一种应用于常规吊钩式抛丸机的集成控制系统的制作方法

本发明涉及一种应用于常规吊钩式抛丸机的集成控制系统，属于抛丸机控制技术领域。

背景技术：

抛丸机是利用高速旋转的叶轮把丸、砂抛掷出去，高速撞击零件表面，达到表面处理要求的机械设备，抛丸机根据工艺和质量要求不同，可分为几种不同的抛丸机，其控制方式有所不同。抛丸机按铸件承载体的结构不同分为滚筒式抛丸机、链板式抛丸机、转台式抛丸机、台车式抛丸机、鼠笼式抛丸机和吊挂式抛丸机等。吊钩式抛丸机作为抛丸清理机的标准机型，这款抛丸机的生产效率相当高，灵活性跨度也相当大，是理想的清理强化设备，并且操作简便，只需将要处理的工件装载上机器，按下启动按钮，经过一个很短的时间，即完成了整个清理过程，清除掉所有粉尘和残余丸料，主要适用于各种中、大型铸件、锻件、焊件、热处理件的表面处理，包括易碎和形状不规则的工件。

吊钩抛丸机分常规产品(单钩系统和双钩系统)和非标产品。非标产品需要根据用户加工制作，控制系统也随之构建。常规吊钩抛丸机根据标准和厂家不同有所区别，控制需要也有所不同，其采用手动控制方式、自动和手动结合的控制方式。

对于常规吊钩式抛丸机的控制系统，有手动控制系统和半自动控制系统。控制系统的构建采用两种控制方式，1.采用时间继电器、转速表、计数仪、无线接收发射器组成；2.采用PLC控制器、终端显示屏或触摸屏、转速表、无线接收发射器组成。手动控制系统和半自动控制系统两种方式的控制原理如下：

1.手动控制：依次启动按钮，除尘-→提升-→打开大门-→吊钩吊起工件，到限，打到吊钩运行的轨道位置-→吊钩进，到限。关闭清理室门-→按下自转按钮(电机正反转交替)-→1、2抛丸电机按钮依次启动，延时一定时间抛丸阀打开-→到达设定时间，清理完后，抛丸阀自动关闭，同时抛丸电机停止运转。-→按下自转停止按钮—→打开抛丸室门—→吊钩退出，出到限，—→清理完毕后，依次按下按钮停止开关：提升、除尘。

2.半自动控制：需要人工配合，首先，通过遥控接收发射装置控制吊钩下降吊起工件，上升至一定位置，打到吊钩运行的轨道，然后沿轨道进入抛丸清理室，到达予定位置，自转电机启动。此时手动或自动关闭抛丸清理室大门，打开1、2号抛丸电机，经过一定时间后，自动开供丸闸，开始对工件进行抛丸清理。此时时间继电器开始计时。清理一定时间，停供丸阀，手动或自动打开清理室门，吊钩移出清理室。直至工作完毕，按顺序停机。在除尘电机停止后，振打电机运行，除去沉降箱中灰尘。

因此，常规吊钩式抛丸机的控制系统的目前两种方式均需要有大量的硬件设备，导致控制系统的硬件成本高，组装电气配电柜工作量大，且不能实现全自动的控制方法。

技术实现要素：

针对以上方法存在的不足，本发明提出了一种应用于常规吊钩式抛丸机的集成控制系统，其不仅集成度高，硬件成本低，节省大量配电柜连接线，减少组装电气配电柜工作量，而且能够实现手动、半自动和全自动三种工作方式。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

本发明实施例提供的一种应用于常规吊钩式抛丸机的集成控制系统，包括：

主控制器，用于进行数据获取和传输，以及操作指令执行，并对常规吊钩式抛丸机进行操作控制；

电葫芦遥控器，用于控制吊钩升降，进行工件吊起；

远程监控模块，用于远程监控电葫芦的运行情况和控制抛丸清理室大门的关闭；

操控显示模块，用于设定有关参数以及显示集成控制系统的数据；

视频模块，用于获取电葫芦和制抛丸清理室大门的位置信息。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述主控制器包括：

