双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置

摘要

一种双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置，包括：主控制模块以及分别与主控制模块连接的电子尺数据采集模块、伺服电机驱动和编码器模块、感应限位开关模块、人机界面模块、通讯接口模块和存储器模块；主控制模块包括嵌入式ARM微处理器、报警输出模块、电源模块、复位电路和JTAG调试接口电路，主控制模块的嵌入式ARM微处理器与PLC的输入、输出端口连接，接受PLC主机发出的启动旋转方向信号和复位信息，向PLC主机发送顺时针和逆时针旋转已定位信息。该装置设有专用的人机界面装置，能实现高精度的旋转定位、不影响用户程序执行的周期，具有多种通讯方式实现与控制系统人机界面的交互或与上位计算机的通讯；装置性价比高。

权利要求

1.一种双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置，其特征在于：该旋转定位控制装置包括：主控制模块（Ⅰ）以及分别与主控制模块（Ⅰ）连接的电子尺数据采集模块（Ⅱ）、伺服电机驱动和编码器模块（Ⅲ）、感应限位开关模块（Ⅳ）、人机界面模块（Ⅴ）、通讯接口模块（Ⅵ）和存储器模块（Ⅶ）；

所述主控制模块（Ⅰ）包括嵌入式ARM微处理器（11）、报警输出模块（12）、电源模块（13）、复位电路（14）和JTAG调试接口电路（15），报警输出模块（12）、电源模块（13）、复位电路（14）和JTAG调试接口电路（15）分别与嵌入式ARM微处理器（11）相连接，嵌入式ARM微处理器（11）与PLC的输入输出端口连接； 嵌入式ARM微处理器（11）为主控制模块（Ⅰ）的控制核心，其功能是实现对组成主控制模块（Ⅰ）的其它模块的调节和控制，以及对电子尺数据采集模块（Ⅱ）、伺服电机驱动和编码器模块（Ⅲ）和感应限位开关模块（Ⅳ）的数据采集，对伺服电机驱动和编码器模块（Ⅲ）、人机界面模块（Ⅴ）、通讯接口模块（Ⅵ）和存储器模块（Ⅶ）的控制，报警输出模块（12）在嵌入式ARM微处理器自检、以及在嵌入式ARM微处理器检测电子尺数据采集模块、编码器模块和感应限位开光模块的信息时进行判断，如果有故障时发出声、光报警信号，同时在人机界面模块上显示故障类型；电源模块（13）为系统提供直流电源，复位电路（14）为系统电路提供复位信号，JTAG调试接口电路（15）提供调试接口便于与外接电路相连，实现对旋转定位控制装置的硬件和软件的调试；

主控制模块（Ⅰ）的嵌入式ARM微处理器（11）与PLC的输入、输出端口连接，接受PLC发出的启动旋转方向信号和复位信息，向PLC发送顺时针和逆时针旋转已定位信息；

电子尺数据采集模块（Ⅱ）包括逆时针旋转定位电子尺（23）、顺时针旋转定位电子尺（22）和信号调理电路（21），逆时针旋转定位电子尺（23）和顺时针旋转定位电子尺（22）分别通过信号调理电路（21）与主控制模块（Ⅰ）的嵌入式ARM微处理器（11）内嵌的A/D转换器连接；逆时针旋转定位电子尺（23）、顺时针旋转定位电子尺为主控制模块（Ⅰ）提供精确的旋转定位信息；

所述伺服电机驱动和编码器模块（Ⅲ）包括伺服电机驱动器（31）、伺服电机（32）和编码器（33），伺服电机驱动器（31）分别与嵌入式ARM微处理器（11）和伺服电机（32）连接、并驱动伺服电机（32）运行，编码器（33）安装在伺服电机（32）的转轴上，编码器（33）的输出端与主控制模块（Ⅰ）的嵌入式ARM微处理器（11）连接；其作用是根据电子尺检测的数据计算、并输出与定位位置相应的脉冲个数，反馈伺服电机的旋转角度，控制伺服电机的启停运行； 所述感应限位开关模块（Ⅳ）包括光电隔离与电平转换模块（41）、顺时针旋转限位与逆时针旋转加速启动位开关（42）、逆时针旋转制动起始位与顺时针旋转加速停止位开关（43）、顺时针旋转制动起始位与逆时针旋转加速停止位开关（44）和逆时针旋转限位与顺时针旋转加速启动位开关（45），顺时针旋转限位与逆时针旋转加速启动位开关（42）、逆时针旋转制动起始位与顺时针旋转加速停止位开关（43）、顺时针旋转制动起始位与逆时针旋转加速停止位开关（44）和逆时针旋转限位与顺时针旋转加速启动位开关（45）分别通过光电隔离与电平转换模块（41）与主控制模块（Ⅰ）的嵌入式ARM微处理器（11）连接；为主控制模块（Ⅰ）提供精确旋转控制与限位信息；

