本發(fā)明涉及一種液壓拉深機的嵌人式控制系統(tǒng)，適用于機械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，廣泛用于鋁質(zhì)、不銹鋼薄板制品的拉深和壓制成形的液壓拉深機是塑性加工行業(yè)中的重要裝備，它將液體的壓力轉(zhuǎn)換為直線運動的上下兩模具間的壓力，對外做功拉深或壓制出工件。國內(nèi)傳統(tǒng)的液壓拉深機通常用一些簡單的電氣兀件控制，其液壓缸運動模式簡單固定、可控性差，極不便于工藝參數(shù)的實時調(diào)整和精確控制。這對于產(chǎn)品更換頻繁的現(xiàn)代生產(chǎn)體系是一個極大的障礙，因此對傳統(tǒng)的液壓拉深機進行數(shù)控化升級改造是一件迫在眉睫的事情。

近年來，國內(nèi)出現(xiàn)了采用可編程控制器作為主控制器的液壓拉深機，國外有部分高端產(chǎn)品則采用昂貴的工控機作為主控制器。這些控制器在人機界面或價格成本等因素上阻礙了國內(nèi)傳統(tǒng)液壓拉深機的數(shù)控化升級改造進程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種液壓拉深機的嵌入式控制系統(tǒng)，采用具有較高實時性、穩(wěn)定性和多任務處理能力的嵌人式系統(tǒng)作為液壓拉深機的主控制器，構(gòu)建了一個基于WindowsCE平臺的嵌入式液壓拉深機控制系統(tǒng)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：所述控制系統(tǒng)主要包括人機交互模塊HMI、微電腦控制模塊、電氣控制模塊、機械執(zhí)行機構(gòu)、檢測模塊和接口電路模塊等幾個系統(tǒng)功能模塊。人機交互模塊HMI包括手動控制用的按鈕操作面板和半自動控制用的工業(yè)觸摸屏；微電腦控制模塊即嵌入式計算機等組成的控制器；電氣控制模塊主要包括用于電機Y-△啟動及運行的電氣回路及電磁閥專用電路等；機械執(zhí)行機構(gòu)即液壓拉深機的3個工作液壓缸等機械、液壓本體；檢測模塊包括主缸位置檢測的光柵尺、液壓缸壓力傳感器、油溫溫度傳感器等；接口電路模塊包括操作面板及傳感器與嵌人式計算機之間的接口電路和電氣控制模塊與嵌入式計算機之間的接口電路。

根據(jù)液壓機的控制要求，控制器要提供12個開關(guān)量輸出、18個開關(guān)量輸入、3個模擬量輸人、2個模擬量輸出以及2個脈沖信號輸入。嵌入式控制器的結(jié)構(gòu)核心是一個一體化的嵌入式工控主板，為滿足液壓機的控制要求，系統(tǒng)通過主板上的PC104總線擴展了三塊不同功能的板卡。

控制器與外圍電路的信號處理中，為了提高嵌入式控制器的抗電磁干擾性能，信號在外圍電路與控制器之間進行隔離、變換、緩沖等預處理，系統(tǒng)使用自行開發(fā)的接口電路完成此功能。接口電路中的光柵尺脈沖信號處理是硬件設(shè)計上的一個難點。系統(tǒng)采用信和KA系列光柵尺，光柵尺具有A,B兩相正交脈沖(脈沖先后由光柵尺運動方向決定)和Z相零位脈沖輸出。由于液壓機主缸與控制器的距離較遠，要對A,B相脈沖進行差分后長距離傳輸，因此在接口電路上需要先對脈沖信號進行解差分，然后依次對信號進行光電隔離、監(jiān)相(分出A,B相脈沖的先后)、緩沖變換等處理。光柵尺正、反方向的運動分別用計數(shù)器卡上的兩個計數(shù)器通道計數(shù)，兩個通道上的計數(shù)結(jié)果經(jīng)軟件做差運算得出光柵尺的實際運動方向和位移。

所述控制系統(tǒng)的控制器采用WindowsCE.NET4.2實時嵌入式操作系統(tǒng)，它是一個32位、多線程、多任務、任務調(diào)度可搶占、適合多種CPU、支持大部分Win32API,可裁剪的模塊型操作系統(tǒng)。

所述控制系統(tǒng)的控制軟件以類似軟PLC的方式檢測和控制各個IO端口，即以硬定時中斷方式(中斷信號由擴展的數(shù)字IO及計數(shù)器卡產(chǎn)生)循環(huán)不停地掃描所有輸人端口，再根據(jù)不同的工藝要求對輸入信號進行分析后在輸出端口上輸出對應的控制量。

