CN100565396C

CN100565396C - 轧花机自动控制系统

Info

Publication number: CN100565396C
Application number: CNB2007101148608A
Authority: CN
Inventors: 左敬东; 左振
Original assignee: ANHUI TIANYUAN COTTON MACHINERY AUTOMATION RESEARCH Co Ltd
Current assignee: Anhui Province Zhenyu Machinery Automation Co., Ltd.
Priority date: 2007-11-25
Filing date: 2007-11-25
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2027-11-25
Also published as: CN101201602A

Abstract

本发明属于棉花加工机械领域，涉及一种轧花机自动控制系统。该系统由主控单片机电路、传感器、电流监控电路、变频器、继电器、参数设定与运行中参数显示电路组成，由参数设定与运行中参数显示电路对轧花机系统运行的主要参数的工作极限或范围值进行设定和实时显示运行状况，由传感器和电机电流监测电路对运行的主要参数进行实时监控，并把监测值输入给主控单片机电路，主控单片机电路在内部程序的控制下将这些传感信号值、监测值与相应的运行参数设定值进行比较，输出相应的控制信号给轧花机的变频器或相应的继电器控制相应电动机的工作。本发明是一种操作方便，对轧花机系统有智能保护功能，控制灵敏的轧花机自动控制系统。

Description

轧花机自动控制系统

所属技术领域

本发明属于棉花加工机械领域，涉及一种轧花机自动控制系统。

技术背景

目前在棉花加工行业轧花机控制及保护系统普遍采用传统的继电器控制。由于在整体控制中自动化程度太低，没有监控、自动联锁、智能保护等功能。在操作中不但劳动强度大，而且不易及时发现问题，造成故障严重影响生产。其主要问题是如下几点：(1)清花刺辊经常由于皮带打滑或喂花不均等原因造成堵塞，不但会造成排杂网及排杂板变形，而且清理特别困难，严重影响生产。(2)加工的籽棉由于收购或存放等原因一致性差，在正常工作中如突然进入棉箱的籽棉回潮率过高，操作工又不能及时发现，造成籽棉卷停转，锯片摩擦力增大，摩擦起火，有时甚至会烧坏毛刷及下位机尘网等附件。(3)在喂花量调节方面，不能根据加工籽棉品级、回潮率设置所需调节参数来改变喂花调节量，经常由于调节不灵敏，造成堵塞或者摩擦力增大出现火警。(4)由于电机电流过大，经常烧坏电机，特别是开合箱微型电机，有时电流过大不能及时停电，造成电机烧坏，更换困难，影响生产。(5)不能反映台时生产量和设置限制最高产量，给生产中统计、维修、更换、保养带来不便。有的厂在轧花整个系统中采用触摸屏和PLC操作中增加模拟量输入输出模块来解决，但是造价太高，对单一的轧花机控制使用是不现实的。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作方便，对运行中的主要参数有监控功能，对轧花机系统有智能保护功能的轧花机自动控制系统。

本发明所提供的轧花机自动控制系统由主控单片机电路、外故障传感器、检测皮清给棉轴转速传感器、检测清花刺辊转速传感器、开箱传感器、合箱传感器、检测棉箱棉量传感器、检测籽棉回潮率传感器、皮清刺辊电机电流监控电路、皮清给棉电机电流监控电路、轧花锯轴电机电流监控电路、清花刺辊电机电流监控电路、开合箱电机电流监控电路、变频器、皮清刺辊电机继电器、皮清给棉电机继电器、轧花锯轴电机继电器、清花刺辊电机继电器、开箱继电器、合箱继电器、参数设定与运行中参数显示电路组成，由参数设定与运行中参数显示电路对皮清给棉轴转速、清花刺辊转速、籽棉回潮率、台时产量的工作极限值进行设定，设定皮清刺辊电机、皮清给棉电机、轧花锯轴电机、清花刺辊电机、开合箱电机的电流值范围及喂花量范围，并将这些设定值输入至主控单片机电路内，由检测棉箱棉量传感器、外故障传感器、开箱传感器、合箱传感器、检测皮清给棉轴转速传感器、检测清花刺辊转速传感器、检测籽棉回潮率传感器将实时检测到的棉箱棉量、外故障信号、开箱信号、合箱信号、皮清给棉轴转速、清花刺辊转速及籽棉回潮率输入主控单片机电路，由变频器将变频器的控制电压信号或故障信号输给主控单片机，由皮清刺辊电机、皮清给棉电机、轧花锯轴电机、清花刺辊电机、开合箱电机的电流监控电路对运行中的皮清刺辊电机、皮清给棉电机、轧花锯轴电机、清花刺辊电机、开合箱电机的电流进行实时监控，并把监测值输入主控单片机电路，在程序的控制下主控单片机电路将变频器的控制电压及轧花锯轴电机电流换算成台时产量及喂花量的实时监测值，并将它们与其它实时监测值发送给参数设定与运行中参数显示电路显示，同时，将这些实时监测值与存入主控单片机内相应的运行参数设定值进行比较，输出相应的控制信号给轧花机的变频器和相应的继电器控制变频器和相应电动机的工作。

