冷弯式弯管机的角度检测与数控设计

1、冷弯式弯管机的角度检测与数控设计摘要：在现代的加工制造业中，数字自动化控制已经逐步取代传统的控制方法，而利用最为普及还是单片机，利用单片机进行自动控制已经成为现代生产的首选方法。本课题主要是对弯管机数控的设计。在设计过程中，研究了管材弯曲加工的工艺特点，对管材弯曲变形区的应力应变状态进行了分析，利用塑性理论建立了管材弯曲力矩的计算公式。在前面的基础上，结合弯管机的实际工作原理，选择MSC-51单片机对弯管机进行数控系统设计。通过选择合乎的传感器、显示扩展芯片8279、模数转换芯片ADC0809、74LS273、译码器74LS138、程序存储器2764等元件完成数控系统的硬软件设计。设计内容由机

2、械系统、液压系统、数控系统部分构成。本人主要完成了数控系统的设计。关键字：弯管机；数控系统；单片机； Cold-bend-bend-point detection and NC designAbstract: In a modern processing industry, the number of automated control has been gradually replacing the traditional control methods, the use of the most popular or SCM, to control use of SCM has become

3、 the first choice of modern production methods.The main issue is the design of CNC machine elbow. In the design process to study the processing of the pipe bending characteristics of the pipe bending deformation zone of the state of stress and strain analysis, the use of plastic pipe to establish a

4、formula for calculating the bending moment. In front on the basis of the actual elbow-work principle, select MSC-51 SCM of CNC machine pipe system design. By choosing out of the sensor, shows that expansion of chip 8279, analog-digital conversion chip ADC0809, 74LS273, decoder 74 LS138, program memo

5、ry 2764, and other components to complete the NC system hardware and software design. Design elements from the mechanical system, hydraulic system, CNC parts. I completed the main numerical control system design.Keyword: Bending; NC system; SCM;第1章 绪 论 1.1 引言随着社会的发展，各行各业对各种型号弯管的需求会迅速增长对管材弯曲成形精度要求也会越

6、来越高，这一切促使人们对管材弯曲加工工艺及加工设备进行深入的研究。美、英、日、德等工业发达国家纷纷开发研制计算机数控(CNC)弯管加工设备，同时资助管材弯曲加工工艺的理论及实验研究，并在实际应用中取得良好的经济效益。然而，我国的管材弯曲加工设备与加工技术的研究与应用仍远远落后于当今世界先进水平，远远不能适应我国工业生产和国防的需求，致使我国许多企业不得不花费大量资金引进国外先进的管材数控弯曲加工设备。为了提高弯管生产的效率，提高产品的精度，解决管材弯曲加工中人工检测、控制角度造成的误差，对弯管成形工艺进行深入的理论与实验研究，把传统的弯管设备改造成CNC弯管机是本课题的主要任务。传统的弯管机靠

7、人工去测量、控制角度进行弯管的加工生产，这种生产方式效率很低，已经无法满足现代生产的要求。在当今的企业生产中，数控技术得到了广泛的应用，因此把传统的弯管机改进成数控弯管机是弯管生产所要解决的问题。本课题就是在传统弯管机的基础上进行数控系统的设计，使新型的弯管机能自动检测控制管材的弯曲角度，解决人工生产中产生的误差，提高弯管生产的精度和效率。1.2 弯管机的概述管材弯曲有很多方法，相应地也就有不同的弯管设备。在各种方法中，绕弯是最常用的弯管方法，而绕弯最常用的设备是弯管机。因此，弯管机是管材弯曲加工的主要设备。弯管机的结构形式很多，按弯管时加热与否可分为冷弯管机和热弯管机两类，按传动方式可分为手

8、动、气动、机械传动和液压传动四种，按控制方式又可分为手控、半自动、自动和数控四种。机械传动式弯管机结构简单，制造方便，通用性大。液压弯管机传动平稳、可靠、噪音小，结构紧凑，能弯制不同直径的管材。半自动控制的弯管机，一般只对弯管角度进行自动控制，主要用于中、小批量的生产。自动控制的弯管机通过尺寸预选机构和程序控制系统对弯管全过程(送进、弯管和空间转角)实行自动控制，这种弯管机一般采用液压传动，适用于大批量生产。数控弯管机能够根据零件图规定的程序和尺寸，通过输入数据来实现弯管过程的全自动控制，它适用于大批量生产，尤其是管件尺寸参数多变的场合.随着科学技术的不断发展，弯管机的型式日趋多样化，弯管性能

