自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)是運(yùn)用單片機(jī)AT89S52來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加料控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域中，自動(dòng)控制技術(shù)起這愈來愈重要的作用，并且，隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化水平也越來越高。自動(dòng)控制利用控制裝置使被控對(duì)象的某個(gè)參數(shù)自動(dòng)的按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。本設(shè)置的自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)就是采用自動(dòng)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)功能的，這樣就大大提高了工作的效率，整個(gè)過程又快又穩(wěn)。
[0002]主要技術(shù)指標(biāo)
(I)采用AT89S52單片機(jī)作為控制器控制步進(jìn)電機(jī)。
[0003](2)用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，用按鍵進(jìn)行調(diào)整。
[0004](3)使用反射式紅外傳感器進(jìn)行工件計(jì)數(shù)。
[0005](4)可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)平滑調(diào)速、對(duì)工件進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0006]( 5)分手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式。
[0007](6)自動(dòng)狀態(tài)殼實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)，定量開關(guān)。
[0008](7 )使用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0009]AT89S52是一種低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至OHz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止.本設(shè)置的由單片機(jī)控制的自動(dòng)加料系統(tǒng)是根據(jù)加料工藝要求，其工作原理是:對(duì)傳送帶中的工件進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以定時(shí)啟動(dòng)電機(jī)或停止電機(jī)?？梢栽O(shè)定產(chǎn)量，使其自動(dòng)停止?？梢愿淖儌魉蛶У膫鲃?dòng)速度以提高生產(chǎn)效率。使用反射式紅外傳感器對(duì)工件進(jìn)行計(jì)數(shù)，一對(duì)單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算。
[0010]用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中的自動(dòng)加料，須外接電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，我的設(shè)置采用市場(chǎng)上性能穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)的電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片L298N，這樣充分提高了電機(jī)的使用效率。更提高了控制電機(jī)的能力，減小誤差較，減少軟件編程的復(fù)雜度.按照系統(tǒng)設(shè)置功能的要求，初步確定設(shè)置系統(tǒng)由主控模塊、傳感器模塊、存儲(chǔ)模塊、鍵盤接口模塊、顯示模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊共6個(gè)模塊組成。
[0011]1.主控模塊:以AT89S52單片機(jī)為核心。
[0012]2.傳感器模塊:采用反射式傳感器JX-359-403W
3.存儲(chǔ)模塊:采用AT24C02。AT24C02是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPR0M，它是內(nèi)含256X8位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬(2.5?5.5V)、擦寫次數(shù)多(大于10000次)、寫入速度快(小于1ms)等特點(diǎn)。
[0013]4.鍵盤接口模塊:本設(shè)置共采用按鍵6個(gè)，分別與單片機(jī)的六個(gè)I/O管腳相連，功能分別為手動(dòng)/自動(dòng)切換、啟動(dòng)/停止、加速、減速、定時(shí)啟動(dòng)停止、定產(chǎn)量停止。
[0014]5.顯示模塊:顯示部分是由6個(gè)數(shù)碼管顯示4個(gè)一組顯示生產(chǎn)數(shù)量。兩個(gè)一組顯示定時(shí)時(shí)間。
