陳壽坤,鄭清蘭,袁巖鳳

摘 要:介紹了自動剪板控制系統(tǒng)的結構組成和工作原理,敘述了8031單片微機實現(xiàn)其生產(chǎn)進程控制的硬件與軟件的設計方法。自動剪板機是機電設備廠重要的專用生產(chǎn)設備,過去采用的是有觸點的斷續(xù)控制,技術落后、通用性和靈活性差,工作頻率低、觸點易損壞、故障多、可靠性差,很難滿足日益增長的大生產(chǎn)的要求。用單片機微機對其進行技術改造,不僅能很好地改善上述弊端,而且能實現(xiàn)送料、切剪、計數(shù)、包裝等工序的全自動化,滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。

關鍵詞:單片機8031;自動剪板機;硬件;軟件;剪切控制系統(tǒng)

中圖分類號:TP271文獻標識碼:B

文章編號:1004-373X(2009)19-157-04

Design and Realization of Automatic Plate Cutter Control System

CHEN Shoukun,ZHENG Qinglan,YUAN Yanfeng

(Minnan University of Science and Technology,Shishi,362700,China)

Abstract:The structure composition and working principle of automatic plate cutter control system are introduced,to realize its industrial process control′s hardware and software's design method by 8031.The automatic plate cutter is the special-purpose production equipment in mechanical and electrical plant,the electronic contact intermittent control was used in the past,technical backwardness,the versatility and flexibility were bad,the operating frequency was low,the electronic contact was easy to damage,the breakdown to be many,the reliability was bad,very difficult to satisfy the big production request which day by day grew.Making technological transformation with the signle chip microcomputer,it not only can improve the above malpractice,but also can realize the feeding,cutting,working procedure and so on counting,packing entire automations,and satisfy the modernized big production.

Keywords:single chip 8031;automatic plate cutter;hardware;software;cutting control system

0 引 言

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(chǎn)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(jīng)濟實用型數(shù)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(shù)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[1]。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(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)重復啟動送料機構以后的步驟(3)~(7)。一旦夠數(shù),則使控制電機通電,運料小車的控制電機正轉(zhuǎn),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(zhuǎn),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(jù)需要自由進行調(diào)整,每一車(捆)板料的數(shù)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(shù)值可任意更改,而由軟件系統(tǒng)完成。

圖1 自動剪板機系統(tǒng)的結構組成及工作原理圖

2 硬件系統(tǒng)設計

利用8031[2]單片微機[3]實現(xiàn)自動剪切機生產(chǎn)過程控制的硬件設計電路圖2所示。

圖2 自動剪板機控制系統(tǒng)硬件電路圖

系統(tǒng)主要由單片機8031,一個2716可讀可寫存儲器[4], 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(shù)器,用來對剪切下來的板料進行計數(shù)。圖2中,74LS273-1#[2]為地址鎖存器,8031內(nèi)部定時器/計數(shù)器0用作板料計數(shù)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)[5]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[6]。

2.1 開關量輸入接口電路[6]

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”)。

圖3 開關量輸入電路

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(zhuǎn)。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)[6],如圖4所示。

圖4 輸出控制回路

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。

表1 雙向電機控制真值表

P1.1P1.0運動狀態(tài)QS1QS2QS3QS4

10正轉(zhuǎn)1001

01反轉(zhuǎn)0110

11剎車0101

00滑行0000

00滑行0000

3 軟件設計[3,7]

自動剪板機生產(chǎn)過程控制的軟件采用模塊化結構,順序控制系統(tǒng)[8]的程序設計可根據(jù)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?？刂瞥绦蚍謨刹糠?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(shù)常數(shù)等;另一部分為中斷服務程序,對剪板機系統(tǒng)進行生產(chǎn)過程控制。

圖5 光電隔離技術的可逆直流電動機控制電路

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(jù)力學原理剛體轉(zhuǎn)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[8]

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(shù)常數(shù)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(zhuǎn)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:

ORG0000H;上電,復位入口地址

AJMPMAIN

ORG0003H

AJMPINTPT;轉(zhuǎn)INT0中斷服務程序

ORG0100H

MAIN:MOVP1,#00H;斷開系統(tǒng)所有控制電源

SETBIT0;設外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式

SETBEX0;允許外部中斷0中斷

SETBEA;CPU開中斷

MOVTMOD,#06H;設T0為計數(shù)方式2

MOVTH0,#0F6H;裝入時間常數(shù)

MOVTL0,#0F6H

SETBTR0;啟動T0

HERE:AJMPHERE;等待

3.2 中斷服務程序[9,10]

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。

圖6 主程序流程圖

圖7 中斷服務程序流程圖

中斷服務程序如下:

ORG 0120H

INTPT: MOV DPTR,#7FFFH;置74LS273-2#地址

LOOP1:MOVXA,@DPTR;判小車是否到位

JNBACC.5,LOOP1

MOVP1,#01H;啟動小車左行

LOOP2: MOVXA, @DPTR;判小車是否到位

JBACC.4, LOOP2

SETBP1.1;剎車

REPEAT:SETB P1.4;啟動SSRe,送板料

LOOP3:MOVXA,@DPTR;判板料是否到位

JBACC.0, LOOP3

CLRP1.4;斷SSRe

ETBP1.3;啟動SSRb

LOOP4: MOVX A, @DPTR;判壓塊是否壓緊

XRLA, #0E8H

JNZLOOP4

SETBP1.2;啟動SSRa,剪切刀下降

LOOP5: MOVX A,@DPTR;判板料是否剪斷

XRLA,#0C1H

JNZLOOP5

CLRP1.3;斷SSRb,使壓塊復位

LOOP6: MOVX A,@DPTR;判剪切刀和壓塊是否復位

XRLA,#0CFH

JNZLOOP6

JNBTF0,REPEAT;判10塊板料是否全部剪完

CLRTF0

CLRP1.0;啟動小車

AJMPLOOP1;轉(zhuǎn)到LOOP1,繼續(xù)剪下一車板料

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(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(jīng)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(chǎn)的需要。

參考文獻

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