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液压机电气控制系统的设计

作者:液压机 来源: 日期:2020-11-21 08:53:59 人气:0

液压机电气控制系统的设计

4.1 概述

电气控制系统采用8031单片机进行控制,外接ROM芯片,RAM芯片,采用8255A进行输入输出口扩展,通过各种限位开关,按钮,组合开关来发送控制信号,通过光电隔离,功率放大进行输出,从而驱动各换向阀以进行对液压系统的控制,进而实现液压机的一系列动作。

4.2 电气系统的组成

4.2.1 高电位电路系统

电机采用定子串电阻减压起动,主电路采用三相交流380V电源,由刀开关QS,熔断器FU,接触器KM的主触头,热继电器FR的热元件和电动机M组成。控制回路由FR的常闭触点,停止按钮SB1,起动按钮SB2,接触器线圈KM和常开触头KM组成,时间继电器KT和其延时闭合常开触点组成。

电动机采用三相异步电动机其型号及主要技术参数如下:

 Y315M-4        1500 r/min        132KW        一台

 Y132S-6        960r/min          3KW          一台

其起动电路图如下

 


其动作过程如下

电动机起动时,合上电源开关Q,按下起动按钮SB2,接触器KM1与时间继电器KT的线圈同时通电,接触器KM的主触头立即闭合,而时间继电器KT具有延时性,其常开触点不立即闭合,因此KM2线圈电路不能接通。这时主电路串联着降压电阻(起动电阻R),电动机进行减压起动。当延时继电器的延时时间到,时间继电器动作,它的常开触点闭合,接通KM2的线圈电路,KM2辅助常闭触头断开使KM1,KT断电,辅助常开触头实现KM2线圈自锁;主触头闭合,将R短接,电动机在额定电压下进行稳定正常运转。

串电阻起动的优点

于按时间原则切除电阻,动作可靠;减压起动提高了功率因数,有利于电网质量。电阻价格低廉,结构简单。

串电阻起动的缺点

电阻上功率损耗大。

4.2.2低电位电路系统

主要由8031单片机,外接ROM芯片,RAM芯片,采用8255A进行输入输出口扩展,各种限位开关,按钮,组合开关组成。(另见电路图)

4.2.2.1 直流电源

低电位电路系统采用+5V直流电源供电;通过交流220V交流电压进行整流,滤波,稳压后得到稳定的+5V直流电源。(其电路图如下)

D1—D4为四个二极管组成的桥式整流电路

C5 为滤波电容器


D 保护二极管

7805 三端集成稳压电路,其三端为输入端,输出端和接地端;输入端输入经整流滤波后的电压;输出端输出+5V直流电源电压供给电路。

4.2.2.2 光电耦合器件

光电耦合器件是以光为媒介传输信号的电路,如图(4-3)。发光二极管和光敏三极管封装在同一个管壳内,发光二极管的作用是将电信号转变为光信号,光敏三极管接收光信号再将它转变为电信号。光电耦合器件的特点是

输出信号与输入信号在电气上完全隔离,抗干扰能力强,隔离电压可达千伏以上;

无触点,寿命长,可靠性高;

响应速度快,易与TTL电路配合使用。

Ui为高电平时,流过发光二极管的电流不为零,使发光二极管发光,光信号作用于光敏三极管使其饱和导通,Uo输出为低电平,当Ui为低电平时,流过发光二极管的电流为零,使发光二极管不发光,Uo输出为高电平;所以光电耦合器件兼有反向及电平转换的作用。

4.2.2.3 功率驱动电路

采用达林顿晶体管阵列驱动器芯片,其适用于多路开关量中功率驱动电路。MC1416包含有七路开关量驱动器,每路驱动器的内部结构如图(4-4)。V1用于做输入端箝位,V2用于做输出端箝位,V3用做输出端箝位或感性负载的续流保护。其特性如下:


每路输出电流可达500mA但每一块双列直插式芯片总的输出电流不得超过2.5A;

输出截止时耐高压可达100V;

