研發高壓電子鋁箔智能化軋制裝備技術路線以及工藝流程

郭 亮 王 偉

（揚州冶金機械有限公司，江蘇 揚州225000）

本項目結合目前國內鋁箔軋機整體裝備水平較低、設備老化、自動化水平低、精度低、控制手段簡單等問題，從提高生產率、產品質量，產品精度和自動化控制水平等方面進行研究。主要涉及理論研究角度、規律探索角度與實驗驗證角度，三者之間的有效結合，同時輔以前沿技術研究成果與工程應用中提供的示范，集中并融合現有高等院校在裝備制造方面的優勢，針對高壓電子鋁箔軋機關鍵科學理論以及對應的核心制造技術展開研究，并將最終研究成果應用在工程實踐的指導工作中。

1 異步軋制高壓電子鋁箔織構演化行為及機制研究

針對終軋實驗前有無預備退火準備處理的高純鋁箔材料，加以不同速比的無張力和有張力冷軋測試，分析不同工藝參數影響下，異步軋制期間的高純鋁箔冷軋現象、再結晶織構現象的最終影響規律，分析異步軋制工藝作業參數會對高純鋁箔微最終取向流變造成的作用和機制，同時為獲取更高含量的立方織構供給理論依據。對于張力異步化制高純鋁箔而言，分析退火過程中冷軋織構與再結晶織構之間的轉化關系，研究鋁箔中立方織構呈現出的演化規律，為后續階段的高純電子鋁箔產品最終生產工藝升級優化提供可靠的理論依據。

2 鋁箔軋機工作輥輥形曲線的優化

針對鋁箔軋機生產裝飾箔時出現的二肋浪形問題，通過板形理論分析產生二肋浪形的原因，研究熱膨脹和冷卻、工作輥粗糙度和工作輥曲線等因素對工作輥等效凸度的影響，確定現場條件下影響工作輥對應區域等效凸度的主要因素，推導出鋁箔軋機工作輥曲線表達式，對采用不同凸度、不同半角時的工作輥曲線進行對比，選出適合當前工況下的工作輥曲線。采用該工作輥曲線進行現場實驗，得出對改變肋部的工作輥輥形曲線具有優勢的參數，實現對工作輥輥形曲線的優化，并滿足最大寬幅2350mm、軋制速度1800m/min 的鋁箔軋制需求。（參考圖1、2、3）

圖1 板形儀實測曲線圖

圖2 不同凸度的半輥身輥形曲線對比圖

圖3 不同半角的半輥身輥形曲線對比圖

3 高精確度鋁箔張力控制策略的研究

根據鋁箔軋制中張力控制的特點，制定針對雙電機串軸驅動的主從傳動控制方式。針對鋁箔進行軋制的過程中，對于張力方面的控制精確度要求高的問題，通過對間接恒張力控制策略各個組成部分的詳細分析，找出影響張力控制精確度的幾個關鍵參數。在研究傳統卷徑計算方式缺陷的基礎上，得出獲取精確卷徑方法；借助摩擦轉矩，獲得最終測試結果，并得出不同轉速環境下的摩擦轉矩，以此防止摩擦轉矩設定為常數狀態是對靜態張力造成的影響；按照輸出轉矩和實時轉動慣量之間的關系，整理出對動態張力造成直接影響的轉動慣量，保證測量方法的精確性。通過鋁箔軋機的應用效果與張力控制策略，得出靜態與動態的張力控制精確度，從而實現鋁箔生產效率和產品質量的提高。（詳見圖4、5）

4 軋機控制系統網絡化在線監測系統開發

軋機控制系統網絡化在線監測系統，分為現場控制站和操作員站，系統主要由硬件系統、軟件系統、通訊系統組成。

4.1 硬件系統開發

圖4 開卷機雙電機驅動示意圖

圖5 主從轉動控制原理圖

系統采用AutoMax DPS 系統，主要結構分別為：主控制機架系統、遠程系統和設備功率傳動裝置。此間設備操作員站可使用一臺IPC-610 工業控制計算機，并將其作為監控和管理的主計算機，在操作員站計算機中還需要安裝專用SST 5136-REPCI PCLink 通信卡，通過同軸電纜實現與AutoMax DPS 系統的連接。

4.2 軟件系統開發

現場控制站的控制系統程序在AutoMax DPS 控制系統的專用應用程序開發軟件：AutoMax Programming Executive 中編寫，實現離線狀態開發與在線狀態開發。在離線狀態開發時，可實現在多種版本環境下運行，并提供方便的圖形界面。當處于在線狀態時，通過將系統切換為DCS 監控系統，實現在線狀態下AutoMax Programming Executive 能夠及時監控和修改系統變量和應用程序變量。通過運用監控組態軟件RSView32，實現開發和運行功能強大的人機監控程序。為解決AutoMax DPS 與RSView32 之間的通信問題，通過開發驅動程序，實現在DDE、OPC 等形式下的相互通信。

4.3 通信系統開發

整個鋁箔中軋機監控系統通信方式分為兩類：

4.3.1 AutoMax DPS 系統中的通信，指的是遠程I/O 網絡和AutoMax DPS 網絡的通信：遠程I/O 網絡與AutoMax DPS 網絡的通信均采用主從結構，分為主站和從站，利用同軸電纜作為網絡傳輸介質，通過主站與從站之間的數據映射處理器實現由主站間接獲取從站的數據的功能。

4.3.2 現場控制站與操作員站之間的OPC 通信：OPC 通信方式下，客戶端與服務器之間遵循OPC 規范，通過在RSView32 中配置OPC 服務器、項和節點，并且將裝有PCLink 卡和軟件RSServer 的計算機，設置成AutoMax DPS 網絡中的一個（或者數個）節點，從而實現對中軋過程狀態和重要參數的采集。

5 結論

本項目針對高壓電子鋁箔生產技術仍然存在的一些問題和缺陷，生產裝置的生產效率較低，且所產出的鋁箔電性能不高，精度與質量較低，且尚未實現智能化網絡化生產等一系列技術性難題，研究異步軋制高壓電子鋁箔織構演化行為及機制、鋁箔軋機工作輥輥形曲線優化、高精確度鋁箔張力控制策略、軋機控制系統網絡化在線監測系統等，形成高壓電子鋁箔智能化軋制裝備。通過解決以上一系列技術難題，提高鋁箔生產設備的生產效率、生產質量以及鋁箔的電性能，實現高壓電子鋁箔生產高效化、高質化、智能化。有效促進我國裝備制造業的發展，對提高國家綜合經濟實力和科技水平，振興重大技術裝備，實現重大裝備制造國產化，具有重大的戰略意義。