所述人机界面模块（Ⅴ）与主控制模块（Ⅰ）相连，为用户与小型PLC的被控对象提供交互界面，显示PLC的被控对象的运行状态；

所述通讯接口模块（Ⅵ）或是同时包括UART接口模块（61）和USB接口模块（62）或是仅仅包括USB接口模块（62），UART接口模块（61）为主控制模块（Ⅰ）与控制系统人机界面提供通讯接口，实现旋转定位控制装置与控制系统人机界面的交互；USB接口模块（62）为主控制模块（Ⅰ）与上位计算机的联机提供通讯接口，实现旋转定位控制装置与上位计算机的通讯；

所述存储器模块（Ⅶ）作为旋转定位控制装置的存储装置，用于存储人机界面模块（Ⅴ）显示的处理信息以及实时检测数据。

2.根据权利要求1所述的双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置，其特征在于：所述的人机界面模块（Ⅴ）或是同时包括彩色LCD显示模块（52）、键盘输入模块（51）和触模屏输入模块（53），或是只包括彩色LCD显示模块（52）与键盘输入模块（51）或彩色LCD显示模块（52）与触模屏输入模块（53）；所述的彩色LCD显示模块（52）由彩色液晶显示屏（522）和液晶驱动模块（521）构成，彩色液晶显示屏（522）通过液晶驱动模块（521）与主控制模块（Ⅰ）的嵌入式ARM微处理器（11）连接；所述的键盘模块（51）由键盘（512）和键盘控制模块（511）组成，键盘通过键盘控制模块（511）与主控制模块（Ⅰ）的嵌入式ARM微处理器（11）内部的A/D端口连接；所述触模屏模块（53）由触模屏（532）和触模屏控制模块（531）组成，触模屏（532）通过触模屏控制模块（531）与主控制模块（Ⅰ）的嵌入式ARM微处理器（11）连接。

3.根据权利要求1所述的双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置，其特征在于：所述通讯接口模块（Ⅵ）的UART接口模块（61）由UART控制器（611）、RS-232转换器（612）和UART收发器（613）构成，UART控制器（61）与嵌入式ARM微处理器（11）连接，RS-232转换器（612）分别与UART控制器（611）和UART收发器（613）连接， UART接口模块（61）作为主控制器模块（Ⅰ）与控制系统人机界面连接的通讯接口，一是向控制系统人机界面传输旋转定位控制装置的的动态运行和参数设置信息，二是使高精度旋转定位控制装置能接收控制系统人机界面发来的控制命令、在控制系统人机界面上实现对被控对象的监控；

所述USB接口模块（62）由USB控制器（621）和USB收发器（622）构成，USB控制器（621）与嵌入式ARM微处理器（11）连接，USB收发器（622）与USB控制器（621）连接，USB接口模块（62）为主控制器模块（Ⅰ）与上位计算机连接提供接口，向上位计算机传输被控对象的动态运行和参数设置信息以及历史数据，供上位计算机进行数据分析，实现主控制器模块（Ⅰ）与上位计算机的数据通讯。

4.根据权利要求1所述的双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置，其特征在于：所述存储器模块（Ⅶ）包括Nor FLASH存储器（71）、SDRAM存储器（72）和Nand FLASH存储器（73），Nor FLASH存储器（71）、SDRAM存储器（72）和Nand FLASH存储器（73）分别与主控制模块（Ⅰ）的嵌入式ARM微处理器（11）连接，实现ARM微处理器对存储器的操作控制，Nor FLASH存储器（71）用来存储操作系统及系统程序的目标代码映像文件，Nand FLASH存储器（73）存放人机界面模块（Ⅴ）的处理信息及实时检测数据，SDRAM存储器（72）为系统数据采集、动态运行和通讯数据处理提供空间。

说明书

双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置

技术领域

[0001] [0001]本发明涉及一种可编程控制器(PLC)的伺服电机控制装置，尤其涉及一种以嵌入式ARM微处理器为控制核心的双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置。

