安徽铜冠铜箔集团股份有限公司 吴俊 安徽省 池州市 247000
【摘要】铜箔是电子工业的基础材料,随着电子信息产业的发展,对铜箔的产量和质量都提出了更高的要求，在进行卷取张力控制时,传统PID控制器的参数往往是针对固定模型进行整定,但是卷取中卷径的变化以及现场机械设备等不可预测的因素,因此很难保持张力的恒定,直接影响铜箔的产量和质量,重点分析了具有国内领先水平的变频调速,张力控制,卷取控制等自动控制关键技术的控制原理,以处理动态过程和控制系统分析算法为依据,再融合了铜箔表面处理机的性能要求,构建了基于自动化控制的压延铜箔表面处理控制系统,实现了操作与显示一体化.经实践表明,该系统由于具有可靠性高,抗干扰性能好,灵活性强,自动化程度高,操作简单,运行稳定等特点,生产出的压延铜箔表面光滑平整,物理化学性能良好,有效提高了产品合格率和设备运行效率等。
【关键词】铜箔；处理机；收放卷；恒张力控制；
铜箔具有低表面氧气特性，可以附着与各种不同基材，如金属，绝缘材料等，拥有较宽的温度使用范围。主要应用于电磁屏蔽及抗静电，将导电铜箔置于衬底面，结合金属基材，具有优良的导通性，并提供电磁屏蔽的效果。可分为：自粘铜箔、双导铜箔、单导铜箔等 。电子级铜箔(纯度99.7%以上，厚度5um-105um)是电子工业的基础材料之一电子信息产业快速发展，铜箔用于工业计算器、通信设备、qa 设备、锂离子电池、消费类电视、录音机、cd 播放机、复印机、电话、空调、汽车电子元件和游戏机。 国内外市场对电子铜箔，特别是高性能电子铜箔的需求不断增长。 相关专业机构预测，到2015年，中国电子级铜箔的国内需求将达到30万吨，中国将成为全球印刷电路板和铜箔基地的最大生产基地。 电子级铜箔的高性能箔市场尤为强劲。
铜箔表面处理机主要由开卷装置、中间处理槽级、焙烧箱、卷绕装置及控制系统构成，中间处理槽级、处理槽架、输送辊系统、导电装置、紧固装置、处理槽、阳极板，由辊驱动系统装置等组成，机柱的中央处理槽级被分离成几个驱动单元，其特征在于在每个组的驱动单元中提供频率转换电机或伺服电机。传感部件设置在桌面侧，整个机柱上提供一组张力传感器和同步张力驱动控制专用软件。
在钢铁、造纸和纺纱等行业，在加工过程中或加工完成后，最后一个闸门工序是加工成一般管状。在这个过程中，决定产品质量的关键，是卷的好坏，卷太硬，容易变形成织物，容易断裂，卷容易松，不缠绕的紧凑，不利的运输和运输，为了保证包装紧凑，产品质量，要求，在卷绕过程中，在织物上一定的张力值是一样，如果这个功能系统实现，称为张力控制系统。 目前，根据应用张力控制系统及其测量控制原理，结构主要有三种：间接法控制系统;直接法张力控制系统;兼作间接法和直接法的复合张力控制系统。
1.传统收放卷装置的弊端
纺纱机、带材机械、电缆机械等设备一定要倒带。 传统的倒带，机器的同轴传输使用机械传输，因为机器磨损非常严重。 根据多年的实践，用于同轴传动部分的机械部件的平均寿命只有1年左右，而且总是需要维护，人力、物力都很大。 此外，这些设备在打开电源后基本上不能中途停止，如果发生事故，停机大修将造成重大损失。 因此，恒定张力控制可变体积方法正在取代传统的机械驱动系统。
电解铜箔是印刷电路板、锂电池的主要原材料，电解铜箔技术的发展随着电子产品的日新月异 而不断提高。
铜箔表面处理机是保证电解铜箔质量的关键设备。因其包含机械、电器、电化学、热功等方面 综合技术的应用，加之其制造、装配、调试难度大，至今，国内尚没有一家完全成熟的制造企业， 产品主要依赖进口。