核心控制芯片，所述核心控制芯片采用STM8S207M微控制器；

输入电路，用于接收常规吊钩式抛丸机的控制指令和状态信号；

输出电路，用于驱动继电器来控制常规吊钩式抛丸机的工作；

GPRS模块，用于主控制器与远程监控模块进行远程通信；

无线接收模块，用于接收电葫芦遥控器的操作指令；

串行接口扩展电路，用于将一路串行接口分别与操控显示模块和视频模块连接。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述输入电路包括电阻R1、电阻R2、稳压二极D1、瓷片C1、电解质C2和光电隔离电路U1，电阻R1的一端接外部压力信号，另一端经过稳压二极D1与光电隔离电路U1的一输入端，光电隔离电路U1的另一输入端接MGND，瓷片C1和电解质C2并联在光电隔离电路U1的两个输入端之间，光电隔离电路U1的一输出端经过上拉电阻R2后与核心控制芯片连接，光电隔离电路U1的另一输出端接地。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述输出电路包括缓冲器74HC573、光隔电路、达林顿管驱动电路和继电器，核心控制芯片的控制输出端依次经过缓冲器74HC573、光隔电路和达林顿管驱动电路与继电器连接。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述GPRS模块采用SIM800C模块；所述无线接收模块采用TDA5211无线接收芯片。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述串行接口扩展电路包括多路开关、RS232串口和RS485串口，所述多路开关分别与RS232串口、RS485串口和STM8S207M微控制器的UART串口连接，RS232串口与操控显示模块连接，RS485串口与视频模块连接。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述主控制器还包括电源模块，用于为数字系统芯片和模拟系统芯片提供电源。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述电葫芦遥控器包括MSP430控制芯片、TDA5101发射芯片和若干个控制按键，所述MSP430控制芯片分别与主控制器、TDA5101发射芯片和控制按键连接。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述操控显示模块包括单片机STC89C58、显示屏和若干个操作按键，所述单片机STC89C58分别与主控制器、显示屏和操作按键连接。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述视频模块包括STM32F407VGT6芯片和摄像头，所述STM32F407VGT6芯片分别与主控制器和摄像头连接。

本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

本发明实施例的技术方案的一种应用于常规吊钩式抛丸机的集成控制系统，包括：主控制器，用于进行数据获取和传输，以及操作指令执行，并对常规吊钩式抛丸机进行操作控制；电葫芦遥控器，用于控制吊钩升降，进行工件吊起；远程监控模块，用于远程监控电葫芦的运行情况和控制抛丸清理室大门的关闭；操控显示模块，用于设定有关参数以及显示集成控制系统的数据；视频模块，用于获取电葫芦和制抛丸清理室大门的位置信息。本发明以高度集成为目的，设计的吊钩式集成抛丸机控制系统集无线遥控、视觉辨识动态状态、远程监控于一体，可以对抛丸机的不同工作模式和电机工作时间等参数的设置，集成度高，硬件成本低，节省了大量配电柜连接线，减少了组装电气配电柜工作量，省去了用PLC及仪表模块组件系统的软硬件人员；同时节省了调试工作。该控制系统软件功能强大，仅通过控制系统软件平台设置即可适宜不同种类的抛丸机。控制系统安装方便，抗干扰强，运行可靠，在行业得到了广泛应用。

本发明针对几款中小型常规吊钩式抛丸机设计了集成控制系统。该集成控制系统可以实现手动、半自动和全自动三种工作方式，通过显示屏设置可以实现不同类型的常规吊钩式抛丸机的控制。与传统常规吊钩抛丸机控制系统相比，本发明具有以下优点：

(1)集成度高。该集成控制系统包括控制器、无线通信模块、GPRS远程监控、独立操作显示模块、摄像模块、远程监控模块组成。

(2)成本低。该集成控制系统是传统的手动控制系统成本的1/3，是传统的半自动控制系统的1/5。

(3)减少控制柜大量连线。将独立的无线遥控系统融于到自动控制里，去掉许多的连锁互锁连线，方便调试和维护，减少故障点。

(4)通用性强，无须编程。集成控制系统的控制器将输入和输出的逻辑关系和每一路的时间间隔编制在程序中，按照工艺配好控制柜以后，通过显示屏简单设置对应关系、顺序启动时间间隔、抛丸时间即可调试应用。

附图说明：

图1是根据一示例性实施例示出的一种应用于常规吊钩式抛丸机的集成控制系统的原理框图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种应用于常规吊钩式抛丸机的集成控制系统的示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种输入电路的电路图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种操控显示模块的面板图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

