CN101968647B - 基于嵌入式的无线智能电磁吸盘充退磁控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于嵌入式的无线智能电磁吸盘充退磁控制系统，是一种电磁吸盘控制器自动管理系统，包括上位机与下位机，上位机为监控计算机，下位机包括与电磁吸盘连接的ARM控制器，监控计算机和ARM控制器均连接有无线收发模块；上位机用于对下位机连接的电磁吸盘进行参数设置，同时对下位机反馈回来的数据进行处理；下位机对接收的上位机的信息进行分析，与自身编码进行比对，匹配成功则根据接收信息控制充磁退磁电路的工作，匹配不成功则舍弃该信息，重新接收下一条信息。该系统可实时检测并控制车间里多台电磁吸盘的工作状态，操作简单可行，提高了工厂的智能化程度，使生产效率显著提高，适应现代生产的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁吸盘控制器自动管理系统，特别是一种基于嵌入式的无线智能电磁吸盘充退磁控制系统。
背景技术
长期以来，充退磁控制器的功能单一，每台充退磁控制器均需要一名工人来操作，这样使工厂的智能化程度低下，生产效率不高。随着社会生产力的提高，目前传统的单一功能的充退磁装置已经不能满足现代生产的需求。基于嵌入式无线智能充退磁控制器可以实现对整个车间的多台电磁吸盘进行控制，对每台电磁吸盘的工作状态进行实时监测。
发明内容
本发明的目的是针对充退磁装置智能化、节能化和多功能一体化的发展需求提供网络服务，提供一种基于嵌入式的无线智能电磁吸盘充退磁控制系统，实时为企业生产和控制提供在线参考依据，对改进传统生产方式具有重大意义。
按照本发明提供的技术方案，所述基于嵌入式的无线智能电磁吸盘充退磁控制系统包括上位机与下位机，上位机为监控计算机，下位机包括与电磁吸盘连接的ARM控制器，监控计算机和ARM控制器均连接有无线收发模块；上位机用于对下位机连接的电磁吸盘进行参数设置，同时对下位机反馈回来的数据进行处理，从而对工件的数量以及工件当前的加工状态进行统计和判断；下位机对接收的上位机的信息进行分析，与自身编码进行比对，匹配成功则根据接收信息控制充磁退磁电路的工作，匹配不成功则舍弃该信息，重新接收下一条信息。
所述无线收发模块可采用RFID无线模块。
上位机中采用35位二进制编码来对电磁吸盘进行参数设置，上位机所提供的工作参数有：开始充磁、结束充磁、充磁强度、开始退磁、退磁时间，具体编码为：由高到低第1-6位为下位机编号，第7位为充磁允许位，第8位为退磁允许位，第9-12位代表充磁强度，第13-15位代表退磁时间，第16-25位表示电流上限，第26-35位表示电流下限。
所述充磁退磁电路包括220V/50Hz的交流电供电的主回路和12V/50Hz的直流电供电的控制回路；控制回路以ARM控制器为核心，ARM控制器对键盘模块、模拟量采集模块、开关量采集模块的数据进行接收、处理，并完成对主回路输出电压电流的控制，同时对采集到的数据进行分析，得到工件当前的加工状态。
所述控制回路通过无线收发模块和键盘模块得到工作参数，并对主回路的输出电流、电压信号进行采样，键盘模块提供设定的参数有：控制选择位，吸盘安全工作时电流的上下限、工作电压以及退磁时间；控制选择位有两种情况：控制选择键接通时，下位机不接受上位机的控制信号，按照自身设定值控制电磁吸盘，控制选择键断开时，下位机接收上位机发送的控制信号，并按照上位机发送的控制信号来控制电磁吸盘，而自身设定值无效。
本发明的优点是：该系统可实时检测和控制车间里多台电磁吸盘的工作状态，只需一名工人便可控制车间里多台电磁吸盘设备，且可以根据电磁吸盘的工作状态确定工件是否处于正常状态从而得出工件是否合格，以此提高工厂的生产管理效率。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
图2是本系统上位机发送信息编码表。
图3是与下位机相连接的RFID模块原理图。
图4是充退磁主回路原路图。
图5是充退磁控制回路原理图。
具体实施方式
