CN201427207Y

CN201427207Y - 基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统

Info

Publication number: CN201427207Y
Application number: CN2009200443663U
Authority: CN
Inventors: 赵涛; 汪木兰; 曹锦江; 邵祥兵
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2019-06-10

Abstract

一种基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统，它包括第一编码器、第二编码器、可编程控制器PLC和调速控制器，还包括人机交互模块HMI和双极性模拟量输出模块，所述的第一编码器采集速度信号，第一编码器的输出端与PLC的信号输入端相连，PLC的信号端与HMI的控制信号端相连，PLC的脉宽调制信号输出端与双极性模拟量输出模块的信号输入端相连，双极性模拟量输出模块的输出端与调速控制器的输入端相连，调速控制器的输出端控制飞锯机的电机速度，飞锯机的电机与第二编码器的相连，第二编码器的反馈信号输出与PLC的反馈信号输入端相连。本实用新型具有可靠性高、成本低的优点。

Description

基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种飞锯机控制系统，尤其是一种成本低、方便灵活的飞锯机控制系统，具体说是一种基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统。

技术背景

飞锯机主要装设在连续焊管或连续冷弯型材成型机组后面，将正在运行的焊管或冷弯型材切成定尺长度。目前，飞锯机数控系统普遍采用可编程控制器PLC作为主控单元。在工作过程中，需要设定控制参数和实时显示工作情况，飞锯机数控系统往往需要人机交互模块HMI，如文本显示器、触摸屏幕等。文本显示器存在信息量少的问题而触摸屏幕的使用成本较高。此外，飞锯机数控系统需要可编程控制器PLC提供模拟信号，控制变频器或直流调速器。通常利用可编程控制器PLC的模拟量输出即PWM输出功能，产生PWM信号，经过单极性模拟量输出模块PWMDA转换为模拟信号，由于飞锯机的电机需要正、反转，需要具有正负模拟信号。而目前，单极性模拟量输出模块PWMDA只能提供单极性的模拟信号，使用不便。因此，现有的飞锯机控制系统不具有稳定性高、成本低和使用灵活方便的要求，不能满足现有技术的需要。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的飞锯机控制系统的人机接口HMI使用成本高和单极性模拟量输出模块PWMDA转换信号的极性单一的问题，提出一种既保留了可编程控制器PLC系统抗干扰能力强、可靠性高的特点，又具有稳定性高、成本低和使用灵活方便的基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统。

本实用新型的技术方案是：

一种基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统，它包括第一编码器、第二编码器、可编程控制器PLC和调速控制器，它还包括人机交互模块HMI和双极性模拟量输出模块PWMDA，所述的第一编码器作为基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统的信号输入采集飞锯机上管材前进的速度信号，第一编码器的信号输出端与可编程控制器PLC的采集信号输入端相连，可编程控制器PLC的控制信号端与人机交互模块HMI的控制信号端相连，可编程控制器PLC的脉宽调制PWM信号输出端与双极性模拟量输出模块PWMDA的信号输入端相连，双极性模拟量输出模块PWMDA的信号输出端与调速控制器的信号输入端相连，调速控制器的控制信号输出端作为基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统的输出控制飞锯机的电机速度，飞锯机的电机与第二编码器的信号端相连，第二编码器的反馈信号输出端与可编程控制器PLC的反馈信号输入端相连。

本实用新型的人机交互模块HMI包括单片机U1、输入模块、LCD显示输出模块U5、可编程存储器U2和电平转换模块U4，单片机的控制信号端通过电平转换模块U4与可编程控制器PLC的对应控制信号端相连，单片机U1的输入、输出信号端分别与输入模块、LCD显示输出模块U5的对应信号端相连，单片机U1的存储信号端与可编程存储器U2的存储信号端相连。

本实用新型的双极性模拟量输出模块PWMDA包括双运放模块U6、单运放模块U7和模拟开关模块U8，单运放模块U7的转换信号输入端作为双极性模拟量输出模块PWMDA的转换信号输入接可编程控制器PLC的脉宽调制PWM信号输出端，单运放模块U7的转换信号输入端作为双极性模拟量输出模块PWMDA的转换信号输入接可编程控制器PLC的脉宽调制PWM信号输出端，单运放模块U7的信号输出端接模拟开关模块U8的转换信号输入端，该输出端还与双运放模块U6的第二运放模块U6B相连，经过反相跟随电路接模拟开关模块U8的另一个转换信号输入端，模拟开关模块U8的控制信号输入端通过电平调理电路接可编程控制器PLC的控制信号输出端，模拟开关模块U8的信号输出端通过双运放模块U6的第一运放模块U6A作为双极性模拟量输出模块PWMDA的输出接调速控制器的信号输入端。

