一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置及方法，涉及折弯机控制技术领域，而本发明专利技术包括包括人机界面模块，人机界面模块的终端设有ZYNQ主控模块，ZYNQ主控模块的终端设有X轴伺服驱动、R轴伺服驱动、模拟量输出模块和通用输入输出模块，ZYNQ主控模块电性连接有信息采集模块，本发明专利技术将ARM模块和FPGA模块融合在一颗芯片中，相比于单片机方案，性能更高，处理数据能力更强；相比于PC方案，实时性更好，可靠性更高；相比于单独的ARM模块和模块FPGA组合方案，体积更小，且ARM模块和FPGA模块通过片内的AXI总线相连，通讯速度更快，抗干扰能力更强，且ZYNQ主控模块的ARM模块中可搭载Linux系统，简化了整体开发难度，提高了整个装置的可扩展性。可扩展性。可扩展性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置及方法


[0001]本专利技术涉及折弯机控制
，具体为一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置及方法。

技术介绍

[0002]折弯机是对金属板料进行折弯加工的专用机床，在金属板材加工行业应用广泛，而折弯加工是通过位于折弯机两侧的液压缸带动滑块上下同步运动来使得板材受压成型，整个折弯运动包括电液伺服驱动部分、后挡料伺服定位部分、挠度补偿部分，其中电液伺服部分通过比例伺服阀来控制液压缸带动滑块运动，然后数控系统根据滑块上的光栅尺反馈的位置信号来对液压缸的运动进行调整；后挡料伺服定位部分通过数控系统控制伺服电机带动后挡指运动；挠度补偿部分通过减速电机带动工作台上的斜楔运动，从而对工作台进行加凸补偿。
[0003]近年来折弯机数控行业有着飞速发展，市面上各种实现形式的折弯机控制系统都有着广泛应用。
[0004]一种是基于单片机的控制系统，其存在以下问题：
[0005](1)工作频率低，采样能力低；
[0006](2)运算能力弱，运动控制能力差。
[0007]一种是基于PC的控制系统，其存在以下问题：
[0008](1)基于PC上的软件来进行控制，实时性较差，可靠性低。
[0009]针对上述问题，专利技术人提出一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置及方法用于解决上述问题。