图1是根据一示例性实施例示出的一种应用于常规吊钩式抛丸机的集成控制系统的框图。如图1所述，本发明实施例提供的一种应用于常规吊钩式抛丸机的集成控制系统，包括：

主控制器，用于进行数据获取和传输，以及操作指令执行，并对常规吊钩式抛丸机进行操作控制；

电葫芦遥控器，用于控制吊钩升降，进行工件吊起；

远程监控模块，用于远程监控电葫芦的运行情况和控制抛丸清理室大门的关闭；

操控显示模块，用于设定有关参数以及显示集成控制系统的数据；

视频模块，用于获取电葫芦和制抛丸清理室大门的位置信息。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述主控制器包括：

核心控制芯片，所述核心控制芯片采用STM8S207M微控制器；

输入电路，用于接收常规吊钩式抛丸机的控制指令和状态信号；

输出电路，用于驱动继电器来控制常规吊钩式抛丸机的工作；

GPRS模块，用于主控制器与远程监控模块进行远程通信；

无线接收模块，用于接收电葫芦遥控器的操作指令；

串行接口扩展电路，用于将一路串行接口分别与操控显示模块和视频模块连接。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述输入电路包括电阻R1、电阻R2、稳压二极D1、瓷片C1、电解质C2和光电隔离电路U1，电阻R1的一端接外部压力信号，另一端经过稳压二极D1与光电隔离电路U1的一输入端，光电隔离电路U1的另一输入端接MGND，瓷片C1和电解质C2并联在光电隔离电路U1的两个输入端之间，光电隔离电路U1的一输出端经过上拉电阻R2后与核心控制芯片连接，光电隔离电路U1的另一输出端接地。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述输出电路包括缓冲器74HC573、光隔电路、达林顿管驱动电路和继电器，核心控制芯片的控制输出端依次经过缓冲器74HC573、光隔电路和达林顿管驱动电路与继电器连接。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述GPRS模块采用SIM800C模块；所述无线接收模块采用TDA5211无线接收芯片。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述串行接口扩展电路包括多路开关、RS232串口和RS485串口，所述多路开关分别与RS232串口、RS485串口和STM8S207M微控制器的UART串口连接，RS232串口与操控显示模块连接，RS485串口与视频模块连接。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述主控制器还包括电源模块，用于为数字系统芯片和模拟系统芯片提供电源。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述电葫芦遥控器包括MSP430控制芯片、TDA5101发射芯片和若干个控制按键，所述MSP430控制芯片分别与主控制器、TDA5101发射芯片和控制按键连接。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述操控显示模块包括单片机STC89C58、显示屏和若干个操作按键，所述单片机STC89C58分别与主控制器、显示屏和操作按键连接。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述视频模块包括STM32F407VGT6芯片和摄像头，所述STM32F407VGT6芯片分别与主控制器和摄像头连接。

本发明的常规吊钩式抛丸机集成控制系统原理框图如图1所示。该集成控制系统主要由抛丸机主控制器模块、无线接收模块、电葫芦遥控器模块、远程GPRS模块、远程监控模块、操控显示模块、视频模块等组成。其工作原理如下。

首先在操控显示器上设定对应关系和时间常数，设定工作模式。

1.手动控制方式。

分别按主控制器的输入连接的按钮，通过注控制器的对于关系来控制相应的电机动作。

2.半自动控制方式。

即抛丸过程自动，电葫芦手动，其工作原理：首先，通过人工通过遥控接收发射装置控制吊钩下降吊起工件，上升至一定位置，打到吊钩运行的轨道，然后沿轨道进入抛丸清理室，到达预定位置，自转电机启动。此时手动或自动关闭抛丸清理室大门。启动自动按钮，自动开始，首先打开1、2号抛丸电机，经过设定的时间后，自动开供丸闸，开始对工件进行抛丸清理。此时控制器开始计时。当清理时间达到设定时间后，停供丸阀，手动或自动打开抛丸清理室大门，吊钩移出清理室。直至工作完毕，按预先设定的顺序停机。在除尘电机停止后，振打电机运行，除去沉降箱中灰尘。

这个过程可以启动远程GPRS模块和视频图像处理模块，视频把图像经过特征值的提取获得电葫芦和抛丸清理室大门的位置信息，这样用远程APP手机和计算机端软件，即可远程通过控制电葫芦的运行情况和关闭抛丸清理室大门时刻。在这个过程中不需要电葫芦遥控器。

