專利名稱：單刀線束機(jī)的刀具快速控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種線束機(jī)刀具控制系統(tǒng)和方法，特別是一種單刀線束機(jī)的刀具快速控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
線束機(jī)是自動化生產(chǎn)線束產(chǎn)品專用設(shè)備。隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)和汽車制造等行業(yè)的迅猛發(fā)展，線束產(chǎn)品得到越來越廣泛的應(yīng)用。市場對線束末端加工產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，需求量也日益增大，這些需求推動了現(xiàn)代化、自動化線束機(jī)設(shè)備的發(fā)展。為適應(yīng)這種柔性化生產(chǎn)制造的需求，20世紀(jì)80年代，日本、瑞士等相繼開始研發(fā)并很快推出電子專用設(shè)備---CNC全自動端子連接壓著機(jī)。如日本JAM株式會社的RAINBON和MINIC系列全自動端子壓著機(jī)，Kodera電子制作所的C系列全自動端子壓著機(jī)、瑞士Komax公司的R系列全自動線束機(jī)器等。
和國外相比，目前國內(nèi)對線束加工設(shè)備研究較少，先進(jìn)的線束加工設(shè)備基本靠國外引進(jìn)。許多線束設(shè)備仍處于單機(jī)性質(zhì)的初級階段，線束加工生產(chǎn)的基本組織方式是適應(yīng)國內(nèi)勞動力密集型的單機(jī)組合方式，即采用開線、剝頭、壓接、組裝、檢測等人工監(jiān)控工藝來完成線束產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。目前國內(nèi)線束加工設(shè)備較高水平的產(chǎn)品---自動線束機(jī)，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度在1000-3000根/小時(shí)左右(一般國外先進(jìn)設(shè)備的加工能力都達(dá)到6000-9000根/小時(shí))，遠(yuǎn)低于國外同類設(shè)備。因此，國產(chǎn)設(shè)備能力限制了線束生產(chǎn)向低成本、高效率、快速、高質(zhì)量控制方向發(fā)展，已成為行業(yè)發(fā)展的瓶頸。
研究發(fā)現(xiàn)，線束機(jī)具有加工工藝復(fù)雜，動作繁多(達(dá)到70個以上，并且40％以上執(zhí)行動作與刀具相關(guān))，系統(tǒng)單個動作的執(zhí)行時(shí)間以及動作間的銜接時(shí)間要求嚴(yán)格等特點(diǎn)。目前國內(nèi)電子專用線束機(jī)主要使用的是單刀設(shè)備，在現(xiàn)有線束加工技術(shù)中，要用單刀實(shí)現(xiàn)雙端子的加工，需要通過延時(shí)方法來控制刀具加工。目前采用的刀具控制方法所存在的缺點(diǎn)延時(shí)時(shí)間需要用多次試驗(yàn)方法測試，時(shí)間精度難于控制，因此造成加工的效率低下。由于線束機(jī)往往用于產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率就成為一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，要提高線束機(jī)加工效率，必須精確分配各個動作流程時(shí)間，特別是對刀具的控制更加合理，更為高效，尤其在單刀的線束機(jī)上，刀具控制的優(yōu)劣已經(jīng)成為制約國內(nèi)線束機(jī)加工效率提高的關(guān)鍵瓶頸技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種單刀線束機(jī)的刀具快速控制系統(tǒng)和方法，在單刀的線束機(jī)上，高效利用刀具，單刀實(shí)現(xiàn)雙刀的功能。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思如下●系統(tǒng)的模塊化及任務(wù)時(shí)間分配規(guī)律。