技术实现思路

[0010]为了解决运算能力弱和运动控制能力差的问题；本专利技术的目的在于提供一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置及方法。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置，包括人机界面模块，人机界面模块的终端设有ZYNQ主控模块，ZYNQ主控模块的终端设有X轴伺服驱动、R轴伺服驱动、模拟量输出模块和通用输入输出模块，ZYNQ主控模块电性连接有信息采集模块。
[0012]优选地，ZYNQ主控模块包括ARM模块和FPGA模块，X轴伺服驱动、R轴伺服驱动、模拟量输出模块和通用输入输出模块与FPGA模块相连接。
[0013]优选地，ARM模块包括数据管理模块、工艺计算模块和控制算法及指令生成模块。
[0014]优选地，X轴伺服驱动的终端设有X轴伺服电机，X轴伺服电机的终端设有X轴后挡料。
[0015]优选地，R轴伺服驱动的终端设有R轴伺服电机，R轴伺服电机的终端设有R轴后挡料。
[0016]优选地，模拟量输出模块的终端设有Y1轴电液伺服阀和Y2轴电液伺服阀，Y1轴电液伺服阀和Y2轴电液伺服阀的终端设有折弯机滑块，折弯机滑块的终端设有两个Y轴光栅尺，Y轴光栅尺的终端和FPGA模块相连接。
[0017]优选地，通用输入输出模块包括安全单元和挠度补偿模块。
[0018]优选地，ARM模块和FPGA模块通过片内AXI总线相连，且ZYNQ主控模块的ARM模块中可搭载Linux系统。
[0019]优选地，ZYNQ主控模块的芯片为Xilinx ZYNQ 7010芯片。
[0020]一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置的使用方法，包括如下步骤：
[0021]步骤一、数据输入
[0022]用户通过人机界面模块输入的板材尺寸、目标角度、模具尺寸、X轴后挡料和R轴后挡料位置等参数进行输入，通过人机界面模块传输到ZYNQ的ARM模块，通过ARM模块的数据管理模块对用户输入的板材尺寸、目标角度、模具尺寸、X轴后挡料和R轴后挡料位置等参数进行储存；
[0023]步骤二、数据计算
[0024]通过ARM模块的工艺计算模块对从数据管理模块获取产品的数据、材质信息、模具信息，根据现有的数据计算出每工步下所需的液压缸压力值、折弯机滑块下移量、X轴后挡料和R轴后挡料运动位置、挠度补偿值并把这些数据发送给控制算法及指令生成模块，且通过ARM模块的控制算法及指令生成模块在接收到所需的X轴后挡料和R轴后挡料运动位置后，开始对X轴后挡料和R轴后挡料的运动进行规划，包括匀速运动、S形加减速运动，计算出全程各位置所需的脉冲频率并储存；
[0025]步骤三、数据规划
[0026]通过ARM模块的控制算法及指令生成模块接收到所需的所需的X轴后挡料和R轴后挡料运动位置后，开始对X轴后挡料和R轴后挡料的运动进行规划，包括匀速运动、S形加减速运动，计算出全程各位置所需的脉冲频率并储存；
[0027]再控制算法及指令生成模块接收到所需的挠度补偿值，生成挠度补偿电机所需正反转的时间长度；
[0028]还通过控制算法及指令生成模块接收到的折弯机滑块下移量，结合模块内的闭环算法，计算出Y1电液伺服阀和Y2电液伺服阀所需的开口量，并将其转换为模拟电压数值；
[0029]步骤四、数据传输和运行
[0030]通过FPGA模块向ARM模块获取X轴后挡料和R轴后挡料运动全程的脉冲频率，并将脉冲输出给X轴伺服驱动器和R轴伺服驱动器控制X轴伺服电机和R轴伺服电机运动，使X轴后挡料和R轴后挡料按预设的运动曲线运动到目标位置，接着按照预设的挠度补偿电机的转动时间，FPGA模块向通用输入输出模块发出设定时长的高低电平，使得挠度补偿装置工作到预设值；
[0031]随后当X轴后挡和R轴后挡料以及挠度补偿装置运动到目标位置且接收到用户的指令后，FPGA模块开始控制折弯机滑块向下运动到目标位置，在运动过程中，FPGA模块不断通过两个Y轴光栅尺采集折弯机滑块位置信息并通过闭环控制算法计算出每一时刻Y1电液伺服阀和Y2电液伺服阀所需的模拟电压值以及信号采集模块所采集到的液压缸的压力值，从而保证折弯机滑块以目标压力同步向下运动到目标位置；
[0032]且在工作过程中，FPGA模块实时通过通用输入输出模块实时监测安全单元的信号，一旦安全单元被触发，FPGA模块将停止一切任务，使得机床紧急停。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0034]1、本专利技术将ARM模块和FPGA模块融合在一颗芯片中，相比于单片机方案，性能更高，处理数据能力更强；相比于PC方案，实时性更好，可靠性更高；相比于单独的ARM模块和模块FPGA组合方案，体积更小，且ARM模块和FPGA模块通过片内的AXI总线相连，通讯速度更快，抗干扰能力更强，且ZYNQ主控模块的ARM模块中可搭载Linux系统，简化了整体开发难度，提高了整个装置的可扩展性。
[0035]2、本专利技术利用ARM模块搭载Linux系统，在Linux系统上实现人机交互、读取计算相应的机床参数、工艺参数，计算大量的插补指令，充分利用了ARM模块的强大运算能力和Linux平台的通用性，且利用FPGA模块采集Y轴光栅尺的读数、采集液压缸的压力、向X轴和R轴伺服驱动器发送脉冲指令、向Y轴电液伺服阀发送模拟电压，充分利用了FPGA模块并行处理能力强、带宽大、接口灵活的优点，大大提高了控制装置的整体性能。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置，包括人机界面模块，其特征在于：人机界面模块的终端设有ZYNQ主控模块，所述ZYNQ主控模块的终端设有X轴伺服驱动、R轴伺服驱动、模拟量输出模块和通用输入输出模块，所述ZYNQ主控模块电性连接有信息采集模块。2.如权利要求1所述的一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置，其特征在于，所述ZYNQ主控模块包括ARM模块和FPGA模块，所述X轴伺服驱动、R轴伺服驱动、模拟量输出模块、通用输入输出模块和信息采集模块与FPGA模块相连接。3.如权利要求2所述的一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置，其特征在于，所述ARM模块包括数据管理模块、工艺计算模块和控制算法及指令生成模块。4.如权利要求1所述的一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置，其特征在于，所述X轴伺服驱动的终端设有X轴伺服电机，所述X轴伺服电机的终端设有X轴后挡料。5.如权利要求1所述的一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置，其特征在于，所述R轴伺服驱动的终端设有R轴伺服电机，所述R轴伺服电机的终端设有R轴后挡料。6.如权利要求1所述的一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置，其特征在于，所述模拟量输出模块的终端设有Y1轴电液伺服阀和Y2轴电液伺服阀，所述Y1轴电液伺服阀和Y2轴电液伺服阀的终端设有折弯机滑块，所述折弯机滑块的终端设有两个Y轴光栅尺，所述Y轴光栅尺的终端和FPGA模块相连接。7.如权利要求1所述的一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置，其特征在于，所述通用输入输出模块包括安全单元和挠度补偿模块。8.如权利要求2所述的一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置，其特征在于，所述ARM模块和FPGA模块通过片内AXI总线相连，且ZYNQ主控模块的ARM模块中可搭载Linux系统。9.如权利要求1所述的一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置，其特征在于，所述ZYNQ主控模块的芯片为Xilinx ZYNQ 7010芯片。10.如权利要求1
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9所述的一种基于ZYNQ的数控折弯机控制装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、数据输入用户通过人机界面模块输入的板材尺寸、目标角度、模具尺寸、X轴后挡料和R轴后挡料位置等参数进行输入，通过人机界面模块传输到ZYNQ的ARM模...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒志兵，缪林晨，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：