孫黎明 張立文 陳興文

摘要：汽車線束制造行業(yè)是一個傳統(tǒng)的勞動密集型產(chǎn)業(yè)，我國在線束行業(yè)起步比較晚，很多基本操作（比如包膠、布線、插線等）均需要由人工來完成。尤其是線束包膠這一關(guān)鍵步驟都是處于人工包膠，不僅效率低下并且極易出錯，因此很多產(chǎn)業(yè)相關(guān)人員都在想辦法改進(jìn)，看能否使用機(jī)器提高效率減少失誤。為了解決這一問題，本文設(shè)計(jì)了一種利用PC機(jī)來連接控制系統(tǒng)并與串口通信相結(jié)合的線束自動包膠機(jī)，不但實(shí)現(xiàn)了線束包膠過程的自動化，并且保證了線束包膠的質(zhì)量。并且進(jìn)一步經(jīng)由實(shí)踐證明，此線束自動包膠機(jī)完全可以達(dá)到生產(chǎn)工藝的需求，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：線束包膠;自動化;控制系統(tǒng)

中圖分類號：U468 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）10-0012-03

0 引言

如今各個行業(yè)使用電氣化設(shè)備的比率日益增加，這些設(shè)備均少不了要使用大量的線束，這使得線束的需求快速增長，并急需線束加工型的企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級來提高產(chǎn)量。當(dāng)前，我國的絕大部分企業(yè)都是采用人工的方法來進(jìn)行線束包膠這一工作，這樣的生產(chǎn)方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足目前急劇增長的線束使用需求。對此，本文設(shè)計(jì)了一種可以將汽車線束包膠這一工藝進(jìn)行自動化的控制系統(tǒng)，對線束加工中的包膠工藝自動化發(fā)展起到促進(jìn)作用。

對線束包膠的過程分析，借鑒了前人的科研經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合目前的控制技術(shù)提出了技術(shù)方案。本文設(shè)計(jì)得線束自動包膠機(jī)的控制電路通過USB和電腦相連，將包膠過程中的相關(guān)參數(shù)實(shí)時的顯示在電腦上，方便管理人員對現(xiàn)場操作的監(jiān)控和對一些包膠參數(shù)的儲存，不僅可以保證自動包膠機(jī)設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，還可以保證包膠的運(yùn)行速率。

1 線束自動包膠機(jī)的技術(shù)方案

本設(shè)備需要使用PC機(jī)連接控制系統(tǒng)運(yùn)用串口通信實(shí)現(xiàn)對包膠機(jī)的控制[1]。系統(tǒng)需要模擬量控制模塊、定位控制模塊，其中的模擬量控制模塊可以采集拉線傳感器和電子尺所檢測得到的模擬信號，進(jìn)一步再將所得信號轉(zhuǎn)換成數(shù)值，再傳輸給單片機(jī)單元;單片機(jī)需要定位模塊來控制步進(jìn)電機(jī)。單片機(jī)將其串口通信狀態(tài)和所采集的數(shù)據(jù)一同傳輸給PC機(jī)，PC機(jī)用于監(jiān)控狀態(tài)，并發(fā)送相應(yīng)的控制指令。

2 系統(tǒng)硬件控制電路設(shè)計(jì)

2.1 硬件電路組成

本設(shè)備包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、PL2303電路、串口調(diào)試電路、電壓輸入電路、開關(guān)電源降壓電路、變壓電路、觸摸屏通信電路、伺服電機(jī)控制電路、開關(guān)電路、信號指示燈電路、電源指示燈電路、下載接口電路、蜂鳴器電路以及濾波電路。

2.2 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)方案

為滿足系統(tǒng)的控制要求，控制系統(tǒng)選取STC15F2K60S2單片機(jī)來對系統(tǒng)電路進(jìn)行控制[2]，其管腳排列如圖1所示。

2.2.1 STC15F2K60S2單片機(jī)簡介

STC15F2K60S2主要集成了以下資源：

增強(qiáng)型8051內(nèi)核，單時鐘機(jī)器周期，速度比傳統(tǒng)8051內(nèi)核單片機(jī)快8至12倍;

60KB FLASH程序存儲器;1KB數(shù)據(jù)FLASH;2048字節(jié)的SARM;

3個16位可自動重裝載的定時/計(jì)數(shù)器（T0、T1、T2）;

可編程時鐘輸出功能;

至多42根I/O口線;

2個全雙工異步串行口（UART）;

1個高速同步通信端口（SPI）;

8通道10位ADC;

3通道PWM/可編程計(jì)數(shù)器陣列/捕獲/比較單元;

內(nèi)部高可靠上電復(fù)位電路和硬件看門狗;

內(nèi)部集成高精度R/C時鐘，常溫工作時，可以省去外部晶振電路。

并且，STC15F2K60S2內(nèi)部資源包括：中央處理器（CPU）、程序存儲器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、數(shù)據(jù)Flash存儲器、定時/計(jì)數(shù)器、I/O接口、通用異步串行通信接口（UART）、中斷系統(tǒng)、SPI接口、高速A/D轉(zhuǎn)換模塊、PWM（或捕獲/比較單元）、看門狗電路、電源監(jiān)控、片內(nèi)RC振蕩器等模塊，幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需要的所有單元模塊。

2.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

單片機(jī)最小系統(tǒng)電路包括控制芯片、電阻R1、電阻R2、電容C1、電容C2、電容C3、晶振Y1，最小系統(tǒng)電路如圖2所示;控制芯片的電源管腳接3.3V外部電源;控制芯片的接地管腳接地;控制芯片的復(fù)位管腳接電阻R1、電容C1的一端，電阻R1的另一端屆3.3V外部電源，電容C1的另一端接地;控制芯片的晶振管腳接電阻R2、晶振Y1、電容C2的另一端，控制芯片的晶振管腳同時與電容C3的一端，電阻R2、晶振Y1的另一端相連接，電容C2、電容C3的另一端接地。

3 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

3.1 信號的輸入與輸出

線束自動包膠機(jī)控制系統(tǒng)方案圖如圖3?？刂葡到y(tǒng)的實(shí)物圖如圖4所示。通過通信串口J1接受PC機(jī)指令實(shí)現(xiàn)對包膠機(jī)的控制，從J2輸出脈沖到功率級，驅(qū)動電機(jī)帶動設(shè)備轉(zhuǎn)動。控制系統(tǒng)以5V直流供電[1]。

控制系統(tǒng)的輸入信號：

急停開關(guān)：用來應(yīng)對緊急突發(fā)情況，將電源快速斷開，停止設(shè)備運(yùn)行。

啟動開關(guān)：用于啟動設(shè)備運(yùn)行。

限位開關(guān)：進(jìn)行工作范圍限定，防止電機(jī)在運(yùn)行時越過界限。

計(jì)數(shù)開關(guān)：直流電機(jī)每轉(zhuǎn)一周就會反饋一個信號傳輸給單片機(jī)，由單片機(jī)記錄所轉(zhuǎn)圈數(shù)。

調(diào)速開關(guān)：用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可加速可減速，10——50轉(zhuǎn)/秒。

調(diào)圈數(shù)開關(guān)：用于調(diào)節(jié)圈數(shù)，可加圈數(shù)可減圈數(shù)，2——20圈。

控制系統(tǒng)的輸出信號：

報警器控制：應(yīng)用在指示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)之中，在故障時會連續(xù)地閃爍同時發(fā)出報警。

方位選擇控制：根據(jù)工作需要，可以實(shí)現(xiàn)0到270度方向的選擇。