自動(dòng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳壽坤,鄭清蘭,袁巖鳳

摘 要:介紹了自動(dòng)剪板控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理,敘述了8031單片微機(jī)實(shí)現(xiàn)其生產(chǎn)進(jìn)程控制的硬件與軟件的設(shè)計(jì)方法。自動(dòng)剪板機(jī)是機(jī)電設(shè)備廠重要的專用生產(chǎn)設(shè)備,過去采用的是有觸點(diǎn)的斷續(xù)控制,技術(shù)落后、通用性和靈活性差,工作頻率低、觸點(diǎn)易損壞、故障多、可靠性差,很難滿足日益增長(zhǎng)的大生產(chǎn)的要求。用單片機(jī)微機(jī)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造,不僅能很好地改善上述弊端,而且能實(shí)現(xiàn)送料、切剪、計(jì)數(shù)、包裝等工序的全自動(dòng)化,滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。

關(guān)鍵詞:單片機(jī)8031;自動(dòng)剪板機(jī);硬件;軟件;剪切控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào):TP271文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):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(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(zhǎng)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)[1]。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(zhǎng)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。

圖1 自動(dòng)剪板機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理圖

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

利用8031[2]單片微機(jī)[3]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。

圖2 自動(dòng)剪板機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路圖

系統(tǒng)主要由單片機(jī)8031,一個(gè)2716可讀可寫存儲(chǔ)器[4], 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(duì)剪切下來的板料進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖2中,74LS273-1#[2]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)[5]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(jiǎn)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[6]。

2.1 開關(guān)量輸入接口電路[6]

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”)。

圖3 開關(guān)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(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)[6],如圖4所示。

圖4 輸出控制回路

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(jiǎn)單的電路。這里采用全浮空技術(shù),主要是為使讀者對(duì)全浮空單片機(jī)控制系統(tǒng)有個(gè)比較全面的了解。

表1 雙向電機(jī)控制真值表

P1.1P1.0運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì)[3,7]

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)[8]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?？刂瞥绦蚍謨刹糠?一部分是主程序,用來對(duì)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(duì)剪板機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)過程控制。

圖5 光電隔離技術(shù)的可逆直流電動(dòng)機(jī)控制電路

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[8]

主程序用來對(duì)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:

ORG0000H;上電,復(fù)位入口地址

AJMPMAIN

ORG0003H

AJMPINTPT;轉(zhuǎn)INT0中斷服務(wù)程序

ORG0100H

MAIN:MOVP1,#00H;斷開系統(tǒng)所有控制電源

SETBIT0;設(shè)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(shè)T0為計(jì)數(shù)方式2

MOVTH0,#0F6H;裝入時(shí)間常數(shù)

MOVTL0,#0F6H

SETBTR0;啟動(dòng)T0

HERE:AJMPHERE;等待

3.2 中斷服務(wù)程序[9,10]

中斷服務(wù)程序用以對(duì)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。

圖6 主程序流程圖

圖7 中斷服務(wù)程序流程圖

中斷服務(wù)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(dòng)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(dòng)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(dòng)SSRb

LOOP4: MOVX A, @DPTR;判壓塊是否壓緊

XRLA, #0E8H

JNZLOOP4

SETBP1.2;啟動(dòng)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(fù)位

LOOP6: MOVX A,@DPTR;判剪切刀和壓塊是否復(fù)位

XRLA,#0CFH

JNZLOOP6

JNBTF0,REPEAT;判10塊板料是否全部剪完

CLRTF0

CLRP1.0;啟動(dòng)小車

AJMPLOOP1;轉(zhuǎn)到LOOP1,繼續(xù)剪下一車板料

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(jiǎn)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(duì)多臺(tái)不同型號(hào)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(zhǎng)的現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。

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