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液壓機電氣控制系統的設計

作者:液壓機 來源: 日期:2020-11-21 08:53:59 人氣:0

液壓機電氣控制系統的設計

4.1 概述

電氣控制系統采用8031單片機進行控制,外接ROM芯片,RAM芯片,采用8255A進行輸入輸出口擴展,通過各種限位開關,按鈕,組合開關來發送控制信號,通過光電隔離,功率放大進行輸出,從而驅動各換向閥以進行對液壓系統的控制,進而實現液壓機的一系列動作。

4.2 電氣系統的組成

4.2.1 高電位電路系統

電機采用定子串電阻減壓起動,主電路采用三相交流380V電源,由刀開關QS,熔斷器FU,接觸器KM的主觸頭,熱繼電器FR的熱元件和電動機M組成??刂苹芈酚蒄R的常閉觸點,停止按鈕SB1,起動按鈕SB2,接觸器線圈KM和常開觸頭KM組成,時間繼電器KT和其延時閉合常開觸點組成。

電動機采用三相異步電動機其型號及主要技術參數如下:

 Y315M-4        1500 r/min        132KW        一臺

 Y132S-6        960r/min          3KW          一臺

其起動電路圖如下

 


其動作過程如下

電動機起動時,合上電源開關Q,按下起動按鈕SB2,接觸器KM1與時間繼電器KT的線圈同時通電,接觸器KM的主觸頭立即閉合,而時間繼電器KT具有延時性,其常開觸點不立即閉合,因此KM2線圈電路不能接通。這時主電路串聯著降壓電阻(起動電阻R),電動機進行減壓起動。當延時繼電器的延時時間到,時間繼電器動作,它的常開觸點閉合,接通KM2的線圈電路,KM2輔助常閉觸頭斷開使KM1,KT斷電,輔助常開觸頭實現KM2線圈自鎖;主觸頭閉合,將R短接,電動機在額定電壓下進行穩定正常運轉。

串電阻起動的優點

于按時間原則切除電阻,動作可靠;減壓起動提高了功率因數,有利于電網質量。電阻價格低廉,結構簡單。

串電阻起動的缺點

電阻上功率損耗大。

4.2.2低電位電路系統

主要由8031單片機,外接ROM芯片,RAM芯片,采用8255A進行輸入輸出口擴展,各種限位開關,按鈕,組合開關組成。(另見電路圖)

4.2.2.1 直流電源

低電位電路系統采用+5V直流電源供電;通過交流220V交流電壓進行整流,濾波,穩壓后得到穩定的+5V直流電源。(其電路圖如下)

D1—D4為四個二極管組成的橋式整流電路

C5 為濾波電容器


D 保護二極管

7805 三端集成穩壓電路,其三端為輸入端,輸出端和接地端;輸入端輸入經整流濾波后的電壓;輸出端輸出+5V直流電源電壓供給電路。

4.2.2.2 光電耦合器件

光電耦合器件是以光為媒介傳輸信號的電路,如圖(4-3)。發光二極管和光敏三極管封裝在同一個管殼內,發光二極管的作用是將電信號轉變為光信號,光敏三極管接收光信號再將它轉變為電信號。光電耦合器件的特點是

輸出信號與輸入信號在電氣上完全隔離,抗干擾能力強,隔離電壓可達千伏以上;

無觸點,壽命長,可靠性高;

響應速度快,易與TTL電路配合使用。

Ui為高電平時,流過發光二極管的電流不為零,使發光二極管發光,光信號作用于光敏三極管使其飽和導通,Uo輸出為低電平,當Ui為低電平時,流過發光二極管的電流為零,使發光二極管不發光,Uo輸出為高電平;所以光電耦合器件兼有反向及電平轉換的作用。

4.2.2.3 功率驅動電路

采用達林頓晶體管陣列驅動器芯片,其適用于多路開關量中功率驅動電路。MC1416包含有七路開關量驅動器,每路驅動器的內部結構如圖(4-4)。V1用于做輸入端箝位,V2用于做輸出端箝位,V3用做輸出端箝位或感性負載的續流保護。其特性如下:


每路輸出電流可達500mA但每一塊雙列直插式芯片總的輸出電流不得超過2.5A;

輸出截止時耐高壓可達100V;

