CN1066091C

CN1066091C - 一种切割石料用龙门切割机床程序控制器

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Publication number: CN1066091C
Application number: CN94110506A
Authority: CN
Inventors: 孙传波
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-03-24
Filing date: 1994-03-24
Publication date: 2001-05-23
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: CN1108991A

Abstract

一种龙门切割机床程序控制器，它以固化有汇编语言专用软件的MC68HC705C8单片机为主控制机，由该单片机系统电路、切刀三方向运行自动控制电路和交流调速电路三部分组成。切刀三方向运行自动控制电路分开关输入、输入复位、片厚输入和输出控制四个功能单元电路，其中前三个为单片机的输入接口电路，最后一个为输出接口电路；交流调速电路分触发同步、转速输入和可控硅控制三个功能单元电路，其中前两个为单片机的输入接口电路，最后一个是输出接口电路。本发明的控制器能耗低，体积小，精度高，可靠性好，操作方便。

Description

一种切割石料用龙门切割机床程序控制器

本发明涉及一种切割石料用龙门切割机床程序控制器。

龙门切割机床是将大石块切割成片状薄板的加工设备。目前，该设备的功能控制一般是由相互独立的多种仪表分别实现的，如切刀X、Y、Z运动方向控制采用传统的中间继电器控制电路；水平方向的交流调速采用电磁调速电动机控制器；垂直方向的进刀深度是通过延时继电器控制电动机开动的时间来控制；纵向进给用步数、步距定值仪控制。这种分离式的控制装置其主要缺点是接线多，触点多，造成不可靠的因素多；体积大而笨重，价格高，耗电多；多种仪表控制一台机床，仪表之间相互配合差，造成按钮多，操作复杂，维修不便。

本发明的目的在于提供一种切割石料用龙门切割机床程序控制器，替代目前分离式电气控制设备，以提高设备的工作可靠性和控制精度，达到缩小体积，节约材料，降低功耗的目的。

本发明以固化有汇编语言专用软件的MC68HC705C8单片机为主控制机，由该单片机系统电路，切刀三方向运行自动控制电路，交流调速电路三部分组成，并通过单片机的I/O接口连接，其中，切刀三方向运行自动控制电路的功能单元电路有开关输入电路、输入复位电路、片厚输入电路和输出控制电路四部分构成，其中开关输入电路、输入复位电路和片厚输入电路为单片机的输入接口电路，输出控制电路为单片机的输出接口电路；交流调速电路的功能单元电路有触发同步、转速输入电路和可控硅控制电路构成，其中触发同步、转速输入电路为单片机的输入接口电路，可控硅控制电路为单片机的输出接口电路。

本发明与现有技术相比具有明显的优越性，控制器本身的能耗比原控制方式降低十倍以上；控制器的体积比原控制部分缩小十倍以上，尽管考虑到人操作的方便，仍需一控制台，而实际体积仍缩小2倍；由于将原控制器全部为中间继电器(触点多，接线多)改为采用单片微机技术，可靠性、控制精度比原技术提高数倍以上；由于变多台分离式控制为单台仪表控制，使得操作方便，显示直观。

图1是本发明的程序控制器技术方案框图。

图2为MC68HC705C8单片机系统电路。

图3为切刀三方向运行自动控制电路。

图4是交流调速电路。

下面结合附图对本发明进行详细说明：

根据图1所示，图中1为MC68HC705C8单片机系统电路部分。固化有汇编语言专用软件的单片机是本发明技术方案的主控机。其它单元电路有键盘、显示、存储器、仪器用电源等。键盘与显示电路起人－机联系作用，存储器用以寄存仪表常数及交流调速过程中产生的各种控制参数。

图中2为切刀三方向运行自动控制部分，其功能单元电路有开关输入、输入复位、片厚输入、输出控制等。其中开关输入、输入复位、片厚输入为单片机的输入接口电路，输出控制为单片机的输出接口电路。此部分所有单元电路的综合作用为自动控制多台电动机的运转、停止和转动方向，达到控制切刀旋转和上、下、左、右、前、后运动的目的。

图中3为交流调速部分，其单元电路有触发同步、转速输入、可控硅控制等。其中触发同步、转速输入为单片机的输入接口电路，可控硅控制为单片机的输出接口电路。各单元电路的综合作用为控制调速电机的转速，使切刀在左、右方向的运动速度可调。

图2表示单片机系统中的键盘、显示、存储器与单片机的连接关系。键盘联接于单片机的C口、8根I/O口线组成4×4键盘，按键的实际结构为薄膜开关。专用显示外围接口蕊片MC14489可直接驱动4位LED数码管，它通过10、11、12脚分别与单片机的5、32、33脚相联，以串行方式接收微机发出的显示命令。存储器MCM2814为256字节E²PROM电路，它与单片机也是以串行方式传递信息，用以存储键盘输入的数据和交流调速过程中产生的各种运行参数。

