枕式包裝機電子驅(qū)動器的設計

枕式包裝機電子驅(qū)動器的設計

1系統(tǒng)設計理念1.1溫度控制器的設計由于帶有三種傾斜壓力的傾斜壓力機的溫度需要監(jiān)測和控制，即垂直密封溫度、向上密封溫度和向下密封溫度。這三路溫度的精度,直接影響著袋裝產(chǎn)品的包裝質(zhì)量,一般要求溫度的控制精度要達到±1℃。為了達到要求,應該從溫度預置、存儲、檢測和控制幾個方面進行考慮與設計?？刂婆_上電之后,包裝機尚未正式運行之前(即未包裝產(chǎn)品之前)要求能根據(jù)包裝紙袋的厚薄及材料的不同對三路溫度進行預置,這個預置值就是機器運行過程中需要維持的恒定溫度。預置的溫度值除了要存儲到內(nèi)存中外,還要有掉電保護功能。檢測部分要能隨機定時地對三路溫度進行檢測,根據(jù)包裝機包裝速率要求和加熱器溫度變化曲線來看,對每一路溫度的采樣周期只要不大于3s,就可保證檢測與控制的準確性。因此在實際設計中選用的A/D轉(zhuǎn)換電路對每一路溫度的采樣周期為2.16s,完全可以滿足系統(tǒng)的性能要求。溫度控制部分的功能尤其重要,在保證檢測值準確的基礎(chǔ)上,溫度控制的精度很大程度上取決于控制部分電路的設計和軟件的編寫。本系統(tǒng)的設計思想是:在機器運行中,隨時將檢測值與預置值進行比較,若實際值高于預置值,則停止電熱器加熱;若實際值低于預置值,則啟動加熱器加熱,根據(jù)枕式包裝機加熱器溫度的變化規(guī)律,加熱3s停2s(或者加熱1s停1s),直到等于預置值為止。當溫度高于預置值10℃時報警。1.2出袋、過袋、進袋機器運行過程中的全部信息都采用液晶屏LCD)顯示,以增強直觀性和美觀性,更便于操作。根據(jù)需要系統(tǒng)設計了多屏動態(tài)顯示:第一屏,用漢字顯示廠家商標和公司名稱等有關(guān)信息;按“裝紙圖”鍵后進入第二屏,第二屏顯示設備裝紙走向示意圖,操作者可以根據(jù)此圖的示意裝配好包裝紙帶;按“設置”鍵進入第三屏,第三屏用漢字顯示預置信息,其中包括對上、縱、下三路溫度的預置,袋長的預置以及追蹤時間的選擇(追蹤時間的選擇指最早的單項追蹤、追時間的方案,后來改成雙向追蹤、追袋長的方案不用此項選擇);按“啟動”鍵后進入第四屏,該屏顯示機器運行過程中各控制量的隨機值,包括:三路溫度的即時值;用圖標的方式顯示出實際袋長與預置值之間的偏差值,從而可以使操作者直觀地看到包裝袋長是否準確;顯示包裝的計件數(shù),同時在包裝過程中可以隨時對總計件數(shù)進行清零;顯示包裝的袋速,并用袋/分來表示;第四屏的最后一行是運行狀態(tài)的提示信息,如:“正常運行”、“正常關(guān)機”溫度超限”、“主機過載”等。1.32系統(tǒng)信號輸出根據(jù)系統(tǒng)功能的需要,共有20路輸入信號要隨時掃描并采集,其中有16鍵組成的鍵盤和5處脈沖信號(詳見2.5節(jié))。13路開關(guān)量輸出信號,主要包括機器所需的各種控制信號和各種指示燈信號(詳見2.6節(jié))。所有這些量都采用光隔離技術(shù)與總線連接,以增強系統(tǒng)的抗干擾性能。1.4反追蹤的送紙速度所謂追蹤,即是機器運行時能自動校正包裝的實際袋長和預置值之間的差。比如:設定的袋長是180mm,實際切封出的袋長卻是190mm,這就意味著實際袋長超過了設定的袋長,即切封位置超出了包裝之上的色標位置,這時就需要將送紙速度減慢一些,此稱反向追蹤;如果切封的實際袋長是175mm,就需要將送紙速率增加一些,此稱正向追蹤。正反追功能由一個具有制動功能的單向電機來完成。要完成此項功能,系統(tǒng)中需要檢測色標信號和位置信號,并能計算出兩個信號之間的時差,計算出該段時間相當于多少袋長差,這個袋長差即是切封值與設定值之間的誤差,再根據(jù)此差值去決定追蹤電機轉(zhuǎn)動的時間,從而達到校正袋長的目的。