基于51單片機(jī)控制的CA6140車床電氣控制系統(tǒng)改造

文福林 寧業(yè)林

摘 要：隨著工業(yè)自動化的飛速發(fā)展，生產(chǎn)工藝對機(jī)械設(shè)備控制操作質(zhì)量、穩(wěn)定性、專業(yè)技術(shù)維護(hù)等問題提出了越來越高的要求，同時(shí)也對維修電工專業(yè)教學(xué)提出了更高的要求。學(xué)校實(shí)習(xí)教學(xué)的CA6140車床的配置相對落后，機(jī)床電氣控制部分還是傳統(tǒng)的繼電器控制，而且控制柜內(nèi)線路老化，觸點(diǎn)經(jīng)常出現(xiàn)接觸不良。為提高機(jī)床運(yùn)行的可靠性，筆者設(shè)計(jì)了一套基于51單片機(jī)的繼電器控制系統(tǒng)，并組織學(xué)校維修電工專業(yè)學(xué)生進(jìn)行安裝、調(diào)試，運(yùn)行效果較好。

關(guān)鍵詞：CA6140車床 電氣控制系統(tǒng) 51單片機(jī) 實(shí)習(xí)教學(xué)

一、CA6140車床現(xiàn)狀

普通車床是應(yīng)用非常廣泛的金屬切削工具，目前采用傳統(tǒng)的繼電器控制的普通車床在中小型企業(yè)仍大量使用。繼電器—接觸器控制系統(tǒng)接線復(fù)雜，故障診斷與排除困難，有效率低、可靠性差、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。而單片機(jī)是以微機(jī)技術(shù)為核心的通用型控制裝置，具有功能強(qiáng)大、維修容易、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、編程簡單、造價(jià)低廉和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。如果采用單片機(jī)控制，可簡化控制線路，使機(jī)床工作可靠；同時(shí)，采用單片機(jī)控制，可使原控制線路的大電流控制改為小電流控制，由此減小了功耗，解決了觸點(diǎn)接觸不良或粘連的問題，大大降低了故障率。因此，用單片機(jī)對CA6140車床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造能有效地提高設(shè)備的可靠性，降低機(jī)床的故障率。

二、機(jī)床的工作原理

1.主要運(yùn)動形式及控制要求

（1）主運(yùn)動。主軸通過卡盤或頂尖帶動工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。主軸電動機(jī)選用三相籠型異步電動機(jī)拖動，主軸有正反轉(zhuǎn)。

（2）進(jìn)給運(yùn)動。刀架帶動刀具的直線運(yùn)動。進(jìn)給運(yùn)動也由主軸電動機(jī)拖動，主軸電動機(jī)的動力通過掛輪箱傳遞給進(jìn)給箱來實(shí)現(xiàn)刀具的縱向和橫向進(jìn)給。

（3）輔助運(yùn)動。刀架的快速移動由刀架快速移動電動機(jī)拖動，尾架的縱向移動由手動操作控制，工件的夾緊與放松由手動操作控制，加工過程的冷卻泵電動機(jī)和主軸電動機(jī)要實(shí)現(xiàn)順序控制。

2.電氣控制原理圖

電氣控制原理圖，如圖1所示。

三、單片機(jī)的改造方案

1.單片機(jī)選型及改造方案

主電路、照明電路及信號燈電路保持不變，冷卻泵電動機(jī)控制開關(guān)改用輕觸按鈕SB4、SB5代替，車床的電動機(jī)控制電路采用單片機(jī)AT89S51控制。

2.車床51單片機(jī)控制I/O分配表

車床51單片機(jī)控制I/O分配，見下表。

3.硬件電路設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2

4.軟件設(shè)計(jì)