根據(jù)系統(tǒng)的要求，對應(yīng)用組合軟硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)柔性化配置進(jìn)行研究，將整個機(jī)械和電氣系統(tǒng)進(jìn)行合理拆分，把復(fù)雜線束加工進(jìn)行了模塊化處理，分割成相對獨(dú)立的模塊化(前端模塊、刀具模塊、后端模塊)，分別用三片CPU控制，其中刀具模塊為單刀。根據(jù)加工過程中的各個子過程的時(shí)間開銷，合理的計(jì)算前端模塊、刀具模塊、后端模塊的動作占用時(shí)間。確定前端模塊、后端模塊讓刀以及刀具運(yùn)動的最佳時(shí)機(jī)，對線束兩端加工，高效使用單刀實(shí)現(xiàn)雙刀的功能。
本發(fā)明中，前端模塊、后端模塊采用無中斷四任務(wù)調(diào)度，刀具模塊采用有中斷六任務(wù)調(diào)度。前端模塊四任務(wù)為前端剝線、前端旋轉(zhuǎn)壓接、前端壓接檢測、前端送線；后端模塊四任務(wù)為后端剝線、后端旋轉(zhuǎn)壓接、后端壓接檢測、后端取線；刀具模塊六任務(wù)為配合前端剝線、前端送線、后端剝線的刀具下切和刀具上抬。下面分為不允許任務(wù)間互相中斷和有任務(wù)中斷的單調(diào)比例調(diào)度二種情況進(jìn)行研究。
(一)對于不允許任務(wù)間互相中斷的執(zhí)行過程，其調(diào)度時(shí)間計(jì)算如式(1)所示。左邊為利用率計(jì)算，右邊為利用率邊界。
Σj=1n(EjPj)≤n(21n-1)---(1)]]>其中，“n”代表最大的任務(wù)數(shù)，“E”代表任務(wù)“j”的執(zhí)行時(shí)間，“P”代表任務(wù)“j”的周期。為保證調(diào)度器有足夠的時(shí)間執(zhí)行所有的任務(wù)，所有任務(wù)的執(zhí)行都必須滿足式(1)條件。
隨任務(wù)量的增加，任務(wù)的利用率邊界減小，任務(wù)量與利用率邊界關(guān)系如表1所示。
表1任務(wù)量與利用率邊界關(guān)系

在圖1四個任務(wù)的調(diào)度圖中，任務(wù)運(yùn)行于不同的周期，執(zhí)行的時(shí)間也不相同。圖1中四個任務(wù)的調(diào)度在沒有中斷的單調(diào)比例調(diào)度下，其利用率計(jì)算如表2所示。
表2沒有任務(wù)中斷的單調(diào)比例調(diào)度下利用率的計(jì)算

四個任務(wù)的利用率邊界為0.75左右(見表1)，現(xiàn)在計(jì)算出的利用率是0.675，其小于利用率邊界值0.75，所以滿足調(diào)度器的時(shí)間邊界值。
(二)對于有任務(wù)中斷的單調(diào)比例調(diào)度，其實(shí)現(xiàn)過程要允許高優(yōu)先級的任務(wù)阻塞低優(yōu)先級的任務(wù)的執(zhí)行，其調(diào)度時(shí)間計(jì)算如式(2)所示。左邊為利用率計(jì)算，右邊為利用率邊界Σj=1n(EjPj)+maxjΣj=1n(BjPj)≤n(21n-1)---(2)]]>其中“n”為最大的任務(wù)數(shù)，“E”是任務(wù)“j”的執(zhí)行時(shí)間，“P”是任務(wù)“j”的周期，“B”是任務(wù)“j“的阻塞時(shí)間。為分析各個任務(wù)的阻塞時(shí)間，可以找一個優(yōu)先級高的線程，它可以中斷其他各個任務(wù)線程。六個任務(wù)的調(diào)度圖如圖2所示。
圖2所示的六個任務(wù)調(diào)度在有任務(wù)中斷的單調(diào)比例調(diào)度下，其利用率計(jì)算如表3所示。
表3有任務(wù)中斷的單調(diào)比例調(diào)度下利用率的計(jì)算

注意任務(wù)1和任務(wù)2能夠中斷任務(wù)4、5、6，將任務(wù)1和任務(wù)2的執(zhí)行時(shí)間之和除以任務(wù)3的運(yùn)行周期，可計(jì)算出任務(wù)3的阻塞時(shí)間為0.075ms。由表3可知，由于利用率0.633低于六個任務(wù)的利用率邊界0.735，所以滿足調(diào)度器的時(shí)間邊界要求。
