钢筋弯箍机控制系统的开发-机械电子工程专业毕业设计-毕业论文.doc
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1、重庆大学本科学生毕业设计(论文)钢筋弯箍机控制系统的开发学 生:学 号:指导教师:专 业:机械电子工程重庆大学机械工程学院二O一二年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityReinforced bar hoop bending machine control system developmentSchool of mechanical engineeringChongqing UniversityJune 2012重庆大学本科学生毕业设计(论文) 摘要摘 要随着建筑行业和道路建设项目的快速发展,各种类型钢筋的供求量也变得较大,相应地
2、对于钢筋进行弯箍加工的生产效率提出了更高的要求。钢筋弯箍机是钢筋生产加工必备的生产设备,其主要加工手段是将直杆状的钢筋进行各种角度的弯曲以满足不同的用途。现代钢筋砼结构中,小直径箍筋、长弯曲筋和定尺直条钢筋的加工量很大,尤其是箍筋和长弯曲筋,形状复杂,尺寸变化多且精度要求高。本次对于钢筋弯箍机控制系统的开发设计主要基于AT89C51系列单片机,通过编程实现相关功能应用。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。80C51系列单片机已有十多年的生命期,如今仍保持着上升的趋势。单片机以其一系列优点,近几年得到迅猛发展和大范围推广,广泛应用于工业控
3、制系统,数据采集系统、智能化仪器仪表,及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。本设计是基于AT89C51钢筋弯箍机控制系统的开发,使用串口通信驱动数码管,显示实时温度采集和弯曲角度。参数设置采用BCD拨码开关调节,同时配备了相关LED指示灯,实时反映机器运行状态。系统具有急停、漏电保护、缺相保护、相序检测保护和极限保护功能,能充分保护操作人员与设备的安全。该系统能有效用于弯曲机的角度自动控制和自动归位,实现人员和设备的安全保护,提高机械生产效率,减轻工人劳动强度,确保钢筋加工角度精度。关键词: 钢筋弯箍机,AT89C51单片机,BCD拨码开关,串口通信,温度采集III重庆大学本科学生毕业设计(论文
4、) ABSTRACTABSTRACTWith the rapid development of road construction projects and the construction industry , various types of steel supply and demand becomes larger, corresponding ground for steel bar hoop bending processing efficiency raised taller requirement.Reinforced bar hoop bending machine stee
5、l production and processing of the necessary production equipment, the main processing means is a straight rod reinforced in various angles of bend so as to meet different application.Modern reinforced concrete structure, small diameter, long curved reinforcement and stirrup length straight steel pr
6、ocessing in large quantities, especially the stirrup and a long curved ribs, complex shapes, dimensions changes and high precision requirement. The time for reinforced bar hoop bending machine control system design based on AT89C51 MCU, through programming related function application.Also known as
7、single-chip microcontroller, it is not the completion of a logic function of the chip, but a computer system integrated into a chip.80C51 Series MCU has been more than 10 years of life, still maintained a rising trend.Single chip microcomputer with a series of advantages, in recent years has been th
8、e rapid development and promotion of large-scale, widely used in industrial control systems, data acquisition system, intelligent instrumentation, and communications equipment, daily consumer products, toys. The design is based on the AT89C51 reinforced bar hoop bending machine control system develo
9、pment, the use of serial communication driver for digital tube display, real-time temperature acquisition and bending angle.Parameter set using BCD to dial the code switch adjustment, at the same time with the LED indicator light, reflect the machine running state.The system has a sudden stop, leaka
10、ge protection, open-phase protection, phase sequence detection protection and limited protection functions, can fully protect the safety of operators and equipment.The system can be effectively used for bending angle automatic control and automatic reset, achieve the safety of personnel and equipmen
11、t protection, improving the mechanical efficiency, reducing the labor intensity of workers, to ensure that the steel angle precision.Key words:Reinforced bar hoop bending machine, AT89C51 chip, BCD to dial the code switch, serial communication, temperature acquisition重庆大学本科学生毕业设计(论文) 目录目录摘 要I目录11 绪论
12、11 任务说明12.1 方案设计12.1.1 参数设置12.1.2 显示功能12.1.3 实时温度采集23.1 系统保护23.1.1漏电保护23.1.2缺相保护,相序检测保护33.1.3极限保护44 电源电路42 原理图设计说明51 系统框图52.1 各原件原理及功能62.1.1按钮及开关设置62.1.2 系统急停功能的实现72.1.3 AT89C51串口通信实现I/O口扩展72.1.4发光二极管显示器的结构、工作原理、驱动方式及其接口电路82.2实时温度采集功能92.2.1 温度采集92.2.2 温度与角度参数显示互相切换102.3 系统漏电保护113 程序设计说明131 系统流程图132.
