太陽能電池金屬連接片自動折彎切線機的設計

太陽能電池金屬連接片自動折彎切線機的設計

0自動卸料控制裝置根據(jù)該公司對太陽能電池金屬連接板的精確切割要求，在材料切割加工過程中，必須均勻地延長薄而薄的金屬的長度，以避免誤差。當送料長度達到規(guī)定值時，它會自動壓平到一定角度，然后切割。當收獲機盤的切料總數(shù)達到規(guī)定總數(shù)時，它將自動去除。對于這樣的控制要求,傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)很難實現(xiàn)。針對上述要求設計了一種基于AVR單片機(Atmega32)技術的自動折彎切線機,本文主要講述該自動折彎切線機的控制系統(tǒng)設計。1自動控制板及異常報警自動切線機控制系統(tǒng)的設計目標如下:(1)可以手動輸入所要求的送料長度、送料速度和總的切料次數(shù);(2)自動準確地控制送料長度;(3)當送料長度到達設定值后,先自動壓緊折“Z”彎后再切斷,當托盤的切料總數(shù)達到設定總次數(shù)時,自動卸料;(4)加工過程中,能實時顯示當前切料數(shù)目;(5)設定參數(shù)可查詢和異常報警功能;(6)保證加工精度和效率,操作簡單方便。2具體的設計方案和實現(xiàn)2.1機械結構的組成和自動控制的原理自動切線機機械結構組成如圖1所示。兩組托輥的主動輪由步進電機通過同步帶傳遞運動。以AVR單片機為核心的自動控制原理框圖如圖2所示。2.2系統(tǒng)的分析和設計2.2.1電機抗壓強度步進電機和驅動器均選金壇四海電機電器廠產(chǎn)品,電機型號分別為86BYG402和85BYGH103,步距角為0.9/1.8DEG,四相八線制。四相混合式步進電機一般由二相驅動器來驅動,因此,連接時可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成二相使用。串聯(lián)接法一般在電機轉速較慢的場合使用,此時需要的驅動器輸出電流為電機相電流的0.7倍,電機發(fā)熱小;并聯(lián)接法一般在電機轉速較高的場合使用(又稱高速接法),所需要的驅動器輸出電流為電機相電流的1.4倍,電機發(fā)熱較大。由于本次設計電源電壓為DC24V,為了提高剪切速度,采用并聯(lián)接法。電機驅動器分別為SH2046D和SH2034D。這兩款驅動器采用了新型、高速單片機技術,內部采用光電隔離技術,運行穩(wěn)定可靠,步距細分數(shù)最大可達256,能滿足本系統(tǒng)精度設計要求;同時具有噪聲低、效率高、電壓范圍寬、設置靈活等優(yōu)點。輸入電源接口:采用一組交流供電,AC接AC20～60V,3A或接一組直流供電DC24～70V,3A。功能示意圖如圖3所示。2.2.2電機控制系統(tǒng)設計單片機控制系統(tǒng)包括硬件設計和軟件設計兩部分。設計內容主要包括步進電機驅動控制、開關量信號(霍爾傳感器)檢測控制、參數(shù)輸入和顯示三部分。硬件設計如下。(1)電路組成、采用串電阻接方式,開閉機運行以嚴格限定脈沖范圍,保證電機光催化過濾效率根據(jù)該單片機本身的資源和外擴展電路即可完成該設備的控制要求。具體思路如下。首先是驅動器連接。接線要求見表1。共陽接法:陽極分別接CP+、DIR+、FREE+。CP串電阻接CP-,DIR串電阻接DIR-,FREE串電阻接FREE-。共陰接法:CP串電阻接CP+,DIR串電阻接DIR+,FREE串電阻接FREE+。共陰端分別接CP-、DIR-、FREE-。DIR:方向電平信號輸入端,高低電平控制電機正/反轉。信號電平的改變應錯開CP脈沖下降沿2.5μs以上。需要注意的是CP、DIR、FREE端5V時不接電阻,若UCC大于5V,則使用到的端子分別外串限流電阻R,保證給內部光耦提供8～15mA的驅動電流。FREE:脫機信號(低電平有效),當此輸入控制端為低時,電機勵磁電流被關斷,電機處于脫機自由狀態(tài)。CP:步進脈沖信號輸入,下降沿有效,最高響應頻率達200kHz,信號電平穩(wěn)定時間不小于2.5μs。該部分采用八路“D”觸發(fā)器74HC373連接,其中D0-D7端和單片機引腳連接,Q端與驅動器連接。其次是相電流及步距細分設定。