉機實現(xiàn)對膜片的拉伸和成型,牽引機實現(xiàn)對成型膜片的牽引,浮動輥裝置、跟蹤裝置和收卷機實現(xiàn)對膜片的低張力收卷作業(yè)。
本系統(tǒng)不但對機械設備的加工和精度要求非常高,而且對電控系統(tǒng)的控制精度要求也是非常苛刻的,由此我們進行的詳細的設備選型,最終我們第一次選用羅克韋爾AB公司的工程型高性能753系列變頻器,配合西門子S7-300系列PLC進行系統(tǒng)集成和應用。
AB753系列變頻器通過總線插件方式接入profibus-DP總線,S7-300PLC利用其總線訪問權,讀取或改寫變頻器的狀態(tài)。由于這是國內(nèi)第一次實現(xiàn)兩個系統(tǒng)通過profibus-DP通訊,所以下面我著重詳細的介紹一下它們是如何實現(xiàn)的。
1)命令通道的設置
通過通訊給定速度:
在變頻器的“命令”菜單里,當變頻器的第4個插槽插上通訊卡后,給定通道的選項里會新增一項選項:通信卡。PLC程序中通過Profibus-DP通訊給定速度,則將給定通道選擇為“通信卡”。速度基準值P545選為通訊板端口4 參數(shù)設為P874
2)讀寫參數(shù)的設置
在變頻器的“通信” 菜單里,前兩個子菜單分別是DataLink1
DL From Net 01(參數(shù)1)(即變頻器發(fā)送給PLC的數(shù)據(jù))和DataLink2
DL To net P2(即PLC發(fā)送給變頻器的數(shù)據(jù))。通過對這兩個子菜單的設置,我們可以實現(xiàn)變頻器和PLC之間的數(shù)據(jù)交換。
綜上,完成變頻器通訊參數(shù)的設置后,完成PLC的Profibus-DP通訊配置后即可從以上通道讀寫控制AB753變頻器。
對于任何從站設備,如果對于西門子PLC Profibus-DP網(wǎng)絡是第三方設備,它都需要一個GSD文件,這個GSD文件起到一個識別其身份、分配其功能的作用。所以在Step-7軟件的硬件配置畫面(Hardware Config),選擇菜單Options下的Install New GSD...選擇753的GSD文件(20-750-PBUS_01_002_03_GSD)
在硬件配置畫面(Hardware Config)點擊配置過GSD文件的753變頻器圖標文件,下方窗口出現(xiàn)分配地址,如圖2所示。
圖2 地址分配
分配的地址共分兩部分,Slot1顯示的是Profibus-DP通訊的PKW區(qū)域,占4個輸入字和4個輸出字。它們分別是PIW256、PIW258、PIW270、PIW272,和PQW256、PQW258、PQW270、PQW272。
Slot2顯示的是Profibus-DP通訊的自定義PZD區(qū)域,占2個輸入字和2個輸出字。它們分別是:PIW264…PIW266,和PQW266…PQW266。
上述組態(tài)配置中Slot2即Profibus-DP通訊的PZD區(qū)域,所對應的就是我們在“變頻器參數(shù)設置”中所涉及的DL From Net與DL TO Net參數(shù)。圖3是程序中變頻器與PLC數(shù)據(jù)通訊的格式:
通過上述DB1與PIW/PQW相關數(shù)據(jù),PLC能夠通過對DB10的數(shù)據(jù)處理完成對AB753變頻器的遠程操作。
圖3 數(shù)據(jù)通訊格式
目前此套薄膜單向拉伸設備為國內(nèi)隔膜唯一進行量產(chǎn)的單向拉膜生產(chǎn)線,經(jīng)過長時間的生產(chǎn)運行,證明該西門子PLC和AB變頻器的電控配置系統(tǒng)運行穩(wěn)定,速度精度高,收放卷張力也滿足工藝要求,達到了此前控制系統(tǒng)的設計要求。這條生產(chǎn)線的投入運行也使我所在薄膜單向拉伸生產(chǎn)線設備領域上走在了國內(nèi)同行的前列。
[1]尹燕平.雙向拉伸塑料薄膜[M].北京:化學工業(yè)出版社,1999.8.
[2]崔堅.西門子工業(yè)網(wǎng)絡通訊指南(上、下)[M].機械工業(yè)出版社,2005.
[3]胡壽松.自動控制原理(第3版)[M].國防工業(yè)出版社,1995.