CN103984258A - 基于单片机开发的工业自动化控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了基于单片机开发的工业自动化控制方法，包括：预先制作每个加工动作对应的执行程序，并将其保存后构成动作库；根据用户指令调取动作库中的动作，并按照机器加工步骤进行动作的排序然后保存；根据保存后的动作顺序执行加工，完成加工。本发明提出一种成本低、易学易用、能通过自身的人机交互模块进行各种加工流程的编程与执行、能进行批量生产并在社会推广应用的基于单片机开发的工业自动化控制方法及系统。

Description

基于单片机开发的工业自动化控制方法及系统

技术领域

本发明涉及机电领域，特别是指一种基于单片机开发的工业自动化控制方法及系统。 

背景技术

现有的工业自动化控制通常选用的是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller简称PLC)。但PLC只是通用的定型产品，必须由专业技术人员通过电脑根据所需控制动作进行二次开发，其成本较高，只适合单项工程或重复数极少的项目，而对于量大的配套项目，另外，PLC只能预先设定几个动作流程，每当需要修改动作流程就必须配带电脑到现场更新程序，处理时间长，也浪费人力物力。由于PLC是通用性产品，其控制方式以通用的屏幕触控为主，但屏幕触控具有一定的安全隐患，容易发生误操作，所以需要另外加装外接按键，一些复杂的设备要安装十几个按键，同样也是费钱费时费力。另外，PLC的输入触点不具备防水功能，当遇到使用冷却液(乳化液)等有导电能力的液体时很容易产生误导通，使设备误认为有输入而产生误动作。另外，PLC的功能也要受到一定限制，每增加一个功能模块都要增加不小的经济费用。因此另有人利用单片机更具低成本、高效益的优点，开发单片机。但一般的单片机，抗干扰能力弱，牵扯到的知识多，需要有效高水平团队开发，开发周期长。 

发明内容

本发明提出一种成本低、易学易用、能通过自身的人机交互模块进行各种加工流程的编程与执行、能进行批量生产并在社会推广应用的基于单片机开发的工业自动化控制方法及系统。 

本发明的技术方案是这样实现的： 

基于单片机开发的工业自动化控制方法，包括： 

预先制作每个加工动作对应的执行程序，并将其保存后构成动作库； 

根据用户指令调取动作库中的动作，并按照机器加工步骤进行动作的排序然后保存； 

根据保存后的动作顺序执行加工，完成加工。 

一种用于执行上述方法的基于单片机开发的工业自动化控制系统，包括： 

输入模块，用于提供信号的输入端口，并且包括触点输入、手摇轮输入以及编码器输入； 

输出模块，用于电压开关输出控制； 

存储模块，用于提供外部存储空间； 

单片机，用于控制系统的主控器； 

人机交互模块，用于提供手动操作以及查看的交互界面； 

其中输入模块、存储模块、输出模块以及人机交互模块分别与单片机电性连接。本发明提供的方法，预先制定好每个加工动作的执行程序，然后存入，然后再根据每一台机器的加工步骤调取所需的动作同时进行排序后进行保存，然后再自动执行完成加工，其操作简便，适用性强；能手动对机器的某个动作进行操作或对某组动作组合进行操作；能自动执行机器的某一个加工程序或多个加工程序同时执行，完成加工；能通过自身的人机交互模块，根据加工流程的先后顺序进行程序编辑并保存；当加工流程发生变化，能把程序调出进行修改，或对程序重新编辑并保存；程序的编辑能进行动作的添加、插入、修改、删除操作；且能批量生产、成本低、易学易用、能通过自身的人机交互模块便能进行各种加工流程的编程与执行、使用范围广。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明基于单片机开发的工业自动化控制系统的电路框图。 

图2为本发明基于单片机开发的工业自动化控制系统的方框图。 

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

请案件附图1，优选的，基于单片机开发的工业自动化控制方法，包括： 

预先制作每个加工动作对应的执行程序，并将其保存后构成动作库；(步骤1) 

根据用户指令调取动作库中的动作，并按照机器加工步骤进行动作的排序然后保存；(步骤2) 