根據(jù)上述式子，我們把整個加工過程分解為前端剝線、前端旋轉(zhuǎn)壓接、前端壓接檢測、前端送線、后端剝線、后端旋轉(zhuǎn)壓接、后端壓接檢測、后端取線八個任務(wù)，刀具任務(wù)已包括在前端剝線、前端送線、后端剝線任務(wù)中。前端和后端會出現(xiàn)同時(shí)運(yùn)動，假設(shè)前端剝線時(shí)間為T0，前端旋轉(zhuǎn)壓接時(shí)間為T1，前端壓接檢測時(shí)間為T2，前端送線時(shí)間為T3，后端剝線時(shí)間為T4，后端旋轉(zhuǎn)壓接時(shí)間為T5，后端壓接檢測時(shí)間為T6，后端取線時(shí)間為T7，根據(jù)公式(1)、(2)，把任務(wù)時(shí)間分配為T0∶T1∶T2∶T3∶T4∶T5∶T6∶T7＝2∶3∶1∶1.5∶2∶3∶1∶4效果最佳。
●系統(tǒng)任務(wù)的并行性及通訊實(shí)時(shí)性模塊化的設(shè)計(jì)為并行技術(shù)提供了保證。將所產(chǎn)生的模塊在控制上進(jìn)行合理拆分，形成智能終端的模塊化控制方案，三模塊實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的并行，多個電機(jī)可同時(shí)工作，這樣可以分?jǐn)側(cè)蝿?wù)壓力，使各模塊能夠?qū)⒏嗟馁Y源用于對系統(tǒng)的監(jiān)控和優(yōu)化上。模塊智能化的時(shí)候盡可能將模塊內(nèi)的資源進(jìn)行監(jiān)控，做到模塊和模塊間只有關(guān)鍵參數(shù)和模塊命令的傳輸。前端模塊、刀具模塊、后端模塊三個模塊的劃分及PWM技術(shù)的采用，不僅使得前端模塊、刀具模塊、后端模塊可以并行動作，而且各模塊內(nèi)部也可以并行動作，這樣大大減少了等待的時(shí)間，提高了加工效率。
上述模塊之間通訊采用通用I/O口來提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，使用信息編碼技術(shù)對各模塊的狀態(tài)信息進(jìn)行編碼反饋。通訊時(shí)包括狀態(tài)信息碼和驗(yàn)證碼，驗(yàn)證碼2位，是狀態(tài)信息碼的末四位異或的結(jié)果。即狀態(tài)信息碼最后兩位異或得到一位驗(yàn)證碼，倒數(shù)三、四位異或得到一位驗(yàn)證碼。驗(yàn)證碼用來檢驗(yàn)狀態(tài)信息碼正確與否，對于通訊不正確的狀態(tài)，系統(tǒng)可以自行重發(fā)，直到通訊正確。另外，模塊之間自動重復(fù)發(fā)送、軟件濾波技術(shù)和通訊技術(shù)的采用大大提高了系統(tǒng)的健壯性。
根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種單刀線束機(jī)的刀具快速控制系統(tǒng)，由一個前端模塊、一個刀具模塊和一個后端模塊組成，其特征在于所述的前端模塊、刀具模塊和后端模塊分別用三片CPU控制執(zhí)行任務(wù)前端模塊控制執(zhí)行四個任務(wù)前端剝線、前端旋轉(zhuǎn)壓接、前端壓接檢測和前端送線；后端模塊控制執(zhí)行四個任務(wù)后端剝線、后端旋轉(zhuǎn)壓接、后端壓接檢測和后端取線；刀具模塊控制執(zhí)行六個任務(wù)配合前端剝線、前端送線和后端剝線的刀具下切和刀具上抬；所述的前端模塊和后端模塊與刀具模塊相連，前端模塊和后端模塊的讓刀及刀具模塊的刀具運(yùn)動任務(wù)時(shí)間的最佳分配，實(shí)現(xiàn)單刀對線束兩端加工。
上述的刀具模塊的結(jié)構(gòu)是一片CPU通過PWM口連接一個刀具電機(jī)、分別通過I/O連接一個上位傳感器和一個下位傳感器，分別通過I/O口連接所述的前端模塊和后端模塊。
上述的前端模塊的結(jié)構(gòu)是一片CPU分別通過PWM口連接一個前端旋轉(zhuǎn)電機(jī)和一個進(jìn)線電機(jī)，分別通過I/O口連接一個前旋電機(jī)定位傳感器、一個進(jìn)線檢查傳感器、一個前壓接機(jī)和一個前端子檢測傳感器，分別通過A/D接口連接一個前剝檢測傳感器和一個前壓檢測傳感器，通過大電流I/O口連接一個前壓接同步閥，分別通過I/O口連接刀具模塊和后端模塊。
