基于现场总线的注塑机分布式控制器的设计与实现

【摘要】注塑机的结构决定了其电气元件离散分布，而主控制箱局部集中，IO信号远线传输成为影响精度的重要因素，同时注塑机控制精度很大程度上受位置信号和温度信号的采集精度的影响，因此有针对性的采用专门器件实现对该信号的高精度采集以及采取抗干扰措施成为提高控制精度的有效手段。现阶段，国内注塑机控制器在控制精度上和国外产品存在较大差距。国外先进控制器普遍是在深刻理解注塑机特点的基础上有针对性地设计开发的，如贝加莱、Gefran等厂商均设计了专用于注塑机的控制器，采用分布式结构设计，并使用高性能的芯片实现对关键信号的采集。而国内控制器多为通用型中央集成式，因此围绕提高注塑机控制精度，如何在架构设计、信号采集、抗干扰性、实时通信等方面获得技术突破已成为当前研究的重点。针对注塑机的特点，本文基于ePLC提出了一种集中分布式控制器设计方案，整个控制器分为主控模块、数字IO模块、温度采集模块、温度输出模块、电子尺信号采集模块、模拟量输出模块等。引入CAN现场总线技术，完成模块间的通信，实现IO远程分布。在温度采集模块和电子尺信号采集模块实现中提出了数字化远传的设计方法，即将模拟信号就地采集处理，通过CAN总线以数字信号的形式将数据传送到主控制器。避免模拟信号在长线传输过程中受到的干扰。在注塑机温度控制和运动控制中，多采用智能控制算法。针对算法执行对处理器速率的要求以及对实时性的影响，在该设计方案中，提出了一种双引擎架构设计方法。即基于TI全新Concerto双核微控制器，在ARM内核引擎中实现通信管理和逻辑过程控制，而在DSP内核引擎中实现算法过程，二者并行执行。算法的执行不会对系统响应时间造成影响。该方案还设计了双核间的通信接口，实现了双核间的互斥和同步。该设计方法支持双核引擎同步开发，明显降低开发周期。另外引擎基于CASS开发平台设计实现，支持现场编程。实验证明，本控制器简化了注塑机电气连线，温度信号和电子尺信号采集精度均达到了±0.01mm，位置控制精度达到±0.03mm，温度控制精度达到±1℃。较好的达到了设计的要求。
【作者】白亮；
【导师】严义；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，计算机系统结构，2014，硕士
【关键词】注塑机控制器；CAN现场总线；分布式设计；双核；ePLC；

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