当前位置：首页> 感应淬火能量控制器设计

感应淬火能量控制器设计

时间：2023-11-19 07:59:28 下载该word文档

《工业控制计算机｝２００８年２１卷第１２期　感应淬火能量控制器设计　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｆｏｒ　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　肖海霞　叶献方　张　敏（长江大学电子与信息工程学院，湖北荆州４３４０２３）　摘要　提出了一种基于控制板Ｙ３００２的感应淬火能量控制器设计方案。Ｙ３００２集成了一般工业控制卡的多种主要功能，它与　计算机之间采用并行口ＥＰＰ模式通讯。ＶＣ＋＋编写的系统软件采用了ＲＴＳＳ进程和Ｗｉｎ３２进程相结合的工作方式，即　ＲＴＳＳ进程执行控制任务，而Ｗｉｎ３２进程执行界面管理，由此实现了对淬火过程的实时监控和淬火质量评估。　关键词：感应淬火，能量控制器，ＥＰＰ，ＲＴＳＳ进程，实时监控　Ａｂｓｔｔａｃｔ　Ａ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｆｏｒ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｂｏａｒｄ　Ｙ３００２　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．　Ｙ３００２　ｔｈａｔ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ　ｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｂｏａｒｄ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｉｎ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｐｏｒｔ　ＥＰＰ　ｍｏｄｅ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｔｏ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　ｑｕａｉｌｔｙ．ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ　ｗｉｔｈ　ＶＣ＋＋ａｄｏｐｔｓ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ＲＴＳＳ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　Ｗｉｎ３２　ｐｒｏｃｅｓｓ。ＲＴＳＳ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐｅｒｆｏｒｍｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔａｓｋｓ　ａｎｄ　Ｗｉｎ３２　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐｅｒｆｏｒｍｓ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ，ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ＥＰＰ，ＲＴＳＳ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ｍｏｎｉｔｏｒ　表面热处理是零件加工的主要环节，而感应加热是最常用　的表面加热淬火方法。在国内，由于电网质量较差，当电网电压　波动时，难以保证零件淬火质量。本文提出了一种实时性强的感　Ｄｌ　ＩｓｐＬＳ１１０３２Ｅ　ＤＯ　［￣ＴＬＩ　Ｈ　３０ＪＮｑ３　　（儿ｒｒ　＿．一（声音报警ｊ　２０　隔离、驱动　（故障反馈）　ＰＩ　应淬火能量控制器设计方案，依该方案所设计的感应淬火能量　控制器支持连续淬火和一次淬火两种工艺，不仅能够对淬火零　件是否得到了所需的能量进行检测，同时还可以显示实时工况　参数及能量曲线，并判定淬火零件是否合格。该系统实时性高，　ｌＪ　ＡＴ８９Ｃ２０５１　００Ｉ—Ｎ０　ｏ７　２Ｌ　隔离、驱动　ｌＡｌ　ＡＯ　硬件结构简单，成本低，具有测量准确性高、响应速度快的特点，　能够满足对零件淬火工艺进行实时监控的要求。　