基于LM3S8962剪板機控制系統設計*

高 峰

(金陵科技學院，江蘇南京 210001)

剪板機發展到今天已經成為我國機械行業一個重要的支柱產業。我國剪板機的發展正處在一個重要的轉折時期，一方面國家基礎設施的建設在國家擴大內需政策的帶動下，大大刺激了國內剪板機市場的發展，另一方面國外企業的進入、國內企業的擴張，使我國的剪板機行業面臨著日益激烈的競爭局面。實現剪板機數控系統運動控制的通常方法可以采用全功能的數控裝置，這種裝置功能十分完善，但其價格卻很昂貴。本系統采用基于 ARM Cortex－M3的微控制器LM3S8962來實現剪板機控制系統，價格便宜，使用靈活。

1 剪板機系統控制要求

剪板機的加工板材，包括加工板材的長度調整、進料檢測、長度檢測、板料壓緊、剪切及板料計數等控制過程。

剪板機的工作原理［1－3］如圖1所示。

該剪板機輸入部分主要使用了多個限位開關、1個光電開關和1個旋轉編碼器對各部分的工作進行相應檢測。步進電動機、絲杠、擋料板、旋轉編碼器和限位開關SQ1和SQ2組成擋料板位置控制部件。旋轉編碼器用于反饋步進電動機的轉速和擋料板移動的距離，限位開關SQ1和SQ2為后擋料板前后限位，起保護作用。SQ3為板料長度檢測開關，SQ4為剪切刀上限位開關，SQ5為壓塊限位開關，SQ6為光電接近開關，用于板料計數。

輸出主要有:(1)步進電動機，用于調整擋料板及板料長度;(2)送料控制機構、壓塊控制機構和剪切刀控制機構。

2 系統硬件設計

系統原理圖如圖2所示。

本文選用LM3S8962作為系統的主控制器。LM3S8962是德州儀器(TI)公司Stellaris所提供一系列的微控制器，是首款基于ARM Cortex－M3的控制器。該微控制器使用了兼容ARM Thumb的Thumb2指令集來減少存儲容量的需求，并以此達到降低成本的目的，使用戶能夠以傳統的8位和16位器件的價位來享受32位的性能。該微控制器對成本尤其敏感的嵌入式微控制器應用方案帶來了高性能的32位運算能力。

電源模塊:由于剪板機工作環境較差，電源較不穩定，所以可靠的電源設計是控制系統可靠運行的關鍵。控制系統工作電源采用24 V電源，由DC－DC轉化成5 V，再由LM1117－3.3轉換成3.3 V。電源模塊原理圖如圖3所示。

鍵盤及操作面板模塊:該模塊采用薄膜開關面板和矩陣鍵盤，主要有兩個功能，一方面用來設置系統的參數包括板材長度、板材數量等，相應參數保存在EEPROM中;另一方面實現系統操控。

開關量輸入模塊:系統要求所有開關量輸入均采用無源觸點方式，電源由系統提供，并在輸入端使用濾波和光電隔離。開關量輸入模塊原理圖如圖4所示。

顯示模塊:顯示模塊主要由MAX7219和6個LED數碼管以及相應狀態指示燈組成。MAX7219是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅動器，它可以控制8位數字的7段數字LED顯示。該系統只使用了6個LED數碼管，所以將狀態指示燈進行組合作為一個7段LED數碼管一并由MAX7219控制。電路接口很少，相當簡單方便。顯示模塊原理圖如圖5所示。

驅動模塊:系統驅動模塊主要由步進電動機驅動、電動機控制電路和其他驅動部件組成。驅動模塊和各輸出部件之間均采用了抗干擾處理，和步進電動機驅動電路之間采用光電隔離，和電動機控制電路及其他驅動部件之間均采用光電隔離加繼電器隔離措施。步進電動機主要接收來自LM3S8962的兩路脈沖信號，分別控制步進電動機的正反轉來控制擋料板已達到調整板料的長度。

RS485:系統設計了RS485通信接口，可以和上位機連接。上位機可通過RS485設置系統參數，也可以控制系統的工作，功能和鍵盤及操作面板一致;上位機也可以獲取系統參數及工作狀態信息。系統提供RS485通信協議，上位機只要按照通信協議編程就可以完成上述功能，實現對剪板機的監控。

CAN:該系統還預留了CAN總線接口，以便以后根據需要進行擴展。

3 系統軟件設計

剪板機控制系統軟件程序設計采用模塊化結構，主要根據剪板機工序要求完成系統相應功能。主要有以下幾個部分:主程序(完成系統初始化，讀取系統參數，按剪板機工序完成操作)，剪切管理模塊［4］，鍵盤及參數設置，顯示，擋料板調節，RS485通信模塊等。

4 結語

本系統采用LM3S8962設計控制系統，在原有剪板機基礎上增加了擋料板自動調節裝置，RS485，CAN總線通信接口。該控制系統硬件電路少、接口簡單、控制靈活、使用方便、可靠性高，具有很高的應用價值。該系統的應用不僅可以提高產品的加工精度和生產效率，還可以和上位機通信實現對系統的監控。

［1］付麗麗，陸曉強.一種自動剪板機PLC控制系統的設計［J］.河北煤炭，2011(4):78 －79.

［2］王紅昇.基于單片機的自動剪板機控制系統［J］.鍛壓裝備與制造技術，2004，39(3):94 －96.

［3］李東君.基于單片機技術的全自動剪板機研制［J］.機械研究與應用，2005，18(5):118 －120.

［4］李軻，唐小琦.基于ARM剪板機數控系統模塊化開發［J］.組合機床與自動化加工技術，2011(10):72－74.