基于ARM的嵌入式卷板机数控系统研究与设计.pdf

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1、文章编号：1672—0121(2015)o3—0055—04基于ARM的嵌入式卷板机数控系统研究与设计陈卓，陈柏金(华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室，湖北武汉430074)摘要：针对目前广泛应用的基于工控机与PLC开发的卷板机数控系统的改造和更新，设计一套基于ARM处理器和CPLD为控制核心的嵌入式卷板机数控系统，介绍该数控系统的各种硬件接口设计及数控系统软件的开发。该数控系统可灵活搭配硬件接口模块、运行嵌入式Linux操作系统、拥有良好的基于Qt设计的人机交互界面，为卷板机数控系统开发提供了一种解决方案。关键词：机械设计；卷板机；数控系统；嵌入式；ARM中

2、图分类号：TG315．71文献标识码：ADOI：10．16316／j．issn．1672—0121．2015．03．Ol60引言处理器是系统的控制核心，完成数据计算、系统控卷板机是金属加T行业广泛使用的加工装备。制、人机交互、通讯等任务。因ARM芯片I／O端口数卷板机数控系统可满足方便、高效、高精的生产要量有限，而控制卷板机需要较多的I／O端口，采用求。日前广泛应用于卷板机上的数控系统是基于工CPLD扩展各类控制接口。ARM通过16位数据总业控制计算机和PLC开发的，技术已经十分成熟。线、8位地址总线、控制总线(片选、读、写信号等)以随着电子行业技术的进步，嵌入式处理器

3、凭借自身并行总线方式与CPLD实现互联。优势得到越来越多的应用。相对于传统的基于PLC该数控系统电源电压为5V，由于数控系统需要开发的数控系统，嵌入式系统体积小，功耗低，成本有不同的电压确保各类器件正常工作，在系统电源低，同时能够运行嵌入式操作系统，多任务处理能力模块中分别采用LM2596、ADO515、AD587等专用电强，运算速度快。从近年的发展趋势看，工业控制系源器件实现系统所需的5V、3．3V、±15V、-i-IOV等各统的嵌入式化将是lr业控制系统发展的一个重要方种不同电压。CPLD运行时钟南50MHz的晶振提供。向。卷板机数控系统需要对卷板机的工作辊、倒头本

4、文详细介绍一套采用ARM926EJ核的$3C2416装置等进行控制，根据卷板机液压系统原理，对各种处理器和Altera公司MAXII系列CPLDEPM570T液压控制元件进行控制，同时还需要对现场的各种144C5为控制核心的数控系统设计方案。该系统具传感器、编码器、开关量信号等进行采集以用于工作有完备的用户接口和控制接口、运行Linux操作系辊运动控制和监测设备运行状态，系统采用2片统、拥有基于Ot设计的友好触控界面，可适用于常CPLD芯片扩展了24／44路开关量输入／输出接口、用的辊或四辊卷板机控制。此系统具有一定的通16／8路模拟量输入／输出接口以及6路增量式旋转用

5、性，也可搭配合适的数控软件应用于其他工业控编码器信号输入接口以满足控制需求，此外系统还制场合。具有触摸屏LCD、USB、UART、以太网络等接口。系统硬件部分设计成主控制电路板和各个接口电路板1数控系统硬件结构相分离的形式，便于构成不同配置的系统。该数控系统硬件设计主要分为ARM最小系统和CP[D互联以及基于CP[D扩展各种I／O接口两大部分。该数控系统具有64MBDDRII运行内存，256MBSLCNANDFlash存储器用于存储系统软件和数据，ARM处理器运行主频为400MHz。ARM收稿日期：2Ol4—12—3l隔离，作者简介：陈-g(1991一)，男，硕士在读，

6、主攻材料加工装备及其自率。动化、嵌入式系统开发增f乜iIf模块：5v．3．3v，+，．10~，~／-15V应用层I应用控制软件44路数字量输出JTAGCPLDl一一一一一一EINT~570T144C52*数字量输入I操作系统API3路编码器输入l^R柚》CPL0ljT^GS3C2440令最小系统系统层I操作系统内核晶振I令CPLD2JTAG设备驱动程序I6路模拟量输出▲一一一一一一CPLD28路模拟量输入EPM570T144C5§硬件层3路编码器输入(cPL。设备与其他外没图2卷板机数控系统软件层次结构图1基于ARM的卷板机数控系统硬件结构块、控制模块、数据采集模块和故

7、障诊断模块，其中于卷板机工作辊位移、角位移等的测量，需要将A+、人机交互模块包括工艺参数计算、系统参数设置等A一、B+、B一、z+、z～差分信号转为A、B、Z单端信号，功能模块。通过光电隔离以及信号整形来获得良好的信号波2．1．1人机交互模块形，再将信号电压转换为CPLD引脚容许电压即可人机交互模块基于Qt开发，以水平下调式辊送人CPLD。卷板机人机交互模块为例，其主要包括工艺参数计AD转换电路用来测量卷板机液压系统的]一作算、工艺参数选择、系统参数设置、动作状态输入、辅压力以及部分位移信号，采用12位的AD转换器助可视化、故障提示等主要