CN103481203A - 一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器 - Google Patents
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Abstract
一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，它包括主控模块以及分别与主控模块连接的模拟信号采集模块、I/O信号采集模块、数字信号采集模块、模拟信号输出模块、I/O信号输出模块、存储模块、通讯模块、显示模块、日历时钟模块和电源模块；所述主控模块包括STM32系列ARM单片机。本发明的一体化控制器实现了仪表+PLC+触摸屏的控制模式，包含了所有标准规格型号的抛喷丸机控制模式，使用时按型号连线、屏幕设定即可，对于复杂非标的抛喷丸机控制可接扩展模块实现；具有自动/手动方式，各电机的开启时间可通过触摸屏随意设置，其最大优点为：集成度高，人机界面好，节省软硬件及调试人员，减少控制柜连线，方便安装，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种抛喷丸机的控制装置，具体地说是一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器。
背景技术
抛丸机是利用高速旋转的叶轮把小钢丸或者小铁丸抛掷出去高速撞击零件表面，故可以除去零件表面的氧化层，同时钢丸或铁丸高速撞击零件表面，造成零件表面的晶格扭曲变形，使表面硬度增加，是对零件表面进行清理的一种方法，抛丸常用来铸件表面的清理或者对零件表面进行强化处理。抛丸机根据工艺和质量要求不同，可分为几种不同的抛丸机，且工作模式和抛丸时间也不相同。抛丸机一般要控制以下电机和阀：除尘电机、提升电机、自转电机、抛丸1电机、抛丸2电机、抛丸3电机、螺旋电机、振打电机、抛丸阀1、抛丸阀2和抛丸阀3。这些电机开停按一定顺序和时间间隔进行开停。现在抛丸机电机开停的常规方法是：简单的抛丸机可以用电气连锁实现控制，即用手动来开启需要的工作电机，用手动来关停各个工作电机，工作方式由工作人员根据现场定，抛丸机工作时间靠时间继电器来设定；电机较多的抛丸机，电机开停控制一般用可编程序控制器(PLC)来实现。其他辅助功能：螺旋、分离、提升三个旋转设备的转速检测、设备温度检测及抛丸时间分别要用到三个转速表、一个温度表、一个时间继电器。对高档点抛丸机，增加触摸屏可现实手动和自动及部分参数的设置。
喷丸机是利用压缩空气把石英砂或砂与钢丸混合高速喷吹出去对零件表面进行清理的一种方法。喷丸机在控制上与抛丸机在抛头抛喷方式上有所不同。其控制形式同抛丸机相同，对于高档次也用计算机数控控制。现在美国、日本的企业用于强化的是抛喷丸并用，其控制方式使用大型工业计算机来实现。
但是，现有的抛喷丸机存在以下缺点：
一、小型抛喷丸机采用多个电机控制，不需要PLC，但人员操作麻烦，需要对控制柜上的控制按钮一个一个进行操作，增加了操作人员的难度。
二、中型的抛喷丸机用PLC进行控制，PLC只是实现了电机的顺序启动，而其他的转速、温度测量、抛丸时间设置等都需要增加辅助仪表。这样增加了成本，且故障点较多，控制柜的盘面布置也繁琐。
三、大型抛喷丸机主要采用PLC加触摸屏，而其他的转速、温度测量、抛喷丸时间设置等都需要增加辅助仪表，这样不经增加了成本，而且触摸屏反应速度慢。
基于以上原因，需要研制一种常规型抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，该一体化控制器单机可满足常规抛丸机Q326、Q3210、Q37系列、喷丸机QR3210、Q26系列的控制，加扩展模块几乎满足市场所需非标准抛喷丸机的控制。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，其不仅降低了成本，减少了操作工作量，而且具有集成度高、性能好的特点。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，其特征是，包括主控模块以及分别与主控模块连接的模拟信号采集模块、I/O信号采集模块、数字信号采集模块、模拟信号输出模块、I/O信号输出模块、存储模块、通讯模块、显示模块、日历时钟模块和电源模块；所述主控模块包括STM32系列ARM单片机。
