基于DSP和现场总线技术的轴快流CO2激光器控制系统

论文摘要

随着工业生产规模的不断扩大,大功率轴快流CO2激光器加工系统要进行监控的变量和待处理的数据量越来越大,实时性和精度要求以及对系统的集成化程度要求越来越高。通过分析当前轴快流CO2激光器控制系统存在的不足,提出了基于DSP和现场总线技术的新型控制系统。该控制系统能够简化激光器的硬件结构,提高激光器智能化程度,降低布线及维护难度和成本,与以往的轴快流CO2激光器控制系统相比具有更广阔的应用前景。本文重点研究了基于DSP2407的核心控制装置以及现场总线的设计方法。首先,根据设计要求对控制系统进行了总体设计。采用了多电源供电系统,详细分析了激光器控制信号及故障信息,设计了“DSP主机板+接口板”的硬件结构,采取了光隔、无源滤波、过压保护、四层PCB结构等硬件抗干扰措施,同时设计了软件自诊断功能提高了系统的可靠性和稳定性。其次,在总体设计的基础上对控制系统进行了详细的硬件设计。选用TMS320LF2407型号DSP芯片作为核心控制芯片,采用MAXII系列CPLD弥补了DSP2407外部接口资源的不足,实现了以下模块设计:DSP2407最小系统、IO口和外围芯片控制逻辑扩展、存储空间扩展、CAN总线模块、USB数据存储模块、以太网远程诊断模块设计、数字量输入及输出电路、模拟量采集电路以及通信电路等。然后,详细设计了轴快流CO2激光器的现场总线结构,对CAN、PROFIBUS、MODBUS现场总线的智能控制单元结构、功能、通信报文格式和软件实现方法进行了研究。最后,采用QuartusII软件对CPLD扩展程序进行了设计和仿真。采用TI公司开发的CCS3.1软件平台进行了DSP程序的开发,实现了激光器自动控制流程、AD采样及滤波程序、与上位机通信程序设计。同时模拟了激光器信号并进行了控制系统的调试,基本达到控制要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 国内外发展现状及发展趋势
• 1.2 课题研究内容及意义
• 1.3 本文主要章节内容
• 2 激光器控制系统概述'>2 轴快流CO₂激光器控制系统概述
• 2 激光器的结构及工作原理'>2.1 轴快流CO₂激光器的结构及工作原理
• 2.2 控制系统总体设计
• 2.3 激光器故障诊断说明
• 2.4 主要器件选型
• 2.5 本章小结
• 2 激光器DSP 控制系统硬件设计'>3 轴快流CO₂ 激光器DSP 控制系统硬件设计
• 3.1 主机板电路设计
• 3.2 接口板电路设计
• 3.3 硬件抗干扰措施
• 3.4 本章小结
• 2 激光器现场总线技术'>4 轴快流CO₂激光器现场总线技术
• 4.1 CAN 现场总线设计
• 4.2 PROFIBUS 现场总线设计
• 4.3 MODBUS 现场总线的设计
• 4.4 本章小结
• 2 激光器控制系统软件设计'>5 轴快流CO₂激光器控制系统软件设计
• 5.1 CPLD 软件设计
• 5.2 DSP 程序设计
• 5.3 软件自诊断功能设计
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 课题研究总结
• 6.2 课题研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 主机板PCB
• 附录2 接口板PCB
• 附录3 CAN 总线智能控制板PCB
• 附录4 控制系统实物图