基于PC控制技术和EtherCAT的超级电容器卷绕机控制
基于EtherCAT技术的多轴运动控制系统
基于EtherCAT技术的多轴运动控制系统张从鹏;赵康康【摘要】以EtherCAT通信技术为基础,设计了一种基于ARM和FPGA双核的EtherCAT总线式多轴运动控制系统.提出了STM32作为系统管理芯片,通过SPI通信控制ET1200从站控制芯片实现Eth-erCAT总线从站通信功能的解决方案;并采用FPGA作为协处理器,完成运动控制算法的实现和执行.完成了运动控制系统的硬件电路设计和软件开发,并制作了样机.经试验测试,实现了EtherCAT总线通信功能,采用TwinCAT完成了闭环运动控制,并且可以独立工作实现运动规划,满足工业控制工程中的应用要求.%An EtherCAT bus based multi axis motion control system was designed based on ARM and FPGA , after systemat-ically study on EtherCAT technology .The solution of main control chip STM 32 controlling ET1200 through SPI was presented .A motion control algorithm based on FPGA was developed .The specific hardware circuit and software of control system was de-signed, and a prototype was produced .The experiment demonstrates that the communication function of EtherCAT bus was real -ized, and the closed-loop motion control was completed by TwinCAT .Motion control system can work independently to achieve motion planning , meetting the application of industrial control in engineering .【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】5页(P115-118,122)【关键词】EtherCAT;多轴;STM32;运动控制;FPGA;插补算法;TwinCAT【作者】张从鹏;赵康康【作者单位】北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144;北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144【正文语种】中文【中图分类】TP23现代制造系统正朝着柔性化、开放化、网络化方向发展，覆盖多学科、多领域相关技术。
超级电容器管理系统研制
超级电容器管理系统研制超级电容器是一种新型的电能存储装置，具有高能量密度、快速充放电、长寿命等优点，因此在电动汽车、电网调峰等领域具有广泛的应用前景。
然而，由于超级电容器的电压稳定性、容量管理等方面的问题，其应用受到了一定的限制。
为了解决这些问题，研究人员致力于开发一种高效的超级电容器管理系统。
超级电容器管理系统主要包括三个方面的内容：电压稳定性控制、容量管理和温度保护。
首先，为了确保超级电容器的电压稳定性，需要通过电压监测电路实时监测电压变化，并通过控制电压调节器来对电压进行稳定控制。
同时，还需要设计合理的电流控制策略，以防止电容器电流过大或过小，从而影响其工作性能。
其次，容量管理是超级电容器管理系统中的关键问题。
超级电容器的容量会随着使用时间的增加而逐渐下降，因此需要通过容量检测和校准来实时监测电容器的容量变化，并及时做出相应的调整。
容量管理系统还需要具备容量均衡功能，以确保各个电容器之间容量的一致性，从而提高整个系统的可靠性和寿命。
最后，超级电容器管理系统还需要具备温度保护功能。
超级电容器的工作温度范围较窄，如果超过了允许的范围，将会对其性能和寿命产生不利影响。
因此，需要通过温度传感器实时监测电容器的工作温度，并通过控制系统对温度进行调节和保护。
为了研制出高效的超级电容器管理系统，研究人员需要从电路设计、控制算法、传感器技术等方面进行深入研究。
同时，还需要进行大量的实验和测试，以验证系统的性能和稳定性。
只有通过不断的优化和改进，才能研制出满足实际应用需求的超级电容器管理系统。
总之，超级电容器管理系统的研制对于提高超级电容器的性能和可靠性具有重要意义。
通过解决电压稳定性、容量管理和温度保护等关键问题，可以进一步推动超级电容器在电动汽车、电网调峰等领域的广泛应用，并为实现清洁能源的可持续发展做出贡献。
超级电容器工作原理
