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众为兴运动控制器在点胶机系统上的应用-深圳市众为兴数控技术有限公司-中国传动网应用案例

信息来源:chuandong.biz  时间:2010-01-28  浏览次数:131

  0 引言
  本文主要介绍TS540DJ四轴运动控制器在点胶机上的应用,即TS540DJ点胶机控制系统,着重介绍系统硬件平台和操作系统及其可移植性。
  当运动控制器运用到电胶行业时,就产生了电胶机控制系统,与传统的手动点胶机相比,它具有点胶均匀,精确点胶,高效点胶的诸多优点。众为兴研发的TS540DJ四轴点胶机控制系统是其典型代表,与传统的数控设备相比,它有如下特点:
  1.技术更新,功能更加强大,可以实现多种运动轨迹的控制,是传统数控装置的换代产品;
  2.结构形式模块化,可以方便地相互组合,建立适用不同场合、不同功能需求的控制系统;
  3.操作简单,在PC机上经简单编程即可实现运动控制,而不一定需要专门的数控软件。
  4.实现开放性、互换性、可移植性和扩展性是运动控制技术的主要研究内容。具有如下特征:能方便地与机床、机器人等被控设备联接;一个运动控制器从硬件上可以实现一到多个坐标轴的位置、速度和轨迹伺服控制,从软件上具有完善的轨迹插补、运动规划和伺服控制功能;
  本文主要介绍TS540DJ四轴运动控制器在点胶机上的应用,即TS540DJ点胶机控制系统。
  1 系统整体构成
  整个控制系统使用伺服电机来实现,有编码器反馈,具有精确度要高的特点,以松下交流伺服电机为例,对于带标准2500线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲为360°/10000=0.036°。又比如富士伺服FALDIC-W系列带17位编码器的电机而言,驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072= 0.00275°,是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的655分之一。
  1)液晶+触摸屏模块,该控制器集成有触摸和液晶屏驱动电路,采用5.7寸单色液晶屏和四线电阻式触摸屏,其分辨率为320×240。
  2)TS540DJ为此控制系统的核心即“大脑”,它是众为兴典型的四轴运动控制器,具有简单,实用,稳定性高等诸多优点。
  3)伺服技术在此控制系统中起到了精确控制的作用,有了它们,系统的点胶精度大大提高。
  1.1 系统硬件构成
  该系统主要由TS540DJ四轴运动控制器,伺服驱动器,和包括伺服电机的点胶机构成。
  TS540DJ控制器是其核心部分,整个控制系统的“大脑”。
  该四轴运动控制器TS540DJ是由四块集成电路板构成,它们分别是:电源板,显示器集成电路板,核心主控板和输入/输出板。电源板将220V交流电转化为控制器可以接受的电源,一般为5V—12V。输入输出板则是控制器与外界通信的“通道”。显示器集成板主要是集成液晶+触摸屏电路的集成板,其内部集成了液晶+触摸屏的驱动电路,间接依靠来自电源板的电源。核心板是这个控制系统的“核心”,它内部集成了很多芯片,诸如:Lattice公司的CPLD,两片闪存,DSP四轴运动控制芯片ADT-MC814,Synchronous DRAM,ARM芯片。这些资源的有机组合构成了整个运动控制器的“大脑”,通过接收和处理键盘的输入信号来满足用户的各种要求。
  基于ARM7+DSP+CPLD双CPU,高速,可编程的硬件平台。
  众为兴这款四轴运动控制器选用ARM+DSP+CPLD的双CPU,高速,可编程结构来实现嵌入式系统的硬件平台。该硬件平台支持UC/OSⅡ操作系统,它可以满足系统实时性和多任务操作的要求。该ARM SoC芯片的主要责任是处理运行系统中与管理相关的任务,是系统的主控制CPU;而DSP主要负责运行插补运算等运算量较大、各轴驱动等对实时性要求较高的任务。由于其独立完成繁重的运算,不占用主控CPU,使得主控制CPU得以解放出来专门从事有关管理的工作。
  主控ARM SoC芯片是高速32位微控制器,它具有速度快、片上资源丰富,易于实际设计等特点,适用于很多控制系统。该处理器使用ARM7TDMI内核,支持I/O输入输出,其写缓冲器可以存储输入的信号,8K寄存器可以暂时存储程序。它支持扩展的SDR以便于程序的直接运行,实时性较强,支持扩展的闪存以便于程序与数据的存储。通过总线,CPU内核可以直接对LCD,集成ROM/SRAM/DRAM等存储器还有DMA通道进行控制。它还支持两通道UART,四通道DMA,ⅡC总线接口,ⅡS总线接口,同步SIO,方便数据与程序的存储以及与外界的交流。而且该微处理器非常适合于运行多任务操作系统如UC/OSⅡ等操作系统,程序简单,方便修改,支持网络通讯,实时性很强。
