玻璃板自動(dòng)裝箱機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

湯 淼 齊濟(jì)源

摘要：玻璃板裝箱碼垛操作工序是浮法玻璃廠必須布置的生產(chǎn)工序，其目的不但是提高工作效率，而且能有效保證生產(chǎn)安全，是從根本上避免出現(xiàn)人身安全事故的解決途徑。本設(shè)計(jì)針對(duì)物流自動(dòng)化行業(yè)中對(duì)箱包高速碼垛的需求，并依據(jù)搬運(yùn)機(jī)器人的性能要求。設(shè)計(jì)了玻璃板自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：89051單片機(jī)；光電傳感器；氣缸

一、研究背景及意義

沈陽某玻璃集團(tuán)有限公司平板玻璃生產(chǎn)線裝箱工序中，所使用的三自由度機(jī)械手目前存在玻璃板碼垛邊緣對(duì)齊精度不高問題，甚至導(dǎo)致5％的大尺寸平板玻璃產(chǎn)品破損，是該廠長(zhǎng)期以來亟待解決的對(duì)齊精度控制技術(shù)問題。生產(chǎn)玻璃成品的最后一道工序是自動(dòng)裝箱，自動(dòng)裝箱質(zhì)量的好壞直接影響玻璃的質(zhì)量。

由于玻璃板在裝箱前偏離準(zhǔn)確位置的最大誤差為12ram，本設(shè)計(jì)將在玻璃板工作臺(tái)上安裝氣缸，通過單片機(jī)控制氣缸行程來推動(dòng)玻璃板，使其回到準(zhǔn)確位置等待裝箱。并在工作臺(tái)一側(cè)安裝光電傳感器，應(yīng)用光電傳感器隨光線的明暗發(fā)生變化，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，再由TLCl543將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送入到89C51中，89C51對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，再通過單片機(jī)發(fā)出指令對(duì)氣缸動(dòng)作進(jìn)行控制。本項(xiàng)目對(duì)于開發(fā)玻璃行業(yè)生產(chǎn)用測(cè)控實(shí)用技術(shù)也有極好的原理適用意義。

二、玻璃板自動(dòng)裝箱機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

189C51單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用單片機(jī)作為主要控制系統(tǒng)。ATMEL89C51是51系列單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛、價(jià)格低廉、性能比較穩(wěn)定的單片機(jī)之一，這是一個(gè)CMOS8位的單片機(jī)，片上帶有4KFlash存儲(chǔ)器，允許在系統(tǒng)改寫或用編程器編程，且指令系統(tǒng)和89C51完全兼容。還帶有128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，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位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C51是一種高效微控制器，為控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。這些配置能夠很好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能指標(biāo)，故選擇89C51作為控制的MCPU。

單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性是由多種因素決定的，其中系統(tǒng)的抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)。工業(yè)生產(chǎn)中的干擾一般都是以脈沖的形式進(jìn)入單片機(jī)，干擾竄入系統(tǒng)的渠道主要有三條，即空間干擾(場(chǎng)干擾)，通過電磁波輻射竄入系統(tǒng)；I／O通道干擾；供電系統(tǒng)干擾，包括用電設(shè)備的頻繁啟動(dòng)造成的電火花及用電設(shè)備對(duì)電源的污染等等干擾都可以從系統(tǒng)的電源竄入。

從設(shè)計(jì)制造的角度來分，造成容易受干擾的主要原因是：系統(tǒng)電源的抗干擾能力差或功率不足；程序沒有采取抗干擾措施或措施不足：器件驅(qū)動(dòng)功率不，處在臨界狀態(tài)；元件質(zhì)量差㈩。

為了解決單片機(jī)在使用時(shí)的干擾問題，采用了輸入、輸出信號(hào)加光電耦合器件隔離，防止外圍器件動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的回流；中擊系統(tǒng)電路。光電耦合隔離放大電路。同時(shí)，還注意了路線和元件布局，地線和電源線盡可能布粗線，線路的走向盡量按輸入到輸出分布，以免造成信號(hào)的混亂；另外，類似繼電器之類的會(huì)產(chǎn)生電磁干擾和需較大電流驅(qū)動(dòng)的元件也要遠(yuǎn)離單片機(jī)。

2光電傳感器的選擇

本設(shè)計(jì)采用的是德國FESTO公司SOEG-RT-M12-PS-K-L型號(hào)的光電傳感器。該光電傳感器屬于三芯帶電纜的漫射光電式接近開關(guān)，集發(fā)射器與接收器于一體，內(nèi)置保護(hù)電路和LED。漫射式傳感器能對(duì)物體進(jìn)行無接觸式檢測(cè)，發(fā)射器發(fā)出一束可調(diào)制度不可見紅外光(880nm)。當(dāng)被測(cè)物體經(jīng)過光束時(shí)，光線被物體表面反射回接收器，傳感器便有電信號(hào)輸出。3A／D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)由于計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行的是機(jī)器語言，也就是只能處理數(shù)字量，因此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中凡是遇到模擬量的地方，就要進(jìn)行模擬量向數(shù)字量或數(shù)字量向模擬量的轉(zhuǎn)換。大部分的傳感器的輸出都是電流信號(hào)，計(jì)算機(jī)要對(duì)這些傳感器的信號(hào)進(jìn)行處理，就要先進(jìn)行電流／電壓轉(zhuǎn)換(1／V)，然后再通過ADC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。

選用TLCl543進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。采用它的主要目的是將光電傳感器被物體遮擋后輸出的電流值(最大為200mA)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，從而傳送給89c51進(jìn)行運(yùn)算處理。由于它是采用串行接口的，因此在硬件連接上非常簡(jiǎn)單。

三、結(jié)論

應(yīng)用光電傳感器進(jìn)行信號(hào)采集，通過89c51單片機(jī)控制電磁閥，對(duì)氣缸進(jìn)行控制，能夠準(zhǔn)確的將玻璃板邊緣對(duì)齊。該設(shè)計(jì)過程考慮比較周到，系統(tǒng)中除了采用光電隔離電路，有效的抑制電磁干擾，以提高系統(tǒng)的可靠性。不但提高工作效率，而且能有效保證生產(chǎn)安全，從根本上避免了出現(xiàn)人身安全事故。