背景技术

[0002] 双工位塑料注吹中空成型机的双工位是指有2排注射吹塑芯模组，一排在注射成型工作状态时，另一排处在吹塑成型工作状态，各自完成注射成型、吹塑成型之后，2排注射吹塑芯模组需要旋转180°，其旋转过程是塑料注吹中空成型机相对独立的工序，所以要求高速，能够控制其顺时针和逆时针旋转，顺时针和逆时针旋转的停止位置需要精确定位，否则将导致注射成型的管坯和吹塑成型的产品不合格。其高精度旋转定位控制装置是双工位塑料注吹中空成型机确保中空成型质量的一个重要控制装置。当前主要使用PLC厂家配置的特殊功能模块，可以应用脉冲发生器、伺服驱动器、伺服电机，伺服电机配置编码器作为伺服电机旋转角度实时状态的反馈信号来构成高精度旋转定位控制装置。此类定位控制装置存在如下不足：1、其人机界面因为不是专门针对双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位设计的人机界面，致使针对塑料注吹中空成型机吹塑成型模具的大小以及旋转盘半径的变化的不同情况，设置控制参数和控制算法的选择不直观，旋转实时动态位置参数需要通过PLC编程传输给控制系统人机界面才能够予以显示；2、为了达到高精度的定位控制需要选用12位数据的电子尺，配置A/D转换模块，需要编制1200多步的PLC执行程序，增加PLC执行时间，进而导致PLC用户程序执行周期的增加，影响了双工位塑料注吹中空成型机的快速运行；3、其控制电路方式不能够与上位计算机通讯，不能够详细地观察和分析其动态运行状态曲线；4、装置成本高。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置(以下简称：旋转定位控制装置)，该旋转定位控制装置设有专用的人机界面装置，能实现高精度的旋转定位、不影响用户程序执行的周期，具有多种通讯方式实现与控制系统人机界面的交互或与上位计算机的通讯、实现对装置的监控和历史数据的分析；装置性价比高；以克服已有技术所存在的上述不足。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置，包括：主控制模块、电子尺数据采集模块、伺服电机驱动和编码器模块、感应限位开关模块、人机界面模块、通讯接口模块和存储器模块；所述主控制模块包括嵌入式ARM微处理器、报警输出模块、电源模块、复位电路和JTAG调试接口电路，报警输出模块、电源模块、复位电路和JTAG调试接口电路分别与嵌入式ARM微处理器相连接，嵌入式ARM微处理器与PLC的输入输出端口连接；嵌入式ARM微处理器为主控制模块的控制核心，其功能是实现对组成主控制模块的其它模块的调节和控制，以及对电子尺数据采集模块、伺服电机驱动和编码器模块和感应限位开关模块的数据采集，对伺服电机驱动和编码器模块、人机界面模块、通讯接口模块和存储器模块的控制，报警输出模块在嵌入式ARM微处理器自检、以及在嵌入式ARM微处理器检测电子尺数据采集模块、编码器模块和感应限位开光模块的信息时进行判断，如果有故障时发出声、光报警信号，同时在人机界面模块上显示故障类型；电源模块为系统提供直流电源，复位电路为系统电路提供复位信号，JTAG调试接口电路提供调试接口便于与外接电路相连实现对旋转定位控制装置的硬件和软件的调试；主控制模块的嵌入式ARM微处理器与PLC的输入、输出端口连接，接受PLC发出的启动旋转方向信号和复位信息，向PLC发送顺时针和逆时针旋转已定位信息；电子尺数据采集模块包括逆时针旋转定位电子尺、顺时针旋转定位电子尺和信号调理电路，逆时针旋转定位电子尺和顺时针旋转定位电子尺分别通过信号调理电路与主控制模块的嵌入式ARM微处理器内嵌的A/D转换器连接；逆时针旋转定位电子尺、顺时针旋转定位电子尺为主控制模块提供精确的旋转定位信息；所述伺服电机驱动和编码器模块包括伺服驱动器、伺服电机和编码器，伺服电机驱动器分别与嵌入式ARM微处理器和伺服电机连接、并驱动伺服电机运行，编码器安装在伺服电机的转轴上，编码器的输出端与主控制模块的嵌入式ARM微处理器连接；其作用是根据电子尺检测的数据计算、并输出与定位位置相应的脉冲个数，反馈伺服电机的旋转角度，控制伺服电机的启停运行；所述感应限位开关模块包括光电隔离与电平转换模块、顺时针旋转限位与逆时针旋转加速启动位开关、逆时针旋转制动起始位与顺时针旋转加速停止位开关、顺时针旋转制动起始位与逆时针旋转加速停止位开关和逆时针旋转限位与顺时针旋转加速启动位开关，顺时针旋转限位与逆时针旋转加速启动位开关、逆时针旋转制动起始位与顺时针旋转加速停止位开关、顺时针旋转制动起始位与逆时针旋转加速停止位开关和逆时针旋转限位与顺时针旋转加速启动位开关分别通过光电隔离与电平转换模块与主控制模块的嵌入式ARM微处理器连接；为主控制模块提供精确旋转控制与限位信息；所述人机界面模块与主控制模块相连，为用户与小型PLC的被控对象提供交互界面，显示PLC的被控对象的运行状态；所述通讯接口模块或是同时包括UART接口模块和USB接口模块或是仅仅包括USB接口模块，UART接口模块为主控制模块与控制系统人机界面提供通讯接口，实现旋转定位控制装置与控制系统人机界面的交互；USB接口模块为主控制模块与上位计算机的联机提供通讯接口，实现旋转定位控制装置与上位计算机的通讯；所述存储器模块作为旋转定位控制装置的存储装置，用于存储人机界面模块显示的处理信息，以及实时检测数据。

