專利名稱：基于ARM-Wince的四輥卷板機控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及四棍卷板機(four-roll plate bending machine),具體涉及一種基于ARM和WinCE的集成了數(shù)控系統(tǒng)、觸摸屏、鍵盤、SqlCE數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡接口、RS232/RS485/SSI通訊功能的嵌入式四輥卷板機控制系統(tǒng)。
背景技術：
目前國內(nèi)四棍卷板機大多是采用可編程邏輯控制系統(tǒng)PLC (Programmable LogicController)控制，采用觸摸屏來實現(xiàn)人機交互。嵌入式控制系統(tǒng)與PLC相比，具有運算處理能力強、與PC通訊方便、成本低(相對相同性能指標的PLC)、可針對應用優(yōu)化設計、用戶使用方便、易于產(chǎn)品化等優(yōu)點。
嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)是以應用為中心,計算機技術為基礎,軟件硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。其是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應用的基于先進的計算機技術、半導體技術、電子技術的一門技術。嵌入式系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)過程控制、數(shù)控機床、電力系統(tǒng)、石油化工等工業(yè)領域。嵌入式操作系統(tǒng)(Embedded Operating System)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應用的系統(tǒng)軟件，是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。其具有通用操作系統(tǒng)的基本特點，能夠有效管理復雜的系統(tǒng)資源，完成進程管理、處理器調(diào)度、存儲管理、中斷處理等操作。它通常包括與硬件相關的底層軟件驅(qū)動、系統(tǒng)內(nèi)核、設備驅(qū)動接口、通訊協(xié)議、圖形界面等軟件模塊。人機界面HMI (Human Machine Interface又稱用戶界面)，是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，可連接伺服驅(qū)動器、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元(如觸摸屏、鍵盤、鼠標等)寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機器信息交互的數(shù)字設備。四輥卷板機通常采用編碼器來采集每個輥的位置信息。絕對值編碼器測量與中間過程無關、抗干擾能力強，工業(yè)系統(tǒng)中廣泛用于角度，長度和定位控制。SSI協(xié)議(Synchronous Serial interface)是應用于絕對式編碼器通訊的一種同步串行協(xié)議，該協(xié)議通過二個信號(CLOCK和DATA)的串行方式來按位傳輸數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明采用如下技術方案，一種基于ARM和WinCE的集成了數(shù)控系統(tǒng)、觸摸屏、鍵盤、SqlCE數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡接口、RS232/RS485/SSI通訊功能的嵌入式四輥卷板機控制系統(tǒng)。
硬件方面
顯示觸摸屏單元，以VC++控件布置界面，與輸入單元共同構成人機界面HMI，向用戶提供對設備的監(jiān)控操作；
處理器單元，由飛凌公司的0K6410核心板配合自己開發(fā)的底板，運行WinCE操作系統(tǒng)，并在WinCE操作下面開發(fā)四輥卷板機數(shù)控程序。存儲單元，用于提供系統(tǒng)運行所需的存儲空間，并向用戶提供保存數(shù)據(jù)及用戶程序的空間；
通訊單元，用于在處理器單元與各類設備傳遞數(shù)據(jù)，并用于下載用戶程序，包括RS232、RS485、RJ45網(wǎng)口、USB接口及SSI接口，以連接各類外部設備。
