通讯和汽车工业的快速开展促进了钢联线工业的迅猛开展。钢联线是通讯电缆和轮胎的重要组成部分，其质量直接影响着通讯的效果、轮胎的质量、质量和等级。拉丝机是钢联线的首要出产设备。针对当时首要选用PLC完成拉丝机操控体系的情况[1]，本文提出了根据ARM和FPGA的拉丝机操控体系，运用先进的操控器结构，技能含量高，安稳性好，向上层软件供给了杰出的硬件接口，易于移植，并且本钱低，能够代替PLC进行出产操控。
1 拉丝机体系结构和原理
1.1拉丝机工艺进程
拉丝机品种较多，关于不同要求、不同精度规矩的产品，不同的金属物料，可挑选不同规范的拉丝机械。虽然拉丝工艺不同，但其作业进程基本上能够划分红放线、拉丝、收线3部分工艺进程[2]。如图1为拉丝机工艺进程简图。
未拉的丝经过一个阻力设备（一般是一个夹板之类的东西，用来供给必定的张力，一起也起到了避免跳线的效果），进入细拉槽，即放线环节；进入细拉槽的丝在细拉塔轮和微拉塔轮的屡次拉制后，成为所需求的丝，此刻经过测速传感器测出速度信号为n1；被拉细后的丝经过滑差轮，该轮的效果首要是坚持安稳张力；然后丝再经过测速轮，该轮的效果便是测出当时拉丝的线速度，经过测速传感器测出转速信号为n2；经过测速轮的丝再经过一个中间环节，然后经过摆丝杆，最终把丝绕到卷轴上，即收线环节[2-3]。
1.2 拉丝机操控器体系
体系的操控计划首要有以下4部分：
(1) 放丝伺服的恒线速度操控
要求放丝电机能够最大程度地抗干扰，能够尽量在一个安稳的速度下运转，一起还要具有滑润的加减速功用。由于体系在发动开端时，要以一个比较低的速度来运转,然后操作人员在HMI上经过总线把电机手动加快到适宜的速度才开端拉丝，一起在停机时也要求电机能够滑润地把速度降下来[4]。
(2) 调理伺服的跟从操控
调理伺服驱动器直径接纳拉丝伺服电机高速脉冲的信号，按必定的电子齿轮比跟从放线速度，以确保出丝的线速度，一起与卷绕伺服做到了很好的和谐，确保体系张力操控的安稳性[4]。
(3) 卷绕伺服的恒张力操控
要求卷绕伺服在半径不断增大的情况下坚持与调理伺服的线速度持平，以确保绕出来的线滑润、不塌边，进步线丝的成质量量。而要完成恒线速度操控，有必要经过一个反应回路来检测实践的绕线轮的线速度。先经过层数大致核算出绕线轮的半径，然后再得到大致的卷绕电机的转速，最终再加上PID差错核算结果，这样得到的线速度才比较准确，也便是线速度差最小[5]。
(4) 摆丝方位操控
摆丝的操控首要是确保绕制出来的线均匀地摆放在线轴上。
2 硬件体系规划
拉丝机操控器硬件原理框图如图2所示。选用STMicroeletronics 公司ARM7TDMI 系列嵌入式处理器 STR712F作为操控器，能满意拉丝机张力调理进程对实时性、高速性和准确性，一起具有高功能低功耗的特色，片内资源丰富，具有极高的集成度，支撑工业级运用。
考虑到拉丝机操控目标杂乱，需求较多的输入输出口，本体系还在ARM芯片外扩展了1片FPGA芯片(选用Actel公司的A3P060)。
2.1 ARM主操控板规划
ARM主操控板是整个硬件体系的中心，包含ARM主芯片（STR712F）、SRAM、Flash、LCD接口、SPI接口(可选）、FPGA接口、串口、CAN接口、JTAG调试接口等[6]。
主操控板规划完成后，在此操控板上移植Linux操作体系，运用程序、驱动程序和操作体系存储于主操控板的Flash芯片；LCD接口用于扩展液晶显现器，该主控板能够支撑128×64的液晶显现器；FPGA接口用于扩展FPGA协操控器板；JTAG接口和串口在调试时运用。
ARM主控板选用中心板和基板的结构，以节省本钱。中心板包含STR712F处理器、SRAM、Flash芯片等，选用4层板布线；其他部分悉数放置在基板，选用2层板布线。
ARM与FPGA的通讯选用SPI总线协议——串行通讯协议的方法完成。ARM与FPGA交流数据选用帧的方法进行，每帧包含数据位、地址位、FPGA触发位和指令解说位等，ARM经过发送相应的帧来操控FPGA的履行。故主操控板上的FPGA接口由IO口、中断线、地线和电源线等组成。
2.2 FPGA协处理器规划
