《電子技術應用》
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自動剪板機控制系統設計與實現
摘要: 隨著微型機控制技術的發展,單片機以其獨特的性能及優越的性能/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的介紹,該系統已投入生產使用,運行穩定可靠,控制精度高,維護使用方便。本系統是應企業要求開發研制的,是一種經濟實用型數控系統。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。
Abstract:
Key words :
0 引 言
    隨著微型機控制技術的發展,單片機以其獨特的性能及優越的性能/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的介紹,該系統已投入生產使用,運行穩定可靠,控制精度高,維護使用方便。本系統是應企業要求開發研制的,是一種經濟實用型數控系統。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 設計系統要求
    自動剪板機系統的結構組成和工作原理圖如圖1所示。該系統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,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,而由軟件系統完成。

2 硬件系統設計
    利用8031單片微機實現自動剪切機生產過程控制的硬件設計電路圖2所示。

    系統主要由單片機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。為了提高系統的抗干擾能力,使硬件系統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,對剪板機系統進行生產過程控制。

    因本系統是順序控制系統,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
    主程序用來對系統進行初始化,即設置中斷控制字及計數常數等。當主程序執行完以后,便進入等待狀態。當系統需要工作時,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
    本系統是采用8031單片機設計的順序控制系統,硬件電路少,接口簡單,軟件的開發及調試都比較方便,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,充分體現本系統具有集成度高,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越,基本上能滿足機電設備廠日益增長的現代化大生產的需要。

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