１　能量控制器硬件设计与电气结构　１．１　Ｙ３００２控制板结构　Ｙ３００２控制板与计算机之间采用并行口ＥＰＰ模式进行通　讯。该板采用了Ｌａｔｔｉｃｅ公司的高密度复杂可编程逻辑器件Ｉｓ—　ｐＬＳＩ１０３２Ｅ作为主芯片，用于实现ＥＰＰ并行口的时序匹配以及　ＡＪＤ　ＭＡＸ１８６　ｏ０３Ｌ．４ｒｒ）　ｏ５　０ｌＵ－Ｔ　：＝：￣Ｄ／Ａ　ＭＡＸ５２５　ｆ『　０３　Ｂ　Ｉ滤波、放大Ｉ　ｌ信号放大　图１　Ｙ３００２控制板内部结构　器系统可支持三个淬火通道，其电气结构如图２所示。由计算机　发出的各种控制信号通过并行口传给多功能控制板Ｙ３００２，开　关量输入（ＤＩ）用于检测同步启动信号和各通道有效信号；Ａ／Ｄ　其它组合逻辑。由于ＩｓｐＬＳＩ１０３２Ｅ以内部连线代替外部器件连　接，因而简化了系统结构和ＰＣＢ设计、降低了噪声干扰，同时也　实现了线路互联的较短延时；并可使硬件设计“软件化”，同时可　实现器件逻辑功能的实时修改，从而简化了系统调试，大大缩短　了系统开发周期。　Ｙ３０ｏ２控制板集成了Ａ／Ｄ与Ｄ／Ａ、开关量输入输出、脉冲　输入输出等工业控制卡的多种主要功能，其内部结构如图１所　示。在本系统设计中，ＩｓｐＬＳｌ１０３２Ｅ主要完成端口地址选通以及　相应端１３访问。ＩｓｐＬＳｌ１０３２Ｅ的输入端１：３　０（ＩＮ００－１Ｎ０７）用于读　用于测量直流电流和直流电压；脉冲量输入（ＰＩ）用于测量感应　淬火频率；Ｄ／Ａ输出用于整流调压；开关量输出信号（ＤＯ）用于　异常报警和电源故障反馈。　２控制系统软件设计与实现　２．１软件体系结构　以ＶＣ＋＋编写的感应淬　火能量控制器软件采用了　Ｗｉｎ３２进程和ＲＴＳＳ进程相　取ＡＴ８９Ｃ２０５１记录的脉冲数，输入端口３的低４位（ＩＮ３０～　ＩＮ３３）用于检测同步启动信号和各通道有效信号，ＯＵＴ０１和　ＯＵＴ０５分别用于输入Ｄ／Ａ和Ａ／Ｄ的片选信号，ＯＵＴ０３用作　Ｄ／Ａ和Ａ／Ｄ的串行时钟输入端，ＯＵＴ０２用于串行Ｄ／Ａ二进制　结合的工作方式，即Ｗｉｎ３２　进程执行非实时任务，而　ＲＴＳＳ进程执行实时任务。该　系统软件体系结构如图３所　示。应用软件采用ＭＦＣ提供　良好的操控界面，并且能够方　ＤＩ　２　Ｄ１０　ＤＩｌ　辅　板　Ｃｈ【　Ｃｈ　Ｃ　数据输入，ＯＵＴ０４用于Ａ／Ｄ串行命令与数据输入，０ＵＴ２０和　ＯＵＴ２１的信号输出至不同的隔离驱动器。　１＿２感应淬火能量控制器电气结构　Ｃｈｌ　ＤＩ　３　Ｃｈ　２　便地输入数据、命令，同时能　清晰方便地观察到当前淬火　以多功能控制板Ｙ３００２为硬件基础的感应淬火能量控制　图２电气结构图　
感应淬火能量控制器设计　零件的加工实时曲线，了解运　行参数如直流电流、瞬时功率、　ＭＦＣ进群　Ｙ３００２板测试：启动并调用“全功能测试程序”，用于电路板自　检；工艺调试：启动或停止手动调节整流电压；自动监控：启动或　淬火频率等，这部分为非实时　任务。　系统应用　系统内十袭　－　一　共　内存　停止对工况的自动监控；历史记录：查看工件加工状况，即工件　所对应的工艺记录以及其三个参数随时问变化的历史曲线；用　户操作手册：支持在线阅读。状态显示功能如下，基本参数：显示　尽管Ｗｉｎｄｏｗｓ系统的界　面功能十分丰富，但仍无法满　足硬实时系统严格响应时问的　要求。在本系统设计中，采用内　置于Ｗｉｎｄｏｗｓ的实时操作系　统ＲＴＸ实现实时控制。ＲＴＸ提　供了与Ｗｉｎ３２环境兼容的实时　贫　＼　／　ｓ进　当前加工工件的通道号、名称、所采用的工艺文件名、工件序号　以及设置工件序号是否自动递增；报警状态：反映当前工件的加　工状态以及设定异常情况是否允许报警；运行参数显示：手动调　节的整流电压以及实时参数（直流电压、直流电流、淬火频率、瞬　时功率、累计能量）的显示；监控状态：显示当前采用的是手动调　压还是自动监控；图形块：实时参数的柱状图显示、功率随时间　变化的实时曲线以及工艺进程图。　２．３基本算法设计　感应淬火能量控制器工作在复杂的外界干扰环境下，为了　保证系统的可靠性与测量的准确性，在系统软件设计中，采用多　重状态检测与复合滤波相结合的方法。具体方法：在一个大周期　图３软件体系结构　编程接口，支持Ｗｉｎ３２的ＡＰＩ（应用程序接口），并且实现了一套　实时函数的扩展。在ＲＴＸ的高精度定时器事件中，系统软件直　接访问Ｙ３００２控制板端口，对其执行动态读写操作，并实时采　集数据，这部分为实时任务。