根据保存后的动作顺序执行加工，完成加工。(步骤3) 

优选的，在执行步骤1时，通常机器的加工动作可以按照常见的来进行分类，例如包括前横、前纵、后横、后纵、前顶、后顶、切刀、夹头或者送料、定位等等，将诸如此类的加工的动作的执行程序预设编好后进行保存，然后保存成动作库。 

优选的，在执行步骤2时，由于每台加工机器的不同，因此所需要的加工的动作也不同，且顺序也不同，因此针对不同的加工机器，在首次使用时，需要首先对动作进行调取以及排序；根据实际的需要调取动作库的动作，然后按照加工步骤进行动作的排序，再进行保存；当然在此过程中，由于存在所需要的动作不存在，需要重新编写的动作，因此在执行步骤根据用户指令调取动作库中的动作，并按照机器加工步骤进行动作的排序然后保存时，在根据用户指令调取动作库中的动作时，当需要调取的动作在动作库中不存在时，手动编辑生成所需的动作的执行程序后保存至动作库；然后再从动作库中调取进行排序后保存。例如某个加工机器的加工步骤为，正转，前纵开，前纵关，反转后延时等，按照此方式进行加工。 

优选的，在执行按照机器加工步骤进行动作的排序然后保存的步骤时，排序的方式包括顺序执行、同步执行、判断条件执行、循环执行、并行执行、程序跳转执行、动作延时执行或调用子程序执行。由于加工的动作在执行时，方式有多种，例如前纵与后纵的动作可以同步执行，或者旋转的动作可以通过判断条件是否成立才执行等等，因此都可以在排序时预先设定好。 

优选的，在执行步骤根据用户指令调取动作库中的动作，并按照机器加工步骤进行动作的排序然后保存的步骤时，还包括步骤：对排序中或保存后的已排序的动作根据用户指令添加、删减、修改或插入动作。由于技术人员在排序时会因人而异，因此会存在排序错误，或者漏掉的情况，此时可以通过对已经排序的动作进行再添加新的动作或者删掉其中的某个动作，或者修改其中的某个动作的参数，或者插入新动作。 

优选的，在执行步骤根据保存后的动作顺序执行加工的步骤时，还包括步骤自动检测故障和发出故障提示。正常操作的设备出现故障大多来源于行程触点的开路或短路，因此通过比较当前输出状态与之应该相对应的输入状态进行比较，从而得出出现故障的行程触点情况，检测出故障并发出故障提示。 

优选的，在执行步骤根据保存后的动作顺序执行加工，完成加工之前，还包括步骤，通过单步执行已经排序后的加工的动作排除错误排序。在执行了保存后，通过一步一步的确认单步执行，且为了安全性，第一次执行时，可以采用不安装刀具进行模拟的加工，从而排除错误的排序。 

优选的，在执行步骤根据保存后的动作顺序执行加工，完成加工时，还包括步骤自动统计加工工件的数量或设定加工数量值。通常可以预先设定好加工数量值的上限值，然后在加工时，自动统计加工工件的数量，当数量达到上限值时，则自动停止；当然当未设定上限值时，则工人可以根据加工工件的数量掌控加工的时间。 

优选的，本发明基于单片机开发的工业自动化控制方法在执行时，通过预先设定好加工的动作，对于没有的动作还可以进行编辑添加，技术人员在使用时，只需要调取排序即可。能手动对机器的某个动作进行操作或对某组动作组合进行操作。能自动执行机器的某一个加工程序或多个加工程序同时执行，完成加工。能通过人机交互，根据加工流程的先后顺序进行程序编辑并保存。 当加工流程发生变化，能把程序调出进行修改，或对程序重新编辑并保存。程序的编辑能进行动作的添加、插入、修改、删除操作。程序的执行流程支持顺序执行、同步执行、判断条件执行、循环执行、并行执行、程序跳转执行、动作延时执行和调用子程序执行。能进行常见故障的自我检测和发出故障提示。能进行输入端口的代换和输出端口的代换。能进行工件计数和限定加工工件数量的功能。 

