隨著微型機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)以其獨(dú)特的性能及優(yōu)越的性能／價(jià)格比獨(dú)占鰲頭，愈來愈受到人們的重視，特別是在家用電氣、工業(yè)過程控制及智能化儀器中有應(yīng)用極為普遍。自動(dòng)剪切機(jī)順序控制系統(tǒng)的應(yīng)用就是一個(gè)典型的例子。下面就是運(yùn)用單片機(jī)8031設(shè)計(jì)的自動(dòng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)的介紹，該系統(tǒng)已投入生產(chǎn)使用，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制精度高，維護(hù)使用方便。本系統(tǒng)是應(yīng)企業(yè)要求開發(fā)研制的，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用型數(shù)控系統(tǒng)。它保存原有機(jī)床的主體結(jié)構(gòu)，增加自動(dòng)進(jìn)料、卸料、剪切、數(shù)控定長等功能載體。
1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求
自動(dòng)剪板機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理圖如圖1所示。該系統(tǒng)可按照要求剪開大塊板材，并由送料小車運(yùn)到包裝線或各用料點(diǎn)。未動(dòng)作時(shí)，壓塊及剪切刀的限位開關(guān)ST2，ST3和ST4均斷開，行程開關(guān)ST1和光電接近開關(guān)ST7也都是斷開的。剪切刀、壓塊及選料機(jī)構(gòu)分別由交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，運(yùn)料小車由直流控制電機(jī)拖動(dòng)。其工作過程如下所述：
(1)讀入限位開關(guān)ST6的狀態(tài)，判小車是否空載，若是空載，則可開始工作。
(2)啟動(dòng)送料小車，并使其到位，此時(shí)限位開關(guān)ST5閉合。
(3)SSRe通電，啟動(dòng)送料機(jī)構(gòu)E，帶動(dòng)板料向右移動(dòng)。
(4)當(dāng)板料碰到行程開關(guān)ST1時(shí)，停止送料，同時(shí)SSRb送電啟動(dòng)壓下機(jī)構(gòu)，壓下壓壓塊B，并使壓塊上限開關(guān)ST2復(fù)位閉合。
(5)當(dāng)壓塊到位，壓緊板料時(shí)，壓塊下限開關(guān)ST3被閉合。
(6)SSRe通電，這時(shí)啟動(dòng)剪切刀機(jī)構(gòu)，控制剪板機(jī)剪刀下落，此時(shí)ST4復(fù)位閉合，直到把板料剪斷。當(dāng)板料下落通過光電接近開關(guān)ST7時(shí)，ST6輸出一個(gè)脈沖，并使8031計(jì)數(shù)器加1。
(7)判斷小車上的板料是否夠數(shù)，如果不夠，則繼續(xù)重復(fù)啟動(dòng)送料機(jī)構(gòu)以后的步驟(3)～(7)。一旦夠數(shù)，則使控制電機(jī)通電，運(yùn)料小車的控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車右行，把切好的板料送至包裝線或各用料點(diǎn)。板料卸下后，再啟動(dòng)小車反轉(zhuǎn)，重新返回到剪板機(jī)下，并開始下一車的剪切裝料工作。
板料的長度L根據(jù)需要自由進(jìn)行調(diào)整，每一車(捆)板料的數(shù)量可由機(jī)器鍵盤給定，也可通過撥碼鍵盤加以設(shè)定。固定剪切包裝線或送往各用料點(diǎn)的板料計(jì)數(shù)值可任意更改，而由軟件系統(tǒng)完成。
2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
利用8031單片微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)剪切機(jī)生產(chǎn)過程控制的硬件設(shè)計(jì)電路圖2所示。
系統(tǒng)主要由單片機(jī)8031，一個(gè)2716可讀可寫存儲(chǔ)器，7個(gè)開關(guān)量(ST1～ST7)輸入，3個(gè)固態(tài)繼電器控制接口，以及一個(gè)電機(jī)雙向控制接口；另外，還有一個(gè)計(jì)數(shù)器，用來對剪切下來的板料進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖2中，74LS273-1#為地址鎖存器，8031內(nèi)部定時(shí)器／計(jì)數(shù)器0用作板料計(jì)數(shù)器；74LS273-2#為I／O擴(kuò)展接口，其地址為7FFFH。這里用1D～6D作為開關(guān)量輸入位，分別接ST1～ST6，將P1．0和P1．1兩位用作雙向電機(jī)(即可逆直流電動(dòng)機(jī)M1)控制，以便使小車前進(jìn)或后退。用P1口的P1．2～P1．4，3位分別控制剪板機(jī)、壓塊和送料機(jī)構(gòu)的交流傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)，以完成剪切、壓下和自動(dòng)送料等操作。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，使硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡便其采用全浮空技術(shù)，即開關(guān)量各輸入端均接有光電隔離器；控制輸出采用光電隔離固體繼電器。
