線束自動(dòng)包膠機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫黎明 張立文 陳興文

摘要：汽車線束制造行業(yè)是一個(gè)傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，我國(guó)在線束行業(yè)起步比較晚，很多基本操作（比如包膠、布線、插線等）均需要由人工來(lái)完成。尤其是線束包膠這一關(guān)鍵步驟都是處于人工包膠，不僅效率低下并且極易出錯(cuò)，因此很多產(chǎn)業(yè)相關(guān)人員都在想辦法改進(jìn)，看能否使用機(jī)器提高效率減少失誤。為了解決這一問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種利用PC機(jī)來(lái)連接控制系統(tǒng)并與串口通信相結(jié)合的線束自動(dòng)包膠機(jī)，不但實(shí)現(xiàn)了線束包膠過(guò)程的自動(dòng)化，并且保證了線束包膠的質(zhì)量。并且進(jìn)一步經(jīng)由實(shí)踐證明，此線束自動(dòng)包膠機(jī)完全可以達(dá)到生產(chǎn)工藝的需求，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：線束包膠;自動(dòng)化;控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U468 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）10-0012-03

0 引言

如今各個(gè)行業(yè)使用電氣化設(shè)備的比率日益增加，這些設(shè)備均少不了要使用大量的線束，這使得線束的需求快速增長(zhǎng)，并急需線束加工型的企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)來(lái)提高產(chǎn)量。當(dāng)前，我國(guó)的絕大部分企業(yè)都是采用人工的方法來(lái)進(jìn)行線束包膠這一工作，這樣的生產(chǎn)方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足目前急劇增長(zhǎng)的線束使用需求。對(duì)此，本文設(shè)計(jì)了一種可以將汽車線束包膠這一工藝進(jìn)行自動(dòng)化的控制系統(tǒng)，對(duì)線束加工中的包膠工藝自動(dòng)化發(fā)展起到促進(jìn)作用。

對(duì)線束包膠的過(guò)程分析，借鑒了前人的科研經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合目前的控制技術(shù)提出了技術(shù)方案。本文設(shè)計(jì)得線束自動(dòng)包膠機(jī)的控制電路通過(guò)USB和電腦相連，將包膠過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)實(shí)時(shí)的顯示在電腦上，方便管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的監(jiān)控和對(duì)一些包膠參數(shù)的儲(chǔ)存，不僅可以保證自動(dòng)包膠機(jī)設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，還可以保證包膠的運(yùn)行速率。

1 線束自動(dòng)包膠機(jī)的技術(shù)方案

本設(shè)備需要使用PC機(jī)連接控制系統(tǒng)運(yùn)用串口通信實(shí)現(xiàn)對(duì)包膠機(jī)的控制[1]。系統(tǒng)需要模擬量控制模塊、定位控制模塊，其中的模擬量控制模塊可以采集拉線傳感器和電子尺所檢測(cè)得到的模擬信號(hào)，進(jìn)一步再將所得信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)值，再傳輸給單片機(jī)單元;單片機(jī)需要定位模塊來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)。單片機(jī)將其串口通信狀態(tài)和所采集的數(shù)據(jù)一同傳輸給PC機(jī)，PC機(jī)用于監(jiān)控狀態(tài)，并發(fā)送相應(yīng)的控制指令。

2 系統(tǒng)硬件控制電路設(shè)計(jì)

2.1 硬件電路組成

本設(shè)備包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、PL2303電路、串口調(diào)試電路、電壓輸入電路、開(kāi)關(guān)電源降壓電路、變壓電路、觸摸屏通信電路、伺服電機(jī)控制電路、開(kāi)關(guān)電路、信號(hào)指示燈電路、電源指示燈電路、下載接口電路、蜂鳴器電路以及濾波電路。

2.2 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)方案

為滿足系統(tǒng)的控制要求，控制系統(tǒng)選取STC15F2K60S2單片機(jī)來(lái)對(duì)系統(tǒng)電路進(jìn)行控制[2]，其管腳排列如圖1所示。

