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工业控制相关技术文章基于MCS-51单片机和步进电机实现锅炉筒壁孔加工控制系统的设计
1、前 言
为实现锅炉筒壁孔加工自动化而设计的数控系统，是以MCS-51单片机为控制核心、步进电机为驱动电机、机床大、小拖板为执行部件的两坐标开环控制系统。大拖板纵向移动以确定打孔位置，脉冲当量值为0.02mm/步，最大进给速度为5m/min。小拖板横向移动以实现刀具的快进和工进。系统具有点动对刀、自动加工、暂停和继续、急停报警、回零等主要功能。
2、 硬件结构与功能
系统硬件分布于一块控制主板和两块驱动板上。
在以8031单片机为主的控制主板上，扩展一片27256EPROM，用于存放系统软件，一片2764EPROM，用于固化经过调试的零件加工程序，一片带掉电保护的6264RAM，用于随机存储手工编辑的零件加工程序。另外扩展一片8255并行I/O口，其B口用于输出步进电机控制信号、C口和A口用于键盘和显示器接口。
主板上配置4×7个按键，其中0～F的十六进制数字键用于手工编辑加工程序时输入存储单元地址、工件号、加工指令等，其余功能键用作单片机复位、6264内存地址加1，减1，步进电机点动对刀、自动加工及刀具回零等。
6个8段LED数码管采用共阴极接法，动态显示数据。
根据对拖动力矩的实验分析，确定采用150BF003型步进电机驱动大拖板，采用110BF003型步进电机驱动小拖板。步进电机的各相绕组通电状态是由单片机通过数据总线送往8255的B口，经光电隔离后由驱动电路进行功率放大而实现的。驱动电源采用斩波电路，能提供接近矩形波的电流波形，在低频段输出稳定扭矩为0.85～0.9Tj（Tj为电机最大静态扭矩），系统带负载能力强，运行快速性好。
考虑系统运行的安全性，设置限位开关、手动暂停开关和手动急停开关，将信号接至单片机P1口，并采用三输入与非门74LS10，将其输出端作为中断源信号接至单片机INTO位。
系统原理框图如图1所示。
