基于ARM与DSP的嵌入式管焊控制平台.pdf

俘掳试验研究舅一踢缈 基于ARM与DSP的嵌入式管焊控制平台 清 华 大 学(北京市100084)戴红军孙振国项康泰 华恒焊接股份有限公司(昆山市215301)任辉陈卫中王威 摘要设计并实现了一种由企业管理层、现场管理层、现场控制层组成的管焊控制平台。采用ARM—Linux操 Time 议通讯并采用高精度时间协议(PrecisionProtocol，PIP)实现精准授时，通过优先级配置与通讯调度提高了系 统的实时性与可靠性。平台运行按照状态机转换经过通讯实现多节点同步控制完成焊接过程。嵌入式管焊平台 体积小、扩展性好，能满足脉冲管板、管管焊接过程节点之间协调控制的精确同步和实时性要求。 关键词： 管焊分布式控制系统CANopen协议高精度时间协议 中图分类号： TG431 电压、焊接电流、焊接速度、焊接位姿等反馈信号。配 0前 言 合焊接过程，需要协调控制焊丝进给、工件旋转(或焊 不锈钢／碳钢管在电子、制药、石油石化、核电等重 接机头旋转)、弧长控制、焊枪摆动等。对特定焊机，还 要领域应用广泛，而焊接是实现其连接的最重要手段。 有等离子气体控制、热丝、专门的运动控制(如双丝焊) 薄壁不锈钢管道具有安全耐用、环保卫生等优点，在高 等。管焊控制平台既要具有良好的人机交互界面和精 洁净行业如食品饮料、制药、半导体、生物化学、航空航 确的控制性能，还要尽可能实现管焊过程的自动化、智 天等领域有着广泛的应用…。厚壁不锈钢管道在核 能化。 电、石化行业等的炉管、物料输送管、热交换管等处应 用较多。热交换器是典型的管板焊接产品。管管／管 Control 板焊接质量直接决定了产品的质量优劣、使用寿命和安全 成，总体结构如图1所示。企业管理层由数据服务器、 性。 个人电脑等组成，完成工厂生产的在线监视、数据存 当前广泛使用的管焊机多采用计算能力较弱的单 储、生产管理等，通过以太网与多套管焊机通讯，组成 片机通过串行总线通讯实现对焊接过程的控制。随着 群控焊接加工生产线；现场管理层由ARM节点手控盒 技术的进步，焊接质量要求更加严格，新工艺不断出 节点组成，ARM节点完成以太网服务器的数据的处理 现，焊接专家系统与数据库的采用，焊接质量的在线监 测与智能控制等要求不断挑战这种体系结构的系统集 完成对于执行节点的控制，并且通过友好的人机交互 实现焊机的操作与监控；现场控制层由多节点实现，包 成性与扩展性。文中采用ARM+DSP嵌入式系统、现 场总线控制技术开发出网络化、分布式、扩展性良好、 括对于焊机外围设备控制，如逆变机芯、送丝机、旋转 可靠性高的管焊控制系统。满足脉冲焊接的高精度同 电机、弧长控制电机、横摆控制电机、保护杉气等功能 步与实时性要求，并方便裁剪与扩展，以适应各种要求 的主控节点、可以选配的热丝节点、等离子气节点等其 的管焊机。 协调控制，完成焊接流程。限于篇幅，仅介绍管焊控制 1 平台结构 平台中现场管理层与现场控制层的设计与实现。 管焊焊接时，逆变机芯按照设定的输出静、动态特 2控制平台硬件与软件设计 性，输出电弧燃烧需要的电压和电流，并实时采集电弧 2．1现场管理层 收稿日期：2010—03—17