[科普中国]-农用机械浇注机回转速度控制系统设计

1  系统硬件设计 1.1  输入电路用光电耦合电路作为外界与单片机间的绝缘，平时单片机的输入引脚经电阻器R接至5V;当所连接的按钮开关SW闭合（导电）时，光电耦合器内部的LED发光而使光敏晶体管TR导电，因此使单片机的输入引脚为逻辑“0”。这种接法的优点是万一外界电路错，也不会烧坏单片机。1.2  D/A芯片的选取及电路DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。运算放大器输出的模拟量V0为：输出的模拟量 与输入的数字量成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。1.3  输出电路光电耦合可以传输线性信号，也可以传输开关信号，在输出级应用时主要用来传递开关信号。单片机输出控制信号送入光耦，其中R1为光耦输出晶体管的负载电阻，它必须保证：在光耦导通时，其输出晶体管可靠饱和；而在光耦截止时，Q1可靠饱和。在本设计中一共有九个输出单元模块，它们分别于单片机的PC0~PC7和PB7连接，用来控制液压伺服系统的电液比例阀的动作。2  液压系统改造通过对该农用机械浇注机的工艺以及铸件铸型结构的分析，可将倾转浇注过程分为六段（总行程为0°～90°），同时各行程段角度范围和运动时间可调，每段过程匀速回转，且各段运动衔接时不出现冲击现象。用电液比例控制阀来代替传统的电磁换向阀和调速阀，它既能控制液流流向，又能控制流量大小。再配合单片机控制技术，不仅提高了农用机械浇注机工作过程的平稳性，而且提高了浇铸速度的控制精度，实现了农用机械浇注机的无级调速，满足了对复杂铝合金铸件高质量、高效率生产的要求。实验证明，电液比例方向阀在农用机械浇注机液压系统倾转缸速度控制中能达到良好的效果，完全符合预期要求，提高了铸件质量。3  系统软件设计当农用机械浇注机开始浇铸前，农用机械浇注机处于直立状态，根据上图可以计算出初始状态的各个位移量；当农用机械浇注机每倾转15°时，分别在图中画出对应的线段，利用三角形的几何关系可以分别计算出不同分段内的液压缸的位移量。如初始位置和最终位置的计算可以列出下列等式：OB==7BC==10通过测量可得到：BF=6.82   BE=7.05从上面的表格可以看出，当倾转角度在0°～90°内时液压缸内的位移的变化呈现出一定的规律，同时在不同的角度段内其电压值成比例变化，从而实现了对倾转速度的匀速控制。另外为了提高铸件的质量对不同段内的速度进行控制，可以通过按键输入来实现。总的来讲，此农用机械浇注机利用单片机控制系统计脉冲数对倾转缸的角度进行判断并反馈到单片机进行计算，输出信号送至电液比例阀，从而控制液压系统中倾转缸的回转角度，达到最终对浇铸过程的连续多工位匀速控制。编辑：张珂审核专家：山西省农科院研究所研究员 姚宏亮