基于ARM的冷鐓機變頻自動控制系統(tǒng)研究

劉彥磊， 石維佳

(1.天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，天津 300402;2.河北工業(yè)大學(xué)，天津 300130)

0 引言

冷鐓機是在常溫下將鋼筋鐓成一定形狀的產(chǎn)品。在改造前，此設(shè)備生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件的大小、長短、材質(zhì)靠改變飛輪大小來改變輥輪進料速度。因此，每換一種生產(chǎn)配件或材料，必須把巨大的飛輪拆下來，再裝入合適的飛輪，有時為達到要求的精確度，飛輪需拆裝多次，非常浪費人力、物力和時間。改裝后:只要改變頻率控制，轉(zhuǎn)速就能達到要求，無需更換飛輪。調(diào)試更方便、精確，保護更齊全。經(jīng)分析，決定采用變頻調(diào)速智能控制系統(tǒng)進行改造。

1 系統(tǒng)控制功能和要求

不改動冷鐓機機械傳動系統(tǒng)，將其改造為變頻調(diào)速，調(diào)速范圍為60～110件/min。變速系統(tǒng)安全可靠，使冷鐓機平穩(wěn)連續(xù)變速。同時，增加液晶顯示裝置顯示加工件數(shù)，控制系統(tǒng)具有設(shè)定加工工件總數(shù)、達到設(shè)定值時自動停機，當(dāng)中間需停機續(xù)料或出故障停機后，再次開機時連續(xù)計數(shù)的功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

依據(jù)自動控制系統(tǒng)的功能要求，采用了以LPC2103為核心的自動控制器，其自動控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)以ARM7結(jié)構(gòu)的LPC2103為控制器，液晶顯示屏為人機界面，通過變頻器來改變電機的速度，從而實現(xiàn)在不改動冷鐓機機械傳動系統(tǒng)的情況下改造為無級調(diào)速，實現(xiàn)冷鐓機的智能自動控制系統(tǒng)?？赏ㄟ^RS-232/485串口通信把冷鐓機運行的實時情況，及其故障等傳到上位機PC上，可實現(xiàn)實時監(jiān)控。

2．1 LPC2103 模塊

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

本模塊主要用來完成對變頻器的自動控制和把冷鐓機的實時運行情況及加工的零件個數(shù)反饋給PC進行顯示，同時也用來完成根據(jù)設(shè)定零件個數(shù)設(shè)置變頻器的參數(shù)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。本設(shè)計中選用了ARM7結(jié)構(gòu)的LPC2103作為主控制器，該控制器是一種32位的ARM7 TDMI-S微控制器，最高工作速度可達70 MHz，32 kB的片內(nèi)FLASH程序存儲器和8 k的片內(nèi)靜態(tài)RAM。LPC2103的10位A/D轉(zhuǎn)換器提供8路模擬輸入，多達32個通用I/O口(可承受5 V電壓)，高級性能還使其特別適用于工業(yè)控制。

2．2 RS－232模塊

本模塊主要用于完成LPC2103主控器與PC機之間的通信，把從PC機上設(shè)定的加工零件的個數(shù)、起動、停止、報警等命令送到LPC2103主控器進行處理，得出變頻器的控制參數(shù)，進而調(diào)節(jié)冷鐓機的電機達到所需要的加工零件個數(shù)，同時把冷鐓機實時加工零件個數(shù)和運行故障等情況通過LPC2103主控器反饋給PC機，從而做出下一步控制。電路原理圖如圖3所示。

2．3 EV2000變頻器模塊

本模塊選取了EV2000-4T 0075G，EV2000采用獨特的控制方式實現(xiàn)了高精度、寬調(diào)速驅(qū)動，具有低噪聲、低電磁干擾的優(yōu)點，其惡劣環(huán)境(如潮濕、油污、粉塵等)的適應(yīng)能力強，恰好滿足冷鐓機生產(chǎn)線油塵多的要求，變頻器通過D/A與LPC2103組成控制系統(tǒng)。LPC2103把輸出的數(shù)字參數(shù)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換為變頻器所需的0～5(10)V或0～20 mA控制信號，從而實現(xiàn)變頻器的輸出頻率在0～50 Hz范圍內(nèi)改變，從而實現(xiàn)對變頻電機的無級調(diào)速，達到加工零件個數(shù)從60～110件/min改造設(shè)計的目的。同時，在變頻器外部設(shè)計一個調(diào)速電位器也可實現(xiàn)人工手動控制調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率在0～50 Hz改變，達到人工手動調(diào)節(jié)的目的。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程

本系統(tǒng)的軟件主要包括上位機PC的顯示程序和LPC2103控制器的主程序。上位機PC的顯示程序主要用來完成冷鐓機起動、停止、故障報警，加工零件個數(shù)設(shè)置和顯示等功能。

LPC2103控制器的主程序如圖2所示。

圖2 控制器主程序

控制器主程序主要用來完成把從PC機上傳輸過來的設(shè)置參數(shù)進行處理和計算，然后把處理好的數(shù)據(jù)送到D/A進行轉(zhuǎn)換，變成變頻器所需要的0～5(10)V或0～20 mA控制信號，變頻器得到了所需要的信號后就會調(diào)節(jié)變頻電機進行調(diào)速，電機就會帶動冷鐓機運行，同時通過零件計數(shù)傳感器把實際生產(chǎn)的零件個數(shù)反饋給主控制器，主控制器就會把反饋回來的數(shù)和設(shè)定進行對比。如果不一致，則重新調(diào)節(jié)變頻器改變電機的速度以達到預(yù)期的目的。同時，也把冷鐓機的實時運行狀況，故障報警燈信息反饋給主控制器，主控制器經(jīng)過處理后返給上位機PC進行顯示和報警。

4 結(jié)語

最終經(jīng)實車試驗表明用此方案改進的冷鐓機變頻自動控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，設(shè)計的功能達到了預(yù)期的目標(biāo)，既保證了加工精度，也大大節(jié)省了人力、物力，提高了工作效率，現(xiàn)已成功應(yīng)用到螺栓生產(chǎn)線中。

［1］原魁，劉偉強，鄒偉，等.變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2005.

［2］周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

［3］艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司.EV2000系列通用變頻器用戶手冊［G］.2004.