机械设备智能化数显仪表的开发研制.pdf

机床电器 2 0 0 1 N o 3 研究 开发 研 究 开 发 机 械 设 备 智 能 化 数 显 仪 表 的 开 发 研 制 苏州大学工学 院王富东邵光庆王家善 【 摘要 随着电子技术与信息技术的发展 ， 与机械技术配套使用的智能化数字显示仪表正在 日益受到重视并 且得到广泛的应用。本文以作者开发的纺织机械 中所使用的一种数显仪表为例 ， 介绍了其设计与应用 。 关键 词 智能 仪表数显 技术单片 机 一 、前 言 数字显示技术以前只是用于旧机床的改造。如 今 ， 作为一种 与机 械设备配套 的专用 电器 ， 数显技术 正在受到重视并且得 到 日益广泛 的应 用 。 由于电子技术与信息技术的发展 ， 已经有越来 越 多的新型机械设 备配备 了各种专 用的显示和控制 仪表。这些仪表的功能包括 ： 显示功能 ： 显示设备工艺参数与运行状态 。 控制 功能 ： 与其他 电器 一起对 设 备的运行 进行 控制。有些数显仪表可由集中监控系统通过通讯接 口进行控制 。 检 测功 能 ： 检测 各种异 常状 态并 发 出报 警与 停 机控制信号。 通信功能： 将本台设备的运行信息通过通信接 口送 出 ， 以适应集 中监控 的需要 。 智 能化的数显仪表 已经不仅仅用于机械加工设 备 ， 而是广泛应用 于轻工 、 化工 、 食品 、 纺织 、 造纸 、 医 药等行业 的机 械设 备 中。本 文 以纺织 机械 为例 ， 介 绍了作 者所 研制 的一种 多功能数显仪表 的设计 。 二、 系统要求 与总体设计 花式线 纺机是 纺 织机械 中的一个 门类 ， 主要 用 于各种花式线 的生产 。而花 式线 属于 特种 纱 ， 般 为小批 量多品种生产 。 由于经常变换产 品类 型和型 号， 很需要一种数显仪表能够对当前 的生产参数进 行监控 并进行产量统计 。 通常这种数显仪表采用与纺机有关罗拉( m i l e r ) 转速成正比的脉冲信号作为输入。对这些信号进行 换算后 可 以得到有关 的工艺参 数 。根据输 出罗拉 的 转速可 以进行 累加 以得到 产量 。另外还可 以设定 一 个计数终值 ， 当产 量达 到这 一数 值 时便发 出一 个控 4 制信号 ， 用于报警和停止机器运行 。 根据以上功能对该数显仪表的设计要求为： 1 显示 功能 ： 输 出速 度 、 锭 子 转 速 、 捻 度 、 牵 伸 比、 计数值与产 量 。 2 修改设定参数 ： 若干按键用于修改有关的比 例系数与设定参数 ， 故障复位与清除。 3 控制输 出： 计数值达到设定值时输 出一个强 电触点信号 。 4 通讯功能 ： 将本机 的有关信息通过 串行通讯 接 口送 出。 5 数据保存功能： 掉电后有关数据应能 自动保 存 ， 以便开机后 调 人运 行 。该数 显仪 表 的面板 布局 设计如 图 1 所示 。 图 1 数显仪表的面板布局 按键 1( 选择 ) 按键2 ( 设定 ) 按键3( 调整 ) 按健4( 复位 ) 该仪表开机后的初始状态为显示锭子转速 ， 按 选择键 可 以轮流 显示 其他 参数 ， 上面 的一 排对应 的 指示灯会相应点亮 以指示对应 的参数。若 无键按 下 ， 则 2 0 秒后 自动返回初始状态。通过特定的组合 按键 ， 可以进入一个系数设定状态 ， 以对有关的比例 系数和设定参数进行设定。 三、 系统硬件设计 智能 仪表普 遍采 用单 片机 为核 心 ， 本 文作 者所 设计的数显仪表的输人信号为脉冲信号 ， 因此很适 维普资讯 http:/ 研究 开发 机床电器 2 0 0 1 N o 3 宜使用单片机上的定时器 计数器进行处理。综合 考虑各种技术要求 ， 该数显仪表采用 8 9 C 5 2 单 片机 作为 C P U 。该单 片机与 M C S 一 5 1 系列的单 片机产 品 兼容 。