平面磨床的加工合金材料及熱處理過的材料殘磁很大，影響工件的加工精度和工作效率，使磨床的加工范圍受到限制，不能滿足現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的要求。目前國內(nèi)機(jī)床行業(yè)電磁吸盤裝置充退磁采用變壓整流后通過開關(guān)手控進(jìn)行充退磁，不僅操作繁瑣，費(fèi)力費(fèi)時(shí)，而且充退磁的性能一直存在不完善之處，表現(xiàn)在工件不同班次、不同批次不勻、不同機(jī)臺之間吸盤負(fù)載不均勻、重量偏差較大、質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。
電磁吸盤控制器是針對平面磨床充退磁系統(tǒng)出現(xiàn)的諸多問題及加工需要而設(shè)計(jì)的。該產(chǎn)品采用新型集成電路控制，直接與磨床電磁吸盤連接，以完成對吸盤的充退磁控制。它具有充磁強(qiáng)度可調(diào)、退磁時(shí)間短，效果好、體積小、安裝調(diào)試方便等特點(diǎn)。對各種軟、硬磁材料退磁均能獲得滿意的效果，避免了電磁吸盤和工件的拉傷、變形。
2智能充退磁吸盤設(shè)計(jì)
智能充退磁控制器主要由核心控制單元、變壓裝置、系統(tǒng)工作模式設(shè)置模塊、工作電流檢測系統(tǒng)、光電隔離開關(guān)、過流保護(hù)裝置等部分組成。為了減少充電瞬間對電網(wǎng)的沖擊，提高控制的度，實(shí)現(xiàn)充磁電壓的連續(xù)可調(diào)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用恒流充電技術(shù)，使電容電壓線性上升，充電電流為10a，zui大充磁電壓為110v，脈沖峰值電流達(dá)3ka，磁場強(qiáng)度為0-0.7t。退磁時(shí)間為5～13秒。采用數(shù)碼管對實(shí)時(shí)電流值進(jìn)行顯示，有較友好的人機(jī)界面。
2.1系統(tǒng)的工作原理
系統(tǒng)的充退磁由以閉環(huán)系統(tǒng)控制，控制器選用模糊—pid控制算法，首先由用戶通過鍵盤設(shè)置需要的充退磁參數(shù)，控制器取設(shè)置值與電流檢測系統(tǒng)的檢測值之差e（t），當(dāng)輸入的偏差e（t）>0.5時(shí)，pid模塊起作用，e（t）≤0.5時(shí)，模糊控制模塊起作用?？刂破鞯妮敵鲎饔糜诠怆姼綦x開關(guān)上，將控制電路與主電路進(jìn)行光電隔離，控制主電路吸盤的操作。電流檢測系統(tǒng)檢測吸盤的工作電流，再將值返回到控制器，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性，提高了控制精度。系統(tǒng)的工作原理框圖如圖1所示。
圖1系統(tǒng)工作原理框圖
2.2吸盤充退磁原理
吸盤的充磁強(qiáng)度是根據(jù)交流電源的觸發(fā)脈沖進(jìn)行調(diào)節(jié)的，首先根據(jù)交流電源的同步信號，在軟件中設(shè)置合適的觸法時(shí)刻，來控制交流電源的導(dǎo)通，再用整流橋?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)化成直流電輸送給吸盤，因此，可以測吸盤輸入直流電壓的大小來初步估計(jì)吸盤充磁的強(qiáng)度。
吸盤的退磁是根據(jù)直流退磁方法來退磁的，根據(jù)用戶在鍵盤上設(shè)置的退磁時(shí)間和電流檢測系統(tǒng)返回的電流值，控制器向吸盤輸入時(shí)間間隔變化的正反向直流電并接上退磁電阻來消耗剩磁的能量，當(dāng)檢測的剩磁量達(dá)到用戶所設(shè)置的精度后，停止退磁。這種方法退磁既能使工件基本無剩磁，又能減少電能的消耗，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。
3系統(tǒng)解決方案
智能充退磁控制器包括兩個(gè)部分：硬件部分和軟件部分[1]。硬件部分決定系統(tǒng)的運(yùn)算能力及可擴(kuò)充功能，軟件部分包括所移植的系統(tǒng)及應(yīng)用程序，用于控制整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作流，掌控所有的硬件模式。系統(tǒng)中建立一種基于mc9s12xs單片機(jī)的開放性、模塊化和可擴(kuò)展性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和多線程/多任務(wù)開發(fā)環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)充退磁系統(tǒng)的實(shí)時(shí)閉環(huán)檢測控制。
控制器選用飛思卡爾公司生產(chǎn)的mc9s12xs128單片機(jī)作為核心。該mcu對16位微控制器是兼容的，為用戶提供了一個(gè)簡單的方法來開發(fā)從低端到應(yīng)用的共同平臺，zui大限度的減少軟件和硬件設(shè)計(jì)。它具有一個(gè)8通道24位定時(shí)器，8通道16位定時(shí)器，8通道pwm，高達(dá)16通道的12位轉(zhuǎn)換器，總線的頻率可達(dá)40mhz[2]。采用bdm調(diào)試器作為背景調(diào)試模式，可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，使用起來更方便可靠。12位的ad轉(zhuǎn)換精度和快速轉(zhuǎn)換速度能夠滿足系統(tǒng)的需要。