1.5設備安裝屏的修改系統(tǒng)要能對溫度、袋長等量進行預置。不僅能在機器運行前能對各量進行預置,而且在機器正常運行過程當中,也能進入設置屏對各個預置量進行修改,修改當中要不影響機器的正常運行,也就是說不能丟失追蹤機會,不能影響計件數(shù),不停止對溫度的控制等等。1.6電池損壞后存儲數(shù)據(jù)的功能對于計件數(shù)、溫度預置值、袋長預置值等,關(guān)機后,能用備用電池保存RAM中存儲的有關(guān)數(shù)據(jù)。2系統(tǒng)的組成和工作原則2.1睡眠控制系統(tǒng)接口設計包裝機整個控制臺的核心是由8031單片機及其STD總線結(jié)構(gòu)組成的微機系統(tǒng)。I/O接口部分均以插板形式與總線插槽掛接。枕式包裝機的各開關(guān)量由光隔離輸入板采集并輸入給總線,CPU對各量進行處理后,根據(jù)機器的需要通過光隔離輸出板輸出各控制量,以驅(qū)動包裝機的運轉(zhuǎn)。各動態(tài)量均在LCD屏上做動態(tài)顯示。整個系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。2.2其他接口設備CPU主板由總線緩沖與驅(qū)動部分、GAL20V8譯碼電路、DP8573定時電路、MAX1232看門狗電路和存儲器等組成。電路原理框圖如圖2所示。2.2.1雙向緩沖器人工數(shù)據(jù)通道16條地址線、I/O讀寫控制線的緩沖與驅(qū)動都采用單向緩沖器74HCT244完成,8位數(shù)據(jù)線的緩沖與驅(qū)動使用雙向緩沖器74HCT245來完成,其方向傳送控制端DIR接CPU的讀信號RD,使能端直接與GAL20V8的輸出端相接,由GAL20V8的譯碼邏輯決定只有當IORQ、RD、WR等信號出現(xiàn)時,才選中該數(shù)據(jù)通道。2.2.2系統(tǒng)板上加載構(gòu)造門狗電路為保證系統(tǒng)的抗干擾能力,除在軟件上采取一些措施外,系統(tǒng)板上加裝了MAX1232看門狗電路,MAX1232的監(jiān)督時間可選,本系統(tǒng)監(jiān)督時間為600ms。2.2.3模式2:dp653根據(jù)系統(tǒng)功能要求,有兩處需要時間定時,其一是計算袋速時,要查詢1s和0.01s的時間,用以換算出每分鐘的袋速;其二是在溫度控制中,加溫時要查詢秒的時間,用以控制加熱1s停1s(或加熱3s停2s)的時間。系統(tǒng)中使用了DP8573的0.01s和秒計時,DP8573芯片除了具有全功能實時鐘/日歷、電源檢測功能外,還具有周期中斷、報警中斷和電源故障中斷等功能。為了使兩部分定時不互相影響和牽制,本系統(tǒng)在讀時間時采用了讀DP8573的定時時間單元和讀周期中斷標志兩種不同的方法。2.2.4翻譯代碼：gal20v8系統(tǒng)各部分的口地址由GAL20V8及相關(guān)電路來實現(xiàn),地址在0000H～FFFFH之間選擇。2.2.5信號轉(zhuǎn)換int0直接使用8031的兩個外部中斷INT0和INT1。為了實現(xiàn)準確的袋長雙向追蹤功能,將機器提供的每包裝一袋而產(chǎn)生的位置信號(脈沖信號,代表著實際切封位置)經(jīng)光隔離后作8031的INT0申請;包裝紙上每袋之間的色標信號(脈沖信號,代表設定的標準袋長位置)也經(jīng)光隔離后作8031的INT1申請,在中斷服務子程序中判別兩個信號到來的先后和時差,從而計算出標準袋長與實際切封袋長之間的誤差,將此誤差換算成時差,再去驅(qū)動追蹤電機做正向和反向運轉(zhuǎn),從而校正實際袋長值。