玻璃切割裝置測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳強(qiáng)文 翁惠輝通 舒服舟

摘 要：伴隨著現(xiàn)代社會(huì)飛速發(fā)展，人們對(duì)玻璃制品的需求也越來(lái)越大。切割是玻璃加工中的第一個(gè)步驟，也是玻璃加工中最基礎(chǔ)的步驟。本文主要研究玻璃切割裝置測(cè)控系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)主要分為四個(gè)部分：主控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)、通信設(shè)計(jì)。CPU選STM32F103RTC6單片機(jī)，采用日本東芝三洋公司的LV8727芯片驅(qū)動(dòng)兩相步進(jìn)電機(jī)，通信采用485總線實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器之間的通信。從整體來(lái)看，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)成本低，對(duì)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易玻璃切割裝置具有一定的意義。

關(guān)鍵詞：玻璃切割裝置;STM32;步進(jìn)電機(jī);485總線

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，玻璃在諸如手機(jī)屏幕、液晶電視、建筑材料等各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，切割精度的要求也越來(lái)越高[1]。從玻璃切割技術(shù)誕生到現(xiàn)在，切割技術(shù)在不斷地進(jìn)步，切割效率和切割精度也在不斷提升，玻璃加工越來(lái)越方便，從而能滿足各行各業(yè)對(duì)玻璃的大量需求[2]。目前，數(shù)控玻璃切割機(jī)在整個(gè)玻璃加工行業(yè)擁有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)[3]，應(yīng)用十分廣泛，數(shù)控玻璃切割機(jī)的未來(lái)發(fā)展朝著具有高速加工能力、加工精度越來(lái)越高發(fā)展。本文選用STM32芯片和LV8727驅(qū)動(dòng)芯片配合兩相電機(jī)，設(shè)計(jì)一套玻璃切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)玻璃切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，從而提高玻璃切割效率，降低生產(chǎn)成本[4]。

1.玻璃切割裝置

玻璃切割數(shù)控系統(tǒng)是玻璃切割生產(chǎn)線的主要功能執(zhí)行部分，由刀具切割橫梁、橫向走刀機(jī)構(gòu)、縱向走刀機(jī)構(gòu)組成，橫跨在切割臺(tái)面上的是切割橫梁，上面安裝有切割刀具，橫梁可以沿著臺(tái)面兩側(cè)的光桿來(lái)回運(yùn)動(dòng)（X向），同時(shí)安裝在橫梁上的切割刀具可以沿著橫梁的方向運(yùn)動(dòng)（垂直于X軸，Y向），另外刀具還可以進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)（Z軸）。控制器通過(guò)控制X軸，Y軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而控制刀頭的位置以及切割的路徑;再控制Z軸電機(jī)來(lái)控制切割壓力[5]。在X、Y、Z軸兩端分別裝有一個(gè)限位開(kāi)關(guān)，防止電機(jī)運(yùn)動(dòng)到端點(diǎn)而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而出現(xiàn)故障。

2.硬件設(shè)計(jì)

本文中的電機(jī)選用的是兩相步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)不僅具有精度高、能夠快速啟停、及時(shí)響應(yīng)且可以直接接受數(shù)字信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，還能夠在非常平滑的運(yùn)行中進(jìn)行相當(dāng)大的范圍的速度調(diào)節(jié)、機(jī)械結(jié)構(gòu)零部件少、運(yùn)行可靠性高、一般情況下不需要減速器就能直接驅(qū)動(dòng)大負(fù)載等優(yōu)點(diǎn)。整體設(shè)計(jì)方案如圖1，由通信模塊、MCU模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、限位開(kāi)關(guān)模塊組成。

2.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

本文中步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片選用的是LV8727，LV8727是PWM電流控制型微步雙極步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，它的細(xì)分控制有八種：1/2，1/8，1/16，1/32，1/64，1/128，1/10，1/20，能夠進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制。在對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，MCU只需輸出簡(jiǎn)單的電平，脈沖和參考電壓信號(hào)即可。

3.軟件架構(gòu)

玻璃切割裝置測(cè)控系統(tǒng)的上位機(jī)軟件部分總共包括三大模塊功能，主要是：系統(tǒng)初始化模塊、通信模塊、上位機(jī)命令解析模塊。上位機(jī)軟件部分主要功能為通過(guò)命令解析模塊得到電機(jī)控制器的指令，再通過(guò)485總線發(fā)送指令。

電機(jī)控制器軟件部分主要包括七大模塊，分別為：系統(tǒng)初始化、通信模塊、定時(shí)器模塊、命令解析模塊、速度變換算法模塊、限位模塊、細(xì)分自動(dòng)判別算法模塊。設(shè)計(jì)框圖如圖3

電機(jī)控制器上電后，首先進(jìn)行定時(shí)器模塊，串口模塊等硬件的初始化，電機(jī)控制器作為從機(jī)，接收主機(jī)的控制。在未接收到主機(jī)的命令前，默認(rèn)為電機(jī)鎖定停止在當(dāng)前位置。主機(jī)通信發(fā)出的信息會(huì)觸發(fā)從機(jī)的串口中斷，通過(guò)解析得到主控制器發(fā)送過(guò)來(lái)的運(yùn)動(dòng)指令。

3.1 加減速控制

在玻璃切割裝置測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，為了防止機(jī)器在啟動(dòng)或者停止時(shí)產(chǎn)生沖擊、超程、震蕩，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行合理的加減速控制，合理的加減速控制可以有效提高系統(tǒng)的可靠性，使用壽命。同時(shí)也能提高生產(chǎn)效率，當(dāng)切割路徑比較長(zhǎng)時(shí)，電機(jī)能夠達(dá)到電機(jī)控制器的控制過(guò)程分為加速、勻速、減速三個(gè)階段。如圖4

當(dāng)切割長(zhǎng)度較小時(shí)，此時(shí)電機(jī)的速度可能達(dá)不到我們的最高速度，那么電機(jī)的控制過(guò)程就只有兩個(gè)階段，加速運(yùn)動(dòng)和減速運(yùn)動(dòng)。如圖4，加減速時(shí)由速度變換算法進(jìn)行控制變速，每次速度的變化都會(huì)調(diào)用細(xì)分自動(dòng)判別模塊給定合適的細(xì)分參數(shù)。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)完成了一種玻璃切割測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了我們玻璃切割生產(chǎn)線上的上位機(jī)給定切割的尺寸，通過(guò)上位機(jī)軟件進(jìn)行解析得到合適的切割動(dòng)作，通過(guò)485總線將指令發(fā)送給每一個(gè)電機(jī)控制器。作為從機(jī)的電機(jī)控制器進(jìn)行各自的切割動(dòng)作，整個(gè)系統(tǒng)切割精度和效率都能較好的滿足生產(chǎn)線上的切割工作，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王玫.開(kāi)放式自動(dòng)切割機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，motion control system[J].Advanced Materials Research，2011，197：1751-1756.

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