  其片上资源包括:ARM7TDMI内核带8KBCache的内部SAM;LCD控制器;带自动手握的2通道UART,每个包括一个波特率发生器,发送器,接受器,控制单元,波特率发生器以主频为时钟源,发送与接收器包含16字节FIFO和移位寄存器;4通道DMA;系统管理器(片选逻辑,FP/EDO/SDRAM控制器),一般用于控制扩展的SDRAM,FLASH存储器例如这里HY57V641620HG的SDRAM和K9F5608U0B的FLASH存储器;带PWM功能的5通道定时器和一个内部定时器;一个看门狗定时器;带有日历功能的RTC;8通道10位的ADC;ⅡC总线接口;ⅡS总线接口;同步SIO。它还采用了新的总线结构,即SAMBALⅡ。
  运动控制芯片ADT-MC814以单一芯片而可控制4轴的脉冲序列输入之伺服马达、步进马达。它可以进行各轴独立的定位控制、速度控制,另一方面亦可在4轴中任意的选择2轴或是3轴来进行圆弧、直线、位方式插补。
  它能与8/16位数据总线接口,通过命令、数据和状态等寄存器实现4轴3联动的位置、速度、加速度等的运动控制和实时监控,实现直线、圆弧、位元3种模式的轨迹插补,输出脉冲频率达4MHz。每轴都有伺服反馈输入端、4个输入点和8个输出点,能独立地设置为恒速、线性、非对称S曲线加/减控制、非对称梯形加/减速控制方式,并有2个32位的逻辑、实际位置计数器和状态比较寄存器,实现位置的闭环控制。它 还有自动搜寻原位、输入信号滤波器、同步动作、输出脉冲32位、圆弧/直线插补脉冲范围32位、完全S曲线加减速的非对称、手动设定模式、位置计算器的可变环形、Z相输入的实位计数器的清除、实位计数器的增减反转等功能。
  它具有如下特点:当主CPU通过接口设定好必要的参数之后,不需要主控制CPU的干预就能自动完成插补运动控制,改变了以往运行过程还需占用主控制CPU的情形,也减少了相应软件的设计,提高系统的运行速度。片上集成有专用的运动控制的I/O接口,如硬件限位、急停等,可简化数控系统的硬件设计,提高系统运行的稳定性。它与主控制CPU之间的通讯简单,易于协调。
  以ADT-MC814四轴运动控制芯片和ARM SoC芯片为硬件平台的核心,根据数控系统的功能特点和工作特性要求,分别集成与扩展了如下的功能模块。
  (1)扩展FLASH模块,ARM主控CPU片上集成有8 K字节的ROM,但这对于控制系统的运行还远远不够,必须进行片外扩展。该主板在片外扩展了2片FLASH芯片,一片为32M Nand FLASH ROM,主要用于数据存储,另外一片为2M Nor FLASH ROM用于存储系统运行所需的程序代码,语言字库,需要断电和长期保存的系统参数、插补参数等。
  (2)扩展SDRAM模块,该ARM芯片上集成有SRAM,但由于数控系统在运行过程中需要有充足的RAM空间,特别是由于运算和RTOS的多任务调度以及文件系统的运行都将产生大量的堆栈、全局变量和局部变量,而且由于系统内置CPLD的运行也将占用一部分RAM空间。因此在数控系统设计时,在片外扩展了一片8M字节的静态高速RAM,即SDRAM可以扩展RAM空间,程序运行和增强系统的运行效率和实时性。
  (3)RTC时钟控制模块,也就是日历系统,需要在系统断电时能够长时间的保持日历的工作状态。当系统工作时,进行到文件相关操作时,如在数据传输或用户在对系统进行编程、二次开发时,都需要数据以文件的形式进行存储或传输,需要记录下文件编写的日期,以便文件系统的管理。这里使用的是RTC实时时钟系统。
  (4) LCD控制模块,主要用于完成液晶显示的控制刷新和它与主CPU的数据交换,将点胶机的当前状态、系统信息、坐标信息、参数信息等通过LCD向用户显示,属人机交互的一部分。
  (5)键盘控制模块,它是数控系统交互的重要环节,键盘扩展电路采用Lattice的CPLD来实现专用键盘接口芯片。这种设计使得键值判断等可通过CPLD编程来实现,最大限度节省了ARM主控芯片的资源。
  (6)数据采集模块,数控系统中现场加工实时监控和诊断很重要,本系统数据采集模块设计主要是基于主控芯片上集成的ADC模块和伺服系统中的编码器信息反馈等。
  

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