封切机自动定位系统

1、圭寸切机自动定位系统的设计和实现 1引言 由于单片机具有很灵活的控制功能和能够提供可靠的运行测试，因此在机电一体化的领 域中得到广泛的应用。利用单片机的功能实现自动化控制加工已成为现代工业最常用的控制 方法之一。 本设计的主要目标在于充分的利用单片机的资源和功能，以最简单的方法来完成封切机 定位系统的复杂任务。系统工作时通过光电信号传感器对封切机运动参数进行检测和单片机 的软硬件控制功能来实现对封切机运动状态的自动定位，从而控制步进电机的送料的速度， 使之与主电机控制的封切运动状态相配合，实现包装袋的精确封切；同时，实现包装自动电 子计数及显示，袋长显示及调整，点动和清零等操作功能。 2封切机

2、自动定位系统的工作原理 封切机自动定位系统的应用对象是包装袋，通过8 7 5 1单片机的软硬件功能和光电信 号传感器检测到的信号来实现对包装袋输送和封切的运动状态自动定位，控制送料步进电机 的速度，使送料与无级调速主电机的封切动作相配合， 以实现包装袋封切的自动化和精确化； 同时，通过显示器和报警系统向生产操作员提供准确的生产信息。 封切机自动定位系统的工作原理，图中虚线部分为8 7 5 1单片机及其外部接口，在输 入端有人工操作信息和现场信息输入；输出端有显示系统和执行机构响应单片机的运行结果； 人工输入包括：调整袋长、清零、复位、点动等操作；现场信息有主要为光电眼的信息；工 作状态显示则为

3、显示袋长数值和被加工袋的数量；外部执行机构是起送袋作用的步进电机， 它的频率受单片机控制。 在包装生产行业中，用作包装袋的复合薄袋可以分为两种：一种为空白袋，另一种为印 刷袋（色袋）。色袋上印有可供光电信号检测传感器识别的标识。封切机自动定位系统通过光 电信号传感器自动检测到主电机控制的封切机频率，从而转化为脉冲数与另一个光电信号传 感器检测到的脉冲数作比较，调整送料步进电机的频率，以达到改变其送料的速度，使之适 应主电机的封切运动。 自动定位系统根据封切袋的不同又可以分为两种定位方式：一种是空白袋定位系统，此 定位系统为定长定位系统，只要求封切运动的速度与送袋速度相配合，达到定长封切的要求;

4、 另一种是印刷袋定位系统，印刷袋定位系统则为定位的跟踪，要求每次封切的位置必须落在 指定的标识位置。 我们在进行各项封切任务时，必然会遇到一个问题；就是每次任务要求的袋长都可能会 改变，而这必然会影响到我们在系统中预置的袋长初值。又因为检测色袋标识的光电眼与封 切口之间的距离S为一个定值，袋长改变了，也必然会影响送袋速度与封切速度之间的关系。 因此为实现加工的自动化定位，必须要对此袋长与距离S之间作一定的函数调整。但这只对 封切印刷袋有效，而在封切空白袋时则没有意义了。 3自动定位系统的硬件设计 3.1步进电机的控制 本系统因8 7 5 1单片机的硬件接口限制和为了提高系统运行时的精度，对步进

5、的控制 采取硬件分配方式而不是用软件分配，步进电机的运行、停止和运动速度则由8 7 5 1单片 机的P1. 0端口输出脉冲频率来控制。当改变P1. 0端口输出脉冲的周期时，AEC三 相绕组高低电平的宽度将发生变化。这就导致通电和断电的速率发生了变化，从而改变步进 电机的速度。综上所说，要控制步进电机的运动状态和运行速度，只要调节P1. 0端口输 出的脉冲周期和脉冲数就可以实现了。 图1封切机的简易结构 3.2光电信号传感器的应用 光电信号传感器是以光为媒介进行信号传输的器件。在封切机自动定位系统中，安装了 两个光电信号传感器（如图1所示）。它的主要作用是：对整个系统进行实时监控，当光电信 号传