本发明所提供的轧花机自动控制系统采用了传感技术和单片机技术对轧花机系统运行中的主要参数进行监控，对轧花机外部设备的故障、控制喂花机工作的变频器故障都进行了监测，当轧花机系统外的配套设备发生故障或变频器发生故障时，都有相应的信号输送至主控单片机电路，接到这些信号后，主控单片机电路就会向变频器发出控制信号，控制喂花电动机的工作避免事故。由检测棉箱棉量传感器对棉箱中的棉量进行监测，当棉箱中无棉量输出时，主控单片机电路在内部程序的控制下，向变频器发出控制信号，停止变频器、喂花电动机的工作，同时启动开箱继电器打开箱门进行检查，当检测到棉箱中有棉量输出时系统恢复正常运行。该轧花机自动控制系统设置了对皮清给棉轴转速及清花刺辊转速的监测传感器，当所监测的转速小于设定值时，主控单片机电路发出故障信号，同时发出控制信号，停止相应的继电器和电动机的工作，启动开箱继电器，开箱检查故障，故障排除后，在主控单片机的控制下系统再恢复正常工作。该自动控制系统还设置了监测籽棉回潮率的传感器，对籽棉回潮率进行实时监测，当主控单片机电路接到的籽棉回潮率监测值高于设定值时，发出报警信号，并向变频器输出控制信号停止喂花电动机的工作，同时启动开箱继电器打开箱门。避免因加工的籽棉一致性差，在正常工作中如突然进入棉箱的籽棉回潮率过高，操作工又不能及时发现时，造成籽棉卷停转，锯片摩擦力增大，摩擦起火，甚至会烧坏毛刷及下位机尘网等附件的恶劣事故发生。该自动控制系统还设置了对皮清刺辊电机电流、皮清给棉电机电流、轧花锯轴电机电流、清花刺辊电机电流、开合箱电机电流的监测电路，当主控单片机电路接到某个电机的电流监测值不在设定范围内时，主控单片机电路就会输出相应的控制信号停止该电机的继电器、输出相应的控制信号停止变频器和喂花电机的工作，启动开箱继电器，进行检查，排除故障后系统再恢复正常工作，主控单片机还可对轧花系统的喂花量、台时产量进行监控，当喂花量大于设定值时，主控单片机可输出相应的控制电压自动调节喂花量；当台时产量小于设定值时，系统正常运行，台时产量等于设定值时，主控单片机向变频器发出报警信号，并输出信号控制台时产量，如在规定的时间内不能有效地降低台时产量，主控单片机电路输出控制信号停止变频器、喂花电动机，并打开箱门，避免事故

本发明所提供的轧花机自动控制系统采用了传感技术和单片机技术对轧花机系统运行中的主要参数进行监控，对轧花机外部设备的故障、控制喂花机工作的变频器故障都进行了监测，可以方便地对运行中的主要参数进行设定，并有监控功能，当轧花机工作系统出现异常现象时轧花机自动控制系统会及时输出控制信号避免事故的发生。从以上分析可知本发明是一种操作方便，对运行中的主要参数有监控功能，对轧花机系统有智能保护功能，控制灵敏的轧花机自动控制系统。

