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锂电池卷绕设备智能控制系统的设计与实现

作　者: 杨秀春
导　师: 游林儒
学　校: 华南理工大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 锂电池卷绕设备数字信号处理器(DSP) 现场设备组网变角速度
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

锂电池以其特有的性能优势在各个领域得到普遍应用,我国的锂电池生产设备还处于相对落后的技术,在控制技术方面和国外有较大的差距,目前大部分的设备是以单纯的PLC控制,对于一些复杂的控制技术,PLC是无法实现的,而且PLC的价格十分昂贵。因此研究一套高性能、低成本的控制系统方案显得很有必要。本课题以锂电池卷绕设备的机械结构和电气控制入手,分析了该设备的功能需求,将整个控制系统分为IO控制模块,张力控制模块,卷绕控制模块,贴胶模块等子模块。采用PLC和DSP相结合的控制技术分别对控制系统的各个模块进行控制,其中PLC选择欧姆龙公司CP1H-XA系列产品,DSP控制器选择TI公司的32位定点高速数字信号处理器(DSP)芯片TMS320F2812作为主控制器。根据锂电池卷绕设备的功能需求,系统的工作模式如下:PLC通过串口将触摸屏设置的运行参数和指令发送到DSP控制模块,DSP控制模块收到参数和指令后,便开始对相应的子模块进行控制,子模块如果出现异常,将异常情况通过串口返回给PLC。通过DSP控制器的CAN总线实现现场设备组网功能,实现对设备运行状况的监视和控制。传统方型卷绕机采用恒定角速度的控制策略,使得料带线速度呈正弦曲线变化,无法实现料带的恒定张力控制。本文在传统张力控制系统的基础上,提出了恒定线速度、变角速度的控制策略;实现对方型锂电池卷绕机的恒定张力控制,从根本上解决锂电池电芯变形的难题,大大提高了锂电池的性能。目前,该方案设计的锂电池卷绕机已通过项目验收,所研制的DSP控制系统能够实现锂电池制作工艺的贴胶纸、全自动收放料、自动纠偏等功能,并且具有较高的效率和精度,系统运行情况良好。实现了单独使用PLC不能够达到的性能,同时也降低了开发成本和开发时间。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-16
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 锂电池设备发展与现状  12-14
    1.2.1 锂电池设备行业的现状  12
    1.2.2 锂电池设备生产工艺  12-13
    1.2.3 设备控制方式的发展  13-14
  1.3 课题研究意义及目的  14-15
  1.4 课题研究内容  15-16
第二章锂电池卷绕设备控制系统的总体方案设计  16-23
  2.1 锂电池卷绕设备的工作原理及机械结构  16-19
    2.1.1 锂电池卷绕机系统结构  16-17
    2.1.2 锂电池卷绕设备的工作原理  17-19
  2.2 控制系统的功能需求分析  19-20
    2.2.1 设备功能需求  19-20
    2.2.2 设备主要性能指标  20
  2.3 卷绕机的总体控制系统方案  20-23
第三章 DSP/CPLD 控制系统的硬件设计  23-40
  3.1 DSP/CPLD 控制系统硬件组成  23-24
  3.2 DSP 控制器部分的设计  24-27
    3.2.1 数字信号处理器  24-25
    3.2.2 TMS320F2812 芯片简介  25
    3.2.3 TMS320F2812 最小硬件系统  25-27
  3.3 CPLD 部分设计概述  27-34
    3.3.1 CPLD 复杂可编程逻辑器件简介  27-28
    3.3.2 CPLD 内部功能模块设计  28-34
  3.4 系统外围电路设计  34-39
    3.4.1 电磁阀控制输出电路  34
    3.4.2 直流电机控制输出电路  34-35
    3.4.3 高速差分脉冲输出电路  35-36
    3.4.4 张力传感器输入电路  36-37
    3.4.5 正交编码输入电路  37-38
    3.4.6 通信接口设计  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章锂电池卷绕设备系统软件设计  40-62
  4.1 卷绕机系统软件结构  40-44
    4.1.1 卷绕机工作流程  40-42
    4.1.2 系统控制任务分配  42-44
  4.2 PLC 与DSP 控制器之间通信  44-46
    4.2.1 IO 命令交互  44-45
    4.2.2 参数信息交互  45-46
  4.3 DSP 控制器软件系统  46-54
    4.3.1 DSP 开发工具CCS  46-47
    4.3.2 DSP 控制器软件整体设计  47-49
    4.3.3 主程序设计  49-50
    4.3.4 DSP 中断程序设计  50-54
  4.4 CAN 现场总线组网  54-62
    4.4.1 CAN 总线概述  54-55
    4.4.2 TMS320F2812 内嵌ECAN 模块  55-56
    4.4.3 CAN 通信程序设计  56-59
    4.4.4 CAN 通信应用层协议  59-62
第五章系统恒定张力控制算法的实现  62-74
  5.1 张力控制系统的分析  62-64
    5.1.1 张力控制系统的结构  62-63
    5.1.2 张力系统的动力学方程  63-64
  5.2 方型卷针卷绕模型分析  64-71
    5.2.1 卷绕动态模型分析  64-70
    5.2.2 方型卷针变转速辨识简化模型  70-71
  5.3 张力控制系统原理及其改进  71-73
  5.4 算法实验小结  73-74
论文总结与展望  74-75
参考文献  75-78
附录  78-79
攻读硕士学位期间取得的研究成果  79-80
致谢  80

锂电池卷绕设备智能控制系统的设计与实现

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