自动对中装置的单片机控制系统设计 - 图文

本科毕业设计（论文）

自动对中装置的单片机控制

系统设计

杨雪

燕 山 大 学

2013年6月

本科毕业设计（论文）

自动对中装置的单片机控制

系统设计

学 院： 里仁学院 专 业： 自动化 学生姓名： 杨雪 学 号： 091203011154 指导教师： 杨景明 答辩日期： 2013年6月17日

燕山大学毕业设计（论文）任务书

学院：里仁学院 系级教学单位： 学 学生 专 业 091203011154 杨雪 计控1班 号 姓名 班 级 题目名称 自动对中装置的单片机控制系统设计 1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ √ ）； 题 目 题目性质 理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ） 2.管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ） 题目类型 1.毕业设计（ √ ） 2.论文（ ） 题目来源 科研课题（ √ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 1、 充分熟悉带材轧制工艺过程以及对对中装置系统的基本要求。 主 2、 设计单片机对中控制系统的外围接口电路。 要 3、 分析对中检测环节的工作原理、设计伺服放大器。 内 容 4、 设计单片机的外围电路、绘制单片机PCB模板。 ，A1电气图纸一张； 基 1、设计说明书一份（不少于50页）本 2、说明书条理清晰、文笔通顺，图形及文字符号符合国家现行标准； 要 3、说明书及图纸需经指导教师审核通过，并经专业教学主任签字。 求 参 1、板带轧机轧制过程及其控制方面的参考资料 考 2、模拟电子技术方面的书 资 料 3、PIC单片机方面的书及参考资料，液晶屏接口 4、DSP方面的书及参考资料 周 次 第 1～ 4周 第5 ～ 8周 应 完 成 的 内 容 1部分 2部分 第 9～12周 第13～16周 第17～18周 3部分 4部分 撰写论文，绘图 准备答辩 指导教师：杨景明 职称： 教授 2013年1月 4 日

系级教学单位审批： 年 月 日 摘要

摘要

本课题对带材类纠偏控制系统的一般工作原理进行了研究，设计了基于模拟量检测的自动对中装置单片机控制系统，即控制器的设计。 本课题主要内容归纳如下：

1、对纠偏控制系统的现状进行了研究，分析了当前国内外控制器的差别及如何改进国内纠偏控制性能的方法与措施。

2、应用点光源传播理论，分析了光透射方式下的偏移量与光生电信号的理论关系。

3、控制器的硬件设计采用PIC16F877单片机作中央处理器，并设计了控制器其它功能模块电路。该控制器提高了数据处理精度，并对偏移量进行实时显示，形象直观。

4、学习使用protel,并应用该软件完成图纸和PCB板的绘制。

本课题设计研究了卷材类通用的红外光电纠偏控制器，为实际工业设计与控制提供了一个理论实验平台，这对于提高国内纠偏控制水平有着重要的意义。

关键词：带材；纠偏控制；检边；光电传感器；自动对中；单片机；

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Abstract

Class on this topic strip correction control system generally works were studied, designed based on the automatic detection of analog devices in single-chip control system, namely the controller design. The main subject of the contents are summarized as follows:

1. the status of corrective control system has been studied to analyze the difference between the current domestic and foreign controllers and how to improve the performance of the domestic correction control methods and measures.

2. the application of point light propagation theory, analysis of the light transissive mode, the offset and photo-electric theory of relations.

3. the controller hardware design using PIC16F877 microcontroller as the central processor and other features designed controller module circuit. The controller improves the accuracy of data processing, and real-time display offset, visual image.

4. Learn to use protel, and apply the software to complete drawings and draw the PCB.

The paper has designed and researched the infrared photoelectric guiding controller，It has given out a theoretical experienced platform，which is very vital for proving the domestic controlling standards．

Keywords: Strip; correction control; inspection side; photoelectric sensor; automatically pair; SCM

II

目 录

摘要 .......................................... 错误！未定义书签。 Abstract ....................................... 错误！未定义书签。 第1章 绪论 ...................................................................... 错误！未定义书签。

1.1 课题背景 ............................................................ 错误！未定义书签。 1.1.1 国内外研究动态 ........................................ 错误！未定义书签。 1.1.2 题的依据和意义 ........................................ 错误！未定义书签。 1.2 文献综述 ............................................................ 错误！未定义书签。 第2章 纠偏控制系统的组成 ..................... 错误！未定义书签。

2.1 纠偏控制系统组成 ............................................ 错误！未定义书签。 2.2 计算机控制系统 ................................................ 错误！未定义书签。 2.3 伺服阀 ................................................................ 错误！未定义书签。 2.4 比例阀 ................................................................ 错误！未定义书签。 2.5 本章小结 ............................................................ 错误！未定义书签。 第3章 检测信号的确定 ......................... 错误！未定义书签。

3.1 国内纠偏控制器的现状 .................................... 错误！未定义书签。 3.2 纠偏传感器介绍 ................................................ 错误！未定义书签。 3.2.1 对中检测环节的工作原理 ........................ 错误！未定义书签。 3.2.2 传感器的确定 ............................................ 错误！未定义书签。 3.2.3 PLK188传感器 .......................................... 错误！未定义书签。 3.3 本章小结 ............................................................ 错误！未定义书签。 第4章 单片机的硬件设计 ....................... 错误！未定义书签。

