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。
7 E. V4 T% u0 c- J0 z; s　　关键词：单片机　自适应控制　送料装置
/ }) T# J, b( B1 CAdaptive Control of Single Chip Microprocessor
+ H- I0 X. S7 k  B7 Zfor Feeding System of Punch Press
! j5 e+ {: f/ Y- I4 ALiu Qunshan　Li Zhiyong　Wang Yong
' i7 N. s% D, |2 v( F　　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.
& {5 y1 R" R9 R　　Key words:single chip microprocessor; adaptive control; feeding system
  E7 U, ]3 n1 B9 A& R7 H; p& g3 w( e　　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。
% |. x2 @8 w) v0 \' a- w2 b) o1　控制系统的组成
  s- ~$ c4 }+ B( Q' A$ v　　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。
' G- C8 p* L+ B2　控制系统工作原理
　　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。
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3 M. ^2 J9 {0 d, Y) t- `: G( q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。
8 E( W: w; D0 P2 y* N( f3　步进电机及其驱动(功放)
　　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。
7 W  f7 E* s, J8 R* x9 |6 f　　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
4　辊式送料机构
　　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。

图4　辊式送料机构工作原理
5 ~: P# x, `$ s8 Y　　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。
# F+ |  h+ p7 q) i5 R　　(2)抗干扰能力强，能适应冲压车间的环境。
9 Q6 O' E: t' r7 ?2 L　　(3)性价比高。
  Q/ O  S& K1 x/ ^9 U# D+ h; n　　(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。
　　(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】
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