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嵌入式电镦智能控制设计

发布时间:2020-06-30 21:21:49 阅读: 来源:橡胶地砖厂家

引言 气门是汽车发动机的重要零部件,是控制气缸吸入混合气或排出废气的阀门,形状呈菌形、平项,头部外缘做成圆锥面与气门座相配合。气门质量的好坏直接影响着发动机的动力和油耗。随着汽车行业的迅速发展,对气门品种和数量的需求愈来愈多,同时对质量要求也越来越高。

目前气门的生产毛坯成型工艺主要有两种:挤压成型法和电热镦粗法。对比挤压成型法,电热镦粗法投资少,节能高效,是国内气门毛坯的主要生产方式,如图1所示为气门棒料、气门镦件和气门半成品。电热镦粗工艺是利用工件本身的电阻,在通以低电压大电流同时对其施加外力,当工件被加热到塑性变形温度时逐渐被镦粗的过程。

2 嵌入式智能电镦控制系统的设计

2.1 电镦控制系统结构

电镦机控制系统主要是实现电热镦粗工作过程中电流、压力和上下料的控制。嵌入式智能电镦机控制系统的硬件设计主要采用以ARM7微处理器为核心的硬件平台,系统结构如图2所示。

控制器根据预设参数,通过总线驱动D/A控制镦粗顶锻压力、镦粗电流、砧子回退的速度。位移和温度等参数由传感器读取,经过比较计算之后再经总线输出,实现闭环控制。自动上下料机械手的控制使用光电隔离分隔电磁阀与核心板电信号,提高抗干扰能力;镦粗过程中的状态和参数分别通过信号指示灯和LCD屏监控显示;同时LCD触摸屏还具有参数输入和调试控制功能。

2.2 电镦系统控制流程

电镦工艺是根据朔性力学和传热学原理,利用工件本身的电阻,通过控制加载在工件上的电流和压力,使工件通电发热,当工件被加热到塑性变形温度时逐渐被镦粗成型。在嵌入式智能电镦机上,还设计有自动上下料机械手,实现电镦过程的连续自动生产。设计中,将电镦控制过程分为:上料,预热,上料复位,热镦,上料准备,热镦结束,热镦复位,下料等过程。

在这些过程中,动作之间的协调配合不但可以提高生产效率,而且还可以提高加工质量。采用嵌入式实时操作系统,可以大大优化工作过程中各动作的协调配合。μC/OS-II是一种可剥夺内核的实时多任务操作系统,具有良好的实时性能和多任务功能,结构小巧、执行效率高、占用空间小。在μC/OS-Ⅱ操作系统上,将控制流程中的一些加工步骤并行触发,使加工流程更加紧凑高效,有助于提高电镦生产效率。

2.3 核心控制电路

核心控制电路是嵌入式硬件的最小系统,存储操作系统、应用软件及提供硬件运行平台。在核心控制系统中主要是采用ARM微处理器作为主控制器,电镦机的控制软件和工艺参数文件保存在2MB的NorFlash中,控制程序在8MB的SDRAM中执行。RS232通信接口用于PC机下载程序和反馈硬件平台的调试信息。JTAG是微处理器配置的调试接口,可以使用仿真器通过JTAG接口对硬件平台进行仿真调试;同时,JTAG接口还可以实现Nor Flash程序固化功能。微处理器芯片已经提供了LCD控制器,因此不需要外接控制器,使用方便。数据总线输出压力、速度、电压等数据信号量,要经过总线驱动器保证数据的传输无误。AD输入经电平转换后直接输入到处理器上。

2.4 基于μC/OS—II的控制系统设计

嵌入式智能电镦控制系统在ARM7内核的S3C4480微处理器上移植了μC/OS-II,并开发了电镦控制系统应用程序。整个控制系统分为6个任务:上料,下料,镦粗缸,砧子缸,变压器,人机界面。各任务优先级从高到低如下分配:砧子缸8,镦粗缸12,变压器14,上料16,下料20,人机界面24。任务间通过预先创建的信号量进行任务切换。为了保证控制位移的实时采集,位移传感器信号以中断方式输入。

人机界面在移植到S3C4480的μC/GUI基础上设计。由于S3C4480有LCD控制器,所以在移植μC/GUI时,只需要移植μC/GUI驱动层9个函数。

LCD_L0_Init(); 初始化显示屏并清屏;

LCD_L0_Rinit(); 重新初始化显示屏,不清屏;

LCD_L0_Off(); 关闭LCD;

LCD_L0_On(); 开启LCD;

LCD_L0_DrawBitmap();画位图;

LCD_L0_DrawHLine();绘水平线;

LCD_L0_DrawVLine();绘垂直线;

LCD_L0_FillRect(); 矩形填充框:

LCD_L0_XorPixel; 反转一个像素点:

移植完成以后,就可以直接在μC/GUI应用层上设计人机界面。通过其提供的窗口管理控件,为电镦控制系统设计了主界面、参数设置界面、调试界面等窗口。在各窗口下,根据功能设置的不同,分别创建了l~4个子窗口。重绘函数通过LCD触摸屏或者时钟信号激活,发送信号量后,由系统调度刷新LCD显示屏。人机界面简单方便,操作设计人性化。

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