优选地，所述模拟信号采集模块包括模拟信号输入模块、有源滤波模块、PT100测温模块、信号滤波电路、放大电路、数模转换模块和磁耦隔离电路，所述模拟信号输入模块经过有源滤波模块与数模转换模块连接，所述PT100测温模块经过信号滤波电路和放大电路与数模转换模块连接，所述数模转换模块经过磁耦隔离电路与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述I/O信号采集模块包括I/O输入电路、滞回电路、光电隔离电路和驱动锁存编码器，所述I/O输入电路经过滞回电路和光电隔离电路与驱动锁存编码器连接，所述驱动锁存编码器与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述数字信号采集模块包括转速检测模块和高速光隔模块，所述转速检测模块经过高速光隔模块与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述模拟信号输出模块包括4-20mA电流输出电路、数模转换模块和磁藕隔离电路，所述4-20mA电流输出电路经过数模转换模块和磁藕隔离电路与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述I/O信号输出模块包括I/O继电器输出电路、驱动电路和光电隔离电路，所述I/O继电器输出电路经过驱动电路和光电隔离电路与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述存储模块包括铁电存储器。
优选地，所述通讯模块包括RS485电路，所述RS485电路经过磁藕隔离电路与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述显示模块包括触摸显示屏和RA8875L3N液晶控制器，所述触摸显示屏经过RA8875L3N液晶控制器与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述电源模块包括防浪涌电路、降压及转换电路、DC/DC隔离模块和DC/DC降压电路，所述防浪涌电路的输入端与外部电源连接，所述防浪涌电路的输出端与I/O信号输出模块连接；所述防浪涌电路的输出端经过降压及转换电路与模拟信号采集模块连接，经过DC/DC隔离模块与显示模块连接，经过DC/DC隔离模块和DC/DC降压电路与STM32系列ARM单片机连接。
本发明的有益效果是：
本发明的一体化控制器实现了仪表+PLC+触摸屏的控制模式，包含了所有标准规格型号的抛喷丸机控制模式，使用时按型号连线、屏幕设定即可，对于复杂非标的抛喷丸机控制可接扩展模块实现；具有自动/手动方式，各电机的开启时间可通过触摸屏随意设置。该一体化控制器的最大优点是：集成度高，人机界面好，节省软硬件及调试人员，减少控制柜连线，方便安装，降低成本。
本发明较传统的PLC在硬件上，大大降低了成本且增加许多的功能，这些功能如果在PLC实现，需要增加较多的硬件成本，增加软件编程难度，因为抛喷丸机的类型不同，所以需要对每个进行调试整定，也增加调试人员的劳动成本，而采用该一体化控制器，可以适应不同类型的抛喷丸机；同时本发明增加了扩展模块，可实现几乎所有抛喷丸机的控制，该抛丸机的应用将极大减少甚至不需要电气控制设计、调试、编程人员，且减少控制柜的线路连接，节省人力物力。在节能方面，本发明至少较以前控制器用电量节省30%，成本仅为原控制方案35%成本。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的具体实施例原理框图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
如图1所示，本发明的一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，其特征是，包括主控模块以及分别与主控模块连接的模拟信号采集模块、I/O信号采集模块、数字信号采集模块、模拟信号输出模块、I/O信号输出模块、存储模块、通讯模块、显示模块、日历时钟模块和电源模块；所述主控模块包括STM32系列ARM单片机。
优选地，所述模拟信号采集模块包括模拟信号输入模块、有源滤波模块、PT100测温模块、信号滤波电路、放大电路、数模转换模块和磁耦隔离电路，所述模拟信号输入模块经过有源滤波模块与数模转换模块连接，所述PT100测温模块经过信号滤波电路和放大电路与数模转换模块连接，所述数模转换模块经过磁耦隔离电路与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述I/O信号采集模块包括I/O输入电路、滞回电路、光电隔离电路和驱动锁存编码器，所述I/O输入电路经过滞回电路和光电隔离电路与驱动锁存编码器连接，所述驱动锁存编码器与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述数字信号采集模块包括转速检测模块和高速光隔模块，所述转速检测模块经过高速光隔模块与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述模拟信号输出模块包括4-20mA电流输出电路、数模转换模块和磁藕隔离电路，所述4-20mA电流输出电路经过数模转换模块和磁藕隔离电路与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述I/O信号输出模块包括I/O继电器输出电路、驱动电路和光电隔离电路，所述I/O继电器输出电路经过驱动电路和光电隔离电路与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述存储模块包括铁电存储器。