输入端可与多种TTL及CMOS电路兼容。

4.2.2.4 复位电路

本机提供了自动上电复位和人工复位两种选择。外部扩展I/O接口电路

等也需要复位,因此需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路可

以从图(4-5)中的P点处引出接到外部扩展I/O接口电路的复位端。

4.2.2.5 振荡电路

XTAL1和XTAL2,为片内振荡电路输入线,这两个端子用来外接石英晶和

微调电容,即用来连接8031片内OSC的定时反馈回路。如图(4-5)

石英晶体起振后,应能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波,以便使MCS-51

片内的OSC振荡电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常,OSC的输出时钟频

fOSC为0.5—16MHZ,典型值为12 MHZ或11.0592 MHZ。电容C1和C2可以

帮助起振,典型值为30pf,调节它们可以达到微调fOSC的目的。

4.2.2.6 选用的芯片及继电器

8031单片机,其引脚如图(4-5);单片微型计算机是微型计算机的一

个重要分支,也是一种非常活跃且颇具生命力的机种。单片微型机简称单片机,

特别适用于控制领域,故又称为微控制器;通常,单片机由单块集成电路芯片

构成,内部包含有计算机的基本功能部件:CPU,存储器和I/O接口电路等。

因此单片机只需要与适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机控制

系统。8031有40条引脚,共分为端口线,电源线和控制线三类。


端口线:8031共有四个并行I/O端口,每个端口都有8条端口线,用于传送

数据/地址。由于每个端口的结构各不相同,因此它们在功能和用途上的差别

颇大。P0.7-P0.0,8031带片外存储器,P0.7-P0.0在CPU访问片外存储器时先

是用于传送片外存储器的低8位地址,然后传送CPU对片外存储器的读写数据;

P1.7-P1.0,用于传送用户的输入/输出数据;P2.7-P2.0,第一它可以作为通

I/O使用;第二它可以用于输出片外存储器的高8位地址,共同选择片外存

储器单元;P3.7-P3.0,它可以用作通用I/O,还可以作控制用,每个引脚并

不完全相同;P3.0串行数据接收口,P3.1串行数据发送口,P3.2外中断0输

入,P3.3外中断1输入,P3.4计数器0计数输入,P3.5计数器1计数输入

P3.6外部RAM写选通信号,P3.7外部RAM读选通信号。

电源线:VCC为+5V电源线,VSS为接地线。

控制线:ALE/地址锁存允许/编程线,配合P0口引脚的第二功能使用。

在访问片外存储器时,8031CPU在P0.7-P0.0引脚线上输出片外存储器低8地

址同时还在ALE/线上输出一个高电位脉冲,其下降沿用于把这个片外

存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器,以便空出P0.7-P0.0引脚线去

传送随后而来的片外存储器读写数据。/VPP:允许访问片外存储器/编程

电源线。:片外ROM选通线,在执行访问片外ROM的指令MOVC时,8031

 

燕山大学毕业设计(论文)

 

自动在线上产生一个负脉冲,用于为片外ROM芯片的选通。其他情况下

 线均为高电平封锁。RST/VPD:复位/备用电源线可以使8031处于复

位状态。XTAL1和XTAL2:片内振荡电路输入线,这两的端子用来外接石英晶

体和微调电容。其电路见上所述。

外接ROM型号为27128,是紫外线光可擦洗的EPROM,其引脚如图(4-6),

它的容量为16KB;共28条引脚;

地址输入线A0-A13,27128的地址线应和MCS-51单片机的P2口和P0口相接,

用于传送单片机送来的地址编码信号,其中A13为最高位;

数据线:Q0-Q7,是双向数据总线,Q7为最高位。在正常工作时,Q0-Q7用于

传送从27128中读出的数据或代码;在编程方式时用于传送需要写入的编程代

码(即程序的机器码);

控制线:(3条)片选输入线:该输入线上用于控制本芯片是否工作,若给

上加一个高电平,则本芯片不工作;若给上加一个低电平,则选中本

片工作。编程输入线:该引线用于控制27128处于正常工作状态还是编

/校验状态。若给它输入一个TTL高电平,则27128处于正常的工作状态;

