1 設(shè)計系統(tǒng)要求
    自動剪板機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理圖如圖1所示。該系統(tǒng)可按照要求剪開大塊板材，并由送料小車運(yùn)到包裝線或各用料點。未動作時，壓塊及剪切刀的限位開關(guān)ST2，ST3和ST4均斷開，行程開關(guān)ST1和光電接近開關(guān)ST7也都是斷開的。剪切刀、壓塊及選料機(jī)構(gòu)分別由交流電動機(jī)傳動，運(yùn)料小車由直流控制電機(jī)拖動。其工作過程如下所述：
    (1)讀入限位開關(guān)ST6的狀態(tài)，判小車是否空載，若是空載，則可開始工作。
    (2)啟動送料小車，并使其到位，此時限位開關(guān)ST5閉合。
    (3)SSRe通電，啟動送料機(jī)構(gòu)E，帶動板料向右移動。
    (4)當(dāng)板料碰到行程開關(guān)ST1時，停止送料，同時SSRb送電啟動壓下機(jī)構(gòu)，壓下壓壓塊B，并使壓塊上限開關(guān)ST2復(fù)位閉合。
    (5)當(dāng)壓塊到位，壓緊板料時，壓塊下限開關(guān)ST3被閉合。
    (6)SSRe通電，這時啟動剪切刀機(jī)構(gòu)，控制剪板機(jī)剪刀下落，此時ST4復(fù)位閉合，直到把板料剪斷。當(dāng)板料下落通過光電接近開關(guān)ST7時，ST6輸出一個脈沖，并使8031計數(shù)器加1。
    (7)判斷小車上的板料是否夠數(shù)，如果不夠，則繼續(xù)重復(fù)啟動送料機(jī)構(gòu)以后的步驟(3)～(7)。一旦夠數(shù)，則使控制電機(jī)通電，運(yùn)料小車的控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車右行，把切好的板料送至包裝線或各用料點。板料卸下后，再啟動小車反轉(zhuǎn)，重新返回到剪板機(jī)下，并開始下一車的剪切裝料工作。
    板料的長度L根據(jù)需要自由進(jìn)行調(diào)整，每一車(捆)板料的數(shù)量可由機(jī)器鍵盤給定，也可通過撥碼鍵盤加以設(shè)定。固定剪切包裝線或送往各用料點的板料計數(shù)值可任意更改，而由軟件系統(tǒng)完成。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計
    利用8031單片微機(jī)實現(xiàn)自動剪切機(jī)生產(chǎn)過程控制的硬件設(shè)計電路圖2所示。

    系統(tǒng)主要由單片機(jī)8031，一個2716可讀可寫存儲器，7個開關(guān)量(ST1～ST7)輸入，3個固態(tài)繼電器控制接口，以及一個電機(jī)雙向控制接口；另外，還有一個計數(shù)器，用來對剪切下來的板料進(jìn)行計數(shù)。圖2中，74LS273-1#為地址鎖存器，8031內(nèi)部定時器／計數(shù)器0用作板料計數(shù)器；74LS273-2#為I／O擴(kuò)展接口，其地址為7FFFH。這里用1D～6D作為開關(guān)量輸入位，分別接ST1～ST6，將P1．0和P1．1兩位用作雙向電機(jī)(即可逆直流電動機(jī)M1)控制，以便使小車前進(jìn)或后退。用P1口的P1．2～P1．4，3位分別控制剪板機(jī)、壓塊和送料機(jī)構(gòu)的交流傳動電動機(jī)，以完成剪切、壓下和自動送料等操作。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，使硬件系統(tǒng)設(shè)計簡便其采用全浮空技術(shù)，即開關(guān)量各輸入端均接有光電隔離器；控制輸出采用光電隔離固體繼電器。

2．1 開關(guān)量輸入接口電路
    開關(guān)量輸入接口電路采用光電隔離器，如圖3所示。圖中，當(dāng)控制開關(guān)ST1斷開時，發(fā)光二極管沒有電流通過，所以光敏三極管截止，輸出為高電平(“1”)；一旦ST1閉合，發(fā)光二極管導(dǎo)通，導(dǎo)致光敏三極管導(dǎo)通，輸出低電平(“0”)。

2．2 輸出控制電路
    輸出控制電路采用固體繼電器SSR，其接口電路，如圖4所示。輸入為TTL電平，輸出為交流負(fù)載。當(dāng)P1．4端輸出高電平“1”時，固體繼電器SSR導(dǎo)通，使交流電動機(jī)通電運(yùn)行；反之，如果P1．4端輸出低電平(“0”)，則SSR截止，交流電動機(jī)也隨之?dāng)嚯娡＾D(zhuǎn)。其他兩路與此完全相同。為了達(dá)到光電隔離的目的，將4個直流固體繼電器QS1～QS4組成一個可逆直流電動機(jī)控制電路(即雙向伺服電機(jī)控制電路)，如圖4所示。

    可逆直流電動機(jī)控制(即雙向電機(jī)控制)真值表見表1。

    值得說明的是：該系統(tǒng)不一定非得全部采用光電隔離技術(shù)或固體繼電器，也可以設(shè)計一個簡單的電路。這里采用全浮空技術(shù)，主要是為使讀者對全浮空單片機(jī)控制系統(tǒng)有個比較全面的了解。

3 軟件設(shè)計
    自動剪板機(jī)生產(chǎn)過程控制的軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，順序控制系統(tǒng)的程序設(shè)計可根據(jù)流程圖進(jìn)行，也可以將各步動作編寫出程序表，或者畫出邏輯功能圖。控制程序分兩部分，一部分是主程序，用來對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即設(shè)置中斷控制字及計數(shù)常數(shù)等；另一部分為中斷服務(wù)程序，對剪板機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)過程控制。

    因本系統(tǒng)是順序控制系統(tǒng)，屬于分時控制，實時性不高，故采用程序查詢式控制方式。在控制機(jī)電加減速運(yùn)動控制子程序設(shè)計中，為保證控制機(jī)電在頻繁起停運(yùn)行中不失步、不過沖，保證系統(tǒng)的精度和快速性，根據(jù)力學(xué)原理剛體轉(zhuǎn)動定理，參照控制電機(jī)的特性，并結(jié)合負(fù)載試驗情況。
3．1 主程序
    主程序用來對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即設(shè)置中斷控制字及計數(shù)常數(shù)等。當(dāng)主程序執(zhí)行完以后，便進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)需要工作時，只要操作人員按一下Start按鈕，即可轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。
    主程序流程圖如圖6所示。
    主程序如下所示：

3．2 中斷服務(wù)程序
    中斷服務(wù)程序用以對系統(tǒng)進(jìn)行順序控制，中斷服務(wù)程序流程圖如圖7所示。

    中斷服務(wù)程序如下：

4 結(jié) 語
    本系統(tǒng)是采用8031單片機(jī)設(shè)計的順序控制系統(tǒng)，硬件電路少，接口簡單，軟件的開發(fā)及調(diào)試都比較方便，在輸入、輸出端采用光隔離等措施后，抗干擾效果很好。在對多臺不同型號剪板機(jī)床進(jìn)行自動化改造的實際應(yīng)用后，充分體現(xiàn)本系統(tǒng)具有集成度高，加工精度高，經(jīng)濟(jì)性好，操作方便，自動化水平較高等特點，且設(shè)備的可靠性、可維護(hù)及靈活性都很優(yōu)越，基本上能滿足機(jī)電設(shè)備廠日益增長的現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。