一种压力机用凸轮控制器电控系统.doc

一种压力机用凸轮控制器电控系统设计摘要：在现代工业公司中，多数自动控制设备都具有循环往复运营特点而电子式凸轮开关以其角度设立以便、功能多、体积小、可靠性高等长处，在这种循环性的自动控制中得到了广泛的应用电子凸轮是根据机械凸轮的原理设计的，在一定限度上克服了机械式开关的某些缺陷，性能上也有了较明显的改善核心词：可编程凸轮控制器 方案设计 电路 硬件1 引言随着科技进步和数字伺服技术的浮现，在传动及控制系统中我们可以运用电子凸轮替代老式的机械凸轮实现多种复杂的往复运动电子凸轮是以伺服控制技术为基本，并结合先进的微解决器，通过数字化系统实现模拟机械凸轮的功能本设计重要研究压力机上的凸轮控制压力机具有用途广泛，生产效率高等特点压力机的机械原理是由电动机通过摩擦盘带动飞轮轮缘而使飞轮旋转压力机上的电子凸轮要和 PLC 配合使用，电子凸轮从PLC 那里得到压力机在不同工作模式下的信号，然后判断如何实现停机凸轮控制器亦称接触器式控制器由于它的动、静触头的动作原理与接触器极其类似至于两者的不同之处，仅仅有别于凸轮控制器是凭借人工操纵的，并且能换接较多数目的电器，而接触器系具有电磁吸引力实现驱动的远距离操作方式，触头数目较少。

是一种大型的控制电器，也是多档位、多触点，运用手动操作，转动凸轮去接通和分断通过大电流的触头转换开关凸轮控制器重要用于起重设备中控制中小型绕线转子异步电动机的启动，停止，调速，换向和制动，也合用于有相似规定的其他电力拖动场合凸轮控制器有两类：一类是机械式；另一类是电子式机械凸轮是一种角度感应和控制装置，通过在金属盘片上加工出一定形状的轮廓曲线，使其在某个位置可以有效的使与之接近的微动开关产生动作－导通或截止机械凸轮控制器浮现较早，但是在应用过程中，发现了诸多局限性：①效率低，这是由于机械连接的安装需要的环节多，复杂限度高，并且完毕后还需要始终进行维护；②操作过程噪声大；③适应性差，无法适应不同的模板；④无论是在安装设计阶段还是机器最后完毕后，机器性能的可量测性很差，无法预测机器的性能；⑤机床运营速度快凸轮输出响应滞后，不适合冲压行业生产高质量产品的规定，由于它很难提供达到工艺规定的多种精确角度；⑥机械凸轮一般安装在机床顶部，调节角度非常麻烦，费时费力，还容易误调节导致机床不安全相对于机械凸轮，电子凸轮对大部分人来说都是比较陌生的，但电子凸轮的长处远远超过机械凸轮电子凸轮完全克服了上述缺陷，它更能适应目前市场的需求，具有十分广阔的潜在市场。

电子凸轮又称Electronic CAM，是模拟机械凸轮的一种智能控制器电子凸轮是根据机械凸轮的特点,用一种驱动装置（如步进电机）直接驱动顶杆运动,而驱动装置由控制系统控制,从而实现机械凸轮系统功能的机电一体化产品由于该系统采用计算机控制,计算机输出数字量直接控制或经数模转换器转换为模拟量后控制驱动装置运动,实现顶杆的运动,故称为电子凸轮电子凸轮控制器早已广泛地使用在机械压力机上凸轮控制器应用于钢铁、冶金、机械、轻工、矿山等自动化设备及多种自动流水线上随着国内制造业的发展，国内机械压力机市场对电子凸轮的需求量也日趋增大，目前，在机械压力机上电子凸轮替代机械凸轮已成为一种趋势凸轮控制器是机械压力机电气控制系统的重要构成部分在机械压力机的一种工作循环中，主机和辅机各工作机构的动作有严格的逻辑关系，涉及动作的顺序和动作所占用的时间解决工作机构逻辑关系是由凸轮控制器来实现，凸轮控制器对曲轴旋转角度进行分派，发出相应信号在压力机上，编码器随曲轴的旋转而转动，电子凸轮将接受到的编码器脉冲信号转换成角度或冲程速度在面板上显示，压力机所需的凸轮角度范畴可在凸轮面板上进行任意的设立电子凸轮显示比较直观，角度和冲程速度用数码管直接显示，角度设定也非常以便和安全，直接用按键在面板上设定。

