俯仰油缸智能控制裝置

祁方曉，李國華，溫江華

長治清華機(jī)械廠，山西長治 046012

0 引言

俯仰油缸試驗(yàn)控制裝置是為了驗(yàn)證起豎油缸的工作性能而設(shè)計(jì)的，該裝置據(jù)棄了此類控制裝置通常采用的繼電器結(jié)構(gòu)，將微控制器運(yùn)用到控制設(shè)計(jì)中，通過在工作過程中的特定時(shí)刻設(shè)置中斷延時(shí)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工作流程，提高了系統(tǒng)工作的智能化水平，大大提高了工作效率，使控制功能更加靈活可靠。

1 控制過程與技術(shù)優(yōu)勢

俯仰油缸試驗(yàn)控制裝置，由對(duì)稱式俯仰油缸和輔助俯仰油缸共同完成負(fù)載起豎與回平動(dòng)作，期間俯仰抽缸制動(dòng)控制關(guān)閉，當(dāng)負(fù)載起豎到目標(biāo)角度時(shí)，俯仰油缸制動(dòng)開啟。試驗(yàn)過程中，按照工藝要求需持續(xù)進(jìn)行起豎與回平動(dòng)作上千次，并且為考察油缸的制動(dòng)性能，每一次的起豎與回平都需要停止油缸動(dòng)作一段時(shí)間再繼續(xù)運(yùn)行，通常繼電器結(jié)構(gòu)的控制裝置由于功能相對(duì)簡單，在工作過程中存在很大不足，主要表現(xiàn)在當(dāng)油缸動(dòng)作停止后必須用手動(dòng)按鈕將油缸收回到行程開關(guān)位置，才能重新開始自動(dòng)過程，對(duì)于頻繁的試驗(yàn)動(dòng)作過程，此操作十分麻煩，影響了工作效率。此智能試驗(yàn)裝置由于采用了微控制器控制，很好的解決了此類問題，并且新增了暫停功能，在暫停結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到白動(dòng)工作狀態(tài)繼續(xù)動(dòng)作，在暫停狀態(tài)下可以方便的進(jìn)行手動(dòng)控制，手動(dòng)與自動(dòng)控制可以自由切換。并且在手動(dòng)模式下，通過對(duì)微控制器程序的設(shè)置 可以使負(fù)載在觸碰到行程開關(guān)后自動(dòng)停止，起到保護(hù)作用。由于油缸伸收切換時(shí)間短，運(yùn)行過程中負(fù)載存在較大的抖動(dòng)，嚴(yán)重影響了油缸運(yùn)行的穩(wěn)定性，在使用此實(shí)驗(yàn)裝置后，可以通過程序在油缸伸收切換的瞬問設(shè)定延時(shí)，提高了負(fù)載運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。此外此實(shí)驗(yàn)裝置增加了數(shù)碼顯示功能，可以實(shí)時(shí)記錄并顯示油缸動(dòng)作次數(shù)，使對(duì)系統(tǒng)總體性能的觀察更為直觀準(zhǔn)確。

2 電路原理

該控制裝置電路的原理其核心為單片機(jī)AT89S51，通過對(duì)繼電器KM0、KM1、KM2、KM3的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)外部電磁閥YV0、YV1、YV2、YV3的通斷電功能，在單片機(jī)與繼電器間增加了光電耦合器隔離，繼電器由普通晶體管9013 驅(qū)動(dòng)，并通過發(fā)光二極管顯示當(dāng)前工作狀態(tài)。光電耦合器選用TOSHIBA 公司的TLP521-1，當(dāng)連接光耦的單片機(jī)輸出端口P1.0、P1.1、P1.6、P1.7為低電平時(shí)，光藕發(fā)射端導(dǎo)通，導(dǎo)通電流為：I=（5-1.1-2）/200=10mA。相應(yīng)發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。此時(shí)晶體管9013 驅(qū)動(dòng)繼電器線圈導(dǎo)通，相應(yīng)繼電器觸點(diǎn)閉合，使液壓電磁閥通電導(dǎo)通。選用的繼電器線圈額定工作電壓為5v，觸點(diǎn)最 大電流為5A。外部輸入信號(hào)分別由按鈕與行程開關(guān)提供，其中按鈕SB0，SB1，SB2，SB5為自鎖按鈕， 按鈕SB3、SB4 為非自鎖按鈕。其中AC/DC 開關(guān)一體化電源為電磁閥供電并為DC/DC 變換器提供輸入電壓，其輸入輸出電壓分別為 AC 220V 和DC 24V，輸出電流為6A。DC/DC 變換器輸入為DC24V，用來提供DC 5V 的輸出電壓為單片機(jī)、繼電器線圈、光耦等供電，其輸 出電流為1A。三個(gè)共陽極LED數(shù)碼顯示器用于顯示俯仰油缸動(dòng)作次數(shù)，當(dāng)俯仰每次回平到位時(shí)，程序?qū)⒆詣?dòng)更新油缸動(dòng)作次數(shù)，并將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存并傳送給數(shù)碼管顯示。