上述的后端模塊的結(jié)構(gòu)是一片CPU分別通過PWM口連接一個后端剝線電機(jī)和一個后端旋轉(zhuǎn)電機(jī)，分別通過I/O口連接一個后旋電機(jī)定位傳感器、一個后壓接機(jī)、一個后端子檢測傳感器，分別通過A/D接口連接一個后剝檢測傳感器和一個后壓檢測傳感器，通過大電流I/O口連接一個后壓接同步閥，分別通過I/O口連接所述的刀具模塊和前端模塊。
一種單刀線束機(jī)的刀具快速控制方法，采用上述的單刀線束機(jī)的刀具控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，其特征在于根據(jù)加工過程中的各子過程的時(shí)間開銷，合理分配前端模塊、刀具模塊和后端模塊的占用時(shí)間，確定前端模塊、后端模塊的讓刀以及刀具模塊的刀具運(yùn)動的最佳時(shí)機(jī)對線束兩端加工，從而線束機(jī)的單刀能被高效使用，實(shí)現(xiàn)雙刀功能。
上述的單刀線束機(jī)的刀具快速控制方法的具體控制步驟如下
(1)計(jì)算各模塊運(yùn)動時(shí)間根據(jù)加工過程的時(shí)間開銷，計(jì)算各個任務(wù)的時(shí)間分配；(2)根據(jù)計(jì)算的各任務(wù)時(shí)間分配，確定各個動作最佳時(shí)機(jī)；(3)按確定的各動作最佳時(shí)機(jī)依次控制如下各動作(a)前端模塊發(fā)出請求信號；(b)刀具模塊判斷，后端讓刀，刀具動作；(c)后端模塊發(fā)出請求信號；(d)刀具模塊判斷，前端讓刀，刀具動作；(e)刀具模塊準(zhǔn)備接收信號，完成一次循環(huán)，加工完成一根線束的兩端加工，接著重復(fù)步驟(a)至(e)。
在上述的單刀線束機(jī)的刀具快速控制方法中，所述的前端模塊和后端模塊分別采用無中斷四任務(wù)調(diào)度，對所述的刀具模塊采用有中斷六任務(wù)調(diào)度(1)所述的無中斷四任務(wù)調(diào)度即對四個任務(wù)執(zhí)行過程中不允許任務(wù)間互相中斷，其調(diào)度時(shí)間按下式計(jì)算Σj=1n[EjPj]≤n(21n-1),]]>式左邊為利用率計(jì)算，式右邊為利用率邊界，式中n為最大的任務(wù)數(shù)，E為任務(wù)j的執(zhí)行時(shí)間，P為任務(wù)j的周期；(2)所述的有中斷六任務(wù)調(diào)度即對六個任務(wù)執(zhí)行過程中允許高優(yōu)先級的任務(wù)阻塞，低優(yōu)先級的任務(wù)的執(zhí)行，其調(diào)度時(shí)間按下式計(jì)算Σj=1n[EjPj]+maxjΣj=1n[BjPj]≤n(21n-1),]]>式左邊為利用率計(jì)算，式右邊為利用率邊界，式中n為最大的任務(wù)數(shù)，E為任務(wù)j的執(zhí)行時(shí)間，P為任務(wù)j的周期，B為任務(wù)j的阻塞時(shí)間；上述的刀具模塊與前端模塊和后端模塊之間的通訊，使用信息編碼，包括狀態(tài)信息碼和驗(yàn)證碼，其驗(yàn)證碼為2位，是狀態(tài)信息碼的末四位異或的結(jié)果，即狀態(tài)信息碼最后兩位異或得到一位驗(yàn)證碼，倒數(shù)三、四位異或得到一位驗(yàn)證碼；驗(yàn)證碼用于檢驗(yàn)狀態(tài)信息碼正確與否，對于通訊不正確的狀態(tài)，系統(tǒng)自行重發(fā)，直到通訊正確；并采用軟件濾波程序，提高其通訊的準(zhǔn)確性和健壯性。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)
1、線束電子專用設(shè)備的模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，通過對系統(tǒng)模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)功能設(shè)置靈活，可配置性強(qiáng)，并可對部件進(jìn)行分割單獨(dú)處理，靈活地配置機(jī)械部件和電控系統(tǒng)，符合個性加工需求，使得系統(tǒng)具有并行性及開放性。