优选地，所述通讯模块包括RS485电路，所述RS485电路经过磁藕隔离电路与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述显示模块包括触摸显示屏和RA8875L3N液晶控制器，所述触摸显示屏经过RA8875L3N液晶控制器与STM32系列ARM单片机连接。
优选地，所述电源模块包括防浪涌电路、降压及转换电路、DC/DC隔离模块和DC/DC降压电路，所述防浪涌电路的输入端与外部电源连接，所述防浪涌电路的输出端与I/O信号输出模块的驱动电路连接；所述防浪涌电路的输出端经过降压及转换电路与模拟信号采集模块的有源滤波模块连接，经过DC/DC隔离模块与显示模块的RA8875L3N液晶控制器连接，经过DC/DC隔离模块和DC/DC降压电路与STM32F103ZDT6单片机连接。
下面结合图1对本发明的各个主要功能模块进行介绍：
1、主控模块
一体化控制器的核心采用32位的STM32F103ZDT6型号的ARM单片机作为主控模块，该ARM单片机芯片具有基于ARM32位的Cortex-M3CPU内核，有144个管脚，具有120个I/O接口，稍加扩展，即可满足复杂系统设计，384K字节闪存可存放多种型号控制方案的程序。该ARM单片机工作频率最高可到72MHZ，具有单周期乘法和硬件除法指令，运行速度十分快，是常规PLC运行速度十几倍。一体化控制器采用SPI与液晶屏控制芯片RA8875L3N进行通讯，更提高了触摸屏的反应速度，避免PLC组合式响应速度慢的缺点。为实现数据和故障记录，控制器设置大容量的铁电存储器及日历时钟。
2、电源部分
采用18～36V供电（推荐电压为24V），经模块DC-DC隔离68D8-24S12RNL模块变成12V，供给液晶屏幕及数字控制系统使用，模拟电压采用外部电压供电。
3、转速输入
该一体化控制器有三路速度信号的输入，采用光电隔离及反向稳压管，防止干扰信号或弱信号的导通。STM32系列ARM单片机系列资源丰富，各管脚均可作为外部中断源，内部定时器也很多，所以足以满足三路转速信号的测量，三路转速几乎可以同一时间进行故障判断。
4、I/O输入、输出部分
一体化控制器为实现互锁，设计了53路接点信号的输入，输入电路带有滞回电路，防止干扰；同时，一体化控制器具有48路继电器输出，接各规格型号电机及电磁阀控制。
5、温度检测部分
温度检测，选用PT100作为外界和轴承等温度参数检测传感器，目前温度检测对远处的温度检测，大多采用PT1000，这样减少导线误差，但PT5000成本较PT100贵很多。为了补偿导线，我们采用电阻分压的方法：将导线的电阻与PT100串联，每次采集的是PT100加导线两端的电压，这样只要提前知道导线的电阻就可以再计算中减去。该一体化控制器有设置导线电阻值的功能，在使用时候测定和计算出（25℃时）该导线的电阻即可输入到控制器中做为以后补偿用。该控制器采用8路PT100输入，每个电路是滤波、差分放大器AD620、模拟12位转换芯片TCL2543。TCL2543芯片有11路，所以善于3路为0～5V或4～20mA输入，作为控制柜的电流显示。
6、电流输出
两路电流输出是为抛喷丸机有一个抛头和一个除尘电机设计的，如果多个抛头需要用总线控制模式。抛头采用变频器控制可以对不同工件实行不同喷吹力度的控制，对除尘电机实行变频控制为实现节能控制。将两者结合则可根据生产工艺进行优化除尘控制，节能效果明显。
7、通讯模块
该一体化控制器具有两路RS485接口，一路为远程控制及远程参数设置，另一路以总线形式接N个变频器和扩展的I/O接口模块，来控制N个抛喷头电机喷射力度和多输入输出接口的非标抛喷丸机的控制，数据通讯采用Modbus协议，RTU校验。
8、显示模块
触摸屏功能上设置手动和自动方式。手动方式下，触摸屏显示是个电机操作按钮；自动化情况下是根据预先设定的型号的生产工艺进行自动操作。该控制器包括常规抛丸机Q326、Q3210、Q37系列、喷丸机QR3210、Q26系列等控制程序，可通过触摸屏设置。
本发明对于一些非标跑喷丸机，通过增加扩展模块，在原有程序基础上做些改动即可。
图2为本发明的具体实施例原理框图。如图2所示，根据抛喷丸机功能要求，按图2所示连接有关功能模块。接DC24V电源，3路电流输入信号，环境与轴承温度PT100输入信号，电机I/O辅助接点及接近开关，连接螺旋、分离、提升的转速，根据客户要求接GPRS，电机及电磁阀控制输出，两路4～20m接两个控制抛头和除尘电机的变频器，对大型或非标情况可以接扩展I/O接口模块及通过RS485总线实现多个抛头变频器控制。