輸入端可與多種TTL及CMOS電路兼容。

4.2.2.4 復位電路

本機提供了自動上電復位和人工復位兩種選擇。外部擴展I/O接口電路

等也需要復位,因此需要一個包括上電和按鈕復位在內的系統同步復位電路可

以從圖(4-5)中的P點處引出接到外部擴展I/O接口電路的復位端。

4.2.2.5 振蕩電路

XTAL1和XTAL2,為片內振蕩電路輸入線,這兩個端子用來外接石英晶和

微調電容,即用來連接8031片內OSC的定時反饋回路。如圖(4-5)

石英晶體起振后,應能在XTAL2線上輸出一個3V左右的正弦波,以便使MCS-51

片內的OSC振蕩電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常,OSC的輸出時鐘頻

fOSC為0.5—16MHZ,典型值為12 MHZ或11.0592 MHZ。電容C1和C2可以

幫助起振,典型值為30pf,調節它們可以達到微調fOSC的目的。

4.2.2.6 選用的芯片及繼電器

8031單片機,其引腳如圖(4-5);單片微型計算機是微型計算機的一

個重要分支,也是一種非?;钴S且頗具生命力的機種。單片微型機簡稱單片機,

特別適用于控制領域,故又稱為微控制器;通常,單片機由單塊集成電路芯片

構成,內部包含有計算機的基本功能部件:CPU,存儲器和I/O接口電路等。

因此單片機只需要與適當的軟件及外部設備相結合,便可成為一個單片機控制

系統。8031有40條引腳,共分為端口線,電源線和控制線三類。


端口線:8031共有四個并行I/O端口,每個端口都有8條端口線,用于傳送

數據/地址。由于每個端口的結構各不相同,因此它們在功能和用途上的差別

頗大。P0.7-P0.0,8031帶片外存儲器,P0.7-P0.0在CPU訪問片外存儲器時先

是用于傳送片外存儲器的低8位地址,然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫數據;

P1.7-P1.0,用于傳送用戶的輸入/輸出數據;P2.7-P2.0,第一它可以作為通

I/O使用;第二它可以用于輸出片外存儲器的高8位地址,共同選擇片外存

儲器單元;P3.7-P3.0,它可以用作通用I/O,還可以作控制用,每個引腳并

不完全相同;P3.0串行數據接收口,P3.1串行數據發送口,P3.2外中斷0輸

入,P3.3外中斷1輸入,P3.4計數器0計數輸入,P3.5計數器1計數輸入

P3.6外部RAM寫選通信號,P3.7外部RAM讀選通信號。

電源線:VCC為+5V電源線,VSS為接地線。

控制線:ALE/地址鎖存允許/編程線,配合P0口引腳的第二功能使用。

在訪問片外存儲器時,8031CPU在P0.7-P0.0引腳線上輸出片外存儲器低8地

址同時還在ALE/線上輸出一個高電位脈沖,其下降沿用于把這個片外

存儲器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器,以便空出P0.7-P0.0引腳線去

傳送隨后而來的片外存儲器讀寫數據。/VPP:允許訪問片外存儲器/編程

電源線。:片外ROM選通線,在執行訪問片外ROM的指令MOVC時,8031

 

燕山大學畢業設計(論文)

 

自動在線上產生一個負脈沖,用于為片外ROM芯片的選通。其他情況下

 線均為高電平封鎖。RST/VPD:復位/備用電源線可以使8031處于復

位狀態。XTAL1和XTAL2:片內振蕩電路輸入線,這兩的端子用來外接石英晶

體和微調電容。其電路見上所述。

外接ROM型號為27128,是紫外線光可擦洗的EPROM,其引腳如圖(4-6),

它的容量為16KB;共28條引腳;

地址輸入線A0-A13,27128的地址線應和MCS-51單片機的P2口和P0口相接,

用于傳送單片機送來的地址編碼信號,其中A13為最高位;

數據線:Q0-Q7,是雙向數據總線,Q7為最高位。在正常工作時,Q0-Q7用于

傳送從27128中讀出的數據或代碼;在編程方式時用于傳送需要寫入的編程代

碼(即程序的機器碼);

控制線:(3條)片選輸入線:該輸入線上用于控制本芯片是否工作,若給

上加一個高電平,則本芯片不工作;若給上加一個低電平,則選中本

片工作。編程輸入線:該引線用于控制27128處于正常工作狀態還是編

/校驗狀態。若給它輸入一個TTL高電平,則27128處于正常的工作狀態;

