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基于CompactLogix的太阳能EVA胶膜生产线张力控制系统研究与应用

作　者: 郑海林
导　师: 赵霞
学　校: 上海交通大学
专　业: 控制工程
关键词: 张力控制 PID控制变频器 PAC
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 54次
引　用: 1次
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内容摘要

太阳能EVA胶膜是太阳能光伏电池生产中的一种重要原料,主要用来封装太阳能电池板,太阳能EVA胶膜的质量影响着太阳能电池的寿命和太阳能的转换效率,而合适的张力控制能够保证太阳能EVA胶膜具有良好的收缩率,满足太阳能电池封装的要求。在太阳能EVA胶膜生产中,张力控制在其生产过程中起着关键作用。然而由于张力系统的时变、非线性等特性,给EVA胶膜生产带来了困难。本文以某企业EVA胶膜生产线控制系统为对象,结合现场实际情况对张力控制系统进行研究和设计,使其满足企业生产要求。首先,本文介绍了张力控制的基本思想。其中分析了控制EVA胶膜张力的重要性,解释张力产生原因对EVA胶膜产品的影响;接着介绍了张力控制方式以及常见的张力传感器,根据有无检测张力的传感器可以将张力控制分为闭环张力控制和开环张力控制;另外对张力控制的常见执行元件进行了介绍;由于实时卷径对收放卷的张力控制具有重要影响,本文还分析了常见的卷径计算方法,并用于该张力控制系统中。其次,本文介绍了太阳能EVA胶膜生产线的机械结构以及电气控制系统的软硬件组成。根据生产胶膜的机械结构,将生产线分为挤出部分、流延站、零张力台以及卷绕部分,并设计合适的张力控制方式。控制系统选用Rockwell公司的可编程自动控制器(PAC) CompactLogix 1768-L43S控制器,通过Ethernet网络连接变频驱动器(VFD) PowerFlex755、远程Point IO模块以及HMI,构成了太阳能EVA胶膜生产线的控制结构,并介绍了系统的软件组成。最后,在前面分析的基础上,给出了流延站、零张力台以及卷绕站的张力控制实现方式,并给出了实时趋势。分析了常用的PID算法不能克服张力系统时变非线性的特点,提出了增益可改变PI控制算法,并用作闭环张力控制策略中的张力控制器,进行Matlab仿真,获得较好的效果,具有较好的自适应能力。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-18
  1.1 课题研究背景  12-13
  1.2 太阳能EVA 胶膜张力控制的特点  13-14
  1.3 国内外的发展现状  14-16
    1.3.1 国外的发展现状  14-15
    1.3.2 国内的发展状况  15-16
  1.4 本文的研究目的和主要内容  16-18
第二章张力控制系统基本原理  18-32
  2.1 控制胶膜张力的重要性  18
  2.2 张力产生的原因  18-20
  2.3 张力控制系统介绍  20-23
    2.3.1 张力区的划分  20-21
    2.3.2 张力控制策略  21-23
  2.4 张力测量传感器  23-25
    2.4.1 跳舞辊  23-24
    2.4.2 张力辊  24
    2.4.3 Loop 传感器  24-25
  2.5 表面收卷  25-26
  2.6 张力系统的执行元件  26-28
  2.7 卷径计算  28-31
    2.7.1 超声波测量卷径  28-29
    2.7.2 电位计测量卷径  29
    2.7.3 厚度叠加计算卷径  29-30
    2.7.4 编码器测量卷径  30-31
  2.8 本章小结  31-32
第三章生产线总体结构及张力系统设计  32-40
  3.1 引言  32
  3.2 太阳能EVA 胶膜生产线整体结构  32-34
    3.2.1 挤出机部分  33-34
    3.2.2 张力控制环节  34
  3.3 张力系统的总体设计  34-38
    3.3.1 流延部分  35-36
    3.3.2 零张力台  36
    3.3.3 卷绕部分  36-38
  3.4 电机选型  38-40
第四章张力控制系统的硬件设计  40-56
  4.1 引言  40
  4.2 PLC 硬件构成  40-48
    4.2.1 CompactLogix 系统介绍  41-43
    4.2.2 Point IO 模块介绍  43-46
    4.2.3 PowerFlex 755 变频器  46
    4.2.4 PanelView Plus 6 触摸屏  46-47
    4.2.5 Ethernet/IP 以太网  47-48
  4.3 PLC 软件构成  48-55
    4.3.1 RSLogix 5000 梯形图控制逻辑  48-52
    4.3.2 变频器配置文件  52-53
    4.3.3 HMI 项目  53-55
  4.4 本章小结  55-56
第五章张力控制算法研究与应用  56-69
  5.1 引言  56
  5.2 张力系统的动态分析  56-58
  5.3 PowerFlex 755 的调速性能整定  58-60
  5.4 太阳能EVA 胶膜生产线张力控制的应用  60-65
    5.4.1 速度开环张力控制  60-61
    5.4.2 速度模式位置控制  61-62
    5.4.3 速度模式张力控制  62-63
    5.4.4 转矩控制  63-65
  5.5 张力控制PID 算法研究  65-67
  5.6 基于增益可改变PI 算法的张力控制仿真  67-69
第六章总结与展望  69-71
  6.1 工作总结  69
  6.2 展望  69-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
攻读硕士学位期间已录用的论文  75

基于CompactLogix的太阳能EVA胶膜生产线张力控制系统研究与应用

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