專利名稱：氣動膠鍋機(jī)狀態(tài)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
氣動膠鍋機(jī)狀態(tài)控制裝置技術(shù)領(lǐng)域"氣動膠鍋機(jī)狀態(tài)控制裝置"是一種用于氣動膠鍋機(jī)粘膠過程中電磁閥動 作調(diào)整、控制氣缸上下運(yùn)動的裝置，實(shí)時監(jiān)控外部傳感器信號，自動控制氣動 膠鍋機(jī)給膠。
技術(shù)背景在印刷行業(yè)，自動控制技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，如自動制版、自動套準(zhǔn)檢 測、自動折頁、自動粘膠等，印刷設(shè)備自動化程度的改善提高了印刷的效率、節(jié)省了印刷時間。氣動膠鍋機(jī)是一種書帖自動粘膠的設(shè)備，通過2個氣缸的上 下運(yùn)動，帶動機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)膠鍋?zhàn)詣咏o膠。2個氣缸的往復(fù)運(yùn)動通過2個電 磁閥加以控制，控制環(huán)節(jié)要求給膠和抹膠時間必須準(zhǔn)確，否則影響書帖的粘膠 質(zhì)量。目前，氣動膠鍋機(jī)的兩個氣缸的運(yùn)動通常采用兩個變頻模塊加以控制， 變頻模塊具有較高的脈沖接收頻率，但其價格昂貴，而且內(nèi)部程序固定，對于 不同的機(jī)型，如果希望增加特殊要求，變頻模塊很難滿足要求。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決氣動膠鍋機(jī)給膠自動控制，通過控制2個電 磁閥的快速通斷調(diào)整氣缸的上下運(yùn)動，帶動氣動膠鍋給膠，在外部編碼盤脈沖 信號的控制下，確定給膠的起停時間。該裝置具有反應(yīng)速度快、給膠起停時間 控制準(zhǔn)確的特點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如圖1-圖7所示，系統(tǒng)包括通信電路(RS485電路 和RS232電路)、信號處理電路、電磁閥狀態(tài)監(jiān)控電路、電磁閥驅(qū)動電路、存 儲器擴(kuò)展電路和MCU外圍輔助電路。通信電路中的RS485電路實(shí)現(xiàn)本地裝置與 上位PLC之間的通信，上傳本地?cái)?shù)據(jù)，RS232電路實(shí)現(xiàn)本地裝置與串口液晶屏 之間的通信，顯示本地?cái)?shù)據(jù)。信號處理電路接受外部編碼盤起始信號、編碼盤脈沖信號、第1電磁閥起動、停止信號、第2電磁閥起動、停止信號，編碼盤 起始信號用于給膠標(biāo)志清零，編碼盤脈沖信號用于給膠起停時間控制，第l、 2電磁閥起動、停止信號由外部接近開關(guān)提供，確定電磁閥起動停止的起始點(diǎn)。 電磁閥狀態(tài)監(jiān)控電路用于監(jiān)控電磁閥驅(qū)動電路中的電平狀態(tài)，實(shí)時獲取電磁閥 驅(qū)動電路的工作狀況及故障診斷。電磁閥驅(qū)動電路在單片機(jī)的控制下，發(fā)送控 制電磁閥通斷的功率信號，控制氣缸的上下運(yùn)動。存儲器擴(kuò)展電路用于數(shù)據(jù)的 臨時存儲，當(dāng)作緩存使用。MCU外圍輔助電路包括單片機(jī)U1及外部復(fù)位、時 鐘電路，控制整個電路系統(tǒng)的工作。該裝置在編碼盤起始信號到來時，清零計(jì) 數(shù)標(biāo)志，電磁閥起動信號產(chǎn)生中斷后，單片機(jī)在編碼盤脈沖信號控制下計(jì)數(shù)， 達(dá)到設(shè)定閾值時，停止計(jì)數(shù)，通過電磁閥驅(qū)動電路發(fā)送功率信號，起動電磁閥
工作，然后但單片機(jī)等待電磁閥停止信號，該信號產(chǎn)生MCU中斷時，再進(jìn)行計(jì)