[0005] 其进一步的技术方案是：所述的人机界面模块或是同时包括彩色LCD显示模块、键盘输入模块和触模屏输入模块，或是只包括彩色LCD显示模块与键盘输入模块或是彩色LCD显示模块与触模屏输入模块；所述的彩色LCD显示模块由彩色液晶显示屏和液晶驱动模块构成，彩色液晶显示屏通过液晶驱动模块与主控制模块的嵌入式ARM微处理器连接；所述的键盘模块由键盘和键盘控制模块组成，键盘通过键盘控制模块与主控制模块的嵌入式ARM微处理器内部的A/D端口连接；所述触模屏模块由触模屏和触模屏控制模块组成，触模屏通过触模屏控制模块与主控制模块的嵌入式ARM微处理器连接。

[0006] 所述通讯接口模块的UART接口模块由UART控制器、RS-232转换器和UART收发器构成，UART控制器与嵌入式ARM微处理器连接，RS-232转换器分别与UART控制器和UART收发器连接，UART接口模块作为主控制器模块与控制系统人机界面连接的通讯接口，一是向控制系统人机界面传输旋转定位控制装置的的动态运行和参数设置信息，二是使高精度旋转定位控制装置能接收控制系统人机界面发来的控制命令、在控制系统人机界面上实现对被控对象的监控；所述USB接口模块由USB控制器和USB收发器构成，USB控制器与嵌入式ARM微处理器连接，USB收发器与USB控制器连接，USB接口模块为主控制器模块与上位计算机连接提供通讯接口，向上位计算机传输被控对象的动态运行和参数设置信息以及历史数据，供上位计算机进行数据分析，实现主控制器模块与上位计算机的数据通讯。

[0007] 所述存储器模块包括Nor FLASH存储器、SDRAM存储器和Nand FLASH存储器，Nor FLASH存储器、SDRAM存储器和Nand FLASH存储器分别与主控制模块的嵌入式ARM微处理器连接，实现ARM微处理器对存储器的操作控制，Nor FLASH存储器用来存储操作系统及系统程序的目标代码映像文件，Nand FLASH存储器存放人机界面模块的处理信息及实时检测数据，SDRAM存储器为系统数据采集、动态运行和通讯数据处理提供空间。

[0008] 由于采用以上结构，本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置具有以下有益效果：1、旋转定位精度高：本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置应用12位数据精度的电子尺检测定位位置，应用编码器反馈伺服电机的旋转角度，当旋转将要达到定位位置时，电子尺的检测数据开始变化，同时也检测编码器输出脉冲的频率和个数(上述脉冲个数的计算是：按照设计，本发明旋转装置旋转180°，编码器输出6565个左右的脉冲，大约每个脉冲使旋转装置旋转180°/6565＝0.0274181°，最终由定位电子尺的定位信息来确定脉冲的个数)，根据电子尺的检测数据计算出到定位位置编码器将应该输出的脉冲个数，装置的控制按照这2个数据控制伺服电机的运行和停机，达到精确定位的目的。

[0009] 2、具有多种通讯方式，实现对装置的监控和历史数据的分析：本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的通讯接口模块包括UART接口模块和USB接口模块，其UART接口模块与控制系统人机界面连接，传输本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的动态运行和参数设置信息，接收控制系统人机界面发来的控制命令，在控制系统人机界面上实现对本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的监控，不需要PLC主机编制本发明装置与控制系统人机界面之间交互的程序；将USB接口模块与计算机连接，可向上位计算机传输高精度旋转定位控制装置的动态运行和参数设置信息以及历史数据，上位计算机可以根据这些数据编制程序进行数据分析，把握本发明装置运行是否正常，旋转定位精确度是否处于允许的范围之内。

