基于LM3S8962剪板機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

高 峰

(金陵科技學(xué)院，江蘇南京 210001)

剪板機(jī)發(fā)展到今天已經(jīng)成為我國(guó)機(jī)械行業(yè)一個(gè)重要的支柱產(chǎn)業(yè)。我國(guó)剪板機(jī)的發(fā)展正處在一個(gè)重要的轉(zhuǎn)折時(shí)期，一方面國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)在國(guó)家擴(kuò)大內(nèi)需政策的帶動(dòng)下，大大刺激了國(guó)內(nèi)剪板機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展，另一方面國(guó)外企業(yè)的進(jìn)入、國(guó)內(nèi)企業(yè)的擴(kuò)張，使我國(guó)的剪板機(jī)行業(yè)面臨著日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)局面。實(shí)現(xiàn)剪板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的通常方法可以采用全功能的數(shù)控裝置，這種裝置功能十分完善，但其價(jià)格卻很昂貴。本系統(tǒng)采用基于 ARM Cortex－M3的微控制器LM3S8962來(lái)實(shí)現(xiàn)剪板機(jī)控制系統(tǒng)，價(jià)格便宜，使用靈活。

1 剪板機(jī)系統(tǒng)控制要求

剪板機(jī)的加工板材，包括加工板材的長(zhǎng)度調(diào)整、進(jìn)料檢測(cè)、長(zhǎng)度檢測(cè)、板料壓緊、剪切及板料計(jì)數(shù)等控制過(guò)程。

剪板機(jī)的工作原理［1－3］如圖1所示。

該剪板機(jī)輸入部分主要使用了多個(gè)限位開(kāi)關(guān)、1個(gè)光電開(kāi)關(guān)和1個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)各部分的工作進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、絲杠、擋料板、旋轉(zhuǎn)編碼器和限位開(kāi)關(guān)SQ1和SQ2組成擋料板位置控制部件。旋轉(zhuǎn)編碼器用于反饋步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和擋料板移動(dòng)的距離，限位開(kāi)關(guān)SQ1和SQ2為后擋料板前后限位，起保護(hù)作用。SQ3為板料長(zhǎng)度檢測(cè)開(kāi)關(guān)，SQ4為剪切刀上限位開(kāi)關(guān)，SQ5為壓塊限位開(kāi)關(guān)，SQ6為光電接近開(kāi)關(guān)，用于板料計(jì)數(shù)。

輸出主要有:(1)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，用于調(diào)整擋料板及板料長(zhǎng)度;(2)送料控制機(jī)構(gòu)、壓塊控制機(jī)構(gòu)和剪切刀控制機(jī)構(gòu)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

本文選用LM3S8962作為系統(tǒng)的主控制器。LM3S8962是德州儀器(TI)公司Stellaris所提供一系列的微控制器，是首款基于ARM Cortex－M3的控制器。該微控制器使用了兼容ARM Thumb的Thumb2指令集來(lái)減少存儲(chǔ)容量的需求，并以此達(dá)到降低成本的目的，使用戶能夠以傳統(tǒng)的8位和16位器件的價(jià)位來(lái)享受32位的性能。該微控制器對(duì)成本尤其敏感的嵌入式微控制器應(yīng)用方案帶來(lái)了高性能的32位運(yùn)算能力。

電源模塊:由于剪板機(jī)工作環(huán)境較差，電源較不穩(wěn)定，所以可靠的電源設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。控制系統(tǒng)工作電源采用24 V電源，由DC－DC轉(zhuǎn)化成5 V，再由LM1117－3.3轉(zhuǎn)換成3.3 V。電源模塊原理圖如圖3所示。

鍵盤及操作面板模塊:該模塊采用薄膜開(kāi)關(guān)面板和矩陣鍵盤，主要有兩個(gè)功能，一方面用來(lái)設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)包括板材長(zhǎng)度、板材數(shù)量等，相應(yīng)參數(shù)保存在EEPROM中;另一方面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操控。

開(kāi)關(guān)量輸入模塊:系統(tǒng)要求所有開(kāi)關(guān)量輸入均采用無(wú)源觸點(diǎn)方式，電源由系統(tǒng)提供，并在輸入端使用濾波和光電隔離。開(kāi)關(guān)量輸入模塊原理圖如圖4所示。

顯示模塊:顯示模塊主要由MAX7219和6個(gè)LED數(shù)碼管以及相應(yīng)狀態(tài)指示燈組成。MAX7219是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，它可以控制8位數(shù)字的7段數(shù)字LED顯示。該系統(tǒng)只使用了6個(gè)LED數(shù)碼管，所以將狀態(tài)指示燈進(jìn)行組合作為一個(gè)7段LED數(shù)碼管一并由MAX7219控制。電路接口很少，相當(dāng)簡(jiǎn)單方便。顯示模塊原理圖如圖5所示。

驅(qū)動(dòng)模塊:系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模塊主要由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)控制電路和其他驅(qū)動(dòng)部件組成。驅(qū)動(dòng)模塊和各輸出部件之間均采用了抗干擾處理，和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路之間采用光電隔離，和電動(dòng)機(jī)控制電路及其他驅(qū)動(dòng)部件之間均采用光電隔離加繼電器隔離措施。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要接收來(lái)自LM3S8962的兩路脈沖信號(hào)，分別控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制擋料板已達(dá)到調(diào)整板料的長(zhǎng)度。

RS485:系統(tǒng)設(shè)計(jì)了RS485通信接口，可以和上位機(jī)連接。上位機(jī)可通過(guò)RS485設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，也可以控制系統(tǒng)的工作，功能和鍵盤及操作面板一致;上位機(jī)也可以獲取系統(tǒng)參數(shù)及工作狀態(tài)信息。系統(tǒng)提供RS485通信協(xié)議，上位機(jī)只要按照通信協(xié)議編程就可以完成上述功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)剪板機(jī)的監(jiān)控。

CAN:該系統(tǒng)還預(yù)留了CAN總線接口，以便以后根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

剪板機(jī)控制系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要根據(jù)剪板機(jī)工序要求完成系統(tǒng)相應(yīng)功能。主要有以下幾個(gè)部分:主程序(完成系統(tǒng)初始化，讀取系統(tǒng)參數(shù)，按剪板機(jī)工序完成操作)，剪切管理模塊［4］，鍵盤及參數(shù)設(shè)置，顯示，擋料板調(diào)節(jié)，RS485通信模塊等。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)采用LM3S8962設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，在原有剪板機(jī)基礎(chǔ)上增加了擋料板自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，RS485，CAN總線通信接口。該控制系統(tǒng)硬件電路少、接口簡(jiǎn)單、控制靈活、使用方便、可靠性高，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。該系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以提高產(chǎn)品的加工精度和生產(chǎn)效率，還可以和上位機(jī)通信實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控。

［1］付麗麗，陸曉強(qiáng).一種自動(dòng)剪板機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.河北煤炭，2011(4):78 －79.

［2］王紅昇.基于單片機(jī)的自動(dòng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)［J］.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2004，39(3):94 －96.

［3］李東君.基于單片機(jī)技術(shù)的全自動(dòng)剪板機(jī)研制［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2005，18(5):118 －120.

［4］李軻，唐小琦.基于ARM剪板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)模塊化開(kāi)發(fā)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2011(10):72－74.