數(shù)，達(dá)到設(shè)定閾值后中止，通過電磁閥驅(qū)動電路發(fā)送功率信號，給電磁閥斷電。
所述的通信電路包括RS485電路和RS232電路，電路中使用了通用的串口 電平轉(zhuǎn)換芯片，RS485電路中芯片U3使用了單片機(jī)U1的串口 1， A、 B兩端為 串口輸入，Z、 Y兩端為串口輸出。RS232電路使用了單片機(jī)的串口 0， RCD、 TCD分別為RS232電路的輸入和輸出。
所述的信號處理電路采用通用光耦進(jìn)行光電隔離，把外部24伏編碼盤信 號、位置開關(guān)信號轉(zhuǎn)化為單片機(jī)Ul能夠接收的5伏邏輯的數(shù)字信號。 FIRST_START、 FIRST—END、 SECOND—START、 SEC0ND_END、 C0DE1和C0DE2分別 對應(yīng)第1電磁閥的起始、停止信號、第2電磁閥的起始、停止信號、編碼盤起 始信號和編碼盤脈沖信號。FIRST_S、 FIRST—E、 SEC0ND_S、 SECOND—E、 C0DE51 和C0DE52分別對應(yīng)單片機(jī)Ul對應(yīng)5V邏輯的第1電磁閥的起始信號、第1電 磁閥的停止信號、第2電磁閥的起始信號、第2電磁閥的停止信號、編碼盤起 始信號和編碼盤脈沖信號。FIRST—S、 FIRST_E、 SEC0ND_S、 SEC0ND_E、 C0DE51和C0DE52分別使用了單片機(jī)U1的中斷INT4、 INT5、 INT6、 INT7、 INTO、 INT1，中斷采用下降沿觸發(fā)方式。所述的電磁閥狀態(tài)監(jiān)控電路中U6和U7為通用光耦芯片，+M1、 -Ml、 +M2、 -M2、 +M3、 -M3為電磁閥驅(qū)動電路中的輸出，通過光耦芯片U6和U7轉(zhuǎn)化為5V 邏輯的數(shù)字信號，這些信號作為輸入與單片機(jī)U1連接。單片機(jī)U1實(shí)時讀取這 6路信號，判斷電磁閥驅(qū)動電路是否存在故障。所述的電磁閥驅(qū)動電路中，U9和U10為標(biāo)準(zhǔn)光耦芯片，將單片機(jī)U1的控 制管腳信號PCO—1N、 PC1_1P、 PC2—2N、 PC3—2P、 PC4—3N、 PC5_3P與外部控制 信號隔離，保證單片機(jī)Ul工作時的穩(wěn)定性，PCO—1N和PCI—1P控制第1電磁 閥的起動和停止，PC2_2N和PC3_2P控制第2電磁閥的起動和停止，PC4一2N 和PC5_2P腳為備用電磁閥控制引腳。U16A-U16C為U16的3個與非門，U16 為通用與非門芯片，U17A-U17D為U17的4個部分，U18A-U18B為U18的2個 部分，U17和U18為通用與門芯片，U16、 U17和U18組合后成為邏輯保護(hù)電路， 在同一時刻只允許單路控制信號導(dǎo)通。Ull、 U12和U13為通用光耦芯片，將5 伏邏輯的控制信號轉(zhuǎn)換為24伏的功率信號，同時通過光隔，限制外部干擾。 Ql-Q6為大功率三極管，驅(qū)動電磁閥動作。本實(shí)用新型采用高速單片機(jī)進(jìn)行控制，響應(yīng)速度快，可以接受1000線以 上的編碼盤脈沖信號，脈沖周期小于lms，給膠的起停時間控制的更為準(zhǔn)確。本實(shí)用新型采用串口與PLC上位機(jī)連接，可以接收PLC設(shè)置的參數(shù)，控制 方式更加方便和靈活。本實(shí)用新型的電磁閥驅(qū)動電路設(shè)計(jì)了邏輯鎖電路，在同一時刻僅允許控制 信號中的單路導(dǎo)通，避免了因兩路控制信號同時導(dǎo)通燒毀電磁閥的情況。