超级电容器工作原理超级电容器，也被称为超级电池或者超级电容，是一种能够储存和释放大量电荷的设备。
它与传统的电池不同，不依赖于化学反应来存储能量，而是通过电场的形式储存电荷。
超级电容器具有高能量密度、高功率密度和长寿命等优点，被广泛应用于电子设备、交通工具以及可再生能源等领域。
超级电容器的工作原理可以简单地描述为两个电极之间储存电荷的过程。
它由两个电极、电解质和隔离膜组成。
首先，超级电容器的两个电极分别被连接到正负极电源上。
当电源接通时，正极电极吸收正电荷，负极电极吸收负电荷。
这个过程中，电解质会形成一个电荷分离的层，使得正负电荷在电极表面分别会萃。
接下来，当电源断开时，电荷仍然保留在电极表面。
这是因为电解质的隔离膜具有良好的电导性，可以阻挠电荷的直接流动。
而电解质中的离子则可以在电场的作用下通过隔离膜挪移，使得正负电荷在电极表面保持分离。
当需要释放储存的电荷时，超级电容器的两个电极再次连接到电路中。
由于电极表面的电荷分离，电荷会从正极电极流向负极电极，产生电流。
这个过程非常快速，超级电容器可以在短期内释放大量电荷，提供高功率输出。
需要注意的是，超级电容器的能量密度相对较低，即单位体积或者质量所储存的能量较少。
这是由于电容器的电容量受到电极表面积和电解质的影响。
为了提高能量密度，研究人员向来在寻觅新的电极材料和电解质。
总结起来，超级电容器工作原理可以归纳为以下几个步骤：1. 电源接通，电极吸收正负电荷，形成电荷分离的层。
2. 电源断开，电荷保留在电极表面，通过电解质的离子在电场作用下保持分离。
3. 电极连接到电路中，电荷从正极流向负极，产生电流，释放储存的能量。
超级电容器的工作原理使得它具有不少应用的优势。
例如，在电子设备中，它可以作为备用电源提供短期的高功率输出，应对突发需求；在交通工具中，它可以储存制动能量并在需要时释放，提高能量利用效率；在可再生能源领域，它可以平衡电网负荷，储存多余的能量并在需求高峰时释放。
基于PC控制技术和EtherCAT的超级电容器卷绕机控制系统
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超级电容器介绍
超级电容器介绍第一篇：超级电容器介绍超级电容器/法拉电容介绍五超级电容器类型简介超级电容器的类型比较多，按不同方式可以分为多种产品，以下作简单介绍。
按原理分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器：双电层型超级电容器，包括1.活性碳电极材料，采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极。
2.碳纤维电极材料，采用活性炭纤维成形材料，如布、毡等经过增强，喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极。
3.碳气凝胶电极材料，采用前驱材料制备凝胶，经过炭化活化得到电极材料。
4.碳纳米管电极材料，碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采用高比表面积的碳纳米管材料，可以制得非常优良的超级电容器电极。
以上电极材料可以制成：1.平板型超级电容器，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极，另外也有Econd公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容器，可以达到300V以上的工作电压。
2.绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。
赝电容型超级电容器：包括金属氧化物电极材料与聚合物电极材料，金属氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作为正极材料，活性炭作为负极材料制备的超级电容器，导电聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极，以此制备超级电容器。
这一类型超级电容器具有非常高的能量密度，目前除NiOx型外，其它类型多处于研究阶段，还没有实现产业化生产。
按电解质类型可以分为水性电解质和有机电解质类型：水性电解质，包括以下几类1.酸性电解质，多采用36％的H2SO4水溶液作为电解质。
2.碱性电解质，通常采用KOH、NaOH等强碱作为电解质，水作为溶剂。
3.中性电解质，通常采用KCl、NaCl等盐作为电解质，水作为溶剂，多用于氧化锰电极材料的电解液。
有机电解质通常采用LiClO4为典型代表的锂盐、TEABF4作为典型代表的季胺盐等作为电解质，有机溶剂如PC、ACN、GBL、THL等有机溶剂作为溶剂，电解质在溶剂中接近饱和溶解度。
超级电容技术原理简介
