CN102722126A - 基于ARM-Wince的四辊卷板机控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及四辊卷板机(four-roll plate bending machine),特别涉及本发明为一种基于ARM和WinCE的集成了数控***、触摸屏、键盘、SqlCE数据库、网络接口、RS232/RS485/SSI通讯功能的嵌入式四辊卷板机控制***,硬件包括处理器单元、显示触摸屏单元、输入单元、输出单元、存储单元、通讯单元,软件包括WinCE操作***、卷板机数控程序、SqlCE数据库、通讯等。通讯单元包括RJ45网口、RS232/485,具有良好的可扩展性。采用的嵌入式技术,从硬件与软件的角度实现了对四辊卷板机的控制。控制***CPU处理速度快,控制***是抢占式的实时***,实时性较强,完全符合卷板机的控制需求,同时采用了绝对式的编码器接收反馈数据,位置数据更加可靠,从而提升了加工精度。基于本硬件平台的卷板机控制***开发语言丰富,C++,C#,.net皆可,软件开发方便且便于优化,可针对不同的卷板机开发通用***。
Description
技术领域
本发明涉及四辊卷板机(four-roll plate bending machine),具体涉及一种基于ARM和WinCE的集成了数控***、触摸屏、键盘、SqlCE数据库、网络接口、RS232/RS485/SSI通讯功能的嵌入式四辊卷板机控制***。
背景技术
目前国内四辊卷板机大多是采用可编程逻辑控制***PLC(Programmable Logic Controller)控制,采用触摸屏来实现人机交互。嵌入式控制***与PLC相比,具有运算处理能力强、与PC通讯方便、成本低(相对相同性能指标的PLC)、可针对应用优化设计、用户使用方便、易于产品化等优点。
嵌入式***(Embedded System)是以应用为中心,计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,适应应用***对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机***。其是面向用户、面向产品、面向应用的基于先进的计算机技术、半导体技术、电子技术的一门技术。嵌入式***广泛应用于工业过程控制、数控机床、电力***、石油化工等工业领域。
嵌入式操作***(Embedded Operating System)是一种支持嵌入式***应用的***软件,是嵌入式***的重要组成部分。其具有通用操作***的基本特点,能够有效管理复杂的***资源,完成进程管理、处理器调度、存储管理、中断处理等操作。它通常包括与硬件相关的底层软件驱动、***内核、设备驱动接口、通讯协议、图形界面等软件模块。
人机界面HMI(Human Machine Interface又称用户界面),是***和用户之间进行交互和信息交换的媒介,可连接伺服驱动器、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备,利用显示屏显示,通过输入单元(如触摸屏、键盘、鼠标等)写入工作参数或输入操作命令,实现人与机器信息交互的数字设备。
四辊卷板机通常采用编码器来采集每个辊的位置信息。绝对值编码器测量与中间过程无关、抗干扰能力强,工业***中广泛用于角度,长度和定位控制。SSI协议(Synchronous Serial interface)是应用于绝对式编码器通讯的一种同步串行协议,该协议通过二个信号(CLOCK和DATA)的串行方式来按位传输数据。
发明内容
为实现上述技术目的,本发明采用如下技术方案,一种基于ARM和WinCE的集成了数控***、触摸屏、键盘、SqlCE数据库、网络接口、RS232/RS485/SSI通讯功能的嵌入式四辊卷板机控制***。
硬件方面:
显示触摸屏单元,以VC++控件布置界面,与输入单元共同构成人机界面HMI,向用户提供对设备的监控操作;
处理器单元,由飞凌公司的OK6410核心板配合自己开发的底板,运行WinCE操作***,并在WinCE操作下面开发四辊卷板机数控程序。
存储单元,用于提供***运行所需的存储空间,并向用户提供保存数据及用户程序的空间;
通讯单元,用于在处理器单元与各类设备传递数据,并用于下载用户程序,包括RS232、RS485、RJ45网口、USB接口及SSI接口,以连接各类外部设备。
