一种液压拉深机的嵌人式控制系统技术方案

一种液压拉深机的嵌人式控制系统，主要包括人机交互模块HMI、微电脑控制模块、电气控制模块、机械执行机构、检测模块和接口电路模块等几个系统功能模块。该系统采用具有较高实时性、稳定性和多任务处理能力的嵌人式系统作为液压拉深机的主控制器，构建了一个基于Windows CE平台的嵌入式液压拉深机控制系统。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种液压拉深机的嵌人式控制系统所属
本专利技术涉及一种液压拉深机的嵌人式控制系统，适用于机械领域。
技术介绍
目前，广泛用于铝质、不锈钢薄板制品的拉深和压制成形的液压拉深机是塑性加工行业中的重要装备，它将液体的压力转换为直线运动的上下两模具间的压力，对外做功拉深或压制出工件。国内传统的液压拉深机通常用一些简单的电气兀件控制，其液压缸运动模式简单固定、可控性差，极不便于工艺参数的实时调整和精确控制。这对于产品更换频繁的现代生产体系是一个极大的障碍，因此对传统的液压拉深机进行数控化升级改造是一件迫在眉睫的事情。近年来，国内出现了采用可编程控制器作为主控制器的液压拉深机，国外有部分高端产品则采用昂贵的工控机作为主控制器。这些控制器在人机界面或价格成本等因素上阻碍了国内传统液压拉深机的数控化升级改造进程。
技术实现思路
本专利技术提出了一种液压拉深机的嵌入式控制系统，采用具有较高实时性、稳定性和多任务处理能力的嵌人式系统作为液压拉深机的主控制器，构建了一个基于WindowsCE平台的嵌入式液压拉深机控制系统。本专利技术所采用的技术方案是：所述控制系统主要包括人机交互模块HMI、微电脑控制模块、电气控制模块、机械执行机构、检测模块和接口电路模块等几个系统功能模块。人机交互模块HMI包括手动控制用的按钮操作面板和半自动控制用的工业触摸屏；微电脑控制模块即嵌入式计算机等组成的控制器；电气控制模块主要包括用于电机Y-△启动及运行的电气回路及电磁阀专用电路等；机械执行机构即液压拉深机的3个工作液压缸等机械、液压本体；检测模块包括主缸位置检测的光栅尺、液压缸压力传感器、油温温度传感器等；接口电路模块包括操作面板及传感器与嵌人式计算机之间的接口电路和电气控制模块与嵌入式计算机之间的接口电路。根据液压机的控制要求，控制器要提供12个开关量输出、18个开关量输入、3个模拟量输人、2个模拟量输出以及2个脉冲信号输入。嵌入式控制器的结构核心是一个一体化的嵌入式工控主板，为满足液压机的控制要求，系统通过主板上的PC104总线扩展了三块不同功能的板卡。控制器与外围电路的信号处理中，为了提高嵌入式控制器的抗电磁干扰性能，信号在外围电路与控制器之间进行隔离、变换、缓冲等预处理，系统使用自行开发的接口电路完成此功能。接口电路中的光栅尺脉冲信号处理是硬件设计上的一个难点。系统采用信和KA系列光栅尺，光栅尺具有A,B两相正交脉冲(脉冲先后由光栅尺运动方向决定)和Z相零位脉冲输出。由于液压机主缸与控制器的距离较远，要对A,B相脉冲进行差分后长距离传输，因此在接口电路上需要先对脉冲信号进行解差分，然后依次对信号进行光电隔离、监相(分出A,B相脉冲的先后)、缓冲变换等处理。光栅尺正、反方向的运动分别用计数器卡上的两个计数器通道计数，两个通道上的计数结果经软件做差运算得出光栅尺的实际运动方向和位移。所述控制系统的控制器采用WindowsCE.NET4.2实时嵌入式操作系统，它是一个32位、多线程、多任务、任务调度可抢占、适合多种CPU、支持大部分Win32API,可裁剪的模块型操作系统。所述控制系统的控制软件以类似软PLC的方式检测和控制各个IO端口，即以硬定时中断方式(中断信号由扩展的数字IO及计数器卡产生)循环不停地扫描所有输人端口，再根据不同的工艺要求对输入信号进行分析后在输出端口上输出对应的控制量。所述控制系统采模糊控制算法和PID控制算法相结合的双模态软件控制策略控制主缸的运动，即当光栅尺检测到主缸接近目标位置时让主缸减速下来，并启动PID算法对速度进行闭环控制。主缸在接近目标前的模糊控制算法是通过做大量实验得出模糊策略表后用软件查表方法实现，而PID算法中P、I、D3个参数的整定可在现场用正交试验方法来完成。本专利技术的有益效果是：该系统硬件采取多种抗干扰措施，软件具有友好的人机界面和便利的工艺数据库管理功能。