基于嵌入式模块化的锂电池极片轧机控制器制造技术

本发明专利技术涉及基于嵌入式模块化的锂电池极片轧机控制器，其特征在于该控制器包括控制基板模块和若干数量的扩展基板模块；所述控制基板模块与若干数量的扩展基板模块通过总线连接；所述控制基板模块还同时与外部计算机连接，每个扩展基板模块连接一套锂电池极片轧机设备；所述控制基板模块包括微处理器、模拟量输入模块、数字量输入模块、电源模块、轧机无线网络模块、模拟量输出模块、数字量输出模块、端口模块、控制基板总线隔离器、触摸屏和指示模块；所述扩展基板模块包括扩展I/O口模块、张力控制模块、纠偏系统控制模块、轧制压力控制模块和轧辊间隙调节模块；扩展I/O口模块上设有I/O口总线隔离器，轧辊间隙调节模块上设有轧辊间隙总线隔离器。

【技术实现步骤摘要】
基于嵌入式模块化的锂电池极片轧机控制器
本专利技术涉及一种基于嵌入式模块化的锂电池极片轧机控制器，主要用于锂电池极片轧机设备的控制系统中。
技术介绍
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，锂电池极片轧机设备已实现自动化高速生产，但是目前基于嵌入式系统控制器还不成熟，需要不断完善。《电池极片轧制与分切设备的控制系统研究》(王旭.电池极片轧制与分切设备的控制系统研究[D].河北工业大学,2013.)一文提出了采用嵌入式技术来设计一套电池极片轧制设备的控制系统，最终呈现形式为一块电路板，这块电路板可以实现电池极片扎生产的各个功能，然而该设计并没有实现真正的可插拔、切换的模块化设计，其可扩展性、可靠性、可维修性等都受到了不同程度的限制。申请号为201610819050.1的这个专利公开一种基于嵌入式的电池极片轧机控制器，虽然在一定程度上实现了对锂电池极片轧机设备的控制，其功能模块全部固定在控制基板上，只预留出一些输入输出口用于扩展控制器功能，扩展性能还不够完善；并且没有通讯端口，不能实现锂电池极片轧机设备数据与控制端计算机进行实时进行数据传输的功能，不利于数据信息的传递；系统使用独立电源为系统供电，使系统变得复杂，使系统的正常运行依赖于独立电源模块。各个模块都固定在控制基板上，不利于扩展，当某一个模块烧毁时，整个系统就会崩溃，不利于维护。没有运用云端对锂电池极片轧机设备进行实时监控并对数据信息进行故障诊断处理。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是，提供一种基于嵌入式模块化的锂电池极片轧机控制器。该控制器采用模块化设计，在控制锂电池极片轧机设备完成相关工作任务的同时，还设轧机无线网络模块和端口模块，通过这两个模块能将相关数据传输给外部计算机；控制器拥有扩展基板模块，包括张力控制模块、纠偏控制模块、轧制压力调节模块、间隙调节模块和扩展I/O口模块，在需要的时候再扩展出一个或几个扩展专用模块与原有的扩展专用模块分别控制两套或多套锂电池极片轧机设备，组成连续轧制系统，实现用一个微处理器去控制两套甚至多套锂电池极片轧机设备，对锂电池极片进行连续两次或多次轧制，提高极片质量。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是：设计一种基于嵌入式模块化的锂电池极片轧机控制器，其特征在于该控制器包括控制基板模块和若干数量的扩展基板模块；所述控制基板模块与若干数量的扩展基板模块通过总线连接；所述控制基板模块还同时与外部计算机连接，每个扩展基板模块连接一套锂电池极片轧机设备；所述控制基板模块包括微处理器、模拟量输入模块、数字量输入模块、电源模块、轧机无线网络模块、模拟量输出模块、数字量输出模块、端口模块、控制基板总线隔离器、触摸屏和指示模块；所述微处理器分别与模拟量输入模块、数字量输入模块、电源模块、模拟量输出模块、数字量输出模块、端口模块和控制基板总线隔离器直接连接；所述轧机无线网络模块与微处理器通过UART进行双向通讯；所述轧机无线网络模块和外部计算机通过TCP/IP协议进行无线发射和接收数据；所述微处理器与触摸屏通过RS232接口连接；所述指示模块与微处理器直接相连；所述电源模块直接给控制基板模块和扩展基板模块提供24V、5V和3.3V三种直流电源；所述端口模块包括TCP/IP协议端口和RS485端口，其中TCP/IP协议端口通过导线与外部计算机连接，用于把锂电池极片轧机设备运行状况信息传递到外部计算机，RS485端口用于与控制主轴转动的变频器进行通讯；所述指示模块包括电源指示灯、工作状态指示灯、报警灯、启动按钮、急停按钮；其中电源指示灯与电源模块连接，