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基于單片機控制的塑料管材自動切割系統(tǒng)研究
  瀏覽次數(shù):9365  發(fā)布時間:2020年04月14日 14:48:16
[導(dǎo)讀] 針對塑料管材切割過程,提出一種基于單片機控制的自動切割同時進行校驗的技術(shù)研究方案。該方案主要基于單片機程序進行切割動作的控制,以紅外傳感為輔助判斷切割動作是否完成,從而保證切割動作正常執(zhí)行。實驗結(jié)果表明:該自動切割系統(tǒng)很好地滿足了切割過程的需求,保證了切割動作的準確度和精確度,對于塑料管材自動切割技術(shù)的研究有一定指導(dǎo)意義。
 田延娟
山東電子職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東 濟南 250014

摘 要:針對塑料管材切割過程,提出一種基于單片機控制的自動切割同時進行校驗的技術(shù)研究方案。該方案主要基于單片機程序進行切割動作的控制,以紅外傳感為輔助判斷切割動作是否完成,從而保證切割動作正常執(zhí)行。實驗結(jié)果表明:該自動切割系統(tǒng)很好地滿足了切割過程的需求,保證了切割動作的準確度和精確度,對于塑料管材自動切割技術(shù)的研究有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞: 單片機;塑料管材;紅外傳感;自動切割

隨著塑料工業(yè)的持續(xù)發(fā)展,人們對于塑料產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求,而隨著城市化步伐的加快,對于塑料產(chǎn)品的需求也日益增長[1-3]。為此,我國塑料制品行業(yè)不斷進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、優(yōu)化和轉(zhuǎn)型,呈現(xiàn)出蒸蒸日上的發(fā)展趨勢,但與發(fā)達國家相比,我國塑料制品生產(chǎn)企業(yè)的制造工藝、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量仍然存在一定差距,這些問題有待于進一 步解決,以提高我國塑料企業(yè)的持續(xù)競爭力。塑料管材是塑料產(chǎn)品的重要組成部分,其制造工藝的發(fā) 

展對于塑料行業(yè)非常重要。而塑料管材制造中的一個重要環(huán)節(jié)就是管材切割,它屬于管材制造的最后一個環(huán)節(jié),直接關(guān)乎產(chǎn)品的外觀和精度[4-5]。本研究提出了一種基于單片機控制的自動切割(同時進行校驗)技術(shù)方案,該方案的切割動作通過單片機程序進行控制,同時以紅外傳感為輔助判斷切割動作是否完成,從而保證切割動作的正常執(zhí)行[6-8]。

1 系統(tǒng)設(shè)計
1.1 設(shè)計思路

本研究選用易于操作和編程的單片機為系統(tǒng)控制核心,以紅外傳感技術(shù)為檢測方式,通過液晶 屏與報警裝置的搭配使用實現(xiàn)對自動切割過程的狀態(tài)判斷顯示[9-10]。該自動切割系統(tǒng)的設(shè)計原理為:(1)根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計需求,使用單片機進行編程,控制切割工具進行切割;(2)切割動作完成之后,單片機根據(jù)傳回的紅外傳感信號進行動作判斷并在液晶 屏顯示,若切割正常則發(fā)出指令控制生產(chǎn)線繼續(xù)運 行,并進行下一次切割動作,若不正常則進行報警。 系統(tǒng)框圖設(shè)計如圖1所示。

1.2 硬件設(shè)計
本設(shè)計的硬件選型分析包括紅外傳感、單片機、切割電機、液晶屏及報警裝置。紅外傳感主要用于對切割元件切割處判斷是否切割完成,選取型號為QT30CM的對射式光電開關(guān)紅外傳感器(NPN 三線常開型),其工作電壓(直流)為5 V,無遮擋時輸出信號為低電平,加1 kΩ上拉電阻即可與單片機進行通信,滿足系統(tǒng)設(shè)計需求[11-13];單片機選取宏晶公司STC15W4K32S4系列單片機,具有大容量、 高速度、低功耗的優(yōu)點,且采用了高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC),其性能完全符合系統(tǒng)設(shè)計需求[14-15];切割工具通常采用高功率電機,由于切割精確度的設(shè)計要求,本研究將選取小型步進電機進行設(shè)計,該電機型號為57BYG250B,輸出力矩1.2 N·m、輸出電流3 A,其功率能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計需求[16];報警裝置選取高電平信號觸發(fā)繼電器來模擬報警;液晶屏主要用來顯示切割動作的狀態(tài),本設(shè)計選取LCD12864液晶顯示屏,其具有操作簡單、控制方便的特點,滿足系統(tǒng)設(shè)計需求[17-18]。