请参见附图2，另外本发明还提供一种用于执行上述方法的基于单片机开发的工业自动化控制系统，包括： 

输入模块，用于提供信号的输入端口，并且包括触点输入、手摇轮输入以及编码器输入；编码器输入可以用作机械动作移动时的位置信息反馈和移动速度信息的反馈；手摇轮输入可以用手摇轮手动操作控制伺服电机或步进电机的移动； 

输出模块，用于电压开关输出控制； 

存储模块，用于提供外部存储空间； 

单片机，用于控制系统的主控器；本实施例中优选PIC32系列单片机，抗干扰能力强，速度快； 

人机交互模块，用于提供手动操作以及查看的交互界面； 

其中输入模块、存储模块、输出模块以及人机交互模块分别与单片机电性连接。 

其中，输入模块为底层输入的控制程序，带有输入换位功能和去输入抖动功能。输入模块利用三极管饱和状态与截止状态所需的条件计算出合适的基极电阻，使输入电阻在300欧以下才能让三极管截止产生输入信号，而乳化液的导电通力一般在300欧以上，三极管保持在饱和状态故不会因乳化液淋到触点而产生误输入，因此本发明提供的输入模块为防水电路结构。 

优选的，还包括光耦隔离模块，用于隔离干扰信号，光耦隔离模块电性连接于单片机与输入模块及输出模块之间。 

优选的，输出模块中输出端并接续流二极管，输出模块使用大电流输出管，不用继电器便可直接驱动电磁阀，不再有使用继电器带来的寿命问题。输出带自恢复保险丝保护，就算输出短路也会马上断开保护，等电流恢复正常，自动恢复接通。另外，输出端并接有续流二极管，把感性负载产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉，从而保护了电路中的其它原件的安全。 

优选的，还包括伺服电机驱动模块，伺服电机驱动模块与光耦隔离模块电性连接；主要用在数控设备上，能精准的驱动伺服或步进电机移动。伺服电机驱动模块带加减速运动控制程序，定位运动控制程序，正反转控制程序和回基点运动控制程序。 

优选的，人机交互模块包括显示模块以及键盘，显示模块与键盘与单片机电性连接。本实施例中显示模块使用液晶显示屏，为系统提供人性化的图文界面，为动作编程提供界面支持；提供文字显示程序，数字输入显示程序，图片显示程序，矩形框显示程序，亮度调节程序，图片剪切复制程序等。键盘使用轻触式按键组成控制键盘，在键盘上帖上印刷好按键功能的面膜，组成安全方便的控制面板；带按键去抖动，和按键换位功能。 

优选的，还包括分别与单片机电性连接的移动存储模块、时钟模块以及模拟量输出模块。移动存储模块可以使用U盘，把程序参数从一台机复制到另一台机，快速实现批量设置；移动存储模块带打开文件程序，从文件读取数据程序，向文件中写入数据程序。时钟模块有初始化时钟，设置使用时间计时与设置限时计时功能，使用电子时钟芯片，为单片机模块提供日期时间，用作限时使用。模拟量输出模块通过用PWM控制脉冲占空比的方法，结合硬件电路实现具有0至10V范围的模拟量电压输出的功能。 

优选的，还包括自动检测模块，用于提供自动检测并将检测结果反馈至单片机。自动检测模块包括故障自检以及停电检测，停电检测是当遇到电源突然断电的时候，单片机和存储模块还能从稳压供电模块中获得维持参数保存所需的电量，而停电检测能迅速检测电源是否停电，并及时通知单片机作参数保存。正常操作的设备出现故障大多来源于行程触点的开路或短路，故障自检通过比 较当前输出状态与之应该相对应的输入状态进行比较，从而得出出现故障的行程触点情况。 