2、刀具快速控制方法，單刀實(shí)現(xiàn)了雙刀的加工功能。根據(jù)加工過程中的各個子過程的時(shí)間開銷，合理的分配前端模塊、刀具模塊、后端模塊的占用時(shí)間。通過理論計(jì)算，對加工過程分解為八個任務(wù)，并得出各個任務(wù)的時(shí)間分配規(guī)律。
3、系統(tǒng)模塊間的通訊實(shí)時(shí)性及健壯性。在方法實(shí)現(xiàn)過程中，I/O通訊、信息編碼技術(shù)、自動重發(fā)、軟件濾波等技術(shù)的采用，極大的提高了通訊的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和程序的健壯性。
本發(fā)明思路簡潔高效、使用方便，能大大提高線束生產(chǎn)效率。而且它不局限于線束機(jī)上，經(jīng)過比較小的改動，可以應(yīng)用于相似控制功能的系統(tǒng)，該方法適用范圍廣。


圖1是本發(fā)明的四個任務(wù)的調(diào)度示意圖。
圖2是本發(fā)明的六個任務(wù)的調(diào)度示意圖。
圖3是本發(fā)明的控制系統(tǒng)示意框圖。
圖4是本發(fā)明的刀具模塊結(jié)構(gòu)框圖。
圖5是本發(fā)明的前端模塊結(jié)構(gòu)框圖。
圖6是本發(fā)明的后端模塊結(jié)構(gòu)框圖。
圖7是本發(fā)明控制方法程序框圖。
圖8是本發(fā)明控制方法軟件濾波程序框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下參見圖3、圖4、圖5和圖6，本單刀線束機(jī)的刀具快速控制系統(tǒng)由一個前端模塊1、一個刀具模塊2和一個后端模塊3組成，分別用三片CPU 4、5、6控制執(zhí)行任務(wù)前端模塊1控制執(zhí)行四個任務(wù)前端剝線、前端旋轉(zhuǎn)壓接、前端壓接檢測和前端送線；后端模塊3控制執(zhí)行四個任務(wù)后端剝線、后端旋轉(zhuǎn)壓接、后端壓接檢測和后端取線；刀具模塊2控制執(zhí)行六個任務(wù)配合前端剝線、前端送線和后端剝線的刀具下切和刀具上抬；所述的前端模塊1和后端模塊3與刀具模塊2相連，前端模塊1和后端模塊3的讓刀及刀具模塊2的刀具運(yùn)動任務(wù)時(shí)間的最佳分配，實(shí)現(xiàn)單刀對線束兩端加工。
參見圖4，上述的刀具模塊2的結(jié)構(gòu)是一片CPU 4通過PWM口連接一個刀具電機(jī)7、分別通過I/O連接一個上位傳感器8和一個下位傳感器9，分別通過I/O口連接所述的前端模塊1和后端模塊3。CPU4還通過大電流I/O接口連接一個報(bào)警燈12，通過UART0口連接一個液晶屏，通過電源接口連接電源，并有JTAG接口和CAN接口。
參見圖5，上述的前端模塊1的結(jié)構(gòu)是一片CPU 5分別通過PWM口連接一個前端旋轉(zhuǎn)電機(jī)13和一個進(jìn)線電機(jī)14，分別通過I/O口連接一個前旋電機(jī)定位傳感器15、一個進(jìn)線檢查傳感器16、一個前壓接機(jī)19和一個前端子檢測傳感器20，分別通過A/D接口連接一個前剝檢測傳感器17和一個前壓檢測傳感器18，通過大電流I/O口連接一個前壓接同步閥21，分別通過I/O口連接刀具模塊2和后端模塊3。CPU5通過電源接口連接電源，并有JTAG接口和CAN接口。
參見圖6，上述的后端模塊3的結(jié)構(gòu)是一片CPU 6分別通過PWM口連接一個后端剝線電機(jī)22和一個后端旋轉(zhuǎn)電機(jī)24，分別通過I/O口連接一個后旋電機(jī)定位傳感器23、一個后壓接機(jī)27、一個后端子檢測傳感器28，分別通過A/D接口連接一個后剝檢測傳感器25和一個后壓檢測傳感器26，通過大電流I/O口連接一個后壓接同步閥29，分別通過I/O口連接所述的刀具模塊2和前端模塊1。CPU 6通過電源接口連接電源，并有JTAG接口和CAN接口。