2．1 開關(guān)量輸入接口電路
開關(guān)量輸入接口電路采用光電隔離器，如圖3所示。圖中，當(dāng)控制開關(guān)ST1斷開時(shí)，發(fā)光二極管沒有電流通過，所以光敏三極管截止，輸出為高電平(“1”)；一旦ST1閉合，發(fā)光二極管導(dǎo)通，導(dǎo)致光敏三極管導(dǎo)通，輸出低電平(“0”)。
2．2 輸出控制電路
輸出控制電路采用固體繼電器SSR，其接口電路，如圖4所示。輸入為TTL電平，輸出為交流負(fù)載。當(dāng)P1．4端輸出高電平“1”時(shí)，固體繼電器SSR導(dǎo)通，使交流電動(dòng)機(jī)通電運(yùn)行；反之，如果P1．4端輸出低電平(“0”)，則SSR截止，交流電動(dòng)機(jī)也隨之?dāng)嚯娡＾D(zhuǎn)。其他兩路與此完全相同。為了達(dá)到光電隔離的目的，將4個(gè)直流固體繼電器QS1～QS4組成一個(gè)可逆直流電動(dòng)機(jī)控制電路(即雙向伺服電機(jī)控制電路)，如圖4所示。
可逆直流電動(dòng)機(jī)控制(即雙向電機(jī)控制)真值表見表1。
值得說明的是：該系統(tǒng)不一定非得全部采用光電隔離技術(shù)或固體繼電器，也可以設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的電路。這里采用全浮空技術(shù)，主要是為使讀者對全浮空單片機(jī)控制系統(tǒng)有個(gè)比較全面的了解。
3 軟件設(shè)計(jì)
自動(dòng)剪板機(jī)生產(chǎn)過程控制的軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，順序控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)可根據(jù)流程圖進(jìn)行，也可以將各步動(dòng)作編寫出程序表，或者畫出邏輯功能圖。控制程序分兩部分，一部分是主程序，用來對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即設(shè)置中斷控制字及計(jì)數(shù)常數(shù)等；另一部分為中斷服務(wù)程序，對剪板機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)過程控制。
因本系統(tǒng)是順序控制系統(tǒng)，屬于分時(shí)控制，實(shí)時(shí)性不高，故采用程序查詢式控制方式。在控制機(jī)電加減速運(yùn)動(dòng)控制子程序設(shè)計(jì)中，為保證控制機(jī)電在頻繁起停運(yùn)行中不失步、不過沖，保證系統(tǒng)的精度和快速性，根據(jù)力學(xué)原理剛體轉(zhuǎn)動(dòng)定理，參照控制電機(jī)的特性，并結(jié)合負(fù)載試驗(yàn)情況。
3．1 主程序
主程序用來對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即設(shè)置中斷控制字及計(jì)數(shù)常數(shù)等。當(dāng)主程序執(zhí)行完以后，便進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)需要工作時(shí)，只要操作人員按一下Start按鈕，即可轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。
主程序流程圖如圖6所示。
主程序如下所示：
3．2 中斷服務(wù)程序
中斷服務(wù)程序用以對系統(tǒng)進(jìn)行順序控制，中斷服務(wù)程序流程圖如圖7所示。
中斷服務(wù)程序如下：
4 結(jié) 語
本系統(tǒng)是采用8031單片機(jī)設(shè)計(jì)的順序控制系統(tǒng)，硬件電路少，接口簡單，軟件的開發(fā)及調(diào)試都比較方便，在輸入、輸出端采用光隔離等措施后，抗干擾效果很好。在對多臺(tái)不同型號剪板機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)化改造的實(shí)際應(yīng)用后，充分體現(xiàn)本系統(tǒng)具有集成度高，加工精度高，經(jīng)濟(jì)性好，操作方便，自動(dòng)化水平較高等特點(diǎn)，且設(shè)備的可靠性、可維護(hù)及靈活性都很優(yōu)越，基本上能滿足機(jī)電設(shè)備廠日益增長的現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。