3 程序設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要有主程序、外部中斷子程序、定時(shí)器中斷子程序、 延時(shí)子程序和數(shù)碼顯示子程序等組成。延時(shí)子程序主要實(shí)現(xiàn)油缸收伸轉(zhuǎn)換等狀態(tài)變化時(shí)的瞬間延時(shí)，提高負(fù)載運(yùn)行的穩(wěn)定性，延時(shí)時(shí)間為2s。

定時(shí)器中斷子程序?qū)崿F(xiàn)俯仰油缸伸到位并且鎖緊油缸鎖緊后的10s 延時(shí)，選用定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，工作于方式1。 定時(shí)器的核心部件是加1 計(jì)數(shù)器，通過設(shè)置定時(shí)器工作方式寄存器TMOD 可以使定時(shí)器工作在定時(shí)方式或計(jì)數(shù)方式。當(dāng)設(shè)置為定時(shí)方式時(shí)，定時(shí)器對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)，定時(shí)器的計(jì)數(shù)脈沖來源于單片機(jī)內(nèi)部，是對(duì)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)過12 分頻后的脈沖計(jì)數(shù)，既對(duì)機(jī)器周期T 計(jì)數(shù)，每過一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器加1。通過計(jì)數(shù)值可以很方便地得到準(zhǔn)確的定時(shí)時(shí)間，定時(shí)器計(jì)數(shù)值乘以單片機(jī)的機(jī)器周期就是定時(shí)時(shí)間。

4 使用方法及工作過程

該裝置分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式，可通過自動(dòng)和手動(dòng)按鈕選擇，系統(tǒng)上電后，按下SB0 按鈕轉(zhuǎn)入自動(dòng)工作模式，此時(shí)除暫停外其他各按鈕均不能工作，系統(tǒng)將從油缸回收開始自動(dòng)工作過程，在觸碰到收到位開關(guān)后，油缸重復(fù)執(zhí)行伸起和回收動(dòng)作，在每次觸碰到伸到位開關(guān)后油缸伸停止，延時(shí)2s后鎖緊油缸自動(dòng)鎖緊，10s后鎖緊油缸電磁閥斷電，俯仰油缸繼續(xù)回收過程。在油缸每次由收到伸的狀態(tài)切換時(shí)將延時(shí)2 秒。在自動(dòng)過程中任意位置按下暫停按鈕SB2，則油缸動(dòng)作暫停，抬起暫停按鈕，則油缸恢復(fù)原來狀態(tài)繼續(xù)動(dòng)作。抬起按鈕SB0自動(dòng)過程結(jié)束，油缸動(dòng)作停止。按下SB1 按鈕.轉(zhuǎn)入手動(dòng)工作模式，此時(shí)按下SB3 或 SB4 按鈕則油缸伸起或收回，松開則動(dòng)作停止，在油缸伸起過程中如觸碰到伸到位開關(guān)ST2 則油缸動(dòng)作自動(dòng)停止。抬起按鈕SB1手動(dòng)過程結(jié)束。按下按鈕SB5則油缸鎖緊。

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