附图说明

图1为本发明所提供的轧花机自动控制系统的原理方框图；

图2为轧花机自动控制系统中主控单片机电路的电路原理图；

图3为轧花机自动控制系统中参数设定与运行中参数显示电路一的电路原理图；

图4为轧花机自动控制系统中参数设定与运行中参数显示电路二的电路原理图；

图5为回潮率传感器的电路原理图；

图6为轧花机自动控制系统的控制主程序框图；

图7为轧花机自动控制系统的转速监控子程序框图；

图8为轧花机自动控制系统的外部故障、变频器故障、开合箱监控子程序框图；

图9为轧花机自动控制系统的电机电流、回潮率、产量监控子程序框图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的实施。由图1可知本发明所提供的轧花机控制系统由主控单片机电路、外故障传感器、检测皮清给棉轴转速传感器、检测清花刺辊转速传感器、开箱传感器、合箱传感器、检测棉箱棉量传感器、检测籽棉回潮率传感器、皮清刺辊电机电流监控电路、皮清给棉电机电流监控电路、轧花锯轴电机电流监控电路、清花刺辊电机电流监控电路、开合箱电机电流监控电路、变频器、皮清刺辊电机继电器、皮清给棉电机继电器、轧花锯轴电机继电器、清花刺辊电机继电器、开箱继电器、合箱继电器、参数设定与运行中参数显示电路组成，主控单片机电路的输入接外故障传感器、检测皮清给棉轴转速传感器、检测清花刺辊转速传感器、开箱传感器、合箱传感器、检测棉箱棉量传感器、检测籽棉回潮率传感器、皮清刺辊电机电流监控电路、皮清给棉电机电流监控电路、轧花锯轴电机电流监控电路、清花刺辊电机电流监控电路、开合箱电机电流监控电路、参数设定运行中参数显示电路及变频器，主控单片机电路的输出接参数设定与运行中参数显示电路、变频器、皮清刺辊电机继电器、皮清给棉电机继电器、轧花锯轴电机继电器、清花刺辊电机继电器、开箱继电器、合箱继电器。

图2为轧花机自动控制系统中主控单片机电路的电路原理图。所述的主控单片机电路由主控单片机IC₆、IC₁₀，通讯接口电路IC₇、IC₁₁，级联移位寄存器IC₈、IC₉与级联移位寄存器IC₁₄、IC₁₅组成，主控单片机IC₆中P2口的两位P_2.6、P_2.7，P1口的三位P_1.2、P_1.5、P_1.6，分别接主控单片机IC₁₀中P2口的两位P_2.1、P_2.0，P1口的三位，P_1.7、P_1.5、P_1.4，移位寄存器IC₈的串行输入端SER接主控单片机IC₆中P2口的一位P_2.5，移位寄存器IC₁₄的串行输入端SER接主控单片机IC₁₀中P1口的一位P_1.2，移位寄存器IC₈的数据输出端O₃-O₇接主控单片机IC₁₀中P2口的两位P_2.6、P_2.7，P3口的一位P_3.7及P1口的两位P_1.0、P_1.1；移位寄存器IC₉的数据输出端O₂-O₆接主控单片机IC₁₀中P2口的两位P_2.5、P_2.4，P3口的三位P_3.5、P_3.4、P_3.3。