輸出單兀，用于控制各類外部設備，輸出單兀包括I/O輸出，DA輸出。
軟件方面 OAL適配層，移植飛凌0K6410的BSP的基礎上，針對本控制系統(tǒng)控制需求自行編寫AD、DA、SSI、PWM, GPIO 的流驅(qū)動。
操作系統(tǒng)層，自行定制適合本控制系統(tǒng)的最簡WinCE內(nèi)核文件。
數(shù)控程序，自行開發(fā)基于WinCE操作系統(tǒng)與本硬件平臺的四輥卷板機數(shù)控系統(tǒng)。為進一步實現(xiàn)上述技術目的，硬件方面，處理器單元采用飛凌公司的0K6410核心板，核心板采用三星S3C6410處理器，128MB Mobile DDR內(nèi)存，IGB Nand Flash閃存；自行開發(fā)底板，底板包含有復位模塊、以太網(wǎng)模塊、SD模塊、觸摸屏模塊、AD模塊、DA模塊、I/O模塊、SSI模塊、USB模塊、RS485模塊、RS232模塊。軟件方面，以WinCE作為操作系統(tǒng)，VC++編寫數(shù)控應用程序，SqlCE作為數(shù)據(jù)庫。為進一步實現(xiàn)上述技術目的，所述輸入單元為兩部分，包括16路光耦輸入轉(zhuǎn)換電路及2路AD輸入電路，所述輸出單元為兩部分，包括16路光耦繼電器輸出轉(zhuǎn)換電路、一路PWM輸出電路和5路DA輸出電路。外部輸入的開關量經(jīng)過光電隔離后連接到ARM的輸入口，通過CPU處理后由光耦隔離輸出。在本發(fā)明中，觸摸屏和用戶程序顯示界面，向用戶提供對設備的監(jiān)控和操作。RS232/485主要用于連接各種工業(yè)設備，如伺服驅(qū)動器等；SSI模塊用于絕對值編碼器的接收。S3C6410處理器的USB Host可以連接鍵盤、鼠標、U盤等其他USB設備。USB client主要用于WinCE系統(tǒng)與PC機之間的數(shù)據(jù)傳輸，即數(shù)據(jù)和程序的上傳下載。RJ45接口可以連接以太網(wǎng)，也可用于網(wǎng)絡通訊。SD卡擴展接口用于外接SD以傳輸數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)等。本發(fā)明的有益效果是，相比使用的PLC加觸摸屏加組態(tài)軟件的開發(fā)的卷板機控制系統(tǒng)，本發(fā)明的功能和效率有極大的優(yōu)勢，且易于產(chǎn)品化批量生產(chǎn)。系統(tǒng)以裁剪的WinCE作為操作系統(tǒng)，穩(wěn)定性高。工作于主頻533MHz/667MHz的S3C6410處理芯片，配合WinCE的搶占式實時操作體系，本發(fā)明實時性能滿足工業(yè)環(huán)境絕大多數(shù)要求。使用VC++編寫數(shù)控程序，其開發(fā)較其他編程語言來說較為便捷，以面向嵌入式SqlCE為數(shù)據(jù)庫，加上擁有豐富的外設USB Host,USB clientUOOM以太網(wǎng)、串口、SD卡接口等，使得本發(fā)明有良好的可擴展性。此外本方案的輸入輸出接口硬件設計加入大量的保護電路，使其抗干擾能力進一步加強。因此采用這種嵌入式四輥卷板機控制系統(tǒng)在滿足用戶使用需求的同時給用戶預留了廣闊的應用空間。在擁有良好的性能的情況下，其價格相比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)開發(fā)所使用的PLC加觸摸屏加組態(tài)軟件的開發(fā)方式擁有更大的競爭力。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構模塊圖。圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例的結(jié)構模塊圖。圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例的軟件結(jié)構圖。
