基于ARM9的玻璃拉边机控制系统的设计
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基于 ARM9 的玻璃拉边机控制系统的
设计
摘 要
拉边机是浮法玻璃成型过程中的一个重要设备，主要用于玻璃成型过程中的
厚度和宽度控制。本次研制的全自动拉边机，在分析了传统拉边机控制方面存在
的缺陷的基础上，改进设计提出了新的控制方案，研制出了基于Windows CE嵌入
式操作系统的ARM9触摸屏控制软件系统。结合Profibus-DP总线扩展技术和绝对值
编码器反馈技术，为玻璃拉边机系统提供了良好的人机交互界面，能满足拉边机
工作现场实时、准确和长期稳定的运行要求。
本课题从软件和硬件两个方面完成了拉边机控制系统的设计实现。硬件方面，
主要介绍了玻璃拉边机控制环境和硬件平台的搭建，包括系统硬件的选型、接口
电路的设计、芯片和操作系统的选型以及应用程序设计软件EVC的配置和应用。软
件方面，主要介绍了系统软件平台的搭建，包括内核镜像的下载调试、基于
S3C2410处理器开发板的Windows CE操作系统的定制和移植过程，完成了设备驱
动程序的开发以及应用软件流程和界面的设计。最终完成了玻璃拉边机应用控制
软件系统的程序编写与运行调试。并研究了拉边机现场总线控制技术以及自动实
时的温度压力监测等功能。
关 键 词 ： 玻 璃 拉 边 机 Windows CE Profibus-DP 嵌 入 式 操 作 系 统
S3C2410 触摸屏
ABSTRACT
Edge roller is an important equipment in the process of law glass formation ，
mainly used in the thickness and width control in the process of glass forming. After
analyzing the defects of the traditional edge roller controlling system， this dissertation
modified and improved a new controlling method ， and developed a touch-screen
controlling software system which bases on ARM9&Windows CE embedded operating
system. With the use of Profibus-DP bus extension and absolute value encoder feedback
technology ， this dissertation worked out a friendly interactive interface to meet the
operational requirements for real time， accurate， long term and stability.
This dissertation described the design and implementation of the edge roller
controlling system from both the hardware and software aspects. For hardware ，
mainly introduced the controlling environment and the building of the hardware
platform， including the hardware selection， interface circuit design， selection and
configuration of the chip and operating system ， applications for the application
designing software EVC. For software， mainly introduced the building of the software
platform， including the download and debugging of the kernel-image， customization
and migration of the Window CE system which bases on the S3C2410 processor. And
also the development of the device drivers for the application software and interface
designing are completed. Finally completed the programming and operating and
debugging of the application control software for the edge roller. The dissertation also
studied the field-bus control technology and automatic real-time temperature and
pressure monitoring and other functions.
Key Words： Edge Roller， Windows CE， Profibus-DP，
Embedded Operating System， S3C2410， Touch Screen
目 录
摘 要
ABSTRACT
第一章 绪 论...............................................................................................................1
§1.1 课题的来源及意义................................................................................................1
§1.2 国内外发展概况....................................................................................................2
§1.2.1 拉边机的国内外发展状况.............................................................................2
§1.2.2 嵌入式系统的发展.........................................................................................4
§1.3 课题目标和主要研究内容....................................................................................6
§1.3.1 课题目标.........................................................................................................6
§1.3.2 课题的主要研究内容.....................................................................................7
§1.4 本章小结................................................................................................................7
第二章 玻璃拉边机的结构组成及控制系统分析.......................................................9
§2.1 玻璃拉边机的结构组成及工作原理....................................................................9
§2.1.1 机械结构组成.................................................................................................9
§2.1.2 工作原理介绍...............................................................................................10
§2.1.3 主要机构分析...............................................................................................11
§2.2 玻璃拉边机的控制功能分析..............................................................................13
§2.2.1 拉边机的控制要求与控制方案...................................................................13
§2.2.2 厚度控制.......................................................................................................16
§2.2.3 工艺操作和控制优先级...............................................................................17
§2.2.4 电气控制.......................................................................................................17
§2.3 控制系统开发流程..............................................................................................19
§2.4 本章小结..............................................................................................................20
第三章 控制系统软硬件开发环境与平台构建.........................................................21
§3.1 嵌入式系统与 WINCE........................................................................................21
§3.1.1 ARM9 嵌入式系统.......................................................................................21
§3.1.2 基于 ARM9 内核的 S3C2410 微处理器简介..............................................23
§3.1.3 Windows CE..................................................................................................27
§3.1.4 嵌入式系统的开发特点和流程...................................................................31
§3.2 控制系统硬件平台搭建......................................................................................32
I
§3.2.1 触摸屏的选型...............................................................................................33
§3.2.2 ProfiBus-DP 总线技术..................................................................................35
§3.2.3 核心硬件电路设计.......................................................................................40
§3.2.4 控制系统硬件选型.......................................................................................44
§3.3 控制系统软件环境搭建......................................................................................45