[0015]6.電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊:使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器L298N并使用TP521光電稱合器進(jìn)行抗干擾隔離。
[0016]題目來源及課題意義
在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域中，自動(dòng)控制技術(shù)起這愈來愈重要的作用，并且，隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化水平也越來越高。自動(dòng)控制利用控制裝置使被控對(duì)象的某個(gè)參數(shù)自動(dòng)的按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。本發(fā)明的自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)就是采用自動(dòng)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)功能的，這樣就大大提高了工作的效率，整個(gè)過程又快又穩(wěn)。
[0017]自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理及技術(shù)要求
本發(fā)明的由單片機(jī)控制的自動(dòng)加料系統(tǒng)是與料斗式干燥機(jī)配套的加料系統(tǒng)。根據(jù)加料工藝要求，其工作原理是:先將真空管關(guān)閉，啟動(dòng)電機(jī)，用低真空氣流將塑料樹脂粒子送入真空管，電機(jī)停轉(zhuǎn)，再將粒子排入料斗，如此循環(huán)。
[0018]在發(fā)明的控制系統(tǒng)中，可用一個(gè)電機(jī)控制兩個(gè)加料生產(chǎn)線，由方向閥切換。兩個(gè)生產(chǎn)線既可單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行。假如兩者同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)一生產(chǎn)線輸送結(jié)束后，判斷到另一個(gè)生產(chǎn)線排料已經(jīng)結(jié)束，那么，電機(jī)不停轉(zhuǎn)而方向閥換向，從而為另一個(gè)生產(chǎn)線送料。這樣可以發(fā)揮控制系統(tǒng)和電機(jī)的效率，從而實(shí)現(xiàn)供料自動(dòng)化。
[0019]控制系統(tǒng)的控制器有單片機(jī)89C51和擴(kuò)展電路組成，單片機(jī)控制繼電器，繼電器控制交流接觸器，又由接觸器控制電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。本控制系統(tǒng)可以根據(jù)送料工藝的需要，設(shè)置兩條生產(chǎn)線的輸送、排料、滿料、空料等參數(shù)值，也可裝載系統(tǒng)前次工藝參數(shù)值。
[0020]系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù):
(1)用一臺(tái)電機(jī)控制兩條生產(chǎn)線
(2)要能檢測(cè)到滿料狀態(tài)，并顯示出輸送、排料、滿料時(shí)間
(3)時(shí)間誤差:0.1秒
(4)具有抗干擾能力單片機(jī)的選擇
20世紀(jì)80年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，就通用單片機(jī)而言，世界上一些著名的計(jì)算機(jī)廠家已投放市場(chǎng)的產(chǎn)品就有50多個(gè)系列，數(shù)百個(gè)品種。目前世界上較為著名的8位單片機(jī)的生產(chǎn)廠家和主要機(jī)型如下:
美國Intel公司:MCS—51系列及其增強(qiáng)型系列美國Motorola公司:6801系列和6805系列美國Atmel公司:89C51等單片機(jī)美國Zilog公司:Z8系列及SUPER8 美國Fairchild公司:F8系列和3870系列美國Rockwell公司:6500/1系列美國TI (德克薩司儀器儀表)公司:TMS7000系列 NS (美國國家半導(dǎo)體)公司:NS8070系列等等。
[0021]盡管單片機(jī)的品種很多，但是在我國使用最多的還是Intel公司的MCS — 51系列單片機(jī)和美國Atmel公司的89C51單片機(jī)
MCS-51系列單片機(jī)包括三個(gè)基本型8031、8051、8751
8031內(nèi)部包括一個(gè)8位CPU、128個(gè)字節(jié)RAM，21個(gè)特殊功能寄存器(SFR)、4個(gè)8位并行I/O 口、I個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，但片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，需外擴(kuò)EPROM芯片。比較麻煩，不予采用
8051是在8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有4K R0M，作為程序存儲(chǔ)器，是一個(gè)程序不超過4K字節(jié)的小系統(tǒng)。ROM內(nèi)的程序是公司制作芯片時(shí)，代為用戶燒制的，出廠的8051都是含有特殊用途的單片機(jī)。所以8051適合與應(yīng)用在程序已定，且批量大的單片機(jī)產(chǎn)品中。也不予采用。
