CN115185191A - 一种生箔机铜箔厚度自学习控制系统及方法 - Google Patents

一种生箔机铜箔厚度自学习控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生箔机铜箔厚度自学习控制系统及方法，它包括自学习控制系统，自学习控制系统包括：数据采集单元，采集生箔机生产数据；厚度测量单元，实时测量铜箔厚度值；数据分析单元，分析生产数据，计算出最优配方数据；配方数据库，存储数据分析单元的数据；反馈控制单元由配方控制模块、流量实时控制模块组成，反馈控制单元执行系统指令，控制阀门开度，调节溶液浓度、钛辊温度和电流。本发明生箔机铜箔厚度自学习控制系统及方法，解决现有生箔机生箔厚度控制过程中的不稳定问题，避免操作人员能力参差不齐带来的不确定性，手工控制和自动闭环控制的滞后性，使产品快速合格，减少废品率。

Description

一种生箔机铜箔厚度自学习控制系统及方法
技术领域
本发明涉及电解铜箔领域，尤其涉及一种生箔机铜箔厚度自学习控制系统及方法。
背景技术
在采用电解硫酸铜工艺生产铜箔过程中，铜箔厚度与温度、电流、硫酸铜浓度、供液流量因素相关。目前市场主流的厚度控制技术为基于PID的供液流量控制技术。其技术原理为，根据测量厚度值与标准值的差异进而判断供液量需要增大或者减小。这种技术存在响应较慢、控制滞后、波动较大的问题，导致该方式应用尚不广泛。例如，专利标题：一种生箔机在线监测系统及监测方法 ，申请号：CN201910452267 .7的发明专利申请中记载，提供一种生箔机在线监测系统及监测方法，对开机时生箔机当前电流、钛辊转速等参数的实时监控，并将数据传送到后台系统中，CPU通过特定的算法，实时计算出所生产的铜箔当前厚度，在中间过程中，一旦铜箔厚度超出设定范围，触发报警器，提示现场人员，急时处理，并自动记录异常时间段和异常米数。首先，由于钛辊表面电流强度分布不同、钛辊转速不均变化的影响，该方法所计算出的厚度往往与实际有较大偏差，尤其是无法体现厚度趋势关系；其次，该系统并不具备闭环反馈控制的功能；最后，该系统的计算值依赖各信号显示仪表标定的精度，在实际生产过程需要人工不断参与调试，容易造成生产偏差。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种生箔机铜箔厚度自学习控制系统及方法。
它包括自学习控制系统，自学习控制系统包括：数据采集单元，采集生箔机生产数据；厚度测量单元，实时测量铜箔厚度值；数据分析单元，分析生产数据，计算出最优配方数据；配方数据库，存储数据分析单元的数据；反馈控制单元，执行系统指令，控制阀门开度，调节溶液浓度、钛辊温度和电流。
进一步地，数据采集单元采集的生产数据有管道流量、溶液浓度、阀门开度、电解槽温度、钛辊转速、钛辊电流，总采集时间为t，t的计算公式为：t=t0+L/V，其中，t0=采集时刻的时间，L为信号采集点到厚度测量单元距离，V为生箔机线速度。
进一步地，厚度测量单元由若干X射线测厚仪组成，通过通讯接口采集信号值i，信号值i使用不同厚度的铜箔标定，形成信号值i与铜箔厚度值h的关系曲线，信号值i和铜箔厚度值h形成的关系曲线成反比例关系。
进一步地，数据分析单元输入铜箔厚度标准，调取既往生产数据进行筛选和归纳，计算匹配最优参数并输出。
进一步地，配方数据库存储铜箔厚度和不同转速下对应的供液浓度、钛辊电流、电解槽温度、电解槽中电解液流量。
进一步地，反馈控制单元由配方控制模块、流量实时控制模块组成，流量实时控制模块根据流量变化量与厚度变化量的比值计算需要调控流量的大小，流量变化量与厚度变化量的比值为流量厚度比。
进一步地，方法包括以下步骤：步骤一，数据采集单元通过通讯接口和PLC通讯，实时读取生箔机4-20mA数据信号，并将各路信号传输到数据分析单元；步骤二，数据采集单元工作的同时，厚度测量单元计算生箔机制作完成的铜箔的厚度值，将实测厚度数据传输到数据分析单元；步骤三，数据分析单元采集、接收并筛选实测铜箔厚度最优化的数据，搜索数据库检索流量、电流、温度数据，归纳并计算流量、电流、温度数据序列的正态分布，取最匹配的流量值、电流值、温度值，存入配方数据库；步骤四，配方数据库将配方数据匹配在不同钛辊转速档位下，在各档位计算出最佳数值并输出到反馈控制单元；步骤五，反馈控制单元的配方控制模块预设根据配方数据对生箔机进行生产预设，反馈控制单元的流量实时控制模块，研判配方数据库存储的流量厚度比，计算需要调整流量的大小，转换为阀门开度变化量，输出信号控制阀门开度，完成流量大小调节；其中，阀门开度变化量=（实测铜箔厚度-标准铜箔厚度）／厚度流量比*开度转换系数。
进一步地，数据分析单元通过数据处理流程达到自学习目的，整体数据处理流程为：数据采集，数据筛选，数据归纳，数据计算，输出配方。