圖l本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2本實(shí)用新型RS232電路的原理圖；圖3本實(shí)用新型RS484電路的原理圖4本實(shí)用新型信號處理電路的原理圖5本實(shí)用新型電磁閥狀態(tài)監(jiān)控電路的原理圖6本實(shí)用新型電磁閥驅(qū)動電路的原理圖7本實(shí)用新型存儲器擴(kuò)展電路和MCU外圍輔助電路的原理具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1-圖7對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明
氣動膠鍋機(jī)狀態(tài)控制裝置，系統(tǒng)包括通信電路(RS485電路和RS232電路)、 信號處理電路、電磁閥狀態(tài)監(jiān)控電路、電磁閥驅(qū)動電路、存儲器擴(kuò)展電路和 MCU外圍輔助電路。該裝置在編碼盤起始信號到來時，清零計(jì)數(shù)標(biāo)志，電磁閥 起動信號產(chǎn)生中斷后，單片機(jī)在編碼盤脈沖信號控制下計(jì)數(shù)，達(dá)到設(shè)定閾值時， 停止計(jì)數(shù)，通過電磁閥驅(qū)動電路發(fā)送功率信號，起動電磁閥工作，然后單片機(jī) 等待電磁閥停止信號，該信號產(chǎn)生中斷時，再進(jìn)行計(jì)數(shù)，達(dá)到設(shè)定閾值后中止， 通過電磁閥驅(qū)動電路發(fā)送功率信號，給電磁閥斷電。
通信電路中RS485電路采用的芯片型號是MAX488，其第2、 3腳分別與單 片機(jī)U1的PD2、 PD3連接，其第7、 8腳作為串口輸入端，第5、 6腳作為串口 輸出端。RS232電路采用的芯片型號是MAX232CPE，其1、 3、 4、 5、 2、 6腳接 外部電解電容，14、 13腳分別作為輸入和輸出信號管腳，其12、 ll腳與單片 機(jī)U1的PE0、 PE1腳連接。
信號處理電路中芯片U4和U5的型號分別為TLP521-4、 TLP52卜2，芯片 U4的第2、 4、 6、 8腳，芯片U5的第2、 4腳作為外部傳感器信號輸入端，U4 的第IO、 12、 14、 16腳，芯片U5的第6、 8腳作為5伏邏輯的傳感器信號管 腳與單片機(jī)U1的第二代6、 7、 8、 9、 25、 26腳連接。電磁閥狀態(tài)監(jiān)控電路中芯片U6、 U7、 U8的型號為TLP521-2，它們的第2、 4腳通過外接電阻與三極管Ql-Q6的第3腳連接，它們的第7、 5腳通過下拉 電阻分別與單片機(jī)U1的PF0、 PF1、 PF2、 PF3、 PE2、 PE3連接。
電磁閥驅(qū)動電路中芯片U9的型號為TLP521-4，芯片U10-U13的型號為 TLP521-2，與非門芯片U16的型號為74LS00,與門芯片U17和U18的型號為 74LS08,大功率三極管Q1-Q6的型號為TIP142。 U9的第2、 4、 6、 8腳，U10 的第2、 4腳分別與單片機(jī)U1的第PB5、 PB4、 PB3、 PB2、 PB1、 PB0腳連接， 芯片U16的第1、 2、 4、 5、 9、 10腳分別與U9的第15、 13、 11、 10， U10的 第7、 5腳連接。另外，芯片U16的第1、 2、 4、 5、 9、 10腳還與芯片U17的 第l、 5、 9、 13、 U18的第l、 5腳連接，這種連接方式形成邏輯鎖保護(hù)電路。
存儲器擴(kuò)展電路采用數(shù)據(jù)總線方式，U14為標(biāo)準(zhǔn)的地址鎖存器芯片，U15 為8位RAM芯片。單片機(jī)的PA 口設(shè)置為數(shù)據(jù)口， PC 口設(shè)置為高8位地址總線 A8-A15。單片機(jī)的PB7腳作為RAM芯片U15的選片信號。
存儲器擴(kuò)展電路中芯片U14的型號為SN74HC573，U15的型號為IS61C512， 單片機(jī)U1的PA 口作為數(shù)據(jù)口，分別與U14和U15的數(shù)據(jù)口連接，PC 口作為 高8位地址線與U15的高8位地址線連接，U14的輸出腳12-19作為U15的低 8位地址線。單片機(jī)Ul的PB7作為U15的片選信號控制管腳，Ul的PG1、 PGO 腳作為U15的讀寫信號管腳，U1的PG2腳作為ALE功能與U14的第11腳連接。