若給它輸入一個50ms寬的負脈沖,則27128配合VPP引腳的21V高壓可以處

于編程狀態;允許輸出線也是一條由用戶控制的輸入線,若給

上輸入一個TTL高電平,則數據線Q0-Q7處于高阻狀態;若給線上輸入一

TTL低電平,則Q0-Q7處于讀出狀態。

其他引腳線:VCC為+5V電源輸入線,GND為直流地線。VPP為編程電源線,當

它接+5V時,27128處于正常工作狀態;當VPP接21V電壓時,27128處于編

/校驗狀態。擦除特性,27128存儲陣列中的信息可以采用紫外光擦除,擦

除后存儲代碼為全“1”。27128在擦除時應先取下芯片中央小窗口上的貼紙,

然后用光源波長為2537埃和強度為1200的紫外光照射,照射時間為

1520min。這實際上就是使FAMOS管浮柵中的電子獲得高能量,從而形成光

電流從浮置柵流入基片。27128中的信息擦除也不是很容易的,把27128放在

陽光下暴曬大約需要一星期才會擦干凈,在普通熒光燈下需要三年才會擦除。

工作方式和編程:27128可以分為正常和編程兩種工作方式。正常工作方式是

27128在它所應用系統中的工作方式,常分為讀出和維持兩種工作狀態;編


程方式是指給27128寫入程序時的工作方式,又可分為編程,禁止編程和校驗

三種工作狀態。27128的正常和編程方式是由VPP引線上的電源電壓決定的;

VPP接+5V電源,則27128處于正常工作方式;若VPP接+12V電源,則27128

處于編程方式。讀出和維持狀態:這兩種工作狀態實際上是27128在正常工作

時的兩種不可缺少的狀態,因此VPP和VCC都必須接+5V電源。讀出和維持狀

態主要由上的電平決定的,若TTL低電平,則本芯片被選中工作,

數據線Q0-Q7上便可讀出A0-A13上的地址碼所決定存儲單元中的程序代碼;

上接TTL高電平,則本芯片不工作,處于維持狀態,數據線Q0-Q7為高

阻,芯片的有效功耗也從讀出狀態時的100mA降到40mA。

編程和禁止狀態:這兩種狀態都要求VPP接+12V電源(VCC接+5V)。編程和禁

止編程主要也是由上的電平決定的,若TTL低電平,則本芯片被選

中編程,數據線Q0-Q7上的程序代碼便可在50ms寬負脈沖作用下寫

入由A0A13決定的存儲單元;若若上接TTL高電平(也為TTL高

電平),則本芯片處于禁止編程狀態,數據線Q0-Q7處于高阻狀態,隔斷了它

27128內部總線的電氣連接。因此,禁止編程狀態實際上是前后兩個存儲單

元進行編程寫入的一個間隙狀態,即上兩個50ms寬負脈沖的間隙期。

校驗狀態:校驗狀態要求VPP接+21V(VCC仍為+5V),TTL高電平。

此時,用戶通過對27128的上電平的控制就可從存儲陣列中讀出編

程狀態下剛寫入的程序代碼,以便與原寫入程序代碼進行比較,用于校驗編程

的正確性。

外接RAM的型號為62128,其引腳如圖(4-6),它的容量為16K8。其

各引腳的功能參見有關單片機的書。輸入輸出擴展口采用8255A進行擴展,以

8255A的A口,C口為輸入口(各種按鈕,行程開關,組合開關),B口為輸出口(換向閥的電磁鐵)地址鎖存器采用74LS373芯片,它們的引腳如圖(4-7);

反向器采用74LS04芯片繼電器選用JJDM2-32電磁式繼電器。其參數如下

工作電壓12V;額定電流:保持 2A,接通2A,分斷 0.2A;因此用一級功

率放大即可。它們之間的聯接參見電氣控制原理圖。

 

 


 

 

 

 

 


4.3 本章小結

   本章主要對電氣部分的各個芯片及主要組成部分進行了詳細論述,介紹了電機的啟動及控制,光電耦合部件,功率驅動電路,8031單片機,27128ROM芯片,62128RAM芯片,74LS04反向器,8255并行接口,通過它們的組合以及相應的輸入控制元件(包括控制按鈕,行程開關,組合開關以及時間繼電器)構成整個硬件系統,通過開發控制程序來對液壓機進行控制。能夠實現液壓機的規定動作。


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