CN110825063B - 一种喷印控制器的故障检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种喷印控制器的故障检测装置及方法，霍尔检测模块：采集喷嘴电缆的电流信号，并将采集到的电流信号传输至FPGA控制模块；面板模块：输出开关信号至FPGA控制模块；FPGA控制模块：根据所述开关信号对喷嘴进行单点喷印检测、断线检测或脉宽调整，根据所述电流信号判断喷嘴的工作状态。本发明可以在喷印机出现故障时帮助维护人员方便迅速的找到故障点，并在检测后迅速及时的解决问题，尽快恢复现场的正常生产，以提高工作效率减少损失。

Description

一种喷印控制器的故障检测装置及方法

技术领域

本发明涉及故障检测技术，具体地，涉及一种喷印控制器的故障检测装置及方法。

背景技术

随着科学技术的发展与进步，工业自动化及智能化的水平越来越高，各种自动化的设备也越来越多的应用在工业领域。自动化设备的应用不但提高了生产效率也解放了生产力从而降低人力成本提高了公司效益，工人们的操作也大大简化。

喷印机作为一种给各种钢材喷涂标志及型号的设备被广泛的应用于钢材厂。但是喷印机一旦出现故障就会对现场的喷印工作造成极大的影响，可能造成喷涂错误甚至不得不停产进行检修。那么设备的维护及故障的排除就成了一件非常重要的事情了。喷印控制器是整个喷印机设备的核心部分，因此，为喷印控制器添加故障调试装置就是非常必要的了。目前各个钢厂所用的喷印机仅具有喷印功能，而缺少故障调试功能。一旦发生故障将会有以下的问题：(1)没有单点调试功能，一旦出现故障不能专门对喷嘴的某一个喷嘴进行调试；(2)没有断线检测功能，当某一个或某几个喷嘴出现缺点的问题时不能迅速判断出故障点；(3)没有单点脉宽可调功能，即所有喷嘴的喷墨量是相同的，不能根据实际情况对各个喷嘴的喷墨量进行调整，不利于现场操作人员对喷印效果进行调整。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种喷印控制器的故障检测装置及方法。

根据本发明提供的一种喷印控制器的故障检测装置，包括：

霍尔检测模块：采集喷嘴电缆的电流信号，并将采集到的电流信号传输至FPGA控制模块；

面板模块：输出开关信号至FPGA控制模块；

FPGA控制模块：根据所述开关信号对喷嘴进行单点喷印检测、断线检测或脉宽调整，根据所述电流信号判断喷嘴的工作状态。

较佳的，所述霍尔检测模块包括依次连接的霍尔检测器、运算放大器、比较器和检测输出接口；

所述霍尔检测器采集喷嘴电缆的电流信号，所述电流信号经过所述运算放大器处理后得到模拟信号，所述模拟信号经过所述比较器转换后得到数字信号，所述数字信号通过所述检测输出接口传输至所述FPGA控制模块。

较佳的，所述面板模块包括控制开关、面板I/O接口和指示器，所述控制开关通过所述面板I/O接口输出所述开关信号至所述FPGA控制模块，所述指示器用于状态指示。

较佳的，所述控制开关包括第一开关和第二开关，所述第一开关的数量为喷嘴的数量加一，每一喷嘴分别对应一个第一开关进行单点喷印控制，多余的一个第一开关用于控制所有喷嘴进行断线检测；所述第二开关用于调整喷嘴的脉宽。