工作状态指示灯、报警器、启动按钮、急停按钮均与微处理器直接连接；所述扩展基板模块包括扩展I/O口模块、张力控制模块、纠偏系统控制模块、轧制压力控制模块和轧辊间隙调节模块；扩展I/O口模块上设有I/O口总线隔离器，轧辊间隙调节模块上设有轧辊间隙总线隔离器，张力控制模块上设有张力总线隔离器，纠偏系统控制模块上设有纠偏总线隔离器，轧制压力控制模块上设有轧制压力总线隔离器；所述I/O口总线隔离器、轧辊间隙总线隔离器、张力总线隔离器、纠偏总线隔离器、轧制压力总线隔离器分别与控制基板总线隔离器通过SPI或者IIC总线连接；所述轧辊间隙调节模块用来控制轧辊间隙，输出端与锂电池极片轧机设备上用来控制轧辊间隙的间隙调整电机连接；所述轧制压力控制模块用来对控制轧制压力的液压气缸的压力进行调节控制；输出端与锂电池极片轧机设备上的用来控制轧制压力的液压气缸的相应电磁阀连接；所述纠偏系统控制模块用来及时发现电池极片在收放卷过程中是否出现偏移，并及时纠正；输入端输入入口纠偏信号和出口纠偏信号，输出端与控制收放卷偏移的纠偏步进电机连接；所述张力控制模块用来控制电池极片在轧制过程中的张力大小，张力控制模块输出端与转速伺服电机和转矩伺服电机连接，输入端信号来自编码器采集的轧制速度信息；所述触摸屏用于现场调试、控制锂电池极片轧机设备并显示锂电池极片轧机设备运行状况信息。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)具有强大的扩展功能。本专利技术中扩展基板模块可以根据需要随意扩展，如果需要对电池极片进行连续两次或者多次轧制，则只需把微处理器的程序进行修改，并扩展一个或几个扩展基板模块，分别控制几套锂电池极片轧机设备，就可以实现一个微处理器控制几几套锂电池极片轧机设备，实现对电池极片连续几次轧制，提高电池及片质量。2)采用无线和有线两种方式进行数据传输。本专利技术中设置轧机无线网络模块和端口模块，轧机无线网络模块采用TCP/IP协议，通过无线把数据信息从控制基板模块传递到外部计算机；端口模块拥有TCP/IP协议端口和RS485端口，其中RS485端口用于与控制轧机主轴转动的变频器进行通讯；TCP/IP协议端口用于通过LWIP实现TCP/IP协议端口与计算机直接有线连接，进行数据传输，简单方便，实现数据信息实时、快速、有效地传递。3)拥有可供系统运行的可靠电源。传统嵌入式控制板依然依靠外部独立的电源，本身不具有可供系统运行所需要的电源。本专利技术中控制基板模块拥有电源模块，可提供24V、5V和3.3V的直流电源，使系统运行不再依赖于外部独立电源。4)控制基板模块与扩展基板模块通过总线连接。本专利技术使控制基板模块与扩展基板模块通过总线连接，保证了两块基板之间的正常通信，大大的降低了信号干扰；5)采用模块化设计。本专利技术通过模块化设计，对控制器中每一模块进行模块化设计，使设计及维护难度降低，预留许多输入、输出端口，方便控制器扩展。每一模块进行可插拔设计，通过总线进行连接，当某一个模块烧毁时，不会影响其他模块的正常运行，只是影响被烧毁的模块控制部分的运行，可以通过直接更换模块的方法恢复系统，最终使控制器系统正常运行，使系统更易于维护。6)成本低。由于目前锂电池极片轧机设备的控制系统大多采用PLC作为控制核心，其成本较高。本专利技术应用嵌入式技术设计控制器，在保证系统稳定运行和正常生产的前提下，达到了降低成本、简化设备的目的，而且采用可扩展模块设计，只要扩展一个或者几个扩展基板模块就可以实现连轧的功能，不用重新应用一个或几个控制基板模块，有利于锂电池极片轧机设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于嵌入式模块化的锂电池极片轧机控制器，其特征在于该控制器包括控制基板模块和若干数量的扩展基板模块；所述控制基板模块与若干数量的扩展基板模块通过总线连接；所述控制基板模块还同时与外部计算机连接，每个扩展基板模块连接一套锂电池极片轧机设备；所述控制基板模块包括微处理器、模拟量输入模块、数字量输入模块、电源模块、轧机无线网络模块、模拟量输出模块、数字量输出模块、端口模块、控制基板总线隔离器、触摸屏和指示模块；所述微处理器分别与模拟量输入模块、数字量输入模块、电源模块、模拟量输出模块、数字量输出模块、端口模块和控制基板总线隔离器直接连接；所述轧机无线网络模块与微处理器通过UART进行双向通讯；所述轧机无线网络模块和外部计算机通过TCP/IP协议进行无线发射和接收数据；所述微处理器与触摸屏通过RS232接口连接；所述指示模块与微处理器直接相