基于单片机的MPS系统的供料单元控制系统设计

技 术 创 新 中文核心期刊 《微计算机信息》(嵌入式与 SOC)2006年第 22卷第 2-2期 360元/年 邮局订阅号:82-946 《现场总线技术应用 200例》 单片机开发与应用 基于单片机的MPS系统的供料单元控制系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ThecontrollingsysteminthedistributionunitofMPSsystembasedonmicrocontroller (北京工商大学)熊光洁 刘美莲 吴 雪 冯 涛 Xiong,GuangjieLiu,MeilianWu,XueFeng,Tao 摘要:本文对 MPS自动生产加工系统供料单元的控制系统中进行了改进,采用单片机作为控制器,使得整个控制系统的成 本大大降低。给出了单片机控制系统的框图,以及输入与输出电路的原理图,并结合供料单元的工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 ,给出了控制系统 的软件流程图。 关键词:单片机;MPS系统;软件编程 中图分类号:TP368 文献标识码:A Abstract:thecontrollingsysteminthedistributionunitofMPSautomaticproductionmanufacturingsystemisimprovedbyusingmi- cro-controllertodecreasethecostofwholecontrollingsystem. Combiningwiththeprocessingflowchartofthisunit,theflowchart andpartlyprogramdesignsofthecontrolsystemarediscussed. Keywords:Micro-controller;MPSsystem;programdesigns 文章编号:1008-0570(2006)02-2-0010-03 1前言 MPS(ModularProductionSystem)自动生产加工系 统,是针对学生不能经常在实际生产线上进行培训, 而专门研制出的一套模拟加工生产线的开放性教学 系统。该系统是工业自动化生产线的微缩模型,主要 模拟加工气缸,并进行装配的实际生产线的模块化生 产加工系统。这样可以使学生能够近距离地接触模拟 的加工系统,从电气原理、机械构造、气动控制、程序 编制,程序写入和实时监控等多方面对系统有完整认 识。本文采用单片机作为控制器,对控制系统进行改 进,使得控制系统的成本大大降低,本文给出了采用 MCS51系列的单片机控制供料站的方法。 2MPS系统的供料单元的组成及工 艺流程 2.1MPS系统的供料单元的组成 供料单元是模块化加工系统中第一单元,主要任 务是将储料仓中工件一个个单独地传送到下一单元 进行加工。供料单元主要由储料仓模块、机械手模块、 操作控制模块、插槽底板模块、移动箱体等组成。储料 仓模块包括了仓体、推料杆、直线气缸、两个限位开关 以及一个探测工件的传感器。仓体用来储存需加工的 工件,最多可以装八个待加工的工件,直线气缸用于 推动推料杆前进和后推,推料杆用于将工件推到储料 仓前端,为机械手取料工作做准备,在仓体中安装有 探测料仓中是否有工件存在的传感器。机械手模块主 要有:机械手臂、摆动气缸、真空吸盘、两个行程开关。 真空吸盘位于机械手臂的前端,用于吸起工件,真空 吸盘与真空发生器通过气管连接,真空发生器开始工 作,真空吸盘才能吸起工件。机械手臂上装有两个行 程开关 3S1、3S2,可以保证机械手臂能够准确定位到 储料槽和下一站的升降台上。 2.2MPS系统的供料单元的工艺流程 供料单元在接到下一站(检测站)准备好的信号 后,首先检查本站是否在初始位置,即机械手臂摆动 到料仓的位置,推料杆处在收回的位置,在 2B1处,并 且真空阀关闭。检测到系统在初始位置后,控制系统 接收到下一站准备就绪信号,当检测到有工件信号 后,机械手臂在驱动信号作用下先运动到下一站,然 后通过输出口给电磁阀1Y1控制信号,驱动直线气缸 带动推料杆运动,推料杆到达极限位置 2B1后,控制 机械手臂运动的摆动气缸的电磁铁3Y1得电,机械手 臂从下一站摆动到储料槽的位置,位于工件上方。