全自动塑料管材热熔焊接机控制器的设计
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制定。
Ｕ Ｓ Ｂ 主机控 制器和打 印机等 。人机交互 由键盘 和显示模块组成 。 Ｃ Ｐ Ｕ作为 系统 的控制核 心将统筹 以上所 有部 件，实现焊接机整体的功能 。
个嵌 入 式 多任务实时操作系统 ，该操作系统构 思 巧妙 ，结构 简洁 精练 ，被广 泛用 于各种 控 制 系统 中。ｕ Ｃ ／ Ｏ ｓ — Ｉ Ｉ 体 系中包括 多任 务的管 理 、中断 与时钟控制机制和任务 间的 同步与通 信等 ，使应用程序设计人 员节省 了大量的开发 时间，而且完善 了软件 系统的结构 ，也提高 了 系统的可靠性 。 图２ 为焊接机控制 器的软件 系统框图 。本 系统使用７ 个任务 ，任务之 间通过 Ｏ Ｓ 的消息机 制 来通信协调 ，每个任务又有来 自 子程序库的 支持，从而完成整个系统的软件设计 。
关键词
热 熔 焊接 ；Ａ Ｍ ；ｕ Ｉ Ｃ ／ Ｏ ｓ ｉ ｉ ， Ｕ ｓ Ｂ
１课题背景及研究意义
在 天然气输 送 塑料 管道 铺设过 程 中，对 于主 、支干线管材 管径较大 （ Ｄ≥１ １ ０ ａｍ） ｒ 的塑 料管材连接主要 采用热熔焊接方法。 目前 ，国外一 些厂家采 用 了高 性能 的工 业控制计算机和触摸屏显示器 ，生产 了自动化 程 度较高 的焊 接机 。但是 ，这 些设 备造价 昂 贵 ，难于在 国内推广 。有些则体积庞大 ，不利 于现场施 工。而 且这些设备不支持Ｕ盘转存数 据等。 随 着 国内市场 的需求 逐渐 增大 ，国内一 些机械生产厂家也开始生产塑料管材热熔焊接 的产 品。但是 ，这些设备缺乏高性能控制器的 支持 ，焊接过程未能实现全程 自 动化 ，也没有 人性化 的操作界面 ，更 不能对焊接数据进行有 效 的管理 。 由于 国内 尚无同类 的全 自动塑料管 材焊 接机设备 ，因此 ，本课题所研 究的全 自 动热熔 焊接机将 添补 国内这一领域 的空白，对 国内的 基础设施建设有着积极的作用。
功能。
图 ２ ． 系统软件体系 ４ ． ２各部分子程序的实现 １ ）图形接 口子程序库 ，提供对液 晶操 作 的一系列应用程序接 口，如显示字符 ，显示汉 字 ，几何 操作 （ 显示 直线 和矩 形 ）、菜单 操 作 、波形显示 以及文本显示等 。 ２ ）工程应 用子程序库 ，主要完成焊 接机 的关键控制程序 ，这部分程 序是焊接机功能的 最基本实现 ，主要对几４ － Ｎ接时的重要参数进 ， 行识别或确定 、对操作过程的 引导及压力 曲线
显示 。
２系统分析及总体设计
２ ． １ 热熔焊接原理 热熔焊接 （ Ｂ ｕ ｔ ｔ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ）是 Ｐ Ｅ 管道系统 中最常用的焊 接方式 ，它是 在两管的两个端 面 间 ，插入一 个加 热板 （ Ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ － Ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ），在 压 力的作用下 ，使两管的端面变成熔 融状态 ，然 后再撤走加热板 ，使两管的端面接合 ， 并 在压 力的作用下冷却。热熔焊接可以实现高抗 拉 陛 能的无缝连接 。 ２ ． ２ 热熔焊接机工作过程及系统分析 热熔 焊接 机的工 作过程 包括管 材端面 的 铣削 、拖动压力辨识 、管材端面的加热 （ 预热
Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ８ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ３ ． １ ４ ． ０ ９ ３
全自动塑料管材热熔焊接机控制器的设计
刘文源 广 东省 粤 东 商 贸技 工 学校
摘 要 本课题 针 对国内 目前尚无全 自动的塑料 管热熔 焊接 机 的情 况 ， 采用高性 能的Ａ Ｉ Ｍ ７ 控制 器及 嵌 入式操作 系 统ｕ ｃ ／ ０ ｓ Ｈ ，实现焊接过程的全 自动 化 ；该设备实现 了大容量焊接 数据存 储 ，记录 打 印，Ｕ Ｓ Ｂ 转存 等功 能 ；论 文提 出 了 Ｐ Ｅ 管材 热 焊接 的工 艺管理概念 ，将推 动 国内相关标准的
