基本信息
- 項目名稱：
- 多軸步進電機智能控制器與驅動
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品是應用于各種自動化數(shù)控設備，水晶、寶石磨削機，雕刻機，沖壓車床等；系統(tǒng)設計采用的思路、創(chuàng)新和關鍵技術如下：
- 詳細介紹：
- 本系統(tǒng)采用意法半導體公司的高性能32位STM32F103VCT6 ARM微處理器作為核心控制芯片。其內(nèi)部具有4路16位高級控制定時器；2個12位的模擬/數(shù)字轉換器(ADC)，每個ADC共用多達16個外部通道，可以實現(xiàn)單次或掃描轉換。在掃描模式下，自動進行在選定的一組模擬輸入上的轉換。256K系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash ，64K字節(jié)片內(nèi)SRAM，有80個可編程的I/O 口，非常適合工業(yè)環(huán)境的使用。 四路獨立高級定時器分別控制四路步進電機，脈沖輸出準確，精確控制步進電機的運動，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定準確；通過一定算法，實現(xiàn)步進電機控制的加、減速問題，可以采用梯形方式進行加減速設定，也可以擬合實現(xiàn)S型加減速。 整個電路部分充分考慮了電氣隔離，輸入輸出完全電氣隔離，采用美國DC-DC隔離電源模塊，隔離干擾，隔離意外高壓危險，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定。在系統(tǒng)的通信上，與外部文本（或觸摸屏的通信上）采用了高速光耦6N137進行隔離。 本系統(tǒng)解決了幾大特色： 1、 實現(xiàn)多軸步進電機同時運行，解決了加減速問題（定時器方式）； 2、 實現(xiàn)實時與文本、觸摸屏等人機界面進行交互（采用了DMA的方式、實現(xiàn)了MODBUS RTU的協(xié)議），給很多從事電氣的工程人員以方便，因為他們大多習慣PLC+文本的方式； 3、 結合實際的工控行業(yè)背景，如自動儀表車床、水晶磨削等。 參考文獻： [1] 何雪明，吳曉光，常興，數(shù)控技術,，華中科技大學出版社，2006，9 [2] 坂本正文著，王自強 譯，步進電機應用技術，科學出版社2010，5 [3] 王永紅 徐煒 郝立平 ，STM32系列 ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐，北京航空航天大學出版社 2008，7 [4] STM32F103芯片數(shù)據(jù)手冊
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本作品是應用于各種自動化數(shù)控設備，水晶、寶石磨削機，雕刻機，沖壓車床等；系統(tǒng)設計采用的思路、創(chuàng)新和關鍵技術如下： 發(fā)明目的：隨著自動化工業(yè)的發(fā)展，自動化技術的高穩(wěn)定，高效率，高準確越來越表現(xiàn)出人工無法達到的效果，自動化的普遍成為一個必須的趨勢。但是目前市場上的大多數(shù)字控制系統(tǒng)都很昂貴，導致自動化設備的價格高居不下，因此，高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟的數(shù)控系統(tǒng)應運而生。本作品就是一款采用高速率MCU芯片的數(shù)控系統(tǒng)，高效，穩(wěn)定，經(jīng)濟，可替代傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)，降低成本。 基本思路：控制系統(tǒng)集成6路步進電機控制輸出，控制步進電機各種動作；13路光耦隔離輸入，接收外部限位開關等信號輸入；5路繼電器輸出，控制外部電磁閥、汽缸等；兩路AD輸入，輸入電壓可調，內(nèi)置分壓電路和放大電路，采集外部模擬信號；兩路DA輸出，可控制變頻器工作；7路OC輸出，可控制外部擴展繼電器；一路485通信，可實現(xiàn)多機通信協(xié)作。以文本做為人際界面，與主控系統(tǒng)以串行方式通信，用于顯示數(shù)據(jù)，輸入?yún)?shù)等，以上個功能整合編程，就可以實現(xiàn)對機床進行自動控制。 創(chuàng)新點和技術關鍵：本系統(tǒng)采用了采用基于ARM核心的STM32F103VCT6芯片，主時鐘頻率可達72MHz，高速控制多路步進電機同時工作;同時，解決了自行研制的控制器與文本顯示、工業(yè)觸摸屏的通信MODBUS RTU協(xié)議問題。 技術指標：支持4軸聯(lián)動，直線圓弧插補，用戶自主編程。
科學性、先進性