超级电容技术原理简介超级电容器(Supercapacitor ultraca-pacitor) 又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor),它不但具有电容的特性,同时也具有电池特性,是一种介于电池和电容之间的新型特殊的储能元器件。
超级电容器是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大电容量的。
众所周知,传统电容器的面积是导体的平板面积,为了获得较大的容量,导体材料卷制得很长,有时用特殊的组织结构来增加它的表面积。
传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板,一般为塑料薄膜、纸等,这些材料通常要求尽可能的薄。
超级电容器在分离出的电荷中存储能量,用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集,其电容量越大。
超级电容器的极板面积是基于多孔炭材料,该材料的多孔结构允许其面积达到2000m2/g,通过一些措施可实现更大的表面积。
超级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。
该距离和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。
这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊入大的静电容量,故称其为“超级电容器”。
超级电容器拥有比传统电容器高出数千倍的电容值,目前常用的超级电容器的电容量是(0.1F～5000F),最高可达上万F(法拉)。
与利用化学反应的蓄电池不同,超级电容器的充放电过程始终是物理过程,性能十分稳定。
它具有功率密度大、重量轻、体积小、充电时间短、安全系数高、使用寿命长、低温特性卓越、免维护、节约能源和绿色环保等诸多特点。
因而其用途极其广泛,发展前景非常看好,世界各国在此方面的重视程度和研发投入正在快速提高。
超级电容器的出现,填补了传统电容器和各类电池间的空白。
它最初在电力系统得到广泛的应用,此外用作起重装置的电力平衡电源,可提供超大电流的电力;用作车辆启动电源,启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高,可以全部或部分替代传统的蓄电池;用作车辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传统的内燃机、改造现有的无轨电车;用在军事上可保证坦克、装甲车等战车的顺利启动(尤其是在寒冷的冬季)、又可作为激光武器的脉冲能源等。
超级电容器行业分析报告及技术研究现状
2023超级电容器行业分析汇报及技术研究现实状况一、电容器、超级电容器行业分析超级电容器根据制造工艺和外形构造可划分为钮扣型、卷绕型和大型三种类型三者在容量上大体归类为5F如下、5F~200F、200F以上它们由于其特点旳不一样运用领域也有所差异。
钮扣型产品具有小电流、长时间放电旳特点, 可用在小功率电子产品及电动玩具产品中。
而卷绕型和大型产品则多在需要大电流短时放电, 有记忆存储功能旳电子产品中做后备电源, 合用于带CPU旳智能家电、工控和通信领域中旳存储备份部件。
此外大型超级电容器通过串并联构成电源系统可用在汽车等高能供应装置上。
表1.表2是对三种超级电容器产业规模进行调查而得到旳数据整顿而成旳, 分别反应了世界和中国超级电容器产业旳状况。
从这两个表中我们不难发现三个问题:1.超级电容器产业旳发展非常迅速, 无论是钮扣型还是卷绕型或是大型超级电容器, 其产业规模都在高速扩展。
2、中国在钮扣型超级电容方面旳竞争力不明显, 在中国钮扣型市场中, 海外产品几乎占据了90%以上旳份额, 竞争非常剧烈。
数据表明, 近几年国内厂家旳市场份额也在逐渐扩大。
3、卷绕型和大型方面, 中国旳技术水平与国际靠近, 市场份额也比较理想。
近几年, 中国厂商旳销售收人也在呈几何倍数增长。
据调查, 国产超级电容器已占有中国市场60%~70%旳份额。
二、超级电容器技术研究现实状况超级电容器是运用双电层原理旳电容器。
当外加电压加到超级电容器旳两个极板上时, 与一般电容器同样, 极板旳正电极存储正电荷, 负极板存储负电荷, 在超级电容器旳两极板上电荷产生旳电场作用下, 在电解液与电极间旳界面上形成相反旳电荷, 以平衡电解液旳内电场, 这种正电荷与负电荷在两个不一样相之间旳接触面上, 以正负电荷之间极短间隙排列在相反旳位置上, 这个电荷分布层叫做双电层, 因此电容量非常大。
当两极板间电势低于电解液旳氧化还原电极电位时, 电解液界面上电荷不会脱离电解液, 超级电容器为正常工作状态(一般为3V如下), 如电容器两端电压超过电解液旳氧化还原电极电位时, 电解液将分解, 为非正常状态。
超级电容器工作原理
超级电容器工作原理超级电容器，也被称为超级电容或者超级电容器电池，是一种高容量、高能量密度的电池。
