基于LPC2138的注塑機(jī)控制器設(shè)計(jì)

3.1 主機(jī)軟件設(shè)計(jì)

主機(jī)部分軟件分2大模塊，即鍵盤與顯示模塊、通信模塊。其中，鍵盤與顯示模塊負(fù)責(zé)管理64鍵鍵盤和液晶顯示器，由于鍵較多，采用“狀態(tài)轉(zhuǎn)移法”的鍵控程序，根據(jù)所按下的鍵執(zhí)行相應(yīng)的程序，在液晶顯示器上顯示相應(yīng)的操作頁面，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置與顯示，并實(shí)時(shí)顯示注塑機(jī)當(dāng)前所處的工作狀態(tài)。

通訊模塊負(fù)責(zé)與下位機(jī)通信，控制器中的串行通訊也采用主從式結(jié)構(gòu)，即由主機(jī)發(fā)出通信要求，如參數(shù)設(shè)置、手動(dòng)操作、運(yùn)行狀態(tài)讀出等，而從機(jī)CPU則根據(jù)主機(jī)CPU的要求給出回應(yīng)。

3.2 從機(jī)軟件設(shè)計(jì)

從機(jī)軟件主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)注塑機(jī)工藝流程流程控制。控制器根據(jù)當(dāng)前注塑機(jī)所處的工作狀態(tài)(手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)等)以及各個(gè)輸入狀態(tài)(行程開關(guān)、電子尺、鍵盤操作命令等)來控制注塑機(jī)的各個(gè)工藝流程的進(jìn)行。在手動(dòng)模式下，注塑機(jī)的各個(gè)動(dòng)作可以單獨(dú)執(zhí)行，如開關(guān)模、射膠、座臺(tái)動(dòng)作以及托模動(dòng)作等。在半自動(dòng)模式下，注塑機(jī)在控制器的控制下動(dòng)作1個(gè)循環(huán)，即生產(chǎn)出1件制品，如果需要進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，則只要打開在關(guān)閉安全門1次即可。全自動(dòng)模式提供2種方式：一種是時(shí)間自動(dòng)方式；另一種是電眼自動(dòng)方式，前者是以計(jì)時(shí)方式來判斷制品的取出，其計(jì)時(shí)是從最后一次托模退動(dòng)作終止的時(shí)刻開始，該時(shí)間可以設(shè)定，只要時(shí)間一到，注塑機(jī)立即進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，而后者是根據(jù)電眼來檢測制品是否脫落，如果檢測到則立即進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有檢測到制品落下，則進(jìn)行報(bào)警。

從機(jī)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是溫度控制模塊，也是本文介紹的重點(diǎn)。溫度控制是注塑機(jī)必要的環(huán)節(jié)，其控制性能直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。它包括溫度檢測和加熱器控制兩個(gè)方面?？刂破鞑捎媚：刂坪统Ｒ?guī)PID控制相結(jié)合的控制算法，并且可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置成不使用模糊控制或PID控制，此時(shí)溫度控制就按時(shí)間周期方式進(jìn)行，即通過設(shè)定加熱的時(shí)間周期和溫控百分比進(jìn)行溫度控制。

根據(jù)模糊控制理論，當(dāng)論域?yàn)殡x散時(shí)，經(jīng)過量化后的輸入量的個(gè)數(shù)是有限的。因此可以針對(duì)輸入的不同組合離線計(jì)算出相應(yīng)的控制量，從而組成一張控制表，實(shí)際控制時(shí)只要直接查這張控制表即可。在ARM處理器中如何實(shí)現(xiàn)控制規(guī)則表是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。本系統(tǒng)采用二維矩陣形式存儲(chǔ)控制規(guī)則表，例如定義二維矩陣為fuzzyctrl[13][13]。因輸入量偏差E和偏差變化率DE量化后分別為x，y，且x，y={-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，則在ARM中可以將其與a，b={0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12}一一對(duì)應(yīng)。例如，假設(shè)E量化后為x=-2，y=3，則在ARM中對(duì)應(yīng)a=4，b=9，查表時(shí)只需查fuzzyctrl[4][9]，這樣表示無論從數(shù)據(jù)管理還是從查表方便而言，都具有極大的優(yōu)勢。這種離線計(jì)算、在線查表的模糊控制方法比較容易滿足實(shí)時(shí)控制的要求。

另外，控制器還結(jié)合了傳統(tǒng)的PID控制方法。軟件判斷偏差e的大小范圍，當(dāng)e>+6℃或e-6℃時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)切換到PID控制程序段，使系統(tǒng)能快速響應(yīng)；當(dāng)-6℃P+6℃時(shí)，系統(tǒng)采用模糊控制算法，使系統(tǒng)達(dá)到更好的控制效果。在ARM中實(shí)現(xiàn)模糊控制時(shí)，模糊化采用單點(diǎn)模糊集合，隸屬度函數(shù)采用離散方法，也就是連續(xù)隸屬度簡單離散化，解模糊仍然采用重心法。溫度檢測程序模塊流程如圖4所示。

4 結(jié)語

采用雙處理器對(duì)整個(gè)控制任務(wù)進(jìn)行合理分割，不僅提高了系統(tǒng)的處理速度和穩(wěn)定性，而且軟件設(shè)計(jì)也相對(duì)簡單。處理器結(jié)合位移傳感器，并按一定的壓力和速度對(duì)注塑機(jī)實(shí)施控制和動(dòng)態(tài)監(jiān)測，大大提高了產(chǎn)品的精度和質(zhì)量。料筒溫度控制采用模糊控制結(jié)合傳統(tǒng)控制方法PID控制，使溫度控制達(dá)到更好的控制效果。該控制器件已在實(shí)際生產(chǎn)中獲得了應(yīng)用，經(jīng)過半年多的使用，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好、性能穩(wěn)定。