目前国外生产的表面处理机，处理槽段为两侧分组传动，收、开卷机构无纵向纠偏装置，导电 装置为靴极导电形式，绝缘方式采用在各传动辊系与机架连接处加绝缘板绝缘，控制采用全自动张 力控制，运行车速32m/min。处理铜箔厚度最小9wm，收巻跑偏量2mm左右。国内生产的表面处理机，处理槽段多为总轴传动，收、开巻机构无纵向纠偏装置，且导电装置 多采用碳刷形式，烘箱采用普通不锈钢电加热管，绝缘方式采用在各传动辊系与机架连接处加绝缘 板绝缘，控制采用速度控制，无张力协速，运行车速18m/min。处理铜箔最小厚度35 u m,收卷跑偏量15mm左右。
2.收放卷系统优化——恒张力控制
随着印刷电路板pcb向"密集"、"薄"和"扁平"方向发展，主要是高密度互连，对铜箔作为基板主要材料的需求正在增加。 铜箔生产是工艺技术的技术，除了先进的机械设备外，更重要的是工艺技术技术，需要先进的工艺技术水平和丰富的生产经验。
在铜箔生产过程中，绕组是铜箔生产的重要组成部分，是提高铜箔质量的关键。 在铜箔的缠绕过程中打折，卷轴，以免压孔，同时保持运行过程中的张力恒定，使铜箔芯不挤压，表面不平压，需要进行恒定张力控制。
2.1张力控制过程
有两种方法。 一、使用张力传感器测量实际张力，输出信号作为张力反馈量，通过张力调节器恒定控制张力。 另一种是，电枢电流和电枢电流和电枢的磁通量和绕组直径分别恒定，或通过与两者成反比地变化，使张力恒定。
从控制方法分类，张力控制通常分为手动、半自控、全自操作三种类型。 体积直径控制方法通过自动检测体积直径来调整和校正张力执行器，以实现恒定的张力。卷径控制方式采用半自动控制方法，无需相对昂贵的张力传感器即可轻松安装，并易于进行锥形张力控制。
目前的铜箔收卷是由人工按每2至4h,由操作人员目视箔面的松紧程度(张力大小),调整一次力矩电机的电压,即增加轴向张力的方法来实现收卷过程的。
2.2常用收卷方式的问题：
（1）收卷张力的大小完全凭人工的经验给定，张力的大小直接影响铜箱的质量，整个生产过程，无法对收卷张力进行工艺定量。
（2）为了保持绕组圆的切割方向的张力恒定，当轴向绕组张力根据时间以 4h 的方式调整轴向力矩时，切线方向的力会发生变化，每次调整力矩时，绕组箱面都会发生压力变化，从而容易产生皱纹折叠层。
（3）为了尽可能减少后工序接合，只要不产生皱纹，铜箱的卷绕循环时间越长越好;一般的卷绕控制是，在卷绕过程松弛时紧固，人为地调整转矩，因此卷绕时间不会变得非常长，通常在卷绕700kg时，平面不平坦， 或可能导致字段陷阱。
2.3解決问题的方案
与铜箔辊紧密接触，为了改善表面的平展，在辊倒带和倒带时对辊子施加恒定的张力，在运行过程中需要保持恒定的张力。 通过plc的张力控制功能块（fc）进行体积直径的计算，调整转换器的输出频率，可以避免卷绕时卡紧等现象，并对卷绕辊的张力进行一定的控制。 采用矢量型逆变器完成机组速度调整，使用张力控制器控制铜箔卷和辊的张力，使辊子张力恒定，平衡辊张力。
3.结束语
在铜箔生产过程中，其辊辊、辊辊工艺直接关系铜箔的生产质量。 以本文铜箔生产过程为目标，以恒张力控制为目标，通过其数学模型提出了1个铜箔张力控制的具体方案，但应用成功的河南华瑞铜箔有限公司，其收到的卷达到1500kg左右，并且没有折扣的串卷，接收并实现了卷张力的工艺不再计量. 完成了扭矩的自操作跟踪过渡，提高了铜箔生产系统的稳定性和可靠性，保证了铜箔产品的质量。 在需要精度的其他行业中，它值得推广。
【参考文献】
[1]高为炳,变结构控制的理论及设计方法M.北京:北京科学出版社,1998.
[2]姚琼萎.离散变结构控制的比例一等速一变速控制[J].控制与决策,000,15(3):229-332
[3]姚琼荟,黄继起,吴汉松,变结枃控制系统[M]重庆:重庆大学出版社,1997.
[4]盟长连,吴智铭,不确定离散时间变结构控制设计[J]自动化学报,200026(2):184-191.
[5]张新政,邓则名,高存臣,滞后离散线性定常系统的准滑模变结构控制(1)[J].自动化学报,2002.28(4):620-600