遼寧職業(yè)學院 劉 梅 付王敏捷

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基于單片機在PVC裝飾板生產(chǎn)線上應用的探討

遼寧職業(yè)學院 劉 梅 付王敏捷

【摘要】近年來PVC裝飾板復合材料作為建筑材料、裝飾材料發(fā)展最為迅猛，為了提高生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，減少浪費，研究與探討智能PVC裝飾板自動生產(chǎn)線，系統(tǒng)具有工作穩(wěn)定、抗干擾能力強、控制精度高、反應能力快等特點。

【關鍵詞】單片機應用；自動生產(chǎn)線；PVC裝飾板生產(chǎn)

單片機，全稱單片微型計算機，又稱微控制器，是把中央處理器、存儲器、定時/計數(shù)器、各種輸入輸出接口等都集成在一塊芯片上的微型計算機。它以應用為中心，被廣泛的應用在嵌入式系統(tǒng)領域?，F(xiàn)代人類生活中所用的手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作。

PVC裝飾板復合材料作為近年來發(fā)展最迅猛的建筑材料、裝飾材料之一，他以實用性強、便于加工、可靠性、材料來源廣泛，價格低，硬度高，使用壽命長、安裝方便，省工省時等諸多絕對多優(yōu)勢，得到用戶的認可并有廣泛應用,通過多年對PVC裝飾板生產(chǎn)的探索，同時對單片機的應用研究，適時將兩者集成為一體，實現(xiàn)智能的PVC裝飾板自動生產(chǎn)線，以提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，下面就生產(chǎn)線進行一下解析。

自動生產(chǎn)線是一個基于機、電、氣一體化的自動化生產(chǎn)加工系統(tǒng)。整個生產(chǎn)線系統(tǒng)共分四個工作單元模塊組成即：上料+檢測模塊、運送模塊、加工模塊、分類模塊。每個模塊由一個單獨的單片機控制器控制，構成一個工作單元，各工作單元之間采用CAN總線連接方式。單元化生產(chǎn)線系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1　模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)組成

工件在生產(chǎn)線上從一個單元模塊到另一單元模塊的傳送過程是這樣的：上料單元將大工件按順序排放好后進行提升，接下來再進行傳送，運送單元是將大工件從上料單元直接運送到至加工單元，工件到加工單元后，將大工件進行加工，同時對加工的工件進行檢測，判斷生產(chǎn)出的是成品或是廢品信息，通知下一單元，將加工好的工件送至分類單元，分類單元將工件按類型送入相應的料倉并統(tǒng)計工件的數(shù)量和總量，如加工單元有廢品產(chǎn)生，則分類單元將廢品直接送入廢品收料處。

工件在生產(chǎn)線各單元的工作順序，是信息(如準備好、忙、完成等)通過總線在各工作單元之間相互交流，每個工作單元成為總線上的一個節(jié)點，由各工作單元產(chǎn)生的與工步有關的信息能準確地傳遞給其他的工作單元。

1 上料單元

1.1 上料單元的工作流程

上料單元是智能PVC裝飾板自動生產(chǎn)線最開始的工作單元，為其他工作單元提供最初的原材料。

1.2 控制系統(tǒng)硬件構成（如圖2所示）

圖2　上料+檢測單元控制系統(tǒng)硬件構成

控制器采用單片機AT89S51；輸入元件包括手動／自動切換開關、復位按鈕、上電按鈕、單元／聯(lián)網(wǎng)切換、急停按鈕；輸出元件包括提升電磁閥、回轉(zhuǎn)工作臺電機；為了提高其抗干擾能力，輸入／輸出接口模塊均采用光耦隔離電路。

1.3 上料單元的程序流程（如圖3所示）

圖3　上料單元的程序N-S流程圖

2 運送單元模塊控制器系統(tǒng)

2.1 運送單元模塊的功能

機械手將工件從上料單元運送到加工單元。

2.2 運送單元控制器系統(tǒng)硬件構成（如圖4所示）

1)基于AT89S51的微處理器模塊的設計

本生產(chǎn)線上采用美國Atmel公司生產(chǎn)的AT89S51單片機微處理器芯片作為控制器系統(tǒng)核心，每個單元單片機通信電路采用與CAN控制器的連接通過總線方式，采用外部總線擴展的設計方法，當總線擴展的并行口不夠用的時候，是通過擴展8255芯片來解決的。