机械凸轮去掉后，机床上原先设计的凸轮传动机构去掉了，简化了机床构造，便于机床平常检修电子凸轮可以实时监视到离合器制动器的刹车角度、刹车时的速度、判断刹车稳定性、判断刹车性能；系统可以记忆离合器的离合次数，来判断离合器的使用频率高下电子凸轮的浮现最初仅仅是为了取代机械凸轮随着电子技术高速发展，电子凸轮逐渐集成了诸多新功能，这些新功能提高了机床的性能、自动化水平和安全性目前，电子凸轮还在向网络化、智能化、冗余控制方向发展2 方案论证2.1方案一：可编程凸轮控制器主控制器设计外部功率输出数据输出旋转编码器读入编码器数据数据转化查找数据输出转速计算并显示输出数图1 可编程凸轮控制器的系统框图如图1所示，旋转编码器与压力机曲轴连接,用于检测压力机曲轴在0~359b之间所处的位置,并将所测出的位置信息传给控制器在1个循环周期内,控制器把旋转编码器传来的数据经转换后变成主控机能辨认的代码,然后根据此代码找到顾客外部输出数据,最后输出到外部器件,使相应输出端子导通,完毕对压力机附属系统在曲轴的不同转角位置时的控制一般为了动态显示机械压力机目前工作状态,在数据输出前还要完毕转速计算和数码管的显示工作2.2方案二：机床信号凸轮信号角度输出曲轴角度按键显示电路DSP主控芯片电源电路编码器输入接口编码器输出接口I/O接口电路图2 电子凸轮控制器的原理框图方案二的原理框图如图2所示，此方案中，凸轮控制器有按键显示电路，DSP主控芯片，I/O接口电路，编码器输入接口电路，编码器输出接口电路，电源电路等构成。

按键显示电路用于显示曲轴角度和速度、生产计数、刹车距离，报警提示等信息以及顾客参数输入编码器信号经编码器输入到DSP主控芯片，便于DSP芯片的程序解决，输出凸轮信号、离合器刹车信号等机床I/O信号经I/O接口电路到DSP主控芯片同步也是凸轮信号输出通道电源电路给控制器提供所需电压其中DSP主控芯片存有控制程序，以实现对压力机的控制2.3 各电路设计和论证对于方案一的可编程凸轮控制器主控制器设计，它具有可以有16个控制量输出；程序更换以便,机内可以提供并存贮8组程序,程序选择输入可选择任意一组程序；运转中的ON/OFF输出角度可微调可不断止机械运转,微调0N/0FF的输出角度具有原点补偿功能但它又具有很大的缺陷：由于基于工业控制机,主控制器内的功能完全由软件来完毕,受计算机运算速度和可编程凸轮控制器运营原理上决定了其响应速度不也许太高,且程序的运营易跑飞，响可靠性单片机是单任务顺序执行器件,程序执行是逐条单步进行的因此,主控制器的1个工作周期内,在外界环境强电磁干扰下,无论哪个环节当中的哪条指令的跑飞,都会导致整个工作周期失败,影响系统的可靠性对于方案二就具有如下的长处：1）电源电路：电源电路是由两个集成电路和与之相连的电阻电容以及二极管构成，提供控制器所需的5V,3.3V,1.8V的电压。

