玻璃切割裝置測控系統設計

陳強文 翁惠輝通 舒服舟

摘 要：伴隨著現代社會飛速發展，人們對玻璃制品的需求也越來越大。切割是玻璃加工中的第一個步驟，也是玻璃加工中最基礎的步驟。本文主要研究玻璃切割裝置測控系統，該設計主要分為四個部分：主控系統設計、步進電機驅動控制器設計、通信設計。CPU選STM32F103RTC6單片機，采用日本東芝三洋公司的LV8727芯片驅動兩相步進電機，通信采用485總線實現上位機與電機驅動控制器之間的通信。從整體來看，該系統結構簡單，實用性強，開發成本低，對開發簡易玻璃切割裝置具有一定的意義。

關鍵詞：玻璃切割裝置;STM32;步進電機;485總線

引言

隨著經濟的快速發展，玻璃在諸如手機屏幕、液晶電視、建筑材料等各行各業得到廣泛的應用，切割精度的要求也越來越高[1]。從玻璃切割技術誕生到現在，切割技術在不斷地進步，切割效率和切割精度也在不斷提升，玻璃加工越來越方便，從而能滿足各行各業對玻璃的大量需求[2]。目前，數控玻璃切割機在整個玻璃加工行業擁有絕對優勢[3]，應用十分廣泛，數控玻璃切割機的未來發展朝著具有高速加工能力、加工精度越來越高發展。本文選用STM32芯片和LV8727驅動芯片配合兩相電機，設計一套玻璃切割機數控系統對玻璃切割機數控系統的若干關鍵技術進行研究，從而提高玻璃切割效率，降低生產成本[4]。

1.玻璃切割裝置

玻璃切割數控系統是玻璃切割生產線的主要功能執行部分，由刀具切割橫梁、橫向走刀機構、縱向走刀機構組成，橫跨在切割臺面上的是切割橫梁，上面安裝有切割刀具，橫梁可以沿著臺面兩側的光桿來回運動（X向），同時安裝在橫梁上的切割刀具可以沿著橫梁的方向運動（垂直于X軸，Y向），另外刀具還可以進行上下運動（Z軸）。控制器通過控制X軸，Y軸電機的運動進而控制刀頭的位置以及切割的路徑;再控制Z軸電機來控制切割壓力[5]。在X、Y、Z軸兩端分別裝有一個限位開關，防止電機運動到端點而繼續運轉而出現故障。

2.硬件設計

本文中的電機選用的是兩相步進電機，步進電機不僅具有精度高、能夠快速啟停、及時響應且可以直接接受數字信號的優點，還能夠在非常平滑的運行中進行相當大的范圍的速度調節、機械結構零部件少、運行可靠性高、一般情況下不需要減速器就能直接驅動大負載等優點。整體設計方案如圖1，由通信模塊、MCU模塊、電機驅動模塊、限位開關模塊組成。

2.1電機驅動模塊設計

本文中步進電機的驅動芯片選用的是LV8727，LV8727是PWM電流控制型微步雙極步進電機驅動芯片，它的細分控制有八種：1/2，1/8，1/16，1/32，1/64，1/128，1/10，1/20，能夠進行正反轉控制。在對步進電機進行控制時，MCU只需輸出簡單的電平，脈沖和參考電壓信號即可。

3.軟件架構

玻璃切割裝置測控系統的上位機軟件部分總共包括三大模塊功能，主要是：系統初始化模塊、通信模塊、上位機命令解析模塊。上位機軟件部分主要功能為通過命令解析模塊得到電機控制器的指令，再通過485總線發送指令。

電機控制器軟件部分主要包括七大模塊，分別為：系統初始化、通信模塊、定時器模塊、命令解析模塊、速度變換算法模塊、限位模塊、細分自動判別算法模塊。設計框圖如圖3

電機控制器上電后，首先進行定時器模塊，串口模塊等硬件的初始化，電機控制器作為從機，接收主機的控制。在未接收到主機的命令前，默認為電機鎖定停止在當前位置。主機通信發出的信息會觸發從機的串口中斷，通過解析得到主控制器發送過來的運動指令。

3.1 加減速控制

在玻璃切割裝置測控系統運行過程中，為了防止機器在啟動或者停止時產生沖擊、超程、震蕩，需要對電機進行合理的加減速控制，合理的加減速控制可以有效提高系統的可靠性，使用壽命。同時也能提高生產效率，當切割路徑比較長時，電機能夠達到電機控制器的控制過程分為加速、勻速、減速三個階段。如圖4

當切割長度較小時，此時電機的速度可能達不到我們的最高速度，那么電機的控制過程就只有兩個階段，加速運動和減速運動。如圖4，加減速時由速度變換算法進行控制變速，每次速度的變化都會調用細分自動判別模塊給定合適的細分參數。

4.結束語

本文設計完成了一種玻璃切割測控系統，實現了我們玻璃切割生產線上的上位機給定切割的尺寸，通過上位機軟件進行解析得到合適的切割動作，通過485總線將指令發送給每一個電機控制器。作為從機的電機控制器進行各自的切割動作，整個系統切割精度和效率都能較好的滿足生產線上的切割工作，實現了預期的功能。

參考文獻：

[1]孫建.玻璃切割控制系統設計與控制方法研究[D].東北大學控制理論與控制工程，2008.

[2]孟正大，郝立，戴先中.開放式玻璃自動切割機計算機控制系統[J].電氣傳動，2003（3）：36-39.

[3]王玫.開放式自動切割機計算機控制系統軟件設計[J].計算機應用研究，motion control system[J].Advanced Materials Research，2011，197：1751-1756.

[4]陳慧娥.玻璃切割機運動控制器軟件的設計研究[D].上海：上海交通大學，2007.2

[5]李玲娟.多細分兩相混合式步進電機驅動器的研制[D].西安：西北工業大學，2007