9、也在大幅度地提高。微型计算机、单片机、可编程控制器、先进的交流伺服系统以及新型液压元器件和液压技术的应用，使弯管机的功能更趋完善。而数控弯管机将是现代弯管生产的主要设备。1.3 弯管机的发展历程及趋势国外大口径长输管道建设中，美国自20世纪60年代就开始使用垂直液压(即立式)弯管机，可以弯制152.4762mm (630英寸)各种壁厚的钢管。70年代后，冷弯机的性能进一步完善，同时，弯管内胎研制成功，与冷弯机配套使用，能够弯制薄壁高强度大口径的输油输气管道钢管，最大弯管直径达到1524mm(60英寸)。原苏联研制冷弯管机基本也是从20世纪60年代开始的，功能与美国机器相仿，但由于其主机液压系统

10、采取卧式结构，平面占用空间较大，运输及现场摆布均存在较大困难。目前，世界上有美国、加拿大和德国等发达国家近10家冷弯机生产厂，所产机型基本结构均为垂直液压式，内胎形式主要有气动式和液压式两种。气动式结构内胎优点在于行走速度快、弯管预制效率高，但需要另行配置空气压缩机，系统工作平稳性差，难以控制。液压式内胎借助于整机液压站，结构紧凑，且液压传动平稳可靠，能够保证管道在预制过程中不发生椭圆变形8。另外，随着科学技术的不断发展，弯管机的型式日趋多样化，弯管性能也在大幅度地提高。特别是微型计算机、单片机、可编程控制器、先进的交流伺服系统以及新型液压元器件和液压技术的应用，使传统弯管机的功能更趋完善，数

11、控弯管机将取代传统弯管机而成为现代弯管的主要设备。1.4 课题的目的及意义本课题研究的目的在于设计开发出一种数控冷弯式弯管机。能实现自动检测、控制产品的弯曲角度，提高生产效率和产品的精度。世界各工业发达国家通过发展数控技术、建立数控机床产业，促使制造业跨入一个新的发展阶段，给国民经济的结构带来了巨大的变化。数控机床是世界第三次产业革命的重要内容，它不但是机电工业的重要基础装备，还是汽车、石化、电子和现代医疗装备等产业现代化的主要手段。虽然数控机床产业本身的产值远不如汽车、化工等产业，但高效的数控机床给制造业带来了现代化的生产方式以及高倍率的效益增长，这是促进国民经济发展的巨大源动力。特别是数控

12、技术在制造业的扩展与延伸所产生的辐射作用和波及效果，足以给机械制造业的产业结构、产品结构、制造方式及管理模式等带来深刻的变化。在航空、航天、船舶、汽车、摩托车、空调等制造业中，大量应用到对管材的弯曲加工作业，如何将管材弯曲成复杂的空间几何形状，并保持工艺要求的精度，一直是人们所关心的问题。近十几年来，国内的许多汽车、摩托车、空调生产厂家引进了用于管材弯曲成形加工的CNC弯管机，这种弯管机以它在同一台机器上可实现管材的各种复杂弯曲加工，以及加工精度高和对管材外表面损伤小等特点，在管材的弯曲成形加工方法中占有非常重要的地位。所以数控弯管机将取代传统的弯管机而成为弯管生产的主要设备。1.5 课题内容

13、1弯管机总体方案设计2数控弯管机的控制系统研究3传感器的选择，控制系统的硬件和软件设计4绘制控制系统电路图1.6 设计思路在设计计算之前，先了解和本课题相关的图书资料。然后结合弯管机的实际工作原理和要求，完成液压系统的设计。接着选择合适的传感器和能达到课题要求的控制系统。最后根据弯管的实际情况和容易出现的问题进行控制系统的硬件和软件设计，完成弯管机的弯曲角度自动检测和控制的数控系统。 第2章数控弯管机研制方案的确定2.1 数控弯管机的设计要求为了提高弯管机的生产能力、精度，数控弯管机设计要求如下：(1) 自动化程度高，工作效率高 新研制的弯管机采用先进的控制系统，使操作更加简单。(2) 工作可

14、靠性强 新研制的弯管机完全采用单片机控制，能够在长期而频繁切换的工作状态中保证控制系统的工作可靠性。 (3) 弯管能力强 原有的弯管机的液压系统的最大工作压力仅为10MPa，所能弯曲的最大规格为，最大弯曲角度仅为，己不能满足现在的生产要求。新研制的弯管机，具有全国先进水平的弯管能力，液压系统的最大工作压力为32MPa，最大可以弯曲规格为，最大弯曲角度可以达到。(4) 噪音小，耗能低。2.2 数控弯管机的工作原理新研制弯管机主要由机械系统、液压系统和数控系统三大部分组成，其工作原理基本如下:弯管模固定在主轴上并跟随主轴一起转动，管子通过夹紧模固定在弯管模的夹槽上，双油缸提供推力，将管子顺着夹紧模