[0010] 3、不影响用户程序执行的周期：本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置可以单独使用，也可以是双工位塑料注吹中空成型机的控制系统的一个控制模块。只需要占用PLC主机的五个I/O端口，PLC控制系统程序在双工位塑料注吹中空成型机运行到旋转工步时，向旋转定位控制装置发出顺时针或逆时针旋转的信号，接收旋转定位控制装置顺时针或逆时针旋转已定位的信号，PLC主机接收到已定位信号之后，再执行下一工步的程序，这样PLC主机把本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置作为普通输入输出端口控制，旋转定位控制装置不占用PLC的执行周期时间，减小了PLC程序扫描周期，与现有定位控制装置相比，大大缩短了用户程序执行周期。

[0011] 4、人机界面友好：本发明之高精度旋转定位控制装置的人机界面模块，是按照双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的特点而专门设计，不同于通用伺服电机控制装置的人机界面的显示内容设计和键盘的设置，显示内容和键盘输入模块、触摸屏输入模块相互配合，可以根据吹塑成型模具的大小、旋转盘半径的变化方便的设置控制参数、选择控制算法，并实时监控旋转实时动态位置参数和伺服电机运行状况。

[0012] 5、装置性价比高：本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置以嵌入式微处理器ARM为控制核心，各功能模块与嵌入式微处理器ARM连接起来，既具有通常伺服电机控制器的功能，又因设计有专用人机界面装置，电子尺检测定位位置，带有大容量的程序存储器、UART接口模块与控制系统人机界面通讯，高精度旋转定位专用控制装置将不需要编制PLC程序，PLC把本发明装置作为普通输入输出端口控制；USB接口模块直接与计算机连接，实现本发明装置的数据传输给计算机，ARM中的嵌入式软件系统可以通过JTAG接口方便的包括编译处理软件在内的系统软件进行升级，优化高精度旋转定位控制装置的性能，因而，具有较高的性价比。

[0013] 下面结合附图和实施例对本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的技术特征作进一步的说明。

附图说明

[0014] 图1：实施例一之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的系统结构框图；(图中包括与本装置配合使用的PLC主机、控制系统人机界面和上位计算机)图2：实施例一之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的系统电路框图；图3：
实施例二之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的系统结构框图(图中包括与本装置配合使用的PLC主机和上位计算机)；图4-图5：双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的另两种人机界面结构示意框图(仅画出人机界面及与其相连的主控制模块)；图6：实施例二之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的系统电路框图(图中包括与本装置配合使用的PLC主机)；图7：本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的人机界面面板布置示意图；图8：本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的运行程序图；图9：双工位塑料注吹中空成型机的基本工作流程示意图；图10：本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的旋转定位控制示意图。

[0015] 图1～图6中：A-PLC主机，B-PLC专用接口，C-控制系统人机界面，D-上位计算机，E1、E2-双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置(简称：旋转定位控制装置)；I-主控制模块，11-嵌入式ARM微处理器，12-报警输出模块，13-电源模块，14-复位电路，15-JTAG调试接口电路；II-电子尺数据采集模块，21-信号调理电路，22-顺时针旋转定位电子尺，23-逆时针旋转定位电子尺；III-伺服电机驱动和编码器模块，31-伺服驱动器，32-伺服电机，33-编码器；IV-感应限位开关模块，41-光电隔离与电平转换模块，42-顺时针旋转限位与逆时针旋转加速启动位开关，43-逆时针旋转制动起始位与顺时针旋转加速停止位开关，44-顺时针旋转制动起始位与逆时针旋转加速停止位开关，45-逆时针旋转限位与顺时针旋转加速启动位开关；V-人机界面模块，51-键盘输入模块，511-键盘控制模块，512-键盘，52-彩色LCD显示模块，521-液晶驱动模块，522-彩色液晶显示屏，53-触模屏输入模块，531-触模屏控制模块，532-触模屏；VI-通讯接口模块，61-UART接口模块，
611-UART控制器，612-RS-232转换器，613-UART收发器，62-USB接口模块，621-USB控制器，
622-USB收发器；VII-存储器模块，71-Nor FLASH存储器，72-SDRAM存储器，73-Nand FLASH存储器。

[0016] 图7中：M1-正面，M2-背面；1-手动控制键，2-自动运行键，3-设置键，4-参数选择键，5-模具选择键，6-半径选择键，7-确认键，8-时间选择键，9-顺时针旋转键，10-逆时针旋转键，11-速度控制键，12-点动顺时针旋转键，13-点动逆时针旋转键，14-停止键，15-复位键，16-+1键，17--1键；81-总电源开关，82急-停开关，83-彩色液晶触摸屏，
84-控制电源开关，85-伺服电机电源开关；86-彩色LCD显示模块、触摸屏模块电路板，
87-系统控制电路板，88-键盘控制模块电路板。