2.2.1 STC15F2K60S2單片機(jī)簡(jiǎn)介

STC15F2K60S2主要集成了以下資源：

增強(qiáng)型8051內(nèi)核，單時(shí)鐘機(jī)器周期，速度比傳統(tǒng)8051內(nèi)核單片機(jī)快8至12倍;

60KB FLASH程序存儲(chǔ)器;1KB數(shù)據(jù)FLASH;2048字節(jié)的SARM;

3個(gè)16位可自動(dòng)重裝載的定時(shí)/計(jì)數(shù)器（T0、T1、T2）;

可編程時(shí)鐘輸出功能;

至多42根I/O口線;

2個(gè)全雙工異步串行口（UART）;

1個(gè)高速同步通信端口（SPI）;

8通道10位ADC;

3通道PWM/可編程計(jì)數(shù)器陣列/捕獲/比較單元;

內(nèi)部高可靠上電復(fù)位電路和硬件看門狗;

內(nèi)部集成高精度R/C時(shí)鐘，常溫工作時(shí)，可以省去外部晶振電路。

并且，STC15F2K60S2內(nèi)部資源包括：中央處理器（CPU）、程序存儲(chǔ)器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、I/O接口、通用異步串行通信接口（UART）、中斷系統(tǒng)、SPI接口、高速A/D轉(zhuǎn)換模塊、PWM（或捕獲/比較單元）、看門狗電路、電源監(jiān)控、片內(nèi)RC振蕩器等模塊，幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需要的所有單元模塊。

2.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

單片機(jī)最小系統(tǒng)電路包括控制芯片、電阻R1、電阻R2、電容C1、電容C2、電容C3、晶振Y1，最小系統(tǒng)電路如圖2所示;控制芯片的電源管腳接3.3V外部電源;控制芯片的接地管腳接地;控制芯片的復(fù)位管腳接電阻R1、電容C1的一端，電阻R1的另一端屆3.3V外部電源，電容C1的另一端接地;控制芯片的晶振管腳接電阻R2、晶振Y1、電容C2的另一端，控制芯片的晶振管腳同時(shí)與電容C3的一端，電阻R2、晶振Y1的另一端相連接，電容C2、電容C3的另一端接地。

3 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

3.1 信號(hào)的輸入與輸出

線束自動(dòng)包膠機(jī)控制系統(tǒng)方案圖如圖3。控制系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖4所示。通過(guò)通信串口J1接受PC機(jī)指令實(shí)現(xiàn)對(duì)包膠機(jī)的控制，從J2輸出脈沖到功率級(jí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)。控制系統(tǒng)以5V直流供電[1]。

控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)：

急停開(kāi)關(guān)：用來(lái)應(yīng)對(duì)緊急突發(fā)情況，將電源快速斷開(kāi)，停止設(shè)備運(yùn)行。

啟動(dòng)開(kāi)關(guān)：用于啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)行。

限位開(kāi)關(guān)：進(jìn)行工作范圍限定，防止電機(jī)在運(yùn)行時(shí)越過(guò)界限。

計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)：直流電機(jī)每轉(zhuǎn)一周就會(huì)反饋一個(gè)信號(hào)傳輸給單片機(jī)，由單片機(jī)記錄所轉(zhuǎn)圈數(shù)。

調(diào)速開(kāi)關(guān)：用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可加速可減速，10——50轉(zhuǎn)/秒。

調(diào)圈數(shù)開(kāi)關(guān)：用于調(diào)節(jié)圈數(shù)，可加圈數(shù)可減圈數(shù)，2——20圈。

控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)：

報(bào)警器控制：應(yīng)用在指示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)之中，在故障時(shí)會(huì)連續(xù)地閃爍同時(shí)發(fā)出報(bào)警。

方位選擇控制：根據(jù)工作需要，可以實(shí)現(xiàn)0到270度方向的選擇。