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1 前言 電火花加工與切削加工不同，屬于“非接觸加工”。電火花加工中，隨著放電間隙大小的變化影響電極與工件蝕除量的現象稱為問隙效應。電火花加工中放電間隙的大小和狀態，對加工工藝指標有著極其重要的作用。在加工過程中，直接測量兩極間隙的距離是復雜和無必要的；又因為目前，我國的數控機床仍然以工控機為主，工控機中提供了大量的ISA插槽；同時，ISA總線具有結構簡單、控制靈活、造價低廉等優點。基于以上考慮，本文對線切割機間隙控制板進行了研制。 2 硬件總體設計 設計的線切割機放電間隙控制板的硬件結構如圖1所示。此結構由采樣保持電路模塊、電壓信號比較模塊、A/D轉換模塊、時序控制模塊、信號處理模塊等部分組成。 
圖1 控制板結構圖 2．1 采樣保持電路 線切割加工中，直接測量電極間隙及其變化是很困難的，都是采用測量與放電間隙成比例關系的電參數來間接反映放電間隙的大小。設計采用間隙平均電壓電路和AD582采樣保持電路來進行電壓信號采集，電路原理圖如圖2所示。
圖2 采樣保持電路原理圖 上圖中采用了AD582進行采樣保持，AD582是由一個高性能的運算放大器、低漏電阻的模擬開關和一個結型場效應管集成的放大器共同組成。其中8腳為信號輸出端，12腳接信號觸發端，l腳和9腳為信號輸入端口。根據其引腳分布可知，當12引腳接入高電平時，AD582工作于取樣工作狀態，這時開關閉合。取樣結束時，12腳引入的邏輯電平回到低電平，電路進入保持狀態．這時候開關斷開。設計時12腳的觸發信號由時序控制模塊電路產生。 2．2 A/D轉換電路 A/D轉換器的選擇對設計是至關重要的。選擇合適的A/D轉換器才能有效的對間隙進行控制。而且A/D轉換器接在比較器后，所以此轉換器必須為雙極性，而且用一個8位的ADC就足夠了，如果用一個12位的ADC來對它進行采樣．增加的分辨率將是多余的。因此，設計中選用集成逐次逼近式A/D轉換器AD673。AD673轉換器的部分應用電路如圖3所示。
圖3 AD673轉換器的部分應用電路 圖中AD673的引腳AN-IN為模擬信號輸入端，引腳START，DATAENABLE則外接觸發器74LS123，由觸發器來控制A/D轉換器的工作狀態。引腳DATAREADY與采樣保持器AD582的引腳IN+連接。保持采樣與轉換的一致性。 DATAREADY在AD673轉換器開始轉換到轉換結束期間是高電平，如圖3中的連接方式，使得AD673轉換器在開始轉換后AD582能夠維持在保持狀態；在AD673轉換器轉換完成后，DATAREADY變為低電平，此時AD582則進入采樣狀態。A/D轉換器的觸發也是依靠555和74L5123組合電路產生的時鐘信號，這里由12、18、20引腳共同輸入邏輯控制信號。 2．3 D/A轉換器的選擇 DAC0832是采用倒T型電阻網絡實現數/模轉換的一種芯片．這種是D/A轉換芯片屬于電流輸出型，如果需要輸出電壓，可以在DAC0832輸出端外接一個運算放大器，即可轉換為電壓輸出。 DAC0832是雙列直插式8位D/A轉換器，能完成數字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉換。其主要參數如下：分辨率為8位，轉換時間為1s，滿量程誤差為1LSB，參考電壓為(+lO - -10)V，供電電源為(+5 - +15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。DAC0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為ILE，第二級鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號XFER。 DAC0832可處于三種不同的工作方式：直通方式、單緩沖方式、雙緩沖方式。本控制板讓其工作于直通方式。