小型零件自動上料系統(tǒng)控制軟件設(shè)計與實現(xiàn)

閻濤 趙寶琴 胡章詠

摘要：主要介紹了小型零件激光打標自動上料系統(tǒng)的工作流程，闡述了人機交互及控制軟件的設(shè)計與實現(xiàn)。系統(tǒng)采用雙cpu系統(tǒng)，分別用來控制各個機械部件動作以及發(fā)送激光打標控制信號以及用來進行人機對話。從系統(tǒng)要實現(xiàn)的主要功能入手，在軟件設(shè)計時采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，合理分配系統(tǒng)資源，并加強軟件的抗干擾設(shè)計。最終系統(tǒng)實現(xiàn)了石英晶體自動上料與激光打標，并有利于操作人員對設(shè)備的有效管理，滿足了用戶的要求。

Abstract： This paper mainly introduces the workflow of the automatic marking system for laser marking of small parts， and expounds the design and implementation of human-computer interaction and control software. The system uses a dual cpu system to control the movement of various mechanical components， send laser marking control signals and perform human-machine dialogue. Starting from the main functions to be implemented by the system， structured programming is used in software design， system resources are allocated reasonably， and the anti-interference design of the software is strengthened. The final system realizes automatic loading and laser marking of quartz crystal， and is beneficial to the operator to effectively manage the equipment and meet the requirements of users.

關(guān)鍵詞：上料系統(tǒng);控制電路;軟件

Key words： feeding system;control circuit;software

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）36-0254-02

1? 系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)為石英晶體激光打標自動上料系統(tǒng)，自動上料的主體-石英晶體形狀較小，重量輕，屬小型件。系統(tǒng)的主要構(gòu)成如圖1所示。在工作時需要根據(jù)客戶要求設(shè)定工作參數(shù)（主要包括打標石英晶體數(shù)量、石英晶體打標時間等），并且需要實時顯示工作狀態(tài)，故在設(shè)計硬件系統(tǒng)時采用雙CPU（單片機）系統(tǒng)，其中一個單片機主要用來控制各個機械部件動作以及發(fā)送激光打標控制信號，另一個單片機則主要是用來進行人機對話，兩個單片機之間用串行口進行通信。為了滿足控制系統(tǒng)的要求，在為系統(tǒng)編制軟件程序時要做到：

①資源的合理分配，包括中斷源、定時器/計數(shù)器、ROM、RAM等。目的是使控制系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)系統(tǒng)外部的需求。

②為提高該自動上料系統(tǒng)的可靠性，不僅在硬件設(shè)計時加強電磁兼容性，而且在軟件設(shè)計時也要加強軟件的抗干擾設(shè)計。

該控制系統(tǒng)采用51匯編語言作為編程語言。軟件主要包括的子程序為：激光打標計數(shù)子程序、激光打標機控制子程序、步進電機控制子程序、光電傳感器檢測子程序、參數(shù)設(shè)置子程序等。

2? 自動上料控制系統(tǒng)的功能設(shè)計

在生產(chǎn)現(xiàn)場中，會發(fā)生一些突發(fā)情況和不同的生產(chǎn)管理需求，所以該控制系統(tǒng)除了要實現(xiàn)常規(guī)的工序控制外，還應(yīng)該考慮到這些情況，為此，系統(tǒng)設(shè)計了以下功能：

①單次激光打標的批量可以自由設(shè)定。最小設(shè)定值為1，最大設(shè)定值10000，當激光達標系統(tǒng)計數(shù)值到達設(shè)定的批量后系統(tǒng)自動停止，并發(fā)出打標完成信號。

②當激光打標過程正在進行時，如有特殊情況需要處理，可以通過設(shè)定的暫停鍵使系統(tǒng)暫停。

③激光打標間隔時間可在一定范圍內(nèi)調(diào)整。不同的激光打標字符所需耗費的時間也不同，在實際打標時發(fā)現(xiàn)，如果時間間隔設(shè)置過短，激光系統(tǒng)還沒有打完標系統(tǒng)就把下一個石英晶體推到激光打標位，并發(fā)出打標信號，造成激光打標不完整。

④上料系統(tǒng)在發(fā)生故障時報警。上料系統(tǒng)有時由于石英晶體的尺寸誤差，會發(fā)生堵料等情況，造成石英晶體不能順暢的從電磁振動料斗傳送至移位轉(zhuǎn)盤處，當發(fā)生此種情況，即移位轉(zhuǎn)盤缺料超過2min時，系統(tǒng)會自動報警，出現(xiàn)這種情況后，在附近的工作人員就可以幫助處理，盡量減少專職看守設(shè)備人員。

⑤當上料系統(tǒng)出現(xiàn)特殊情況時，需要對該控制系統(tǒng)進行復(fù)位，所以需要設(shè)置復(fù)位按鍵。

系統(tǒng)的控制面板如圖2所示。

3? 激光打標上料控制系統(tǒng)主程序設(shè)計

主控程序的程序執(zhí)行流程圖如圖3所示。

①激光打標控制系統(tǒng)初始化。

②激光打標控制系統(tǒng)控制部分。

該部分主要完成對石英晶體激光打標控制系統(tǒng)的外部信號輸入狀態(tài)進行識別，并對外部中斷的循環(huán)進行監(jiān)控，并根據(jù)發(fā)生的不同的具體情況，分別轉(zhuǎn)向相對應(yīng)的程序分支。這些程序分支包括：上料系統(tǒng)光電傳感器狀態(tài)檢測程序;激光打標控制系統(tǒng)打標參數(shù)設(shè)置程序分支;激光打標開始程序;激光打標復(fù)位程序。

③步進電機控制程序設(shè)計。

該石英晶體激光打標上料機械部分采用電磁鐵和步進電機來驅(qū)動相應(yīng)的機械元件，步進電機的速度調(diào)整是通過單片機所發(fā)出的不同的脈沖頻率來進行。

復(fù)位或?qū)碾姶耪駝恿系澜邮帐⒕w時，需要進行精確的位置控制。但該激光打標上料系統(tǒng)在設(shè)計時，綜合考慮研發(fā)制造成本，采用成本較低的開環(huán)控制而沒有單獨設(shè)置位置傳感器達到了系統(tǒng)所需的位置精度。

由于不能夠確定步進電機的初始位置，因此系統(tǒng)在初始化后首先要尋找機械原點（在這里指移位轉(zhuǎn)盤上的空料位處）。然后使此位置轉(zhuǎn)至電磁振動料道出口處，這樣，便允許電磁振動料道開始送料。

4? 小結(jié)

在合理的硬件基礎(chǔ)上，進行控制軟件的設(shè)計，首先從系統(tǒng)要實現(xiàn)的主要功能入手，然后進行控制系統(tǒng)的主程序的設(shè)計。軟件采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，合理分配系統(tǒng)資源，在抗干擾方面，與硬件配合，并加強軟件的抗干擾設(shè)計。樣機經(jīng)過在生產(chǎn)企業(yè)多次實踐并不斷完善，最終系統(tǒng)實現(xiàn)了石英晶體自動上料與激光打標，滿足了生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量要求，并有利于操作人員對設(shè)備的有效管理。

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