该控制系统能够充分满足液压拉深机复杂工艺的控制要求。附图说明图1是本专利技术的控制系统功能模块示意图。图2是本专利技术的控制器与外围电路信号流图。图3是本专利技术的系统的软件架构图。图4是本专利技术的控制软件流程图。图5是本专利技术的主缸运动的软件控制算法框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，控制系统主要包括人机交互模块HMI、微电脑控制模块、电气控制模块、机械执行机构、检测模块和接口电路模块等几个系统功能模块。人机交互模块HMI包括手动控制用的按钮操作面板和半自动控制用的工业触摸屏；微电脑控制模块即嵌入式计算机等组成的控制器；电气控制模块主要包括用于电机Y-△启动及运行的电气回路及电磁阀专用电路等；机械执行机构即液压拉深机的3个工作液压缸等机械、液压本体；检测模块包括主缸位置检测的光栅尺、液压缸压力传感器、油温温度传感器等；接口电路模块包括操作面板及传感器与嵌人式计算机之间的接口电路和电气控制模块与嵌入式计算机之间的接口电路。根据液压机的控制要求，控制器要提供12个开关量输出、18个开关量输入、3个模拟量输人、2个模拟量输出以及2个脉冲信号输入。嵌入式控制器的结构核心是一个一体化的嵌入式工控主板，为满足液压机的控制要求，系统通过主板上的PC104总线扩展了三块不同功能的板卡。如图2，控制器与外围电路的信号处理中，为了提高嵌人式控制器的抗电磁干扰性能，信号在外围电路与控制器之间进行隔离、变换、缓冲等预处理，系统使用自行开发的接口电路完成此功能。接口电路中的光栅尺脉冲信号处理是硬件设计上的一个难点。系统采用信和KA系列光栅尺，光栅尺具有A,B两相正交脉冲(脉冲先后由光栅尺运动方向决定)和Z相零位脉冲输出。由于液压机主缸与控制器的距离较远，要对A,B相脉冲进行差分后长距离传输，因此在接口电路上需要先对脉冲信号进行解差分，然后依次对信号进行光电隔离、监相(分出A,B相脉冲的先后)、缓冲变换等处理。光栅尺正、反方向的运动分别用计数器卡上的两个计数器通道计数，两个通道上的计数结果经软件做差运算得出光栅尺的实际运动方向和位移。如图3，控制系统的控制器采用WindowsCE.NET4.2实时嵌入式操作系统，它是一个32位、多线程、多任务、任务调度可抢占、适合多种CPU、支持大部分Win32API,可裁剪的模块型操作系统。如图4，控制系统的控制软件以类似软PLC的方式检测和控制各个IO端口，即以硬定时中断方式(中断信号由扩展的数字IO及计数器卡产生)循环不停地扫描所有输人端口，再根据不同的工艺要求对输入信号进行分析后在输出端口上输出对应的控制量。如图5，控制系统采模糊控制算法和PID控制算法相结合的双模态软件控制策略控制主缸的运动，即当光栅尺检测到主缸接近目标位置时让主缸减速下来，并启动PID算法对速度进行闭环控制。主缸在接近目标前的模糊控制算法是通过做大量实验得出模糊策略表后用软件查表方法实现，而PID算法中P、I、D3个参数的整定可在现场用正交试验方法来完成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液压拉深机的嵌人式控制系统，其特征是：所述控制系统主要包括人机交互模块HMI、微电脑控制模块、电气控制模块、机械执行机构、检测模块和接口电路模块等几个系统功能模块。

【技术特征摘要】
1.一种液压拉深机的嵌人式控制系统，其特征是：所述控制系统主要包括人机交互模块HMI、微电脑控制模块、电气控制模块、机械执行机构、检测模块和接口电路模块等几个系统功能模块。2.根据权利要求1所述的一种液压拉深机的嵌人式控制系统，其特征是：所述嵌入式控制器的结构核心是一个一体化的嵌入式工控主板，为满足液压机的控制要求，系统通过主板上的PC104总线扩展了三块不同功能的板卡。3.根据权利要求1所述的一种液压拉深机的嵌入式控制系统，其特征是：控制器与外围电路的信号处理中，信号在外围电路与控制器之间进行隔离、变换、缓冲等预处理，系统使用自行开发的接口电路完成此功能，，提高了嵌入式控制器的抗电磁干扰性能。4.根据权利要求1所述的一种液压拉深机的嵌入式控制系统，其特征是：所述控制系统的控制器采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：申久祝，
申请(专利权)人：申久祝，
类型：发明
国别省市：辽宁,21