2 需要进行刀具过载保护的机床的特点及主要工作

1. 不同规格的刀具所允许的切削载荷不同，多数刀具在破损时都还达不到主电机的额定功率。
2. 相同型号的机床，由于出厂日期不同，机床的传动效率也不同。所以，同品种同模数的刀具在不同的机床上加工，稳定切削时的主电机功率就不同,而且有的差别很大。
3. 由于刀具的材质和刃磨不同，而且不同厂家的刀具，其稳定切削时的主电机功率也有所差别。因此，每一刀具的稳定切削时的主电机功率，只能在特定的机床上，由操作人员根据当时的加工情况而定,不能预先给出某一刀具所对应的稳定切削时的主电机功率。

3 控制系统的硬件设计

图1 系统电路原理图
图2 不电耦合器驱动接口电路
图3 交流接触器接口
1. 报警接口电路设计
   单片机处理完数据后，发出控制信号控制外电路工作，开关型驱动接口中单片机控制输出的信号是开关量，有发光二极管驱动接口，光电耦合器驱动接口，液晶显示器驱动接口，晶闸管输出型驱动接口和继电器型驱动接口。控制扬声器采用的是晶闸管输出型光电耦合驱动接口。
   电路如图2 所示。晶闸管输出型光电耦合器的输出端是光敏晶闸管。当光电耦合器的输入端有一定的电流流入时，晶闸管导通。采用4N 40单相晶闸管输出型光电耦合器，当输入端有15-30mA的电流时输出端的晶闸管导通。输出端的额定电压为400V ,额定电流有效值为300mA。4N 40的6脚是输出晶闸管的控制端，不使用此端时，可对阴极接一电阻。所以，当8031的P1.0为低电平时，二极管导通，发光，触发晶闸管使其导通，扬声器报警。
2. 自动通车接口电路设计
   8031与自动停车电路间用的是交流电磁式接触器的功率接口。具体电路如图3 所示。
   交流接触器C 由双向晶闸管KS 驱动。光电耦合器MOC3041 的作用是触发双向晶闸管KS 以及隔离单片机系统和接触器系统。MOC3041 的输入端接7407，由单片机的P_1.1端控制。P_1.1输出低电平时，KS导通，接触器C吸合。P_1.1输出高电平时，KS关断，接触器C释放。MOC3041内部带有过零控制电路，因此KS 工作在过零触发方式。

4 控制系统的软件设计

1. 系统初始化程序
   系统上电复位后8031从地址000H开始执行程序，首先对系统初始化，完成设置栈指针，计数器/定时器工作方式，计数器/定时器初值，中断方式，软标志初态值设置以及内部和外部RAM 单元清零等工作。50H-7FH为堆栈区域，栈顶的位置由SP指示，初始化程序中SP 特殊功能寄存器写入60H。
   8031单片机提供了5个中断请求源，2个中断优先级，可实现两级中断服务嵌套。5个中断请求源为两个外部中断请求，两个片内定时器/计数器溢出中断和一个外部中断。这个外部中断是AD574转换结束后，通知8031CPU取数，CPU响应这一中断请求，暂停正在做的工作，保护好现场后去取数，将数放入数据存储器后再恢复现场，继续原来的工作。
2. 中断服务程序
   本系统的中断服务程序是T₀采样中断服务程序，另外还有一个AD574申请CPU取数的外部中断服务程序。前者主要完成模拟信号的采样，数据处理和报警停车等功能。它是本系统软件的核心部分。T₀中断服务程序主要由采样子程序SUM P，保护子程序PRO T等组成，其流程图如图5 所示:
   
   图5 T₀中断服务程序流程图
   系统响应T₀定时中断后，CPU执行了一条由中断系统提供的硬件LCALL指令，转向T₀中断服务程序入口，中断服务程序首先恢复T₀计数器初值，随后保护现场。现场保护完成以后进入信号采样阶段，即执行采样子程序，在采样完毕后调用A/D转换程序AD574将数据进行转换，其中还包括A/D转换的中断服务程序。采样和A/D 转换循环三次后，进入数字滤波程序，将中值(一个周期内三个采样点数值处于中间的值) 作为刀具稳定切削时的稳态值保存起来。继续调用采样子程序(内含数字滤波程序) ，又获得一个新的中值，在保护子程序内，新中值与稳态值进行比较，当大于某数时，系统发出自动停车信号切断主回路。其中，报警信号由8031 P_1.0位发出，停车信号由P_1.1位发出。
3. 保护子程序PRO T
   保护子程序就是将每次的数字滤波后留下的采样值与计算机最先保存的刀具稳定切削时的稳态值相比较，若采样值较稳态值大且两者的差值超过一定的裕度，则单片机清P_1.0位接通外电路，使扬声器发出报警信号; 若此差值更大，且大于更大的裕度时，则单片机P_1.1位发出信号，使外电路的交流接触器失电，从而切断主电路，实现自动停车。

5 结束语