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      氣動包裝機執(zhí)行機構(gòu)精確定位的單片機控制
      
        
      發(fā)布時間：2020-07-09 11:12:46 |來源：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
      
      
      
      
      
        
      

      氣動系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、以空氣為介質(zhì)，不污染環(huán)境等特點.特別適合用于食品包裝、藥品包裝等包裝機上，在其它包裝機上的應(yīng)用也越來越廣泛，但空氣介質(zhì)的壓縮性大、粘 度小等特點,使包裝機的定位操作難以達(dá)到要求，而隨著包裝工業(yè)的發(fā)展，定位精度要求越來 越高,國外一些先進的包裝機廠家，如美國蘭斯頓等公司生產(chǎn)的瓦愣板生產(chǎn)線的橫切機切紙精 度為士0.5 mm。因此迫切需要尋求一種廉價的、反應(yīng)快又位置準(zhǔn)確的氣動控制系統(tǒng).適應(yīng)包裝 機的現(xiàn)代化要求•本文主要介紹了 PCM控制原理、氣動系統(tǒng)回路、實驗裝置以及単片機系統(tǒng) 的硬件系統(tǒng)。
      


      1 PCM控制原理
      


       
      


      
	
		
      
			 
		
      
		
      
			 
			包裝機PCM控制原理圖
		
      
	      

      



      
包裝機PCM控制原理圖
      


      由圖1可見,其控制回路由開關(guān)閥u°? U?組成PCM控制閥組，依靠控制3個開關(guān)閥的 開關(guān)組合來控制施量。節(jié)流閥開口面積鳳、代、 “2為a“ > az : % = 1 * 2=4.當(dāng)三個閥按不同組 含開啟時.可得到8種不同流量.單片機根據(jù)控 制量的設(shè)定值和檢測的控制實時值相比較.依 據(jù)設(shè)定的控制規(guī)律，計算發(fā)出一組二進制編碼 控制PCM閥組的開啟，得到不同的綜合開口面 積，從而改變了控制閥的流量，使氣缸能準(zhǔn)確地 運動至目標(biāo)位置。
      


      PCM控制可采用升關(guān)時間較長的低性能閥，這樣就為采用普通的通用閥進行位移控制幵 辟了一條途徑.近年來•隨著氣動技術(shù)的發(fā)展，電磁換向閥在小型和低耗方面也取得了進展•為 PCM控制系統(tǒng)的發(fā)展提供了條件.
      


      2實驗裝置
      


      實驗裝置如圖2所示.
      


       
      


      
	
		
      
			 
		
      
		
      
			 
			實驗裝置圖
		
      
	      

      

      



      氣缸1（行程200 mm）的活塞推動慣性負(fù)載2,活塞的位移由線性光柵位移傳感器3（測量 范圍。?30。mm,精度工0, 01 mm）檢測，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器6（# 1/2）位精度）變?yōu)閿?shù)字信號送入 單片機7.計算機根據(jù)指令位移信號頭和實際位移信號），進行判斷和運算,發(fā)岀輸岀信號.經(jīng) 輸出接口板及功率放大器.控制U。?U,的開閉。其中U“、Uj、U』、U3構(gòu)成PCM閥組.閥的節(jié)流 口有效面積成等比級數(shù)，即控制開關(guān)閥出口節(jié)流的流量成等比級數(shù)關(guān)系.調(diào)節(jié)閥的節(jié)流流量
      


      、“2、“3 分別為 0. 079 m'/h、。, 158 m'/h、。, 316 m*/h、O. 632 nrVh。對應(yīng)于 0000 至 1111 共 16個二進制控制碼，可以組合成16級流量及活塞速度?？刂拼ac由單片機按照比例控制的原 則給出“的形成公
      


      在實驗中5取為4,為取為0. 1 mm*閥或、項作為換間閥用.氣動系統(tǒng)采用岀口節(jié)流方 式，經(jīng)排氣節(jié)流后通往大氣,運動平穩(wěn)、可靠。
      

      


      

      3單片機系統(tǒng)
      


      31硬件系統(tǒng)
      


      控制系統(tǒng)原理圖見圖3所示。
      


      EMLOM RAM
      


      
	
		
      
			
			
      '                      '1
      
			      		
			
			
      , on on                                        x
      
			      		
		
      
		
      
			
			
       
      
			      		
			
			
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      0031
      
			      		
			
			
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      /\                        Z
      
			      		
		
      
		
      
			
			
       
      
			      		
			
			
      1 1
      
			      		
			
			
      V
      
			      		
			
			
       
      
			      		
			
			
      X
      
			      		
		
      
		
      
			
			
       
      
			      		
			
			
       
      
			      		
			
			
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      -X
      
			      		
		
      
		
      
			
			
      CPU
      
			      		
			
			
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      —
      
			      		
			
			
       
      
			      		
			
			
       
      
			      		
			
			
      示段口
      
			      		
			
			
      檢劉反憤接口
      
			      		
		
      
		
      
			
			
       
