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基于TMS320C240 DSP的龙门铣床控制系统应用

文章出处:三重铣床厂家作者:三重机械人气:发表时间:2017-06-28 10:07【

 1概述

 
    随着计算机技术的不断发展,机床的数字控制应用越来越普遍。LM1450万能铣床是一种高精度的大型机床,它由机械传动系统、液压系统、交直流拖动系统组成。传统的拖动系统是采用继电器系统和以模拟量控制的闭环系统构成,系统设备复杂,故障率高,维护工作量大。因此,我们对该机床控制系统进行了改造设计,交流拖动和液压控制系统采用F-40MRPLC控制,并采用了钦起动器对电机起动进行控制.直流拖动采用了以TMS320C240 DSP芯片为主的直流控制系统,本文讨论了直流控制系统的改造设计。
 LM1450万能铣床
    2直流控制系统硬件设计
 
    2.1控制系统组成铣床直流电动机控制系统主要由TMS320C240 DSP芯片控制器、单片机控制的接口电路、逻辑控制电路、保护电路和主电路组成,TMS320C240 DSP芯片采用PWM方式对电机主回路三相全控桥可控硅的导通角进行控制,当出现故障时,通过保护电路封锁DSP的PWM输出直至故障消除。
 
    2.2系统控制原理
 
    2.21主回路和励磁回路构成
 
    主回路采用三相全控桥电路,全控桥的交流输人端接有三个快速熔断器,并接有850/V/5kA的压敏电阻,吸收交流侧的电压尖峰,全控桥的直流输出端接有霍尔元件传感器检测主电流,同时接有RC阻容回路吸收过电压峰值。励磁回路采用可控硅构成的H桥,改变励磁绕组电流方向,可改变电机的转向,同样接有霍尔传感器检测励磁电流。
 
    2.2.2系统控制策略
 
    该铣床的直流调速范围为D=50,采用转速负反馈和电流负反馈构成双闭环PI控制系统。直流电机感应电势与电机转速成正比,转矩与相电流成正比。设计的X2010C万能铣床直流电机的控制如图5所示。主回路与励磁回路的电流检测通过霍尔传感器检测,经模拟光电隔离器送DSP的ADC单元,位置和速度检测通过光电编码盘送DSP的I/O和QEP。三相同步信号经同步变畔和光电隔离后送DSP的I/O,以断电机相序、缺相和时间。由DSP输出PWM驱动信号控制三相全控桥可控硅的导通角,从而控制电机的电压与速度。
 
    2.3硬件组成
 
    2.3.1直流主控系统
 
    系统采用TI公司的TMS320C240 DSP为核心,构成铣床的直流控制系统。TMS320C240 DSP是一块专为电机控制用的芯片,外围扩展TMS2716SRAM数据存储器和FLASHEEPROM程序存储器,数据存储器的地址分配为4000H-7FFFH,程序存储器地址分配为4000H-7FFFH.系统复位电路采用MAX811产生复位脉冲,对扩展的RAM和ROM进行复位,通过DSP的串行口SCI/SPI与DSI220连接完成掉电保护功能,并由DSP的看门狗定时器WDCNTR和实时中断定时器RTI提供可编程间隔中断,通过编制程序监视软件和硬件的操作,当CPU工作异常或软件操作掉入陷阱时,产生复位脉冲实现系统复位。同时20MHz晶振与DSP的X1和X2/CLKIN连接产生时钟信号。
 
    2.3.2人机界面
 
    设计了以AT89C52为核心的人机界面,通过8155接口芯片与键盘和显示器LED连接,采用行列式键盘并与8155PC口相连,十二个LED数码管采用动态扫描方式,由8155PA,PB口输出并通过74LS373列区动,同时将AT89C52的TXD和RXD引脚通过MAX232E芯片与DSP的SCI/SPI口连接,完成串行通信。
 
    3软件设计
 
    直流控制系统的软件由主程序、PWM子程序、与单片机串行通信子程序组成,由DSP汇编指令编写,主程序完成系统初始化、电机转动方向、保护、速度和电流环的PI运算。
 
    4系统抗干扰措施
 
    万能铣床控制系统经改造设计后,交直流控制都采用弱电控制,因此,必须防止外界的干扰对控制系统产生的影响,主要采取的措施为:首先外界检测的数字和模拟信号都采取光电隔离器送入控制系统,产生的控制信号也通过光电隔离送到控制对象,避免了外界强电和干扰信号对主机系统的影响;其次检测的模拟信号使用屏蔽电缆送入主机,屏蔽外界电磁干扰对模拟信号的影响,同时采用软件抗干扰技术,设计了抗干扰程序,所设计的DSP数字控制系统带有看门狗电路,通过程序监视软件和硬件的操作;第三直流控制DSP系统的数字地和模拟地分开,交直流控制系统的机壳统一接地,经检测接地电阻为3.85Ω,DSP数字控制系统的直流电源采用去耦电容。
 
    5结束语
 

    该系统采用了PLC和DSP的全数字化改遣,改造后的万能铣床控制系统,通过运行检测,系统具有良好的控制性能和动态指标,电机的速度控制精度高,系统故障率低。同时系统具有良好的抗干扰性能,DSP应用为电机控制提供了良好的硬件控制平台。

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