2)輸入／輸出模塊的設計

運送單元采用13路輸入，7路輸出。為了提高抗干擾能力，輸入/輸出模塊均采用光耦隔離電路。

3)單片機的P0、P3口做為輸入口，輸入信號經(jīng)光耦隔離電路后被送入單片機，P1口做為輸出口，輸出信號由光耦隔離驅(qū)動繼電器，再由繼電器觸點接通或斷開各個氣動電磁閥。

圖4　運送單元控制器系統(tǒng)硬件構成

2.3 AT89S51單片機與8255的并行輸入／輸出口的使用分配如下所示

表1　P1、P3口的分配

表2　8255口的分配

2.4 運送單元控制器的程序流程（如圖5所示）

圖5　運送單元控制器的程序N-S流程圖

3 加工單元

3.1 加工單元的工作流程

加工單元將上料單元的工件對加工臺上進行鉆孔加工成為產(chǎn)品。旋轉(zhuǎn)工作臺是加工單元的主要部件，臺上有4個用于存放工件的工位，每個工位的下面都對應有一個圓孔，主要的任務是通過光電傳感器對工件加以識別。加工過程開始時，先檢測第一工位上是否已準備好了工件，如果準備好了，則工作臺開始旋轉(zhuǎn)，當工件到達第二個工位（即加工工位）時，則對工件進行鉆孔加工。加工完畢后，工作臺再次旋轉(zhuǎn)到達第三工位，此時要對工件上的鉆孔深度進行檢測，以此來判斷是產(chǎn)品是正品還是廢品；檢測完后，工作臺再旋轉(zhuǎn)到達第四工位時停止，一個工作周期完成。

圖6　加工單元控制系統(tǒng)硬件構成

3.2 控制系統(tǒng)硬件構成（如圖6所示）

輸入端包括手動／自動切換開關、上電按鈕、復位按鈕、急停按鈕、單單元／聯(lián)網(wǎng)切換、電感式接近開關、光電開關、磁性開關、電容傳感器；輸出端包括伸縮電磁閥、傳感器升降電磁閥、電機升降電磁閥、鉆孔電機、工作臺電機。

3.3 加工單元的程序流程（如圖7所示）

圖7　加工單元的程序流程

4 分類單元（如圖8所示）

4.1 分類單元工作流程

工件加工好后區(qū)分成品與廢品，再由運轉(zhuǎn)的輸送帶送到各個不同的倉庫，并統(tǒng)計工件的數(shù)量。

4.2 控制系統(tǒng)硬件構成（如圖8所示）

圖8　分類單元控制系統(tǒng)硬件構

輸入元件包括手動／自動切換開關、上電按鈕、復位按鈕、急停按鈕、單單元／聯(lián)網(wǎng)切換、磁性開關(上下、左右、前后限位)；輸出元件包括上升下降電磁閥、左移電磁閥、右移電磁閥、機械手左移電磁閥、機械手右移電磁閥。

4.3 程序流程圖（如圖9所示）

圖9　分類單元N-S流程圖

5 單元模塊間通信

自動生產(chǎn)線各單元之間進行通訊，把整個生產(chǎn)線生產(chǎn)四個單元間的數(shù)據(jù)聯(lián)系如工件傳送、裝配信息、廢品信息等，從上一單元送至下單元，保證系統(tǒng)安全、可靠的運行。系統(tǒng)中各單元開始工作的運行信號，是由前單元給出的，只有上料單元是通過啟動按鈕啟動工作的。

本系統(tǒng)采用了四部單片機組成智能PVC裝飾板自動生產(chǎn)線，具有工作穩(wěn)定、抗干擾能力強、控制精度高、反應能力快等特點。同時減少浪費，降低了生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮重要的作用。

劉梅（1969—），女，遼寧阜新人，副教授，現(xiàn)供職于遼寧職業(yè)學院。

作者簡介：