单片机控制系统在合金铝圆棒切割工艺中的应用

1、单片机控制系统在合金铝圆棒切割工艺中的应用摘 要： 合金铝圆棒在铸造成型后，需要切割为需要 尺寸，为进一步深加工做好准备；根据切割的工艺流程，我 们选用单片机控制系统实现整个切割过程的控制。单片机控 制系统以其软件和硬件结构简单、稳定性高、成本低廉以及 适合恶劣环境使用等特点被广泛应用。本文从满足生产工艺 要求出发，选择适用的单片机元件并加以介绍，进一步将其 组合为系统，从而实现整个控制流程。关键词：单片机 控制元件 控制回路 1.工艺流程及单片机的选择1.2 工艺流程 合金铝圆棒主要作为合金铝线材的坯料。根据订单要求、 生产设备局限以及运输设备等条件，一般根据产品规格依据 生产数据，反推计算

2、合金铝圆棒的尺寸。所以圆棒的规格， 包括直径、长度，在生产初期就已经由二级机把生产任务下 达至基础级，再经由生产设备按任务要求生产出相应尺寸的 产品。那么，圆棒的尺寸控制就是由圆锯切割机来完成的。整 个切割流程如下：1.1.1 从铸造机流出的合金铝圆棒经冷却后，由辊道输送至切割机1.1.2 切割机辊道接收圆棒，依据铸造速度运输。1.1.3 运送至指定位置 （根据切割尺寸设定） 后锯台上的 夹紧装置伸出，夹紧圆棒。锯台靠圆棒的传送力同步向前。 圆锯启动并达到切割转速。给进装置带动圆锯快速向圆棒靠 近，在接近目标位置时开始减速，达到切割给进速度，并开 始切割。1.1.4 切割结束后圆锯退回原位停止

3、转动， 夹紧装置松开 圆棒，锯台退回到初始位置准备下次切割。切割后的产品由 辊道输送至下游的输送辊道。1.2 单片机 单片机是一种集成电路芯片，应用集成电路技术把中央 处理器CPU存储器RAM、ROM、I/O 口和中断系统、定时 器等电路元件集成到一块硅片上，构成的一个完整的微型计 算机系统， 在工业控制领域广泛应用； 它的体积小、 质量轻、 价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。1.3 控制系统的选择整个切割工艺并不复杂， 并且动作比较单一， 重复性强， 切割机可作为一个单体设备控制使用，只需要与上下游控制 系统通过几个简单的信号联系就可以实现。所以选用单片机 控制系统，可以满足整个控

4、制需求。后面我们介绍主回路与控制回路的选型。2. 主回路设计主回路是直接面对生产的连接部分，我设计的主回路大 体如下：采用 380V 交流电供电，采用断路器控制通断并对电路 进行保护。主回路为五台电动机供电，每台电机的线路上连 有断路器；其中两台使用变频器调速，另外三台通过接触器 控制启停。根据工艺需要设有电流检测环节，检测圆锯电机 的电流，反馈其切割转矩的大小。 2.1 主回路元器件的选择2.1.1 电机在整个生产工艺中，用到五台电机：2.1.1.1 辊道电机：用来带动滚轮转动，输送铝合金圆棒 前进。2.1.1.2 圆锯电机：带动锯片转动，切割铝合金圆棒。因 为切割需要消耗相当大的功率，而且

5、要求有一定的转速，所 以圆锯电机选择了较大功率的电机。2.1.1.3 进退锯电机：带动进退锯平台的前进与后退。2.1.1.4 锯台电机：在完成切割后，带动切割平台后退到 初始位置。2.1.1.5 冷却水泵电机：输送冷却水，冷却锯片。2.1.2 低压断路器低压短路器过去称为自动空气开关，控制电源的通断， 对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或短路及欠电压等故障时能自动切断电路，起功能相当于熔断器式断流器与过流、欠压、热继电器的组合，而且在分断故 障电流后一般不需要更换零部件，因而得到了广泛的应用2.1.3 FR热继电器当电动机出现长时间过载时为了能自动切断电路，可以 使用热继电器。

6、2.1.4 变频器在设计当中使用了两台变频器，一台控制辊道电机，另 一台控制进退锯电机。辊道用于输送铝合金圆棒、在生产线上的辊道属于呈反 抗性质的恒转矩负载，且是重复短期工作制，它要求拖动电 动机具有足够的起、制动转矩和短时过载能力，以满足加减 速时间和行程的要求。做为辊道电机所使用的变频器必须具 备以下功能：保证电动机加减速时所需要的动态转矩。保证电动机有 一定的调速范围。由于辊道要与主生产机器和其他辅助设备 联动，所以变频器需要具有通讯功能。进退锯电机带动着锯片纵向前进与后退。在切割的过程 中进锯的速度很重要，锯片同时需要正向和反向动作，所以 需要变频器对电机进行控制。综上所述，我选择了安

