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CN104133400A - 一种基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器 - Google Patents

一种基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器 Download PDF

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CN104133400A
CN104133400A CN201410337177.0A CN201410337177A CN104133400A CN 104133400 A CN104133400 A CN 104133400A CN 201410337177 A CN201410337177 A CN 201410337177A CN 104133400 A CN104133400 A CN 104133400A
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赖乙宗
叶峰
邱钊湃
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South China University of Technology SCUT
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South China University of Technology SCUT
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Abstract

本发明公开了一种基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器，包括ARM处理器、FPGA处理器、LCD触摸屏、总线接口、运动反馈接口、电源，其中ARM处理器集成丰富的运动控制算法和PLC过程控制引擎；FPGA处理器计算得出各项运动参数，再传给ARM处理器，并由其运动控制算法产生控制数据控制伺服电机的正反转、转速、位置和力矩，完成各个轴的速度、位置与转矩的闭环控制，并实现多个轴之间的联动；LCD触摸屏提供人机交互界面，通过触摸屏输入用户指令和运动参数，发送给ARM处理器和FPGA处理器；总线接口通过多节点间的通讯实现整机多轴联动和IO数据交换；运动反馈接口实时反馈转盘机各轴的运动状态，并将这些信息反馈给FPGA处理器。本发明的控制器，能够实现对转盘机各个轴电机实时高效的控制。