[0017] 图9-图10中：S1-顺时针旋转制动起始点、逆时针旋转加速停止点，S2-顺时针旋转定位电子尺(顺时针旋转制动与定位)，S3-顺时针旋转限位点、逆时针旋转起始点和加速点；N1-逆时针旋转制动起始点、顺时针旋转加速停止点，N2-逆时针旋转定位电子尺(逆时针旋转制动与定位)，N3-逆时针旋转限位点、顺时针旋转起始点和加速点。

[0018] 文中缩略语意义如下：PLC-Programmable Logical Controller，可编程逻辑控制器，简称可编程控制器；CAN-ControllerAreaNetwork，控制器局域网，一种工业现场总线；ARM-Advanced RISC Machines，一种微处理器；Nor FLASH-一种非易失闪存技术，Nor FLASH存储器指采用Nor FLASH技术的闪存存储器：Nand FLASH-一种非易失闪存技术，Nand FLASH存储器指采用Nand FLASH技术的闪存存储器；SDRAM-Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM存储器为同步动态随机存取存储器；UART-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用非同步收发传输器；USB-Universal Serial Bus，通用串行总线；JTAG-Joint Test Action Group，一种国际标准测试协议；LCD-Liquid Crystal Display，液晶显示器；SPI-Serial Peripheral Interface，同步串行外设总线接口。

具体实施方式

[0019] 实施例一：一种双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置(以下简称：旋转定位控制装置)E1。如图1、图2所示，该旋转定位控制装置包括：主控制模块I以及分别与主控制模块I连接的电子尺数据采集模块II、伺服电机驱动和编码器模块III、感应限位开关模块IV、人机界面模块V、通讯接口模块VI和存储器模块VII；所述主控制模块I包括嵌入式ARM微处理器11、报警输出模块12、电源模块13、复位电路14和JTAG调试接口电路15，报警输出模块12、电源模块13、复位电路14和JTAG调试接口电路15分别与嵌入式ARM微处理器11相连接，嵌入式ARM微处理器11与PLC的输入输出端口连接；嵌入式ARM微处理器11为主控制模块I的控制核心，其功能是实现对组成主控制模块I的其它模块的调节和控制，以及对电子尺数据采集模块II、伺服电机驱动和编码器模块III和感应限位开关模块IV的数据采集，对伺服电机驱动和编码器模块III、人机界面模块V、通讯接口模块VI和存储器模块VII的控制，报警输出模块12在嵌入式ARM微处理器自检、以及在嵌入式ARM微处理器检测电子尺数据采集模块、编码器模块和感应限位开光模块的信息时进行判断，如果有故障时发出声、光报警信号，同时在人机界面模块上显示故障类型；电源模块13为系统提供直流电源，复位电路14为系统电路提供复位信号，JTAG调试接口电路15提供调试接口便于与外接电路相连实现对旋转定位控制装置的硬件和软件的调试；主控制模块I的嵌入式ARM微处理器11与PLC的输入、输出端口连接，接受PLC发出的启动旋转方向信号和复位信息，向PLC发送顺时针和逆时针旋转已定位信息。

[0020] 电子尺数据采集模块II包括逆时针旋转定位电子尺23、顺时针旋转定位电子尺22和信号调理电路21，逆时针旋转定位电子尺23和顺时针旋转定位电子尺22分别通过信号调理电路21与主控制模块I的嵌入式ARM微处理器11内嵌的A/D转换器连接；逆时针旋转定位电子尺23、顺时针旋转定位电子尺为主控制模块I提供精确的旋转定位信息。

[0021] 所述伺服电机驱动和编码器模块III包括伺服驱动器31、伺服电机32和编码器33，伺服电机驱动器31分别与嵌入式ARM微处理器11和伺服电机32连接、并驱动伺服电机32运行，编码器33安装在伺服电机32的转轴上，编码器33的输出端与主控制模块I的嵌入式ARM微处理器11连接；其作用是根据电子尺检测的数据计算、并输出与定位位置相应的脉冲个数，反馈伺服电机的旋转角度，控制伺服电机的启停运行。

