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1、第10卷第1期2010年1月科学技术与工程Vol110No11Jan120101671—1815(2010)120316205ScienceTechnologyandEngineeringZ2010Sci1Tech1Engng1轻工技术基于ARM&FPGA的数控裁切机控制系统1,22刘卫红聂松辉(湘潭职业技术学院12,湘潭111102;湘潭大学机械工程学院,湘潭411105)摘要针对目前市场上数控裁切机控制系统性能的缺陷,提出基于嵌入式系统的数控裁切机控制系统的实现方案。硬件部分采用ARM+FPGA构建,软件部分采用模块化的实现方案。结果表明
2、,整个控制系统具有实时性好、低成本、高性能等优点。关键词嵌入式系统数控系统ARM中图法分类号TS941.562.1;文献标志码A数控裁切机是一种广泛应用于服装、鞋帽、箱为了解决上述问题,提高国产裁切机控制系统包、制革、玻璃雕花等轻工企业的数控设备。它改变的性能及市场竞争力及提高相关行业的生产效益,了以往轻工行业中设计、生产过程依靠手工操作的本文提出嵌裁切机控制系统的方案并自主研发出样状况,缩短了设计周期,提高了生产效率。用户可以机,实现了高速高精度的使用效果。在专用图样软件上完成图样设计并从图样中获得图样数据,然后将图样数据传送到数控裁切机上
3、,在数1系统需求分析与总体设计控裁切机上简单设定加工参数就可以快速地生产出大量高质量的产品。裁切机控制系统要求可以控制裁切机完成X、Y、Z三轴的精确运动(其中X、Y平面动作确定切绘的X、Y坐标,Z方向确定切绘的力度和深度)、显示和修改参数、键盘操作、数据分析处理及与上位PC机通讯等功能。在满足上述基本功能的同时,整个系统的软硬件应考虑和解决以下问题:(1)实现高速高精度的加工效果,要求最高工作定位速度,例如最高空载定位测试速度,不小于图1数控裁切机外形600mm/s;长曲线切绘速度,不小于280mm/s,曲线光顺等。目前市场上配备的数控裁切机
4、使用的是基于(2)裁切机控制系统属于硬实时系统,对系统8/16位单片机开发而成的数控裁切机系统。基于的响应速度和稳定性有很高的要求。单片机的系统在速度、存储容量、功能等方面则受到(3)系统软件应具有很好的可移植性和可维护很大的限制,使得基于这类系统开发而成的数控裁性,以便今后软硬件系统功能的加强和升级。切机档次不高,竞争力不强。目前在数控系统领域主要有两种实现模式。第2009年9月23日收到一个是基于通用PC机+运动控制卡的模式。这种第一作者简介:刘卫红(1975—),女,讲师,研究方向:机电工程。数控技术存在PC机价格昂贵、系统资源与需求不
5、匹1期刘卫红,等:基于ARM&FPGA的数控裁切机控制系统317配、操作系统不适合于实时控制、可靠性低、系统核任务的实时性要求较高的任务,专用于繁重的插补心软硬件不具有自主知识产权等问题,所以很难适运算,减轻ARM控制器的负担。两者有机结合,优用于数控裁切机等中低档数控系统,不是一种理想势互补,提高了系统性能、简化了系统设计、提高了[1]的实现方案。系统可靠性、降低了成本。另一方面,近年来嵌入式计算机技术得到了飞近年来,在嵌入式领域使用平台开发是大势所速发展,各种高性能的嵌入式微控制器层出不穷,趋,使用平台开发可以充分利用前人的研究成果,缩C
6、PU运算速度大大提高,处理数据宽度不断加大,片短在应用层面的差距,而且可以缩短开发、调试周上的集成资源越来越丰富。这其中以基于32位期、节省人力成本,在客观上也提高了系统的可靠RISC架构的ARM核微控制器为主要代表在工控、性。开发平台可以自己建立,也可以从市场上购买。消费电子、网络设备等领域取得了辉煌的市场业目前市场上已不断涌现出各种高性价比的嵌入式多[2]绩。嵌入式技术具有很好的应用性、很强的适应轴运动控制系统开发平台(如深圳市斯迈迪公司推性、资源利用充分、系统紧凑、开发和调试方便等明出的SMP860)。为缩短样机的研制时间,在数控裁显的
7、特点。正因如此,许多国内外的数控系统的研切机控制系统样机的研制中使用了SMP860嵌入式究人员对嵌入式技术在数控系统中的应用投入了极运动控制平台。SMP860(图3)硬件上采用双CPU大的热情,嵌入式数控技术被认为是未来数控技术结构,其中MCU采用了S3C44B0X,专用运动控制芯[3]与系统发展的一个崭新方向。因此,本文提出利片采用了深圳市斯迈迪公司自主研发的基于FPGA用嵌入式数控技术完全可以开发出高性能的裁切机的SM5004。控制系统。S3C44B0X使用ARM7TDMI核,工作在66MHZ,具有LCD控制器、UART、RTC等丰富的外
8、围功能模块,它是系统的核心,负责接收上位机发送的加工数据、LCD显示控制、键盘管理以及整个系统运行等功能。另外,系统扩展了8MBSDRAM(采用了HY57V6416