ｌ Ｌ １ Ｉ Ｉ
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品 ｌ ㈠ ’ １ ｌБайду номын сангаасｌ Ｉ
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Ｊ
图１系统结构框图
３系统硬件设计
３ ． １ 主要 器件选型 本 系 统 的 ＣＰＵ 采 用 飞 利 浦 公 司 的 Ｌ Ｐ Ｃ ２ １ ３ Ｘ 系列ＡＲ Ｍ７ 控制 器，Ｌ Ｐ Ｃ ２ １ ３ Ｘ 集成了 丰富的外设接 口及功能部件。本系统中 ，使用 其 中的５ 路Ａ Ｄ 采集各种模拟输入 ；１ 路Ｄ Ａ 用于 控制 比例伺服 阀 ；Ｉ ２ Ｃ 总线 挂接一个数据 存储 器 ；Ｕ Ａ Ｒ Ｔ１ 驱动 串行 打印机 ；Ｒ Ｔ Ｃ 作 为系统 Ｅ ｔ 期时钟管理 。因此 ，采用Ｌ Ｐ Ｃ ２ １ ３ Ｘ 控制器 ， 最大 限度地压缩 了本系统的 电路结构 ，减少 了 本 系统硬件 电路的设计工作量及硬件成本 。 显示模块 可采 用单 色点阵 图形液 晶显示 器 ，为 了更好 的 支持个性 化 的操作 界面 ，可 选 择带点操 作功能 的Ｔ ６ ９ ６ ３ Ｃ 控 制器 的液晶模 块 。根据需求 ，分辨率为２ ４ ｏ ｘ ６ ４ 可满足 中英文 显示要求 。 预期 设计 系统 管理焊 接记 录需 １ ０ ０ ０ 条以 上 。按每 条记录 ３ ２ 个字节来算 ，所需的存储器 的大小大 约需３ ２ ０ ０ ０ 字节 以上 。因此 ，可选用 Ｉ ２ Ｃ 接 口的串￣ － Ｅ Ｅ Ｐ Ｒ Ｏ ＭＡ Ｔ ２ ４ Ｃ ２ ５ ６ 。 ＵＳ Ｂ 主机控制器采用Ｃ ｙ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ 公 司 的 Ｓ Ｌ ８ １ １ ＨＳ ，Ｓ Ｌ ８ １ １ Ｈ Ｓ 实现 了Ｕ Ｓ Ｂ 主机结构的接 口层 的功 能 ，支持 Ｕ Ｓ Ｂ １ ． １ 协议 ，片上集成 了 Ｓ Ｉ Ｅ 、Ｕ Ｓ Ｂ 收发器和２ ５ ６ 字节的Ｓ Ｒ Ａ Ｍ，还具 有 硬件 自动产生帧起 始包ｓ Ｏ Ｆ ７ ｆ ｌ Ｃ Ｒ Ｒ５ ／ １ ６ ￣， ， 的
Ｕ Ｓ Ｂ 主机控 制器和打 印机等 。人机交互 由键盘 和显示模块组成 。 Ｃ Ｐ Ｕ作为 系统 的控制核 心将统筹 以上所 有部 件，实现焊接机整体的功能 。
个嵌 入 式 多任务实时操作系统 ，该操作系统构 思 巧妙 ，结构 简洁 精练 ，被广 泛用 于各种 控 制 系统 中。ｕ Ｃ ／ Ｏ ｓ — Ｉ Ｉ 体 系中包括 多任 务的管 理 、中断 与时钟控制机制和任务 间的 同步与通 信等 ，使应用程序设计人 员节省 了大量的开发 时间，而且完善 了软件 系统的结构 ，也提高 了 系统的可靠性 。 图２ 为焊接机控制 器的软件 系统框图 。本 系统使用７ 个任务 ，任务之 间通过 Ｏ Ｓ 的消息机 制 来通信协调 ，每个任务又有来 自 子程序库的 支持，从而完成整个系统的软件设计 。
关键词
热 熔 焊接 ；Ａ Ｍ ；ｕ Ｉ Ｃ ／ Ｏ ｓ ｉ ｉ ， Ｕ ｓ Ｂ
１课题背景及研究意义
在 天然气输 送 塑料 管道 铺设过 程 中，对 于主 、支干线管材 管径较大 （ Ｄ≥１ １ ０ ａｍ） ｒ 的塑 料管材连接主要 采用热熔焊接方法。 目前 ，国外一 些厂家采 用 了高 性能 的工 业控制计算机和触摸屏显示器 ，生产 了自动化 程 度较高 的焊 接机 。但是 ，这 些设 备造价 昂 贵 ，难于在 国内推广 。有些则体积庞大 ，不利 于现场施 工。而 且这些设备不支持Ｕ盘转存数 据等。 随 着 国内市场 的需求 逐渐 增大 ，国内一 些机械生产厂家也开始生产塑料管材热熔焊接 的产 品。但是 ，这些设备缺乏高性能控制器的 支持 ，焊接过程未能实现全程 自 动化 ，也没有 人性化 的操作界面 ，更 不能对焊接数据进行有 效 的管理 。 由于 国内 尚无同类 的全 自动塑料管 材焊 接机设备 ，因此 ，本课题所研 究的全 自 动热熔 焊接机将 添补 国内这一领域 的空白，对 国内的 基础设施建设有着积极的作用。
功能。