13、1子程序流程图142.1.1 延时程序142.1.2 温度传感器142.1.3 74HC595串口通信152.1.4 数码管实时温度显示和角度参数显示162.1.5 BCD数字拨码开关162.1.6 继电器和按键扫描172.1.7 极限保护184 系统的安装调试说明194.1 软件调试194.2 软硬联调204.2.1 电机运转测试204.2.2 温度保护测试214.2.3 数码管温度档角度档切换功能测试214.2.4 电机急停功能测试214.2.5 系统漏电测试215 电路原理图225.1 控制电路225.2 漏电保护电路225.3 三相三线制电源相序、缺相保护电路235.4 电机复位246
14、 总结25参考文献26附录:程序清单2739重庆大学本科学生毕业设计(论文) 绪论1 绪论1 任务说明1.本课题拟采用微处理器技术,检测技术及电力电子技术来设计新型自动控制系统。该系统能有效用于弯曲机的角度自动控制和自动归位,实现人员和设备的安全保护,提高机械生产效率,减轻工人劳动强度,确保钢筋加工角度精度。 2.系统具有漏电保护、缺相保护、相序检测保护和极限保护功能,能充分保护操作人员与设备的安全。3.采用三位拨码增减开关设置角度。 4.系统具有 “电源开关”、“急停”、 “启动”、“角度设置”及“漏电测试”按钮。5.系统是一款独立系统,用户只需外部接入三相电源(不用接入零线)及电机、安装连
15、接好角度及零点检测传感器、相应的开关按钮即可运行。6.对控制系统进行总体设计、硬件设计和软件设计。 7.弯曲角度设置:15-200度2.1 方案设计2.1.1 参数设置根据设计任务书要求,本系统采用三位THUMBSWITCH-BCD型号的拨码增减开关设置角度。分别对应所设置角度的个位,十位,百位。系统参数要求范围为15-200度,当所设置角度超出要求范围以外时,1号指示灯亮,同时电机将无法启动,电机复位功能依然有效。若此时数码管显示为角度档,角度显示将变成FFFF,否则正常显示目前拨码开关对应角度参数。2.1.2 显示功能本系统采用74EG-MPX4-CA型号数码管,动态显示模式。显示内容分三
16、种情况,分别为系统当前设置角度参数,系统当前实时温度,电机运转状态。1)当显示系统当前设置角度参数时,第一盏数码管保持熄灭状态,后三盏数码管依次对应当前设置角度参数的百位,十位,个位数值。当所设置角度超出系统要求范围以外时,数码管显示变为FFFF,参数调到范围以内则继续正常显示。 2)数码管显示调到温度档的时候,第一盏数码管显示F,后面三位数码管显示数值依次对应当前温度值的百位,十位,个位。系统安全运行的温度范围为100以内。当系统实时温度超过安全温度范围,3号指示灯亮,电机启动功能和复位功能失效,直到温度恢复到安全范围以内。以保护电机出现意外卡死时发热过高造成系统硬件损坏。3)当电机工作时,
17、2号指示灯被点亮,无论弯转操作还是复位,数码管显示前三位熄灭,只显示第四位,保持上一位状态的末位值。电机停止运转时,数码管显示自动回恢复为角度档或者温度档。系统指示灯作用:指示灯号灯灭状态灯亮状态1系统当前角度参数符合规范系统当前角度参数超出要求范围2电机停止状态电机正在运行3系统当前温度安全系统当前温度超过安全范围4电机被急停电机待机5系统没有漏电系统漏电表1-1 系统指示灯作用2.1.3 实时温度采集由于钢筋硬度较大,电机克服巨大力矩对钢筋输出机械工。当负载过大等突发情况导致电机进入非正常工作状态,电机巨大的电能将转换成热能,为防止系统局部温度过高损伤机械硬件,本系统加入了实时温度采集功能