进一步地，反馈控制单元的反馈控制逻辑如下：输出前端单元的数据到生箔机用作生产标准，调取配方数据库的配方并设定参数，启动生箔机生产铜箔，根据厚度测量单元的测量结果调控流量大小，使铜箔厚度维持在目标范围内。
进一步地，一种生箔机，应用于权利要求1-6任一项所述的一种生箔机铜箔厚度自学习控制系统。
本发明公开了一种生箔机铜箔厚度自学习控制系统及方法，解决现有生箔机生箔厚度控制过程中的不稳定问题，避免操作人员能力参差不齐带来的不确定性，手工控制的滞后性，使产品快速合格，减少废品率。
附图说明
图1为本发明的单元关系图。
图2为本发明的信号与厚度关系图。
图3为本发明的数据分析流程图。
图4为本发明的反馈控制逻辑图。
图5为本发明的自学习控制系统简化图。
图中：1、数据采集单元；2、厚度测量单元；3、数据分析单元；4、配方数据库；5、反馈控制单元；6、生箔机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的生箔机铜箔厚度自学习控制系统及方法，包括自学习控制系统：数据采集单元1负责采集管道流量、溶液浓度、阀门开度、电解槽温度、钛辊转速、钛辊电流数据，厚度测量单元2负责实时测量铜箔厚度，由X射线测厚仪组成，数据分析单元3负责分析既往生产数据，计算生成最优配方数据，配方数据库4负责存储数据分析单元数据并不断更新，反馈控制单元5负责执行系统指令，控制阀门开度，调节溶液浓度、钛辊温度和钛辊电流，由电气控制柜组成。现有技术依赖仪表精度，在实际使用过程需要人工不断参与调试，容易造成生产偏差，本发明的自学习控制系统自动采集数据，自动分析数据，自动更新配方数据，自动反馈控制生箔机，形成闭环反馈控制，自学习优化生产参数，偏差小，响应快。
本生箔机铜箔厚度自学习控制系统的方法，包括以下步骤：
首先，数据采集单元1将生箔机6生产时的温度、电流、流量、浓度、转速4-20mA电流信号用屏蔽双绞线接入电气PLC的AI模块，然后计算机通过通讯接口和PLC通讯，实时读取温度、电流、流量、浓度、转速各路信号，将信号传输到数据分析单元2，数据采集单元1的总采集时间为t，则t=t0+L/V，其中,t0=采集时刻的时间，L为信号采集点到厚度测量单元距离，V为生箔机线速度；
其次，厚度测量单元2的测厚仪X光管发射出X射线，穿透生箔机6加工好的铜箔，当铜箔厚度变化，穿透铜箔的X射线会随之变化，电离室传感器接收信号并将信号传输至PLC的AI模块，计算器通过通讯接口采集信号值i，同时标定铜箔厚度值h，计算拟合不同铜箔厚度值h下对应的信号值i，形成如图2所示的信号与厚度关系图，即反比例曲线关系，信号值i越大，铜箔厚度值h越小，通过曲线关系计算厚度测量值，并将实测的厚度数据传输到数据分析单元3；
再次，如图3所示的数据分析流程图，数据分析单元3根据采集的铜箔厚度数据，选出和铜箔实测厚度最接近的数据，将钛辊转速分为高、中、低三挡，搜索数据库，检索流量、电流、温度数据序列进行归纳计算，归纳计算方法如下：（1）计算流量数据序列的正态分布，取最大概率流量值，存入配方数据库中，（2）计算温度数据序列的正态分布，取最大概率温度值，存入配方数据库中，（3）计算电流数据序列的正态分布，取最大概率电流值，存入配方数据库中，（4）计算流量厚度比，流量厚度比=厚度变化量/流量变化量，计算后的最佳流量、温度、电流数据对应钛辊转速的高、中、低三挡，合成配方并存入配方数据库4；
然后，配方数据库4中存储配方数据，需要再次说明的是，厚度值为铜箔厚度，转速为生箔机钛辊转速，浓度为三档转速下，供液浓度的匹配值，流量为进入生箔机电解槽的电解液流量，电流为钛辊电流，温度为电解槽的温度，流量厚度比为流量变化量与厚度变化量的比值；
最后，反馈控制单元5的配方控制模块预设根据配方数据对生箔机进行生产预设，反馈控制单元5的流量实时控制模块，研判配方数据库4存储的流量厚度比，计算需要调整流量的大小，转换为阀门开度变化量，输出信号控制阀门开度，完成流量大小调节，其中，阀门开度变化量=（实测铜箔厚度-标准铜箔厚度）／厚度流量比*开度转换系数，如图4所示的反馈控制逻辑图，反馈控制单元5向生箔机6输入生产标准，从配方数据库4中获取相应配方，生箔机6启动生产后，反馈控制单元5的流量实时控制模块根据厚度测量单元2测厚仪的测量结果，拟合流量厚度比例计算需要调控的流量大小，通过输出信号控制阀门开度，进而改变流量，使铜箔厚度维持在设定目标范围内，完成生产。本发明提供的生箔机铜箔厚度自学习控制系统的方法，解决现有生箔机生箔厚度控制过程中的不稳定问题，避免操作人员能力参差不齐带来的不确定性，手工控制的滞后性，使产品快速合格，减少废品率。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生箔机铜箔厚度自学习控制系统，其特征在于：所述自学习控制系统包括：