图 ２ ． 系统软件体系 ４ ． ２各部分子程序的实现 １ ）图形接 口子程序库 ，提供对液 晶操 作 的一系列应用程序接 口，如显示字符 ，显示汉 字 ，几何 操作 （ 显示 直线 和矩 形 ）、菜单 操 作 、波形显示 以及文本显示等 。 ２ ）工程应 用子程序库 ，主要完成焊 接机 的关键控制程序 ，这部分程 序是焊接机功能的 最基本实现 ，主要对几４ － Ｎ接时的重要参数进 ， 行识别或确定 、对操作过程的 引导及压力 曲线
显示 。
２系统分析及总体设计
２ ． １ 热熔焊接原理 热熔焊接 （ Ｂ ｕ ｔ ｔ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ）是 Ｐ Ｅ 管道系统 中最常用的焊 接方式 ，它是 在两管的两个端 面 间 ，插入一 个加 热板 （ Ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ － Ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ），在 压 力的作用下 ，使两管的端面变成熔 融状态 ，然 后再撤走加热板 ，使两管的端面接合 ， 并 在压 力的作用下冷却。热熔焊接可以实现高抗 拉 陛 能的无缝连接 。 ２ ． ２ 热熔焊接机工作过程及系统分析 热熔 焊接 机的工 作过程 包括管 材端面 的 铣削 、拖动压力辨识 、管材端面的加热 （ 预热
Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ８ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ３ ． １ ４ ． ０ ９ ３
全自动塑料管材热熔焊接机控制器的设计
刘文源 广 东省 粤 东 商 贸技 工 学校
摘 要 本课题 针 对国内 目前尚无全 自动的塑料 管热熔 焊接 机 的情 况 ， 采用高性 能的Ａ Ｉ Ｍ ７ 控制 器及 嵌 入式操作 系 统ｕ ｃ ／ ０ ｓ Ｈ ，实现焊接过程的全 自动 化 ；该设备实现 了大容量焊接 数据存 储 ，记录 打 印，Ｕ Ｓ Ｂ 转存 等功 能 ；论 文提 出 了 Ｐ Ｅ 管材 热 焊接 的工 艺管理概念 ，将推 动 国内相关标准的
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图１系统结构框图
３系统硬件设计
３ ． １ 主要 器件选型 本 系 统 的 ＣＰＵ 采 用 飞 利 浦 公 司 的 Ｌ Ｐ Ｃ ２ １ ３ Ｘ 系列ＡＲ Ｍ７ 控制 器，Ｌ Ｐ Ｃ ２ １ ３ Ｘ 集成了 丰富的外设接 口及功能部件。本系统中 ，使用 其 中的５ 路Ａ Ｄ 采集各种模拟输入 ；１ 路Ｄ Ａ 用于 控制 比例伺服 阀 ；Ｉ ２ Ｃ 总线 挂接一个数据 存储 器 ；Ｕ Ａ Ｒ Ｔ１ 驱动 串行 打印机 ；Ｒ Ｔ Ｃ 作 为系统 Ｅ ｔ 期时钟管理 。因此 ，采用Ｌ Ｐ Ｃ ２ １ ３ Ｘ 控制器 ， 最大 限度地压缩 了本系统的 电路结构 ，减少 了 本 系统硬件 电路的设计工作量及硬件成本 。 显示模块 可采 用单 色点阵 图形液 晶显示 器 ，为 了更好 的 支持个性 化 的操作 界面 ，可 选 择带点操 作功能 的Ｔ ６ ９ ６ ３ Ｃ 控 制器 的液晶模 块 。根据需求 ，分辨率为２ ４ ｏ ｘ ６ ４ 可满足 中英文 显示要求 。 预期 设计 系统 管理焊 接记 录需 １ ０ ０ ０ 条以 上 。按每 条记录 ３ ２ 个字节来算 ，所需的存储器 的大小大 约需３ ２ ０ ０ ０ 字节 以上 。因此 ，可选用 Ｉ ２ Ｃ 接 口的串￣ － Ｅ Ｅ Ｐ Ｒ Ｏ ＭＡ Ｔ ２ ４ Ｃ ２ ５ ６ 。 ＵＳ Ｂ 主机控制器采用Ｃ ｙ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ 公 司 的 Ｓ Ｌ ８ １ １ ＨＳ ，Ｓ Ｌ ８ １ １ Ｈ Ｓ 实现 了Ｕ Ｓ Ｂ 主机结构的接 口层 的功 能 ，支持 Ｕ Ｓ Ｂ １ ． １ 协议 ，片上集成 了 Ｓ Ｉ Ｅ 、Ｕ Ｓ Ｂ 收发器和２ ５ ６ 字节的Ｓ Ｒ Ａ Ｍ，还具 有 硬件 自动产生帧起 始包ｓ Ｏ Ｆ ７ ｆ ｌ Ｃ Ｒ Ｒ５ ／ １ ６ ￣， ， 的