18、。使用DS18B20型号的温度传感器对系统温度进行实时采集,并反馈给单片机。当检测到系统温度上升到电机安全工作温度范围以外时,3号指示灯将被点亮,同时无论当前系统处于何种状态,单片机都会向电机发送急停型号,4号指示灯熄灭。电机将急停,系统失去电机启动和电机复位功能。直到温度恢复到安全范围以内,4号指示灯重新被点亮,电机将恢复到待机状态,上一步命令中止执行,等待操作人员给出下一步执行命令。3.1 系统保护3.1.1漏电保护钢筋弯箍机机身几乎全部为金属,具有导电性。供电源为380V三相交流电源,对于人体所能承受的安全电压38V而言具有很大的危险性,为保护操作人员安全,系统具备相关漏电保护功能,并设
19、置了手动漏电测试按钮。漏电电路基于NE55计时IC和电桥电路搭建,漏电系统双引线,1号引线接零点,2号线接钢筋弯箍机壳体。当系统漏电时,保险丝未来的及融掉的情况下,漏电保护电路将检测到钢筋弯箍机壳体出现的电压信号,并驱动继电器切断系统电源供给,同时5号指示灯被点亮。系统配备了一块380V量程的数字电压表。系统出现漏电故障时,为了顺利的排除故障,当操作人员按下漏电测试按钮时,电压表将工作并显示钢筋弯箍机壳体当前电压,其他情况电压表停止工作。3.1.2缺相保护,相序检测保护 图 1-1 缺相保护,相序检测保护电路图当三相电路当中至少有一路断开时,我们就称之为缺相。一旦电源电路出现缺相情况的时候,就
20、会造成相关设备的输出功率降低,无法正常稳定的运行,甚至会造成一定的安全事故。本次课题的钢筋弯箍机机体几乎全部为金属,功率达到4KW,电源电路必须实现缺相保护,以保证机器的稳定并且安全的运转。否则的话,在实际运行过程当中,一旦出现缺相的话,很有可能造成负序电流分量,三相电流的平衡性被破坏,引起电动机和控制电路的徐速烧毁。缺相保护电路的好处就在于可以在缺相情况发生的时候及时切断相关电路避免安全事故的发生。在实际运用当中,一般的电动机都会配有缺相保护模块。相序就是无刷电机线圈的排列顺序,就是相位的顺序,是交流电的瞬时值从负值向正值变化经过零值的依次顺序。交流电力系统中有三根导线,分为ABC三相,正常
21、情况下三相电压、电流对称,相位相差120。但在系统出现故障时,ABC三相不再对称,为便于分析,可将电压、电流分解为正序、负序和零序三种分量。 电力系统中,相序主要影响电动机的运转,相序接反的话,电动机会反转。图1-1所示缺相保护电路当中,三相二重桥逆变输出的缺相和错相保护电路主要由两个TH221A组成。电路在运行过程当中,TH221A可以对电路的输出信号进行采样并逻辑鉴别是否正常。如果相序正确的话,相关判断电路和继电器都不工作,系统继续运行不执行任何指令。如果检测到相序发生错误的话,就会输出激励信号,信号经过放大电路调整后输出低电平,驱动继电器工作,并按照具体使用情况掐断相关电路的电源供电或者
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