圖4是本發(fā)明優(yōu)選實施例的工作流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細說明。對照附圖I及附圖2，本發(fā)明為一種基于ARM和WinCE的集成了數(shù)控系統(tǒng)、觸摸屏、鍵盤、SqlCE數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡接口、RS232/RS485/SSI通訊功能的嵌入式四輥卷板機控制系統(tǒng)，硬件包括處理器單元、顯示觸摸屏單元、輸入單元、輸出單元、存儲單元、通訊單元，軟件包括WinCE操作系統(tǒng)、卷板機數(shù)控程序、SqlCE數(shù)據(jù)庫、通訊等。如圖所示普通I/O 口用來控制卷板機的電磁換向閥，SSI接口用來接收編碼器反饋的輥子位移數(shù)據(jù)，AD/DA接口用來連接比例閥放大板以此控制比例伺服閥，串口用來連接伺服電機控制系統(tǒng)以此控制伺服電機。對照附圖3，軟件結(jié)構主要包括系統(tǒng)程序和應用程序。系統(tǒng)程序包括Wince操作 系統(tǒng)和驅(qū)動程序。前者完成進程管理、處理器調(diào)度、存儲管理、設備管理、中斷操作等系統(tǒng)任務；后者為為用戶實現(xiàn)底層硬件設備的驅(qū)動功能。本發(fā)明選用WinCE6. 0版本作為操作系統(tǒng)，整個映像文件僅有23MB。應用程序中包含有各種處理模塊，數(shù)字量I/O 口的操作模塊輔助以外部中間繼電器用來控制四輥卷板機液壓系統(tǒng)中電磁閥的通斷，從而實現(xiàn)卷板機工作輥的運動；PID控制算法模塊用來控制輥子兩側(cè)液壓缸的同步；SSI數(shù)據(jù)處理模塊用以接受編碼器的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是反應的是當前被測輥的位置信息，該模塊的處理精度直接影響到加工精度；AD/DA處理模塊用來根據(jù)SSI接收的數(shù)據(jù)分析處理用于控制比例伺服閥(該模塊為可選模塊)；參數(shù)處理模塊，用來保存、讀取數(shù)據(jù)庫中機床參數(shù)、材料參數(shù)、卷制工藝參數(shù)等參數(shù)信息的處理；卷制工藝模塊用來根據(jù)用戶輸入的卷制參數(shù)，通過內(nèi)部算法將卷制過程分解成若干工序，并生成出卷制工序表供自動加工使用；工藝流程處理模塊是數(shù)控程序自動運行時的主程序,用來配合調(diào)其他模塊,實現(xiàn)卷制自動化。對照附圖4，這是一個自動化卷制軟件流程圖，首先用戶通過觸摸屏設置材料參數(shù)，并設置各類卷制參數(shù)，接著可以通過內(nèi)置算法自動生成卷制工藝流程參數(shù)(卷制工序表)，然后用戶選擇下載到當前，并啟動自動加工，數(shù)控程序會自行按照用戶的輸入完成卷制。自動卷制過程中,通過主程序按工序號逐步執(zhí)行工序,通過SSI接口模塊接收工作輥編碼器的數(shù)據(jù)，并處理分解成工作輥位移，再通過PID同步算法控制輥子兩側(cè)液壓缸同步運動，通過串口與伺服電機驅(qū)動器通訊來控制伺服電機，伺服電機驅(qū)動Z軸(主旋轉(zhuǎn)輥)轉(zhuǎn)動。本發(fā)明所提供的一種基于ARM和WinCE的四輥卷板機控制系統(tǒng)的設計方案，與其他現(xiàn)有技術相互比較時，更具備下列優(yōu)點
1.本發(fā)明采用的嵌入式技術，從硬件與軟件的角度實現(xiàn)了對四輥卷板機的控制?？刂葡到y(tǒng)CPU處理速度快，控制系統(tǒng)是搶占式的實時系統(tǒng)，實時性較強，完全符合卷板機的控制需求，同時采用了絕對式的編碼器接收反饋數(shù)據(jù)，位置數(shù)據(jù)更加可靠，從而提升了加工精度?；诒居布脚_的卷板機控制系統(tǒng)開發(fā)語言豐富，c++，c#，. net皆可，軟件開發(fā)方便且便于優(yōu)化，可針對不同的卷板機開發(fā)通用系統(tǒng)。
2.本發(fā)明通過簡單的硬件架構及軟件設計，在低硬件成本的效益概念下，即可大幅提升系統(tǒng)的執(zhí)行反應效能。以上對本發(fā)明的描述為本發(fā)明的一個實施例，是說明性的，而非限制性的，本專業(yè)技術人員理解，在權利要求限定的精神與范圍之內(nèi)可對其進行許多修改、變化或等效，但是它們都應視為落入本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)受到制約。
權利要求
1.一種基于ARM和WinCE的集成了數(shù)控系統(tǒng)、觸摸屏、鍵盤、SqlCE數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡接口、RS232/RS485/SSI通訊功能的嵌入式四輥卷板機控制系統(tǒng)，硬件包括處理器單元、顯示觸摸屏單元、輸入單元、輸出單元、存儲單元、通訊單元，軟件包括WinCE操作系統(tǒng)、卷板機數(shù)控程序、SqlCE數(shù)據(jù)庫、通訊等。