连；所述电源模块直接给控制基板模块和扩展基板模块提供24V、5V和3.3V三种直流电源；所述端口模块包括TCP/IP协议端口和RS485端口，其中TCP/IP协议端口通过导线与外部计算机连接，用于把锂电池极片轧机设备运行状况信息传递到外部计算机，RS485端口用于与控制主轴转动的变频器进行通讯；所述指示模块包括电源指示灯、工作状态指示灯、报警灯、启动按钮、急停按钮；其中电源指示灯与电源模块连接，工作状态指示灯、报警器、启动按钮、急停按钮均与微处理器直接连接；所述扩展基板模块包括扩展I/O口模块、张力控制模块、纠偏系统控制模块、轧制压力控制模块和轧辊间隙调节模块；扩展I/O口模块上设有I/O口总线隔离器，轧辊间隙调节模块上设有轧辊间隙总线隔离器，张力控制模块上设有张力总线隔离器，纠偏系统控制模块上设有纠偏总线隔离器，轧制压力控制模块上设有轧制压力总线隔离器；所述I/O口总线隔离器、轧辊间隙总线隔离器、张力总线隔离器、纠偏总线隔离器、轧制压力总线隔离器分别与控制基板总线隔离器通过SPI或者IIC总线连接；所述轧辊间隙调节模块用来控制轧辊间隙，输出端与锂电池极片轧机设备上用来控制轧辊间隙的间隙调整电机连接；所述轧制压力控制模块用来对控制轧制压力的液压气缸的压力进行调节控制；输出端与锂电池极片轧机设备上的用来控制轧制压力的液压气缸的相应电磁阀连接；所述纠偏系统控制模块用来及时发现电池极片在收放卷过程中是否出现偏移，并及时纠正；输入端输入入口纠偏信号和出口纠偏信号，输出端与控制收放卷偏移的纠偏步进电机连接；所述张力控制模块用来控制电池极片在轧制过程中的张力大小，张力控制模块输出端与转速伺服电机和转矩伺服电机连接，输入端信号来自编码器采集的轧制速度信息；所述触摸屏用于现场调试、控制锂电池极片轧机设备并显示锂电池极片轧机设备运行状况信息。...

【技术特征摘要】
1.一种基于嵌入式模块化的锂电池极片轧机控制器，其特征在于该控制器包括控制基板模块和若干数量的扩展基板模块；所述控制基板模块与若干数量的扩展基板模块通过总线连接；所述控制基板模块还同时与外部计算机连接，每个扩展基板模块连接一套锂电池极片轧机设备；所述控制基板模块包括微处理器、模拟量输入模块、数字量输入模块、电源模块、轧机无线网络模块、模拟量输出模块、数字量输出模块、端口模块、控制基板总线隔离器、触摸屏和指示模块；所述微处理器分别与模拟量输入模块、数字量输入模块、电源模块、模拟量输出模块、数字量输出模块、端口模块和控制基板总线隔离器直接连接；所述轧机无线网络模块与微处理器通过UART进行双向通讯；所述轧机无线网络模块和外部计算机通过TCP/IP协议进行无线发射和接收数据；所述微处理器与触摸屏通过RS232接口连接；所述指示模块与微处理器直接相连；所述电源模块直接给控制基板模块和扩展基板模块提供24V、5V和3.3V三种直流电源；所述端口模块包括TCP/IP协议端口和RS485端口，其中TCP/IP协议端口通过导线与外部计算机连接，用于把锂电池极片轧机设备运行状况信息传递到外部计算机，RS485端口用于与控制主轴转动的变频器进行通讯；所述指示模块包括电源指示灯、工作状态指示灯、报警灯、启动按钮、急停按钮；其中电源指示灯与电源模块连接，工作状态指示灯、报警器、启动按钮、急停按钮均与微处理器直接连接；所述扩展基板模块包括扩展I/O口模块、张力控制模块、纠偏系统控制模块、轧制压力控制模块和轧辊间隙调节模块；扩展I/O口模块上设有I/O口总线隔离器，轧辊间隙调节模块上设有轧辊间隙总线隔离器，张力控制模块上设有张力总线隔离器，纠偏系统控制模块上设有纠偏总线隔离器，轧制压力控制模块上设有轧制压力总线隔离器；所述I/O口总线隔离器、轧辊间隙总线隔离器、张力总线隔离器、纠偏总线隔离器、轧制压力总线隔离器分别与控制基板总线隔离器通过SPI或者IIC总线连接；所述轧辊间隙调节模块用来控制轧辊间隙，输出端与锂电池极片轧机设备上用来控制轧辊间隙的间隙调整电机连接；所述轧制压力控制模块用来对控制轧制压力的液压气缸的压力进行调节控制；输出端与锂电池极片轧机设备上的用来控制轧制压力的液压气缸的相应电磁阀连接；所述纠偏系统控制模块用来及时发现电池极片在收放卷过程中是否出现偏移，并及时纠正；输入端输入入口纠偏信号和出口纠偏信号，输出端与控制收放卷偏移的纠偏步进电机连接；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖艳军，牛利超，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12