一種液壓拉深機(jī)的嵌人式控制系統(tǒng)技術(shù)方案

一種液壓拉深機(jī)的嵌人式控制系統(tǒng)，主要包括人機(jī)交互模塊HMI、微電腦控制模塊、電氣控制模塊、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)模塊和接口電路模塊等幾個(gè)系統(tǒng)功能模塊。該系統(tǒng)采用具有較高實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和多任務(wù)處理能力的嵌人式系統(tǒng)作為液壓拉深機(jī)的主控制器，構(gòu)建了一個(gè)基于Windows?CE平臺(tái)的嵌入式液壓拉深機(jī)控制系統(tǒng)。

Embedded control system of hydraulic drawing machine

The embedded control system of a hydraulic drawing machine, including the man-machine interaction module, HMI microcomputer control module, control module, electrical mechanical actuator, detection module and interface circuit module and several functional modules of the system. The system adopts the embedded system has high real-time, stability and the ability to multi task as the main controller of hydraulic drawing machine, construct a embedded control system of hydraulic drawing machine Windows based on CE platform.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種液壓拉深機(jī)的嵌人式控制系統(tǒng)所屬
本專利技術(shù)涉及一種液壓拉深機(jī)的嵌人式控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
目前，廣泛用于鋁質(zhì)、不銹鋼薄板制品的拉深和壓制成形的液壓拉深機(jī)是塑性加工行業(yè)中的重要裝備，它將液體的壓力轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的上下兩模具間的壓力，對(duì)外做功拉深或壓制出工件。國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的液壓拉深機(jī)通常用一些簡(jiǎn)單的電氣兀件控制，其液壓缸運(yùn)動(dòng)模式簡(jiǎn)單固定、可控性差，極不便于工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整和精確控制。這對(duì)于產(chǎn)品更換頻繁的現(xiàn)代生產(chǎn)體系是一個(gè)極大的障礙，因此對(duì)傳統(tǒng)的液壓拉深機(jī)進(jìn)行數(shù)控化升級(jí)改造是一件迫在眉睫的事情。近年來，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了采用可編程控制器作為主控制器的液壓拉深機(jī)，國(guó)外有部分高端產(chǎn)品則采用昂貴的工控機(jī)作為主控制器。這些控制器在人機(jī)界面或價(jià)格成本等因素上阻礙了國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)液壓拉深機(jī)的數(shù)控化升級(jí)改造進(jìn)程。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提出了一種液壓拉深機(jī)的嵌入式控制系統(tǒng)，采用具有較高實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和多任務(wù)處理能力的嵌人式系統(tǒng)作為液壓拉深機(jī)的主控制器，構(gòu)建了一個(gè)基于WindowsCE平臺(tái)的嵌入式液壓拉深機(jī)控制系統(tǒng)。本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：所述控制系統(tǒng)主要包括人機(jī)交互模塊HMI、微電腦控制模塊、電氣控制模塊、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)模塊和接口電路模塊等幾個(gè)系統(tǒng)功能模塊。人機(jī)交互模塊HMI包括手動(dòng)控制用的按鈕操作面板和半自動(dòng)控制用的工業(yè)觸摸屏；微電腦控制模塊即嵌入式計(jì)算機(jī)等組成的控制器；電氣控制模塊主要包括用于電機(jī)Y-△啟動(dòng)及運(yùn)行的電氣回路及電磁閥專用電路等；機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)即液壓拉深機(jī)的3個(gè)工作液壓缸等機(jī)械、液壓本體；檢測(cè)模塊包括主缸位置檢測(cè)的光柵尺、液壓缸壓力傳感器、油溫溫度傳感器等；接口電路模塊包括操作面板及傳感器與嵌人式計(jì)算機(jī)之間的接口電路和電氣控制模塊與嵌入式計(jì)算機(jī)之間的接口電路。