4.1 单片机 ................................................................ 错误！未定义书签。 4.1.1 PIC16F877的摘要说明 .................................. 错误！未定义书签。 4.1.2 PIC16F877引脚功能 ..................................... 错误！未定义书签。 4.2 A/D转换器 ........................................................ 错误！未定义书签。 4.2.1 MAX197的概述 ........................................ 错误！未定义书签。 4.2.2 MAX197引脚功能 .................................... 错误！未定义书签。

III

4.2.3 功能框图 .....................................................错误！未定义书签。 4.2.4 应用指南 .....................................................错误！未定义书签。 4.3 D/A转换器 ..........................................................错误！未定义书签。 4.3.1 MAX531的概述 .........................................错误！未定义书签。 4.3.2 MAX531 引脚功能 ....................................错误！未定义书签。 4.3.3 功能框图 .....................................................错误！未定义书签。 4.4 液晶显示屏 .........................................................错误！未定义书签。 4.4.1 12864的概述 ..............................................错误！未定义书签。 4.4.2 12864引脚功能 ..........................................错误！未定义书签。 4.4.3 应用指南 .....................................................错误！未定义书签。 4.5 本章小结 .............................................................错误！未定义书签。 第5章 原理图 ................................. 错误！未定义书签。

5.1 稳压电源原理图 ........................错误！未定义书签。 5.1.1 稳压电源的参数要求 .................................错误！未定义书签。 5.1.2 稳压电源电路设计 .....................................错误！未定义书签。 5.2 PIC16F877最小系统 ..........................................错误！未定义书签。 5.3 纠偏控制器原理图的PCB板 ...........................错误！未定义书签。 5.4 本章小结 .............................................................错误！未定义书签。 结论 .......................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ...................................... 错误！未定义书签。 致谢 .......................................... 错误！未定义书签。 开题报告 文献综述 中期报告 附录

IV

第1章 绪论

第1章 绪论

1.1 课题背景

在带钢的生产、处理以及维护过程中，原材料是以钢卷的形式提供的,带材在传输中一般经过三个环节，即放卷环节、中间过程环节与收卷环节。因而，在上述的三个环节需要加以检测控制。由于金属钢卷是不规则的几何形状，因此在生产线上，钢带容易在导向辊上产生偏移，带材跑偏不仅使卷材不整齐，而且还会使机组无法进行正常生产。因此在带材生产线中需要各种纠偏控制装置，纠偏控制系统的作用就是将可能偏离轨道的带材，保持在设备的中心位置或是其正确位置上，由此减少对产品和生产设备的耗损，并且可以使带材在生产过程中平稳地运行，以确保带材生产高速、安全和提高生产率。

1.1.1 国内外研究动态

目前国外的纠偏控制系统主要有：意大利Re公司纠偏控制系统、美国FIFE公司卷材纠偏控制系统、德国BST纠偏导向系统、日本三桥公司纠偏控制系统等。

纠偏控制已经开始向数字化发展,液压技术同电子技术、控制技术的结合日益紧密,电液元件和系统的性能有了进一步的提高。电液伺服控制将在电子设备、控制策略、软件和材料方面取得更大的突破,主要包括以下几个方面：

(1)与电子技术、计算机技术融为一体。随着电子组件系统的集成,相应的电子组件接口和现场总线技术开始应用于电液系统的控制中,从而实现高水平的信息系统,该系统简化了控制环节、易于维护,提高液压系统的可控性能和诊断性能。

(2)更加注重节能增效。负荷传感系统和变频技术等新技术的应用将使效率大大提高。

(3)新型电液元件和一体化敏感元件将得到广泛研究和应用,如具有耐

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污染、高精度、高频响的直动型电液控制阀,液压变换器及电子油泵等的研究。

(4)计算机技术将广泛应用于电液控制系统的设计、建模、仿真试验和控制中。

1.1.2 题的依据和意义

与国外控制系统相比，我国自主研发的纠偏系统存在以下问题：缺少高速度高精度应用场合的传感器，部分传感器为直接模拟量检测，有速度无精度，部分数字传感器虽然精度达到要求但检测速度无法达到要求；对于追踪目标位印刷物上图像的这类传感器全部依靠进口；极少数控制器采用了数字系统，大多数控制采用模拟电路或比例阀。

国内外的差距制约着我国在纠偏控制系统方面的发展，本课题对带材类纠偏控制系统的一般工作原理进行了研究,设计了基于模拟量检测的红外光电控制器，为实际工业设计与控制减少成本提供了一个理论平台。

1.2 文献综述

目前应用于带材纠偏控制的系统根据应用的场合，使用对象而有以下几类：气动液压式控制（图1-1）、电子液压式控制（图1-2）、电子式控制（图1-3）。纠偏控制系统若应用于收卷和放卷装置时，当原材料卷筒体积与重量较大，通常使用液压式纠偏控制；相反，可使用直流电机式的纠偏控制。

电子式控制系统适用于纠偏控制重量较轻的物料，对较窄物料的纠偏控制效果更佳。采用电机控制，纠偏速度更快；对环境污染也较小；便于集成控制。气动液压式控制是采用气动式传感器，采用无接触式以冲击气压来检测物料边缘的位置。这种边缘传感器有两个装在一个叉形壳体同时彼此相对的狭长凹槽喷嘴所组成。当物料的边缘相对于所要求的位置由微小变化时(±O．1mm)，会产生一个模拟气压信号去推动控制单元内的气一液变换器而产生限流。气动液压式驱动器适用于物料重量较大的纠偏控制。

具体采用何种纠偏控制系统，需要根据控制要求以及周围的环境因素来

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