输出单元,用于控制各类外部设备,输出单元包括I/O输出,DA输出。
软件方面:
OAL适配层,移植飞凌OK6410的BSP的基础上,针对本控制***控制需求自行编写AD、DA、SSI、PWM、GPIO的流驱动。
操作***层,自行定制适合本控制***的最简WinCE内核文件。
数控程序,自行开发基于WinCE操作***与本硬件平台的四辊卷板机数控***。
为进一步实现上述技术目的,硬件方面,处理器单元采用飞凌公司的OK6410核心板,核心板采用三星S3C6410处理器,128MB Mobile DDR内存,1GB Nand Flash闪存;自行开发底板,底板包含有复位模块、以太网模块、SD模块、触摸屏模块、AD模块、DA模块、I/O模块、SSI模块、USB模块、RS485模块、RS232模块。软件方面,以WinCE作为操作***,VC++编写数控应用程序,SqlCE作为数据库。
为进一步实现上述技术目的,所述输入单元为两部分,包括16路光耦输入转换电路及2路AD输入电路,所述输出单元为两部分,包括16路光耦继电器输出转换电路、一路PWM输出电路和5路DA输出电路。外部输入的开关量经过光电隔离后连接到ARM的输入口,通过CPU处理后由光耦隔离输出。
在本发明中,触摸屏和用户程序显示界面,向用户提供对设备的监控和操作。 RS232/485主要用于连接各种工业设备,如伺服驱动器等;SSI模块用于绝对值编码器的接收。S3C6410处理器的USB Host可以连接键盘、鼠标、U盘等其他USB设备。USB client主要用于WinCE***与PC机之间的数据传输,即数据和程序的上传下载。RJ45接口可以连接以太网,也可用于网络通讯。SD卡扩展接口用于外接SD以传输数据库数据等。
本发明的有益效果是,相比使用的PLC加触摸屏加组态软件的开发的卷板机控制***,本发明的功能和效率有极大的优势,且易于产品化批量生产。***以裁剪的WinCE作为操作***,稳定性高。工作于主频533MHz/667MHz的S3C6410处理芯片,配合WinCE的抢占式实时操作体系,本发明实时性能满足工业环境绝大多数要求。使用VC++编写数控程序,其开发较其他编程语言来说较为便捷,以面向嵌入式SqlCE为数据库,加上拥有丰富的外设:USB Host、USB client、100M以太网、串口、SD卡接口等,使得本发明有良好的可扩展性。此外本方案的输入输出接口硬件设计加入大量的保护电路,使其抗干扰能力进一步加强。因此采用这种嵌入式四辊卷板机控制***在满足用户使用需求的同时给用户预留了广阔的应用空间。在拥有良好的性能的情况下,其价格相比传统控制***开发所使用的PLC加触摸屏加组态软件的开发方式拥有更大的竞争力。
附图说明
图1是本发明的结构模块图。
图2是本发明优选实施例的结构模块图。
图3是本发明优选实施例的软件结构图。
图4是本发明优选实施例的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
对照附图1及附图2,本发明为一种基于ARM和WinCE的集成了数控***、触摸屏、键盘、SqlCE数据库、网络接口、RS232/RS485/SSI通讯功能的嵌入式四辊卷板机控制***,硬件包括处理器单元、显示触摸屏单元、输入单元、输出单元、存储单元、通讯单元,软件包括WinCE操作***、卷板机数控程序、SqlCE数据库、通讯等。如图所示普通I/O口用来控制卷板机的电磁换向阀,SSI接口用来接收编码器反馈的辊子位移数据,AD/DA接口用来连接比例阀放大板以此控制比例伺服阀,串口用来连接伺服电机控制 ***以此控制伺服电机。
对照附图3,软件结构主要包括***程序和应用程序。***程序包括Wince操作***和驱动程序。前者完成进程管理、处理器调度、存储管理、设备管理、中断操作等***任务;后者为为用户实现底层硬件设备的驱动功能。本发明选用WinCE6.0版本作为操作***,整个映像文件仅有23MB。应用程序中包含有各种处理模块,数字量I/O口的操作模块辅助以外部中间继电器用来控制四辊卷板机液压***中电磁阀的通断,从而实现卷板机工作辊的运动;PID控制算法模块用来控制辊子两侧液压缸的同步;SSI数据处理模块用以接受编码器的数据,该数据是反应的是当前被测辊的位置信息,该模块的处理精度直接影响到加工精度;AD/DA处理模块用来根据SSI接收的数据分析处理用于控制比例伺服阀(该模块为可选模块);参数处理模块,用来保存、读取数据库中机床参数、材料参数、卷制工艺参数等参数信息的处理;卷制工艺模块用来根据用户输入的卷制参数,通过内部算法将卷制过程分解成若干工序,并生成出卷制工序表供自动加工使用;工艺流程处理模块是数控程序自动运行时的主程序,用来配合调其他模块,实现卷制自动化。