FPGA协处理器的硬件电路首要包含电源、晶振、FPGA电路、驱动电路等部分。协处理器及外接电路框架结构如图3所示。
协处理器电路与ARM板通讯，解析ARM宣布的指令并履行，首要包含读传感器指令（方位信号、计数信号、光电信号、发动信号、运转信号、复位信号、停机信号等）、主电机操控指令、主风机操控指令、收线电机操控指令、收线风机操控指令、主变频器操控指令、收线变频器操控指令等，合计24路输入和16路输出。该部分是整个硬件操控电路的要害，起到桥梁的效果，前端面向主处理器，后端直接面向各机械驱动电路。
2.3 掉电数据维护电路模块
掉电数据维护电路由DS1302ZN接口电路、AT45DB021B接口电路、MAX706掉电检测电路和预警比较电路组成。
2.4 通讯接口电路
全主动拉丝机体系是一种对速度操控要求高的机械设备，要求操控体系能够供给十分准确、滑润的线速度。整个体系比较杂乱，操控设备繁复，各个电机之间要求很高的和谐性。本体系选用4套伺服电机操控，而每套伺服电机间均有数据交流，且数据通讯也要求很强的实时性，也便是要求体系具有总线通讯才干。这样就要求伺服驱动器具有十分强壮的功用才干满意操控要求。
因而，在这儿挑选了自带CAN总线的ARM7，选用了规范的CANopen协议，能够传送和接纳PDO、SDO，以满意体系对实时通讯数据的要求。本体系的驱动器也集成了PROFIBUS接口，可是价格比较贵重，选用CAN总线既满意了操控要求，又为客户节省了本钱。
2.5 高速计数模块
体系扩展两路高速计数口，其间一路用来记载现场作业车速，以此核算出拉丝长度，另一路用来核算班产累计、拉丝总长、拉丝时刻等工艺参数。这儿选用高速光耦HCPL0611将该口扩展为高速计数口。操控器具有高速脉冲计数才干，能够收集高速脉冲信号，然后核算出进丝线速度，然后经过PDO传送给收卷伺服驱动器，该伺服驱动器根据此转速主动调理本身转速，然后到达操控线张力的意图。
2.6 人机界面模块
为了便于用户办理和操作，增加了一个拉丝机工艺参数显现设定模块，STR712F经过一路自带的UART串行口与该显现模块（触摸屏）进行通讯。体系人机界面选用带有RS485通讯口的Easy View系列触摸屏，经过RS485通讯方法与中心操控单元衔接。设置参数包含：拉丝直径、体系发动、泊车、跳卷、线速度设定、收卷点动、断线维护有用、防护罩有用、报警、PID参数等。经过该模块可操控拉丝长度和时刻，完成定长或守时收丝。使用该模块还可直接对CPU内的计时器、计数器、变量存储器等进行拜访。在体系呈现报警时，触摸屏上可及时显现体系的毛病，便利用户及时扫除，进步了对出产设备的办理和操作的功率。
2.7 电平转化模块
本体系内各个模块供电电压有24 V、5 V、3.3 V、1.5 V等，因而，规划了专门的电平转化电路，这儿选用低功耗正向电压调理器D2405S/2 W，它有很低的静态电流，功能价格比高。
2.8 其他部分电路规划
除了以上评论的几部分电路外，由所以变频器驱动机械作业，故规划了变频调速通讯模块；一起考虑到现场恶劣的出产环境，选用了一系列抗干扰技能，如硬件上选用光电输入输出阻隔、继电器线圈RC吸收等。为了确保数据和程序有满足的寄存空间，经过I2C总线扩展了一个外部EEPROM。
3 软件规划
本体系程序选用模块化规划，以有利于体系晋级和代替。首要模块有预备模块、体系初始化模块、张力操控模块、传感器信号收集模块、核算处理模块、毛病及报警模块、通讯模块、数据存储模块等，其间张力操控模块是本设备程序规划的要害并且是难点，它包含采样模块、核算处理模块、输出模块和调整模块。整个进程比较杂乱，涉及到汇编程序、C言语程序、驱动程序、调试程序等。操控程序流程图如图4所示。
本体系选用CAN总线通讯，增强了体系的抗干扰才干；伺服内部算法主动核算本身转速，体系呼应及时，张力操控妥当。本体系支撑串口设备，便于人机交互，整个体系可移植性强，对国内拉丝机操控体系的开展具有必定推进效果。该体系带来了功率（拉丝速度）、质量（拉丝直径）的进步，一起也降低了体系归纳本钱。体系已成功运用于工业现场并能够长时刻安稳运转，能主动检错，易于晋级。运转结果表明，它的操控功能能够与PLC操控体系相媲美。
