冲床送料装置的单片机自适应控制

王委正

摘要　介绍了一种简单、廉价、功能强大的单片机控制系统，并用其实现了冲床送料装置的自适应控制，取得了良好的效果。
/ n1 G* n9 I3 A! M! ?　　关键词：单片机　自适应控制　送料装置
2 P, d* c' W* V. c7 J2 m6 }Adaptive Control of Single Chip Microprocessor
' Z7 E% @$ [& b3 `( O  \/ X/ M6 Bfor Feeding System of Punch Press
Liu Qunshan　Li Zhiyong　Wang Yong
5 a! p0 A$ n' C7 F$ V　　Abstract　This paper introduces a simple economical single chip microprocessor adaptive control system. The system is used to achieve adaptive control of the feeding system on a punch press. Satisfying the result obtained is desirable.
/ N3 o4 U7 \% n% o　　Key words:single chip microprocessor; adaptive control; feeding system
　　某厂生产的医用铝瓶盖采用铝带料，在冲床上通过落料—拉深复合模，在一次行程中制成的。其自动送料装置都采用前双辊支撑、后双辊拉料方式。后辊的间歇旋转运动取自冲床曲轴的动作，靠连杆、棘轮-棘爪机构实现。然而，某些冲床受结构限制，外引这一机构较困难，故我们采用了单片机控制的步进电机带动的自适应送料装置。
* r1 R- f/ l6 M5 H: O7 D* W& l8 K1　控制系统的组成
　　控制系统如图1所示，选用了当今最先进的51系列单片机AT89C2051，它管脚少(仅20个)，外围电路简单，而功能很强，除带有双向串/并口、两个16位内部定时器外，还带有2K电可擦写的闪速EPROM(用于控制程序的驻存)、128字节的RAM(用于数据的存放)。外接晶振频率可高达24MHz，使单条指令的运行时间仅为0．5～1μs，可用于快速实时控制场合。外接电源为3～6V，适应性强。另外，价格低廉，非常适合制作小型控制系统。

图1　控制系统电路原理
　　本系统中的拨动开关用于设定送料的长度；S为冲头行程开关，用于冲头落下再抬起时给单片机发出开始送料信号；MC1413为驱动器，以提供给光电耦合器发光二极管足够的工作电流；G为光电耦合器，以隔离强电对单片机的干扰；M为步进电机。
$ b' H" G' K, I% @  G2　控制系统工作原理
& N8 g- l8 T# c$ d- a　　该系统上电后，首先置初始状态，并从拨动开关中读取送料长度的设定值，经计算转换为步进电机的转动步数后存入RAM中，使其作为步数存贮器。确认冲头落下并抬起后，单片机发出脉冲信号，经功率放大，驱动步进电机转动。该系统用软件构成环形分配器，并自动进行升降速处理。当步进电机转动步数等于步数存贮器内的数值时，步进电机停止转动，等待下次冲头的落下后又抬起信号。程序框图如图2所示。

1 G1 d, Q( X  \, Z: c& c  I& i7 L2 P) r图2　单片机工作的程序框图
　　送料长度的调整，要求在断电状态下进行，通过扳动拨动开关来完成。
3　步进电机及其驱动(功放)
3 i& V: l7 p% h) y) x5 ]/ M　　该装置选用了75BF003步进电机，3相、4A，步距角1.5°／3°，最大静转矩为0.882N*m，空载起动频率为1250Hz。
　　步进电机驱动采用斩波恒流功率放大电路。图3所示为其一相，其中W为步进电机绕组，VT为大功率MOS场效应晶体管，RS为检测电阻，CP为比较器(当RS上的电压超过由电位器RP设定的电压时，输出跳变为高电平)，F1为与非门，F2为反向驱动器，R1、D为VT关断时W的能量泄放电路，R2、C为VT的保护电路。这种功放电路简单、效率高、输出转矩大、运行频率高。
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图3　斩波恒流功率放大电路
5 Y5 ^# e8 O5 A) b& i' ?, ]6 }2 I4　辊式送料机构
7 B/ l1 Z) n3 e9 }, }　　该机构工作原理如图4所示。后辊用45钢制造，外表面滚花，以增大摩擦力，确保送料精度。其中的下辊与步进电机的输出轴相连；上辊在弹簧作用力下压在废料及下辊上。前辊起张紧、定位作用，采用橡胶金属复合辊，并打光处理，以防损伤铝带料表面。这种机构简单、实用。

. M! }( ]& J5 T9 v3 v( }4 o图4　辊式送料机构工作原理
  Q" m; ]6 y0 d/ ]　　该单片机控制的冲床送料装置具有以下优点：
　　(1)结构紧凑，控制电路硬件少。
* o9 `$ p% S6 }0 {* ]& w1 c# |/ Z　　(2)抗干扰能力强，能适应冲压车间的环境。
　　(3)性价比高。
　　(4)控制部分采用了升降速处理，可以有效防止步进电机失步。
9 C& D- g" L9 Y5 p　　(5)送料长度可宽范围调节。
　　(6)图1所示控制系统本身可作为可编程控制器，能用于其它工业控制系统中。
【MechNet】
文章关键词： 冲床