[0022] 所述感应限位开关模块IV包括光电隔离与电平转换模块41、顺时针旋转限位与逆时针旋转加速启动位开关42、逆时针旋转制动起始位与顺时针旋转加速停止位开关43、顺时针旋转制动起始位与逆时针旋转加速停止位开关44和逆时针旋转限位与顺时针旋转加速启动位开关45，顺时针旋转限位与逆时针旋转加速启动位开关42、逆时针旋转制动起始位与顺时针旋转加速停止位开关43、顺时针旋转制动起始位与逆时针旋转加速停止位开关44和逆时针旋转限位与顺时针旋转加速启动位开关45分别通过光电隔离与电平转换模块41与主控制模块I的嵌入式ARM微处理器11连接；为主控制模块I提供精确旋转控制与限位信息。

[0023] 所述的人机界面模块V包括彩色LCD显示模块52、键盘输入模块51和触模屏输入模块53，所述的彩色LCD显示模块52由彩色液晶显示屏522和液晶驱动模块521构成，彩色液晶显示屏522通过液晶驱动模块521与嵌入式ARM微处理器11连接；所述的键盘模块51由键盘512和键盘控制模块511组成，键盘通过键盘控制模块511与嵌入式ARM微处理器11内部的A/D端口连接；所述触模屏模块53由触模屏532和触模屏控制模块531组成，触模屏532通过触模屏控制模块531与嵌入式ARM微处理器11连接；人机界面模块V与主控制模块I相连，为用户与小型PLC的被控对象提供交互界面，显示PLC的被控对象的运行状态。

[0024] 所述通讯接口模块VI包括UART接口模块61和USB接口模块62，UART接口模块61由UART控制器611、RS-232转换器612和UART收发器613构成，UART控制器611与嵌入式ARM微处理器11连接，RS-232转换器612分别与UART控制器611和UART收发器613连接，UART接口模块61作为主控制器模块I与控制系统人机界面连接的通讯接口，一是向控制系统人机界面传输旋转定位控制装置的的动态运行和参数设置信息，二是使高精度旋转定位控制装置能接收控制系统人机界面发来的控制命令、在控制系统人机界面上实现对被控对象的监控；所述USB接口模块62由USB控制器621和USB收发器622构成，USB控制器621与嵌入式ARM微处理器11连接，USB收发器622与USB控制器621连接，USB接口模块62为主控制器模块I与上位计算机连接提供通讯接口，向上位计算机传输被控对象的动态运行和参数设置信息以及历史数据，供上位计算机进行数据分析，实现主控制器模块I与上位计算机的数据通讯。

[0025] 所述存储器模块VII包括Nor FLASH存储器71、SDRAM存储器72和Nand FLASH存储器73，Nor FLASH存储器71、SDRAM存储器72和Nand FLASH存储器73分别与主控制模块I的嵌入式ARM微处理器11连接，实现ARM微处理器对存储器的操作控制，Nor FLASH存储器71用来存储操作系统及系统程序的目标代码映像文件，Nand FLASH存储器73存放人机界面模块V的处理信息及实时检测数据，SDRAM存储器72为系统数据采集、动态运行和通讯数据处理提供空间。

[0026] 本实施例中，人机界面模块与旋转定位控制装置安装在一起，作为一个整体，因为控制系统人机界面(PLC配置的人机界面装置)通过PLC从UART接口模块61获得旋转定位控制装置的各种信息，控制系统人机界面可以起到旋转定位控制装置人机界面模块相同的作用(作为系统人机界面功能之一)。

[0027] 实施例二：一种双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置E2，其结构与实施例一基本相同，如图3、图6所示，该旋转定位控制装置包括：主控制模块I、电子尺数据采集模块II、伺服电机驱动和编码器模块III、感应限位开关模块IV、人机界面模块V、通讯接口模块VI和存储器模块VII，电子尺数据采集模块II、伺服电机驱动和编码器模块III、感应限位开关模块IV、人机界面模块V、通讯接口模块VI和存储器模块VII分别与主控制模块I连接；上述主控制模块I、电子尺数据采集模块II、伺服电机驱动和编码器模块III、感应限位开关模块IV、人机界面模块V和存储器模块VII的结构与实施例一相同，所不同的是：所述通讯接口模块VI仅包括USB接口模块62，所述USB接口模块62由USB控制器621和USB收发器622构成，USB控制器621与嵌入式ARM微处理器11连接，USB收发器622与USB控制器621连接，USB接口模块62为主控制器模块I与上位计算机连接提供通讯接口，向上位计算机传输被控对象的动态运行和参数设置信息以及历史数据，供上位计算机进行数据分析，实现主控制器模块I与上位计算机的数据通讯。