智能吸盤控制器的硬件部分是一個(gè)典型的弱電控制強(qiáng)電的系統(tǒng)，為防止強(qiáng)電磁干擾導(dǎo)致微處理器控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常，并保護(hù)后級設(shè)備，采用模塊化設(shè)計(jì)，對所有強(qiáng)電有關(guān)的控制信號采取光電隔離措施。處于對安全性的考慮，硬件共有兩塊pcb板，強(qiáng)電部分安裝在下面，弱電部分放在上面，強(qiáng)電部分主要由電源模塊、電流檢測模塊、過流保護(hù)模塊、儲能模塊等部分組成，弱電部分主要由*控制模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、移相控制模塊等組成。硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
4.1鍵盤人機(jī)模塊
鍵盤人機(jī)模塊主要由三個(gè)按鍵組成，分別為play、up、down鍵。通過對三個(gè)鍵的合理配合設(shè)置，可以選擇吸盤的充磁方式，將充磁強(qiáng)度分成10級供用戶選擇，設(shè)置退磁時(shí)間，并可以規(guī)定電流的上下限，使系統(tǒng)安全運(yùn)行。*控制模塊采集鍵盤輸入的信息，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示模塊，顯示所設(shè)置的情況。
4.2電流檢測模塊
由于放電脈沖峰值電流達(dá)數(shù)千安培，為提高測量的安全性及可靠性，采用非接觸式測量方法。同時(shí)考慮到大電流傳感器的經(jīng)濟(jì)因素，進(jìn)一步采用分流測量，設(shè)計(jì)選用平衡式電流傳感器，測量工作電流。通過將電流信號轉(zhuǎn)為電壓輸出，然后*控制模塊采集此信號。
4.3脈沖觸發(fā)模塊
脈沖觸發(fā)模塊是實(shí)現(xiàn)恒流控制的關(guān)鍵部分，由移相電路、觸發(fā)電路、同步電路等組成、設(shè)計(jì)采用移相觸發(fā)器與同步器件tlp521-2配合使用，以較低的成本、可靠的空間實(shí)現(xiàn)高可靠性、高精度與電網(wǎng)*隔離的自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。移相觸發(fā)器根據(jù)控制端電壓大小在輸出端產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同步的雙倍電網(wǎng)頻率的180o到0o范圍內(nèi)移相的寬脈沖，驅(qū)動(dòng)三端雙向交流開關(guān)，達(dá)到移相的目的。三端雙向交流開關(guān)不僅能代替兩只反極性并聯(lián)的晶閘管，而且僅用一個(gè)觸發(fā)電路。觸發(fā)控制部分和主電路部分用光電耦合器4n25進(jìn)行隔離，該器件1號腳接一個(gè)上拉電阻，當(dāng)2端信號輸入低電平時(shí)，控制開關(guān)導(dǎo)通，給整流器件供電，吸盤工作。脈沖觸發(fā)原理如圖3所示。
圖3脈沖觸發(fā)原理圖
4.4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂，其設(shè)計(jì)好壞直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性等性能[3]智能控制器以freescalecodewarrior為編程環(huán)境。程序?qū)刂破鞯臄?shù)據(jù)存儲器進(jìn)行了統(tǒng)一的管理和分配?？刂破饔媚：齪id控制，不用掌握受控對象的數(shù)學(xué)模型，而根據(jù)控制規(guī)則組織決策表，由該表決定控制量的大小，將模糊控制器與傳統(tǒng)的pid控制相結(jié)合，即具有模糊控制器的靈活適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又具有pid控制精度高的特點(diǎn)。軟件實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)，采用統(tǒng)一的調(diào)度算法。將那些需要實(shí)時(shí)處理的模塊放在中斷函數(shù)中，進(jìn)程管理部分放在主函數(shù)中，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置中斷函數(shù)優(yōu)先級，使系統(tǒng)井然有序。
5結(jié)束語
該智能充退磁裝置建立了以mc9s12xs單片機(jī)為核心控制器的硬件平臺，freescalecodewarrior編程環(huán)境，采用弱電控制強(qiáng)電，直流控制交流的方式實(shí)現(xiàn)了充退磁過程的恒流閉環(huán)控制，控制精度可調(diào)，zui小誤差在百分之一以內(nèi)。系統(tǒng)良好的智能化水平，可視化的人機(jī)界面，在提高充退磁質(zhì)量的同時(shí)，同時(shí)促進(jìn)了智能控制領(lǐng)域的發(fā)展。
作者簡介
楊才?。?988-）男工程師，從事工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)研發(fā)工程。
參考文獻(xiàn)
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