较佳的，所述FPGA控制模块包括FPGA以及与所述FPGA连接的输入输出接口，所述输入输出接口与所述霍尔检测模块和所述面板模块连接。

较佳的，所述FPGA控制模块还包括JTAG接口和UART接口，所述JTAG接口用于烧写程序，所述UART接口与上位机通信连接，接收脉宽参数。

根据本发明提供的一种喷印控制器的故障检测方法，包括：单点喷印检测步骤、断线检测步骤和脉宽调整步骤中的至少一个。

较佳的，所述单点喷印检测步骤包括：

S11、接收单点喷印检测开关信号；

S12、判断是否有喷嘴被驱动，若判断结果为是，则屏蔽所述单点喷印检测开关信号，直至判断结果为否，则继续执行S13；

S13、根据所述单点喷印检测开关信号驱动对应喷嘴；

S14、判断所述喷嘴是否故障。

较佳的，所述断线检测步骤包括：

S21、接收断线检测开关信号；

S22、判断是否有喷嘴被驱动，若判断结果为是，则屏蔽所述断线检测开关信号，直至判断结果为否，则继续执行S23；

S23、依次驱动每个喷嘴；

S24、根据喷嘴电缆的电流信号判断是否有喷嘴断线。

较佳的，所述脉宽调整步骤包括：

判断第二开关是否全归零，若判断结果为是，则通过UART接口接收外部传递的脉宽参数来调整任意一个喷嘴的脉宽，若判断结果为否，则屏蔽UART接口，根据第二开关的设定将所有喷嘴的脉宽调整为脉宽调整开关信号设定的脉宽参数。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、当喷印机出现故障时能够在现场复杂的工况下迅速判断故障原因，及时解决问题恢复生产，不但减少了运维人员的工作量而且大大降低因设备故障停产给工厂带来的损失；

2、采用了FPGA作为核心控制系统，而FPGA具有速度快、精度高、稳定性好的特点，当出现喷点不均的情况时使用“单点脉宽可调”功能可以非常精准的调节每个喷嘴的脉冲宽度(调节精度可达到纳秒级)。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明单点喷印检测的流程图；

图3为本发明断线检测的流程图；

图4为本发明脉宽调整的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供的一种喷印控制器的故障检测装置，包括：

霍尔检测模块1：采集喷嘴电缆的电流信号，并将采集到的电流信号传输至FPGA控制模块；

面板模块2：输出开关信号至FPGA控制模块；

FPGA控制模块3：根据所述开关信号对喷嘴进行单点喷印检测、断线检测或脉宽调整，根据所述电流信号判断喷嘴的工作状态。

电源模块4：为霍尔检测模块1、面板模块2以及FPGA控制模块3提供电源。

霍尔检测模块1包括依次连接的霍尔检测器、运算放大器、比较器和检测输出接口。霍尔检测器采集喷嘴电缆的电流信号，以此可以判断出喷头是否动作，电流信号经过运算放大器处理后得到模拟信号，模拟信号经过比较器转换后得到高低电平的数字信号，数字信号通过检测输出接口传输至FPGA控制模块3供其使用。

面板模块2包括控制开关、面板I/O接口、功放子模块和指示器，控制开关通过面板I/O接口输出开关信号至FPGA控制模块，面板I/O接口接收到的来自FPGA控制模块的状态判断信号经过功放子模块的驱动输入指示器，对每个喷嘴进行状态指示。

在本实用新型中，控制开关包括第一开关和第二开关，第一开关(本实施例采用按键开关)的数量为喷嘴的数量加一，每一喷嘴分别对应一个第一开关进行单点喷印控制，多余的一个第一开关用于控制所有喷嘴进行断线检测；第二开关(本实施例采用拨码开关)用于调整喷嘴的脉宽。

FPGA控制模块3包括FPGA以及与FPGA连接的输入输出接口、功放子模块、JTAG接口和UART接口。输入输出接口分别霍尔检测模块1和面板模块2连接，JTAG接口用于烧写程序，UART接口与上位机通信连接，用于接收脉宽参数，功放子模块用于驱动输出信号。

电源模块4中的AC-DC子模块为220V-5V模块，将220V市电转换为5V直流电，经滤波网络分别连接到3.3V稳压器、1.8V稳压器和1.2V稳压器为其他模块提供各自所需的电源。

在上述一种喷印控制器的故障检测装置的基础上，本发明还提供一种喷印控制器的故障检测方法，包括：单点喷印检测步骤、断线检测步骤和脉宽调整步骤中的至少一个。

如图2所示，单点喷印检测步骤包括：

S11、接收单点喷印检测开关信号；

S12、判断是否有喷嘴被驱动，若判断结果为是，则屏蔽单点喷印检测开关信号，直至判断结果为否，则继续执行S13；

S13、根据单点喷印检测开关信号驱动对应喷嘴；

S14、判断喷嘴是否故障。

如图3所示，断线检测步骤包括：

S21、接收断线检测开关信号；

S22、根据喷嘴电缆的电流信号判断是否有喷嘴被驱动，若判断结果为是，则屏蔽断线检测开关信号，直至判断结果为否，则继续执行S23；

S23、依次驱动每个喷嘴；

S24、根据喷嘴电缆的电流信号判断是否有喷嘴断线。

如图4所示，脉宽调整步骤包括：

判断第二开关是否全归零，若判断结果为是，则通过UART接口接收外部传递的脉宽参数来调整任意一个喷嘴的脉宽，若判断结果为否，则屏蔽UART接口，根据第二开关的设定，将所有喷嘴的脉宽调整为第二开关设定的脉宽参数。