根據(jù)液壓機(jī)的控制要求，控制器要提供12個(gè)開關(guān)量輸出、18個(gè)開關(guān)量輸入、3個(gè)模擬量輸人、2個(gè)模擬量輸出以及2個(gè)脈沖信號(hào)輸入。嵌入式控制器的結(jié)構(gòu)核心是一個(gè)一體化的嵌入式工控主板，為滿足液壓機(jī)的控制要求，系統(tǒng)通過主板上的PC104總線擴(kuò)展了三塊不同功能的板卡。控制器與外圍電路的信號(hào)處理中，為了提高嵌入式控制器的抗電磁干擾性能，信號(hào)在外圍電路與控制器之間進(jìn)行隔離、變換、緩沖等預(yù)處理，系統(tǒng)使用自行開發(fā)的接口電路完成此功能。接口電路中的光柵尺脈沖信號(hào)處理是硬件設(shè)計(jì)上的一個(gè)難點(diǎn)。系統(tǒng)采用信和KA系列光柵尺，光柵尺具有A,B兩相正交脈沖(脈沖先后由光柵尺運(yùn)動(dòng)方向決定)和Z相零位脈沖輸出。由于液壓機(jī)主缸與控制器的距離較遠(yuǎn)，要對(duì)A,B相脈沖進(jìn)行差分后長(zhǎng)距離傳輸，因此在接口電路上需要先對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行解差分，然后依次對(duì)信號(hào)進(jìn)行光電隔離、監(jiān)相(分出A,B相脈沖的先后)、緩沖變換等處理。光柵尺正、反方向的運(yùn)動(dòng)分別用計(jì)數(shù)器卡上的兩個(gè)計(jì)數(shù)器通道計(jì)數(shù)，兩個(gè)通道上的計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)軟件做差運(yùn)算得出光柵尺的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向和位移。所述控制系統(tǒng)的控制器采用WindowsCE.NET4.2實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，它是一個(gè)32位、多線程、多任務(wù)、任務(wù)調(diào)度可搶占、適合多種CPU、支持大部分Win32API,可裁剪的模塊型操作系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)的控制軟件以類似軟PLC的方式檢測(cè)和控制各個(gè)IO端口，即以硬定時(shí)中斷方式(中斷信號(hào)由擴(kuò)展的數(shù)字IO及計(jì)數(shù)器卡產(chǎn)生)循環(huán)不停地掃描所有輸人端口，再根據(jù)不同的工藝要求對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分析后在輸出端口上輸出對(duì)應(yīng)的控制量。所述控制系統(tǒng)采模糊控制算法和PID控制算法相結(jié)合的雙模態(tài)軟件控制策略控制主缸的運(yùn)動(dòng)，即當(dāng)光柵尺檢測(cè)到主缸接近目標(biāo)位置時(shí)讓主缸減速下來，并啟動(dòng)PID算法對(duì)速度進(jìn)行閉環(huán)控制。主缸在接近目標(biāo)前的模糊控制算法是通過做大量實(shí)驗(yàn)得出模糊策略表后用軟件查表方法實(shí)現(xiàn)，而PID算法中P、I、D3個(gè)參數(shù)的整定可在現(xiàn)場(chǎng)用正交試驗(yàn)方法來完成。本專利技術(shù)的有益效果是：該系統(tǒng)硬件采取多種抗干擾措施，軟件具有友好的人機(jī)界面和便利的工藝數(shù)據(jù)庫管理功能。該控制系統(tǒng)能夠充分滿足液壓拉深機(jī)復(fù)雜工藝的控制要求。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的控制系統(tǒng)功能模塊示意圖。圖2是本專利技術(shù)的控制器與外圍電路信號(hào)流圖。圖3是本專利技術(shù)的系統(tǒng)的軟件架構(gòu)圖。圖4是本專利技術(shù)的控制軟件流程圖。圖5是本專利技術(shù)的主缸運(yùn)動(dòng)的軟件控制算法框圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明。如圖1，控制系統(tǒng)主要包括人機(jī)交互模塊HMI、微電腦控制模塊、電氣控制模塊、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)模塊和接口電路模塊等幾個(gè)系統(tǒng)功能模塊。人機(jī)交互模塊HMI包括手動(dòng)控制用的按鈕操作面板和半自動(dòng)控制用的工業(yè)觸摸屏；微電腦控制模塊即嵌入式計(jì)算機(jī)等組成的控制器；電氣控制模塊主要包括用于電機(jī)Y-△啟動(dòng)及運(yùn)行的電氣回路及電磁閥專用電路等；機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)即液壓拉深機(jī)的3個(gè)工作液壓缸等機(jī)械、液壓本體；檢測(cè)模塊包括主缸位置檢測(cè)的光柵尺、液壓缸壓力傳感器、油溫溫度傳感器等；接口電路模塊包括操作面板及傳感器與嵌人式計(jì)算機(jī)之間的接口電路和電氣控制模塊與嵌入式計(jì)算機(jī)之間的接口電路。根據(jù)液壓機(jī)的控制要求，控制器要提供12個(gè)開關(guān)量輸出、18個(gè)開關(guān)量輸入、3個(gè)模擬量輸人、2個(gè)模擬量輸出以及2個(gè)脈沖信號(hào)輸入。