枕式包装机电子驱动器的设计

枕式包装机电子驱动器的设计

1系统设计理念1.1温度控制器的设计由于带有三种倾斜压力的倾斜压力机的温度需要监测和控制，即垂直密封温度、向上密封温度和向下密封温度。这三路温度的精度,直接影响着袋装产品的包装质量,一般要求温度的控制精度要达到±1℃。为了达到要求,应该从温度预置、存储、检测和控制几个方面进行考虑与设计。控制台上电之后,包装机尚未正式运行之前(即未包装产品之前)要求能根据包装纸袋的厚薄及材料的不同对三路温度进行预置,这个预置值就是机器运行过程中需要维持的恒定温度。预置的温度值除了要存储到内存中外,还要有掉电保护功能。检测部分要能随机定时地对三路温度进行检测,根据包装机包装速率要求和加热器温度变化曲线来看,对每一路温度的采样周期只要不大于3s,就可保证检测与控制的准确性。因此在实际设计中选用的A/D转换电路对每一路温度的采样周期为2.16s,完全可以满足系统的性能要求。温度控制部分的功能尤其重要,在保证检测值准确的基础上,温度控制的精度很大程度上取决于控制部分电路的设计和软件的编写。本系统的设计思想是:在机器运行中,随时将检测值与预置值进行比较,若实际值高于预置值,则停止电热器加热;若实际值低于预置值,则启动加热器加热,根据枕式包装机加热器温度的变化规律,加热3s停2s(或者加热1s停1s),直到等于预置值为止。当温度高于预置值10℃时报警。1.2出袋、过袋、进袋机器运行过程中的全部信息都采用液晶屏LCD)显示,以增强直观性和美观性,更便于操作。根据需要系统设计了多屏动态显示:第一屏,用汉字显示厂家商标和公司名称等有关信息;按“装纸图”键后进入第二屏,第二屏显示设备装纸走向示意图,操作者可以根据此图的示意装配好包装纸带;按“设置”键进入第三屏,第三屏用汉字显示预置信息,其中包括对上、纵、下三路温度的预置,袋长的预置以及追踪时间的选择(追踪时间的选择指最早的单项追踪、追时间的方案,后来改成双向追踪、追袋长的方案不用此项选择);按“启动”键后进入第四屏,该屏显示机器运行过程中各控制量的随机值,包括:三路温度的即时值;用图标的方式显示出实际袋长与预置值之间的偏差值,从而可以使操作者直观地看到包装袋长是否准确;显示包装的计件数,同时在包装过程中可以随时对总计件数进行清零;显示包装的袋速,并用袋/分来表示;第四屏的最后一行是运行状态的提示信息,如:“正常运行”、“正常关机”温度超限”、“主机过载”等。1.32系统信号输出根据系统功能的需要,共有20路输入信号要随时扫描并采集,其中有16键组成的键盘和5处脉冲信号(详见2.5节)。13路开关量输出信号,主要包括机器所需的各种控制信号和各种指示灯信号(详见2.6节)。所有这些量都采用光隔离技术与总线连接,以增强系统的抗干扰性能。1.4反追踪的送纸速度所谓追踪,即是机器运行时能自动校正包装的实际袋长和预置值之间的差。比如:设定的袋长是180mm,实际切封出的袋长却是190mm,这就意味着实际袋长超过了设定的袋长,即切封位置超出了包装之上的色标位置,这时就需要将送纸速度减慢一些,此称反向追踪;如果切封的实际袋长是175mm,就需要将送纸速率增加一些,此称正向追踪。正反追功能由一个具有制动功能的单向电机来完成。要完成此项功能,系统中需要检测色标信号和位置信号,并能计算出两个信号之间的时差,计算出该段时间相当于多少袋长差,这个袋长差即是切封值与设定值之间的误差,再根据此差值去决定追踪电机转动的时间,从而达到校正袋长的目的。1.5设备安装屏的修改系统要能对温度、袋长等量进行预置。不仅能在机器运行前能对各量进行预置,而且在机器正常运行过程当中,也能进入设置屏对各个预置量进行修改,修改当中要不影响机器的正常运行,也就是说不能丢失追踪机会,不能影响计件数,不停止对温度的控制等等。1.6电池损坏后存储数据的功能对于计件数、温度预置值、袋长预置值等,关机后,能用备用电池保存RAM中存储的有关数据。2系统的组成和工作原则2.1睡眠控制系统接口设计包装机整个控制台的核心是由8031单片机及其STD总线结构组成的微机系统。I/O接口部分均以插板形式与总线插槽挂接。