单片机在设备自动化改造中的应用

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　　摘要：介绍了用单片机对对冲压机械进行自动改造的方法。
　　关键词：单片机 冲压机械 控制系统 进给机构


        0 引言
        冲压机械工作特点是，工作作用力大，循环时间短，操作为简单重复动作，长时间作业极易造成操作工人因操作疲劳而出现失误，造成事故，因此，冲压机械作业具有较大的危险性。通过对冲压机械进行自动化改造，可以有效减轻工人的作业强度，从而保证工人的操作安全，减少或防止事故的发生，实现冲压机械的本质安全化。
        峰峰集团马头洗选厂集体企业公司机电制修厂，长期从事选煤配件的制作。其中，斗式提升机常用配件脱水斗子是其主要产品之一。过去，斗身板的冲制一直采用普通冲床冲制，自动化程度低，不能换向，斗孔间距调整也受到限制。不但工人劳动强度大，工作效率低，且易入发生事故。为解决这一问题，该厂为该冲床进行自动化改造，采用Intel公司生产的80C51单片机和步进电机驱动系统相结合的控制系统控制冲床的动作来一次性完成斗身板的冲制。
        1 80C51单片机简介   
        1.1 80C51单片机的特点80C51单片机的特点如下：①体积小，质量轻，价格低，耗电少，电源单一；②抗干扰能力强，可靠性高；③面向控制，控制功能强，运行速度快；④受集成度限制，片内存储器容量较小；⑤系统组成灵活，可扩展性好；⑥开发应用方便，研制周期短。
        1.2 80C51单片机内部结构 80C51单片机是经典的单片机系列，具有典型的单片机结构体系，其基本结构。
        它由CPU系统、CPU外围单元、基本功能单元等组成，各组成部分通过内部单一总线相连。CPU系统是80C51单片机的核心部分，它包括CPU、时钟系统和总线控制逻辑。CPU外围单元是与CPU运行直接相关的单元电路，与CPU构成单片机是最小系统，它包括程序存储器ROM、数据存储器RAM、输入/输出（I/O）口、特殊功能寄存器SPR。基本功能单元是满足单片机测控功能要求的基本计算机外围电路，是用来完善和扩大计算机功能的一些基本电路，它包括定时/计数器、中断系统、串行通信接口等。
        80C51内部系统结构特点如下：
        1.2.1 8位CPU，片内振荡器；
        1.2.2 4K字节ROM，128字节RAM；
        1.2.3 21个特殊功能寄存器；
        1.2.4 32根I/O口线；
        1.2.5 可寻址各64K外部程序、数据存储器空间；
        1.2.6 2个16位定时/计数器；
        1.2.7 具有5个中断源，两个优先级；
        1.2.8 1个全双工串行口；
        1.2.9 有位寻址功能，适于布尔处理的位处理机。

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　　2 控制要求  
        根据生产工艺要求，控制系统设计成开环控制系统。其工作过程是：开机后，系统按照程序要求将板材移动运送到指定位置，冲头下冲，完成第一个孔的冲制，检测装置检测到冲头离开板材后，发出指令到进给系统，进给系统工作，将板材移送到下一冲压位置，进行下一次冲制。如此循环往复，直至最后一个孔冲压完成后，停止冲压，回复原点，更换板材后开始下一次工作循环。
        3 系统组成
        3.1 控制系统 由于系统对控制精度的要求不高，因此，控制系统设计开环控制系统，由冲床原有控制系统和以单片机为核心的新控制系统两部分组成。组合后的新控制系统核心是单片机。
        3.2 传感器 因为本系统是开环系统，需要的传感器较少，只要能够检测到冲头的下限位置，保证进给系统在工作时冲头与板材处于分离状态就可以了。
        3.3 进给机构 进给机构包括X、Y方向的进给，由驱动电机、传动丝杠及夹具等组成。驱动电机可以采用步进电机或伺服电机，步进电机可采用BF反应式步进电机，伺服电机可采用交流伺服电机。为减小摩擦阻力，传动丝杠采用双螺旋滚珠丝杠。夹具可针对具体的冲压件设计。进给机构在控制系统的控件下，按程序设定的进给量依次动作，完成X、Y两个方向的进给，从而保证冲孔位置的正确。
        3.4 软件系统 系统的控制软件采用汇编语言编制，根据生产工艺要求该软件应具有以下功能：①在启动按钮闭合后可启动冲床工作。②能够检测冲头位置。③可自动进给并及时换向。④冲制完成后可自动停车。⑤具有故障检测和报警的功能。⑥在冲头不动作时可手动操作进给系统动作。⑦能够紧急停车。
        4 应用效果
        改造完成后，斗身板冲制效率提高2~3倍，工人劳动强度大大降低，彻底改变了过去单纯依靠人工紧盯换向的工作方式，操作安全性大大提高。
参考文献：
[1]80C51单片机原理与应用技术.吴炳胜.北京.冶金工业出版社.2003年9月.
[2]微特电机及系统.程明主编.北京.中国电力出版社.2008年3月.