俯仰油缸智能控制裝置

祁方曉，李國華，溫江華

長治清華機械廠，山西長治 046012

0 引言

俯仰油缸試驗控制裝置是為了驗證起豎油缸的工作性能而設計的，該裝置據棄了此類控制裝置通常采用的繼電器結構，將微控制器運用到控制設計中，通過在工作過程中的特定時刻設置中斷延時，自動實現了整個工作流程，提高了系統工作的智能化水平，大大提高了工作效率，使控制功能更加靈活可靠。

1 控制過程與技術優勢

俯仰油缸試驗控制裝置，由對稱式俯仰油缸和輔助俯仰油缸共同完成負載起豎與回平動作，期間俯仰抽缸制動控制關閉，當負載起豎到目標角度時，俯仰油缸制動開啟。試驗過程中，按照工藝要求需持續進行起豎與回平動作上千次，并且為考察油缸的制動性能，每一次的起豎與回平都需要停止油缸動作一段時間再繼續運行，通常繼電器結構的控制裝置由于功能相對簡單，在工作過程中存在很大不足，主要表現在當油缸動作停止后必須用手動按鈕將油缸收回到行程開關位置，才能重新開始自動過程，對于頻繁的試驗動作過程，此操作十分麻煩，影響了工作效率。此智能試驗裝置由于采用了微控制器控制，很好的解決了此類問題，并且新增了暫停功能，在暫停結束后系統自動恢復到白動工作狀態繼續動作，在暫停狀態下可以方便的進行手動控制，手動與自動控制可以自由切換。并且在手動模式下，通過對微控制器程序的設置 可以使負載在觸碰到行程開關后自動停止，起到保護作用。由于油缸伸收切換時間短，運行過程中負載存在較大的抖動，嚴重影響了油缸運行的穩定性，在使用此實驗裝置后，可以通過程序在油缸伸收切換的瞬問設定延時，提高了負載運行時的穩定性。此外此實驗裝置增加了數碼顯示功能，可以實時記錄并顯示油缸動作次數，使對系統總體性能的觀察更為直觀準確。

2 電路原理

該控制裝置電路的原理其核心為單片機AT89S51，通過對繼電器KM0、KM1、KM2、KM3的控制實現對外部電磁閥YV0、YV1、YV2、YV3的通斷電功能，在單片機與繼電器間增加了光電耦合器隔離，繼電器由普通晶體管9013 驅動，并通過發光二極管顯示當前工作狀態。光電耦合器選用TOSHIBA 公司的TLP521-1，當連接光耦的單片機輸出端口P1.0、P1.1、P1.6、P1.7為低電平時，光藕發射端導通，導通電流為：I=（5-1.1-2）/200=10mA。相應發光二極管被點亮。此時晶體管9013 驅動繼電器線圈導通，相應繼電器觸點閉合，使液壓電磁閥通電導通。選用的繼電器線圈額定工作電壓為5v，觸點最 大電流為5A。外部輸入信號分別由按鈕與行程開關提供，其中按鈕SB0，SB1，SB2，SB5為自鎖按鈕， 按鈕SB3、SB4 為非自鎖按鈕。其中AC/DC 開關一體化電源為電磁閥供電并為DC/DC 變換器提供輸入電壓，其輸入輸出電壓分別為 AC 220V 和DC 24V，輸出電流為6A。DC/DC 變換器輸入為DC24V，用來提供DC 5V 的輸出電壓為單片機、繼電器線圈、光耦等供電，其輸 出電流為1A。三個共陽極LED數碼顯示器用于顯示俯仰油缸動作次數，當俯仰每次回平到位時，程序將自動更新油缸動作次數，并將數據儲存并傳送給數碼管顯示。

3 程序設計

軟件設計主要有主程序、外部中斷子程序、定時器中斷子程序、 延時子程序和數碼顯示子程序等組成。延時子程序主要實現油缸收伸轉換等狀態變化時的瞬間延時，提高負載運行的穩定性，延時時間為2s。

定時器中斷子程序實現俯仰油缸伸到位并且鎖緊油缸鎖緊后的10s 延時，選用定時/計數器T0，工作于方式1。 定時器的核心部件是加1 計數器，通過設置定時器工作方式寄存器TMOD 可以使定時器工作在定時方式或計數方式。當設置為定時方式時，定時器對系統時鐘計數，定時器的計數脈沖來源于單片機內部，是對內部系統時鐘經過12 分頻后的脈沖計數，既對機器周期T 計數，每過一個機器周期，計數器加1。通過計數值可以很方便地得到準確的定時時間，定時器計數值乘以單片機的機器周期就是定時時間。

4 使用方法及工作過程

該裝置分為手動和自動兩種工作模式，可通過自動和手動按鈕選擇，系統上電后，按下SB0 按鈕轉入自動工作模式，此時除暫停外其他各按鈕均不能工作，系統將從油缸回收開始自動工作過程，在觸碰到收到位開關后，油缸重復執行伸起和回收動作，在每次觸碰到伸到位開關后油缸伸停止，延時2s后鎖緊油缸自動鎖緊，10s后鎖緊油缸電磁閥斷電，俯仰油缸繼續回收過程。在油缸每次由收到伸的狀態切換時將延時2 秒。在自動過程中任意位置按下暫停按鈕SB2，則油缸動作暫停，抬起暫停按鈕，則油缸恢復原來狀態繼續動作。抬起按鈕SB0自動過程結束，油缸動作停止。按下SB1 按鈕.轉入手動工作模式，此時按下SB3 或 SB4 按鈕則油缸伸起或收回，松開則動作停止，在油缸伸起過程中如觸碰到伸到位開關ST2 則油缸動作自動停止。抬起按鈕SB1手動過程結束。按下按鈕SB5則油缸鎖緊。

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