若给它输入一个50ms宽的负脉冲,则27128配合VPP引脚的21V高压可以处

于编程状态;允许输出线也是一条由用户控制的输入线,若给线

上输入一个TTL高电平,则数据线Q0-Q7处于高阻状态;若给线上输入一

TTL低电平,则Q0-Q7处于读出状态。

其他引脚线:VCC为+5V电源输入线,GND为直流地线。VPP为编程电源线,当

它接+5V时,27128处于正常工作状态;当VPP接21V电压时,27128处于编

/校验状态。擦除特性,27128存储阵列中的信息可以采用紫外光擦除,擦

除后存储代码为全“1”。27128在擦除时应先取下芯片中央小窗口上的贴纸,

然后用光源波长为2537埃和强度为1200的紫外光照射,照射时间为

1520min。这实际上就是使FAMOS管浮栅中的电子获得高能量,从而形成光

电流从浮置栅流入基片。27128中的信息擦除也不是很容易的,把27128放在

阳光下暴晒大约需要一星期才会擦干净,在普通荧光灯下需要三年才会擦除。

工作方式和编程:27128可以分为正常和编程两种工作方式。正常工作方式是

27128在它所应用系统中的工作方式,常分为读出和维持两种工作状态;编


程方式是指给27128写入程序时的工作方式,又可分为编程,禁止编程和校验

三种工作状态。27128的正常和编程方式是由VPP引线上的电源电压决定的;

VPP接+5V电源,则27128处于正常工作方式;若VPP接+12V电源,则27128

处于编程方式。读出和维持状态:这两种工作状态实际上是27128在正常工作

时的两种不可缺少的状态,因此VPP和VCC都必须接+5V电源。读出和维持状

态主要由上的电平决定的,若TTL低电平,则本芯片被选中工作,

数据线Q0-Q7上便可读出A0-A13上的地址码所决定存储单元中的程序代码;

上接TTL高电平,则本芯片不工作,处于维持状态,数据线Q0-Q7为高

阻,芯片的有效功耗也从读出状态时的100mA降到40mA。

编程和禁止状态:这两种状态都要求VPP接+12V电源(VCC接+5V)。编程和禁

止编程主要也是由上的电平决定的,若TTL低电平,则本芯片被选

中编程,数据线Q0-Q7上的程序代码便可在50ms宽负脉冲作用下写

入由A0A13决定的存储单元;若若上接TTL高电平(也为TTL高

电平),则本芯片处于禁止编程状态,数据线Q0-Q7处于高阻状态,隔断了它

27128内部总线的电气连接。因此,禁止编程状态实际上是前后两个存储单

元进行编程写入的一个间隙状态,即上两个50ms宽负脉冲的间隙期。

校验状态:校验状态要求VPP接+21V(VCC仍为+5V),TTL高电平。

此时,用户通过对27128的上电平的控制就可从存储阵列中读出编

程状态下刚写入的程序代码,以便与原写入程序代码进行比较,用于校验编程

的正确性。

外接RAM的型号为62128,其引脚如图(4-6),它的容量为16K8。其

各引脚的功能参见有关单片机的书。输入输出扩展口采用8255A进行扩展,以

8255A的A口,C口为输入口(各种按钮,行程开关,组合开关),B口为输出口(换向阀的电磁铁)地址锁存器采用74LS373芯片,它们的引脚如图(4-7);

反向器采用74LS04芯片继电器选用JJDM2-32电磁式继电器。其参数如下

工作电压12V;额定电流:保持 2A,接通2A,分断 0.2A;因此用一级功

率放大即可。它们之间的联接参见电气控制原理图。

 

 


 

 

 

 

 


4.3 本章小结

   本章主要对电气部分的各个芯片及主要组成部分进行了详细论述,介绍了电机的启动及控制,光电耦合部件,功率驱动电路,8031单片机,27128ROM芯片,62128RAM芯片,74LS04反向器,8255并行接口,通过它们的组合以及相应的输入控制元件(包括控制按钮,行程开关,组合开关以及时间继电器)构成整个硬件系统,通过开发控制程序来对液压机进行控制。能够实现液压机的规定动作。


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