3.全自动控制方式。

当工件挂接好，控制器通过视频图像处理模块获取电葫芦的轨迹情况，根据预设轨迹控制电葫芦的上升、下降、前进和后退状态，直至沿轨道进入抛丸清理室，到达预定位置，触碰到限位开关，自转电机启动。此时通过视频图像处理模块获取门状态，关闭抛丸清理室大门。自动开始，打开1、2号抛丸电机，经过设定的时间后，自动开供丸闸，开始对工件进行抛丸清理。此时控制器开始计时。当清理时间达到设定时间后，停供丸阀，自动打开抛丸清理室大门(视频确认)，吊钩移出清理室。直至工作完毕，按预先设定的顺序停机。在除尘电机停止后，振打电机运行，除去沉降箱中灰尘。

这个过程可以启动远程GPRS模块和视频图像处理模块，用远程APP手机和计算机端软件等远程监控模块来监控这个运行情况，并可以进行调整。

全自动控制过程不包括清理工件的挂钩过程。

如图1和图2所示，本发明的常规吊钩式抛丸机集成控制系统的结构组成如下。

1.主控制器

(1)核心控制芯片

STM8S207M是意大利半导体(ST)新系列微控制器芯片，整合新一代内核的高速度、处理性能和代码效率，以及多用途外设接口，并具备多项特殊功能，可提高芯片的强轫度和可靠性。片内集成的存储器(包括真EEPROM)可以简化应用仿真。在工业控制和家电广泛应用。STM8S系列产品可以降低系统成本，缩短应用开发周期，提高处理性能。该芯片最大特点是抗干扰能力强，适合交恶劣的现场环境。芯片具有128K程序存储器，80个管脚，68个I/O，主控制器不需要再扩展I/O芯片。不足之处是具有2个串行口，本集成控制系统需要三个串行口，故将一个串行口扩展为二个串行口功能。

(2)电源模块

电源部分我们三敏公司的双路隔离输出的模块电源，型号为SM-DLA30A-0512 12V/1.5A,5V/2A。模块电源的输入部分增加了EMC、EMI标准设计，通过抗干扰能力。

(3)输入电路

输入电路设计了16路输入，如图3所示。考虑到现场干扰情况，增加防干扰电路，除了采用U1(TLP181)光电隔离电路外，在输入端还增加R1限流，D1(BZX84C)稳压二极管确保外部输入电压达到一定值，防止串模和共模干扰，瓷片C1和电解质C2对高频和低频干扰信号滤波。

16路输入电路均一样，制定1路为提升机电机转速检测，故障报警电路。

(4)输出电路

输出电路设计16路，电路原理均一样：单片机输出信号经过缓冲器74HC573，再经过光隔电路(TLP181)给达林顿管驱动电路(ULN2803芯片)驱动继电器。通过继电器控制常规吊钩式抛丸机。

(5)GPRS模块

SIM800C是一款四频GSM/GPRS模块，为城堡孔封装。其性能稳定，外观小巧，性价比高，能满足该控制系统需求。SIM800C工作频率为GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现SMS和数据信息的传输。SIM800C小，能适用于紧凑型产品设计需求。该模块传送的数据仅为状态和电葫芦位置图，所以好耗流量很低。

(6)无线接收模块

无线接收芯片TDA5211的工作频段为314MHz～316MHz，芯片内集成了PLL频率合成器、VCO、高效的功率放大器和ASK/FSK调制电路，电源电压为2.1V～4V，工作电流小于7mA，提供低功耗模式。选用品牌的接受模块，通过可靠性。

(7)串行接口扩展电路

STM8S207M单片机有2个串行口，而该集成控制系统需要三个。GPRS模块占用一个，因为当需要该模块进行特征值传送时候需要实时双向通讯。摄像模块的工作需要主控制器进行控制，当需要摄像模块工作时候，可以启动该模块进行摄像、图像处理、特征值—状态提取，再发给主控制器，作为自动控制依据；操作显示模块当需要显示数据时候主控制器发送显示数据即可，所以这两个模块工作方式多数是单向通讯，仅在主控制器待机时候操控显示模块可以和主控制器双向通讯，实现数据设定。控制系统工作状态时可将2个模块设定为单向通讯即可。故此，我们采用多路开关CD4052来对其分时控制，实现操作显示模块RS232通讯和摄像模块RS485通讯模式。这样发挥该单片机可靠性优势，同时将单片机扩展成为三个串行通信口。