本发明主要以提高产品层次、最大降低成本、减少编程人员、控制一体化为目的，设计一种常规型抛喷丸通用的显触控一体化控制器，完全可以替代：仪表+PLC+触摸屏的控制模式。它主要解决的技术是将抛喷丸机的螺旋、分离、提升三个旋转设备的转速及环境温度检测、主要电机轴承温度检测以及所有电机连锁控制等完全集中在一个控制器中。同时控制器包含几乎所有抛喷丸机标准规格的型号控制方案，只要按照设备型号接好端子连线，在触摸屏上选择该型号即可。该一体化控制器具有两路RS485接口，一路为远程控制及远程参数设置，另一路以总线形式接N个变频器和扩展的I/O接口模块，来控制N个抛喷头电机喷射力度和多输入输出接口的非标抛喷丸机的控制。该一体化控制器具体大容量的铁电存储器及日历时钟，为数据储存和记录打下基础。该一体化控制器极大节省软硬件调试人员，可大大节省生产厂家和用户现场PLC等软硬件调试人员，该控制器可实现对各种抛喷丸机的控制，用户可随意改变不同现场对抛丸工艺的要求。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，其特征是，包括主控模块以及分别与主控模块连接的模拟信号采集模块、I/O信号采集模块、数字信号采集模块、模拟信号输出模块、I/O信号输出模块、存储模块、通讯模块、显示模块、日历时钟模块和电源模块；所述主控模块包括STM32系列ARM单片机。
2.根据权利要求1所述的一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，其特征是，所述模拟信号采集模块包括模拟信号输入模块、有源滤波模块、PT100测温模块、信号滤波电路、放大电路、数模转换模块和磁耦隔离电路，所述模拟信号输入模块经过有源滤波模块与数模转换模块连接，所述PT100测温模块经过信号滤波电路和放大电路与数模转换模块连接，所述数模转换模块经过磁耦隔离电路与STM32系列ARM单片机连接。
3.根据权利要求1所述的一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，其特征是，所述I/O信号采集模块包括I/O输入电路、滞回电路、光电隔离电路和驱动锁存编码器，所述I/O输入电路经过滞回电路和光电隔离电路与驱动锁存编码器连接，所述驱动锁存编码器与STM32系列ARM单片机连接。
4.根据权利要求1所述的一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，其特征是，所述数字信号采集模块包括转速检测模块和高速光隔模块，所述转速检测模块经过高速光隔模块与STM32系列ARM单片机连接。
5.根据权利要求1所述的一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，其特征是，所述模拟信号输出模块包括4-20mA电流输出电路、数模转换模块和磁藕隔离电路，所述4-20mA电流输出电路经过数模转换模块和磁藕隔离电路与STM32系列ARM单片机连接。
6.根据权利要求1所述的一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，其特征是，所述I/O信号输出模块包括I/O继电器输出电路、驱动电路和光电隔离电路，所述I/O继电器输出电路经过驱动电路和光电隔离电路与STM32系列ARM单片机连接。
7.根据权利要求1所述的一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，其特征是，所述存储模块包括铁电存储器。
8.根据权利要求1所述的一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，其特征是，所述通讯模块包括RS485电路，所述RS485电路经过磁藕隔离电路与STM32系列ARM单片机连接。
9.根据权利要求1所述的一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，其特征是，所述显示模块包括触摸显示屏和RA8875L3N液晶控制器，所述触摸显示屏经过RA8875L3N液晶控制器与STM32系列ARM单片机连接。
10.根据权利要求1至9任一项所述的一种抛喷丸机通用的显触控一体化控制器，其特征是，所述电源模块包括防浪涌电路、降压及转换电路、DC/DC隔离模块和DC/DC降压电路，所述防浪涌电路的输入端与外部电源连接，所述防浪涌电路的输出端与I/O信号输出模块连接；所述防浪涌电路的输出端经过降压及转换电路与模拟信号采集模块连接，经过DC/DC隔离模块与显示模块连接，经过DC/DC隔离模块和DC/DC降压电路与STM32系列ARM单片机连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140101 |