摘 要

锂离子动力电池是 20 世纪开发功的新型高能电池，将成为 21 世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂离子动力电池随之进入了大规模的生产实用阶段。然而涂布机在锂离子动力电池的电芯制程中是非常关，因此对涂布机的设计研究显得十分重要。

本课题是涂布机组传动大惯量系统动态精度控制系统的设计，采用西门子的S7-200小型可编程控制器为下位机，组态王组态软件为上位机，外加4台MM440通用变频器，4个张力传感器，1个模拟量输入模块和2个模拟量输出模块，开关按钮，指示灯，继电器等，设计了一套涂布机组传动大惯量系统。

通过检测张力，设定张力影响系数，设定速度系数，设定基础速度，通过比较检测的张力和设定张力，调用PID命令，进行PID运算，PID输出，根据设定的张力系数，调节输出，通过EM232输出0-10V电压信号，控制变频器频率，驱动电机变频运行，电机驱动各运转辊变速运行，控制各处张力稳定在设定值附近。

通过分析控制要求，进行总体方案设计。进行了硬件设计，包括主电路设计和电源电路设计，PLC输入和输出接线图等；进行了软件设计，包括内部变量定义，流程图设计，梯形图和语句表程序设计；还进行了上位机组态设计，包括定义通讯，定义变量，组态监控画面等；最后进行了调试和仿真测试。系统具有自动和手动模式，使用灵活，可以通过组态王进行各种参数设定。同时系统具有多种保护措施，包括短路保护，过载保护，急停保护等，使用安全。系统符合设计要求，具有一定的实用价值，达到了预期的设计目的。

关键词：涂布机；大惯量系统；可编程控制器；梯形图；组态王

Abstract

Lithium-ion power battery is a new type of high-energy battery developed in twentieth Century. It will be one of the main power sources of electric vehicles in twenty-first Century, and will be applied in the field of satellite, aerospace and energy storage. With the development of microelectronic technology in twentieth Century, the miniaturization equipment is increasing day by day. Lithium ion power battery has entered a large-scale production practical stage. However, the coating machine is very closed in the core process of lithium ion power battery, so the design research of coating machine is very important.

This topic is the design of the dynamic precision control system for the large inertia system of the coater, using the SIEMENS S7-200 small programmable controller as the lower computer, the Kingview configuration software as the upper computer, the 4 MM440 general inverter, the 4 tension sensors, 1 analog input modules and 2 analog output modules. A large inertia system of the coating unit was designed by means of buttons, indicator lights and relays.

By detecting tension, setting the influence coefficient of tension, setting the speed coefficient, setting the basic speed, by comparing the tension and setting tension of the test, the PID command is invoked, the PID operation, the PID output, the output of the set tension coefficient, the output of the 0-10V, the frequency of the 0-10V, the frequency of the inverter and the driving power. The machine operates in frequency conversion, and the motor drives the running rollers to run variably, and the tension is controlled around the set value.

Through the analysis of the control requirements, the overall scheme is designed, and the hardware design is carried out, including the main circuit design and the power circuit design, the PLC input and output wiring diagram, etc. the software design, including the definition of the internal variables, the flow chart design, the ladder diagram and the statement table program, is carried out, and the configuration design, including the definition, is carried out. Communication, definition variable, configuration monitor screen, parameter setting screen, real time and historical curve picture and so on. Finally, the debug and simulation test are carried out. The system has automatic and manual mode, flexible use, and can set various parameters through Kingview. At the same time, the system has a variety of protective measures, including short circuit protection, overload protection, emergency stop protection, and so on, and it is safe to use. The system meets the design requirements and has practical value and achieves the desired design purpose.

Keywords：Coating Machine; Large Inertia System; PLC; Ladder Diagram; Kingview

目 录

第1章 绪 论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文的研究内容 2

第2章 系统整体方案设计 3

2.1方案比较与选择 3

2.2系统结构原理框图 3

第3章 系统硬件电路设计 6

3.1 硬件选择 6

3.1.1 检测传感器选型 6

3.1.2变频器与电机选型 7

3.1.3 PLC选型 8

3.2 主电路设计 8

3.3 电源电路设计 10

3.4 PLC输入和输出分配 11

3.5 PLC输入和输出接线图 13

第4章 系统软件设计 15

4.1 PLC内部使用地址 15

4.2 控制程序流程图设计 18

4.3 梯形图程序设计 19

4.3.1 程序结构 19

4.3.2 主程序 20

4.3.3 参数设定子程序 21

4.3.4 模拟量输出处理子程序 22

4.3.5 控制速度计算子程序 22

4.3.6 中断处理子程序 23

第5章 组态设计 24

5.1建立PLC通讯 24

5.2 建立数据词典 25

5.3 组态画面 28

第6章 调试与仿真测试 34

6.1调试 34

6.2程序仿真测试 34

6.3组态王运行 37

第7章 结论与展望 42

7.1本文总结 42

7.2展望 42

参考文献 43

附录 44

致 谢 63

第1章 绪 论

1.1研究背景

涂布机是一种应用于造纸和锂电池电芯生产等领域生产的设备，它将涂料涂布到运动着的涂布基材上，使其具有一些新的作用与功能，并能使涂布基材的涂层厚度、支持体的粘接牢度等性能达到设计要求。

在涂布机中使基材运动的核心是系统产生的张力以及张力控制，这是涂布机能够正常工作的主要因素之一。对张力系统的研究改进，能保证设备的良好工作。

张力是通过机器设备的动力，它适用于在机器相邻区域二者之间的支持体。多数的支持体被传输通过机器设备是利用张力值来达到的，那个张力值高的足够允许支持体完全通过机器而且使支持体断片低到最小化。

PLC使用广泛，由于PLC具有许多优点，因此选择PLC进行控制。另外组态使用方便灵活，能进行监控，数据保存，实时和历史查询，因此选择PLC和组态进行控制。

1.2国内外研究现状

近年，国内外对于这方面控制系统都进行了大量研究，2013年，国外学者Guofa. Sun在《IFAC Proceedings Volumes》期刊提出了大惯量伺服系统的输出L型神经网络动态曲面控制方法。在国内，2006年，陈景文发表了关于《涂布机电控系统的研究与设计》，提出了涂布机改进型高车速下的高精度控制方法。2010年，张彦斌，尧舜才发表了《基于涡轮PMAC的高精度的运动控制系统》,着重阐明基于PID 速度/加速度前馈的控制算法。为了减少系统的定位误差,通过线性插值法实现线性调整的方法。