參見圖7，本單刀線束機(jī)的刀具快速控制方法是采用上述系統(tǒng)進(jìn)行控制，其控制步驟如下(1)計(jì)算各模塊運(yùn)動時(shí)間根據(jù)加工過程的時(shí)間開銷，計(jì)算各個任務(wù)的時(shí)間分配；(2)根據(jù)計(jì)算的各任務(wù)時(shí)間分配，確定各個動作最佳時(shí)機(jī)；(3)按確定的各動作最佳時(shí)機(jī)依次控制如下各動作(a)前端模塊發(fā)出請求信號；(b)刀具模塊判斷，后端讓刀，刀具動作；(c)后端模塊發(fā)出請求信號；(d)刀具模塊判斷，前端讓刀，刀具動作；(e)刀具模塊準(zhǔn)備接收信號，完成一次循環(huán)，加工完成一根線束的兩端加工，接著重復(fù)步驟(a)至(e)。
上述的前端模塊1和后端模塊3分別采用無中斷四任務(wù)調(diào)度，對所述的刀具模塊2采用有中斷六任務(wù)調(diào)度(1)所述的無中斷四任務(wù)調(diào)度即對四個任務(wù)執(zhí)行過程中不允許任務(wù)間互相中斷，
其調(diào)度時(shí)間按下式計(jì)算Σj=1n[EjPj]≤n(21n-1),]]>式左邊為利用率計(jì)算，式右邊為利用率邊界，式中n為最大的任務(wù)數(shù)，E為任務(wù)j的執(zhí)行時(shí)間，P為任務(wù)j的周期；(2)所述的有中斷六任務(wù)調(diào)度即對六個任務(wù)執(zhí)行過程中允許高優(yōu)先級的任務(wù)阻塞，低優(yōu)先級的任務(wù)的執(zhí)行，其調(diào)度時(shí)間按下式計(jì)算Σj=1n[EjPj]+maxjΣj=1n[BjPj]≤n(21n-1),]]>式左邊為利用率計(jì)算，式右邊為利用率邊界，式中n為最大的任務(wù)數(shù)，E為任務(wù)j的執(zhí)行時(shí)間，P為任務(wù)j的周期，B為任務(wù)j的阻塞時(shí)間；上述的刀具模塊2與前端模塊1和后端模塊3之間的通訊，使用信息編碼，包括狀態(tài)信息碼和驗(yàn)證碼，其驗(yàn)證碼為2位，是狀態(tài)信息碼的末四位異或的結(jié)果，即狀態(tài)信息碼最后兩位異或得到一位驗(yàn)證碼，倒數(shù)三、四位異或得到一位驗(yàn)證碼；驗(yàn)證碼用于檢驗(yàn)狀態(tài)信息碼正確與否，對于通訊不正確的狀態(tài)，系統(tǒng)自行重發(fā)，直到通訊正確；并采用軟件濾波程序，提高其通訊的準(zhǔn)確性和健壯性。
本實(shí)施例中，三片CPU4、5、6均采用C8051F040單片機(jī)。
本例中，根據(jù)加工過程中的各個子過程的時(shí)間開銷，通過理論計(jì)算，將加工過程分解為八個任務(wù)，并計(jì)算出各個任務(wù)的時(shí)間分配。確定前端模塊、后端模塊以及刀具運(yùn)動的最佳時(shí)機(jī)根據(jù)公式(1)、(2)，經(jīng)過計(jì)算得出任務(wù)時(shí)間分配為T0∶T1∶T2∶T3∶T4∶T5∶T6∶T7＝2∶3∶1∶1.5∶2∶3∶1∶4。其中前端剝線時(shí)間為T0、前端旋轉(zhuǎn)壓接時(shí)間為T1、前端壓接檢測時(shí)間為T2、前端送線時(shí)間為T3、后端剝線時(shí)間為T4、后端旋轉(zhuǎn)壓接時(shí)間為T5、后端壓接檢測時(shí)間為T6、后端取線時(shí)間為T7。
本例中，按照上述理論計(jì)算比例關(guān)系調(diào)節(jié)各任務(wù)的PWM脈沖占空比，即占空比的比例關(guān)系為2∶3∶1∶1.5∶2∶3∶1∶4，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)調(diào)速。
本例中，使用信息編碼技術(shù)對各模塊的狀態(tài)信息進(jìn)行編碼反饋。通訊時(shí)包括狀態(tài)信息碼和驗(yàn)證碼，驗(yàn)證碼2位，是狀態(tài)信息碼的末四位異或的結(jié)果。根據(jù)需要可以對狀態(tài)編碼，并可以裁減或添加狀態(tài)。編碼如表4、表5、表6(使用的是四根通訊線)。
