隨著微型機控制技術的發(fā)展，單片機以其獨特的性能及優(yōu)越的性能／價格比獨占鰲頭，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用極為普遍。自動剪切機順序控制系統(tǒng)的應用就是一個典型的例子。下面就是運用單片機8031設計的自動剪板機控制系統(tǒng)的介紹，該系統(tǒng)已投入生產使用，運行穩(wěn)定可靠，控制精度高，維護使用方便。本系統(tǒng)是應企業(yè)要求開發(fā)研制的，是一種經濟實用型數控系統(tǒng)。它保存原有機床的主體結構，增加自動進料、卸料、剪切、數控定長等功能載體。
1 設計系統(tǒng)要求
自動剪板機系統(tǒng)的結構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，并由送料小車運到包裝線或各用料點。未動作時，壓塊及剪切刀的限位開關ST2，ST3和ST4均斷開，行程開關ST1和光電接近開關ST7也都是斷開的。剪切刀、壓塊及選料機構分別由交流電動機傳動，運料小車由直流控制電機拖動。其工作過程如下所述：
(1)讀入限位開關ST6的狀態(tài)，判小車是否空載，若是空載，則可開始工作。
(2)啟動送料小車，并使其到位，此時限位開關ST5閉合。
(3)SSRe通電，啟動送料機構E，帶動板料向右移動。
(4)當板料碰到行程開關ST1時，停止送料，同時SSRb送電啟動壓下機構，壓下壓壓塊B，并使壓塊上限開關ST2復位閉合。
(5)當壓塊到位，壓緊板料時，壓塊下限開關ST3被閉合。
(6)SSRe通電，這時啟動剪切刀機構，控制剪板機剪刀下落，此時ST4復位閉合，直到把板料剪斷。當板料下落通過光電接近開關ST7時，ST6輸出一個脈沖，并使8031計數器加1。
(7)判斷小車上的板料是否夠數，如果不夠，則繼續(xù)重復啟動送料機構以后的步驟(3)～(7)。一旦夠數，則使控制電機通電，運料小車的控制電機正轉，小車右行，把切好的板料送至包裝線或各用料點。板料卸下后，再啟動小車反轉，重新返回到剪板機下，并開始下一車的剪切裝料工作。
板料的長度L根據需要自由進行調整，每一車(捆)板料的數量可由機器鍵盤給定，也可通過撥碼鍵盤加以設定。固定剪切包裝線或送往各用料點的板料計數值可任意更改，而由軟件系統(tǒng)完成。
2 硬件系統(tǒng)設計
利用8031單片微機實現(xiàn)自動剪切機生產過程控制的硬件設計電路圖2所示。
系統(tǒng)主要由單片機8031，一個2716可讀可寫存儲器，7個開關量(ST1～ST7)輸入，3個固態(tài)繼電器控制接口，以及一個電機雙向控制接口；另外，還有一個計數器，用來對剪切下來的板料進行計數。圖2中，74LS273-1#為地址鎖存器，8031內部定時器／計數器0用作板料計數器；74LS273-2#為I／O擴展接口，其地址為7FFFH。這里用1D～6D作為開關量輸入位，分別接ST1～ST6，將P1．0和P1．1兩位用作雙向電機(即可逆直流電動機M1)控制，以便使小車前進或后退。用P1口的P1．2～P1．4，3位分別控制剪板機、壓塊和送料機構的交流傳動電動機，以完成剪切、壓下和自動送料等操作。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，使硬件系統(tǒng)設計簡便其采用全浮空技術，即開關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 開關量輸入接口電路
開關量輸入接口電路采用光電隔離器，如圖3所示。圖中，當控制開關ST1斷開時，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)光二極管導通，導致光敏三極管導通，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，輸出為交流負載。當P1．4端輸出高電平“1”時，固體繼電器SSR導通，使交流電動機通電運行；反之，如果P1．4端輸出低電平(“0”)，則SSR截止，交流電動機也隨之斷電停轉。其他兩路與此完全相同。為了達到光電隔離的目的，將4個直流固體繼電器QS1～QS4組成一個可逆直流電動機控制電路(即雙向伺服電機控制電路)，如圖4所示。
可逆直流電動機控制(即雙向電機控制)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或固體繼電器，也可以設計一個簡單的電路。這里采用全浮空技術，主要是為使讀者對全浮空單片機控制系統(tǒng)有個比較全面的了解。
3 軟件設計
自動剪板機生產過程控制的軟件采用模塊化結構，順序控制系統(tǒng)的程序設計可根據流程圖進行，也可以將各步動作編寫出程序表，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)進行初始化，即設置中斷控制字及計數常數等；另一部分為中斷服務程序，對剪板機系統(tǒng)進行生產過程控制。
因本系統(tǒng)是順序控制系統(tǒng)，屬于分時控制，實時性不高，故采用程序查詢式控制方式。在控制機電加減速運動控制子程序設計中，為保證控制機電在頻繁起停運行中不失步、不過沖，保證系統(tǒng)的精度和快速性，根據力學原理剛體轉動定理，參照控制電機的特性，并結合負載試驗情況。
3．1 主程序
主程序用來對系統(tǒng)進行初始化，即設置中斷控制字及計數常數等。當主程序執(zhí)行完以后，便進入等待狀態(tài)。當系統(tǒng)需要工作時，只要操作人員按一下Start按鈕，即可轉到相應的中斷服務程序。
主程序流程圖如圖6所示。
主程序如下所示：
3．2 中斷服務程序
中斷服務程序用以對系統(tǒng)進行順序控制，中斷服務程序流程圖如圖7所示。
中斷服務程序如下：
4 結 語
本系統(tǒng)是采用8031單片機設計的順序控制系統(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。在對多臺不同型號剪板機床進行自動化改造的實際應用后，充分體現(xiàn)本系統(tǒng)具有集成度高，加工精度高，經濟性好，操作方便，自動化水平較高等特點，且設備的可靠性、可維護及靈活性都很優(yōu)越，基本上能滿足機電設備廠日益增長的現(xiàn)代化大生產的需要。