根据图3所示，切刀三方向运行自动控制电路由四部分组成。图中4为开关输入接口电路。6只光电耦合器中的发光二极管分别串一只电阻后连接到按装于机床床身切刀运动方向上的6只行程开关的一端，各行程开关的另一端均连接到直流电源的输出端。6只发光二极管正极连在一起，并通过稳压管W接地和发光二极管相对应的6只光敏三极管G1-G6的集电极分别连接到单片机的B口的PB2-PB7即引脚14-19。本部分电路的作用是把上、下、左、右、前、后六个行程开关信号通过光电隔离分别输入到单片机的B口。

图中5为输出控制电路，由两片移位寄存器74HC595，光电耦合器，两片达林顿驱动器MC1413以及十只小型继电器组成。单片机通过同步串行接口与此电路联接，即单片机的32脚接两片移位寄存器的11脚，33脚接74HC595-2的14脚；单片机的4脚为控制线，接两片移位寄存器的12脚。两片移位寄存器之间也为串行连接，即从74HC595-2的9端连接到74HC595-1的14端。两片移位寄存器共使用了十个输出端，它们分别是74HC595-1的3、2、1、15、5、4端和74HC595-2的4、3、2、1端。此十个输出端分别驱动一个光电耦合器，这十个光电耦合器的输出分别从其光敏三极管的发射极引出并依次连接到达林顿驱动器MC1413-1的4、5、6、7、2、3输入端和MC1413-2的3、4、5、6输入端。两片MC1413通过与输入对应的输出端口驱动十路小继电器J1-J10。

下面以“上”行程开关为例，叙述开关输入电路4和输出控制电路5两部分的工作过程。

当切刀向上运动至上限接触到上行程开关并使其闭合时，此信号通过光电耦合器使单片机的第14端为低电平，微机检测到此低电平，马上通过串行同步接口和控制端(即33、32和4端)给移位寄存器74HC595串行送去二字节指令，按照控制要求，此命令将停止垂直方向的电机运动，启动前进方向电机，关闭除主机和水泵之外的其它电机。移位寄存器74HC595把命令变成并行信号，通过光电耦合器送至达林顿驱动器MC1413，带动相应的小型继电器，从而进一步推动外部的交流接触器，进而控制电动机。当切刀在前进一个片厚之后，便下降一个进刀深度，开始另一片的切割，此时“上”行程开关又恢复断开状态。

其它五个行程开关工作过程和“上”行程开关相同，唯一不同的是微机检测到它们到位之后，给移位寄存器发出的控制命令不同。

图中6为片厚输入电路。它由运算放大器组成的比较器、光电耦合器、反相器三个单元电路组成。各单元电路是这样连接的，比较器的14端连接光电耦合器G8的输入端，G8的输出端连接反相器F2的输入端，F2的输出端连接单片机B口的PB1端(即13脚)。

该电路的作用是测量切刀纵向移动的距离，其工作过程如下：当切刀相对于被加工件向前运动时，长度传感器把电信号送至比较器，信号经整形、光电隔离、反相器整形最终送至单片机的PB1口(即13脚)。微机不停的检测输送来的电脉冲信号的数量并计算片厚。一旦片厚达到给定值，计算机又发出两字节指令，其中包括停止前进电机的命令，于是一个片厚距离的移动过程结束。

垂直向下进刀深度仍控制下行电机的运转时间，但计时采用微机内部软件定时，其精度要比算时继电器提高数倍以上。

图中7为输入复位电路。由反相器F4、光电耦合G7和反相器F1与F3组成的单稳态电路三部分组成。电路的起始端取自稳压管W的正极，并连到反相器F4的输入端，F4的输出端连到光电耦合器G7的输入端，G7的输出端连到单稳态电路中反相器F3的输入端，单稳态电路的输出端即反相器F1的输出端，连至单片机的REST端(即12脚)。

电路的作用是：6个行程开关之中任一个闭合时，都将使反相器F4有低电平输出，从而使光电耦合器G7触发单稳态电路，产生单片机的复位信号，从而增强了仪器工作的可靠性。

根据图4所示，交流调速电路可分为两部分。图中8为可控硅控制输出电路，由反相器F5、光电耦合器G3、反相驱动器F6、脉冲变压器、可控硅等部分组成。各部分连接关系如下：单片机的第35端连至反相器F5的输入端，F5输出端连接光电耦合器G3的输入端，G3输出端连接到反相驱动器F6的输入端，F6的输出端与脉冲变压器的初级串联，脉冲变压器的次级连接可控硅的控制极和阴极。