所述的检测籽棉回潮率传感器S₇接主控单片机IC₆中A/D输入口P_1.7，检测棉箱棉量传感器、开箱传感器、合箱传感器、检测皮清给棉轴转速传感器、检测清花刺辊转速传感器、外故障传感器S₆-S₁的输出通过光耦合器V₁-V₆分别接主控单片机IC₆中P2口的一位P_2.3，P1口的两位P_1.6、P_1.5，P3口的三位P_3.2、P_3.3、P_3.4。所述的皮清刺辊电机电流监测电路由互感器BL₁、整流运放A₁、A₂构成，皮清给棉电机电流监测电路由互感器BL₂、整流运放A₃、A₄构成，轧花锯轴电机电流监测电路由互感器BL₃、整流运放A₅、A₆构成，清花刺辊电机电流监测电路由互感器BL₄、整流运放A₇、A₈构成，开合箱电机电流监测电路由互感器BL₅、整流运放A₉、A₁₀构成，这些电机电流监控电路的输出依次分别接主控单片机IC₆中P1口的五位P_1.0-P_1.4，它们都是主控单片机IC₆的A/D转换器输入口。主控单片机IC₆中P3口的一位P_3.7通过反相器IC₁₂、运放A₁₁、A₁₂接变频器的外接电位器可调输入端F₈，变频器的外接电位器可调输入端F₈还与主控单片机IC₁₀中P1口的一位P_2.1相接，变频器的故障信号输出端F₅、F₁通过光耦合器V₁₃、V₁₄接主控单片机IC₆中P2口的一位P_2.1，主控单片机电路中移位寄存器IC₈的信号输出端O₀通过光耦合器V₂₆、三极管VT₂接变频器的复位继电器IK₂，主控单片机电路中移位寄存器IC₉的信号输出端O₀通过光耦合器V₂₅、三极管VT₁接变频器的起停继电器IK₁。所述的清花刺辊电机继电器IK₃、IK₄、IK₅，皮清给棉电机继电器IK₆，轧花锯轴电机继电器IK₇、IK₈、IK₉，清花刺辊电机继电器IK₁₀，开箱、合箱继电器IK₁₁、IK₁₂分别通过三极管VT₃-VT₁₂、光耦合器V₁₅-V₂₄接主控单片机电路中移位寄存器IC₁₄的信号输出端O₂-O₇及移位寄存器IC₁₅的信号输出端O₁-O₄，在继电器IK₃-IK₁₂上分别并接报警指示发光二极管LED₁₄-LED₂₃。

图3为轧花机自动控制系统中参数设定与运行中参数显示电路一的电路原理图。由图可知：由按键SQ₁-SQ₂₄、单片机IC₁₆、级联移位寄存器IC₁₇-IC₂₁、数码管LD₁-LD₂₄及通讯接口电路IC₂₂构成了参数设定与运行中参数显示电路一，按键SQ₁-SQ₈、SQ₉-SQ₁₆、SQ₁₇-SQ₂₄接单片机IC₁₆中P1口的八位P_1.0-P_1.7，单片机IC₁₆通过其通讯接口电路IC₂₂与图2中主控单片机IC₆的通讯接口电路IC₇相接。

图4为轧花机自动控制系统中参数设定与运行中参数显示电路二的电路原理图。由图可知：由按键SQ₂₅-SQ₃₉、单片机IC₂₃、级联移位寄存器IC₂₄-IC₂₇、数码管LD₂₅-LD₃₆及通讯接口电路IC₂₈构成了参数设定与运行中参数显示电路二，按键SQ₂₅-SQ₂₉、SQ₃₀-SQ₃₄、SQ₃₅-SQ₃₉接单片机IC₂₃中P1口的五位P_1.4-P_1.0，单片机IC₂₃通过其通讯接口电路IC₂₈与图2中主控单片机IC₁₀的通讯接口电路IC₁₁相接。

参见图6-图9，图6为轧花机自动控制系统的控制主程序框图，图7-图9为子程序。这些程序存在主控单片机IC₆与IC₁₀的存储器内。系统开通后，在程序的控制下轧花机自动控制系统对系统内的设备有序地开展监控工作。