15、向前推进。另一端卷扬机通过钢丝绳，绕经滑轮组，提供拉力，使转盘转动，转盘带动弯管模，使弯管模以弯管机主轴为圆心转动。从而得到所需的弯管半径。新型弯管机的主要技术参数见表2-1。 表2-1 新型弯管机主要技术参数技术指标数据技术指标数据弯管直径 最大弯曲角度180弯曲半径 弯管速度/0.002弯曲最大壁厚液压系统工作压力322.3 机械系统设计 新研制的弯管机的机械系统主要由双液压缸组合件、弯管机主机部分、夹紧组合体、弯管部件以及卷扬机等几部分组成。2.3.1 双液压缸组合件根据弯管的原理并经过分析、比较，选用双液压缸组合件作为弯管机的主动力源。弯管机的驱动力矩由双活塞液压缸来提供。由于新型弯管

16、机的弯管能力较一般设备有很大提高，所需的驱动力矩也大幅度增加，工作压力需要32MPa的液压缸装置。弯管时，压力油进入主驱动油缸左腔并推动油缸活塞，从而推动管子，使管子顺着夹紧模前进。2.3.2 弯管机主机部分弯管机主机部分安装有弯管模，转盘和弯管机主轴等重要部件。弯管机的主轴在弯管时不转动，下段套上弯管下套后埋入地下，通过混凝土固定。主轴下套上开有进油口，可通过进油减少摩擦。弯管模通过销与转盘相连，钢丝绳带动转盘转动的同时也带动了弯管模的转动。从而实现管子的弯曲。2.3.3 夹紧组合体 管子的夹紧是通过夹紧油缸和夹紧丝杆来实现的。夹紧油缸和夹紧丝杆通过顶块夹紧弯管模，使其与主机部分的弯管模相配

17、合，完成管子的夹紧。其中，夹紧油缸通过液压缸来实现夹紧，而夹紧丝杆是手动夹紧，起微调的作用。2.3.4 弯管部件弯管部件是通过弯管主轴来固定，随着主机部分的弯管模转动而转动，同过与弯管机主机部分的弯管模配合来实现弯管。第3章弯管机数控系统的选择3.1引言数控弯管机是基于矢量弯管原理，按程序通过数字控制系统来弯曲用户所需的任意空间立体管件的现代重要的先进弯曲加工设备，其执行机构主要包括夹紧弯曲机构和管材送进旋转机构.随着微机技术的迅速发展，现在的数控弯管机一般都采用微机控制，故也称为CNC(Computer Numerical Control)系列的弯管机。由于计算机可完全由软件来确定数字信息的

18、处理过程，从而具有真正的“柔性”，使数控系统的性能大大提高。3.2 弯管机常用控制系统的分类3.2.1液压伺服控制系统液压伺服控制系统是一种自动控制系统。这种系统输出的信号(位移、速度、加速度或力)能自动地、快速准确地复现输入信号的变化规律，所以也称这种系统为随动系统。与此同时，它还能起到信号放大和能量转换的作用，因此也是一种功率的放大装置。液压伺服系统不管多么复杂，都是由以下基本元件组成。(1) 输入(指令)元件给出输入指令信号，加于系统的输入端；(2) 反馈测量元件检测系统输出量，给出与输入指令信号相同量纲形式的反馈信号；(3) 比较元件把输入的控制信号和反馈信号作代数比较，给出偏差信号，

19、有时比较元件并不单独存在，而与指令元件，反馈测量元件或放大元件在一起由同一结构元件来完成。也有由几个结构元件完成一种功能，如由齿条、齿轮、侧速发电机，伺服放大器几种结构元件构成反馈测量功能元件；(4) 放大、转换、控制元件把偏差信号放大、转换成液压信号(压力、流量)，并控制执行元件的动作；(5) 执行元件产生对控制对象的控制作用，在液压伺服系统中，执行元件有液压缸、液压马达和摆动液压缸等。控制元件、执行元件和控制对象(负载)三者是密切相关的，三者组合起来称为液压动力元件或液压动力机构。此外，在液压伺服控制系统中，还有各种校正装置，以及不包含在控制回路之内的液压能源装置和辅助元件。3.2.2 电

