【正文】 到的信息由管理站集中管理,同時根據(jù)生產(chǎn)工藝要求管理站對現(xiàn)場控制站進行集中控制,即信息和操作管理集中化而控制分散化。DCS在工業(yè)生產(chǎn)過程中的使用較為廣泛，發(fā)展勢頭很大，具有較為廣闊的應用前景?？删幊炭刂破鞑捎锰菪螆D或布爾代數(shù)實現(xiàn)控制程序的編制。從80年代后期開始,PLC的制造廠家為適應市場需求加進一些模擬量的采集和控制,并和傳動控制相配合,在絕大多數(shù)情況下都是以單機設備銷售,系統(tǒng)集成由最終用戶或工程公司完成?，F(xiàn)場總線技術是一項高科技、高水平、高難度的自動控制系統(tǒng)工程,對化工、石化、冶金、電力、制藥等各領域的發(fā)展將起到十分重大的作用。裝箱行業(yè)中自動化操作正在改變著裝箱過程的動作方式和包裝容器及材料的加工方法。自動裝箱的關鍵在于依據(jù)裝箱過程，設計出一個能夠得以實現(xiàn)自動控制的結構方案。依據(jù)定義，一個自動裝置即能通過自動控制或遙控方法完成任務的一臺機器或一個機構。例如，具有六軸結構的能動外科手術的機器人。自動控制的包裝系統(tǒng)能夠極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量，顯著消除包裝工序及印刷貼標等造成的誤差，有效減輕職工的勞動強度并降低能源和資源的消耗。優(yōu)秀的自動控制裝箱系統(tǒng)，無論從提高產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率方面，還是從消除加工誤差和減輕勞動強度方面，都能起到十分明顯的作用。自動裝置和系統(tǒng)工程方面的技術正在進一步深化，并得到更廣泛的應用。包裝箱傳送帶用來傳送產(chǎn)品包裝箱，其功能是把已經(jīng)裝滿的包裝箱運走，并用一只空箱來代替。產(chǎn)品傳送帶將產(chǎn)品從車間傳送到包裝箱。產(chǎn)品計數(shù)可以由硬件完成(如MCS51系列單片機中的定時器/計數(shù)器)，也可以用軟件來完成。系統(tǒng)工作步驟如下：(1)用鍵盤設置每個包裝箱所裝的產(chǎn)品數(shù)量以及包裝箱數(shù)，并分別存放在PARTS和BOXES單元中。由控制程序控制傳送帶1的驅動電機持續(xù)運動，當包裝箱運行到檢測器1的光源和傳感器的中間時，通過檢測光電傳感器的狀態(tài)，判斷傳送帶1上的包裝箱是否到位。(4)啟動傳送帶2電機，使產(chǎn)品沿傳送帶向前運動，并轉入箱內。(6)從檢測器2來的輸出脈沖，由計算機進行計數(shù)，并不斷地與存在PRESET單元中的給定值進行比較。(8)再次啟動傳送帶1的電機，使裝滿產(chǎn)品的箱子繼續(xù)向前運動，并把存放箱子數(shù)的內存單元加1，然后再與給定的箱子數(shù)進行比較。直到產(chǎn)品數(shù)與給定值相等，停止包裝，等待下面操作命令。必要時操作人員可以隨時通過停止(STOP)鍵停止傳送帶運動，并通過鍵盤重新設置給定值，然后再起動。而順序控制一般有下列幾種控制方法： 機械式的順序控制用分配軸上的凸塊去控制電器開關、液壓或氣壓閥門實現(xiàn)的一種順控。 目前，商品化的凸輪控制的多點開關，對簡單控制仍很實用。 繼電器順序控制(RLC)傳統(tǒng)的順序控制使用繼電器組成的邏輯(Relay Logic Circuit，簡稱RLC)，RLC具有下列優(yōu)點：(1)設計線路直觀易懂，無需掌握邏輯代數(shù)，設計自由度大。(3)繼電器具有擴大節(jié)點數(shù)、增加開關電流容易的功能。如電磁離合器、電磁閥、電動機。(6)維護技術要求較低。(2)觸點的頻繁開閉產(chǎn)生電磁干擾信號，降低了使用壽命，使可靠性大為降低。可見這種控制方案實現(xiàn)完全自動化較難，功能也較少，不適宜于本系統(tǒng)。它通過改變矩陣上的插入二極管的位置，便可以改變邏輯關系。(2)設定順序控制程序時，不需專門的編程技術和裝置。