玻璃切割装置测控系统设计

陈强文 翁惠辉通 舒服舟

摘 要：伴随着现代社会飞速发展，人们对玻璃制品的需求也越来越大。切割是玻璃加工中的第一个步骤，也是玻璃加工中最基础的步骤。本文主要研究玻璃切割装置测控系统，该设计主要分为四个部分：主控系统设计、步进电机驱动控制器设计、通信设计。CPU选STM32F103RTC6单片机，采用日本东芝三洋公司的LV8727芯片驱动两相步进电机，通信采用485总线实现上位机与电机驱动控制器之间的通信。从整体来看，该系统结构简单，实用性强，开发成本低，对开发简易玻璃切割装置具有一定的意义。

关键词：玻璃切割装置;STM32;步进电机;485总线

引言

随着经济的快速发展，玻璃在诸如手机屏幕、液晶电视、建筑材料等各行各业得到广泛的应用，切割精度的要求也越来越高[1]。从玻璃切割技术诞生到现在，切割技术在不断地进步，切割效率和切割精度也在不断提升，玻璃加工越来越方便，从而能满足各行各业对玻璃的大量需求[2]。目前，数控玻璃切割机在整个玻璃加工行业拥有绝对优势[3]，应用十分广泛，数控玻璃切割机的未来发展朝着具有高速加工能力、加工精度越来越高发展。本文选用STM32芯片和LV8727驱动芯片配合两相电机，设计一套玻璃切割机数控系统对玻璃切割机数控系统的若干关键技术进行研究，从而提高玻璃切割效率，降低生产成本[4]。

1.玻璃切割装置

玻璃切割数控系统是玻璃切割生产线的主要功能执行部分，由刀具切割横梁、横向走刀机构、纵向走刀机构组成，横跨在切割台面上的是切割横梁，上面安装有切割刀具，横梁可以沿着台面两侧的光杆来回运动（X向），同时安装在横梁上的切割刀具可以沿着横梁的方向运动（垂直于X轴，Y向），另外刀具还可以进行上下运动（Z轴）。控制器通过控制X轴，Y轴电机的运动进而控制刀头的位置以及切割的路径;再控制Z轴电机来控制切割压力[5]。在X、Y、Z轴两端分别装有一个限位开关，防止电机运动到端点而继续运转而出现故障。

2.硬件设计

本文中的电机选用的是两相步进电机，步进电机不仅具有精度高、能够快速启停、及时响应且可以直接接受数字信号的优点，还能够在非常平滑的运行中进行相当大的范围的速度调节、机械结构零部件少、运行可靠性高、一般情况下不需要减速器就能直接驱动大负载等优点。整体设计方案如图1，由通信模块、MCU模块、电机驱动模块、限位开关模块组成。

2.1电机驱动模块设计

本文中步进电机的驱动芯片选用的是LV8727，LV8727是PWM电流控制型微步双极步进电机驅动芯片，它的细分控制有八种：1/2，1/8，1/16，1/32，1/64，1/128，1/10，1/20，能够进行正反转控制。在对步进电机进行控制时，MCU只需输出简单的电平，脉冲和参考电压信号即可。

3.软件架构

玻璃切割装置测控系统的上位机软件部分总共包括三大模块功能，主要是：系统初始化模块、通信模块、上位机命令解析模块。上位机软件部分主要功能为通过命令解析模块得到电机控制器的指令，再通过485总线发送指令。

电机控制器软件部分主要包括七大模块，分别为：系统初始化、通信模块、定时器模块、命令解析模块、速度变换算法模块、限位模块、细分自动判别算法模块。设计框图如图3

电机控制器上电后，首先进行定时器模块，串口模块等硬件的初始化，电机控制器作为从机，接收主机的控制。在未接收到主机的命令前，默认为电机锁定停止在当前位置。主机通信发出的信息会触发从机的串口中断，通过解析得到主控制器发送过来的运动指令。

3.1 加减速控制

在玻璃切割装置测控系统运行过程中，为了防止机器在启动或者停止时产生冲击、超程、震荡，需要对电机进行合理的加减速控制，合理的加减速控制可以有效提高系统的可靠性，使用寿命。同时也能提高生产效率，当切割路径比较长时，电机能够达到电机控制器的控制过程分为加速、匀速、减速三个阶段。如图4

当切割长度较小时，此时电机的速度可能达不到我们的最高速度，那么电机的控制过程就只有两个阶段，加速运动和减速运动。如图4，加减速时由速度变换算法进行控制变速，每次速度的变化都会调用细分自动判别模块给定合适的细分参数。

4.结束语

本文设计完成了一种玻璃切割测控系统，实现了我们玻璃切割生产线上的上位机给定切割的尺寸，通过上位机软件进行解析得到合适的切割动作，通过485总线将指令发送给每一个电机控制器。作为从机的电机控制器进行各自的切割动作，整个系统切割精度和效率都能较好的满足生产线上的切割工作，实现了预期的功能。

参考文献：

[1]孙建.玻璃切割控制系统设计与控制方法研究[D].东北大学控制理论与控制工程，2008.

[2]孟正大，郝立，戴先中.开放式玻璃自动切割机计算机控制系统[J].电气传动，2003（3）：36-39.

[3]王玫.开放式自动切割机计算机控制系统软件设计[J].计算机应用研究，motion control system[J].Advanced Materials Research，2011，197：1751-1756.

[4]陈慧娥.玻璃切割机运动控制器软件的设计研究[D].上海：上海交通大学，2007.2

[5]李玲娟.多细分两相混合式步进电机驱动器的研制[D].西安：西北工业大学，2007