20、液伺服控制系统控制元件、执行元件和控制对象称为液压动力元件或液压动力机构。凡包含有液压动力机构的反馈控制系统称为液压控制系统。伺服系统是指:输入量总在频繁的变化，系统的输出量能够以一定的准确度跟随输入量的变化而变化。电液控制系统主要由电器元件、电液伺服阀及液压执行元件组成，其中电器元件是系统的信号比较、校正、放大和检测装置，作为电液控制系统的核心元件-电液伺服阀，它起到了将输入的小功率电信号转换成液压信号的作用。电液伺服控制系统的功能方框如图3-1所示。图 3.1 电液伺服控制系统的功能方框图随着计算机的发展，数字控制在液压系统中应用广泛，在伺服系统中采用计算机控制一般都是直接数字控制，即DD

21、C (Direct Digital Control)，计算机在给定值的情况下，每隔一定时间和一定的控制算法计算出控制量的大小和方向，再通过输出通道和执行机构对调节对象进行控制。目前这种控制方式己基本取代了原有的模拟电液伺服控制。数字式电液伺服系统的控制形式多样，根据计算机的数字量(脉冲量)到与输出流体的流量或压力之间的转换方式不同，有如下三种:1. 步进电机式由计算机输出的数字信号以脉冲方式输入到步进电机控制器，步进电机的转角取决于输入脉冲数，转速取决于输入脉冲的频率。步进电机的转角通过一套传动装置转换成阀的开口，即流量的变化，这就组成数字流量阀，如果通过控制机构使阀的出口压力和其成比例就组成

22、数字压力阀。2. 数模转换式通过伺服阀或比例阀实现电液转换。计算机产生的数字量通过数模转换器转换成模拟量控制电流作用于伺服阀或比例阀的输入端，反馈信号经过模数转换器转换成数字量进入计算机。这种系统利用伺服阀的高频相应、高精度等待点，易于实现搞精度的伺服控制。3.高速开关阀方式用高速响应的力矩马达直接或间接的驱动开口固定的开关阀，利用计算机输出的数字信号经放大后去控制前面的开关阀。阀始终交替工作于开和关两种状态，反馈信号经过采样器再以数字量的形式传递回计算机。 电液伺服控制的特点如下：电液伺服系统是电气元件和液压元件的结合，此系统可发挥两者的优点。它既具有电气元件的信号传递速度快，线路连接方便，

23、易于测量、比较和校正的特点，又具有液压元件的输出功率大，结构紧凑，重量轻，惯性小，反应快，适合作动力元件等优点。所以结合起来的电液伺服控制系统具有控制精度高，响应速度快，信号处理灵活，输出功率大，结构紧凑，质量轻等特点。因此.这种电液结合的系统被各个技术领域里的各个部门广泛采用。由于电液压伺服控制的液压元件，特别是精密液压控制元件(如电液伺服阀)抗污染能力差、制造难度高且对工作油液的清洁度要求高，所以液压伺服系统必须采用精细过滤，这使得其应用部门获得液压能源不如电气系统方便。3.3 数控弯管机常用的控制系统随着电子技术、计算机技术和自动控制技术的不断发展，数控机床的数控系统也在不断更新，从第一

24、代采用电子管构成的数控系统发展到今天基于工业PC机的CNC系统。到目前为止已出现了以下几种弯管机数控系统。（1）基于单片机的CNC系统 采用单片机开发的数控弯管机成本低，其操作简单、实时性好、现场的适应力强。并且机床操作方便、人机界面友好，因此，一般都用来开发简易的经济型数控机床。（2）基于可编程控制器(PLC)的CNC系统 目前在半自动加工的弯管机控制系统中应用广泛。为了使人机交互友好和满足复杂的弯管工艺要，在数控弯管机上，采用PLC作为下位机直接与硬件交互和采用触摸屏实现显示，从而开发出了基于PLC的弯管机CNC系统。但是PLC的缺点是：体积大，价格也比较贵。（3）基于工业PC的CNC系统

25、 随着PC机功能的逐渐强大和完善。工业界己将PC机应用于自动化领域，为了经受高低温冲击、潮湿、振动、电磁干扰、粉尘等恶劣工作环境的考验，生产商通过增加密封保护、过滤器、板压条和额外风扇等措施，形成了工业PC.在弯管机数控系统中，采用PC或工业PC主板作为CNC平台，通过在主板(或母板)上的PCI/ISA槽插入实现NC功能的各种模块，如运动控制卡、DA板、工/0板等等，构成具有高度灵活性的弯管机数控系统。充分利用Windows操作系统的资源和用高级语言编程，能够使数控软件系统的功能更强大。3.4 弯管机控制系统总体方案的确定综上所述，伺服驱动控制系统的电气元件的信号传递速度快，线路连接方便，易于