本发明提供的基于单片机开发的工业自动化控制系统，通过使用高速稳定的单片机，成本更低，并且能通过人性化的图文界面和方便安全的功能键盘，在没有电脑和专业技术人员的情况下，让普通工人通过简单的学习，就能在现场编辑加工流程，所编程序能以不同的程序号保存下来，方便随时调用。本发明大大降低了设备企业对技术人员的依赖，减软设备企业的负担，对推动我国工业自动化建设有就重要意义。由于本发明具有低成本、安全稳定、速度快、模块化结构清晰的特点，使规范化批量生产并向社会广泛推广使用成为可能。其中还具有如下优点：1、稳压电源供电，输入输出全光耦隔离，工业级单片机，抗干扰能力强。2、拥有防错保护能力，输入输出开路或短路不会产生误动损坏设备。3、配备多个输入输出开关量控制接口，伺服或步进电机控制接口，编码器和手摇轮输入接口，模拟量电压输出，变频器控制，已基本满足大部份机床需求。4、内置故障检测功能，工人自己也能查找机床常见问题。行程触点带防水功能，大大降低企业使用乳化液加工时产生动作误动。5、带工件计数，到达限定数量自动停机、缺料没料时自动停机和卡料停机等智能功能，一个工人就能看管多台机械。6、带输入输出代换功能，当输入输出元器件损坏，也可以用空闲的端口代换，马上恢复正常工作。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.基于单片机开发的工业自动化控制方法，其特征在于，包括： 

预先制作每个加工动作对应的执行程序，并将其保存后构成动作库； 

根据用户指令调取动作库中的动作，并按照机器加工步骤进行动作的排序然后保存； 

根据保存后的动作顺序执行加工，完成加工。 

2.如权利要求1所述的基于单片机开发的工业自动化控制方法，其特征在于，在执行步骤根据用户指令调取动作库中的动作，并按照机器加工步骤进行动作的排序然后保存时，在根据用户指令调取动作库中的动作时，当需要调取的动作在动作库中不存在时，手动编辑生成所需的动作的执行程序后保存至动作库。 

3.如权利要求1或2所述的基于单片机开发的工业自动化控制方法，其特征在于，在执行按照机器加工步骤进行动作的排序然后保存的步骤时，排序的方式包括顺序执行、同步执行、判断条件执行、循环执行、并行执行、程序跳转执行、动作延时执行或调用子程序执行。 

4.如权利要求1或2所述的基于单片机开发的工业自动化控制方法，其特征在于，在执行步骤根据用户指令调取动作库中的动作，并按照机器加工步骤进行动作的排序然后保存的步骤时，还包括步骤：对排序中或保存后的已排序的动作根据用户指令添加、删减、修改或插入动作。 

5.如权利要求1所述的基于单片机开发的工业自动化控制方法，其特征在于，在执行步骤根据保存后的动作顺序执行加工的步骤时，还包括步骤自动检测故障和发出故障提示。 

6.如权利要求1所述的基于单片机开发的工业自动化控制方法，其特征在于，在执行步骤根据保存后的动作顺序执行加工，完成加工之前，还包括步骤，通过单步执行已经排序后的加工的动作排除错误排序。 

7.如权利要求1所述的基于单片机开发的工业自动化控制方法，其特征在于，在执行步骤根据保存后的动作顺序执行加工，完成加工时，还包括步骤自动统计加工工件的数量或设定加工数量值。 

8.一种用于执行权1中的方法的基于单片机开发的工业自动化控制系统，其特征在于，包括： 

输入模块，用于提供信号的输入端口，并且包括触点输入、手摇轮输入以及编码器输入； 

输出模块，用于电压开关输出控制； 

存储模块，用于提供外部存储空间； 

单片机，用于控制系统的主控器； 

人机交互模块，用于提供手动操作以及查看的交互界面； 

其中输入模块、存储模块、输出模块以及人机交互模块分别与单片机电性连接。 

9.如权利要求8所述的基于单片机开发的工业自动化控制系统，其特征在于，还包括光耦隔离模块，用于隔离干扰信号，光耦隔离模块电性连接于单片机与输入模块及输出模块之间。 

10.如权利要求8或9所述的基于单片机开发的工业自动化控制系统，其特征在于，输出模块中输出端并接续流二极管，输入模块为防水电路结构。