本例中，采用自動重發(fā)、軟件濾波等技術(shù)提高通訊的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，各子模塊在判斷收到的狀態(tài)信息后，發(fā)出動作指令，對信息碼讀多次進(jìn)行軟件濾波，并判斷發(fā)送與收到的信息是否一致，不一致會重發(fā)直到正確為止。該部分程序見圖8所示。讀取的信息碼表見表7，信息碼包括兩位驗(yàn)證碼(C7C6)、兩位備用擴(kuò)展碼(C5C4)、四位狀態(tài)碼(C3C2C1C0)。把狀態(tài)碼C3C2異或，C1C0異或，分別與驗(yàn)證碼C7、C6比較，判斷是否相同，即C3∧C2與C7，C1∧C0與C6是否相同。不同需要回復(fù)重發(fā)信息，直到相同。相同后即可發(fā)送執(zhí)行相應(yīng)動作指令。
本例中，通過JTAG接口燒寫程序。
表4刀架模塊狀態(tài)信息編碼

表5前端模塊狀態(tài)信息編碼

表6后端模塊狀態(tài)信息編碼

表7讀取的信息碼格式表

權(quán)利要求
1.一種單刀線束機(jī)的刀具快速控制系統(tǒng)，由一個前端模塊(1)、一個刀具模塊(2)和一個后端模塊(3)組成，其特征在于所述的前端模塊(1)、刀具模塊(2)和后端模塊(3)分別用三片CPU(4、5、6)控制執(zhí)行任務(wù)前端模塊(1)控制執(zhí)行四個任務(wù)前端剝線、前端旋轉(zhuǎn)壓接、前端壓接檢測和前端送線；后端模塊(3)控制執(zhí)行四個任務(wù)后端剝線、后端旋轉(zhuǎn)壓接、后端壓接檢測和后端取線；刀具模塊(2)控制執(zhí)行六個任務(wù)配合前端剝線、前端送線和后端剝線的刀具下切和刀具上抬；所述的前端模塊(1)和后端模塊(3)與刀具模塊(2)相連，通過前端模塊(1)和后端模塊(3)的讓刀及刀具模塊(2)的刀具運(yùn)動任務(wù)時(shí)間的最佳分配，實(shí)現(xiàn)單刀對線束兩端加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單刀線束機(jī)的刀具快速控制系統(tǒng)，其特征在于所述的刀具模塊(2)的結(jié)構(gòu)是一片CPU(4)通過PWM口連接一個刀具電機(jī)(7)、分別通過I/O連接一個上位傳感器(8)和一個下位傳感器(9)，分別通過I/O口連接所述的前端模塊(1)和后端模塊(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單刀線束機(jī)的刀具快速控制系統(tǒng)，其特征在于所述的前端模塊(1)的結(jié)構(gòu)是一片CPU(5)分別通過PWM口連接一個前端旋轉(zhuǎn)電機(jī)(13)和一個進(jìn)線電機(jī)(14)，分別通過I/O口連接一個前旋電機(jī)定位傳感器(15)、一個進(jìn)線檢查傳感器(16)、一個前壓接機(jī)(19)和一個前端子檢測傳感器(20)，分別通過A/D接口連接一個前剝檢測傳感器(17)和一個前壓檢測傳感器(18)，通過大電流I/O口連接一個前壓接同步閥(21)，分別通過I/O口連接刀具模塊(2)和后端模塊(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單刀線束機(jī)的刀具快速控制系統(tǒng)，其特征在于所述的后端模塊(3)的結(jié)構(gòu)是一片CPU(6)分別通過PWM口連接一個后端剝線電機(jī)(22)和一個后端旋轉(zhuǎn)電機(jī)(24)，分別通過I/O口連接一個后旋電機(jī)定位傳感器(23)、一個后壓接機(jī)(27)和一個后端子檢測傳感器(28)，分別通過A/D接口連接一個后剝檢測傳感器(25)和一個后壓檢測傳感器(26)，通過大電流I/O口連接一個后壓接同步閥(29)，分別通過I/O口連接所述的刀具模塊(2)和前端模塊(1)。
