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          LPS-5型精密磨拋機控制系統的設計

          發布時間:2021-7-28??????發布人:澤天傳感??????點擊:

          LPS-5型精密磨拋機是為加工澤天傳感的濺射薄膜壓力傳感器鋼杯表面而研制的專用磨拋處理設備,同時,該設備也可對多種不同規格、不同類型、不同特性的半導體材料實現高精度、低損傷的表面加工處理。LPS-5型精密磨拋機具備:磨拋方式、磨拋轉速、磨拋時間設定、顯示、磨拋過程自動控制、磨拋壓力可調、磨拋進度實時監測等特點。有效的確保了磨拋精度。

          一、系統概述

          LPS-5型精密磨拋機電氣控制系統具備了磨拋過程中的自動喂料、磨盤速度可調、磨拋時間可調和磨臂動作可控制等功能。電氣控制系統包括:磨盤驅動、磨臂驅動、自動喂料、主控CPU電路和系統監控部分。

          二、系統硬件

          1.LPS-5型精密磨拋機磨盤驅動系統

          包括直流伺服電機、伺服電機控制、DA轉換電路、參考電壓電路、信號調理電路等組成。系統框圖如圖1所示。

          磨盤驅動系統框圖

          LPS-5型精密磨拋機的磨盤驅動由主控CPU電路發出轉速信號(0-10VDC)給伺服電機控制器來控制電機的轉速。CPU將轉速數據發送到DA轉換電路轉換為相對應的模擬電壓信號。為提高電壓信號傳輸的抗干擾能力,對DA轉換得到的模擬電壓進行放大隔離后才送到伺服電機驅動器作為轉速控制信號。

          LPS-5型精密磨拋機磨盤驅動系統采用了德國LENZE公司生產的530系列永磁直流伺服驅動系統。該系統具有低速大慣量、調速范圍大、低速運行平穩和力矩波動小等特點,能夠很好的滿足生產工藝的要求。

          2. LPS-5型精密磨拋機的磨臂控制系統

          包括步進電機、步進電機控制器、脈沖發生電路等組成,磨臂控制框圖見圖2。

           磨臂控制系統框圖

          CPU接受磨臂控制按鍵的信號后,產生步進電機方向控制信號和步進脈沖序列。為提高方向信號和步進脈沖在傳輸中的抗干擾能力和保護主控CPU電路,對這兩路信號采取光電隔離傳輸的方式。步進電機控制器接受方向和步進信號后,驅動步進電機正確的運行,從而控制磨臂的動作。

          3.主控CPU電路

          主控電路包括按鍵處理電路、CPU電路和串口EEPROM組成。主要完成工作參數的設置、處理和保存,系統框圖見圖3。

          主CPU控制系統電路  

          按鍵處理電路采用專用處理芯片,該芯片最多可處理32個按鍵,能自動識別按鍵并發出該按鍵的代碼。從而大大減化了硬件電路和軟件的設計。

          CPU電路采用兩塊ATMEL公司的AT89C52單片機構成雙CPU控制電路,該單片機內帶384字節的RAM8K字節的FLASH ROM,晶振頻率可達到24MHZ。相當適用于中小型控制系統。主CPU主要負責對按鍵碼的處理、磨臂控制、工作定時和LCD顯示控制,輔CPU通過串口通訊從主CPU接受信息后對磨盤轉速和料桶進行控制。

          兩塊CPU共享一塊串口EEPROM,在工作過程中把各種參數存入EEPROM中,實現工作參數的掉電保存。

          4.自動喂料系統

          LPS-5型精密磨拋機的自動喂料系統包括料桶驅動電機等組成。在設備工作過程中,由料桶驅動電機驅動料桶旋轉,使磨液均勻的流到磨盤上。

          三、系統控制軟件

          1、LPS-5磨拋系統的磨盤控制

          LPS-5型精密磨拋機的磨盤控制軟件分為轉速按鍵的處理和DA轉換的控制。當按下轉速加一鍵,磨盤轉速增加1rpm;按下轉速減一鍵時,磨盤轉速減少1rpm。主CPU根據轉速計算具體的DA轉換數據的算法如下:(spd為磨盤轉速,P0DA轉換數據)

            if((spd%2) == 0)

              { P0 = (spd/2) * 5;}            //轉速為偶數轉時

            else

              { P0 = ((spd/2 + 1) * 5-3);}   //轉速為奇數轉時

          DA轉換電路的控制流程圖見圖4。當控制器使能后,根據轉速計算出DA轉換值,然后CPU發出信號選通DA轉換器的輸入寄存器,將DA轉換數據存入DA轉換器。再發出信號選通DA轉換器的DA寄存器,啟動DA轉換。

          DA轉換控制流程圖

          2、磨臂控制

          LPS-5型精密磨拋機的磨臂的控制包括磨臂初始化的動作和磨臂擺動工作模式的動作。通過編程,單片機可發出頻率、周期、占空比可調的步進驅動脈沖串。使用這些脈沖串可以很方便的控制磨臂進行各種動作。

          磨臂初始化的主要任務是檢測磨臂內外限位開關是否正常工作,設備開機時候,磨臂可能處于三種位置:外限位、內限位和內外限位之間。進入磨臂初始化程序后,檢測當前的磨臂位置然后根據圖5所示的流程進行動作。

           磨臂初始化控制流程

              當精密磨拋機工作在擺動模式下,磨臂可以自主進行擺動。用戶只需設置磨臂內外擺動的范圍,如果范圍超出磨臂限位開關限制的范圍則發出警報提示用戶重新設置范圍。設置完畢后,啟動擺動模式,磨臂以當前位置為中點,進行內外擺動??刂屏鞒虉D見圖6。

          3.按鍵處理

          由于采用了專用鍵盤芯片,按鍵處理程序非常簡單,流程圖見圖7。當有鍵按下時,鍵盤處理芯片發出信號引發按鍵中斷。并向單片機發出按鍵代碼。單片機進入中斷處理程序讀出按鍵代碼,調用相關的功能子程序。

          4.顯示及系統監控

          LPS-5精密磨拋機的所有工作參數和工作狀態都顯示在一塊240*128的液晶顯示器上,單片機通過并口通訊控制液晶屏的顯示。

          設備上電后,控制系統首先進行自檢。包括對EEPROM、主單片機、輔單片機進行檢測。如有故障,則報警提示操作者。

          主單片機的工作監控采用了專用監控芯片,該芯片具備上電復位、電源電壓監控和看門狗功能,可有效地保證主CPU正常工作。

          擺動模式下磨臂控制流程/按鍵程序流程圖              

          四、總結

          LPS-5精密磨拋機樣機已完成安裝調試,并在澤天傳感的生產線上成功投入運行,對磨拋的傳感器鋼杯表面檢測表明,完全可以滿足后道工序的工藝要求,結果說明,LPS-5精密磨拋機的電氣控制系統具有控制精度高、操作簡單靈活、可靠性好、經濟性好等特點。

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