基于can总线的fdm网络化控制系统设计与g代码实现

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1、华中科技大学硕士学位论文图1-2HRPF系统的功能分解图根据FDM系统的功能分解子单元，可以得到9个时域参数：①AP1：X轴定位与运动；②AP2：Y轴定位与运动；③AP3：Z轴定位与运动；④AP4：实体材料挤出运动；⑤AP5：实体材料温度；⑥AP6：支撑材料挤出运动；⑦AP7：支撑材料温度；⑧AP8：成型底板温度；⑨AP9：成型室温度。华中科技大学FDM控制系统经历了三个阶段。第一个阶段是PC+通用板卡方案，该方案的控制系统高效成熟、稳定性较高、有较强的可扩展性，在已推出的RP设备中得到了广泛应用，但因板卡价格昂贵而逐渐被取代。第二个阶段是PC+PLC方案，目前该方案是

2、华中科技大学快速成形中心RP系统使用的主流控制系统结构，该系统稳定性高、升级方便、可维护性好。但相对于价格低廉、功能更加强大的嵌入式系统来说，PC+PLC在价格和功能方面的优势已经不再明显。第三阶段，基于STM32的嵌入式控制方案，该方案的提出是与FDM未来的发展方向相一致的。FDM只有[7]向低成本、高精度、轻量化的方向发展，才能更好的促进FDM技术的推进与应用。因此，华中科技大学快速成型中心提出并实现了基于STM32的嵌入式控制系统方案。1）基于PC+通用板卡控制系统如图1-3所示，基于PC+通用板卡的FDM控制系统由工业控制计算机、运动控制卡、AD/DA转换卡、数

3、字量输入卡和数字量输出卡组成。它使用工业控制机实现2华中科技大学硕士学位论文上层数据处理和下层设备驱动的功能，使用通用板卡作为工业控制计算机与其他子[8]执行系统的接口。图1-3基于PC+通用板卡的FDM控制系统运动控制系统采用开环运动控制方案，通过三路步进电机、细分驱动器、检测开关实现工作台和喷头的运动。步进电机有易于开环精确控制、无累积误差、结构简单、可靠性高等优势，满足工作台和喷头运动的精度及稳定性要求。工控机通过运动控制卡对运动控制系统进行控制。送丝控制系统通过驱动电路对送丝电机进行控制，实体材料和支撑材料通过挤压分别送入实体喷头和支撑喷头加热熔化，并通过挤压力

4、将熔融后的丝材从喷嘴挤出。工控机通过数字量输出卡和A/D、D/A转换卡，通过驱动电路实现对送丝电机的正反转、启停和调速控制。温度控制系统采用独立的闭环控制，由四组温控单元、可控硅和热电耦组成。在FDM工作时，分别将实体喷头、支撑喷头、工作台和成型室的温度控制在一定的[9]范围内。温控器的启停由工控机通过数字量输出卡来控制。开关量控制系统对温控器开关量、调试开关量、强电开关量等进行控制，以达到FDM控制系统所需要的辅助功能。工控机通过数字量I/O卡来完成对它们的控制。2）基于PC+PLC控制系统3华中科技大学硕士学位论文如图1-4所示，该控制系统采用上下位机方式，上位机选

5、用个人PC机负责人机界面、加工数据处理等工作；下位机利用PLC控制器来接收加工指令，通过输入输出端口和一些扩展模块控制各个子系统；PC机和PLC控制器通过PC/PPI电缆相连，[10]并按照串行口通信协议进行通信。PLC选用的是西门子S7-200的CPU以及EM231温度模拟量控制模块。图1-4基于PC+PLC的FDM控制系统S7-200系列PLC控制器有两个高速脉冲IO口。在设计时，一个高速IO口由Y、Z轴共用，采用继电器进行实时切换，而另一个高速脉冲端口分给X轴独立使用。3）基于ARM的FDM控制系统根据FDM的工作原理，该控制系统可分为主控模块、运动模块、送丝模块

6、和温控模块，如图1-5所示，各个模块间采用CAN总线实现通讯。4华中科技大学硕士学位论文HMI人机界面SD卡FDM主控模块CAN总线CAN总线线线线总N总N总NACAACC温度控制模块运动控制模块送丝控制模块图1-5基于ARM的FDM控制系统主控模块是FDM控制系统的管理中枢。主控模块以STM32为主控芯片，移植了基于uC/OS的uC/GUI图形界面操作系统，通过定时中断及其软硬件中断完成多任务调度和多任务管理，在多任务环境下给任何使用图形LCD的应用程序提供独立于处理器和LCD控制器之外的图形用户接口。此外，主控模块还移植了小型的FATFS[11]的文件系统，可以支持

7、FAT16和FAT32格式，对文件进行读写操作。运动控制系统采用闭环运动控制。利用STM32的PWM脉宽调制技术，通过细分驱动器实现对三个步进电机的控制，通过编码器实现对步进电机的闭环反馈，如图1-6所示。PWM2相驱动信号TIMX定步进电机6N137步进电机时器驱动器STM32GPIO6N137编码器线总NAC运动指令CAN接口CAN收发器限位开关GPIO零位开关图1-6运动模块框架图5华中科技大学硕士学位论文利用STM32芯片提供的2个通用定时器和1个高级定时器共同产生3路可控的同步PWM脉冲信号，用来驱动3台步进电机。利用6路普通I