9.4 综 合 实 例 9.4.1 自动剪板机顺序控制系统
9.4 综 合 实 例
9.4.1 自动剪板机顺序控制系统
随着微型机控制技术的发展，单片机以其独特的性能及优越的性能/价格比独占鳌头，愈来愈受到人们的重视，特别是在家用电器、工业过程控制及智能化仪器中应用得极为普遍。自动剪切机顺序控制系统的应用就是一个典型的例子。
顺序控制是指根据现场的条件（通常指开关状态）或时间，输出一定的控制信号，以保证其按照人们预定的顺序自动地工作。由于顺序控制大都属于开关量控制，因此利用单片机的位控功能很容易实现。
设计顺序控制系统的步骤如下所述。
（1）深入现场了解被控对象的控制过程，选定传感器及控制元件。
（2）根据工艺要求，仔细分析各类动作并了解其要求、相互之间的链锁条件，以及各部分的转移条件，画出系统流程图，或将系统绘制成程序表和逻辑功能图。
（3）选择机型和接口电路。对于简单的控制系统，可自行设计单片机系统及接口电路。
（4）根据流程图（或程序表、或逻辑图）编写出汇编语言程序，并在开发机上调试。
（5）进行软件、硬件联调。
（6）装入现场试运行，并根据情况加以改进。
1．系统要求
图9-4为某自动剪板机工作原理系统图。
自动剪板机系统可按照要求剪开大块板材，并由送料小车运到包装线。未动作时，压块及剪切刀的限位开关SA2、SA3和SA4均断开，行程开关SA1和光电接近开关SA7也都是断开的。剪切刀、压块及选料机构分别由固态继电器进行控制。其工作过程如下所述。
（1）读入限位开关SA6的状态，判断小车是否空载，是空载，则可开始工作。
（2）启动送料小车，并使其到位，此时限位开关SA5闭合。
（3）SSRe通电，启动送料机构E，带动板料向右移动。
（4）当板料碰到行程开关SA1时，停止送料，同时SSRb送电，压下压块B，并使压块上限开关SA2闭合。
（5）当压块到位，压紧板料时，压块下限开关SA3闭合。
（6）SSRa通电，控制剪板机剪刀下落，此时SA4闭合，直到把板料剪断。当板料下落通过光电接近开关SA7时，SA7输出一个脉冲，并使8031计数器加1。
图9-4 自动剪板机工作原理系统图
（7）判断小车上的板料是否够数，如果不够，则继续重复步骤（3）～步骤（7）。一旦够数，则使控制电机通电，小车右行，把切好的板料送至包装线。板料卸下后，再启动小车重新返回到剪板机下，并开始下一车的装料工作。
板料的长度L可根据需要进行调整，每一车（捆）板料的数量可由机器键盘给定，也可通过拨码键盘加以设定。固定剪切包装线的计数可由软件完成。
2．硬件设计
（1）硬件系统结构。
系统共有7个开关量（SA7～SA1）输入，3个固态继电器控制接口，以及一个电机双向控制接口；另外，还有一个计数器，用来对剪切下来的板料进行计数。能够实现上述功能的系统原理图，如图9-5所示。
图9-5 自动剪板机控制系统原理图
图9-5中，74LS273-1＃为地址锁存器，8031内部定时器/计数器0用作板料计数器；74LS273-2＃为I/O扩展接口，其地址为7FFFH。这里用1D～6D作为开关量输入位，分别接SA1～SA6，用P1口的P1.2～P1.4这3位分别控制剪板机、压块和送料机构，P1.0和P1.1两位用作双向电机控制，以便使小车前进或后退。为了提高系统的抗干扰能力，系统设计采用全浮空技术，即开关量各输入端均接有光电隔离器；输出控制采用光电隔离固体继电器。下面对其具体电路进行分析。
（2）开关量输入接口电路。
开关量输入接口电路采用光电隔离器，如图9-6所示。
当控制开关SA1断开时，发光二极管没有电流通过，所以光敏三极管截止，输出为高电平（“1”）；一旦SA1闭合，发光二极管导通，导致光敏三极管导通，输出低电平（“0”）。
图9-6 开关量输入电路原理图
（3）输出控制电路。
输出控制电路采用固体继电器SSR，其接口电路如图9-7所示，输入为TTL电平，输出为交流负载。当P1.4端输出高电平（“1”）时，固体继电器SSR导通，使电机通电；反之，如果P1.4端输出低电平（“0”），则SSR截止，电机也随之断电。其他两路与此完全相同。为了达到光电隔离的目的，将4个直流固体继电器QS1～QS4组成一个双向伺服电机控制电路。
双向电机控制真值表，见表9-1。值得说明的是：该系统不一定非得全部采用光电隔离技术或固体继电器，也可以设计一个简单的电路。这里采用全浮空技术，主要是为使大家对全浮空单片机控制系统有一个比较全面的了解。
图9-7 输出控制电路原理图
表9-1 双向电机控制真值表
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P1.1 P1.0 |
运动状态 |
QS1 QS2 QS3 QS4 |
|
1 0 |
正转 |
1 0 0 1 |
|
0 1 |
反转 |
0 1 1 0 |
|
1 1 |
刹车 |
0 1 0 1 |
|
0 0 |
滑行 |
0 0 0 0 |
3．软件设计
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图9-8 主程序流程图 |
为了设计简单，将系统各开关及控制口的状态列于表9-2中。
（1）主程序。
主程序用来对系统初始化，即设置中断控制字及计数常数等。主程序执行完以后，系统便进入等待状态。系统需要工作时，只要操作人员按一下START按钮，即可转到相应的中断服务程序。
主程序流程图如图9-8所示，主程序如下所示。