检 测到机械手臂位于取料位置后,2Y1得电,真空发生器 开始工作,在吸盘中形成真空,吸起工件,推料杆退 回。机械手臂带动工件从储料槽摆动到下一站的升降 台处,进行破真空操作,将工件放下。机械手摆动到储 料槽的位置,此时该站的动作全部完成,等待下一站 准备好的信号,进行下一次动作循环。 3单片机在 MPS系统的供料单元中 应用 3.1单片机简介 单片机也称(微控制器),是微型计算机的一个重 要分支,具有很好的控制功能。INTEL公司的MCS-51 熊光洁:讲师 本文为北京工商大学教改基金项目 10- - 邮局订阅号:82-946360元/年 技 术 创 新 单片机开发与应用 《变频器与软启动器应用 200例》 您的论文得到两院院士关注 系列的单片机早已广泛地应用于工业控制、智能化仪 器仪表、信息通讯、家用电器中,现在 ATMEL公司将 Flash存储器技术与51系列的核心技术相结合,生产 出了Flash单片机AT89C51系列,并且与MCS-51相 兼容,目前已取代传统的MCS-51系列的单片机,成为 主流单片机。 本文在 MPS系统中采用 ATMEL公司 AT89C51 作为控制器对供料单元的工艺过程进行控制,该芯片 Flash存储器容量为4K,有4个8位的I/O口,其他完 全与MCS-51的8051相兼容。 3.2系统设计 3.2单片机控制系统的硬件设计 在供料单元中,有 7个传感器的输入信号,加上 三个按键输入信号和 5个输出信号用于分别控制五 个电磁 1Y1、2Y1、2Y2、3Y1和 3Y2,所以控制系统只 需要一块芯片89C51就可以。但由于采用单片机的工 作电压为 5V,MPS系统中电磁铁的工作电压为 24V。 而且考虑环境干扰等因素,在单片机控制系统设计中 需要考虑提高系统的抗干扰能力,本文在硬件中采取 了光电耦合器进行的光电隔离。控制系统的组成如图 1所示。根据要求,控制系统包括有输入信号电路、复 位电路、时钟电路、输出信号电路和按键电路,按键电 路中包含有起动和急停按钮,急停按钮接单片机的外 中断0,本文给出了一路输入信号和一路输出信号的 电路,如图2所示。 图2一路输入信号电路(A)和一路输出信号电路(B) 在输入电路中,采用电容和电阻滤波,采用 2片 光电耦合器件 TPL521-4,共 8路二极管-晶体管型的 光耦器件进行光电隔离,其中8路用于输入,8路用于 输出,从而很好地提高了系统抗干扰能力,并且增加 了系统的可扩展功能,只要改写程序,该控制系统还 可以用于控制其他工作单元。当传感器 1有信号时, 光耦工作,发光二极管发光,触发三极管导通,指示灯 D1发光,表示传感器有信号输入到单片机的P2.0口, 经过40106的反相,P2.0高电平有效,其余 6路传感 器信号分别接在P2.1~P2.6端,为了使系统具有很好 的扩展性,系统中共有 8路信号输入电路,有 1路备 用。 在输出电路中,采用2片光电耦合器件TPL521- 4,如果P1.0有信号输出,经过40106和1413的驱动, 当P1.0低电平时,光耦工作,发光二极管发光,触发三 极管导通,指示灯D2发光,表示控制系统有信号输出 到电磁阀的线圈上,电磁阀1Y1得电,控制气缸运动, 因此P1口低电平有效。同样,还有4路输出电路分别 用于控制其它的四个电磁阀,为了使系统具有很好的 扩展性,控制系统中共有8路信号输出电路,还有 3 路备用。 控制系统的时钟电路,复位电路,和按键电路的 原理图省略。 3.3单片机控制系统的软件设计 在控制系统的软件设计中,根据供料单元的工艺 流程,采用条件分支结构程序进行设计,首先查询输 入口的状态,然后根据输入口的状态不同,控制系统 给出不同的控制信号,控制系统的输入输出口的分配 表如表1所示。控制系统的流程图如图3所示,首先, 将OFFH信号输入P2口,将其定义为输入口,当本站 接到下站传来的准备完成信号 P2.6=1后,系统初始 化,检测推料气缸是否收回 P2.1=1,机械手是否在取 料位置(P2.3=1),如果不在初始位置,则P1.1=0摆杆取 料,P1.0=1推料杆退回。