6、感器接收到信号时，就会把接收到的信号以电平的形式传输给CPU, 并产生中断要求： 要求CPU在完成当前指令的下一机器周期跳变到该中断要求所对应的中断子程序，执行该 中断子程序，完成对整个系统的实时监控和有关数据的运算及传送。 一个光电信号传感器（又称光电眼）安装在 包装机热封装置前，当封切机自动定位系统 的运行模式为印刷袋控制时，便开启光电眼来检测印刷袋上的颜色信号并将检测得到的信号 传输给CPU，CPU通过软件功能将信号转化为能够控制步进电机运行的脉冲信号之一。 另一个光电眼传感器安装在封切到下落处，当封切机自动定位系统启动时，该光电眼信 号传感器检测到因封切刀起落引起的光亮变化而产生的或高

7、或低电平信号并传输给CPU， CPU通过计数软件和脉冲宽度测量软件实现系统的自动电子计数功能和调整步进电机送料 的速度。 3.3 显示系统 封切机自动定位系统中显示系统的作用有两个方面：一是向生产操作员提供袋长信息： 二是显示已封切的袋数，同时与报警系统相结合，实现定量生产的控制。 封切机自动定位系统的显示系统硬件结构没有应用译码器，译码器通过软件来实现；显 示方式为串行口输出共阴极动态显示。 3.4报警系统 封切机口动定位系统屮，报警系统的功能：一是当対切袋数.累计钊口 10 0 + 9 0-个 时（门为任意整数八系统就会口动报警:为封切袋数累计剑口 1 0 0个时5为任意整数）, 系统便自

8、动取消报警。该功能的实现可有助生产操作员实现定量生产控制。二是当光电信号 传感器检测到的封切机动作进行地过快时，系统自动报警。其硬件结构由蜂鸣器、功率放大 晶体管和8 7 5 1单片机组成。 3.5系统的可靠性设计 为了保证封切机自动定位系统运行的可靠性，降低INT0、INT 1 口输入的外部中 断信号对CPU运行的干扰，系统硬件设计中采用了光电隔离电路。当光电眼向CPU的I NT0、INT1中断口输送电平脉冲信号时，经光电耦合器输入输出隔离电路和六相施密 特触发器4 0 1 6 0输入给8 7 5 1单片机的相应端口，使8 7 5 1单片机的内部数据总线 的运行不受噪声电平的影响。 4自动定

9、位系统的软件设计 4.1系统的定义 在此系统为连续工作的自动定位系统。所以送料和封切运动是连续进行。因此必须要求 系统快速的反映各个中断的请求。多个中断嵌套构成了整个系统的主体。 首先从主电机得出封切速度，经过速度转换运算子程序求出步进电机的初速度并送给步 进电机，然后将步进电机的速度反馈给单片机，再与封切机的速度作比较，由速度调整子程 序调整步进电机的速度。 在封切机自动系统中，软件主要解决的问题是CPU将获取到的袋长信息和主电机的封 切速度的脉冲信号转化为定时器TO的初值问题，以及如何比较两者之间的差异进而实时监 控步进电机的速度。 袋长信息的获取则在系统初始化时，由操作员人工输入，系统默

10、认值为15 0MM。可 以通过按键对其数值进行“1”、减“1”操作，调整袋长数值。而步进电机的输出速度则由 8 7 5 1单片机P1. 0端口输的脉冲频率决定。若检测到两次封切之间的脉冲数比此期间 所送袋长对应的脉冲数少，这说明送料速度比封切速度慢了，应该加快送料速度，此时定时 器TO的值增加；反之，减少TO的值。 4.2系统软件流程图的设计 系统软件的主要功能是判断封切自动定位系统的工作方式（空白袋/印刷袋）和实现自 动定位操作等。 对于印刷袋由于印刷不可避免地存在印刷误差，使得包装袋的袋长长度不一致，为了纠 正该误差信息就必须利用第二个光电眼，对印刷袋实行实时定位，并通过一系列软件对误差 进行处理，调整CPU的P1. 0端口向步进