在通信和同步机制方面，系统软件　首先在ＲＴＳＳ环境下的工作区中，通过调用函数ＲｔＣｒｅａｔｅ—　ＳｈａｒｅｄＭｅｍｏｒｙ（）创建共享内存事件，依此方法创建多个其他　事件如传参事件等，判断所有事件是否已存在，并编译生成可执　内对开关量端口状态执行多次读操作与有效性检测；在脉冲计　数模块中采用平均与滑动滤波法获取淬火频率；首先对Ｃｈ　０　和Ｃｈ　１分别采样，将２０ｍｓ内的４个采样值采用脉冲干扰法　去掉最大值（ｍａｘ）和最小值（ｍｉｎ），依此方法连续采集５次，然　行文件（．ｒｔｓｓ），接着在Ｗｉｎ３２环境中启动这个文件，由于传输的　数据量大且要求速度较高，调用函数ＲｔＯｐｅｎＳｈａｒｅｄＭｅｍｏｒｙ（）　打开ＲＴＳＳ创建的共享内存实现两个进程之间的通讯，同时通　过事件驱动实现两个进程的同步。可见，Ｗｉｎｄｏｗｓ系统和ＲＴＸ　的有机衔接、互相配合形成了强大的实时操作系统的开发环境，　一后将所有保留数据的算术平均值进行５级深度滤波，将滤波结　果转换即可获得所需的直流电压、直流电流。　３结束语　方面提供了通用操作系统丰富的图形界面，另一方面又满足　感应淬火能量控制器采用ＩｓｐＬＳＩ１０３２Ｅ芯片，使硬件设计　“软件化”，简化了系统结构和ＰＣＢ设计、降低了噪声干扰。采用　ＥＰＰ模式与计算机进行通讯，ＥＰＰ模式和ＩｓｐＬＳＩ１０３２Ｅ的相结　本系统实时测量与控制的需要。　２　２系统多任务的没汁　感应淬火能量控制器是一个实时多任务系统。这些任务可　以分为两大类：管理任务和控制任务。管理任务包括人机界面管　理、数据的输入输出、状态的显示与诊断等，这类任务实时性要　求不高，在Ｗｉｎ３２进程中完成；控制任务包括状态检测、数据采　样等，这类任务具有很强的实时性要求，本系统将定时时钟周期　设置为０．５ｍｓ，由于ＲＴＳＳ的精度可达数十微秒，上述任务在　ＲＴＸ进程中完成。本系统控制任务模块较多，为了保证其实时分　配和ＣＰＵ负载均衡，本设计中采用基于时间片的大周期　（２０ｍｓ）循环控制的方法，即每０．５ｍｓ执行若干个不同的模块，　并且确保在２０ｍｓ内各个模块至少执行完一次。　感应淬火能量控制器的软件控制界面包括主菜单（功能设　计）和状态显示两部分功能。主菜单功能如下，工艺管理：打开已　存在的工艺文件并对其进行编辑、建立新的工艺文件名并输入　合，更好地保证了控制板的实用性与可靠性。系统采用面向对象　的设计思想，并且把ＲＴＸ应用到该系统软件的开发中，对控制软　件的各个功能模块按照运行特性进行正确有效的划分，使整个系　统软件具有强大的界面功能和良好的实时性。该能量控制器功能　实用性强，运行稳定可靠，便于现场操作人员使用与维护。　参考文献　［１］向宏．大型环件滚道表面淬火工艺研究及应用［Ｄ］南京：南京理工大　学．２００７：２４—４８　［２］Ｖｅｎｔｕｒｃｏｍ．ＲＴＸ　６　０　Ｒｕｎｔｉｍｅ　Ｄｏｃｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ【ＥＢ／ＯＬ］．２００４，　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｖｃｉ．ｃｏｍ／ｅｍｂｅｄｄｅｄ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ａｓｐｘ？ｌＤ＝２１４　［３］吴勇，熊振华，丁汉．基于ＲＴＸ和ＭＦＣ的后封装平台数据采集和控　制系统［Ｊ］．系统工程与电子技术，２００４（９）：１２５７－１２６１　工艺参数；通道设置：三个通道的工艺文件、工件名和工件序号　均可设置；参数设置：设定电源参数（电源容量、额定直流电压、　［４］张蕾．基于ＲＴＸ的全软件数控系统的研究［Ｄ］．秦皇岛：燕山大学，　２００６：１０－３５　［收稿日期：２００８．８ｌ７］　额定直流电流、额定频率）和传感器量程（直流电压、直流电流）；　（上接第６４页）　单片机应答通信格式　表中置位命令ＯＦＦＯＯＨ为置１，００００Ｈ为清零。　４）将触摸屏指定首地址４ｘ２对应单片机中首地址４２Ｈ的　一个字４２Ｈ，４３Ｈ写入一个设定值００６４Ｈ。　触摸屏发送通信格式：　站地址　功能码　０ＩＨ　Ｏ６Ｈ　片机与触摸屏的通信程序。则可实现用触摸屏显示单片机中位　设定值　ＣＲＣ校验　苛地址　状态变化，设定数值或显示数值。　参考文献　ｆ１］ＭＴ５００用户手册［Ｋ］　［２］Ｍｏｄｂｕｓ　Ｍｅｓｓａｇｅ　Ｆｏｒｍ￣ｔｉｎｇ［Ｋ］　［收稿日期：２００８．９．１１］　高位　低位　高位　低位　低位　高位　００Ｈ　０ｌＨ　０ＯＨ　６４Ｈ　０Ｄ９Ｎ　０ＥｌＨ　用类似的方法，根据项目要求，选择控件和编辑控件属性，　建立触摸屏与单片机的地址联系，按照ＭＯＤＢＵＳ协议编写单　

阅读全文