枕式包装机的各开关量由光隔离输入板采集并输入给总线,CPU对各量进行处理后,根据机器的需要通过光隔离输出板输出各控制量,以驱动包装机的运转。各动态量均在LCD屏上做动态显示。整个系统组成框图如图1所示。2.2其他接口设备CPU主板由总线缓冲与驱动部分、GAL20V8译码电路、DP8573定时电路、MAX1232看门狗电路和存储器等组成。电路原理框图如图2所示。2.2.1双向缓冲器人工数据通道16条地址线、I/O读写控制线的缓冲与驱动都采用单向缓冲器74HCT244完成,8位数据线的缓冲与驱动使用双向缓冲器74HCT245来完成,其方向传送控制端DIR接CPU的读信号RD,使能端直接与GAL20V8的输出端相接,由GAL20V8的译码逻辑决定只有当IORQ、RD、WR等信号出现时,才选中该数据通道。2.2.2系统板上加载构造门狗电路为保证系统的抗干扰能力,除在软件上采取一些措施外,系统板上加装了MAX1232看门狗电路,MAX1232的监督时间可选,本系统监督时间为600ms。2.2.3模式2:dp653根据系统功能要求,有两处需要时间定时,其一是计算袋速时,要查询1s和0.01s的时间,用以换算出每分钟的袋速;其二是在温度控制中,加温时要查询秒的时间,用以控制加热1s停1s(或加热3s停2s)的时间。系统中使用了DP8573的0.01s和秒计时,DP8573芯片除了具有全功能实时钟/日历、电源检测功能外,还具有周期中断、报警中断和电源故障中断等功能。为了使两部分定时不互相影响和牵制,本系统在读时间时采用了读DP8573的定时时间单元和读周期中断标志两种不同的方法。2.2.4翻译代码：gal20v8系统各部分的口地址由GAL20V8及相关电路来实现,地址在0000H～FFFFH之间选择。2.2.5信号转换int0直接使用8031的两个外部中断INT0和INT1。为了实现准确的袋长双向追踪功能,将机器提供的每包装一袋而产生的位置信号(脉冲信号,代表着实际切封位置)经光隔离后作8031的INT0申请;包装纸上每袋之间的色标信号(脉冲信号,代表设定的标准袋长位置)也经光隔离后作8031的INT1申请,在中断服务子程序中判别两个信号到来的先后和时差,从而计算出标准袋长与实际切封袋长之间的误差,将此误差换算成时差,再去驱动追踪电机做正向和反向运转,从而校正实际袋长值。2.33及东南角显示模块接口本系统采用点阵图形方式LCD显示模块DMF651,该模块可与SED1330控制器连接,显示分辨度为640×200。SED1330控制器是日本Seikoepson出品的液晶显示控制器。8031及LCD显示模块接口原理如图3所示。在SED1330控制板中的ROM块27256,已固化了第一屏和第二屏的汉字和图形数据,作为SED1330的外部字符发生器使用。与LCD显示模块接口线由DMF651本身决定。8031的P1口与SED1330相接作数据线,因此与用P0口作数据线相比,编程方法有所不同。下面是给SED1330控制器写入指令和数据字节的子程序:写入指令字节子程序:WBYTETC:MOVP1,A;A中是指令代码写入数据字节子程序:WBYTETC:MOVP1,A;A中是指令后面的参数字节2.4接口板a/d输入温度采集部分采用STD总线15位智能光隔离A/D转换接口板,该板输入端可以直接与热电偶相连接,三个热电偶分别安装在上、纵、下加热器上,可将包装机上三路温度传感给A/D输入端。温度采集部分组成框图如图4所示。2.4.1道路温度扫描转换上、纵、下三路温度经热电偶传感后,进入双四选一多路转换开关电路CD4052,由MCS8748单片机控制对三路温度进行分时扫描转换。选中的某路温度值送运放LM324进行放大,并由电压信号转换成电流信号,送至ICL7135A/D转换器的输入端,将其转换成15位数字量输出至光耦合器TLP521,光耦合器将数据再送给CPU(8748)进行处理,之后由8748中断服务程序控制送到输出锁存器74LS374,供主机8031读取。