(4)順控的邏輯處理是并列處理的，不會有時間延誤現(xiàn)象。(6)價格便宜，容易掌握。 用計算機的順序控制80年代末90年代初，計算機的應用獲得較大發(fā)展，開始把計算機用于工業(yè)控制。雖然它完全能用于順控，單用作簡單控制時不太合算，故也不適宜本系統(tǒng)。PLC的優(yōu)點是：(1)PLC采用面向操作的邏輯語言，用原來所熟悉的繼電器邏輯梯形圖為表達式，很容易學會使用它。(3)程序動作的監(jiān)視和檢查簡便。(5)安裝環(huán)境和條件不必像微機那樣有特殊要求。(7)可以和計算機直接連接，應用在控制方面存在很大潛力?？煽啃愿撸簡纹瑱C內CPU范圍存儲器、I/O接口的信息傳輸線(即總線—地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線)大多數(shù)在內部，因此不易受外界的干擾；另一方面，由于單片機微機體積小，在應用環(huán)境比較差的情況下，容易采取對系統(tǒng)進行電磁屏蔽等措施。性價比高：由于單片機的大批量生產(chǎn)，及其已非常成熟的制造工藝，所以成本很低，加上單片機的功能性能不斷的完善，種類型號的增加，其應用系統(tǒng)的印版小、接插件少、安裝調試簡單等一系列原因，使單片機應用系統(tǒng)的性能價格比高于一般的微機系統(tǒng)。而且單片機對實時事件的響應和處理速度快。這樣使單片機的應用極為方便，大大的縮短了系統(tǒng)研制的周期。單片機以上的特性，縮短了單片機應用系統(tǒng)研制到真實產(chǎn)品的過渡過程，使科研成果迅速轉化成生產(chǎn)力。單片機控制系統(tǒng)功能強大、精度高、性能穩(wěn)定可靠、使用方便、性價比高。 自動裝箱系統(tǒng)配置方案選定了單片機之后，為了實現(xiàn)自動裝箱系統(tǒng)，我們開始進行硬件配置。由于系統(tǒng)需要較多接口，所以必須進行接口擴展，在這里由于系統(tǒng)不需擴展數(shù)據(jù)儲存器(RAM)。另外，還采用2732進行程序存儲器擴展。因為標準總線的嚴格定義，所以不同的廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品都能兼容得很好。在工業(yè)控制中，較常見的是STD總線，它采用小板結構模塊化設計(適用于不同要求的微機系統(tǒng))。所以在這里選擇STD總線作為系統(tǒng)總線。 判斷空箱是否到位的方法是利用傳感檢測器進行檢測，而能起這種功能的傳感檢測器有紅外線探測器和光電傳感器兩種?？梢娎霉怆娛絺鞲衅鬟M行檢測較好。判斷箱子是否已裝滿產(chǎn)品的方法有：①對產(chǎn)品進行計數(shù)：當數(shù)量達到要求時就做出箱子已裝滿的判斷，計數(shù)的方法又有兩種，即紅外線照射和光敏電阻照射兩種，原理參照上段判斷(1)的方法所述。所以我們在這里采用光電傳感器來進行信號檢測。(1)輸入設備的選擇輸入設備有按鈕、開關、鍵盤等，本系統(tǒng)由于不但需要開關，而且要輸入數(shù)據(jù)，故可采用包括開始、停止兩個命令功能鍵和數(shù)字等多個鍵的鍵盤來作為輸入設備。前者是既簡單又廉價的顯示輸出設備，是目前應用最廣泛的顯示器件，而且發(fā)光清晰、性能穩(wěn)定，缺點是不能很精細；后者則有功耗小、體積小、重量輕的優(yōu)點，但價格較高，多用于珍袖儀表和低功耗的系統(tǒng)中。 電機類型及其控制方案的選擇電機有直流電機和交流電機之分。因此，在對電動機的調速性能和啟動性能要求高的生產(chǎn)機械上，大都使用直流電動機進行拖動；但直流電動機的制造工藝復雜，生產(chǎn)成本較高，維護較困難，可靠性差，所以在現(xiàn)代工業(yè)的拖動系統(tǒng)中，直流電動機與交流電動機各有各的應用場所。異步電機一般都作電動機用，因為異步發(fā)電機的性能較差。但也有一些缺點:不能經(jīng)濟地實現(xiàn)范圍較廣的平滑調速；必須從電網(wǎng)吸取滯后的勵磁電流，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。