7、川公司生产的 VS-616G5型变频连线方式如下图： 在所需要设计的工艺中，辊道只需要正向运行即可，而 进退锯电机需要正反转。VF1 为控制辊道电机的变频器，只需将它的正向运转 / 停止端与公共端用长闭点相连接即可，运行与停止由线路开 关控制。VF2为控制进退锯电机的变频器，正转运转/停止端使用常闭触点继电器， 与反转运转 /停止端联动， 这样在电机运行 时，需要反转的话，动作继电器 KM6 即可，正转运转 /停止 端就会打开， 反转运转 /停止端吸合， 便完成了正反转运转的 切换。运行与停止由线路开关控制。3.控制回路的设计3.1 基本控制回路首先CPU选用了 MCS-51系列单片机中的80

8、51。使单片 机配用和内部震荡器同样的外部元件。把外部元件的两端接 入XTAL1与XTAL2中，使单片机内部的震荡电路与外部元件 构成一个受晶体控制的正电震荡器。在单片机应用系统工作时，会经常要求进入复位工作状 态，所以需要有复位电路准确可靠的工作。所以在单片机的 RESET却上需要接有复位电路。它所起的作用是在RESET却上出现 24个时钟震荡脉冲（ 2个机器周期）以上的高电平， 单片机便可以实现初始化状态复位。 单片机内部的 存储器容量很小，需要扩充存储容量，包括程序存储器和数 据存储器。我们选择了 6264。此外，单片机外部设备较多时， 在设计里单片机应用系统中需要扩展输入、输出接口芯片

9、。MCS-51单片机的程序存储器空间和数据存储器空间是 相互独立的。为此我们选用了 2764 做为 CPU 扩展的程序存 储器。因为8051单片机的P0 口是分时复用的地址/数据总线， 因此，在惊醒程序存储器扩展的时候，必须利用地址锁存器 将地址信号从地址 /数据总线中分离出来。我在设计中根据 2764的要求选择了 74LS373做为地址锁存器。对于我所设计的系统 RAM 和 I/O 容量较大的应用系统， 当芯片所需的片选信号多于可利用的地址线时，就要采用全 地址译码方法。这样我就选用了74LS138作为译码器。因为 8051 单片机本身提供的输入、输出口线只有 P1 口 和部分P3 口线，所

10、以，需要在系统中对 CPU作I/O 口的扩 展，我们选用了 8255A 作为单片机与外围设备连接时的中间 接口电路使用。8255A芯片可编程并行I/O扩展口有3个8 位的并行I/O 口，有3种工作方式，可通过程序改变起功能， 使用灵活方便，通用性强。因而键盘、 显示等输入 /输出设备就是必不可少的。 为此 我在设计中应用了 8279 芯片作为键盘和显示的专用芯片。以上所介绍的，就是我所设计的控制回路，也就是单片 机应用系统的基本结构。它们之间根据自己的要求与设计的 合理性，使用各种方式用线路连接起来，构成一个整体，根 据 CPU 所发出的指令，完成着各自的使命。3.2 操作开关电路的设计 在控

11、制系统中应用到多种开关。包括启动开关、停止开 关。这些基本开关可以直接连接对外扩展的可编程并行端口 8255A 的引脚上。设计思想是，给端口一个高电平，当按下按钮的时候端口会被拉为低电平。这样 CPU就会扫描到端口的变化，从而 进行制定的动作。启动开关与停止开关所采用的原理是相同 的。它们的原理图如下：在生产中，工人可以根据产品需要设定铝合金圆棒的切 割长度。为了节省人力资源，又可以准确的、快速的进行生 产，在设计的时候就要考虑到如何去测量圆棒的切割长度。 为此我设计了激光检测仪。可以把它放置在所需要的位置， 在圆棒没有到位的时候， 使得CPU得到圆棒到位的信号， 开 始下一动作。3.3 单片机控制电机启动 /停止开关电路的设计 根据生产的需要， 我选用的三相交流电机工作在 380VAC 的工业用交流电的状态下。单片机应用系统则工作在几十 VDC或者几VDC的直流电 下。我设计出单片机控制交流电机的开关电路。 电路图如下：3.4 位置开关 在生产过程中，工作台得移动应该得到准确的控制和监 控，这样可以使整个生产过程更加流畅、准确。这样所得到 的产品质量也会更高。以上便是整个单片机控制系统硬件组成部分的介绍。4.总结 在合金铝棒生产的过程中，单片机的控制