机械设备智能化数显仪表的开发研制

　　一、前言

　　数字显示技术以前只是用于旧机床的改造。如今,作为一种与机械设备配套的专用电器,数显技术正在受到重视并且得到日益广泛的应用。

　　由于电子技术与信息技术的发展,已经有越来越多的新型机械设备配备了各种专用的显示和控制仪表。这些仪表的功能包括:

　　显示功能:显示设备工艺参数与运行状态。

　　控制功能:与其他电器一起对设备的运行进行控制。有些数显仪表可由集中监控系统通过通讯接口进行控制。

　　检测功能:检测各种异常状态并发出报警与停机控制信号。

　　通信功能:将本台设备的运行信息通过通信接口送出,以适应集中监控的需要。

　　智能化的数显仪表已经不仅仅用于机械加工设备,而是广泛应用于轻工、化工、食品、纺织、造纸、医药等行业的机械设备中。本文以纺织机械为例,介绍了作者所研制的一种多功能数显仪表的设计。

　　二、系统要求与总体设计

　　花式线纺机是纺织机械中的一个门类,主要用于各种花式线的生产。而花式线属于特种纱,一般为小批量多品种生产。由于经常变换产品类型和型号,很需要一种数显仪表能够对当前的生产参数进行监控并进行产量统计。

　　通常这种数显仪表采用与纺机有关罗拉(roller)转速成正比的脉冲信号作为输入。对这些信号进行换算后可以得到有关的工艺参数。根据输出罗拉的转速可以进行累加以得到产量。另外还可以设定一个计数终值,当产量达到这一数值时便发出一个控制信号,用于报警和停止机器运行。根据以上功能对该数显仪表的设计要求为:

　　1·显示功能:输出速度、锭子转速、捻度、牵伸比、计数值与产量。

　　2·修改设定参数:若干按键用于修改有关的比例系数与设定参数,故障复位与清除。

　　3·控制输出:计数值达到设定值时输出一个强电触点信号。

　　4·通讯功能:将本机的有关信息通过串行通讯接口送出。

　　5·数据保存功能:掉电后有关数据应能自动保存,以便开机后调入运行。该数显仪表的面板布局设计如图1所示。

　　该仪表开机后的初始状态为显示锭子转速,按选择键可以轮流显示其他参数,上面的一排对应的指示灯会相应点亮以指示对应的参数。若无键按下,则20秒后自动返回初始状态。通过特定的组合按键,可以进入一个系数设定状态,以对有关的比例系数和设定参数进行设定。

　　三、系统硬件设计

　　智能仪表普遍采用单片机为核心,本文作者所设计的数显仪表的输入信号为脉冲信号,因此很适宜使用单片机上的定时器/计数器进行处理。综合考虑各种技术要求,该数显仪表采用89C52单片机作为CPU。该单片机与MCS-51系列的单片机产品兼容。具有8K内部可在线重复编程的快闪擦写存储器,存储数据保持时间为10年;程序存储器具有3级加密保护。工作电压范围为2·7~6V;时钟频率可为0~16MHz;256字节的内部RAM;3个定时器/计数器,正好用于输入脉冲信号的测量。能够满足所设计的数显仪表的需求。