基于ARM的锂电池极片轧制装置集成化测控系统的研究

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目前国内锂电池极片生产所用测控系统主要以PLC为控制核心,并结合变频器、伺服驱动器等驱动装置和传感器等检测装置来实现。针对以PLC为控制核心的测控系统集成性和程序灵活性较差,变频器等装置功能冗余,智能化程度普遍较低的问题,亟待开展锂电池极片轧机测控系统的集成化、智能化以及专用化的研究。基于上述问题,本文研究一套全新的锂电池极片轧机嵌入式测控系统,本文主要研究内容如下:1、本文对国内外轧机测控系统的发展现状进行分析,同时结合课题组前两个阶段对嵌入式测控系统的研究和目前工业现场所用测控系统存在的不足之处,提出了极片轧机测控系统集成化的构想,并根据轧制的工艺流程和测控系统的需求,设计出可行的系统集成方案,并确定被控关键参数的大小。2、根据关键被控参数的指标以及系统所需实现的功能对整个系统的硬件及软件进行了划分,主要分为:主控制模块、主轧制模块、收放卷模块以及精度控制模块,根据测控系统的需求进行了多种I/O口的设计,并对所需控制的电机进行主电路(功率变换电路)及安全保护电路(泵升、温度检测电路等)的设计,同时配置了CAN、以太网等多种通讯接口,并结合转速、张力等关键参数对硬件电路及软件程序进行了设计。3、本文对主轧制电机(鼠笼式三相异步电机)进行控制策略的研究。通过对矢量变频理论的研究,确立了SVPWM算法作为矢量控制系统的优化算法。建立了矢量变频系统的仿真模型并进行仿真。结果表明,所建立的系统模型动态过程满足实际调速要求。为基于ARM的集成化问题的解决提供了理论基础。4、本文建立了轧机测试的硬件实验平台,并设计了人机交互界面,紧接着对电源模块、通讯接口、I/O口、张力检测电路、转速检测电路、电机驱动电路等关键硬件电路进行了功能性测试。在硬件电路验证无误后,结合矢量变频技术的研究,并考虑到系统中干扰源带来的影响,对整个测控系统开展了集成化的验证实验。系统调试及实验结果表明采用集成化测控系统取代现有工业测控系统的可行性。主轧辊的转速在40 m/min上下波动,达到了预期的生产速度,张力采用了模糊PID控制,张力误差范围为±5%,符合预期要求可以保证极片的稳定生产。并且本文中嵌入式集成化测控系统的设计解决了传统控制系统对空间、硬件、成本、人力等造成的资源浪费问题。本文中嵌入式集成化测控系统对本行业测控系统的研发有着重要的理论与实际意义,同时也为极片轧机设备逐渐向智能化方向发展奠定了基础。
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