对照附图4,这是一个自动化卷制软件流程图,首先用户通过触摸屏设置材料参数,并设置各类卷制参数,接着可以通过内置算法自动生成卷制工艺流程参数(卷制工序表),然后用户选择下载到当前,并启动自动加工,数控程序会自行按照用户的输入完成卷制。自动卷制过程中,通过主程序按工序号逐步执行工序,通过SSI接口模块接收工作辊编码器的数据,并处理分解成工作辊位移,再通过PID同步算法控制辊子两侧液压缸同步运动,通过串口与伺服电机驱动器通讯来控制伺服电机,伺服电机驱动Z轴(主旋转辊)转动。
本发明所提供的一种基于ARM和WinCE的四辊卷板机控制***的设计方案,与其他现有技术相互比较时,更具备下列优点:
1.本发明采用的嵌入式技术,从硬件与软件的角度实现了对四辊卷板机的控制。控制***CPU处理速度快,控制***是抢占式的实时***,实时性较强,完全符合卷板机的控制需求,同时采用了绝对式的编码器接收反馈数据,位置数据更加可靠,从而提升了加工精度。基于本硬件平台的卷板机控制***开发语言丰富,C++,C#,.net皆可,软件开发方便且便于优化,可针对不同的卷板机开发通用***。
2.本发明通过简单的硬件架构及软件设计,在低硬件成本的效益概念下,即可大幅提升***的执行反应效能。
以上对本发明的描述为本发明的一个实施例,是说明性的,而非限制性的,本专业技术人员理解,在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效,但是它们都应视为落入本发明的保护范围之内受到制约。
Claims (5)
1.一种基于ARM和WinCE的集成了数控***、触摸屏、键盘、SqlCE数据库、网络接口、RS232/RS485/SSI通讯功能的嵌入式四辊卷板机控制***,硬件包括处理器单元、显示触摸屏单元、输入单元、输出单元、存储单元、通讯单元,软件包括WinCE操作***、卷板机数控程序、SqlCE数据库、通讯等。
2.硬件方面:
显示触摸屏单元,以VC++控件布置界面,与输入单元共同构成人机界面HMI,向用户提供对设备的监控操作;
处理器单元,由飞凌公司的OK6410核心板配合自己开发的底板,运行WinCE操作***,并在WinCE操作下面开发四辊卷板机数控程序。
存储单元,用于提供***运行所需的存储空间,并向用户提供保存数据及用户程序的空间;
通讯单元,用于在处理器单元与各类设备传递数据,并用于下载用户程序,包括RS232、RS485、RJ45网口、USB接口及SSI接口,以连接各类外部设备。
输出单元,用于控制各类外部设备,输出单元包括I/O输出,DA输出。
软件方面:
OAL适配层,移植飞凌OK6410的BSP的基础上,针对本控制***控制需求自行编写AD,DA,SSI,GPIO的流驱动。
操作***层,自行定制适合本控制***的最简WinCE内核文件。
数控程序,自行开发基于WinCE操作***平台与本硬件平台的四辊卷板机数控***。
3.根据权利要求1所述的控制***,其特征在于,硬件方面,处理器单元采用飞凌公司的OK6410核心板,核心板采用三星S3C6410处理器,128MB Mobile DDR内存,1GBNand Flash闪存;自行开发底板,底板包含有复位模块、以太网模块、SD模块、触摸屏模块、AD模块、DA模块、I/O模块、SSI模块、USB模块、RS485模块、RS232模块。软件方面,以WinCE作为操作***,VC++编写数控应用程序,SqlCE作为数据库。
4.根据权利要求1所述的控制***,其特征在于,所述输入单元为两部分,包括16路光耦输入转换电路及2路AD输入电路,所述输出单元为两部分,包括16路光耦继电器输出转换电路、一路PWM输出电路和5路DA输出电路。外部输入的开关量经过光电隔离后连接到ARM的输入口,通过CPU处理后由光耦隔离输出。
5.根据权利要求1所述的控制***,其特征在于,数控应用程序中,通过用户设定的材料参数,卷制参数,机床参数,内部控制算法实现自动生成卷制工艺工序表,然后数控程序自动加工模块按照工序号逐步完成自动卷制过程。
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