[0022]8751是在8031基礎(chǔ)上，增加了 4K字節(jié)的EPR0M，它構(gòu)成了一個(gè)程序小于4KB的小系統(tǒng)。用戶可以將程序固化在EPROM中，可以反復(fù)修改程序。但其價(jià)格相對(duì)8031較貴。8031外擴(kuò)一片4KB EPROM的就相當(dāng)與8751，它的最大優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍接口電路也可以是大規(guī)模的。也不予采用。
[0023]AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ROM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。此發(fā)明就采用AT89C51。
[0024]物位傳感器的選擇
物位是指貯存容器或工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備里的液體、粉粒壯固體、氣體之間的分界面位置，也可以是互不相溶的兩種液體間由于密度不等而形成的界面位置。根據(jù)具體用途分為液位、料位、界位傳感器或變送器。物位不僅是物料耗量或產(chǎn)量計(jì)量的參數(shù)，也是保證連續(xù)生產(chǎn)和設(shè)備安全的重要參數(shù)。特別是在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)規(guī)模大，速度高，且常有高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕性或易燃易爆物料，對(duì)于物位的監(jiān)視和自動(dòng)控制更是至關(guān)重要。
[0025]物位測(cè)量可用于計(jì)算物料儲(chǔ)量。對(duì)于粉粒體，必須考慮到顆粒間有空隙，應(yīng)區(qū)分密度和容重。密度是指不含空隙的物料每單位體積的質(zhì)量，即通常的質(zhì)量密度，如果乘以重力加速度g，就成為重力密度r，簡(jiǎn)稱為重度。容重是包含空隙在內(nèi)的每單位體積的重量V，也就是視在重度或宏觀重度，它總要比顆粒物質(zhì)本身的重度小，其差額決定于空隙率。而空隙率又取決與許多因素。例如顆粒形狀、尺寸的一致程度、是否受外力壓實(shí)、是否經(jīng)受過振動(dòng)、有無黏結(jié)性等，所以粉粒體物料的體積儲(chǔ)量和質(zhì)量?jī)?chǔ)量之間不易精確換算，這是需要注意的。
[0026]容式物位傳感器
利用物料介電常數(shù)恒定時(shí)極間電容正比與物位的原理，可構(gòu)成電容式物位傳感器。
[0027]根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)可將容式物位傳感器分為三中:(I)適用與導(dǎo)電容器中的絕緣性物料，且容器為立式圓筒形，器壁為一極，沿軸線插入金屬棒為另一極，其間構(gòu)成的電容C與物位成比例。也可懸掛帶重錘的軟導(dǎo)線作為電機(jī)。(2)適用與非金屬容器，或雖為金屬容器但非立式圓筒形，物料為絕緣性的。這時(shí)在棒壯電極周圍用絕緣支架套裝金屬筒，筒上下開口，或整體上均勻分布多個(gè)孔，使內(nèi)外物位相同。中央圓棒和與之同軸的套筒構(gòu)成兩個(gè)電極，其間電容和容器形狀無關(guān)，只取決于物位。所以這種電極只用于液位，粉粒體容易滯留在極間。(3)用于導(dǎo)電性物料，起外形和(I) 一樣，但中央圓棒電極上包有絕緣材料，電容是由絕緣材料的介電常數(shù)和物位決定的，與物料的介電常數(shù)無關(guān)，導(dǎo)電物料使筒壁與中央電極間的距離縮短為絕緣層的厚度，物位升降相當(dāng)于電極面積改變。
[0028]電容式物位傳感器無可動(dòng)部件，與物料密度無關(guān)，但應(yīng)注意物料中含水分時(shí)將對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大，并且要求物料的介電常數(shù)與空氣介電常數(shù)差別大，需用高頻電路。所以不予米用。
[0029]阻力式料位傳感器
阻力式料位傳感器是指物料對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)所呈現(xiàn)的阻擋力。粉末顆粒狀物料比液態(tài)物質(zhì)流動(dòng)性差，對(duì)運(yùn)動(dòng)物體有明顯的阻力，利用這一特點(diǎn)可構(gòu)成各種料位傳感器。
[0030](I)重錘探索法:在容器頂部安裝由脈沖分配器控制的步進(jìn)電機(jī)，此電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)緩緩釋放懸有重錘的鋼索。重錘下降到與料面接觸后，鋼索受到的合力突然減小，促使力傳感器發(fā)出脈沖。此脈沖改變門電路的狀態(tài)，使步進(jìn)電機(jī)改變轉(zhuǎn)向重錘提升，同時(shí)開始脈沖計(jì)數(shù)。待重錘升至頂部觸及行程開關(guān)，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)計(jì)數(shù)器也停止計(jì)數(shù)并顯示料位(料位值即容器全高減去重錘行程之差)。顯示值一直保持到下次探索后刷新為另一值。開始探索的觸發(fā)信號(hào)可由定時(shí)電路周期性地供給，也可以人為地啟動(dòng)。不進(jìn)行探索時(shí)，重錘保持在容器頂部，以免物料將重錘淹埋。萬一重錘被物位埋沒，排放物料時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大拉力就可能拉斷鋼索報(bào)警措施及出料過濾柵。