其部分程序如下： MOVE R0，#DATA ；建立數據存放地址指針 MOVE DPTR,**** ；建立D/A地址指針、 MOVE A，@R0 ； MOVE @DPTR A ；向D/A傳送轉換數據 2．4 基于ISA總線電路板的ISA總線分析 基準電壓信號可以由工控機輸入經過ISA總線再通過D/A轉換等電路產生。所以，這里有必要對ISA總線進行分析。 間隙控制板是基于ISA總線的，將其接入PC以后就要占據一些I/O空間，為了不使計算機系統發生地址沖突而導致死機等現象，因此，必須了解PC內部相關的I/O空間信息．例如哪些端口是計算機制造廠商為今后開發而保留的，哪些地址已分配給其他設備，哪些端口地址是空閑的。這些信息對于開發接口程序是十分必要的。 PC系列微機中，ISA總線支持的端口數目是1024個，其有效地址譯碼是A0-A9這10根地址線來表示I/O空間，其范圍是從000H-3FFH，其中前512個地址(000H-1FFH)被主板上的I/0接口使用，其余的512個地址(200H-3FFH)被插在計算機擴展槽中的I/0通道使用，其中還有部分被通用外部設備使用。 在設計控制板時，凡是被PC系統占用了的端口地址都不能使用；對于計算機廠商聲明的保留地址，為了避免發生I/O端口地址重疊或沖突，也盡量不使用。因此，端口選擇只能選用沒有使用過的地址，通常可以使用300H-31FH這段地址，這是PC系列微機留作實驗卡用的地址。因此，我們選用300H作為控制卡的基地址。在控制板設計中，根據實際需要，用到的部分信號線有： * DO-D7 系統雙向總線信號； * A0-A19 系統地址總線信號； * AEN 地址允許信號； * XFER I/O讀命令信號； * IOW I/O寫命令信號。 設計中，ISA總線接D/A轉換器提供基準信號電壓，同時為控制系統產生各種控制信號等，不過電路中采用的雙向三態數據緩沖器74LS245等的片選信號均由可編程邏輯器件GALl6V8產生。 3 間隙狀態控制程序 3．1 主程序結構 主程序中程序初始化后等待中斷，中斷響應后即可初始化各個參數和電壓給定值，初始化啟動采樣，然后在原地等待定時器中斷響應，執行相應的中斷服務程序。這部分程序主要用匯編語言編寫，匯編語言與C語言相比，被編譯后代碼很小，編程簡潔，運行速度比C語言快得多。 3．2 程序的初始化 在軟件初始化的過程中，首先要關中斷，斷絕外部因素的影響： SETB P3.2 SETB P3.3 設置各種標志位，如： MOV 42H，#00H ；O表示停止，1表示進給分配存儲空間，并對存儲空間清零，如： MOV 61H，#00H ；存儲本次轉換的數據 MOV 62H，#00H ；存儲前一次轉換的數據 ...... MOV 65H，#00H ；存儲平均值 然后對定時和中斷方式的初始化，如本系統中： MOV TMOD．#1lH MOV 1E． #8AH 針對數據處理的其它一些設定： MOV 50H．#80H MOV 5lH. #00H 讀入各種設定基礎數據，如間隙加工過程中電壓數值的大小，進給速度高低，啟動間隙信號采樣與MD轉換。 4 結束語 本文介紹的基于ISA總線線切割間隙控制板，數據采集通過ISA總線插入工控機，即插即用，通過硬件電路設計采取相應措施．使得抗干擾能力強。在對本控制板所做的初步實驗中，加工過程穩定，其結構合理，性能可靠，且系統控制精度達到了實際加工的要求。 本文作者創新點：線切割技術在特種加工領域占有重要的地位。我國自主研發的高速線切割技術已經成熟，但是由于其加工精度不高應用受到限制；低速線切割由于其加工精度高而在各領域得到廣泛的應用。但是國內在低速線切割技術方面還不成熟，控制精度不高，尤其放電加工間隙狀態的實時控制始終是一大難題。本課題對基于ISA的線切割間隙控制板的設計，能夠實現實時控制，同時控制精度得到了提高，降低成本，面向工業現場，在應用領域有所創新。 作者：羅麗萍，周慶龍 來源：《微計算機信息》(嵌入式與SOC)2009年第1-2期 |