- 本系統(tǒng)采用意法半導體公司的高性能32位STM32F103VCT6 ARM微處理器作為核心控制芯片。其內(nèi)部具有4路16位高級控制定時器；2個12位的模擬/數(shù)字轉換器(ADC)，每個ADC共用多達16個外部通道，可以實現(xiàn)單次或掃描轉換。在掃描模式下，自動進行在選定的一組模擬輸入上的轉換。256K系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash ，64K字節(jié)片內(nèi)SRAM，有80個可編程的I/O 口，非常適合工業(yè)環(huán)境的使用。 四路獨立高級定時器分別控制四路步進電機，脈沖輸出準確，精確控制步進電機的運動，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定準確；通過一定算法，實現(xiàn)步進電機控制的加、減速問題，可以采用梯形方式進行加減速設定，也可以擬合實現(xiàn)S型加減速。 整個電路部分充分考慮了電氣隔離，輸入輸出完全電氣隔離，采用美國DC-DC隔離電源模塊，隔離干擾，隔離意外高壓危險，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定。在系統(tǒng)的通信上，與外部文本（或觸摸屏的通信上）采用了高速光耦6N137進行隔離。
獲獎情況及鑒定結果
- 本系統(tǒng)目前以定制的形式初期在國內(nèi)多家數(shù)控機床公司的機床改造中進行測試，運行穩(wěn)定，得到一致好評。
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品 圖紙磁盤 現(xiàn)場演示 圖片 □錄像 樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 發(fā)展趨勢上看，工業(yè)控制自動化是必然趨勢，工業(yè)PC，PLC等數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展迅速，廣泛應用于各種大中小數(shù)控設備中。隨著自動化數(shù)控的發(fā)展，低成本數(shù)控系統(tǒng)更適應發(fā)展。 本系統(tǒng)采用32位高速主控芯片，電路集成各模塊功能，適用于各種數(shù)控機床，可定制，可編程，通用強，成本低，很有市場前景。 預期效益：本系統(tǒng)用于各種數(shù)控機床控制，新型數(shù)控機床研制生產(chǎn)，舊機床升級改造，降低機床生產(chǎn)成本，提高機床工作效率，降低車間人力成本。 市場分析：隨著自動數(shù)控發(fā)展，數(shù)控設備廣泛使用，本能系統(tǒng)已經(jīng)成功應用的在全國各地的數(shù)控設備上，如水晶、寶石磨削機、拉布機、電池檢測分類機、點焊機、自動儀表車床等。
同類課題研究水平概述
- 1、國外數(shù)控機床技術現(xiàn)狀 （1）高速高精與多軸加工成為數(shù)控機床的主流，納米控制已經(jīng)成為高速高精加工的潮流。 ?。?）多任務和多軸加工數(shù)控機床越來越多地應用到能源、航空航天等行業(yè)。 （3）機床與機器人的集成應用日趨普及，且結構形式多樣化，應用范圍擴大化，運動速度高速化，多傳感器融合技術實用化，控制功能智能化，多機器人協(xié)同普及化。 ?。?）智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴充，車間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，分析相關數(shù)據(jù)，預測機床的狀態(tài)，提前進行相關的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率。 ?。?）最新的機床誤差檢測與補償技術能夠在較短的時間內(nèi)完成對機床的補償測量，與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機床誤差的補償精度能夠提高3～4倍，同時效率得到大幅度提升。 ?。?）最新的CAD/CAM技術為多軸多任務數(shù)控機床的加工提供了強有力的支持，可以大幅度提高加工效率。 ?。?）刀具技術發(fā)展迅速，眾多刀具的設計涵蓋了整個加工過程，并且新型刀具能夠滿足平穩(wěn)加工以及抗振性能的要求。 4.我國數(shù)控機床與系統(tǒng)—以自動儀表車床為例 目前我國高檔數(shù)控機床、系統(tǒng)中，以大連數(shù)控、廣州數(shù)控、武漢華中數(shù)控、南京自動化數(shù)控為主要代表，基本是我國的數(shù)控行業(yè)的領導者。但本作品擬以普通車床為例，以人工半自動化的儀表車床為例進行說明和研究。在我國的五金加工中，普通存在費人費力的現(xiàn)象，尤其是當下在國家進行勞動合同改革的背景下用工問題尤其突出。選用節(jié)人節(jié)能，投入少效益高的新型設備是經(jīng)濟時代各型企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。自動儀表車床是采用電氣結合的方式來實現(xiàn)自動進給，不但節(jié)省了操作人員的體力消耗，消除人為因素造成的產(chǎn)品精度問題，更重要的是這種新型設備能進行一人多幾操作，從而為企業(yè)節(jié)省了大量的人力物力，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益。自動儀表車床屬于簡單的臥式車床，一般來說最大工件加工直徑在250mm以下的機床，多屬于儀表車床。儀表車床分為普通型、六角型和精整型。