为了实现主控制器程序的通用性，设定1路(例如：#7)为提升机转速检测，设计原则为：输入回路的高电平或低电平持续时间不能大于设定值，否则报警；报警输出回路指定第7路，该输出回路除了提升机转速报警外还有抛丸时间到或其他故障报警；#1到#8路(不包括#7)程序设计都一样，输入输出一一对应，即当#N路输入信号有效，则#N路按照预先设定延时值进行输出。主控制器采用电平和脉冲两种输入信号触发方式：(1)当输入电平信号为高时，输出电路根据预先设定的延时值做输出，使继电器动作。当输入电平信号为低时，输出关闭，继电器释放；(2)当输入为脉冲触发时，输出立即有效，使继电器动作，并保持预先设定的延时值后释放，继电器断开。这样在实施过程中，只要根据工艺过程，顺序将各个输入端相连，就可以实现过程自动开启。主控制器在工作过程中实时将运行状态送给操控显示模块显示，并随时接受电葫芦遥控器控制指令；如果住控制器设置全自动控制模式，则定时获取摄像模块电葫芦的运行轨迹和抛丸机大门开关状态，调整电机运行时间间隔，实现全自动控制。

2.操控显示模块(操控显示器)

该模块设计考虑到成本问题选用51系列的单片机STC89C58，程序存储器32K，显示屏选用无汉字库、价格低廉的工业级OCM12864-2蓝屏，按键采用6个键来进行数值的设定，如图4所示。分别设置键、右移位键、数值增加键、确定键、上翻页键、下翻页键。串行口选用RS232与主控制器通讯。

操控显示模块在开机状态，可设置工作方式：手动、测试和工作方式，通过6个按键设置各路参数；在工作时候不允许参数设定。

3.视频模块(摄像模块)

摄像模块核心控制芯片选用STM32F407VGT6，用于进行图像的处理，提取电葫芦、门位置信息，摄像头选用500万像素型号：OV5640。

摄像模块拍摄制定区域的图像，进行图像处理，提取抛丸机的2个电葫芦和抛丸机门的3个位置状态信息，将这些信号方位传给主控制器。

4.电葫芦遥控器

电葫芦遥控器核心控制芯片选用低功耗MSP430芯片，发射芯片选用TDA5101，选用12个键，分别是开机键、急停键、#1电葫芦选择键、#1电葫芦上下左右方向控制四个键、#2电葫芦选择键、#2电葫芦上下左右方向控制四个键。

扫描各功能按键，进行相应的键值发射输出。为防止现场其他设备射频信号重叠，遥控器每发射一个功能信号前带48个用户号，同时每一个遥控器用户号不不一样，出厂时有计算机软件随机编排。

5.远程监控模块

远程监控模块包括安装远程终端APP软件的手机或计算机，远程监控模块通过GPRS模块获取主控制器的各部件状态信息，并在远程监控模块的显示屏做一个虚拟平台描述，这样可根据各部件状态信息进行远程操控。

本发明的工作过程为：根据预先安排的顺序连接好电气控制线路，开机设定有关参数：运行模式、各路继电器动作时间间隔，转速电平持续时间，抛丸时间等。该主控制器有三种状态：1.开机等待状态；2.参数设置状态；3.测试状态；4.抛喷工作状态。

再完成电气控制柜面板辅助功能设置后，即可按启动按钮进行工作。工作工程中可用电葫芦遥控器进行对电葫芦运行轨迹进行控制，也可以通过远程终端APP的虚拟平台进行操控。

本发明的集成控制系统不仅集成度高，硬件成本低，节省了大量配电柜连接线，减少了组装电气配电柜工作量，而且能够实现手动、半自动和全自动三种工作方式。它具有以下特点：

(1)集成一体。集控制器、无线接收发射模块、GPRS远程监控于一体。

(2)将操作显示模块、摄像模块、远程终端APP操控模块与主控制器组成集成控制系统。

(3)该集成控制系统实现全自动控制。

(4)减少控制柜大量连线。将独立的无线遥控系统溶于到自动控制里，去掉许多的连锁互锁连线，方便调试和维护，减少故障点。

(5)通用性强，无须编程。集成控制系统的控制器将输入和输出的逻辑关系和每一路的时间间隔编制在程序中，按照工艺配好控制柜以后，通过显示屏简单设置对应关系、顺序启动时间间隔、抛丸时间即可调试应用。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视作为本发明的保护范围。