ORG 0000H ;上电，复位入口地址
AJMP MAIN
ORG 0003H
AJMP INTPT ;转INT0中断服务程序
ORG 0100H
MAIN:MOV P1,#00H ;断开系统所有控制电源
SETB IT0 ;设外部中断0为边沿触发方式
SETB EX0 ;允许外部中断0中断
SETB EA ;CPU开中断
MOV TMOD,#06H ;设T0为计数方式2
MOV TH0,#0F6H ;装入时间常数
MOV TL0,#0F6H
SETB TR0 ;启动T0
HERE:AJMP HERE ;等待
表9-2 各开关及控制口的状态
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输出控制状态 |
判断条件 | ||||||||||||||
|
程序 步骤 |
程序内容 |
P1.7 |
P1.6 |
P1.5 |
P1.4 |
P1.3 |
P1.2 |
P1.1 |
P1.0 |
8D |
7D |
6D |
5D |
4D |
3D |
2D |
1D |
|
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SSRe |
SSRb |
SSRa |
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SA6 |
SA5 |
SA4 |
SA3 |
SA2 |
SA1 | ||
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（1） |
判小车是否空载 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
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（2） |
启动小车，并判其是否到位 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
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（3） |
停车。启动SSRe，送板料。并判其是否到位 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
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（4） |
断SSRe，启动SSRb压下压块，判压块是否压紧 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
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（5） |
启动SSRa，剪切刀下降，判是否剪下板料 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
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（6） |
断SSRb，SSRa，压块及剪切刀上抬，判两者是否复位 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
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（7） |
测试TF0位，判板料是否剪够预定的块数 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
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启动小车 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
（2）中断服务程序。
中断服务程序用以对系统进行顺序控制，中断服务程序流程图如图9-9所示。
中断服务程序如下所示。
ORG 0120H
INTPT: MOV DPTR,#7FFFH ;置74LS273－2#地址
LOOP1: MOVX A,@DPTR ;判小车是否空载
JNB ACC.5,LOOP1
MOV P1,#01H ;启动小车左行
LOOP2: MOVX A,@DPTR ;判小车是否到位
图9-9 中断服务程序流程图
JB ACC.4,LOOP2
SETB P1.1 ;刹车
REPEAT:SETB P1.4 ;启动SSRe，送板料
LOOP3: MOVX A,@DPTR ;判板料是否到位
JB ACC.0,LOOP3
CLR P1.4 ;断SSRe
SETB P1.3 ;启动SSRb
LOOP4: MOVX A,@DPTR A ;判压块是否压紧
XRL A,#0E8H
JNZ LOOP4
SETB P1.2 ;启动SSRa，剪切刀下降
LOOP5: MOVX A,@DPTR ;判板料是否剪断
XRL A,#0C1H
JNZ LOOP5
CLR P1.3 ;断SSRb，使压块复位
LOOP6: MOVX A,@DPTR ;判剪切刀和压块是否复位
XRL A,#0CFH
JNZ LOOP6
JNB TF0,REPEAT ;判10块板料是否全部剪完
CLR TF0
CLR P1.0 ;启动小车
AJMP LOOP1 ;转到LOOPl，继续剪下一车板料