当料仓有工件,检测传感器的 信号 P2.5为 1,这时 P1.3=0摆动气缸动作,摆动到送 料位置,P1.0=0推料杆开始推动工件,到位后,P2.0=1, P1.1=0,机械手取料,摆动气缸取料限位开关 P2.4为" 1",P1.2=0,在吸盘上形成真空,真空开关 P2.2为"1", 将工件吸住,P1.3=0摆动气缸动作,机械手摆动到下 站,P2.4=1,P1.4=0破真空,工件顺利到达下站,依次循 环。 表1控制系统的I/O口的分配表 4结论 本文的创新点是:采用单片机作为控制器很好地 实现了供料单元的工艺过程,并且采用单片机的控制 器体积小,运行可靠,极大地降低了系统成本,这种控 ! 1!"#$%& !"#$ AT89 C51 !"#$%& !"#$%& !"#$ !"#$ !"#$ !%#$ &’() *+,-.%/012324$ &2() *+5.%62728$ &’(2 *+,-9:/0123’4$ &2(2 ;5<+6=728$ &’(’ >?@A/01’324$ &2(’ B>?1’724$ &’(= ;C,-<+DE/01=F24$ &2(= ;5G+1=7’4$ &’(H ;C,-G+DE/01=F’4$ &2(H I>?1’7’4$ &’(J KL+MNOPQR/0$ $ &’(S TUV/$ $ &=() WCXY$ $ R6 R10 +5V R9 R7 R8C4 C5 U D1 1 2 40106A IC1I1 R41+5V 1 2 1413A 3 4 40106B IC2 U2 IN4148 C18 1Y12 ZD1 +24V 1Y11 1Y1 R12 D2 P2.0 P1.0 (A) (B) 11- - 技 术 创 新 中文核心期刊 《微计算机信息》(嵌入式与 SOC)2006年第 22卷第 2-2期 360元/年 邮局订阅号:82-946 《现场总线技术应用 200例》 单片机开发与应用 制器同样还可以应用到 MPS自动化生产系统的其他 一些工作站中,并还可以很方便地与其他工作单元进 行通讯。 图3 参考文献 [1]费施托(FESTO)五站 MPS自动加工系统手册 ,http://www. festo.com/didactic [2]余永全,《ATMEL89系列单片机应用技术》北京,北京航空航 天大学出版社 2002.8 [3]谢子殿,朱秀.基于 P89C51RD2单片机控制的智能化路灯节 能装置的设计[J].微计算机信息.2005.3:80-82. 作者简介:熊光洁 (1968—),女,北京工商大学讲师, 主要从事机电一化技术、微机控制与检测方向的科研与 教学。Email:xionggj@th.btbu.edu.cn或 xgjie@sohu.com (100037 北京工商大学机械自动化学院) 熊光洁 刘美莲 吴 雪 冯 涛 (CollegeofMechanicalEngineeringandAutoma- tion, BeijingTechnologyandBusinessUniversity, Beijing100037,China)Xiong,GuangjieLiu,Meilian Wu,XueFeng,Tao 通信方式: (100037北京海淀区阜成路 11号北京工商大学 机 械自动化学院)熊光洁 (投稿日期:2005.8.16)(修稿日期:2005.8.25) (接145页)磁链0.223Wb,转动惯量0.0008kg·m2。 从仿真曲线可以看出,转速、转矩、相电流在起动 之后,很快达到稳定值。表明应用高速DSP芯片,采用 矢量控制的永磁同步电机伺服系统具有良好的动态 响应性能和静态性能。 a转速响应曲线 b转矩响应曲线 c相电流曲线 图4PWSM仿真输出曲线 4结论 TMS320LF2407数字信号处理器作为单片机的换 代产品,实现了对永磁同步电机伺的速度、位置的矢 量控制,充分发挥了矢量控制的作用,提高了控制速 度和精度。本文的创新点在于应用转子磁场定向矢量 和弱磁控制,采用新型数字信号处理器,使得系统硬 件设计更加简单,并具有体积小、重量、,效率高过载 能力强和性价比高等优点。 参考文献 [1]李路菁.电力电子与电力传动/基于 DSP的永磁同步电机伺 服系统的研究D].南京航空航天大学硕士论文,2005.3:36～37. 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