2.4.2主主机主程序温度板状态位口地址为FF64H,数据口地址为FF66H,在CPU(8031)读取状态时,在STD总线上向74LS138发地址信号FF64H,经译码后Y0输出低电平,在选通三态门的同时也选通了8748的选通位,此时8748将D0送至D触发器74LS74,由三态门送到STD总线,同时通过控制线“通知”CD4052选通下一路。若状态位为0,说明温度值已准备好,可以读取温度数据。主CPU(8031)要读数据,先查询状态,若数据准备好,就向单片机MCS8748申请中断,8748响应中断,转入中断服务程序,8748的中断服务程序就是把已经准备好的16个字节数据传送给主机。8748进入中断服务程序后,首先把状态传到D0以便读取,主CPU最先查询状态,状态有可能不具备,因8748响应中断和送出第一个字节数据要有一定的时间,查询数次之后状态即具备。查询到状态具备后,选中数据口,Y1输出负脉冲,74LS374把数据传送到主机数据总线上,主机可读取数据。Y1的负脉冲同时使状态触发器复位,表示数据已读走,新数据还没准备好。8748检查到状态触发器为0,则立即送下一个字节到74LS374,主机再查询、读取,直到17个字节读完。主机返回主程序,8748也返回主程序去采集新的数据。因数据变换、线性化和数据处理等,都由8748所组成的温度板来完成,对主机来说,在2.16s里,仅占用1ms来读取数据,这就极大的减轻了主板的负担,不会影响整个系统的各种控制操作。温度控制主要由软件来实现。2.5信号输入板本系统的信号输入采用单端共地光隔离输入方式。原理框图见图5。2.5.1口地址分配该板口地址由数字比较器74LS688、74LS138译码器和跨接器W1产生,占用四个连续的口地址,该板分配的口地址为54H～57H。本板地址由板选地址信号(A2～A7)和口选地址信号(A1、A0)两部分组成。板选信号和A1、A0一起经74LS138译码器确定该板四个连续的I/O口地址为FF54H～FF57H(因为板外I/O地址为FF00H～FFFFH)。2.5.2信号传递电路该板是一种带光电耦合器件的开关量输入板,它采用光耦实现STD总线与设备之间的完全的电隔离,以消除公共地线和电源的干扰。输入信号一部分是面板上的键盘,键盘布局如图6所示。除上述15个键开关以外,输入信号还有:主机过载、袋长脉冲、色标信号、位置信号、追踪电机脉冲,共计20路信号全从输入板输入,由主机对其进行扫描与检测。当然,根据包装机的机械设备需要也可增加输入信号,本板可扩充到32路输入。按键的公共端接+12V电压,当开关闭合时,TLP-521导通,输出为“0”,经反相驱动器74LS240后,输出“1”,再送到数据总线缓冲器供CPU读取;当开关打开时,TLP-521不导通,输出为“1”,经反相器74LS240后输出“0”,再送到数据总线缓冲器供CPU读取。其余几个信号均是高电平为+12V的脉冲信号,当脉冲高电平到来时,TLP-521输送给总线一个“1”,当脉冲低电平到来时,输送总线一个“0”。其中袋长脉冲、色标信号、位置信号和追踪电机脉冲信号,在程序中全部设定为下跳沿触发。2.6信号输出板2.6.1光催化机器mc14本系统的信号输出也采用光电耦合的开关输出,具有较强的输出驱动能力和电平转换能力,可直接驱动继电器和电磁阀等该板功能框图如图CPU将数据打入数据寄存器,经OC门驱动光耦合器件,耦合到功放组件MC1416,每个MC1416组件可以驱动7条线,每线可接+24V,200mA的负载,本板有5个MC1416组件。光耦电路由OC门74LS06驱动,电源VCC(+5V)和Vm(+12V)及两种地线分开,以保证隔离作用。MC1416达林顿反向缓冲器阵列都是由7个达林顿管组成,为了抑制干扰信号输入,在每个晶体管对的输入端都有输入箝位二极管。在输出端加有两个输出箝位二极管,其中一个二极管用于箝制高电位,抑制在高电平上发生的正向过冲。另一个二极管用于箝制低电位,抑制在低电平上发生的负向过冲,从而对输出管起到保护作用。MC1416在截止时能承受的电压为100V,在使用时,为满足输出更大电流的需要,在每个集成块中,可将各自独立的达林顿管对并联使用,使输出电流的能力增加。每个封装中有7个各自独立的管对,在工作时可只