本发明采用ARM处理器作为控制芯片，对系统相关的电磁吸盘进行充退磁的实时控制；通过无线收发模块实现通讯，实时反馈所控制电磁吸盘的工作状态。如图1所示，基于嵌入式的无线智能充退磁控制系统包括上位机与下位机，上位机为监控计算机，下位机包括与电磁吸盘连接的ARM控制器，监控计算机和ARM控制器均连接有无线收发模块(本实施例采用RFID无线模块)。
上位机中存有一个数据库，采用35位二进制编码用来对下位机的电磁吸盘进行参数设置，上位机所提供的工作参数有：开始充磁、结束充磁、充磁强度、开始退磁、退磁时间，具体编码为：由高到低第1-6位为下位机编号，第7位为充磁允许位，第8位为退磁允许位，第9-12位代表充磁强度，第13-15位代表退磁时间，第16-25位表示电流上限，第26-35位表示电流下限。这些信息通过如图2所示的方法在上位机中进行具体编码，然后通过RFID无线模块将编码信息发送出去；同时上位机还可以通过RFID无线模块接收下位机反馈的数据来进行工件数量的统计和工件质量的判断，在上位机中将充磁强度设置为一定值，参照该值，电磁吸盘每进行一次充退磁则完成一个标准工件的检测。RFID无线模块完成上位机与下位机之间的全数字通信，可以同时进行数据的传送和接收，从而实现了电磁吸盘充退磁的远程控制。
下位机通过RFID无线模块接收上位机发送的信息。与下位机进行连接的RFID无线接收模块原理图如图3所示，图中的主要芯片nRF401为无线信号接收芯片。接收后，下位机的ARM嵌入式处理器对接收的信息进行分析。通过将接收信息的高6位二进制与自身编码进行比对，如果与自身编码匹配，则说明该信息就是用来控制本台下位机的信息，之后则根据该接收信息按照图2中的编码来控制充磁退磁电路的工作。如果不相匹配，则说明该信息不是用来控制本台下位机的信息，之后舍弃该信息，重新接收下一条信息。
下位机的充磁退磁电路由主回路和控制回路构成。充磁退磁电路具体包括220V/50Hz的交流电供电的主回路和12V/50Hz的直流电供电的控制回路；控制回路以ARM控制器为核心，ARM控制器对键盘模块、模拟量采集模块、开关量采集模块的数据进行接收、处理，并完成对主回路输出电压电流的控制，同时对采集到的数据进行分析，得到工件当前的加工状态(比如加工开始、加工进行中、加工完成，根据需要设置)。
主回路由主电源开关、整流桥、继电器、大功率双向可控硅和电磁吸盘组成，如图4所示。主回路输入端L、N之间外接220V/50Hz的交流电，一方面通过大功率双向可控硅Q3以及继电器KA1，输出110V直流到电磁吸盘，电路中的主电源开关KA2用于控制充退磁主回路的开通和关断；另一方面输入端的220V交流电压通过变压器TRANSFORMER以及整流桥BRIDGE形成直流12V电压给控制回路供电。
控制回路通过RFID无线模块和键盘模块得到工作参数，并对主回路的输出电流、电压信号进行采样，从而控制可控硅的触发，以完成如下功能：对主回路输出电压和电流的调节、充磁控制、退磁处理，如图5所示。ARM嵌入式处理器采用STC12C5408AD，它是下位机充磁退磁电路控制回路的核心，也是电磁吸盘的核心控制部件。该模块主要用来完成对键盘模块、模拟量采集模块、开关量采集模块数据的接收、处理，并完成对主回路输出电压电流的控制；同时对采集到的数据进行分析，得到工件的加工状态从而得出工件是否合格；另外还可以通过电磁吸盘的工作次数来确定电磁吸盘的工作效率，以此减少工人的工作负担。
键盘模块是在为了便于在车间的工作人员可以随时改变电磁吸盘的工作状态；同时将改变的设定参数反馈给ARM处理器。键盘模块包括按键S1、S2、S3，工作人员通过键盘模块设定的参数有：控制选择位，吸盘安全工作时电流的上下限，工作电压以及退磁时间。控制选择键接通时，下位机不接受上位机的控制信号，按照自身设定值控制电磁吸盘。控制选择键断开时，下位机接收上位机发送的控制信号，并按照上位机发送的控制信号来控制电磁吸盘，而自身设定值则无效。
