基于ARM的冷镦机变频自动控制系统研究

刘彦磊， 石维佳

(1.天津渤海职业技术学院电气工程系，天津 300402;2.河北工业大学，天津 300130)

0 引言

冷镦机是在常温下将钢筋镦成一定形状的产品。在改造前，此设备生产标准件的大小、长短、材质靠改变飞轮大小来改变辊轮进料速度。因此，每换一种生产配件或材料，必须把巨大的飞轮拆下来，再装入合适的飞轮，有时为达到要求的精确度，飞轮需拆装多次，非常浪费人力、物力和时间。改装后:只要改变频率控制，转速就能达到要求，无需更换飞轮。调试更方便、精确，保护更齐全。经分析，决定采用变频调速智能控制系统进行改造。

1 系统控制功能和要求

不改动冷镦机机械传动系统，将其改造为变频调速，调速范围为60～110件/min。变速系统安全可靠，使冷镦机平稳连续变速。同时，增加液晶显示装置显示加工件数，控制系统具有设定加工工件总数、达到设定值时自动停机，当中间需停机续料或出故障停机后，再次开机时连续计数的功能。

2 系统硬件设计

依据自动控制系统的功能要求，采用了以LPC2103为核心的自动控制器，其自动控制系统硬件结构框图如图1所示。系统以ARM7结构的LPC2103为控制器，液晶显示屏为人机界面，通过变频器来改变电机的速度，从而实现在不改动冷镦机机械传动系统的情况下改造为无级调速，实现冷镦机的智能自动控制系统。可通过RS-232/485串口通信把冷镦机运行的实时情况，及其故障等传到上位机PC上，可实现实时监控。

2．1 LPC2103 模块

图1 系统硬件结构图

本模块主要用来完成对变频器的自动控制和把冷镦机的实时运行情况及加工的零件个数反馈给PC进行显示，同时也用来完成根据设定零件个数设置变频器的参数，从而实现系统的自动控制。本设计中选用了ARM7结构的LPC2103作为主控制器，该控制器是一种32位的ARM7 TDMI-S微控制器，最高工作速度可达70 MHz，32 kB的片内FLASH程序存储器和8 k的片内静态RAM。LPC2103的10位A/D转换器提供8路模拟输入，多达32个通用I/O口(可承受5 V电压)，高级性能还使其特别适用于工业控制。

2．2 RS－232模块

本模块主要用于完成LPC2103主控器与PC机之间的通信，把从PC机上设定的加工零件的个数、起动、停止、报警等命令送到LPC2103主控器进行处理，得出变频器的控制参数，进而调节冷镦机的电机达到所需要的加工零件个数，同时把冷镦机实时加工零件个数和运行故障等情况通过LPC2103主控器反馈给PC机，从而做出下一步控制。电路原理图如图3所示。

2．3 EV2000变频器模块

本模块选取了EV2000-4T 0075G，EV2000采用独特的控制方式实现了高精度、宽调速驱动，具有低噪声、低电磁干扰的优点，其恶劣环境(如潮湿、油污、粉尘等)的适应能力强，恰好满足冷镦机生产线油尘多的要求，变频器通过D/A与LPC2103组成控制系统。LPC2103把输出的数字参数经过D/A转换为变频器所需的0～5(10)V或0～20 mA控制信号，从而实现变频器的输出频率在0～50 Hz范围内改变，从而实现对变频电机的无级调速，达到加工零件个数从60～110件/min改造设计的目的。同时，在变频器外部设计一个调速电位器也可实现人工手动控制调节变频器输出频率在0～50 Hz改变，达到人工手动调节的目的。

3 系统的软件设计流程

本系统的软件主要包括上位机PC的显示程序和LPC2103控制器的主程序。上位机PC的显示程序主要用来完成冷镦机起动、停止、故障报警，加工零件个数设置和显示等功能。

LPC2103控制器的主程序如图2所示。

图2 控制器主程序

控制器主程序主要用来完成把从PC机上传输过来的设置参数进行处理和计算，然后把处理好的数据送到D/A进行转换，变成变频器所需要的0～5(10)V或0～20 mA控制信号，变频器得到了所需要的信号后就会调节变频电机进行调速，电机就会带动冷镦机运行，同时通过零件计数传感器把实际生产的零件个数反馈给主控制器，主控制器就会把反馈回来的数和设定进行对比。如果不一致，则重新调节变频器改变电机的速度以达到预期的目的。同时，也把冷镦机的实时运行状况，故障报警灯信息反馈给主控制器，主控制器经过处理后返给上位机PC进行显示和报警。

4 结语

最终经实车试验表明用此方案改进的冷镦机变频自动控制系统运行稳定，设计的功能达到了预期的目标，既保证了加工精度，也大大节省了人力、物力，提高了工作效率，现已成功应用到螺栓生产线中。

［1］原魁，刘伟强，邹伟，等.变频器基础及应用［M］.北京:冶金工业出版社，2005.

［2］周立功.ARM嵌入式系统基础教程［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2005.

［3］艾默生网络能源有限公司.EV2000系列通用变频器用户手册［G］.2004.