[0031]但這種方法運(yùn)用了邏輯電路和數(shù)字技術(shù)，可連續(xù)測(cè)量料位值并輸出數(shù)字量，是數(shù)字傳感器，但其采樣是周期性的，對(duì)時(shí)間而言不連續(xù)，此發(fā)明不予采用。
[0032](2)旋槳或推板法:這是一種位式傳感器，或稱料位開關(guān)。在容器壁的某一高度處裝小功率電動(dòng)機(jī)，其軸伸入容器內(nèi)，末端帶有槳狀葉片。葉片不接觸物料時(shí)，自由旋轉(zhuǎn)的空載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)的電流很小，一旦料位上升到與葉片接觸，轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增加，甚至成堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流顯著加大。根據(jù)電流的大小使繼電器的接點(diǎn)動(dòng)作，發(fā)出料位報(bào)警或位式控制信號(hào)。如電機(jī)軸經(jīng)過曲柄連桿機(jī)構(gòu)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，則可帶動(dòng)活塞或平板在容器中做推拉動(dòng)作，即成推板法。旋槳法或推板法不一定都是靠電機(jī)電流的大小時(shí)繼電器接點(diǎn)動(dòng)作，也可以利用離合器或連桿上的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在葉片或推板負(fù)載增大時(shí)改變電接點(diǎn)的通斷狀態(tài)。所用電動(dòng)機(jī)應(yīng)能在長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下，或離合器打滑狀態(tài)下，不致過熱而損壞。
[0033]這類原理構(gòu)成的料位開關(guān)，只能安裝在容器壁上，安裝高度取決于動(dòng)作所對(duì)應(yīng)的料位值。應(yīng)用不那么廣泛，所以次發(fā)明也不予采用。
[0034](3)音叉法:根據(jù)物料對(duì)振動(dòng)中的音叉有無阻力探知料位是否到達(dá)或超過某高度，并發(fā)出通斷信號(hào)，這種原理不需要大幅度的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏而可靠。
[0035]音叉由彈性良好的金屬制成，本身具有確定的固有頻率，如外加交變力的頻率與其固有頻率一致，則叉體處于共振狀態(tài)。由于周圍空氣對(duì)振動(dòng)的阻尼微弱，金屬內(nèi)部的能量損耗又很少，所以只需微小的驅(qū)動(dòng)功率就能維持較強(qiáng)的振動(dòng)。當(dāng)粉粒體物料觸及叉體之后，能量消耗在物料顆粒間的摩擦上，迫使振幅急劇衰減，音叉停振。
[0036]為了給音叉提供交變的驅(qū)動(dòng)力，利用放大電路對(duì)壓電元件施加交變電場(chǎng)，靠逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)械力作用在叉體上。用另外一組壓電元件的正壓電效應(yīng)檢測(cè)振動(dòng)，它把振動(dòng)力為微弱的交變電信號(hào)。再由電子放大器和移相電路，把檢振兀件的信號(hào)放大。經(jīng)過移相，施加到驅(qū)動(dòng)元件上去，構(gòu)成閉環(huán)振蕩器。在這個(gè)閉環(huán)中，既有機(jī)械能也有電能，叉體是其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，倘若受到物料阻尼難以振動(dòng)，正反饋的幅值和相位都將明顯的改變，破壞了振蕩條件，就會(huì)停振。只要在放大電路的輸出端接以適當(dāng)?shù)钠骷?，不難得到開關(guān)信號(hào)。
[0037]為了保護(hù)壓電元件免受物料損壞和粉塵污染，將驅(qū)動(dòng)和檢振元件裝在叉體內(nèi)部，經(jīng)過金屬膜片傳遞振動(dòng)。如果在容器的上下方都裝叉體，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)料或自動(dòng)出料的邏輯控制，或者把料位越限信號(hào)遠(yuǎn)傳到控制室。在控制室里的控制電路判斷料位是否越限，并按要求使被控的進(jìn)出料設(shè)備啟停。
[0038]并且叉體的制造和裝配良好時(shí)，音叉也可用于液體測(cè)量和控制。在測(cè)量時(shí)不需要大幅度的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏而可靠。此發(fā)明選擇音叉法阻力式料位傳感器。
[0039]存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路的選擇 24C01擴(kuò)展:
串行總線上的各單片機(jī)或集成電路模塊，通過一條數(shù)據(jù)線(SDA)和一條時(shí)鐘線(SCL)，按照通信規(guī)約進(jìn)行尋址和信息傳輸。每個(gè)集成電路模塊都有唯一偽地址，既可以是主控機(jī)(能控制總線，并能完成一次傳輸過程的初始化和產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)及傳輸終止信號(hào)的器件)