1.3 工作流程設(shè)計
硬件選型后,對系統(tǒng)工作流程進行設(shè)計(如圖2所示):(1)啟動系統(tǒng),單片機開始工作,連接于單片機輸入端的對射式紅外傳感器向單片機持續(xù)傳送信號,單片機程序根據(jù)紅外傳感信號判斷工件是否就位(即起始端是否到達切割開始位置),判斷正常后開始切割動作;(2)根據(jù)對射式紅外傳感信號判斷切割動作完成度,當接收到所有傳感器(安裝于工件上下處)的低電平信號時,表明工件切割完成; 
(3)每完成一次切割動作,單片機即通過液晶屏對當前狀態(tài)進行顯示,同時進行一次計數(shù),并判斷整個管材是否切割完成,在此過程中若出現(xiàn)切割異常情況,則會啟動報警裝置。


2 實驗設(shè)計及結(jié)果分析
2.1 實驗設(shè)計
在硬件選型與系統(tǒng)流程設(shè)計之后,將進行實驗平臺搭建設(shè)計。由于實驗條件的限制,將選取直徑分別為20、32、40、50 mm的4種家用塑料PVC管材進行系統(tǒng)可靠性驗證(傳感器組數(shù)根據(jù)直徑分別設(shè)為3、4、5、6);同時每種管材需設(shè)置不同的截取長度,從而通過所獲數(shù)據(jù)對切割系統(tǒng)的精確度進行驗證。

2.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性測試與數(shù)據(jù)分析
將每組實驗的管材長度均統(tǒng)一為2 m,且進行5種截取長度設(shè)置,分別為10、20、40、50、100 cm。由于各組實驗的管材截取長度及管材直徑均不相同,故需對程序進行不斷修正,從而驗證不同情況下的系統(tǒng)可靠程度,結(jié)果如表1~表4所示。 

由表1數(shù)據(jù)可知,對于直徑20 mm的管材,系統(tǒng)計數(shù)值與理論計數(shù)值完全一致,而系統(tǒng)認定的切割完整(數(shù)量)與人眼觀察的結(jié)果存在一定差異。

表1

由表2數(shù)據(jù)可知,對于直徑32 mm的管材,系統(tǒng)計數(shù)值與理論計數(shù)值完全一致,而系統(tǒng)認定的切割完整與人眼觀察結(jié)果亦存在一定差異,且該差異比表1更大。

表2

由表3數(shù)據(jù)可知,對于直徑40 mm的管材,系統(tǒng)計數(shù)值與理論計數(shù)值完全一致,系統(tǒng)認定的切割完整與人眼觀察結(jié)果存在一定差異,而該差異比表1、表2更大。

表3

由表4數(shù)據(jù)可知,對于直徑50 mm的管材,系統(tǒng)計數(shù)值與理論計數(shù)值完全一致,系統(tǒng)認定的切割完整與人眼觀察結(jié)果存在一定差異,而該差異比表1、表2、表3更大。

表4
 
以上4組實驗中,系統(tǒng)對次數(shù)的認定與理論次數(shù)相同,但系統(tǒng)認定的切割完整數(shù)量要高于人眼觀察的結(jié)果。隨著管徑的增加,系統(tǒng)認定的切割完整量與人眼觀察結(jié)果的差值明顯增大;隨著切割次數(shù)的增加(即切割長度減小),系統(tǒng)認定的切割完整量與人眼觀察結(jié)果的差值明顯增大。實驗數(shù)據(jù)證明,系統(tǒng)的判斷明顯優(yōu)于人眼觀察,且系統(tǒng)認定準確率很高,滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)論
本設(shè)計的自動切割系統(tǒng)能夠滿足塑料管材切割過程的需求,其切割動作具有良好的準確度和精確度,對塑料管材自動切割技術(shù)研究有一定參考意義。

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