單片機在設備自動化改造中的應用

摘要:介紹了用單片機對對沖壓機械進行自動改造的方法。

關鍵詞:單片機 沖壓機械 控制系統 進給機構

0 引言

沖壓機械工作特點是，工作作用力大，循環時間短，操作為簡單重復動作，長時間作業極易造成操作工人因操作疲勞而出現失誤，造成事故，因此，沖壓機械作業具有較大的危險性。通過對沖壓機械進行自動化改造，可以有效減輕工人的作業強度，從而保證工人的操作安全，減少或防止事故的發生，實現沖壓機械的本質安全化。

峰峰集團馬頭洗選廠集體企業公司機電制修廠，長期從事選煤配件的制作。其中，斗式提升機常用配件脫水斗子是其主要產品之一。過去，斗身板的沖制一直采用普通沖床沖制，自動化程度低，不能換向，斗孔間距調整也受到限制。不但工人勞動強度大，工作效率低，且易入發生事故。為解決這一問題，該廠為該沖床進行自動化改造，采用Intel公司生產的80C51單片機和步進電機驅動系統相結合的控制系統控制沖床的動作來一次性完成斗身板的沖制。

1 80C51單片機簡介

1.1 80C51單片機的特點80C51單片機的特點如下:①體積小，質量輕，價格低，耗電少，電源單一;②抗干擾能力強，可靠性高;③面向控制，控制功能強，運行速度快;④受集成度限制，片內存儲器容量較小;⑤系統組成靈活，可擴展性好;⑥開發應用方便，研制周期短。

1.2 80C51單片機內部結構 80C51單片機是經典的單片機系列，具有典型的單片機結構體系，其基本結構如圖1所示。

它由CPU系統、CPU外圍單元、基本功能單元等組成，各組成部分通過內部單一總線相連。CPU系統是80C51單片機的核心部分，它包括CPU、時鐘系統和總線控制邏輯。CPU外圍單元是與CPU運行直接相關的單元電路，與CPU構成單片機是最小系統，它包括程序存儲器ROM、數據存儲器RAM、輸入/輸出(I/O)口、特殊功能寄存器SPR。基本功能單元是滿足單片機測控功能要求的基本計算機外圍電路，是用來完善和擴大計算機功能的一些基本電路，它包括定時/計數器、中斷系統、串行通信接口等。

80C51內部系統結構特點如下:

1.2.1 8位CPU，片內振蕩器;

1.2.2 4K字節ROM，128字節RAM;

1.2.3 21個特殊功能寄存器;

1.2.4 32根I/O口線;

1.2.5 可尋址各64K外部程序、數據存儲器空間;

1.2.6 2個16位定時/計數器;

1.2.7 具有5個中斷源，兩個優先級;

1.2.8 1個全雙工串行口;

1.2.9 有位尋址功能，適于布爾處理的位處理機。

2 控制要求

根據生產工藝要求，控制系統設計成開環控制系統。其工作過程是:開機后，系統按照程序要求將板材移動運送到指定位置，沖頭下沖，完成第一個孔的沖制，檢測裝置檢測到沖頭離開板材后，發出指令到進給系統，進給系統工作，將板材移送到下一沖壓位置，進行下一次沖制。如此循環往復，直至最后一個孔沖壓完成后，停止沖壓，回復原點，更換板材后開始下一次工作循環。

3 系統組成

3.1 控制系統 由于系統對控制精度的要求不高，因此，控制系統設計開環控制系統，由沖床原有控制系統和以單片機為核心的新控制系統兩部分組成。組合后的新控制系統核心是單片機，具體結構如圖2所示。

3.2 傳感器 因為本系統是開環系統，需要的傳感器較少，只要能夠檢測到沖頭的下限位置，保證進給系統在工作時沖頭與板材處于分離狀態就可以了。

3.3 進給機構 進給機構包括X、Y方向的進給，由驅動電機、傳動絲杠及夾具等組成。驅動電機可以采用步進電機或伺服電機，步進電機可采用BF反應式步進電機，伺服電機可采用交流伺服電機。為減小摩擦阻力，傳動絲杠采用雙螺旋滾珠絲杠。夾具可針對具體的沖壓件設計。進給機構在控制系統的控件下，按程序設定的進給量依次動作，完成X、Y兩個方向的進給，從而保證沖孔位置的正確。

3.4 軟件系統 系統的控制軟件采用匯編語言編制，根據生產工藝要求該軟件應具有以下功能:①在啟動按鈕閉合后可啟動沖床工作。②能夠檢測沖頭位置。③可自動進給并及時換向。④沖制完成后可自動停車。⑤具有故障檢測和報警的功能。⑥在沖頭不動作時可手動操作進給系統動作。⑦能夠緊急停車。

4 應用效果

改造完成后，斗身板沖制效率提高2~3倍，工人勞動強度大大降低，徹底改變了過去單純依靠人工緊盯換向的工作方式，操作安全性大大提高。

參考文獻:

[1]80C51單片機原理與應用技術.吳炳勝.北京.冶金工業出版社.2003年9月.

[2]微特電機及系統.程明主編.北京.中國電力出版社.2008年3月.