冲床自动保护系统设计(哈尔滨理工大学,自动化学院,黑龙江哈尔滨150080)摘要:为防止冲床在冲压工件过程中发生伤残事故,设计了一种自动保护系统。该系统硬件采用安全光幕和增量式编码器作为检测元件,以固态继电器作为执行元件,采用双PIC单片机的冗余结构。软件采用冗余设计,C语言编程,实现了系统的稳定性。该自动保护系统具有高可靠性,保证了在工厂恶劣环境下的安全运行。关键词:冲床;保护系统;双单片机;可靠性;安全光幕中图分类号:TP332.3文献标识码:B文章编号:1003-7241(2008)07-0027-03AnAutomaticProtectionSystemForPunchingMachineXILei,YOUBo(CollegeofAutomation.HarbinUniversityofScienceandTechnology,Harbin150080China)Abstract:Thispaperpresentsanautomaticprotectingsystemforpreventingtheaccidentsduringstamping.Alightscreenandanincrementalencoderareusedasthemeasuringelements,andaredundantstructurewithdualPICmcusisused.The1引言目前,许多企业在利用冲压方法生产时,仍沿用着简单的手工系统有红外线光电保护系统和白炽光电保护系统。由于光电式保护系统使用方便,对作业基本无干扰,故应用较广。本系统基于此原理设计。2.2整体方案设计作业。在这种情况下,如果冲压设备和模具没有安全防护系统,就极易发生伤手事故[1]。但据调查,在涉及冲压作业的现场中,各类冲压设备安装了保护系统的仅占少数。截止2004年底经政府部门监督和资助后,已经安装了防护系统的冲压设备仅占总数的6%,安全隐患依然十分严重[2]。所以,开发一种通用的、具有高可靠性的冲床保护系统已成为减少生产事故,提高生产效率的必然选择。本文介绍了一种基于双单片机和安全光幕的高可靠性冲床保护系统,该系统具有可靠性高、安装方便、操作简单等优点。图1系统整体方案原理图2系统整体方案2.1方案选择冲压设备的防护系统形式较多,按结构类型可分为机械式、感应式、光电式等。机械式和感应式防护系统结构简单、制造方便,但是对作业干扰较大,但该系统存在适应性差的缺点。光电式系统是由一套光幕与机械系统组合而成的,当操作者的手进入模具区内时,光束受阻,向滑块发出停止信号,从而达到滑块停止动作,不能下行的目的,保证了操作者的安全。光电保护本系统可分为控制电路和机械、传感部件两部分。控制电路主要由单片机、液晶显示器、键盘和接口电路组成;机械、传感部件包括编码器、光幕、控制按钮和安装架等。系统的可靠性是本设计的重要指标,所以本系统以两片单片机为控制器,用来实现系统自身状态的检测、外部传感部件的实时状态检测、外部设定值输入和运行状态显示等功能;工人的身体检测部分采用OMRON生产的F3SJ-A系列安全光幕来实现,该光幕的安全等级为4级,具有高可靠性及易于使用的特点;冲头位置收稿日期:2008-03-18TechniquesofAutomation&Applications|仪器仪表与检测技术InstrumentationandMeasurment《自动化技术与应用》2008年第27卷第8期主轴上的增量式光电编码器测得,编码器的高精度保证了对冲头位置的准确检测;系统的接口也是设计的重点,它既要保证输入、输出的可靠性,又要防止外部干扰的引入,这里采用安全继电器和光电隔离技术完成上述要求。系统整体方案原理如图1所示。路、电源电路、编码器信号防抖电路、输入电路、输出电路。4.1单片机控制电路这里,单片机选用Microchip公司的PIC16F系列,该单片机具有高抗干扰性、可靠性和较高的运行速度,能够保证系统性能的实现。同时,为了保证单片机系统的可靠运行,我们采用双单片机的冗余结构,两片单片机之间通过I/O口连接,用I/O口电平的定时变化实现实时相互检测。光幕的报警输入信号要求单片机能够及时响应,所以这里它的输入与单片机的外部中断引脚相连作为外部中断,当有物体穿过光束,光幕发出报警信号时,单片机外部中断引脚由低电平变为高电平,触发程序进入中断子程序对系统的状态作出及时判断。同时,单片机1完成系统状态显示、设置参数输入、限位状态检测等功能;单片机2实现编码器状态检测[3][4]。两块单片机互检电路如图3所示。3工作原理冲床分开始、停止和微动三种状态,当按动开始按钮后,冲头就会随主轴的转动而上下往复运动,工人在冲床的两侧...