26、测量、比较和校正，而且液压元件的输出功率大，结构紧凑，重量轻，惯性小，反应快。而由于单片机有容易开发，功能比较完善，而且价格便宜，体积小等一系列优点，根据本课题的设计要求，选择伺服控制系统和单片机进行弯管机的数控设计。采用伺服驱动控制系统组成都伺服驱动系统是CNC系统中一个重要分，它的性能直接决定与影响CNC系统的快速性、稳定性和精确性。弯管机伺服驱动系统是以位置为控制对象的自动控制系统，对位置的控制是以对速度控制为前提的。对于位置闭环控制的进给系统，速度控制单元是位置环的内环，它接收来自控制器的输出，并将这个输出作为速度环路的输人命令，去实现对速度的控制。就位置控制而言，若位置比较及位置控制

27、器都由微机完成，即是位置数字伺服系统。目前，在高性能的CNC系统中.位置、速度和加速度是数字伺服。本课题研制的数控弯管机的伺服控制系统如图3.2所示：当弯管机进行弯曲加工时，角度传感器实时给微机传来工件的弯曲角度信号，信号经过微机处理后驱动电液压伺服阀进行控制液压执行元件-是否继续推进或者停止。图3.2弯管机伺服驱动控制系统框图3.4.2采用MCS-51单片机控制MCS-51 系列单片机是INTEL公司在MCS-48系列的基础上，在80年代初又推出的高性能的8位单片机。它与48 系列相比，在片内存储器容量、I/0口的功能以及指令系统功能等方面，都大大地得到加强。就MCS-51系列单片机特别适用

28、于实时控制、智能仪表、主从结构的多机系统等领域，是工业检测、控制领域中最理想的8位单片机。从应用的角度看，MCS-51单片机具有如下的一些特点:（1） 系统结构简单。MCS-51芯片内部采用模块式结构，增加或更换一个模块，就能得到指令系统和引脚兼容的新产品。（2） 系统扩展方便。MCS-51具有外扩至64K字节程序存储器和64K字节的外部RAM和I/0口的能力。当MCS-51芯片内部RAM和芯片本身的I/0口线不够用时，即可进行系统的扩展。许多公司生产的I/0接口芯片和各大公司生产的通用存储器芯片都可以直接与袱MCS-51相连接，从而很方便地扩展系统功能。（3） 可靠性高。MCS-51单片机的

29、总线大多在芯片内部不易受干扰，而且MCS-51应用系统体积小，容易采取屏蔽等措施，适应范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作。用户可以根据MCS-51单片机系统的应用环境，来选择合适档次的MCS-51单片机。（4） 处理功能强、速度高。MCS-51单片机指令系统中有加减乘除及各种逻辑运算和转移指令，还具有位操作功能，这在检测、控制中特别有用。CPU时钟频率高达12MHZ。指令系统中近50%的指令为单字节指令，指令执行速度快。完成单字节乘法和单字节除法仅需4s (时钟频率为12MHz)。（5） 容易产品化。MCS-51由于单片机具有体积小、可靠性高、功能强、价格低等特点，因此很容易形成产品，可

30、以把它装入各种仪器、仪表、其控制装置中。MCS-51系列单片机的三个基本产品为8031、8751、8051。它们的指令系统完全兼容，但在内部结构及应用特性方面存在一些差异。MCS-51内部包括一个8位的CPU 128个字节的RAM、21个特殊功能寄存器(SFR)、4个8位并行I/0口、1个全双工的串行口、2个16位的定时器/计数器，但程序存储器需外扩EPROM芯片。根据控制系统所要求的控制精度、响应速度、开发环境、I/O点数、输入输出通道数等情况, 本课题选择了MCS-51系列的8位单片机8051，对弯管机进行数控系统的设计，使生产达到自动化的要求。3.4.3控制系统的功能弯管机作为一种专用机

31、床设备，与切削机床不同，它应实现管件的成形加工。为此，数控弯管机的控制系统具有如下的功能:（1） 控制系统能够使工人操作机床更灵活、方便；（2） 控制系统具有故障诊断功能，当机器出现故障时，可以帮助操作人员和维修人员确定故障原因，排除故障恢复正常的工作；（3） 在弯管过程中，工作参数具有可选性和可调性，以使系统能够适应不同弯管产品的生产，对不同的弯管产品，只需做一些过程选择和参数调整，而不用改变程序；（4） 控制系统具有检测并显示弯管机工作过程中弯曲角度功能；（5） 控制系统能将图纸信息转换为坐标运动信息功能，从而生成工艺文件且将其保存到PC机中，加工时打开相应的文件即可，操作方便、简单。第4