2）DSP主控芯片：DSP主控芯片控制软件程序涉及①程序初始化模块：含硬件初始化、系统软件初始化以及中断初始化；②主程序模块：含FRAM写读模块、人机界面模块；③1ms中断模块:用于扫描角度批示灯、数码管及按键；④50us中断执行模块：含电子凸轮、生产计数、上死点停机解决、测速、输入输出解决、第二角度解决模块；⑤电源中断模块：用于掉电时需要保存的参数，如目前角度和目前生产计数值，程序将目前角度和目前生产计数值保存进FRAM存储器3) I/O接口电路：I/0接口电路分为输入接口和输出接口两个部分输入接口由五个光耦以及与之相连的电阻构成，用于采集机床上的输出信号输出接口由两个集成电路、光耦以及与之相连二极管构成，用于输出凸轮信号和控制离合器信号使用I/0接口电路能大大减少数据传播速率，减少资源挥霍4) 编码器书输入输出接口：编码器输入接口电路采用三个光电管和与之相连的电阻电容构成，用于接受编码器输出的角度信号；编码器输出口电路用于输出角度信号5) 按键显示电路：按键显示电路采用74HC595串转的集成电路，将DSP芯片P1口送出的数据转换成数码管的断码数据，控制数码管的点亮和熄灭以显示曲轴角度等参数。

综上考虑，方案二克服了每次均需人工调正凸轮角度、人机界面不和谐的缺陷，具有自动死点修正、监视滑块速度等特点，安全性高，更适应机械压力机机构动作频繁的规定,因此选择方案二3 硬件电路 3. 1电源电路如图3所示，电源电路有三个输出电压3.3V、1.8V以及5V电压，为整个电路不同部分提供电压VR1为稳压管，连接电容、二极管，起到整流、稳压的作用5V电流直接送入，不需解决，由U6的28号引脚直接输出同步，输入的另一种电压，通过降压，分别由1OUT和2OUT输出1.8V和3.3V电压图3 电源电路3.2按键显示电路 3.2.1 74HC595串转并集成电路74HC595 是一款漏极开路输出的CMOS 移位寄存器，其管脚引脚图如图4所示，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC原则 74HC595是具有8位移位寄存器和一种存储器，三态输出功能移位寄存器和存储器是分别的时钟表1为74HC595的引脚功能表数据在SHcp的上升沿输入到移位寄存器中，在STcp的上升沿输入到存储寄存器中去如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一种脉冲 移位寄存器有一种串行移位输入（Ds），和一种串行输出（Q7）,和一种异步的低电平复位，存储寄存器有一种并行8位的，具有三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。

74HC595的特点：高速移位时钟频率Fmax>25MHZ；原则串行（SPI）接口；CMOS 串行输出，可用于多种设备的级联；低功耗：TA =25℃时，Icc=4μA（MAX）；8位串行输入 /8位串行或并行输出 存储状态寄存器，三种状态；输出寄存器（三态输出：就是具有高电平、低电平和高阻抗三种输出状态的门电路）可以直接清除 100MHz的移位频率图4 74HC595引脚图表1 引脚功能表管脚编号管脚名管脚定义功能1、2、3、4、5、6、7、15QA—QH三态输出管脚8GND电源地9SQH串行数据输出管脚10SCLR移位寄存器清零端11SCK数据输入时钟线12RCK输出存储器锁存时钟线13OE输出使能14SI数据线15VCC电源端3.2.2按键电路图5 按键电路如图5所示，SW1~SW4为按键，分别为选择键、增键、减键和拟定键通过U3上依次送出的高电平和KEY信号组合来检测有那个按键按下3.2.3显示电路图6 显示电路如图6所示，D1~D32是发光二极管，即角度批示灯，用于显示每11.25度一种间隔共360角度的曲轴角度数码管用于显示计数、角度等某些参数3.3 DSP主控电路3.3.1DSP芯片DSP是数字信号解决（Digital Signal Processing）的简称，是一门波及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。

DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛构造，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来迅速的实现多种数字信号解决算法其工作原理是：是接受模拟信号，转换为0或1的数字信号再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其她系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式它不仅具有可编程性，并且实时运营速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微解决器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片它的强大数据解决能力和高运营速度，是最值得称道的两大特色DSP芯片特点：1采用哈佛构造：DSP芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛构造或改善的哈佛构造，比老式的冯۰诺依。