图5中的U2表示模拟量采集模块，它的采集状态分为两种情况，情况一、若键盘模块的控制选择键接通，模拟量采集模块采集四个模拟量，分别为：充磁强度采集、电流采集、电压采集以及扭矩大小采集。充磁强度采集是用来采集人工设定的充磁强度值，工人可以通过调节外部电位器来选择充磁强度。而电流采集、电压采集以及扭矩大小的采集则是分别通过电流传感器和电压传感器以及扭矩传感器对电磁吸盘的工作电流、工作电压和实时扭矩进行采样，并将采集到的信息反馈到ARM处理器中。情况二、若键盘模块的控制选择键断开，模拟量采集模块放弃采集下位机外部可调电位器的电压值。模拟量采集主要作用是使电磁吸盘工作在最佳状态，并且对电路进行保护，包括欠流保护，过压、短路保护；同时通过对电磁吸盘实时扭矩的采集，可以判断电磁吸盘扭矩的大小，当电磁吸盘扭矩处于逐渐减小过程中，表示工件正在加工；当电磁吸盘扭矩减小到一定值即工件与机床摩擦力减小到一定值时，则表示工件加工完成。
开关量采集模块主要是设定电磁吸盘的工作效率和工作的时间，可以有效的利用电磁吸盘，使得电磁吸盘的工作能够满足车间的需要。
本发明的技术要点为：本系统分为上位机与下位机两部分，二者之间主要通过RFID无线收发模块来进行通讯。上位机一方面用来对下位机的电磁吸盘进行参数设置，这些设置好的参数通过RFID无线收发模块传送到下位机；另一方面用来对下位机反馈回来的数据进行处理，从而对加工工件的数量以及工件的加工状态进行统计和判断。下位机主要由ARM处理器和充磁退磁电路构成：ARM处理器用来对由RFID无线模块接收的信息进行分析，从而发出控制电磁吸盘的充退磁命令；充磁退磁电路则用来完成电磁吸盘的具体充退磁动作。
该系统可实时检测并控制车间里多台电磁吸盘的工作状态，操作简单可行，提高了工厂的智能化程度，使生产效率显著提高，适应现代生产的需要。基于嵌入式的无线智能充退磁控制系统还可以根据电磁吸盘的工作状态严格确定机床上工件的数量以及工件的实时加工状态，从而提高工厂的生产管理效率。
Claims (5)
1.基于嵌入式的无线智能电磁吸盘充退磁控制系统，其特征在于：包括上位机与下位机，上位机为监控计算机，下位机包括与电磁吸盘连接的ARM控制器，监控计算机和ARM控制器均连接有无线收发模块；上位机用于对下位机连接的电磁吸盘进行参数设置，同时对下位机反馈回来的数据进行处理，从而对工件的数量以及工件当前的加工状态进行统计和判断；下位机对接收的上位机的信息进行分析，与自身编码进行比对，匹配成功则根据接收信息控制充磁退磁电路的工作，匹配不成功则舍弃该信息，重新接收下一条信息；
所述充磁退磁电路包括交流电供电的主回路和直流电供电的控制回路；控制回路以ARM控制器为核心，ARM控制器对键盘模块、模拟量采集模块、开关量采集模块的数据进行接收、处理，并完成对主回路输出电压电流的控制，同时对采集到的数据进行分析，得到工件当前的加工状态；
所述键盘模块提供设定的参数有：控制选择位，吸盘安全工作时电流的上下限、工作电压以及退磁时间；控制选择位有两种情况：控制选择键接通时，下位机不接受上位机的控制信号，按照自身设定值控制电磁吸盘，控制选择键断开时，下位机接收上位机发送的控制信号，并按照上位机发送的控制信号来控制电磁吸盘，而自身设定值无效。
2.如权利要求1所述基于嵌入式的无线智能电磁吸盘充退磁控制系统，其特征在于所述无线收发模块采用RFID无线模块。
3.如权利要求1所述基于嵌入式的无线智能电磁吸盘充退磁控制系统，其特征在于上位机中采用35位二进制编码来对电磁吸盘进行参数设置，上位机所提供的工作参数有：开始充磁、结束充磁、充磁强度、开始退磁、退磁时间，具体编码为：由高到低第1-6位为下位机编号，第7位为充磁允许位，第8位为退磁允许位，第9-12位代表充磁强度，第13-15位代表退磁时间，第16-25位表示电流上限，第26-35位表示电流下限。
4.如权利要求1所述基于嵌入式的无线智能电磁吸盘充退磁控制系统，其特征在于所述主回路的交流电供电为220V/50Hz，控制回路的直流电供电为12V/50Hz。
5.如权利要求4所述基于嵌入式的无线智能电磁吸盘充退磁控制系统，其特征在于所述控制回路通过无线收发模块和键盘模块得到工作参数，并对主回路的输出电流、电压信号进行采样。
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