32、章 控制系统硬件电路设计4.1控制原理如图5-1所示，弯管机工作时，液压系统A和B动作，而液压系统C松开，与此同时，装在弯管机上的角度传感器传来角度的实时信号。当弯曲角度等于生产设定的角度要求时，液压系统A、B松开，C压紧。液压系统、的启动和停止都是由单片机对传感器传来的角度信号进行处理后输出信号控制的。图4.1弯管机系统原理图4.2 控制系统的组成用8051单片机作控制器，扩展2764作程序存储器，扩展8279作键盘/显示器管理，5个数码显示器，扩展A/D转换芯片ADC0809采集数据，用74LS273扩展简单输出口，输出控制信号控制液压系统。角度传感器信号放大后得到的模拟量从ADC0809

33、的IN1脚输入，A/D转换芯片的片选接译码器的8000（片选为8000H），则IN1通道号的地址为8002H。74LS273作输出口控制液压系统，当角度达到设定植时从74LS273的PO、P1输出0停止液压系统A、B(如图5.1)，从74LS273的P2输出1启动液压系统C(如图5.1)。74LS273芯片的片选接译码器的8100。4.3控制系统接口电路8051程序存储器8279显示器ADC0809角度信号PoP1P2液压系统2764图4.2弯管机数控系统硬件设计总框图8051单片机 根据控制系统所要求的控制精度、响应速度、开发环境、I/O点数、输入/输出通道数等情况, 本课题选择了MCS-5

34、1系列的8位单片机8051显示扩展芯片8279 8279是Intel公司生产的可编程键盘/显示I/O专用芯片，8279能够以较简单的硬件电路和较少的硬件开销实现单片机与键盘和显示器接口。利用8279显示扩展芯片,可实现对键盘/显示器的白动扫描，井识别键盘上闭合的键号，不仅可人人节省CPU对键盘/显示器的操作时间，而且显示稳定.程序简单很少出现误动作。因此，本设计键盘和显示部分选用8279芯片。 模数转换芯片ADC0809 ADC0809是一种逐次逼近型的8位A/D转换器件，片内有8路模拟开关，可输入8个模拟量，单极性，量程为0+5V。外接CLK为640kHz时，典型的转换速度为100s，符合本

35、课题的设计要求。74LS273 74LS273用于驱动LED的8位段码，8位LED相应的”a”-“g”段连在一起，它们的公共端分别连至由74LS138译码选通后经74LS02反相驱动的输出端。这样当选通某一位LED时，相应的地址线(74LS02输出端)输出的是高电平，所以我们的LED选用共阳LED数码管。还有译码器74LS138、程序存储器2764、DJ4、LED显示器等元器件。4.3.1 角度信号采集电路如图5.3所示,通过DWQT-360°角度传感集成芯片将角度变化量转换成电压值变化量,经一级跟随后输入到电压放大电路,放大后的信号由IN1口输入到ADC0809进行模数转换，转换结

36、果送存30H单元中，备以后调用。 图4.3 角度采集硬件图4.3.2 显示电路用扩展芯片8279来实现多个LED显示器的控制。在4个LED显示器中2#、1#、0#显示实时角度。8279工作方式为左边输入,八位字符,外部译码；各管脚的接线如下：8279:状态/命命令口地址0FF82H,8279 数据口地址0FF80H,、接8051读、写信号输出端.图4.4显示硬件图4.3.3 角度控制输出电路 如图5.5所示，8051单片机通过芯片74LS273输出信号控制液压系统A与B和C(图5.1)。当弯曲角度达到设定值时, 从74LS273的PO、P1输出0停止液压系统A、B的运动，从74LS273的P2

37、输出1启动液压系统C，延时3分钟。单片机处理传感器传来的数据如果不在精度范围内, 从74LS273的PO、P1输出1启动液压系统A、B，从P2输出0停止液压系统C，继续弯曲管材，当达到单片机处理后的值时重复上面的动作。如此能自动控制弯曲角度的精度。图4.5角度控制输出硬件图4.3.4 控制系统总体电路图 （见附录）第5章 控制系统软件设计5.1 主程序流程图本数控系统采用DWQT-360°角度传感集成芯片采集角度数据，在将角度模拟量送入单片机进行处理之前，需要对8279进行初始化操作。单片机实时读取DWQT-360°角度传感器的角度值。然后判断此角度值与生产要求的设定值的差