      
			      		
			
			
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      位形傳雄*
      
			      		
		
      
	      

      


      圖3單片機控制系統(tǒng)原理圖
      


      本系統(tǒng)由五部分組成:存儲嚴(yán)部分,鍵盤顯示部分;反饋檢測部分;功率驅(qū)動部分;控制核 心采用MCS-51系列單片機，8031芯片作控制嚴(yán)CPU （Central Processing Unit中心處理單 元）。
      


      就反饋校測部分和功率驅(qū)動部分作簡要介紹。反饋檢測由傳感器和相應(yīng)接口器件組成,是 被測對象輸入通道，使單片機能拾取氣缸位移信息，功率驅(qū)動部分是單片機的輸出通道，完成 控制開關(guān)閥的功能，反饋檢測部分和功率驅(qū)動部分構(gòu)成了單片機的輸入輸出通道，反饋檢測電 路和功率驅(qū)動電路原理圖見圖4.
      


       
      


      反饋檢測部分：由位移傳感器測得其位移，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換把模擬堂轉(zhuǎn)換為數(shù)字量.由8255 并行接口片輸入到單片機，單片機接收采集數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。
      


      功率驅(qū)動部分：單片機經(jīng)8255并行接口芯片輸出二進制碼，經(jīng)過光電隔離TLP521-4和 固態(tài)繼電器SSR,最后輸出控制開關(guān)閥。
      

      


      

       
      

      
3.2軟件系統(tǒng)      


      本控制系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊設(shè)計技術(shù)，程序模塊分成主程序模塊、鍵盤顯示程序模塊和 控制程序模埃。
      


      主程序模塊主要起系統(tǒng)初始化作用•根據(jù)源程序設(shè)計思想和相應(yīng)硬件對其進行初始化處 理，軟件系統(tǒng)設(shè)計了兩個中斷處理程序:鍵盤顯示程序，控制程序•鍵盤顯示程序設(shè)置系統(tǒng)入機 接口協(xié)議、控制參數(shù)輸久、鍵定義.其作用是人機互換、完成始定信號輸入、正確處理•以便于進 行輸入信號的產(chǎn)生和檢測控制•鍵盤顯示程序還必須有鍵輸入容錯處理•來克服操作過程中所 出現(xiàn)的誤操作。
      


      控制程序模塊包括PCM控制子程序,PID ^Propor­tional—Integral ^Differential 比例積分微分）算法.由實驗 知，仗用偏差位移信號進行簡單的比例反饋揑制.系統(tǒng)性能 指標(biāo)不很理想.為了使系統(tǒng)性能得到改善，加入校正網(wǎng)絡(luò)， 即通過單片機控制運算實現(xiàn)其要求的控制規(guī)律,單片機起 控制器的作用，這就是數(shù)字控制。PID調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技 術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛的一種控制方法，經(jīng)過長期工程實踐總 結(jié)，形成了一套PID控制方法，不但有典型結(jié)構(gòu)，且參數(shù)整 齊方便、結(jié)構(gòu)改變靈活.尤其在控制對象的動態(tài)特性還未完 全掌握情況下，此控制方法更為有效，空氣壓縮性大，使氣 動系統(tǒng)難以得到精確模型.因此適用采用PID控制算法. 使系統(tǒng)的揑制，屋能得到明顯改善?？刂瞥绦蚩驁D見圖民
      


      抗干擾是單片機系統(tǒng)必不可少的重要環(huán)節(jié)，往往安裝 和調(diào)試好的樣機投入現(xiàn)場進行實驗運行時，幾乎都不能正 常工作，這都是干擾的影響。干擾作用在單片機系統(tǒng)的輸入 系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)、單片機內(nèi)核CPU,從而引發(fā)一系列嚴(yán)重的 后果。軟件抗干擾設(shè)計可以彌補硬件未考慮的抗干擾電路 設(shè)計，無需硬件代價，不失為一些有效措施.
      


      數(shù)字濾波算法是采樣多次數(shù)據(jù)結(jié)果，從數(shù)據(jù)系列中提 取逼近真值數(shù)據(jù)的軟件算法.剔除干擾值，它能完我硬件抗干擾功效.由于軟件算法的靈活性. 應(yīng)盡量釆用單字節(jié)指令.并且關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)空指令•或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù) 書寫,將干擾后的程序納入正軌，起到抗干擾作用。.
      


      4結(jié)論與設(shè)想
      


      通過對單片機PCM控制進行的大量實驗研究，得岀以下的結(jié)論：
      


      D可以用響應(yīng)較慢的開關(guān)閥得到較高的動態(tài)響應(yīng)指標(biāo).大大降低了成本，提高了可靠性。
      


      2）選擇合適的P1D控制參數(shù),PID算法在氣動位置PCM控制中可得到較為理想的控制 ，性能指標(biāo)，也可得到較高的位移重夏精度，一般能達(dá)到0.5 mm,國外報道的PCM,控制精度達(dá) 到 ±0. 08 mm。
      


       
      


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