它具有比传统电池更长的寿命和更高的充放电速度，因此被广泛应用于各种领域，如电动车辆、可再生能源储存和电子设备等。
超级电容器的工作原理基于电荷的分离和存储。
它由两个电极（通常是活性炭）和一个电解质组成。
当超级电容器处于放电状态时，正极吸收负电荷，而负极吸收正电荷。
这种电荷分离导致电极之间产生电势差，从而形成电场。
当需要存储能量时，超级电容器进入充电状态。
外部电源将电荷传递给超级电容器，正极吸收正电荷，负极吸收负电荷。
这将导致电场的形成和电势差的增加。
超级电容器可以在极短的时间内存储大量的电荷，这是由于电极材料的高表面积和电解质的低内阻。
超级电容器的工作原理还涉及两个重要的参数：电容和额定电压。
电容是指超级电容器存储电荷的能力，通常以法拉（F）为单位。
较高的电容意味着超级电容器可以存储更多的电荷，从而具有更高的能量密度。
额定电压是指超级电容器可以承受的最大电压。
超过额定电压可能会导致超级电容器的损坏。
超级电容器的工作原理还涉及内阻。
内阻是电流在超级电容器内部流动时所遇到的阻力。
较低的内阻意味着超级电容器可以更有效地充电和放电，从而提高其性能。
超级电容器相对于传统电池的优势在于其快速充放电速度和长寿命。
传统电池的充电时间较长，而超级电容器可以在数秒或者数分钟内完成充电。
此外，超级电容器的寿命通常可达数十万次充放电循环，而传统电池的寿命通常较短。
总结一下，超级电容器的工作原理基于电荷的分离和存储。
它通过电极和电解质之间的电势差来存储能量，并具有快速充放电速度和长寿命的优势。
这使得超级电容器在许多应用中成为一种理想的能量存储解决方案。
超级电容器研发制造方案(二)
超级电容器研发制造方案一、实施背景随着科技的快速发展和环保需求的提升，能源储存技术成为全球范围内的热门研究领域。
超级电容器作为一种新型的储能器件，具有高功率密度、快速充放电、循环寿命长等优点，在电动汽车、电力存储、消费电子等多个领域具有广泛的应用前景。
当前，我国在超级电容器领域的技术研发和应用尚处于全球中游水平，急需通过产业结构改革和技术创新，提升超级电容器产业的整体竞争力。
二、工作原理超级电容器是一种基于双电层原理的储能器件，利用电极与电解质之间的物理吸附作用实现电荷储存。
其核心元件包括电极、隔膜、电解液和外壳。
在工作过程中，当外加电压作用于电极时，电解液中的离子在电场作用下向电极迁移，形成双电层结构，实现电荷储存。
当外加电压撤去后，电极上的电荷通过外电路释放，回到初始状态。
三、实施计划步骤1.技术研发：加大研发投入，重点突破超级电容器在材料、结构、制造工艺等方面的关键技术难题。
2.产业协同：通过产学研合作，整合产业链资源，推动上下游企业协同发展。
3.示范工程：建设超级电容器示范工程，展示产品优势和应用场景。
4.行业标准：参与制定超级电容器行业标准，提升我国在国际标准领域的话语权。
5.人才培养：加强人才培养和引进，为产业发展提供人才保障。
四、适用范围本方案适用于电动汽车、电力存储、消费电子等多个领域。
具体来说，电动汽车可以通过搭载超级电容器实现快速充电和高效能储能，提高车辆的续航里程和动力性能；电力存储领域可以利用超级电容器平滑供电，提高电力系统的稳定性和可靠性；消费电子领域可以通过引入超级电容器实现轻量化、高效能储能，提高产品的续航能力。
五、创新要点1.材料创新：研发新型电极材料和电解质，提高超级电容器的能量密度和循环寿命。
2.结构创新：优化电极结构，降低内阻，提高功率密度。
3.制造工艺创新：采用先进的制造工艺，降低生产成本，提高生产效率。
4.系统集成创新：将超级电容器与其它储能器件进行集成，形成高效能储能系统。
基于超级电容器的具有制动和不间断运行能力的可控电力驱动器：概述和分析
基于超级电容器的具有制动和不间断运行能力的可控电力驱动器：概述和分析摘要：在设计和应用先进的可控电力驱动器方面仍然存在两个巨大的挑战：1)制动能量的回收，2)驱动系统的不间断运行能力。
除了传统的解决方案，比如连续的和矩阵式的转换器，传统的驱动器配备一个用于特定情况的储能元件，如牵引和提升驱动。
这种方法最近成为人们关注的焦点是因为电化学双层电容器（超级电容器）的快速发展。
超级电容器是一种能量密度比标准的电解电容器更大的电化学电容器。
另外，超级电容器的功率密度远高于现有的电化学电池。
在本文中，一种具有不间断运行能力的能量再生可控电力驱动器被讨论。
这个基本原则已经被广泛的分析应用，包括详细的分析所有的操作模式。
一个双向三桥臂直流-直流转换器被做为接口电源转换器。
并给出了超级电容器的设计准则。
一个用于控制直流母线电压和电容电压、电流的控制算法被提出并进行了简要分析。
这个能量再生可控电力驱动器已经通过测试，并且测量结果是合理且值得深究的。
关键词：双向直流-直流转换器，可控电力驱动器，能源效率，再生能源存储设备，不间断运行，超级电容器Ⅰ.简介近年来，我们已经看到可控电动驱动器在工业、车辆和电梯应用方面的广泛应用。
原因在于它们的效率具有可控性和巨大的灵活性。