38、距：若值小于设定值，则启动液压系统继续弯曲动作；若等于设定值，则延时3分钟，然后单片机再读取角度值，此时的角度值与设定值的差如果在精度范围内，则程序结束，如不在精度之内，则继续循环。 弯管机数控系统主程序如图5.1所示。调8279初始化程序开始定时器初始化A/D转换子程序A/D数据处理子程序调显示子程序角度处理处理子程序其他初始化图5.1角度控制主程序5.2 角度控制子程序5.2.1 A/D转换子程序及功能采集电路的角度传感器(DWQT-360°)传来角度信号，经过放大后得到的模拟量（0-5V），然后通过A/D转换器ADC0809的IN1脚输入进行A/D转换。对应A/D输出数字量00

39、H-FFH。5.2.1.1 A/D转换子程序流程图ADC0809芯片接收到信号后，将启动A/D转换程序，转换结束后，取转换结果并存到相应的存储单元中，等待取用。开始启动A/D转换取A/D转换结果转换完？YN存A/D转换结果返回图5.7 A/D转换子程序流程图5.2.1.2 A/D转换子程序AD_C: MOV DPTR,#8002H ；IN1入口地址 MOVX DPTR,A ；启动A/D转换 MOV 50H,#50H ；设计数次数 LP: NOP ；延时部分用50H单元来计数 DJNZ 50H,LP ；判延时结束没 MOVX A,DPTR ；读取转换结果 MOV 30H,A ；转换结果送30H

40、RET5.2.2 A/D数据处理子程序及功能设计中采用了ADC0809芯片的IN1模拟量输入信号通道，在转换结束信号的处理以及转换数据的读取中，采用了固定的延迟等待方式，此时EOC信号悬空，当CPU发出启动命令之后，执行一个固定和延迟程序（延迟时间要大于完成一次A/D转换所需时间），等待转换结束后再用输入指令读取数据并存在30H单元中。角度经过A/D转换后存在30H单元，将30H单元得数据转变成角000.0-180.0°显示出来，要显示的数据存放到34H、33H、32H单元中，分别代表角度度的百位、十位、个位。数据处理流程图如图4.8所示。采集的数据为D，求角度度显示值：X=180D

41、/255=7D/10为了避免用两个字节的乘除法，作一定的简化处理后，采用一定的算法用一个字节的乘除法完全可以求出来。而且用一个字节的乘除法更能反映编程技巧，训练学生的思维能力，驾驭复杂程序设计的能力。实际上就是求二进制数的BCD码（十进制数）。按照上面的计算公式，采用分步计算的方法。34H（百位）33H(十位) ，32H(个位)，将采集的数据D除以10，将余数保存起来后面再处理，将商（整数部分）乘以7，得到的应是角度的百位、十位和个位的二进制数，除以10，得到角度的百位、十位和个位（二翻十处理），分别存入34H（百位）、33H(十位)和32H(个位)。余数（小数部分）乘以7，再除以10，余数是

42、角度的小数部分，存入31H（小数位）单元。商应进到角度的个位上，加到32H单元。个位单元加时，又可能向十位有进位，十位加时，又有可能向百位有进位。因此，将个位加后的数再除以10，余数为角度的个位给32H单元，商加到角度的十位上，给33H单元；将十位加后的数除以10，余数为角度的十位给33H单元，商加到角度的百位上。部分程序如下所示：A/D处理子程序部分程序:.DIV AB ；结果除以10MOV 32H,B MOV 34H,A ；得到百位的BCD码MOV B,#3 MOV A,34H MUL AB ；结果×7MOV B,#10 DIV AB ；再除10 图4.8 A/D数据处理流程图

43、MOV 31H,B ；得到小数位的BCD码 ADD A,32H ；商加到个位上 MOV B,#10 DIV AB MOV 32H,B ；得到个位的BCD码 ADD A,33H ；商加到十位上MOV B,#10DIV ABMOV 33H,B ; 得到十位的BCD码 . 5.2.3 显示子程序及功能DISPLAY是角度显示子程序，显示安符程序入口参数：R4显示位置，R5显示字符在段码表中的偏移量。由于在相应的单元中已存放的在显示内容的BCD码，所以用R5直接读取相应的单元。由于各种数字与字母的显示字形代码于存放在程序的末尾，因此R5从个要显示内容存放单元中读取相应BCD码，然后加上段码表的首地址就

44、可得到相应的字形代码。R4代表要显示的显示器号，只要把R4加上显示RAM起始地址即是显示地址。在角度显示子程序DISPLAY中，2#、1#、0#号显示器分别显示角度的百位、十位、个位。DISPLAY: ； 角度显示子程序 MOV R5,32H MOV R4,#0 LCALL DISLED ； 个位显示在0号位 MOV R5,33H MOV R4,#1 LCALL DISLED ； 十位显示在1号位MOV R5,34H MOV R4,#2LCALL DISLED ； 百位显示在2号位RET5.2.4定时器初始化与计算设利用定时器T1工作方式1，定时50ms后溢出。方式控制字与什数初值： TMOD