所述控制系統(tǒng)采模糊控制算法和PID控制算法相結(jié)合的雙模態(tài)軟件控制策略控制主缸的運動，即當光柵尺檢測到主缸接近目標位置時讓主缸減速下來，并啟動PID算法對速度進行閉環(huán)控制。主缸在接近目標前的模糊控制算法是通過做大量實驗得出模糊策略表后用軟件查表方法實現(xiàn)，而PID算法中P、I、D3個參數(shù)的整定可在現(xiàn)場用正交試驗方法來完成。

本發(fā)明的有益效果是：該系統(tǒng)硬件采取多種抗干擾措施，軟件具有友好的人機界面和便利的工藝數(shù)據(jù)庫管理功能。該控制系統(tǒng)能夠充分滿足液壓拉深機復雜工藝的控制要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的控制系統(tǒng)功能模塊示意圖。

圖2是本發(fā)明的控制器與外圍電路信號流圖。

圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)的軟件架構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明的控制軟件流程圖。

圖5是本發(fā)明的主缸運動的軟件控制算法框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1，控制系統(tǒng)主要包括人機交互模塊HMI、微電腦控制模塊、電氣控制模塊、機械執(zhí)行機構(gòu)、檢測模塊和接口電路模塊等幾個系統(tǒng)功能模塊。人機交互模塊HMI包括手動控制用的按鈕操作面板和半自動控制用的工業(yè)觸摸屏；微電腦控制模塊即嵌入式計算機等組成的控制器；電氣控制模塊主要包括用于電機Y-△啟動及運行的電氣回路及電磁閥專用電路等；機械執(zhí)行機構(gòu)即液壓拉深機的3個工作液壓缸等機械、液壓本體；檢測模塊包括主缸位置檢測的光柵尺、液壓缸壓力傳感器、油溫溫度傳感器等；接口電路模塊包括操作面板及傳感器與嵌人式計算機之間的接口電路和電氣控制模塊與嵌入式計算機之間的接口電路。

根據(jù)液壓機的控制要求，控制器要提供12個開關(guān)量輸出、18個開關(guān)量輸入、3個模擬量輸人、2個模擬量輸出以及2個脈沖信號輸入。嵌入式控制器的結(jié)構(gòu)核心是一個一體化的嵌入式工控主板，為滿足液壓機的控制要求，系統(tǒng)通過主板上的PC104總線擴展了三塊不同功能的板卡。

如圖2，控制器與外圍電路的信號處理中，為了提高嵌人式控制器的抗電磁干擾性能，信號在外圍電路與控制器之間進行隔離、變換、緩沖等預處理，系統(tǒng)使用自行開發(fā)的接口電路完成此功能。接口電路中的光柵尺脈沖信號處理是硬件設(shè)計上的一個難點。系統(tǒng)采用信和KA系列光柵尺，光柵尺具有A,B兩相正交脈沖(脈沖先后由光柵尺運動方向決定)和Z相零位脈沖輸出。由于液壓機主缸與控制器的距離較遠，要對A,B相脈沖進行差分后長距離傳輸，因此在接口電路上需要先對脈沖信號進行解差分，然后依次對信號進行光電隔離、監(jiān)相(分出A,B相脈沖的先后)、緩沖變換等處理。光柵尺正、反方向的運動分別用計數(shù)器卡上的兩個計數(shù)器通道計數(shù)，兩個通道上的計數(shù)結(jié)果經(jīng)軟件做差運算得出光柵尺的實際運動方向和位移。

如圖3，控制系統(tǒng)的控制器采用WindowsCE.NET4.2實時嵌入式操作系統(tǒng)，它是一個32位、多線程、多任務、任務調(diào)度可搶占、適合多種CPU、支持大部分Win32API,可裁剪的模塊型操作系統(tǒng)。

如圖4，控制系統(tǒng)的控制軟件以類似軟PLC的方式檢測和控制各個IO端口，即以硬定時中斷方式(中斷信號由擴展的數(shù)字IO及計數(shù)器卡產(chǎn)生)循環(huán)不停地掃描所有輸人端口，再根據(jù)不同的工藝要求對輸入信號進行分析后在輸出端口上輸出對應的控制量。

如圖5，控制系統(tǒng)采模糊控制算法和PID控制算法相結(jié)合的雙模態(tài)軟件控制策略控制主缸的運動，即當光柵尺檢測到主缸接近目標位置時讓主缸減速下來，并啟動PID算法對速度進行閉環(huán)控制。主缸在接近目標前的模糊控制算法是通過做大量實驗得出模糊策略表后用軟件查表方法實現(xiàn)，而PID算法中P、I、D3個參數(shù)的整定可在現(xiàn)場用正交試驗方法來完成。