（1）流程圖，如圖3所示。

（2）程序。

；定義字符*********************

YZ equ 30h；主軸電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志

KA1 bit p0.0；主軸電動機(jī)控制

KA2 bit p0.1；油泵電動機(jī)控制

KA3 bit p0.2；快速移動電動機(jī)控制

SB1 bit p1.0；停止按鈕

SB2 bit p1.1；主軸電動機(jī)啟動按鈕

SB3 bit p1.2； 快速移動點(diǎn)動按鈕

SB4 bit p1.3；油泵啟動按鈕

SB5 bit p1.4；油泵停止按鈕

；********************************

org 0000h

mov yz，#00h

；主程序**************************

main：

mov a，#0ffh；

mov p1，a；初始化

jnb SB1，tingzhi；停止按鈕按下，執(zhí)行程序：tingzhi

jnb SB2，zhuzho； 主軸啟動按鈕按下，執(zhí)行程序：

zhuzho

jnb SB3， kuaiyi； 快速移動點(diǎn)動按鈕按下，執(zhí)行程

序：kuaiyi

jnb SB4，youbengqi； 油泵啟動按鈕按下，執(zhí)行程序：

youbengqi

jnb SB5，youbengting；油泵停止按鈕按下，執(zhí)行程

序：youbengting

ajmp main

；主軸控制子程序*****************

zhuzho：

lcall delay10；按鍵防抖動10ms延時(shí)

jb SB2，main；主軸啟動檢測

clr KA1；主軸電動機(jī)啟動

inc YZ；記錄主軸運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)

sjmp main；

；快速移動電動機(jī)控制子程序********

Kuaiyi：

lcall delay10； 按鍵防抖動10ms延時(shí)

kyqidong： ；點(diǎn)動運(yùn)行

jb SB4，kytingzhi；檢測快移點(diǎn)動按鈕情況

clr KA3；快速移動電動機(jī)運(yùn)行

sjmp kyqidong；

kytingzhi： ；點(diǎn)動停止

setb KA3；快速移動電動機(jī)停止

sjmp main

；油泵啟動控制子程序***************

youbengqi：

lcall delay10； 按鍵防抖動10ms延時(shí)

jb SB4，main； 檢測油泵啟動按鈕情況

mov a，yz；

cjne yz，#01h，main； 判斷主軸電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)情況

clr KA2；油泵啟動

sjmp main；

；油泵停止控制子程序*****************

youbengting：

lcall delay10； 按鍵防抖動10ms延時(shí)

jb SB5，main； 檢測油泵停止按鈕情況

setb KA2；油泵停止

sjmp main；

；停止控制子程序**********************

tingzhi：

lcall delay10； 按鍵防抖動10ms延時(shí)

jb SB1，main； 檢測停止按鈕情況

setb KA1；主軸電動機(jī)停止

setb KA2；油泵停止

setb KA3； 快速移動電動機(jī)停止

ljmp main；

；10ms延時(shí)子程序**********************

delay10：

mov r3，#20；

loop：

mov r4，#48；

djnz r4，$；

djnz r3，loop；

ret

；程序結(jié)束*****************************

end

四、單片機(jī)安裝注意事項(xiàng)

第一，為了保證單片機(jī)正常的工作溫度，基本單元與擴(kuò)展單元之間要留30mm以上間隙，各單片機(jī)單元與其他電器元件之間要留100mm以上間隙，以避免電磁干擾。

第二，要遠(yuǎn)離高壓電源線和高壓設(shè)備，之間留200mm以上間隙，避免高壓線、動力線等與輸入輸出線平行布置。

第三，安裝時(shí)要遠(yuǎn)離加熱器、變壓器、大功率電阻等發(fā)熱源，必要時(shí)安裝風(fēng)扇。

第四，遠(yuǎn)離產(chǎn)生電弧的開關(guān)等設(shè)備。

第五，控制柜內(nèi)部的布線，主要是指單片機(jī)的電源、接地、輸入、輸出、通信等接線端子到各輸出端子板或柜內(nèi)其他電器元件之間的連接。布線時(shí)應(yīng)該注意：各種類型的電源線、控制線、信號線、輸入線、輸出線都應(yīng)各自分開，最好采用線槽走線；信號線與電源線盡量不要平行鋪設(shè)；所有導(dǎo)線要分類編號，排列整齊；可編程控制器的所有接線諯子最好采用標(biāo)準(zhǔn)接插件統(tǒng)一連接到端子板上，以便于檢修；其接線還應(yīng)遵循各自的接線特點(diǎn)。

第六，在單片機(jī)改造安裝中，還要注重對單片機(jī)在實(shí)際工作環(huán)境中的可靠性這一問題進(jìn)行分析。為提高單片機(jī)工作的可靠性，我們在單片機(jī)負(fù)載上并RC串聯(lián)（或并續(xù)流二極管）的放電電路。