由于對電機的控制輸入的信號為開關量，傳送動力不用很大，而且傳送產(chǎn)品和箱子時需要精確定位，所以我們在這里采用由開關量控制的伺服同步電機。根據(jù)上面的要求我們選擇了220V交流伺服同步電機。另外，電機可選用含有減速裝置的多軸轉動，以便精確定位。而對電機可以采用多種方法控制，如繼電器、固態(tài)繼電器(SSR)、可控硅(SCR)、電磁閥及大功率場效應管等。故我們在這里采用無觸點的固態(tài)繼電器進行控制。微機系統(tǒng)大多采用工頻交流電供電，由兩種類型的穩(wěn)壓電路可以提供所需的各檔電壓。缺點是體積較大，發(fā)熱較嚴重。它按照脈寬調制式(PWM)原理工作，體積小巧，穩(wěn)定性好，穩(wěn)壓精度高。在這里，由于系統(tǒng)對電源沒有特別高的要求，而且電源設計不是本設計主要內容，為了方便起見，我們采用后一種電源即開關電源，只要達到下列要求即可：(1)電源具有足夠的功率，以免滿負荷或超負荷時發(fā)熱嚴重，精度降低。(3)要求能提供包括+5V等的多檔次的電壓。采用STD標準總線作為系統(tǒng)總線。采用帶有開始和停止命令功能鍵的編碼鍵盤。采用220V交流電機進行同步伺服電機傳送，產(chǎn)品傳動采用堵轉力矩可轉子慣量較小的HD51電機、箱子傳動選用堵轉力矩可轉子慣量較大的HD181電機，電機的控制則采用光電隔離接口和固態(tài)繼電器進行控制。3 控制系統(tǒng)硬件設計 微機系統(tǒng)硬件設計為了完成上述任務，采用8031單片機設計一個最小系統(tǒng)。74LS373(8位I/O鎖存器)、2732組成最小系統(tǒng)，擴展的8255A的B口用于給定值或產(chǎn)品計數(shù)顯示。80374LS373(8位I/O鎖存器)、2732組成最小系統(tǒng)。下面對8031作一個基本的介紹：①一個面向控制的8位CPU；②128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存貯器；③兩個16位定時器/計數(shù)器；④可尋址64K外部數(shù)據(jù)存貯器和64K外部程序存貯空間的控制電路；⑤32條可編程的I/O線(四個8位并行I/O端口)；⑥一個可編程全雙工串行口；⑦具有五個中斷源，兩個優(yōu)先級嵌套中斷結構；(2)8255A:8255A基本特性：①8255A是一個具有兩個8位(A口和B口)和兩個4位(C口高/低4位)并行I/O端口的接口芯片，它是Intel系列CPU與外部設備之間提供TTL電平兼容的接口，如A/D、D/A轉換器、鍵盤、步進電機以及需要同時兩位以上信息傳遞的一切形式的并行接口；②8255A能適應CPU與I/O接口之間的多種數(shù)據(jù)傳送方式的要求；③8255A可執(zhí)行功能很強，內容豐富的兩條命令(方式字和控制字)為用戶根據(jù)外界條件來使用8255A構成多種接口電路提供了靈活方便的編程環(huán)境；④8255A的PC口的使用比較特殊，除作數(shù)據(jù)口外，還可作狀態(tài)口，進行按位控制等；(3)74LS373:8位輸入8位輸出鎖存器，引腳功能如下：VCC：接電源端；G：存儲器允許信號；(4)2732：4K*8 200ns紫外線可擦除電可編程的半導體只讀存儲器，標準EPROM；A11A0：地址輸入線；D7D0：三態(tài)數(shù)據(jù)總線；(5)74LS377：同向電流驅動器，為LED提供足夠驅動電流。包裝系統(tǒng)控制電路主要有兩部分：一是信號檢測，光電檢測器1判斷包裝箱是否到位和光電檢測器2用于產(chǎn)品計數(shù)；二是傳送帶電機控制。在整個開關接通期間，電源向負載提供能量；當開關斷開時，輸入電源便中斷了能量的控制，輸入電源向負載提供的能量是斷續(xù)的。光電傳感器的敏感范圍遠遠超過了電感、電容、磁力、超聲波傳感器的范圍，此外光電傳感器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。