在本发明的实施例中，由于现场220V电源比较方便引入设备，且装置中需要5V直流电源，所以选用“爱浦电子”型号为WA3-220S05A3的AC-DC模块(该模块具有低纹波、低温升、低功耗、高效率、可靠性高、安全隔离性能好等优点)。220V市电经该AC-DC模块转换为5V直流电再进入由电容、电感构成的π型滤波网络得到稳定的5V直流电。将稳定的5V直流电分别引入FPGA控制模块和霍尔检测模块，在FPGA控制模块中使用了LM1117系列的芯片分别把5V电再次转换为需要的3.3V、1.8V、1.2V直流电。为了节省硬件成本可以直接把FPGA控制模块中的3.3V电分别引入霍尔检测模块和面板模块。至此各个模块的供电都已解决。

面板模块上有17个轻触开关、1个拨码开关和几个状态/报警指示器。前16个轻触开关是对应“单点喷印”功能中的16个喷嘴，按下每个开关都会有一个与之对应的喷嘴起喷，由此可以判断出是哪一路喷嘴出现故障；第17个轻触开关是“断线检测”功能的触发开关，按下该开关16个喷嘴会依次起喷。同时霍尔检测模块把检测结果传回FPGA控制模块，FPGA控制模块把处理结果传到面板系统，使相应的状态/报警指示器动作；一般情况下各个喷嘴不会出现喷墨不均的现象，因此通常我们不常用“单点脉宽可调”功能。并且给定固定的状态会更加稳定所以我们加入拨码开关来屏蔽“单点脉宽可调”功能并且设定所有喷头脉宽相等。当要用到“单点脉宽可调”功能时只需取消屏蔽即可；状态/报警指示器(我们这里采用不同颜色的LED作为指示器)可以指示当前工作状态并且在检测到故障时报警。

霍尔检测模块主要由霍尔元件、运算放大器、比较器构成。当喷头工作时霍尔元件会检测到喷嘴电缆上的电流，经运算放大器和比较器处理之后把信号传到FPGA控制模块中。我们这里使用“BingZi”HS02-100/0.05A-P的霍尔元件其测量范围为0—150A，输出为电流模拟信号。运算放大器选用NE5532，最终将霍尔输出的信号转换为大小合适的信号(不能超出后级比较器的输入范围)。运算放大器输出的信号为模拟信号，但是要想输出给FPGA控制模块必须为数字信号。因此，我们采用了LM339比较器把运放输出的模拟信号转换为FPGA系统可接收的数字信号。

FPGA控制模块作为整个装置的核心，将接收面板模块和霍尔检测模块的传来的信号，还会通过URAT接收到外部传来的数据参数。所有接收到的信号及数据都被FPGA控制模块进行处理，处理完成的结果将会分别传给面板模块和喷头驱动电路，以驱动状态/报警指示器和喷头动作。

FPGA的特点是模块化的而且是并行的。因此可以把三个功能看成三个具有特定功能的模块，每个模块互不干扰且相互之间并行执行。

图2是“单点喷印”功能的处理流程图：设备上电后就处于就绪状态，按下1—16号的单点喷印开关中的任意一个都将会产生触发。为了避免对喷印机的正常工作造成干扰，按下开关后会先检测喷印机是否正被驱动。如果其正被驱动就屏蔽掉开关信号，按下开关无效，直至检测到喷印机没有处被驱动状态开关信号才传出。开关信号传至FPGA控制模块产生具有一定脉宽的喷头驱动信号驱动喷头持续动作，同时根据喷嘴电缆的电流信号判断喷嘴是否故障，从而产生状态判断信号驱动状态指示器闪烁，操作人员可以通过状态指示器判断其是否正常。