数据采集单元（1），采集生箔机生产数据；
厚度测量单元（2），实时测量铜箔厚度值；
数据分析单元（3），分析生产数据，计算出最优配方数据；
配方数据库（4），存储数据分析单元的数据；
反馈控制单元（5），执行系统指令，控制阀门开度，调节溶液浓度、钛辊温度和电流。
2.根据权利要求1所述的生箔机铜箔厚度自学习控制系统及方法，其特征在于：所述数据采集单元（1）采集的生产数据有管道流量、溶液浓度、阀门开度、电解槽温度、钛辊转速、钛辊电流，总采集时间为t，t的计算公式为：
t=t0+L/V，其中，t0=采集时刻的时间，L为信号采集点到厚度测量单元距离，V为生箔机线速度。
3.根据权利要求1所述的生箔机铜箔厚度自学习控制系统，其特征在于：所述厚度测量单元（2）由若干X射线测厚仪组成，通过通讯接口采集信号值i，所述信号值i使用不同厚度的铜箔标定，形成信号值i与铜箔厚度值h的关系曲线，信号值i和铜箔厚度值h形成的关系曲线成反比例关系。
4.根据权利要求1所述的生箔机铜箔厚度自学习控制系统，其特征在于：所述数据分析单元（3）输入铜箔厚度标准，调取既往生产数据进行筛选和归纳，计算匹配最优参数并输出。
5.根据权利要求1所述的生箔机铜箔厚度自学习控制系统，其特征在于：所述配方数据库（4）存储铜箔厚度和不同转速下对应的供液浓度、钛辊电流、电解槽温度、电解槽中电解液流量。
6.根据权利要求1所述的生箔机铜箔厚度自学习控制系统，其特征在于：所述反馈控制单元（5）由配方控制模块、流量实时控制模块组成，所述流量实时控制模块可根据流量变化量与厚度变化量的比值计算需要调控流量的大小，所述流量变化量与厚度变化量的比值为流量厚度比。
7.一种生箔机铜箔厚度自学习控制系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一，所述数据采集单元（1）通过通讯接口和PLC通讯，实时读取生箔机4-20mA数据信号，并将各路信号传输到数据分析单元；
步骤二，所述数据采集单元（1）工作的同时，厚度测量单元（2）计算生箔机制作完成的铜箔的厚度值，将实测厚度数据传输到数据分析单元（3）；
步骤三，所述数据分析单元（3）采集、接收并筛选实测铜箔厚度最优化的数据，搜索数据库检索流量、电流、温度数据，归纳并计算流量、电流、温度数据序列的正态分布，取最匹配的流量值、电流值、温度值，存入配方数据库（4）；
步骤四，所述配方数据库（4）将配方数据匹配在不同钛辊转速档位下，在各档位计算出最佳数值并输出到反馈控制单元（5）；
步骤五，所述反馈控制单元（5）的配方控制模块预设根据配方数据对生箔机进行生产预设，反馈控制单元（5）的流量实时控制模块，研判配方数据库（4）存储的流量厚度比，计算需要调整流量的大小，转换为阀门开度变化量，输出信号控制阀门开度，完成流量大小调节；
其中，阀门开度变化量=（实测铜箔厚度-标准铜箔厚度）／厚度流量比*开度转换系数。
8.根据权利要求7所述的生箔机铜箔厚度自学习控制系统的方法，其特征在于，所述数据分析单元（3）通过数据处理流程达到自学习目的，整体数据处理流程是：数据采集，数据筛选，数据归纳，数据计算，输出配方。
9.根据权利要求7所述的生箔机铜箔厚度自学习控制系统的方法，其特征在于，所述反馈控制单元（5）的反馈控制逻辑如下：输出前端单元的数据到生箔机用作生产标准，调取配方数据库（4）的配方并设定参数，启动生箔机（6）生产铜箔，根据厚度测量单元（2）的测量结果调控流量大小，使铜箔厚度维持在目标范围内。
10.一种生箔机，其特征在于:应用于权利要求1-6任一项所述的一种生箔机铜箔厚度自学习控制系统。
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Address after: Floor 4, Building 3, Yard 11, Jinghai Fourth Road, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing 102600

Applicant after: TECHMACH Corp.

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Applicant before: TITANIUM CORPORATION AUTO-CONTROL (JIANGSU) INDUSTRIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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