为进一步改善可控电力驱动器的效率和可靠性，对于设计师和研究人员仍然存在两个巨大的挑战：1)制动能量的回收，2)驱动系统的不间断运行能力。
很多可控电力驱动控制器的应用程序(如电梯、起重机、机床等等)都具有低于平均功率和峰值功率之间平衡值的特性。
此外，这种应用程序需要在全功率范围内频繁制动。
大多数可控电动驱动器是具有一个用来消耗制动能量的制动电阻的单向驱动器。
在一些低成本的应用方面，如洗衣机，制动能量消耗在转子上。
在这种情况下，损耗的能量有20% -50%来自于电源。
虑到现在的能源危机，效率成为一个迫切需要解决的问题。
现代可控电动驱动器对电源电压凹陷(下降)是非常敏感的。
【转载】超级电容器及应用
【转载】超级电容器及应用超级电容器超级电容器又叫双电层电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
超级电容器用途广泛超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor），又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。
它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。
超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。
超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。
众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。
那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。
双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大，因此，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容器将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。
同时，双电层电容器与可充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达10^6次以上，因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。
基于PCC的卷绕机控制系统的设计方法
维普资讯
设 备 电 器
Ｅｑ ｐｍ ｏ ｄ ＥＩ ｔ ｉ ｔ ｕｌ ｎｔａｎ ｅｃ ｒｃｉｙ
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转速检测信号包括 ：
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转 速传 感器 发 讯齿轮 每转 产 生的脉 冲数为 ８ 个 （ 如
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系统 的输 出信 号 包括 ：通过 Ｂ Ｒ ０ ３ Ｃ ＆ ２０ Ｐ Ｃ的
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（ ２ Ｍ５ Ｍ ～ ）及 其 变 频 器 （Ｎ ～Ｎ ４ 进 行控 制 ； ＩＶ１ＩＶ ）
利 用 Ｂ ２ ０ Ｐ Ｃ的 Ｄ ３ 、Ｄ ４ ５数 字 量 Ｉ ＆Ｒ ０ ３ Ｃ Ｍ４ ５ Ｍ ６ ／ ０
合 成 纤 维 Ｓ Ｃ ２ ０ ｏ１ ５ Ｆ ０ ７ Ｎ ．１３
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设 备 电Байду номын сангаас器
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图 ２ 接触 辊转速 传感 器发讯 齿轮 图
图 ３ 卷装 转速传 感器 脉冲 发讯齿 轮 图
信 号两个环节。 位 置 检 测 信 号 包 括 ：传 感 器 （Ｔ ／ ２Ｓ ５ Ｓ１Ｔ／ ／ Ｓ Ｔ
Ｓ ７ Ｔ ／Ｔ ／ １） Ｔ ／ ８ ９Ｓ ３ 、固态 电子 型 磁 性 开 关 （ Ｑ ／ Ｓ Ｓ Ｔ Ｓ１ Ｓ ２ Ｑ ／Ｑ ） 等。 Ｑ／ ３ ４ Ｓ Ｓ
基于PC控制技术和EtherCAT的超级电容器卷绕机控制系统
基于PC控制技术和EtherCAT的超级电容器卷绕机控制系
统
龚正大;农谷珍
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2012(25)4
【摘要】介绍了EtherCAT总线协议的特点和TwinCAT软件,对基于PC控制技术和EtherCAT的超级电容器卷绕机控制系统作了说明.