图3是“断线检测”功能的处理流程图：设备上电后就处于就绪状态，按下断线检测开关后将会产生触发信号。为了避免对喷印机的正常工作造成干扰，按下开关后首先检测喷印机是否正被驱动。如果检测到正被驱动则把开关信号延迟5S再检测是否正被驱动，直至检测到喷印机不工作时才把开关信号传出。开关信号经处理后会依次驱动每个喷嘴250ms。霍尔检测模块将判断是否检测到所有喷嘴的电流信号。若没有检测到电流信号，则对应的喷嘴“断线”，对应的报警指示器亮；否则报警指示器不亮，说明不存在“断线”。

图4是“单点脉宽可调”功能的处理流程图：设备上电后就处于就绪状态，开始工作时首先判断拨码开关是否全部归零。如果没有全部归零则屏蔽掉URAT功能，以拨码开关设置的初始值为所有喷嘴的固定脉宽且所有喷嘴的脉宽相同。如果拨码开关全部归零则取消对URAT功能的屏蔽，外部上位机将可以通过URAT传递脉宽参数，且每个喷嘴都可以根据需要配置为不同的值，喷头工作时状态指示器闪烁。通过配置不同的脉宽驱动各个喷嘴可以改变每个喷嘴的喷墨浓淡程度。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种喷印控制器的故障检测装置，其特征在于，包括：

霍尔检测模块：采集喷嘴电缆的电流信号，并将采集到的电流信号传输至FPGA控制模块；

面板模块：输出开关信号至FPGA控制模块；

FPGA控制模块：根据所述开关信号对喷嘴进行单点喷印检测、断线检测或脉宽调整，根据所述电流信号判断喷嘴的工作状态；

所述面板模块包括控制开关、面板I/O接口和指示器，所述控制开关通过所述面板I/O接口输出所述开关信号至所述FPGA控制模块，所述指示器用于状态指示；

所述控制开关包括第一开关和第二开关，所述第一开关的数量为喷嘴的数量加一，每一喷嘴分别对应一个第一开关进行单点喷印控制，多余的一个第一开关用于控制所有喷嘴进行断线检测；所述第二开关用于调整喷嘴的脉宽。

2.根据权利要求1所述的喷印控制器的故障检测装置，其特征在于，所述霍尔检测模块包括依次连接的霍尔检测器、运算放大器、比较器和检测输出接口；

所述霍尔检测器采集喷嘴电缆的电流信号，所述电流信号经过所述运算放大器处理后得到模拟信号，所述模拟信号经过所述比较器转换后得到数字信号，所述数字信号通过所述检测输出接口传输至所述FPGA控制模块。

3.根据权利要求1所述的喷印控制器的故障检测装置，其特征在于，所述FPGA控制模块包括FPGA以及与所述FPGA连接的输入输出接口，所述输入输出接口与所述霍尔检测模块和所述面板模块连接。

4.根据权利要求1所述的喷印控制器的故障检测装置，其特征在于，所述FPGA控制模块还包括JTAG接口和UART接口，所述JTAG接口用于烧写程序，所述UART接口与上位机通信连接，接收脉宽参数。

5.一种喷印控制器的故障检测方法，其特征在于，采用权利要求1所述的喷印控制器的故障检测装置，执行包括：单点喷印检测步骤、断线检测步骤和脉宽调整步骤中的至少一个。

6.根据权利要求5所述的喷印控制器的故障检测方法，其特征在于，所述单点喷印检测步骤包括：

S11、接收单点喷印检测开关信号；

S12、判断是否有喷嘴被驱动，若判断结果为是，则屏蔽所述单点喷印检测开关信号，直至判断结果为否，则继续执行S13；

S13、根据所述单点喷印检测开关信号驱动对应喷嘴；

S14、判断所述喷嘴是否故障。

7.根据权利要求5所述的喷印控制器的故障检测方法，其特征在于，所述断线检测步骤包括：

S21、接收断线检测开关信号；

S22、判断是否有喷嘴被驱动，若判断结果为是，则屏蔽所述断线检测开关信号，直至判断结果为否，则继续执行S23；

S23、依次驱动每个喷嘴；

S24、根据喷嘴电缆的电流信号判断是否有喷嘴断线。

8.根据权利要求5所述的喷印控制器的故障检测方法，其特征在于，所述脉宽调整步骤包括：

判断第二开关是否全归零，若判断结果为是，则通过UART接口接收外部传递的脉宽参数来调整任意一个喷嘴的脉宽，若判断结果为否，则屏蔽UART接口，根据第二开关的设定将所有喷嘴的脉宽调整为脉宽调整开关信号设定的脉宽参数。

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