驅動器采用撥位開關設定相電流及細分數(shù),其中撥位5是半流使能(ON表示非使能,OFF表示使能),撥位6是單、雙脈沖設定(ON表示單脈沖,OFF表示雙脈沖)。具體設定見表2、3。驅動器細分設定后電機的步距角等于電機的整步步距角除以細分數(shù)。(2)圖形顯示模塊鍵盤完成加工參數(shù)及設定參數(shù)的輸入,通過對自動切線機的整個生產(chǎn)過程分析,設置4×4的行列式鍵盤,包括數(shù)字0-9、方向和運行、停止等共16個按鍵。其中74HC273連接行線,總線驅動芯片74HC245連接列線。電路圖見圖4。此處74HC273的D0-D7端同樣與電機的驅動控制所占用單片機引腳連接,由clk引腳實現(xiàn)芯片的使能切換,這樣雖共用I/O口卻不沖突(參數(shù)輸入過程中電機不會工作),節(jié)約了口資源。按鍵輸出端(74HC245的B口)通過74HC21與非門反相后送入單片機外部中斷0入口,可以采用中斷查詢的方法通過掃描鍵盤編碼來執(zhí)行相應的服務子程序模塊。能夠設置的主要參數(shù)有:兩組托輥轉速差、托輥送料速度等級、切刀速度等級、托輥直徑、切料長度、剪切次數(shù)等。顯示部分考慮該控制系統(tǒng)參數(shù)設置的方便直觀性,采用液晶屏LCD12864,接口電路見圖5。這是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式,內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊;其顯示分辨率為128×64,內置8192個16×16點漢字和128個16×8點ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令,可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點陣的漢字,也可完成圖形顯示,低電壓、低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比,其硬件電路結構和顯示程序都要簡潔得多,且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊,故采用該產(chǎn)品。同時按照客戶要求,設計了蜂鳴器構成的報警電路,由單片機某引腳進行控制。(3)安裝菲爾德元件氣缸閥門、鍘刀和收料機構的位置在系統(tǒng)上電進行初始化時對其進行檢測,其初始位置安裝有霍爾元件。每次完成動作后都回歸初始位置,這樣壓彎和剪切機構的各自行程距離固定,計算出的行駛時間內仍然可以送料,可以提高工作效率。氣缸閥門和收料機構的繼電器控制電路見圖6,其中Sig端口和后接的電流放大電路分別控制相應繼電器。(4)功能2:參數(shù)設定和存儲電源變壓器設計在機械本體內部,將AC220V電壓分別轉換為DC24V、和DC5V弱電,為單片機和步進電機提供電源。軟件設計如下。(1)參數(shù)設置菜單的按鍵操作:中斷進入?yún)?shù)設定界面后,待設定的參數(shù)閃爍,頻率為1Hz。系統(tǒng)分為正常工作和測試狀態(tài)兩種工作模式。按動方向鍵,改變待設定參數(shù),并且在翻動到上下兩端時自動翻頁。在設置參數(shù)的過程中按下“運行”鍵存儲并自動跳到下一項參數(shù)選擇。在設置參數(shù)的過程中按下停止鍵,則退出設置菜單,并且提示是否保存該次設置。(2)切料定長和壓彎的實現(xiàn):設定參數(shù)存儲在相應的內存單元,計算主程序調用設定的參數(shù),經(jīng)過系列運算得出定長對應的脈沖數(shù)及頻率、速度和時間的對應關系,從而完成精確壓彎、定長切料。程序流程圖見圖7。3液壓系統(tǒng)的改進(1)經(jīng)過多次計算和試驗,確定了壓“Z”彎的角度和位置、時間的關系,同時提高工作效率并滿足精度要求。(2)多次調試以減小長度誤差。措施如下:設置較大的步距細分數(shù);適當加大減速傳動比;增大材料和托輥間的摩擦力,防止打滑;增加傳動系統(tǒng)阻尼;提高機械本體的設計安裝精度,減小傳動間隙。(3)調整眾多子程序的調用次序和算法以減少單片機CPU的占用時間,提高反應速度;同時應用單片機看