MCU外圍輔助電路包括單片機(jī)U1、復(fù)位電路和時鐘電路；單片機(jī)U1的串 口 0、串口 1與RS232和RS485通信相連接；PA 口和PC 口與存儲器擴(kuò)展電路 相連接作為數(shù)據(jù)線和高8位地址線，PB7腳作為RAM芯片U15的片選信號控制 管腳；PBO-PB5與電磁閥驅(qū)動電路相連接，作為電磁閥控制管腳。PFO-PF3、 PE2、PE3與電磁閥狀態(tài)監(jiān)控電路相連接，作為電磁閥狀態(tài)監(jiān)控管腳；INT4-INT7 和INTO-INT1腳分別用作第1電磁閥的起始、停止信號、第2電磁閥的起始、停止信號、編碼盤起始信號和編碼盤脈沖信號中斷引腳；復(fù)位電路采用RC復(fù) 位方式，時鐘電路采用通用12M外部晶振
MCU外圍輔助電路中單片機(jī)U1的型號為ATmegal28， Ml為通用12M晶振。 中斷INT0-頂T1， INT4-INT7采用下降沿觸發(fā)方式。串口波特率設(shè)為9600， 8 位數(shù)據(jù)位，l位停止位，無奇偶校驗(yàn)。ATmegal28的工作電壓采用5伏邏輯。
權(quán)利要求1、氣動膠鍋機(jī)狀態(tài)控制裝置，其特征在于包括有信號處理電路、MCU和與MCU相連的通信電路、電磁閥狀態(tài)監(jiān)控電路、電磁閥驅(qū)動電路、存儲器擴(kuò)展電路和MCU外圍輔助電路；其中，所述的通信電路包括有RS485電路和RS232電路，RS485電路與上位PLC相連，實(shí)現(xiàn)本地裝置與上位PLC之間的通信；RS232電路與液晶屏相連；信號處理電路接受外部編碼盤起始信號、編碼盤脈沖信號、第1電磁閥起動信號、第1電磁閥停止信號、第2電磁閥起動信號、第2電磁閥起動停止信號，編碼盤起始信號用于給膠標(biāo)志清零，編碼盤脈沖信號用于給膠起停時間控制，第1電磁閥、第2電磁閥的起動、停止信號由外部接近開關(guān)提供，確定電磁閥起動停止的起始點(diǎn)；電磁閥狀態(tài)監(jiān)控電路用于監(jiān)控電磁閥驅(qū)動電路中的電平狀態(tài)，實(shí)時獲取電磁閥驅(qū)動電路的工作狀況及故障診斷；電磁閥驅(qū)動電路在單片機(jī)的控制下，發(fā)送控制電磁閥通斷的功率信號，控制氣缸的上下運(yùn)動；存儲器擴(kuò)展電路用于數(shù)據(jù)的臨時存儲；MCU外圍輔助電路包括單片機(jī)U1及外部復(fù)位、時鐘電路，控制整個電路系統(tǒng)的工作；在編碼盤起始信號到來時，清零計(jì)數(shù)標(biāo)志，電磁閥起動信號產(chǎn)生中斷后，單片機(jī)在編碼盤脈沖信號控制下計(jì)數(shù)，達(dá)到設(shè)定閾值時，停止計(jì)數(shù)，通過電磁閥驅(qū)動電路發(fā)送功率信號，起動電磁閥工作，然后單片機(jī)等待電磁閥停止信號，該信號產(chǎn)生MCU中斷時，再進(jìn)行計(jì)數(shù)，達(dá)到設(shè)定閾值后中止，通過電磁閥驅(qū)動電路發(fā)送功率信號，給電磁閥斷電。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動膠鍋機(jī)狀態(tài)控制裝置，其特征在于:所述的RS485 電路與單片機(jī)U1的串口 l相連接，A、 B兩端為串口輸入，Z、 Y兩端為串口 輸出；RS232電路與單片機(jī)的串口 0相連接，RCD、 TCD分別為RS232電路的 輸入和輸出。