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电池极片轧制与分切设备的控制系统研究

作　者: 王旭
导　师: 关玉明
学　校: 河北工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 电池极片轧制与分切嵌入式单片机
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

锂离子电池具有高能量、无污染、不燃爆、可回收的特点，在国家能源战略方面和人们的日常生活方面有着重要的作用。目前电池极片轧制与分切设备的控制系统大多采用PLC作为控制核心，其成本较高。本课题应用嵌入式技术设计控制系统，在保证系统稳定运行和正常生产的前提下，以达到降低成本、简化设备的目的，对电池极片生产设备在市场上的推广有很大的意义。首先，本文分析了电池极片生产设备的组成和生产工艺，提出了应用嵌入式技术设计控制系统的方案。以C8051F020单片机为控制核心，对生产线控制系统进行模块化设计，主要模块包括：纠偏系统模块、张力系统模块、轧机压力控制模块、轧辊缝隙控制模块、切刀位置控制模块等。搭建了控制系统的硬件平台，进行了控制系统软件的设计和上位机的程序的编写。其次，本文对生产线中的多轴问题进行了研究，重点介绍了主从同步控制策略。介绍了基于C8051F020单片机的多轴同步控制器的设计，阐述了单片机输出高速脉冲的原理，分析了带加减速频率输出的实现方法。最后，在实验室环境下对控制系统进行了调试，重点介绍了触摸屏与单片机通讯控制步进电机的实验过程，达到了预想的效果，实现了单片机驱动电机的功能，为控制系统进行现场调试奠定了基础。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-13
  §1-1 本课题的研究背景  9-10
    1-1-1 锂离子电池的广泛应用  9
    1-1-2 锂离子电池的组成  9
    1-1-3 锂离子电池的生产工艺  9
    1-1-4 电池极片轧制的作用  9-10
  §1-2 本课题的提出和现有研究水平  10-11
    1-2-1 电池极片轧制设备的分类  10
    1-2-2 国内外电池极片轧制与分切设备的现状  10-11
    1-2-3 本课题的来源  11
  §1-3 嵌入式系统简介  11-12
  §1-4 本课题主要研究的内容  12-13
第二章控制系统的硬件分析与设计  13-32
  §2-1 电池极片设备的分析  13-15
    2-1-1 电池极片设备的组成  13-14
    2-1-2 电池极片设备的生产工艺分析  14-15
  §2-2 电池极片设备控制方案的确定  15-18
    2-2-1 控制芯片的选型  15-17
    2-2-2 C8051F020单片机简介  17
    2-2-3 电池极片设备控制方案的确定  17-18
  §2-3 纠偏部分的分析和控制电路的设计  18-22
    2-3-1 纠偏系统的组成和意义  18-19
    2-3-2 电池极片跑偏的原因  19
    2-3-3 纠偏传感器的选型  19-20
    2-3-4 纠偏部分的电路设计  20-22
    2-3-5 纠偏系统中参数的校验  22
  §2-4 收放卷部分的分析和控制电路的设计  22-24
    2-4-1 张力控制系统的的组成  22
    2-4-2 张力系统的检测装置  22-23
    2-4-3 磁粉制动器的介绍  23
    2-4-4 张力系统的硬件电路设计  23-24
  §2-5 轧制压力部分的分析和控制电路的设计  24-27
    2-5-1 轧制压力系统的组成  24-26
    2-5-2 轧制压力传感器的选型  26
    2-5-3 轧制压力的电路设计  26-27
  §2-6 碾压速度的分析和控制电路的设计  27-28
    2-6-1 碾压速度系统的组成  27
    2-6-2 碾压速度的控制电路设计  27-28
  §2-7 轧辊缝隙调整的分析和控制电路的设计  28-30
    2-7-1 轧辊缝隙系统的组成  28
    2-7-2 轧辊缝隙系统的电路设计  28-30
  §2-8 分切系统的分析和控制电路的设计  30
    2-8-1 分切系统的组成  30
    2-8-2 分切系统的电路设计  30
  §2-9 其它电路设计  30
  §2-10 本章小结  30-32
第三章控制系统的软件分析与设计  32-41
  §3-1 总体程序设计  32-33
  §3-2 纠偏模块程序设计  33-34
  §3-3 收放卷模块程序设计  34-36
  §3-4 缝隙调整模块程序设计  36
  §3-5 切刀控制模块程序设计  36-37
  §3-6 压机压力控制模块程序设计  37
  §3-7 轧辊速度控制模块程序设计  37-38
  §3-8 上位机程序设计  38-40
  §3-9 本章小结  40-41
第四章基于单片机的多轴控制的研究  41-46
  §4-1 多轴控制的简介  41
  §4-2 多轴同步控制技术  41-43
    4-2-1 多轴同步控制算法简介  41-42
    4-2-2 同步控制技术的分类  42-43
  §4-3 单片机高速频率输出的原理  43-45
    4-3-1 C8051F020的PCA概述  43-44
    4-3-2 频率输出的具体实现  44-45
    4-3-3 带加减速脉冲输出的实现  45
  §4-4 本章小结  45-46
第五章控制系统的调试与试验  46-60
  §5-1 基于C8051F020与MCGS对步进电机的联合调试  46-57
    5-1-1 拟定试验实现的功能  46
    5-1-2 试验功能的原理分析  46
    5-1-3 单片机的硬件配置  46-47
    5-1-4 端口寄存器的配置  47
    5-1-5 串口通讯初始化  47-48
    5-1-6 频率输出初始化  48-49
    5-1-7 步进电机控制方式设计  49
    5-1-8 单片机与上位机通讯的设计  49-50
    5-1-9 MCGS与单片机驱动的开发  50-52
    5-1-10 MCGS触摸屏的参数设置  52-54
    5-1-11 步进电机运动程序的设计  54-56
    5-1-12 实际的试验  56-57
  §5-2 基于C8051F020其他电路的调试  57-59
    5-2-1 晶振电路的测试  57-58
    5-2-2 MAX232电路的调试  58
    5-2-3 模拟量输入调试  58
    5-2-4 模拟量输出调试  58-59
  §5-3 本章小结  59-60
第六章总结与展望  60-61
  §6-1 总结  60
  §6-2 展望  60-61
参考文献  61-63
附录A C8051F020 处理器 I/O 端口图  63-64
附录B 单片机引脚分布表  64-65
附录C 控制系统程序清单  65-69
致谢  69-70
攻读学位期间所取得的相关科研成果  70

电池极片轧制与分切设备的控制系统研究

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