45、=00000001B=01HY计数初值：X1= TH0=3CH， TL0=0B0H 初始化：MOV TMOD,#01H ；定时器写入工作方式字 MOV TH0,#3CH ；写入计数初值 MOV TL0,#0B0H SETB ET1 ；开放T1中断 SETB EA ；开放CPU 中断5.2.5延时子程序 定时器T1工作方式1，定时50ms，并用找R2作软件计数器，取R2的初始值为20，作减法计数，每次T0溢出时，R2减1，妆R2减到0，则定时1s完成。R3作为分钟计数器，作加法计数，R2每次减至0，R3加1，则定时1分钟完成。此外，R2每次减到0、R3每次加一对应的40H、41H也加一，为时间显

46、示做准备。DELAY: ；延时子程序MOV TH1,#3cH MOV TL1,#0B0H DJNZ R2,RETN ； 判是否计时1s INC 40H ；40单元存放秒数 MOV R2,#20 DJNZ R3,RETN ；判是否够1分钟 INC 41H ；41单元每一分钟加一 MOV 40H,#0 MOV R3,#60 RETN: RET5.2.6角度处理子程序及功能角度处理子程序开始后，首先读取（回弹量）和（补偿量）的值，然后从74LS273的PO、P1输出1启动液压系统A、B，从P2输出0停止液压系统C，开始弯曲加工，与此同时调用A/D转换子程序以及保存A/D转换结果。当达到角度的设定值时

47、，从74LS273的PO、P1输出0停止液压系统A、B，从P2输出1启动液压系统C。部分程序如下:.MOV B,A MOV P0,#1 ;P0输出1 MOV P1,#1 ;P1输出1 MOV P2,#0 ;P2输出0LCALL AD_C ;调用A/D转换程序MOV A,30HADD A,202HCJNE A,30H,NEXT MOV P0,#0 MOV P1,#0 MOV P2,#1LACLL DELAY ;调用延时子程序 . .因为管材的弯曲加工都有一定的回弹量，所以在此调用延时子程序，延时3分钟，然后进行A/D转换并保存结果。用设定值减去转换的结果便得到即管材的回弹量，判断是否在精度的要求

48、之内，如果是程序将结束；如果不是，将生成新的回弹量和补偿量（如流程图5.9所示），并将此结果保存。最后返回程序开始。一般情况下，每一种管材有一种对应的回弹量和补偿量，经过第一次弯曲之后，系统将自动记忆他们的值，只要控制精度不变，在以后的弯曲加工中都基本可以实现一次弯曲成型。在现在的企业生产中基本都是靠老师傅的经验来控制角度的，设计这样的数控系统避免了人工弯曲测量时造成的误差，给企业带来了效益。图4.9角度处理子程序5.2.7键盘扫描程序在计算机中每一个键都对应一个处理子程序，得到闭合键的键码后，就可以根据键码，转相应的键处理子程序，进行字符、数据的输入或命令的处理。这样就可以实现该键所设定的功

49、能。在本系统中，要在键盘输入回弹量、补偿量和设定的弯曲角度值。设A口地址为200H，B口地址为201H，C口地址为202H,D口地址为203H。则判定有无闭合键的子程序为KS1，供键盘扫描程序中调用，程序段如下：KS1: MOV DPTR,#201H ;指向B口地址 MOV A,#00H ;B送00H MOVX DPTR,A DEC DPL ;指向A口地址 MOVX A,DPTR ;读A口 CPL A ;A取反，无键按下则全“0” ANL A,0FH ;屏蔽A高半字节 RET 执行KS1子程序的出口参数是：有闭合键则（A）0，无闭合键则（A）=0。本系统中键盘和显示器同时存在，因此把键盘扫描程序和显示程序配合起来使用，既把显示程序作为键盘扫描的延时子程序，实现软件去抖动。这样可以省去一个专门的延时程序。因此键盘扫描程序如下： KEY1: ACALL KS1 ;检查是否有键闭合 JNZ LK1 ;A非“0”则转移 ACALL DISPLAY ;显示一次 AJMP KEY1 LK1: ACALL DISPLAY ;有键闭合二次延时 ACALL DISPLAY ;软件去抖动延时 ACALL KS1 ;再检查有键闭合否 JNZ LK2 ;有键闭合转LK2 ACALL DISPLAY AJMP KEY1 ;经去抖动确认无键