基于ARM7的金相切割机控制系统设计

　　引 言

　　目前金相切割机在金相制样和金相实验领域应用广泛。通常，金相试样制备要经过取样、镶嵌、磨光和抛光等步骤。每个步骤都应细心操作，任一阶段上的失误都可能影响最后的结果。与机械行业中的金属切割、下料不同，金相试样的切割截取必须保持原有的组织状态，即必须保证所截取的试样的金相组织与原状态金相组织一致，这就要求：在截取试样的过程中试样受热、受外力作用要尽量小;配备良好的冷却系统，保证切口无过热和过烧现象;精确控制进给量的大小，保证试样变形小，光洁度高;砂轮切割机应配备精确的卡具和良好的运动机构，保证试样的切口垂直性好，切口余量小，零件装卡方便;切割机应有良好的防护，保证使用安全。针对上述要求，金相切割机应实现三轴运动，即垂直(z向)进刀和水平(Y向)进刀功能，及左右(X向)移动功能，方便截取试样。同时控制系统还要具有三轴速度控制、主电机调速、状态显示、故障报警以及控制冷却水泵、排烟风机和照明等功能。传统的切割机控制系统主要包括电气控制系统、单片机系统和PLc系统等。由继电器、接触器、按钮、主令开关等构成的电气控制系统，具有控制可靠、成本低等特点，但实现的功能较少。以单片机为控制核心，并附以必要外围电路构成的控制系统，控制逻辑由程序实现，能实现较复杂的控制过程，具有数字显示、故障复位等功能，成本较低。但主控芯片工作频率较低，构成的系统控制规模相对较小，扩展性较差。以PLc为核心的控制系统，PLc驱动三轴步进电动机运动，触摸屏作为控制终端，变频器实现主轴电机调速。它具有控制精度高、扩展能力强等特点，一般用于大型切割系统的控制，成本较高。

　　针对以上三种控制系统的缺点，本文利用高性价比和高性能的微控制器ARM7芯片，设计一种功能丰富、结构紧凑、经济性好，适用于中小型三轴运动金相切割机的专用控制系统。

　　1系统框架

　　整个系统由主控板协调各部分工作，包括驱动三相步进电动机运动，控制水泵、风机、照明和报警器工作接收限位开关和编码器信号，并提供友好的人机交互界面，包括液晶显示、指示灯、调速旋钮、控制按钮和远程手持控制等。通过变频器调整主轴电机转速并且反馈主电机的电流、扭矩等信息，实时了解切割机的运行状态。通过对循环冷却水泵、排烟风机、照明系统等的良好控制，保证切割机的稳定运行。整个系统框架如图1所示。

　　2系统硬件设计

　　系统设计重点为主控板和步进电动机驱动板。主控板以ARM7 s3c44130X为控制核心，实现对系统各部分的综合控制。步进电动机驱动板由两相步进电动机驱动芯片A3977sED及外围电路构成，具有半流控制和最大8细分功能，能够满足本系统没计需求。