具有 8 K内部 可在 线重 复编 程 的快 闪擦 写存 储器 ， 存储数 据保 持 时 间为 l 0年 ； 程 序存 储 器具 有 3级加密保 护 。工作 电压范 围为 2 76 V； 时钟 频率 可为 01 6 M Hz ； 2 5 6字 节 的内部 R AM； 3个定 时 器 计数器 ， 正好 用 于输 人脉 冲信号 的测 量 。能够 满足 所设 计 的数显仪 表 的需求 。 该数显仪表 的硬件组成与体 系结构 如图 2所 示 。其 中 ， 光电隔离 接 口用 于 提供 脉 冲信号 的输 人 隔离 ； 强 电输 出接 口用 于 输 出 强 电控 制 信 号 ； E E P R O M电路用于存储设定参数 和在系统掉 电时存储 有关 的数据 ； 定时 电路 用 于提 供 系统 计 数 的时 间基 准 ； 而通讯 接 口则提 供 一个 标 准 的 R S一4 8 5接 口以 便与其它计算 机连接 ， 实现信 息 的采集 与集 中监控 。 1 显 示 操 作 面 板 皇 皇 堕 卜 一 c lU 8 9 C 5 2 光 电隔离接 口 单片机 一 = 强电输 出接 口 图 2 数显仪表的硬件系统结构 脉冲输入 强 电输 出 四、 系统软件设计 该数显仪表的软件 由主控程序和定时中断服务 程序所组成 。 主控 程序包 括 数据 显示处 理模 块 、 按键 处理模 块 、 计数结果 处理模 块 和通讯 处 理模块 。定 时 中断 服务 程序有三个 功能 ： 一 是 提供 脉 冲计数 的定时 基 准 ， 二是定 时 进行 动态 显 示 ， 三是 定 时 进 行 键 盘 扫 描 。动 态 显示 的周 期 约 为 2 5 m s ， 即 4 0次 秒 ； 键 盘 扫描 的周期 为 l O O ms ， 即 l 0次 秒 ； 而 脉 冲计 数 的定 时时间则 为 2秒 。 因此需要 对 定 时 中断进行 计 数 ， 根据不同的时间要求分别进行各种处理。软件系统 的流程框 图如图 3所示 。 五、 结束语 电子技术与信息技术的发展正在使传统的机械 设备 向多功能 与智能化 的方 向发展 。虽然各种 机械 设备的功能与结构千差万别 ， 总的趋势却是一样的， 即功能智能化 ， 体积小 型化 ， 信 息集成化 。而 以单 片 图 3数显 仪 表软 件 流 程框 图 机为核心的智能化数显与控制仪表 ， 在这一发展过 程 中起着非 常重要 的作 用 。 本文所介绍的纺织机械数显仪表 ， 仅仅是众多 应用中的一个特例 ， 意在抛砖引玉 ， 以使有关的科研 单位和企业共同关注这一技术 的发展 并开发出更 多更好 的相关 产品 。 参考文献 1 徐爱钧 智能化测量控制仪表原理与设计 北京航空航 天大学 出版社 ， 1 9 9 6 ( 收稿 日期 ： 2 O O O一1 2 1 1 ) N F N V5 0一F A F A U型 控 制板 用小 型 断 路器 为了适应控制板 的省空间 、 省力化的需求 ， 三菱 电机开 发了外型尺寸和行业内最小尺寸的 F A系列的 3 0 A外壳一样 的 5 0 A外壳 。 同时派生了可以标上欧洲要求 的 c E标志和北美要求 的 u L标志的产品， 可满足机床行业等对符合国外标准的要求。 另外准备 -fi g离断开断路器用的电压脱扣( 对于配电 断路器 ) 和检查用引出线 ( 对 于漏 电断路器 ) ， 以达到机床等 紧急停止的 目的。 主要的特长如下 ： 1 纵向尺寸和小型继 电器插座 的纵 向尺寸一致 ， 是行 业 内最小尺寸。 2 标准产品即可 以采用 I E C导轨安装 ， 螺钉安装 ， 面板 安装三种安装方式 。 3 虽然尺寸小 ， 还是 有丰富 的选用件种类 。包括 A A X T 仰 L 前面接线用端子罩 后面接线用端子罩。 ( 刘元洪译 自三菱电机 2 0 0 0年) 一 5一 维普资讯 http:/