图中9为触发同步和转速输入电路。该电路由两只可分为运算放大器，两只光电耦合器，两只反相器组成。各单元连接关系如下：一只运算放大器的输出端8连接光电耦合器G1，G1的输出端连接反相器F7的输入端，F7输出端连接到单片机的1RQ端(即2脚)。同步信号取自电源变压器的次级，此信号送至运算放大器的9、10两端，经运算放大器整形、光电耦合器隔离，送至反相器F7的输入端，信号再经F7整形最后到达单片机的1RQ端。

另一只运算放大器的输出端7连接光电耦合器G2的输入端，G2的输出端连接反相器F8的输入端，F8的输出端连接到单片机的37脚。转速反馈信号取自和调速电机同轴的交流测速发电机的输出端，此信号送至运算放大器的5、6端，信号经运算放大器整形，光电耦合器隔离，再经反相器F8整形，最后送至单片机的TCAP端。

交流调速电路的作用是使切刀左、右移动的速度可调。电路的工作过程如下：人通过键盘给定电机的额定转速，单片机接到启动命令便由35脚输出触发脉冲，使可控硅导通，调速电机运转。同步电路确定单片机发出触发脉冲的起始时间；转速反馈电路通知单片机调速电机的实际转速，如果实际转速和要求不符，单片机通过调正触发脉冲产生的时间来控制可控硅导通的时间，进而达到调正电机转速的目的。

Claims

1、一种切割石料用龙门切割机床程序控制器，其特征在于它是以固化有汇编语言专用软件的MC68HC705C8单片机为主控制机，由该单片机系统电路(1)，切刀三方向运行自动控制电路(2)和交流调速电路(3)三部分构成，并通过单片机的I/O口连接，其中切刀三方向运行自动控制电路(2)，其功能单元电路有开关输入电路(4)、输入复位电路(7)、片厚输入电路(6)和输出控制电路(5)四部分构成，其中开关输入电路(4)、输入复位电路(7)和片厚输入电路(6)为单片机输入接口电路，输出控制电路(5)为单片机的输出接口电路，交流调速电路(3)，其单元电路有触发同步、转速输入电路(9)和可控硅控制电路(8)构成，其中触发同步、转速输入为单片机的输入接口电路，可控硅控制电路为单片机输出接口电路。

2、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于所说的开关输入电路(4)，其结构为六只光电耦合器中的发光二极管各串接一只电阻后，分别与安装机床切刀运动方向上的六只行程开关相接，六只发光二极管的负极联在一起，通过稳压管W接地，与发光二极管相对应的六只光敏三极管G1-G6的集电极分别接单片机B口PB₂-PB₇。

3、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于所说的输出控制电路(5)，其结构为：两片移位寄存器以74HC595-1的14端和74HC595-2的9端串行联接，它们的11端接单片机的32脚，12端接单片机的4脚，74HC595-2的14端接单片机的33脚，74HC595-1的3、2、1、15、5、4端、74HC595-2的4、3、2、1端分别驱动一个光电耦合器，十只光电耦合器中的光敏三极管的发射极依次联接达林顿驱动器MC1413-1的输入端4、5、6、7、2、3和MC1413-2的输入端3、4、5、6，与该输入端对应的输出端口分别接控制交流接触器的十路小继电器J₁-J₁₀。

4、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于所说的片厚输入电路(6)，其结构为：比较器的14端接光电耦合器G8的输入端，G8的输出端联接反相器F2的输入端，F2的输出端接单片机B口的PB1端，所说比较器的输入端外接传感器。

5、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于所说的输入复位电路(7)，其结构为：反相器F4的输出端接光电耦合器G7的输入端，G7输出端连接单稳态电路中反相器F3的输入端，单稳态电路的输出端即其中反相器F1的输出端，此端接至单片机的REST端(即12脚)，该电路的起始端与开关输入电路(4)中的稳压管W负极相接。

6、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于所说的可控硅控制电路(8)，其结构为：反相器F5的输入端连接至单片机的第35端，F5的输出端联接光电耦合器G3的输入端，G3的输出端联接反相驱动器F6的输入端，F6的输出端与脉冲变压器的初级串接，脉冲变压器的次级接可控硅的控制极和阴极。

7、根据权利要求1所说的控制器，其特征在于所说的触发同步、转速输入电路(9)，它由两只运算放大器、两只光电耦合器和两只反相器组成，结构为：一只运算放大器的输出端联接光电耦合器G1，G1的输出端联接反相器F7的输入端，F7的输出端接单片机的1RQ端(第2脚)，同步信号取自电源变压器的次级；另一只运算放大器的输出端联接光电耦合器G2的输入端，G2的输出端联接反相器F8的输入端，F8的输出端接单片机的TCAP端(第37脚)，转速反馈信号取自与调速电机同轴的交流测速发电机的输出端。