2.硬件方面 顯示觸摸屏單元，以VC++控件布置界面，與輸入單元共同構成人機界面HMI，向用戶提供對設備的監(jiān)控操作； 處理器單元，由飛凌公司的0K6410核心板配合自己開發(fā)的底板，運行WinCE操作系統(tǒng)，并在WinCE操作下面開發(fā)四輥卷板機數(shù)控程序。
存儲單元，用于提供系統(tǒng)運行所需的存儲空間，并向用戶提供保存數(shù)據(jù)及用戶程序的空間； 通訊單元，用于在處理器單元與各類設備傳遞數(shù)據(jù)，并用于下載用戶程序，包括RS232、RS485、RJ45網(wǎng)口、USB接口及SSI接口，以連接各類外部設備。
輸出單兀，用于控制各類外部設備，輸出單兀包括I/O輸出，DA輸出。
軟件方面 OAL適配層，移植飛凌0K6410的BSP的基礎上，針對本控制系統(tǒng)控制需求自行編寫AD，DA, SSI，GPIO的流驅(qū)動。
操作系統(tǒng)層，自行定制適合本控制系統(tǒng)的最簡WinCE內(nèi)核文件。
數(shù)控程序，自行開發(fā)基于WinCE操作系統(tǒng)平臺與本硬件平臺的四輥卷板機數(shù)控系統(tǒng)。
3.根據(jù)權利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，硬件方面，處理器單元采用飛凌公司的0K6410核心板，核心板采用三星S3C6410處理器，128MB Mobile DDR內(nèi)存，IGBNandFlash閃存；自行開發(fā)底板，底板包含有復位模塊、以太網(wǎng)模塊、SD模塊、觸摸屏模塊、AD模塊、DA模塊、I/O模塊、SSI模塊、USB模塊、RS485模塊、RS232模塊。軟件方面，以WinCE作為操作系統(tǒng)，VC++編寫數(shù)控應用程序，SqlCE作為數(shù)據(jù)庫。
4.根據(jù)權利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入單元為兩部分，包括16路光耦輸入轉(zhuǎn)換電路及2路AD輸入電路，所述輸出單元為兩部分，包括16路光耦繼電器輸出轉(zhuǎn)換電路、一路PWM輸出電路和5路DA輸出電路。外部輸入的開關量經(jīng)過光電隔離后連接到ARM的輸入口，通過CPU處理后由光耦隔離輸出。
5.根據(jù)權利要求I所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)控應用程序中，通過用戶設定的材料參數(shù)，卷制參數(shù)，機床參數(shù)，內(nèi)部控制算法實現(xiàn)自動生成卷制工藝工序表，然后數(shù)控程序自動加工模塊按照工序號逐步完成自動卷制過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及四輥卷板機(four-roll plate bending machine)，特別涉及本發(fā)明為一種基于ARM和WinCE的集成了數(shù)控系統(tǒng)、觸摸屏、鍵盤、SqlCE數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡接口、RS232/RS485/SSI通訊功能的嵌入式四輥卷板機控制系統(tǒng)，硬件包括處理器單元、顯示觸摸屏單元、輸入單元、輸出單元、存儲單元、通訊單元，軟件包括WinCE操作系統(tǒng)、卷板機數(shù)控程序、SqlCE數(shù)據(jù)庫、通訊等。通訊單元包括RJ45網(wǎng)口、RS232/485，具有良好的可擴展性。采用的嵌入式技術，從硬件與軟件的角度實現(xiàn)了對四輥卷板機的控制?？刂葡到y(tǒng)CPU處理速度快，控制系統(tǒng)是搶占式的實時系統(tǒng)，實時性較強，完全符合卷板機的控制需求，同時采用了絕對式的編碼器接收反饋數(shù)據(jù)，位置數(shù)據(jù)更加可靠，從而提升了加工精度?；诒居布脚_的卷板機控制系統(tǒng)開發(fā)語言豐富，C++，C#，.net皆可，軟件開發(fā)方便且便于優(yōu)化，可針對不同的卷板機開發(fā)通用系統(tǒng)。
文檔編號G05B19/042GK102722126SQ20121024153
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權日2012年7月13日
發(fā)明者卓璐, 沈金龍, 高志朋 申請人:卓璐, 沈金龍, 高志朋