【总页数】2页(P56-57)
【作者】龚正大;农谷珍
【作者单位】上海奥威科技开发有限公司,上海201203;上海奥威科技开发有限公司,上海201203
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于PC104与PLC的锂电池全自动卷绕机控制器设计 [J], 谢林菲;游林儒;王立松
2.基于PC控制技术的伺服机械压力机控制系统探讨及应用研究 [J], 方雅
3.倍福基于PC的控制技术应用于金属板材加工——借助EtherCAT实现快速、精确及高重复精度的加工过程 [J], 无
4.基于PCC的卷绕机控制系统的设计方法 [J], 张旭;李天卫;魏建;陆文华;赵鸣
5.倍福基于PC和EtherCAT的控制技术在自动化仓储物流中的应用开放式控制解决方案助力实现跨系统通信 [J], 无
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超级电容器工作原理
超级电容器工作原理超级电容器既拥有与传统电容器一样较高的放电功率，又拥有与电池一样较大的储存电荷的能力。
但因其放电特性仍与传统电容器更为相似，所以仍可称之为“电容”。
到现在为止，对于超级电容器的名称还没有统一的说法，有的称之为“超电容器”，有的称之为“电化学电容器”“双电层电容器”，有的还称之为“超级电容器”，总之名称还不统一。
但是有人提出根据其储能机理，分为双电层电容器（靠电极 -电解质界面形成双电层）和赝电容器（靠快速可逆的化学吸-脱附或氧化-还原反应产生赝电容）两类。
（一）双电层电容器的基本原理双电层电容器是利用电极材料与电解质之间形成的界面双电层来存储能量的一种新型储能元件。
当电极材料与电解液接触时，由于界面间存在着分子间力、库仑力或者原子间力的相互作用，会在固液界面处出现界面双电层，是一种符号相反的、稳定的双层电荷。
对于一个电极-溶液体系来说，体系会因电极的电子导电和电解质溶液的离子导电而在固液界面上形成双电层。
当外加电场施加在两个电极上后，溶液中的阴、阳离子会在电场的作用下分别向正、负电极迁移，而在电极表面形成所谓的双电层；当外加电场撤销后，电极上具有的正、负电荷与溶液中具有相反电荷的离子会互相吸引而使双电层变得更加稳定，这样就会在正、负极间产生稳定的电位差。
在体系中对于某一电极来说，会在电极表面一定距离内产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷，来使其保持电中性；当将两极和外电源连接时，由于电极上的电荷迁移作用而在外电路中产生相应的电流，而溶液中离子迁移到溶液中会呈现出电中性，这就是双电层电容器的充放电原理。
从理论上说，双电层中存在的离子浓度要大于溶液本体中离子浓度，这些浓度较高的离子受到固相体系中异性电荷吸引的同时，还会有一个扩散回溶液本体浓度较低区域的趋势。
电容器的这种储能过程是可逆的，因为它是通过将电解质溶液进行电化学极化实现的，整个过程并没有产生电化学反应。
双电层电容器的工作原理如下图所示：（二）法拉第准电容器的基本原理法拉第准电容器是在双电层电容器后发展起来的，有人将其简称为准电容。
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超级电容器卷绕机集合了精密机械、计算机控制技术、伺服控制以及光传感器等多学科技术，对厚度几十微米的极片和隔膜进行高速卷绕，形成电容器半成品。
其卷绕速度达每分钟几千转，是制造超级电容器的关键设备。
本文在分析现有超级电容器卷绕机结构的基础上，设计了基于PC 控制技术和EtherCAT 的超级电容器卷绕机控制系统。
1现有超级电容器卷绕机结构特点及功能现有超级电容器卷绕机主要由高速卷绕机构、张力控制机构、放卷纠偏机构、PLC 控制系统、人机界面、辅助机构等几个方面组成，如图1所示。
高速卷绕机构采用三个交流伺服电机分别控制卷绕、贴胶测径切断、卸料三个工位，三个伺服电机由PLC 程序控制，由光电传感器定位。
电容器卷绕过程中，其速度经过加速，均速，减速的变化，加速度对张力控制影响很大。
控制系统采用PLC 和交流伺服电机，通过编程及设置伺服控制器参数，使加速和减速过程平滑过度，从而提高卷绕过程的平稳性。
放卷纠偏机构有正极片、负极片、隔膜等四个放卷轴。