[0028] 本实施例中，人机界面模块与旋转定位控制装置不安装在一起，人机界面模块可以通过旋转定位控制装置外壳安装的插件将连接线引出来，这样人机界面模块和控制系统人机界面共同安装在双工位塑料注吹中空成型机的操作台面板上，或单独安装在双工位塑料注吹中空成型机的设备外壳的适当便于操作和监控的位置。

[0029] 本实施例适合于某些PLC配置的控制系统人机界面没有配置UART接口，或即使有也难以编制通讯程序的情况；上述实施例一～实施例二中，所述的人机界面模块V同时包括彩色LCD显示模块52、键盘输入模块51和触模屏输入模块53，作为本发明实施例一、实施例二的一种变换，所述的人机界面模块V也可以是仅仅包括彩色LCD显示模块52和键盘输入模块51而没有触模屏输入模块53(参见图4)；作为本发明实施例的又一种变换，所述的人机界面模块V也可以是仅仅包括彩色LCD显示模块52和触模屏输入模块53，而没有键盘输入模块51(参见图5)。

[0030] 实施例一、二为本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的比较典型的实施方式，但本发明的技术方案并不仅仅限于上述实施例，凡在本发明技术方案的基础上所作出的显而易见的变换，均属本发明的保护范围。

[0031] 本发明之双工位塑料注吹中空成型机高精度旋转定位控制装置的工作原理及工作过程(参见图9、图10)：双工位塑料注吹中空成型机的基本工作过程如图9所示。其中，高精度旋转定位过程与吹塑模快速合模，吹塑模慢速合模工艺过程同时进行，以提高该设备的运行速度。

[0032] 双工位塑料注吹中空成型机的旋转分为四个阶段，一是启动加速阶段；二是高速旋转阶段；三是旋转制动阶段；四是精确定位阶段(参见图10)。

[0033] 以逆时针旋转为例：当双工位塑料注吹中空成型机工作到将进入旋转工作过程时，PLC主机向高精度旋转定位装置的主控制模块的ARM发出逆时针旋转指令(旋转定位装置处在图10中的S3点-逆时针旋转起始点和加速点)，进入逆时针旋转的启动加速阶段，伺服电机开始从速度为零启动加速旋转到15°(图10中S1点，逆时针旋转加速停止点)，检测到安装在该位置的感应开关发出的信号，逆时针旋转加速停止，然后进入以恒角速度高速旋转阶段，当旋转至165°时(图中N1点，逆时针旋转制动起始点)检测到安装在该位置的感应开关发出的信号，开始进入旋转制动阶段，旋转接近180°时(图中N2点，逆时针旋转定位电子尺(逆时针旋转限位与定位点)，主控制模块采集到的电子尺的数据开始变化，这样进入精确定位阶段，根据采集到的电子尺的数据判断是否准确定位，当未能够达到精确定位位置时，主控制模块发出逆时针旋转信号，直到准确定位；当旋转超过定位位置时，向伺服电机驱动发出顺时针旋转指令，直到准确定位(图中：N3点，逆时针旋转限位点)。电子尺还起到避免旋转的机械碰撞的重要作用。

[0034] 顺时针旋转过程的的启动加速和定位与上述逆时针旋转过程相同、方向相反，如图10所示，N3是顺时针旋转起始点，并在此点顺时针开始加速；N1点停止加速；N1点沿圆弧到S1点为顺时针和逆时针高速旋转阶段区域(恒角速度)；S1点是顺时针旋转制动起始点，S3是顺时针旋转限位点，其具体过程不再赘述。

[0035] 在旋转过程中，高精度旋转定位装置是角速度控制装置，编码器将反馈回来电机旋转角度的脉冲信号，脉冲信号反映旋转的角速度，并与该装置按照事先设计好的给定值进行比较，向伺服电机驱动发出控制信号，使得电机按照三个旋转阶段运转。

[0036] 编码器反馈回来的电机旋转角度的脉冲信号还可以作为旋转机构故障判断的信号，比如，当该装置检测到已旋转15°时，其反馈回来的脉冲个数大于计算出来应该具有个数的一定值时，可以判断其旋转机构的摩擦力过大，将发出报警信息，需要停机检查和维修。

[0037] 在旋转过程中，主控制模块将采集到的各种信息存储到SDRAM存储器72和NandFLASH存储器73中，将计算的旋转角速度，电机转速及其其他参数信息存储到SDRAM存储器72和Nand FLASH存储器73中，并实时的在显示器屏幕上显示参数。也将这些实时动态参数由SDRAM存储器72传输给Nand FLASH存储器73作为历史动态参数，并将该历史动态参数通过通讯模块传输给计算机，在计算机机中进行分析。