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氣動膠鍋機(jī)狀態(tài)控制裝置，其特征在于所述的信 號處理電路采用通用光耦進(jìn)行光電隔離，把外部24伏編碼盤信號、位置開關(guān) 信號轉(zhuǎn)化為單片機(jī)Ul能夠接收的5伏邏輯的數(shù)字信號；FIRST—START、FIRST—END、 SEC0ND_START、 SECOND—END、 C0DE1和C0DE2分別對應(yīng)第1電磁 閥的起始、停止信號、第2電磁闊的起始、停止信號、編碼盤起始信號和編 碼盤脈沖信號；FIRST—S、 FIRST—E、 SECOND—S、 SECOND—E、 C0DE51和C0DE52 分別對應(yīng)單片機(jī)U1對應(yīng)5V邏輯的第1電磁閥的起始信號、第1電磁閥的停 止信號、第2電磁閥的起始信號、第2電磁閥的停止信號、編碼盤起始信號 和編碼盤脈沖信號；FIRST—S、 FIRST—E、 SECOND—S、 SECOND一E、 C0DE51和C0DE52 分別使用了單片機(jī)U1的中斷INT4、 INT5、 INT6、 INT7、 INTO、 INT1，中斷采 用下降沿觸發(fā)方式。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氣動膠鍋機(jī)狀態(tài)控制裝置，其特征在于所述的電 磁閥狀態(tài)監(jiān)控電路包括有光耦芯片U6和光耦芯片U7， +M1、 -Ml、 +M2、 -M2、 +M3、 -M3為電磁閥驅(qū)動電路中的輸出，通過光耦芯片U6和光耦芯片U7轉(zhuǎn)化 為5V邏輯的數(shù)字信號，這些信號作為輸入與單片機(jī)Ul連接；單片機(jī)Ul實(shí)時 讀取這6路信號，判斷電磁閥驅(qū)動電路是否存在故障。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動膠鍋機(jī)狀態(tài)控制裝置，其特征在于所述的電 磁閥驅(qū)動電路包括有光耦芯片U9、光耦芯片UIO、與非門芯片U16、與門芯片 U17和U18，光耦芯片U9和光耦芯片U10將單片機(jī)Ul的控制管腳信號PC0—1N、 PC1一1P、 PC2—2N、 PC3—2P、 PC4—3N、 PC5一3P與外部控制信號隔離，保證單片 機(jī)U1工作時的穩(wěn)定性；PC0—1N和PC1—1P控制第1電磁閥的起動和停止，PC2—2N 和PC3_2P控制第2電磁閥的起動和停止，PC4一2N和PC5一2P腳為備用電磁閥 控制引腳；U16A-U16C為U16的3個與非門，U17A-U17D為U17的4個部分， U18A-U18B為U18的2個部分，U16、 U17和U18組合后成為邏輯保護(hù)電路， 在同一時刻只允許單路控制信號導(dǎo)通；Ull、 U12和U13為通用光耦芯片，將 5伏邏輯的控制信號轉(zhuǎn)換為24伏的功率信號，同時通過光隔，限制外部干擾; Q1-Q6為大功率三極管，驅(qū)動電磁閥動作。
專利摘要本實(shí)用新型涉及氣動膠鍋機(jī)狀態(tài)控制裝置，是一種用于氣動膠鍋機(jī)粘膠過程中電磁閥動作調(diào)整、控制氣缸上下運(yùn)動的裝置，實(shí)時監(jiān)控外部傳感器信號，自動控制氣動膠鍋機(jī)給膠。本裝置包括通信電路、信號處理電路、電磁閥狀態(tài)監(jiān)控電路、電磁閥驅(qū)動電路、存儲器擴(kuò)展電路和MCU外圍輔助電路。該裝置采用高速單片機(jī)進(jìn)行控制，響應(yīng)速度快，可以接受1000線以上的編碼盤脈沖信號，脈沖周期小于1ms，給膠的起停時間控制的更為準(zhǔn)確。采用串口與PLC上位機(jī)連接，可以接收PLC設(shè)置的參數(shù)，控制方式更加方便和靈活。
文檔編號B42C9/00GK201145855SQ20082007872
公開日2008年11月5日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者王躍宗 申請人:北京工業(yè)大學(xué)