Description

一种基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器
技术领域
本发明涉及五金产品的自动化生产加工领域，特别涉及一种基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器。
背景技术
随着社会生产的需求，嵌入式技术与总线技术在工业控制和生产领域中得到了越来越广泛的应用，国内外的嵌入式控制器也在不断发展进步。对于转盘磨刀机，国内大部分企业使用的依然是液压控制方式，通用型数控系统则由于功能缺乏针对性满足不了具体的工艺要求；现有的转盘磨刀机控制系统，多通过PLC(可编程逻辑控制器)来实现，但此种方式比较适合单轴或双轴的控制，多轴联动的话则面临着硬件成本高、实现复杂的问题。
因此，国内五金产品的加工过程需要一种高效、稳定、模块化的控制器，以满足提高加工效率与加工精度等要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器，包括ARM处理器、FPGA处理器、LCD触摸屏、总线接口、运动反馈接口、电源，其中
ARM处理器，处理多节点间的总线通讯，执行速度规划、轨迹插补算法、位置控制、过程逻辑控制，并把控制指令和结果数据输出到FPGA处理器；
FPGA处理器，对运动反馈接口返回的运动数据进行计算得出各项运动参数，再通过SOC总线传给ARM处理器，并由其运动控制算法产生控制数据控制伺服电机的正反转、转速、位置和力矩，从而完成各个轴的速度、位置与转矩的闭环控制，并实现多个轴之间的联动；
LCD触摸屏，提供人机交互界面，通过触摸屏输入用户指令和运动参数，发送给ARM处理器和FPGA处理器；
总线接口，通过多节点间的通讯实现整机多轴联动和IO数据交换；
运动反馈接口，实时反馈转盘机各轴的运动状态，并将这些信息反馈给FPGA处理器；
电源，将单一直流母线电压转换不同规格的工作电压提供给为供处理器、编码器、传感器。
所述的FPGA处理器，包括FIFO模块、轴控制模块、编码器模块、数字IO模块，其中FIFO模块实现ARM处理器和FPGA处理器之间数据速率差异的缓冲，避免数据丢失，轴控制模块产生各个轴的脉冲控制序列，编码器模块解码输入信号得到各轴的实时运动位置参数，数字IO模块则通过12个I/O引脚的状态设置对逻辑开关量信号进行读取与输出。
所述的总线接口，包括CAN总线接口以及以太网总线接口。控制器板载CAN总线接口与以太网总线两种总线接口，支持ModBUS-TCP、EtherCAT和Powerlink等多种通讯协议，满足多台控制器之间数据交互的需求，实现转盘磨刀机多节点控制与多轴联动的控制要求。
所述的运动反馈接口，包括正交编码器和限位开关。
所述的电源，通过集成电压转换芯片解决级联中的电压匹配。
所述的ARM处理器，其型号为STM32F103ZET6，处理器以及外围电路组成ARM处理器最小工作电路。
所述的FPGA处理器，其型号为ALTERA Cyclone EP4CE22F15，包括外围最小工作电路。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明使用FPGA处理器中自主研发的高速位置锁存IP，应用于自动加工过程中砂轮磨损量的自动精确补偿，在砂轮与探头触碰一瞬间，FPGA处理器高速将对应轴的坐标锁存，消除了轴运动惯性的导致的误差，同时提高了此过程的效率。
2、ARM处理器模块，即控制软件中集成了丰富的运动控制算法和PLC过程控制引擎，并且通过LCD触摸屏上的人机界面上供用户进行操作调用。
3、本发明的控制器模块化集成度高，实时控制效果好、控制功能稳定，硬件成本低，软件功能定制与升级换代方便，为五金加工行业的自动化生产加工过程提供了一种新的控制方法。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
图1中，CAN(CONTROL AREA NETWORK)总线接口用于多个控制器之间的总线通讯；Ethernet(以太网)总线接口用于控制器与工业PC机联机在线调试过程的数据通讯；Debug(调试)接口，用于给芯片烧写程序及调试使用；LCD(Liquid Crystal Display)，即液晶显示屏，本发明用的是带触摸屏功能的液晶显示屏；FIFO(First Input First Output)先进先出队列机制，作为数据传输过程的存取方法。
如图1，一种基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器，包括ARM处理器、FPGA处理器、LCD触摸屏、总线接口、运动反馈接口、电源，其中
ARM处理器，处理多节点间的总线通讯，执行速度规划、轨迹插补算法、位置控制、过程逻辑控制，并把控制指令和结果数据输出到FPGA处理器；所述的ARM处理器，其型号为STM32F103ZET6，处理器以及外围电路组成ARM处理器最小工作电路；
FPGA处理器，对运动反馈接口返回的运动数据进行计算得出各项运动参数，再通过SOC总线传给ARM处理器，并由其运动控制算法产生控制数据控制伺服电机的正反转、转速、位置和力矩，从而完成各个轴的速度、位置与转矩的闭环控制，并实现多个轴之间的联动；所述的FPGA处理器，包括FIFO模块、轴控制模块、编码器模块、数字IO模块，其中FIFO模块实现ARM处理器和FPGA处理器之间数据速率差异的缓冲，避免数据丢失，轴控制模块产生各个轴的脉冲控制序列，编码器模块解码输入信号得到各轴的实时运动位置参数，数字IO模块则通过12个I/O引脚的状态设置对逻辑开关量信号进行读取与输出；所述的FPGA处理器，其型号为ALTERA Cyclone EP4CE22F15，包括外围最小工作电路；
LCD触摸屏，提供人机交互界面，通过触摸屏输入用户指令和运动参数，发送给ARM处理器和FPGA处理器；
总线接口，通过多节点间的通讯实现整机多轴联动和IO数据交换；所述的总线接口，包括CAN总线接口以及以太网总线接口；
运动反馈接口，实时反馈转盘机各轴的运动状态，并将这些信息反馈给FPGA处理器；所述的运动反馈接口，包括正交编码器和限位开关；
电源，将单一直流母线电压转换不同规格的工作电压提供给为供处理器、编码器、传感器；所述的电源，通过集成电压转换芯片解决级联中的电压匹配。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器，其特征在于：包括ARM处理器、FPGA处理器、LCD触摸屏、总线接口、运动反馈接口、电源，其中
ARM处理器，处理多节点间的总线通讯，执行速度规划、轨迹插补算法、位置控制、过程逻辑控制，并把控制指令和结果数据输出到FPGA处理器；
FPGA处理器，对运动反馈接口返回的运动数据进行计算得出各项运动参数，再通过SOC总线传给ARM处理器，并由其运动控制算法产生控制数据控制伺服电机的正反转、转速、位置和力矩，从而完成各个轴的速度、位置与转矩的闭环控制，并实现多个轴之间的联动；
LCD触摸屏，提供人机交互界面，通过触摸屏输入用户指令和运动参数，发送给ARM处理器和FPGA处理器；
总线接口，通过多节点间的通讯实现整机多轴联动和IO数据交换；
运动反馈接口，实时反馈转盘机各轴的运动状态，并将这些信息反馈给FPGA处理器；
电源，将单一直流母线电压转换不同规格的工作电压提供给为供处理器、编码器、传感器。
2.根据权利要求1所述的基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器，其特征在于：所述的FPGA处理器，包括FIFO模块、轴控制模块、编码器模块、数字IO模块，其中FIFO模块实现ARM处理器和FPGA处理器之间数据速率差异的缓冲，避免数据丢失，轴控制模块产生各个轴的脉冲控制序列，编码器模块解码输入信号得到各轴的实时运动位置参数，数字IO模块则通过12个I/O引脚的状态设置对逻辑开关量信号进行读取与输出。
3.根据权利要求1所述的基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器，其特征在于：所述的总线接口，包括CAN总线接口以及以太网总线接口。
4.根据权利要求1所述的基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器，其特征在于：所述的运动反馈接口，包括正交编码器和限位开关。
5.根据权利要求1所述的基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器，其特征在于：所述的电源，通过集成电压转换芯片解决级联中的电压匹配。
6.根据权利要求1所述的基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器，其特征在于：所述的ARM处理器，其型号为STM32F103ZET6，处理器以及外围电路组成ARM处理器最小工作电路。
7.根据权利要求1所述的基于数字总线的转盘磨刀机嵌入式控制器，其特征在于：所述的FPGA处理器，其型号为ALTERA Cyclone EP4CE22F15，包括外围最小工作电路。
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