LPC2132和CPLD在氣流紡機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

石長勇

（遼寧新眾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司 遼寧 沈陽 110000）

0 引言

抽氣式轉(zhuǎn)杯紡機(jī)在紡織行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，但是其電控系統(tǒng)采用PLC做主控單元，由于PLC價格昂貴，布線混亂，給維護(hù)帶來很大的困難，因此由單片機(jī)來取代PLC，即大幅度的降低了成本又使得維護(hù)維修方便快捷。在本系統(tǒng)中由LPC2132和EPM240配合，完全取代了PLC。

1 總體設(shè)計

1.1 CPU 的選擇

氣流紡機(jī)的電控系統(tǒng)需要大量的輸入輸出節(jié)點(diǎn)，因此單獨(dú)的CPU來實現(xiàn)起來非常困難，如果采用CPU加集成電路的方式也可以實現(xiàn)系統(tǒng)的要求，但是用集成電路設(shè)計的組合邏輯電路占用板面大，不方便擴(kuò)展，靈活性差。在本系統(tǒng)我們采用了LPC2132和EPM240來實現(xiàn)。LPC2132是一款16/32位的ARM7TDMI-S的CPU，128位寬度的存儲器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)是32位代碼能夠在最大時鐘頻率下運(yùn)行。對代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。LPC2132具有16KB的內(nèi)部RAM和64K的片內(nèi)FLASH，多達(dá)47個GPIO和9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使得LPC2132非常適合工業(yè)控制。EPM240是ALTERA公司的MAX II系列芯片之一，具有低價格、低功耗、高容量、高性能等特點(diǎn)。CPLD的引入使系統(tǒng)設(shè)計更加靈活。

本電控系統(tǒng)所對應(yīng)的330型氣流紡機(jī)上有獨(dú)特的步進(jìn)電機(jī)設(shè)計，使得紗線的接頭質(zhì)量大大提升。步進(jìn)電機(jī)在工作過程中需要有不同的脈沖信號來控制，有普通脈沖和快速脈沖，因為快速脈沖的周期是微秒級的，所以如果用LPC2132來實時的發(fā)送脈沖會嚴(yán)重影響工作效率，甚至無法達(dá)到實時性的要求，因此又采用了C8051F330來專門發(fā)送步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動脈沖。C8051F330具有超小的MLP20封裝，高效快速的指令系統(tǒng)，可以精確的產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動脈沖。

1.2 人機(jī)界面

本電控系統(tǒng)采用了臺達(dá)電子的工業(yè)級觸摸屏AS57BSTD，AS57BSTD內(nèi)置了MODBUS通信協(xié)議，電控板和AS57BSTD之間采用RS485通信。人機(jī)界面負(fù)責(zé)整機(jī)工作運(yùn)行所需要的所有設(shè)定參數(shù)工作，整機(jī)的工作狀態(tài)也實時的反饋到人機(jī)界面來顯示。

1.3 接口板設(shè)計

氣流紡機(jī)的每一錠需要3路功率驅(qū)動信號來驅(qū)動電磁鐵工作，如果把大量的功率器件設(shè)計到主控電路板上，一定會對電路板上的信號產(chǎn)生干擾，這種不可預(yù)期的干擾是無法排除和避免的，因此我們采用了單獨(dú)的接口板設(shè)計，不但使功率器件和數(shù)字電路分開，避免干擾，而且使系統(tǒng)的維護(hù)維修方便快捷，故障定位準(zhǔn)確。

1.4 系統(tǒng)框圖（見圖 1）

2 工作流程

2.1 人機(jī)界面設(shè)定參數(shù)

首先要由人機(jī)界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，整機(jī)的工作時序設(shè)定，通過RS485通信下傳到下位各節(jié)點(diǎn)的LPC2132來保存。

2.2 LPC2132

圖1

上電復(fù)位后首先讀出撥碼開關(guān)的地址設(shè)置，計算出本機(jī)的通信地址，通過與上位機(jī)通信，得到上位機(jī)設(shè)置的數(shù)據(jù)并計算出各工作時序。LPC2132與C8051F330采用并行通信，設(shè)置C8051F330需要產(chǎn)生的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動脈沖的頻率和快進(jìn)脈沖的頻率。LPC2132與EPM240之間采用數(shù)據(jù)總線和地址總線的控制方式，先讀入各個節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，然后分析處理得出每個節(jié)點(diǎn)的動作時序，通過地址和數(shù)據(jù)總線來控制EPM240做出相應(yīng)的動作。

LPC2132還控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的正反轉(zhuǎn)信號和驅(qū)動脈沖的轉(zhuǎn)換信號。因為在單錠工作啟動的時候需要步進(jìn)電機(jī)快進(jìn)一段距離，在停止的時候又需要反轉(zhuǎn)快退一段距離，這些動作需要LPC2132根據(jù)人機(jī)界面的參數(shù)設(shè)定來計算得出，來控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)動作。

2.3 C8051F330

C8051F330的任務(wù)是實時的發(fā)送步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動脈沖和快速脈沖，在讀取LPC2132設(shè)定的脈沖頻率后，計算出脈沖周期，并保存到ROM中保存，然后產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖頻率輸出。

2.4 EPM240

EPM240與LPC2132和接口板相連，負(fù)責(zé)采集接口板的輸入狀態(tài)和輸出LPC2132的控制狀態(tài)到接口板。每片EPM240負(fù)責(zé)控制8路，每一路有6路輸出信號和1路輸入信號，通過對LPC2132的地址線譯碼來得到需要控制輸入輸出的相應(yīng)路數(shù)。EPM240與接口板的輸入輸出接口均采用光偶隔離。

3 結(jié)束語

單片機(jī)和CPLD配合，可以實現(xiàn)大量I/O采集控制，CPLD的編程靈活多變，通過編程可以實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯電路，單片機(jī)做工業(yè)控制和PLC相比有很大的優(yōu)勢，在實時性要求比較嚴(yán)格的系統(tǒng)里只有單片機(jī)才可以完成。在當(dāng)今的新型氣流紡機(jī)的電控系統(tǒng)已經(jīng)由原來的PLC在逐步的向單片機(jī)轉(zhuǎn)變。

［1］趙亮，侯國銳.單片機(jī)C語言編程與實例[M].人民郵電出版社.

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

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