該系統(tǒng)利用單片機對電源進行控制。這樣有半導體激光器發(fā)射的激光便是一串激光脈沖波，這一串激光脈沖便是載有用戶信息的信號波。但此時所得到的信號是非常微弱、不夠規(guī)則的，同時由于雜散光以及外部干擾的存在，此時的電信號還混雜著一些無用的干擾信號，因此這些信號還不能直接應用。通過比較判別，單片機決定執(zhí)行哪一種處理，然后生成控制信號來啟動控制設備。該脈沖信號U0可送到計數(shù)電路計數(shù)。再一部分就是傳送帶電機控制。8255A的PC0控制傳送帶1的電機，PC1控制傳送帶2電機。當包裝箱運動到光源與檢測器1之間時，光源被擋住，從而光電傳感器輸出為高電平，當微型機檢測到是高電平后，PC0輸出低電平，傳送帶電機1停止。當產(chǎn)品經(jīng)過檢測器2的光源與光電傳感器時，光電傳感器輸出高電平。然后在與給定的產(chǎn)品值進行比較。 電機控制電路 顯示電路設計本系統(tǒng)采用LED數(shù)碼顯示。LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組合成的一種新型顯示器件，在單片機系統(tǒng)中應用非常普遍。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數(shù)點，故通常稱之為7段(也有稱作8段)發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。為顯示某個數(shù)字，就要點亮對應的段，這就需要譯碼。硬件譯碼時，接口在總線和LED顯示器之間，必須有鎖存器或I/O接口電路，此外還應有專用的譯碼器/驅動器，通過譯碼器把1位十六進制數(shù)(4位二進制數(shù))或BCD碼譯碼為相應的顯示段碼，然后由驅動器提供足夠的功率去驅動發(fā)光二極管。當它所使用的硬件電路較多，而硬件譯碼缺乏靈活性，只能顯示十進制或十六進制數(shù)(包括空白字符)。軟件譯碼時，方法是以軟件查表代替硬件譯碼，不但省去了譯碼器，而且還能顯示更多的字符，并且其譯碼邏輯可隨編程設定，不受硬件譯碼邏輯的限制。 PB7 PB6 PB5 PB48255A PB3 PB2 PB1 PB0驅動器74LS377dpgfedcba 以軟件為主的LED接口電圖采用以軟件為主的LED接口電路由于個位數(shù)碼管的顯示段碼是互相并聯(lián)的，因此在同一時刻只能顯示同一種字符(即只顯示一個顯示位上的字符)。為了實現(xiàn)LED顯示器的動態(tài)掃描顯示，除了要給顯示器提供顯示碼段之外，還要對顯示器進行位控制，即通常所說的“段控”和“位控”?！拔豢亍睂嶋H上就是對LED顯示器的公共段進行控制，位控信號的數(shù)目與顯示器的位數(shù)相同。 報警系統(tǒng)的硬件設計在微機控制系統(tǒng)中，為了使生產(chǎn)安全準確，通常設有報警系統(tǒng)。在這里為了提高系統(tǒng)的可靠性及減少誤操作，我們也設計了一個報警系統(tǒng)。D1為紅色，D2為綠色，當系統(tǒng)沒有設定值而啟動START鍵時，或者當計數(shù)值超過給定值時，則D1燈亮，提醒操作者注意，需重新設置參數(shù)后啟動。 給定值電路設計為了使系統(tǒng)簡單，我們自行設計的一個由二極管矩陣組成的編碼鍵盤。當某一個鍵按下去時，KEYSTROBE為高電平，經(jīng)反相后的下降沿向8031申請中斷。由于系統(tǒng)設計只有三位顯示，所以最多只能給定999，輸入順序為從高位(百位數(shù))開始。當按鍵按下后該鍵的BCD碼將出現(xiàn)在輸出線上。當任何一個鍵按下去時，四輸入或非門7420產(chǎn)生一個高電平選通信號經(jīng)反相器后向8031申請中斷。當給定值設定后，在包裝過程中就沒什么作用了。整個系統(tǒng)流程圖。在中斷服務程序中，讀入該鍵盤給定值，一方面存入相應的給定單元(PARTS和BOXES)，另一方面送去顯示，以便操作者檢查輸入的