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基于FPGA的手动折边机控制系统的设计与实现
“折边”是皮革加工的一项基本工艺,手动折边机对皮革产品的一致性、美观性及折边生产效率起着重要作用。目前,国内外对手动折边机的研究主要集中在上胶控制,自动上胶手动折边机、热熔手动折边机等。手动折边机在一定程度实现了上胶的智能控制,但现有手动折边机的折边运动控制仍然通过机械运动机构驱动和人工操作共同完成而手动折边机开发和研究在国外尚未见报道。本文提出了并实现了一种基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的数控手动折边机控制系统,该系统采用VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description)语言层次化、软硬件协同设计和模块化的程序设计方法,缩短了开发周期,增强了系统的可靠性,便于系统的升级。随着微处理器的发展,嵌入式技术在复杂工业控制中的应用日益广泛,基于FPGA-MCU的控制系统技术逐渐成为工业控制技术发展的方向。手动折边机控制系统是一种典型的机电控制系统,它是由不同性质、不同控制对象组合而成的多参数系统,既有多轴运动和位置控制,又有流量、温度的过程控制,是一个较为复杂的机电控制系统。若采用单片机为核心的微机控制系统,由于其程序的顺序控制复杂,控制对象多,使得CPU的工作负担过重,影响了系统实时性和稳定性。本文提出了一种ARM-FPGA架构的嵌入式工业控制系统的软硬件方案,ARM处理器负责人机接口界面以及与FPGA通讯,FPGA则负责多路I/O输出、温度检测和极限位置检测,其中I/O输出主要包括:多轴联动控制、存储器读写控制、流量控制、键盘扫描和温度信号采集等。在本控制系统中,FPGA占有重要地位,其嵌入式软核处理器(NiosⅡ)用于完成与ARM通信、数据处理以及各功能模块的任务调度,并凭借其较强的处理能力、灵活的配置方式使系统设计更为简单、灵活。本课题的数控手动折边机控制系统以FPGA为控制核心,具有板级设计简单、并行处理能力强、可移植性好等特点,不仅简化了外围集成电路和数据采集接口,增强了控制系统内部的数据交互能力,提高了手动折边机的自动化水平,也促进了手动折边机的数字化发展。