放卷张力机构采用了气动浮辊恒张力控制方式，用电－气比例阀对张力气缸气压设定，利用电位器对张力变化进行采样，经PLC 控制后，驱动张力电机正转或反转，保证了卷绕后产品松紧性。
放卷纠偏系统通过光纤传感器检测隔膜和极片的相对位置，经PLC 控制伺服电机，驱动纠偏机构。
PLC 控制系统以触摸屏为操作平台，程序主要包括逻辑控制、故障诊断及报警、数据管理及用户界面几部分组成。
由于控制对象多，PLC 循环周期为数十毫秒，动态响应慢。
当整机高速卷绕时，满足不了工艺精度要求，产品质量差。
2控制系统硬件Beckhoff 公司基于PC 平台的实时核技术通过与3S 公司提供的TwinCAT 编程环境，以及系统管理器与各种I ／O 设备的驱动程序相结合，使TwinCAT CP 、I ／O 、PLC 、PTP 和NCI 构成了一套完整的基于PC 平台的实时控制器解决方案。
TwinCAT 软件具备四套独立运行的PLC 实时核，每套PLC 都可分配四个任务，并且可以将最小任务周期时间设置为50μs 。
EtherCAT 技术是Beckhoff 公司提出的实时工业以太网技术，采用了主从介质访问方式，EtherCAT 突破了其他以太网解决方案的系统限制，不必再像从前那样在每个连接点接收以太网数据包，然后进行解码并复制为过程数据。
当报文在设备的持续传送过程中，每个I ／O 端子中的FMMU （Fieldbus memorymanagement unit ）就可以读出该报文中指定到此I ／O 的数据。
同样，输入数据可以在报文通过时插入至报文中，报文仅有几纳秒延迟。
EtherCAT 整个协议处理过程都在硬件中进行。
EtherCAT技术的高性能特征可以实现传统的现场总线系统无法实现的控制理念，不仅能够处理速度控制，而且也可以处理分布式驱动器的电流（转矩）控制。
巨大的带宽资源使状态数据与任何数据并行传输。
EtherCAT 技术使得通讯技术与现代高性能的工业PC 相匹配，并支持几乎所有的拓扑结构。
超级电容器卷绕机控制系统选用Beckhoff 工业PC 、I ／O 端子模块、带有高性能EtherCAT 系统通讯的AX5000伺服器控制器，可以满足实时性要求。
型号如下：面板型PC CP6242（TwinCAT NC PTP HMI ）、EtherCAT 伺服驱动器AX51XX 、EtherCAT 端子模块等。
拓扑结构图如图2。
图2控制系统结构基于PC 控制技术和EtherCAT 的超级电容器卷绕机控制系统Control System of Involution Machine for Ultracapacitor Based on PC and EtherCAT龚正大农谷珍（上海奥威科技开发有限公司，上海201203）摘要介绍了EtherCAT 总线协议的特点和TwinCAT 软件，对基于PC 控制技术和EtherCAT 的超级电容器卷绕机控制系统作了说明。
关键词：EtherCAT 总线协议，TwinCAT ，超级电容器卷绕机AbstractThis paper introduces the characteristics of EtherCAT bus protocol and TwinCAT,and explains the hardware platform and software flow of control system of involution machine for ultracapacitor based on PC and EtherCAT．Keywords :EtherCAT fieldbus,TwinCAT,involution machine forultracapacitor图1系统构成基于PC 控制技术和EtherCAT 的超级电容器卷绕机控制系统56《工业控制计算机》2012年第25卷第4期研祥轨道交通终端计算平台结构发展交流会在北京举行3月16日，由特种计算机领导厂商研祥智能主办的轨道交通终端计算平台结构发展交流会在北京举行，专家团队以研祥智能全模块化新品ERC－1005为实物解构对象，对嵌入式智能设备在轨道交通领域的革新应用进行了研讨和论证。
随着我国重要城市大都市化进程的加快，轨道交通事业迎来发展高峰期，为终端计算平台结构发展的创新提供了市场需求。