2.33及東南角顯示模塊接口本系統(tǒng)采用點陣圖形方式LCD顯示模塊DMF651,該模塊可與SED1330控制器連接,顯示分辨度為640×200。SED1330控制器是日本Seikoepson出品的液晶顯示控制器。8031及LCD顯示模塊接口原理如圖3所示。在SED1330控制板中的ROM塊27256,已固化了第一屏和第二屏的漢字和圖形數(shù)據(jù),作為SED1330的外部字符發(fā)生器使用。與LCD顯示模塊接口線由DMF651本身決定。8031的P1口與SED1330相接作數(shù)據(jù)線,因此與用P0口作數(shù)據(jù)線相比,編程方法有所不同。下面是給SED1330控制器寫入指令和數(shù)據(jù)字節(jié)的子程序:寫入指令字節(jié)子程序:WBYTETC:MOVP1,A;A中是指令代碼寫入數(shù)據(jù)字節(jié)子程序:WBYTETC:MOVP1,A;A中是指令后面的參數(shù)字節(jié)2.4接口板a/d輸入溫度采集部分采用STD總線15位智能光隔離A/D轉(zhuǎn)換接口板,該板輸入端可以直接與熱電偶相連接,三個熱電偶分別安裝在上、縱、下加熱器上,可將包裝機上三路溫度傳感給A/D輸入端。溫度采集部分組成框圖如圖4所示。2.4.1道路溫度掃描轉(zhuǎn)換上、縱、下三路溫度經(jīng)熱電偶傳感后,進入雙四選一多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路CD4052,由MCS8748單片機控制對三路溫度進行分時掃描轉(zhuǎn)換。選中的某路溫度值送運放LM324進行放大,并由電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號,送至ICL7135A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端,將其轉(zhuǎn)換成15位數(shù)字量輸出至光耦合器TLP521,光耦合器將數(shù)據(jù)再送給CPU(8748)進行處理,之后由8748中斷服務程序控制送到輸出鎖存器74LS374,供主機8031讀取。2.4.2主主機主程序溫度板狀態(tài)位口地址為FF64H,數(shù)據(jù)口地址為FF66H,在CPU(8031)讀取狀態(tài)時,在STD總線上向74LS138發(fā)地址信號FF64H,經(jīng)譯碼后Y0輸出低電平,在選通三態(tài)門的同時也選通了8748的選通位,此時8748將D0送至D觸發(fā)器74LS74,由三態(tài)門送到STD總線,同時通過控制線“通知”CD4052選通下一路。若狀態(tài)位為0,說明溫度值已準備好,可以讀取溫度數(shù)據(jù)。主CPU(8031)要讀數(shù)據(jù),先查詢狀態(tài),若數(shù)據(jù)準備好,就向單片機MCS8748申請中斷,8748響應中斷,轉(zhuǎn)入中斷服務程序,8748的中斷服務程序就是把已經(jīng)準備好的16個字節(jié)數(shù)據(jù)傳送給主機。8748進入中斷服務程序后,首先把狀態(tài)傳到D0以便讀取,主CPU最先查詢狀態(tài),狀態(tài)有可能不具備,因8748響應中斷和送出第一個字節(jié)數(shù)據(jù)要有一定的時間,查詢數(shù)次之后狀態(tài)即具備。查詢到狀態(tài)具備后,選中數(shù)據(jù)口,Y1輸出負脈沖,74LS374把數(shù)據(jù)傳送到主機數(shù)據(jù)總線上,主機可讀取數(shù)據(jù)。