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      氣動(dòng)包裝機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確定位的單片機(jī)控制
      
        
      發(fā)布時(shí)間：2020-07-09 11:12:46    |來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
      
      
      
      
      
        
      

      氣動(dòng)系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、以空氣為介質(zhì)，不污染環(huán)境等特點(diǎn).特別適合用于食品包裝、藥品包裝等包裝機(jī)上，在其它包裝機(jī)上的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，但空氣介質(zhì)的壓縮性大、粘 度小等特點(diǎn),使包裝機(jī)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(lái) 越高,國(guó)外一些先進(jìn)的包裝機(jī)廠家，如美國(guó)蘭斯頓等公司生產(chǎn)的瓦愣板生產(chǎn)線的橫切機(jī)切紙精 度為士0.5 mm。因此迫切需要尋求一種廉價(jià)的、反應(yīng)快又位置準(zhǔn)確的氣動(dòng)控制系統(tǒng).適應(yīng)包裝 機(jī)的現(xiàn)代化要求•本文主要介紹了 PCM控制原理、氣動(dòng)系統(tǒng)回路、實(shí)驗(yàn)裝置以及単片機(jī)系統(tǒng) 的硬件系統(tǒng)。
      


      1 PCM控制原理
      


       
      


      
	
		
      
			 
		
      
		
      
			 
			包裝機(jī)PCM控制原理圖
		
      
	      

      



      
包裝機(jī)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(gè)開關(guān)閥的 開關(guān)組合來(lái)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(gè)閥按不同組 含開啟時(shí).可得到8種不同流量.單片機(jī)根據(jù)控 制量的設(shè)定值和檢測(cè)的控制實(shí)時(shí)值相比較.依 據(jù)設(shè)定的控制規(guī)律，計(jì)算發(fā)出一組二進(jìn)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(yùn)動(dòng)至目標(biāo)位置。
      


      PCM控制可采用升關(guān)時(shí)間較長(zhǎng)的低性能閥，這樣就為采用普通的通用閥進(jìn)行位移控制幵 辟了一條途徑.近年來(lái)•隨著氣動(dòng)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(jìn)展•為 PCM控制系統(tǒng)的發(fā)展提供了條件.
      


      2實(shí)驗(yàn)裝置
      


      實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示.
      


       
      


      
	
		
      
			 
		
      
		
      
			 
			實(shí)驗(yàn)裝置圖
		
      
	      

      

      



      氣缸1（行程200 mm）的活塞推動(dòng)慣性負(fù)載2,活塞的位移由線性光柵位移傳感器3（測(cè)量 范圍。?30。mm,精度工0, 01 mm）檢測(cè)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器6（# 1/2）位精度）變?yōu)閿?shù)字信號(hào)送入 單片機(jī)7.計(jì)算機(jī)根據(jù)指令位移信號(hào)頭和實(shí)際位移信號(hào)），進(jìn)行判斷和運(yùn)算,發(fā)岀輸岀信號(hào).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(jí)數(shù)，即控制開關(guān)閥出口節(jié)流的流量成等比級(jí)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(duì)應(yīng)于 0000 至 1111 共 16個(gè)二進(jìn)制控制碼，可以組合成16級(jí)流量及活塞速度?？刂拼ac由單片機(jī)按照比例控制的原 則給出“的形成公
      


      在實(shí)驗(yàn)中5取為4,為取為0. 1 mm*閥或、項(xiàng)作為換間閥用.氣動(dòng)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(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、可靠。
      

      


      

      3單片機(jī)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
      
			      		
			
			
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      地虹
      
			      		
			
			
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      /\                        Z
      
			      		
		
      
		
      
			
			
       
      
			      		
			
			
      1 1
      
			      		
			
			
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      X
      
			      		
		
      
		
      
			
			
       
      
			      		
			
			
       
      
			      		
			
			
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      -X
      
			      		
		
      
		
      
			
			
      CPU
      
			      		
			
			
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      U 0
      
			      		
			
			
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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(jī)控制系統(tǒng)原理圖
      


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


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


       
      


      反饋檢測(cè)部分：由位移傳感器測(cè)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(jī)，單片機(jī)接收采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
      


      功率驅(qū)動(dòng)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)經(jīng)8255并行接口芯片輸出二進(jìn)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(jì)采用模塊設(shè)計(jì)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(jì)思想和相應(yīng)硬件對(duì)其進(jìn)行初始化處 理，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩個(gè)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(jī) 接口協(xié)議、控制參數(shù)輸久、鍵定義.其作用是人機(jī)互換、完成始定信號(hào)輸入、正確處理•以便于進(jìn) 行輸入信號(hào)的產(chǎn)生和檢測(cè)控制•鍵盤顯示程序還必須有鍵輸入容錯(cuò)處理•來(lái)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(shí)驗(yàn) 知，仗用偏差位移信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)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(jī)控制運(yùn)算實(shí)現(xiàn)其要求的控制規(guī)律,單片機(jī)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(zhǎng)期工程實(shí)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(duì)象的動(dòng)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(dòng)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。控制程序框圖見圖民
      


      抗干擾是單片機(jī)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(jī)投入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)，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(jī)系統(tǒng)的輸入 系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)、單片機(jī)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(jì)可以彌補(bǔ)硬件未考慮的抗干擾電路 設(shè)計(jì)，無(wú)需硬件代價(jià)，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(duì)單片機(jī)PCM控制進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(dòng)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(guó)外報(bào)道的PCM,控制精度達(dá) 到 ±0. 08 mm。
      


       
      


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