近期，研祥智能领先于市场，面向轨道交通九大系统推出革新性装置化产品，它们是一系列机笼插卡式的终端设备主控单元嵌入式整机。
全模块化的结构设计，不仅可以很好的提升产品易用性，在后期运营中的可维护性也更加便捷。
交流会上，研祥工作人员现场对全模块化新品ERC－1005进行了展示，引起了业主、设计院、集成商及媒体的浓厚兴趣。
针对产品维修过程中拆卸简单快捷，节省时间，核心部件便于升级互换等要求，研祥设计的这款“楔形可插拔式导热结构”，可以实现主板模块从机箱内部非常快捷地被抽出，重新插入机箱后也不会影响主板与机箱外壳之间的导热连接。
3软件设计TwinCAT 软件系统将PC 机转换成具有多PLC 系统、NC 轴控制、编程环境和操作站的一个实时控制器。
TwinCAT 编程可以使用5种不同的编程语言（IL ，FBD ，LD ，SFC ，ST ），Twin-CAT 开发环境分为System Manager 和PLC Control 两个部分．System Manger 用于系统设置和I ／O 硬件配置，而逻辑程序的编写和调试，都在PLC Control 中实现。
本设计中用了功能块图FBD （Function Block Diagram ）和梯形图LD （Ladder Diagram ）两种编程语言。
无须大量编程即可创建控制器（结构化、参数分配和系统程序调用）。
3．1控制流程整机控制流程图如图3，设定软PLC 任务周期Task 的循环周期为1ms ，保证了张力控制、纠偏控制的实时性、精确性，满足了卷绕机工艺的要求。
TwinCAT 为用户提供数十个库文件，每个库文件都包含大库的功能块和函数，同时，用户也可以自己定义功能块和函数，将它们打包成库文件并发布。
张力控制、纠偏控制采用Twin-CAT 库文件函数的功能块编程。
3．2张力控制放卷张力控制采用气动浮辊恒张力控制方式。
使用PS＿DancerControl 功能块，控制从轴跟随Dancer 耦合的主轴运动。
功能块通过Dancer－PID 调节主轴和从轴之间的齿轮比实现从轴到主轴的耦合。
此功能块的目的是，依据某一Dancer位置（反馈电位计位置），产生一个恒定表面速度（外设速度）相对于主轴速度的调节量。
主轴和从轴之间的张力表示为一个位置信号（即Dancer 位置信号）。
功能块执行的每个周期都会扫描实际张力值，而其它输入信号则仅在Enable 信号为True 的第一个周期读取。
Enable 为使能，TensionInput 是张力输入，整型变量。
Dancer＿CTL 的类型为DANCER＿REF ，所有控制变量都集中在此结构体中：当主轴的速度开始上升时时，浮动辊的位置会被向前拉，而在张力控制的作用下，从轴速度也开始上升，浮动辊偏离平衡的位置，最后，当主轴的速度稳定后，从轴的速度也稳定，而浮动辊的位置也稳定下来。
采用此功能模块省去繁琐的编程，结构简洁，控制精度高，保证电容卷绕机高速稳定运转。
3．3过程纠偏控制以KEYENCY 光电模拟量传感器LV－H100为检测元件、伺服电机为执行元件的箔带自动纠偏系统。
KEYENCY 光电模拟量传感器能定量、精确地反映偏差方向及大小，当偏差较大时，可以让伺服电机转速加大，使放卷装置快速向偏差减小方向移动，当偏差较小时，可以较慢速度移动，当偏差在所设定的允许范围内时，纠偏装置可以不动作，维持当前状态。
过程纠偏控制使用FUNCTION＿BLOCK FB＿BasicPID 功能块，此PID 控制器编程容易，调整方便。
3．4人机界面本系统使用TwinCAT PLC HMI 工具，TwinCAT PLCControl 集成的HMI 能够在Windows NT ／2000／XP 系统中全屏显示。
本系统设计了主画面、参数设定画面、卷绕和张力控制画面、连续生产画面、手动画面、运行监控画面、报警画面等，方便操作、结构紧凑。
4结束语基于PC 控制技术和EtherCAT 的超级电容器卷绕机控制系统利用软PLC 技术简化了体系结构，把控制、通信、人机界面以及各种特定的功能应用集中运行在同一个硬件平台上。
它相对于传统PLC 有着更开放、灵活和低价格优势。
参考文献［1］TwinCAT NC PTP 实用教程［K ］．德国倍福自动化有限公司［收稿日期：2012．1．17］图3流程图!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!57。