Y1的負脈沖同時使狀態(tài)觸發(fā)器復位,表示數(shù)據(jù)已讀走,新數(shù)據(jù)還沒準備好。8748檢查到狀態(tài)觸發(fā)器為0,則立即送下一個字節(jié)到74LS374,主機再查詢、讀取,直到17個字節(jié)讀完。主機返回主程序,8748也返回主程序去采集新的數(shù)據(jù)。因數(shù)據(jù)變換、線性化和數(shù)據(jù)處理等,都由8748所組成的溫度板來完成,對主機來說,在2.16s里,僅占用1ms來讀取數(shù)據(jù),這就極大的減輕了主板的負擔,不會影響整個系統(tǒng)的各種控制操作。溫度控制主要由軟件來實現(xiàn)。2.5信號輸入板本系統(tǒng)的信號輸入采用單端共地光隔離輸入方式。原理框圖見圖5。2.5.1口地址分配該板口地址由數(shù)字比較器74LS688、74LS138譯碼器和跨接器W1產(chǎn)生,占用四個連續(xù)的口地址,該板分配的口地址為54H～57H。本板地址由板選地址信號(A2～A7)和口選地址信號(A1、A0)兩部分組成。板選信號和A1、A0一起經(jīng)74LS138譯碼器確定該板四個連續(xù)的I/O口地址為FF54H～FF57H(因為板外I/O地址為FF00H～FFFFH)。2.5.2信號傳遞電路該板是一種帶光電耦合器件的開關(guān)量輸入板,它采用光耦實現(xiàn)STD總線與設備之間的完全的電隔離,以消除公共地線和電源的干擾。輸入信號一部分是面板上的鍵盤,鍵盤布局如圖6所示。除上述15個鍵開關(guān)以外,輸入信號還有:主機過載、袋長脈沖、色標信號、位置信號、追蹤電機脈沖,共計20路信號全從輸入板輸入,由主機對其進行掃描與檢測。當然,根據(jù)包裝機的機械設備需要也可增加輸入信號,本板可擴充到32路輸入。按鍵的公共端接+12V電壓,當開關(guān)閉合時,TLP-521導通,輸出為“0”,經(jīng)反相驅(qū)動器74LS240后,輸出“1”,再送到數(shù)據(jù)總線緩沖器供CPU讀取;當開關(guān)打開時,TLP-521不導通,輸出為“1”,經(jīng)反相器74LS240后輸出“0”,再送到數(shù)據(jù)總線緩沖器供CPU讀取。其余幾個信號均是高電平為+12V的脈沖信號,當脈沖高電平到來時,TLP-521輸送給總線一個“1”,當脈沖低電平到來時,輸送總線一個“0”。其中袋長脈沖、色標信號、位置信號和追蹤電機脈沖信號,在程序中全部設定為下跳沿觸發(fā)。2.6信號輸出板2.6.1光催化機器mc14本系統(tǒng)的信號輸出也采用光電耦合的開關(guān)輸出,具有較強的輸出驅(qū)動能力和電平轉(zhuǎn)換能力,可直接驅(qū)動繼電器和電磁閥等該板功能框圖如圖CPU將數(shù)據(jù)打入數(shù)據(jù)寄存器,經(jīng)OC門驅(qū)動光耦合器件,耦合到功放組件MC1416,每個MC1416組件可以驅(qū)動7條線,每線可接+24V,200mA的負載,本板有5個MC1416組件。光耦電路由OC門74LS06驅(qū)動,電源VCC(+5V)和Vm(+12V)及兩種地線分開,以保證隔離作用。MC1416達林頓反向緩沖器陣列都是由7個達林頓管組成,為了抑制干擾信號輸入,在每個晶體管對的輸入端都有輸入箝位二極管。在輸出端加有兩個輸出箝位二極管,其中一個二極管用于箝制高電位,抑制在高電平上發(fā)生的正向過沖。另一個二極管用于箝制低電位,抑制在低電平上發(fā)生的負向過沖,從而對輸出管起到保護作用。MC1416在截止時能承受的電壓為100V,在使用時,為滿足輸出更大電流的需要,在每個集成塊中,可將各自獨立的達林頓管對并聯(lián)使用,使輸出電流的能力增加。每個封裝中有7個各自獨立的管對,在工作時可只