§3.3.1 系统应用环境介绍.......................................................................................45
§3.3.2 嵌入式操作系统 WinCE...............................................................................45
§3.3.3 应用程序设计软件 EVC..............................................................................46
§3.4 本章小结..............................................................................................................47
第四章 WINCE 嵌入式操作系统的定制和移植.......................................................49
§4.1 操作系统结构和移植流程..................................................................................49
§4.1.1 WinCE 操作系统结构...................................................................................49
§4.1.2 WinCE 操作系统移植流程...........................................................................51
§4.2 WINDOWS CE 操作系统定制编译......................................................................52
§4.3 WINDOWS CE 操作系统的下载运行..................................................................55
§4.4 本章小结..............................................................................................................57
第五章 设备驱动程序的开发.....................................................................................59
§5.1 WINDOWS CE 的设备驱动模型..........................................................................59
§5.2 目标板初始化......................................................................................................61
§5.3 串口驱动开发......................................................................................................61
§5.4 数据采集模块驱动程序......................................................................................63
§5.5 本章小结..............................................................................................................65
第六章 应用程序的设计.............................................................................................67
§6.1 WINCE 应用程序开发环境配置.........................................................................67
§6.2 控制系统功能模块分析......................................................................................67
§6.2.1 总体模块框架...............................................................................................68
§6.2.2 参数设置模块软件设计...............................................................................69
§6.2.3 机身调节控制模块软件设计.......................................................................69
§6.2.4 自动运行模块软件设计...............................................................................71
§6.2.5 系统监控模块软件设计...............................................................................73
§6.3 软件流程及界面设计..........................................................................................74
§6.4 本章小结..............................................................................................................77
第七章 系统测试与总结.............................................................................................79
II
参考文献
§7.1 硬件系统测试......................................................................................................79
§7.1.1 I/O 端口速度测试.........................................................................................79
§7.1.2 QEP 电路测试...............................................................................................79
§7.2 控制系统抗干扰测试结论..................................................................................80
§7.3 总结和展望..........................................................................................................80
§7.3.1 全文总结.......................................................................................................80
§7.3.2 前景展望.......................................................................................................81
§7.4 本章小结..............................................................................................................81
附 录.............................................................................................................................83
参考文献.........................................................................................................................95
一、论文、专利..........................................................................................................99
二、科研项目..............................................................................................................99
III
第一章 绪 论
§1.1 课题的来源及意义
拉边机在浮法玻璃成型过程中起着非常关键的作用。它主要用于锡槽内对玻
璃带进行展宽和堆积，其作用是通过调节拉边轮的线速度以及拉边轮的水平摆角
平面倾角等以起到控制玻璃带宽度和厚度的作用[1]。其运行状态直接影响生产的正
常进行和玻璃质量。目前我国使用的拉边机按安装方式分有落地式、吊挂式两种；
按自动化程度分有全自动、半自动、手动三种。其中，落地式手动、半自动式拉边机，
其机械结构简单，造价低，但它的制造精度差，调节范围小。主要凭人工经验操
作，稳定性差，控制精度低，这些缺点已严重制约了玻璃质量和产量的提高。为
避免人为误差，越来越多的生产线开始采用全自动拉边机代替原有的简易拉边机。
拉边机作为浮法玻璃生产的重要设备之一，其运行是否平稳直接影响生产的
正常进行和玻璃质量。目前我国的拉边机大多是落地式的，这种形式的拉边机在
装卸、维修方面比较方便，但其调整尤其是拉边轮压入玻璃带的深度调整起来比
较困难，且不便实现自动化。
拉边机各个机构的控制精度、整机的自动化程度是否能够满足要求以及拉边
机是否能够可靠稳定运行直接关系到玻璃产品的质量和产量。在现代浮法玻璃生
产技术中，生产难度大的品种如： 厚玻璃 (>15mm)、薄玻璃(<1.11mm)、电子玻
璃 ( TN、STN 显示器用玻璃) 等产品的生产过程中，必须采用多台、多对拉边机
自动联动。因而研制机电一体化的全自动拉边机及提高拉边机群的控制水平、总体
自动化程度成为现代浮法玻璃生产技术装备的必然要求。
全自动拉边机是我国浮法玻璃行业目前使用的普通落地式拉边机的升级换代
产品，是一项具有国际行业先进水平的设备。它具有调速范围广、控制精度高、各
机构运转灵巧、数字显示、运行稳定、集中控制、自动化程度高、能大幅度降低劳动
强度， 提高劳动效率等一系列优点。它已经成为现代浮法玻璃成形工艺不可缺少
的高端装备。此次研发的全自动拉边机及其多台全自动拉边机集成控制系统目前
已在国内多条大吨位浮法玻璃线、高端的薄玻璃生产线、电子玻璃生产线投入运行
随着技术的发展，越来越多的生产线采用吊挂式全自动拉边机，尤其是在主
要从事超薄或超厚玻璃的生产线上。这样可以尽可能多地在锡槽内布置拉边机以
满足生产工艺的要求。本次课题研制的拉边机安装了高精度的绝对值编码器，拉
边机的工作状态可随时以数字形式反馈到集中控制站和本地控制箱上。
目前，国内除引进的浮法玻璃生产线上使用的拉边机外，国产浮法玻璃生产
1
摘要：
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基于ARM9的玻璃拉边机控制系统的设计摘 要拉边机是浮法玻璃成型过程中的一个重要设备，主要用于玻璃成型过程中的厚度和宽度控制。本次研制的全自动拉边机，在分析了传统拉边机控制方面存在的缺陷的基础上，改进设计提出了新的控制方案，研制出了基于WindowsCE嵌入式操作系统的ARM9触摸屏控制软件系统。结合Profibus-DP总线扩展技术和绝对值编码器反馈技术，为玻璃拉边机系统提供了良好的人机交互界面，能满足拉边机工作现场实时、准确和长期稳定的运行要求。本课题从软件和硬件两个方面完成了拉边机控制系统的设计实现。硬件方面，主要介绍了玻璃拉边机控制环境和硬件平台的搭建，包括系统硬件的选型、接口电路的设...
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作者：陈辉
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时间：2024-11-19