本实用新型的输入模块为键盘输入电路

本实用新型的有益效果：

本实用新型的人机交互模块HMI具有稳定性高、成本低的优点，双极性模拟量输出模块PWMDA能产生两种极性的模拟信号，使用灵活方便、高效可靠。

附图说明：

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型人机交互模块HMI的电原理图。

图3是本实用新型的双极性模拟量输出模块PWMDA的电原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统，它包括第一编码器(24V1000线)、第二编码器(24V1000线)、具有至少两路高速计数器输入、通讯接口的可编程控制器PLC(可为S7-200系列)和调速控制器，它还包括人机交互模块HMI和双极性模拟量输出模块PWMDA，所述的第一编码器作为基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统的信号输入采集飞锯机上管材前进的速度信号，第一编码器的信号输出端与可编程控制器PLC的采集信号输入端相连，可编程控制器PLC的控制信号端与人机交互模块HMI的控制信号端相连，可编程控制器PLC的脉宽调制PWM信号输出端与双极性模拟量输出模块PWMDA的信号输入端相连，双极性模拟量输出模块PWMDA的信号输出端与调速控制器的信号输入端相连，调速控制器的控制信号输出端作为基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统的输出控制飞锯机的电机速度，飞锯机的电机与第二编码器的信号端相连，第二编码器的反馈信号输出端与可编程控制器PLC的反馈信号输入端相连。

如图2所示，本实用新型的人机交互模块HMI包括单片机U1(型号可为AT89C52)、输入模块、LCD显示输出模块U5(型号可为LCD12232)、可编程存储器U2(型号可为AT24C512)和电平转换模块U4(型号可为MAX485CPA)，单片机的控制信号端通过电平转换模块U4与可编程控制器PLC的对应控制信号端相连，单片机U1的输入、输出信号端分别与输入模块、LCD显示输出模块U5的对应信号端相连，单片机U1的存储信号端与可编程存储器U2的存储信号端相连。

如图3所示，本实用新型的双极性模拟量输出模块PWMDA包括双运放模块U6(型号可为4558)、单运放模块U7(型号可为OP07)和模拟开关模块U8(型号可为MAX4659)，单运放模块U7的转换信号输入端作为双极性模拟量输出模块PWMDA的转换信号输入接可编程控制器PLC的脉宽调制PWM信号输出端，单运放模块U7的信号输出端接模拟开关模块U8的转换信号输入端，该输出端还接双运放模块U6的第二运放模块U6B，经过反相跟随电路，接模拟开关模块U8的另一个转换信号输入端，模拟开关模块U8的控制信号输入端通过电平调理电路接可编程控制器PLC的控制信号输出端，模拟开关模块U8的信号输出端通过双运放模块U6的第一运放模块U6A作为双极性模拟量输出模块PWMDA的输出接调速控制器的信号输入端。

本实用新型的输入模块为键盘输入电路。

具体实施时：

如图1所示，以西门子S7-200的PLC为例，为和PLC进行通讯，采用PLC的自由口方式实现PLC与单片机U1之间的通信。自由通信口协议实际上就是用户自己定义通信协议，单片机采用串行口工作方式3[2]，波特率为9.6kbps，定义通信协议的数据流结构的格式为起始码、命令码、元件首址、字节数、数据块、BCC校验码和结束码。RS-485采用平衡发送和差分接收方式实现通信：发送端将串行口的晶体管-晶体管逻辑TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，在设计中是PLC作为从机端采用单片机作为主机，向PLC进行呼叫，定期读取数据或者写入数据。通过RS-485总线连接PLC和单片机U1(型号可为AT89C52)。

LCD显示输出模块U5采用LCD12232模块。LCD12232液晶显示模块是由两片SED1520来驱动的，两片SED1520都只用了其中的61个列驱动口。在这里将采用间接访问方式，将P1口直接连接液晶显示模块8位数据口，分别用P3.2至P3.5口作控制线发别接数据指令选通口和读写信号口的控制口和片使能信号口1和2。复位信号/RES则采用高电平直接复位，将其与电源口Vdd一起接电源电压5V。