嵌入式控制器的結(jié)構(gòu)核心是一個(gè)一體化的嵌入式工控主板，為滿足液壓機(jī)的控制要求，系統(tǒng)通過主板上的PC104總線擴(kuò)展了三塊不同功能的板卡。如圖2，控制器與外圍電路的信號(hào)處理中，為了提高嵌人式控制器的抗電磁干擾性能，信號(hào)在外圍電路與控制器之間進(jìn)行隔離、變換、緩沖等預(yù)處理，系統(tǒng)使用自行開發(fā)的接口電路完成此功能。接口電路中的光柵尺脈沖信號(hào)處理是硬件設(shè)計(jì)上的一個(gè)難點(diǎn)。系統(tǒng)采用信和KA系列光柵尺，光柵尺具有A,B兩相正交脈沖(脈沖先后由光柵尺運(yùn)動(dòng)方向決定)和Z相零位脈沖輸出。由于液壓機(jī)主缸與控制器的距離較遠(yuǎn)，要對(duì)A,B相脈沖進(jìn)行差分后長(zhǎng)距離傳輸，因此在接口電路上需要先對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行解差分，然后依次對(duì)信號(hào)進(jìn)行光電隔離、監(jiān)相(分出A,B相脈沖的先后)、緩沖變換等處理。光柵尺正、反方向的運(yùn)動(dòng)分別用計(jì)數(shù)器卡上的兩個(gè)計(jì)數(shù)器通道計(jì)數(shù)，兩個(gè)通道上的計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)軟件做差運(yùn)算得出光柵尺的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向和位移。如圖3，控制系統(tǒng)的控制器采用WindowsCE.NET4.2實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，它是一個(gè)32位、多線程、多任務(wù)、任務(wù)調(diào)度可搶占、適合多種CPU、支持大部分Win32API,可裁剪的模塊型操作系統(tǒng)。如圖4，控制系統(tǒng)的控制軟件以類似軟PLC的方式檢測(cè)和控制各個(gè)IO端口，即以硬定時(shí)中斷方式(中斷信號(hào)由擴(kuò)展的數(shù)字IO及計(jì)數(shù)器卡產(chǎn)生)循環(huán)不停地掃描所有輸人端口，再根據(jù)不同的工藝要求對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分析后在輸出端口上輸出對(duì)應(yīng)的控制量。如圖5，控制系統(tǒng)采模糊控制算法和PID控制算法相結(jié)合的雙模態(tài)軟件控制策略控制主缸的運(yùn)動(dòng)，即當(dāng)光柵尺檢測(cè)到主缸接近目標(biāo)位置時(shí)讓主缸減速下來，并啟動(dòng)PID算法對(duì)速度進(jìn)行閉環(huán)控制。主缸在接近目標(biāo)前的模糊控制算法是通過做大量實(shí)驗(yàn)得出模糊策略表后用軟件查表方法實(shí)現(xiàn)，而PID算法中P、I、D3個(gè)參數(shù)的整定可在現(xiàn)場(chǎng)用正交試驗(yàn)方法來完成。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種液壓拉深機(jī)的嵌人式控制系統(tǒng)，其特征是：所述控制系統(tǒng)主要包括人機(jī)交互模塊HMI、微電腦控制模塊、電氣控制模塊、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)模塊和接口電路模塊等幾個(gè)系統(tǒng)功能模塊。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種液壓拉深機(jī)的嵌人式控制系統(tǒng)，其特征是：所述控制系統(tǒng)主要包括人機(jī)交互模塊HMI、微電腦控制模塊、電氣控制模塊、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)模塊和接口電路模塊等幾個(gè)系統(tǒng)功能模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液壓拉深機(jī)的嵌人式控制系統(tǒng)，其特征是：所述嵌入式控制器的結(jié)構(gòu)核心是一個(gè)一體化的嵌入式工控主板，為滿足液壓機(jī)的控制要求，系統(tǒng)通過主板上的PC104總線擴(kuò)展了三塊不同功能的板卡。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液壓拉深機(jī)的嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是：控制器與外圍電路的信號(hào)處理中，信號(hào)在外圍電路與控制器之間進(jìn)行隔離、變換、緩沖等預(yù)處理，系統(tǒng)使用自行開發(fā)的接口電路完成此功能，，提高了嵌入式控制器的抗電磁干擾性能。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液壓拉深機(jī)的嵌入式控制系統(tǒng)，其特征是：所述控制系統(tǒng)的控制器采用...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：申久祝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：申久祝，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：遼寧,21