5.一種單刀線束機(jī)的刀具快速控制方法，采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的單刀線束機(jī)的刀具控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，其特征在于根據(jù)加工過程中的各子過程的時(shí)間開銷，合理分配前端模塊(1)、刀具模塊(2)和后端模塊(3)的占用時(shí)間，確定前端模塊(1)、后端模塊(3)的讓刀以及刀具模塊(2)的刀具運(yùn)動的最佳時(shí)機(jī)對線束兩端加工，從而線束機(jī)的單刀能被高效使用，實(shí)現(xiàn)雙刀功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單刀線束機(jī)的刀具快速控制方法，其特征在于具體控制步驟如下(1)計(jì)算各模塊運(yùn)動時(shí)間根據(jù)加工過程的時(shí)間開銷，計(jì)算各個任務(wù)的時(shí)間分配；(2)根據(jù)計(jì)算的各任務(wù)時(shí)間分配，確定各個動作最佳時(shí)機(jī)；(3)按確定的各動作最佳時(shí)機(jī)依次控制如下各動作(a)前端模塊發(fā)出請求信號；(b)刀具模塊判斷，后端讓刀，刀具動作；(c)后端模塊發(fā)出請求信號；(d)刀具模塊判斷，前端讓刀，刀具動作；(e)刀具模塊準(zhǔn)備接收信號，完成一次循環(huán)，加工完成一根線束的兩端加工，接著重復(fù)步驟(a)至(e)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單刀線束機(jī)的刀具快速控制方法，其特征在于對所述的前端模塊(1)和后端模塊(3)分別采用無中斷四任務(wù)調(diào)度，對所述的刀具模塊(2)采用有中斷六任務(wù)調(diào)度(1)所述的無中斷四任務(wù)調(diào)度即對四個任務(wù)執(zhí)行過程中不允許任務(wù)間互相中斷，其調(diào)度時(shí)間按下式計(jì)算Σj=1n[EjPj]≤n(21n-1),]]>式左邊為利用率計(jì)算，式右邊為利用率邊界，式中n為最大的任務(wù)數(shù)，E為任務(wù)j的執(zhí)行時(shí)間，P為任務(wù)j的周期；(2)所述的有中斷六任務(wù)調(diào)度即對六個任務(wù)執(zhí)行過程中允許高優(yōu)先級的任務(wù)阻塞，低優(yōu)先級的任務(wù)的執(zhí)行，其調(diào)度時(shí)間按下式計(jì)算Σj=1n[EjPj]+maxjΣj=1n[BjPj]≤n(21n-1),]]>式左邊為利用率計(jì)算，式右邊為利用率邊界，式中n為最大的任務(wù)數(shù)，E為任務(wù)j的執(zhí)行時(shí)間，P為任務(wù)j的周期，B為任務(wù)j的阻塞時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單刀線束機(jī)的刀具快速控制方法，其特征在于刀具模塊(2)與前端模塊(1)和后端模塊(3)之間的通訊，使用信息編碼，包括狀態(tài)信息碼和驗(yàn)證碼，其驗(yàn)證碼為2位，是狀態(tài)信息碼的末四位異或的結(jié)果，即狀態(tài)信息碼最后兩位異或得到一位驗(yàn)證碼，倒數(shù)三、四位異或得到一位驗(yàn)證碼；驗(yàn)證碼用于檢驗(yàn)狀態(tài)信息碼正確與否，對于通訊不正確的狀態(tài)，系統(tǒng)自行重發(fā)，直到通訊正確；并采用軟件濾波程序，提高其通訊的準(zhǔn)確性和健壯性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單刀線束機(jī)的刀具快速控制系統(tǒng)和方法。本快速控制系統(tǒng)由前端模塊、刀具模塊和后端模塊組成。本快速控制方法是根據(jù)加工過程中的各子過程的時(shí)間開銷，合理分配三模塊的占用時(shí)間，確定前端模塊和后端模塊的讓刀以及刀具模塊的刀具運(yùn)動的最佳時(shí)機(jī)對線束兩端加工，從而線束機(jī)的單刀能被高效使用，實(shí)現(xiàn)雙刀功能。本發(fā)明有效的解決了由于刀具控制問題引起的線束機(jī)加工效率低下問題，具有實(shí)時(shí)性、擴(kuò)展性和健壯性好的特點(diǎn)，大大提高了線束生產(chǎn)效率。
文檔編號H01R43/04GK1949604SQ200610116359
公開日2007年4月18日 申請日期2006年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者郭帥, 何金保, 田應(yīng)仲, 何永義 申請人:上海大學(xué)