在本设计中将直接利用单片机并行接口完成输入模块即键盘输入电路的连接，设计中将总共4根行线和4根列线直接与单片机的通用输入输出口P2口相连，高四位控制行线，低四位控制列线，来实现线翻转的键盘识别工作。其中P2.4、P2.5、P2.6、P2.7构成了键盘的行线，P2.0、P2.1、P2.2、P2.3构成了键盘的列线。键盘的行线作为键盘的控制输入端，键盘的列线作为键盘的输出端。键盘的行线通过上拉电阻将该四个管脚拉高，这样在没有按键按下的情况下，该四个管脚的电平为高电平。程序控制扫描方式，即利用程序连续的对键盘进行扫描。本模块应完成对键盘有无键按下进行确认，当有键按下时，确定按键值，并根据所得键值进行处理。

可编程存储器U2(型号可为AT24C512)采用串行方式，接对单片机的P0.0和P0.1口，实现对重要参数的保存。

S7-200系列的PLC带有脉宽调制PWM输出功能，可以直接调用PWM功能指令，由PWM输出通道直接输出PWM波形。具体过程为：在使用PLC的高速脉冲串输出时，根据控制要求，一要选用高速脉冲串输出端(发生器)，二是要选择工作模式为PWM；并由Q0.0或Q0.1输出。双极性模拟量输出模块PWMDA接PLC的PWM输出信号和极性信号，当要求输出正信号时，极性信号为高电平，则U1的1脚输出和PWM信号对应的正模拟量，当要求输出负信号时，极性信号为低电平，则U1的1脚输出和PWM信号对应的负模拟量。为了提高电路的抗干扰能力，电路设计了低通滤波器。并对正负输出信号进行了限幅保护。信号输出范围DC-10V～10V；数字输出值0～1000；解析度10mV(10V/1000)；输出阻抗1K；D/A变换时间＜50mS。

因单片机需+5V电源驱动，双极性模拟量输出模块PWMDA需要A±15V电源驱动，故电源模块采用开关电源。

Claims

1、一种基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统，它包括第一编码器、第二编码器、可编程控制器PLC和调速控制器，其特征是它还包括人机交互模块HMI和双极性模拟量输出模块PWMDA，所述的第一编码器作为基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统的信号输入采集飞锯机上管材前进的速度信号，第一编码器的信号输出端与可编程控制器PLC的采集信号输入端相连，可编程控制器PLC的控制信号端与人机交互模块HMI的控制信号端相连，可编程控制器PLC的脉宽调制PWM信号输出端与双极性模拟量输出模块PWMDA的信号输入端相连，双极性模拟量输出模块PWMDA的信号输出端与调速控制器的信号输入端相连，调速控制器的控制信号输出端作为基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统的输出控制飞锯机的电机速度，飞锯机的电机与第二编码器的信号端相连，第二编码器的反馈信号输出端与可编程控制器PLC的反馈信号输入端相连。

2、根据权利要求1所述的基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统，其特征是所述的人机交互模块HMI包括单片机U1、输入模块、LCD显示输出模块U5、可编程存储器U2和电平转换模块U4，单片机的控制信号端通过电平转换模块U4与可编程控制器PLC的对应控制信号端相连，单片机U1的输入、输出信号端分别与输入模块、LCD显示输出模块U5的对应信号端相连，单片机U1的存储信号端与可编程存储器U2的存储信号端相连。

3、根据权利要求1所述的基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统，其特征是所述的双极性模拟量输出模块PWMDA包括双运放模块U6、单运放模块U7和模拟开关模块U8，单运放模块U7的转换信号输入端作为双极性模拟量输出模块PWMDA的转换信号输入接可编程控制器PLC的脉宽调制PWM信号输出端，单运放模块U7的转换信号输入端作为双极性模拟量输出模块PWMDA的转换信号输入接可编程控制器PLC的脉宽调制PWM信号输出端，单运放模块U7的信号输出端接模拟开关模块U8的转换信号输入端，该输出端还与双运放模块U6的第二运放模块U6B相连，经过反相跟随电路接模拟开关模块U8的另一个转换信号输入端，模拟开关模块U8的控制信号输入端通过电平调理电路接可编程控制器PLC的控制信号输出端，模拟开关模块U8的信号输出端通过双运放模块U6的第一运放模块U6A作为双极性模拟量输出模块PWMDA的输出接调速控制器的信号输入端。

4、根据权利要求2所述的基于单片机人机交互模块的飞锯机控制系统，其特征是所述的输入模块为键盘输入电路。