下面结合附图进一步说明本发明所提供的轧花机自动控制系统的工作原理：系统开通后，首先由参数设定与运行中参数显示电路一、二对运行主要参数进行设定。参见图3、图4，参数设定与运行中参数显示电路一中由按键SQ₁-SQ₈对皮清给棉转速、清花刺辊转速、皮清刺辊电机电流、皮清给棉电机电流、清花刺辊电机电流、轧花锯轴电机电流、籽棉回潮率及台时产量进行设置，将设定值输入单片机IC₁₆，单片机IC₁₆通过其通讯接口电路IC₂₂与主控单片机IC₆的通讯接口电路IC₇，将这些数据传送给主控单片机IC₆，存入其内的存储器，按键SQ₉-SQ₁₆依次为清花刺辊、皮清给棉、轧花锯轴、清花刺辊继电器启、停按键，按键SQ₁₇、SQ₁₈分别为开箱、合箱继电器按键，按键SQ₁₉、SQ₂₀为手动调节产量升、降按键，其余按键为备用按键。参数设定与运行中参数显示电路二中由按键SQ₂₅、SQ₂₆对轧花锯轴电机电流、喂花量进行设置，将设定值输入单片机IC₂₃，单片机IC₂₃通过其通讯接口电路IC₂₈与主控单片机IC₁₀的通讯接口电路IC₁₁，将这些数据传送给主控单片机IC₁₀存入其内的存储器，按键SQ₂₇-SQ₃₄依次为皮清刺辊、皮清给棉、轧花锯轴、清花刺辊继电器启、停按键，按键SQ₃₅、SQ₃₆分别为开箱、合箱继电器按键，按键SQ₃₇、SQ₃₈为手动调节产量升、降按键，其余按键为备用按键。参数设定后，系统进入监控程序，监控程序依次为转速监控子程序、棉箱棉量、外部故障、变频器故障、开合箱控制、电机电流、回潮率、产量监控等子程序。

转速监控：检测皮清给棉轴转速传感器S₂、检测清花刺辊转速传感器S₃的监测信号通过光耦合器V₅、V₄从主控单片机IC₆外中断0、1端口P_3.3、P_3.2送入主控单片机电路。当所监测的皮清给棉轴转速、清花刺辊转速大于设定值时主控单片机电路发出正常运行信号，轧花机系统维持正常运行；当所监测的皮清给棉轴转速或清花刺辊转速小于设定值时，主控单片机电路通过移位寄存器IC₁₄的输出端O₅或移位寄存器IC₁₅的输出端O₂输出故障控制信号点亮故障信号指示灯LED₁₇或故障信号指示灯LED₂₁停止皮清给棉电机继电器IK₆或清花刺辊电机继电器IK₁₀，同时，从移位寄存器IC₁₅的输出端O₃输出故障控制信号点亮故障信号指示灯LED₂₂启动开箱继电器IK₁₁，打开箱门，待故障排除后，在主控单片机电路的控制下，轧花机系统恢复正常运行。

棉箱棉量监测：检测棉箱棉量传感器S₆的传感信号通过光耦合器V₁从主控单片机IC₆一输入口P_2.3送入主控单片机电路。当所监测的棉箱中有棉量时，系统正常运行，当棉箱中无棉量时，主控单片机电路中移位寄存器IC₉的信号输出端O₀通过光耦合器V₂₅、三极管VT₁输出报警信号点亮发光二极管LED₁₂，同时向变频器的起停继电器IK₁发出控制信号，停止变频器的输出，停止喂花电动机，同时，输出故障控制信号点亮故障信号指示灯LED₂₂启动开箱继电器IK₁₁，打开箱门。当故障排除后，棉箱中有棉量时，在主控单片机电路的控制下，轧花机系统恢复正常运行。

外故障、变频器故障的监测：主控单片机对轧花机系统外的配套设备发生的故障或变频器发生故障都能进行监测，外故障传感器S₁的信号从主控单片机IC₆一输入口P_3.4送入主控单片机电路，从变频器的故障信号输出端F₅输出的变频器故障信号通过光电耦合器V₁₃、V₁₄从主控单片机IC₆的一个输入口P_2.1送入主控单片机电路，主控单片机电路接到这些信号后，经主控单片机电路中移位寄存器IC₉的信号输出端O₀通过光耦合器V₂₅、三极管VT₁向变频器的起停继电器IK₁发出控制信号，停止变频器、停止喂花电动机的工作，同时启动开箱继电器打开箱门，延时10秒后，主控单片机电路经移位寄存器IC₈的信号输出端O₀通过光耦合器V₂₆、三极管VT₂向变频器的复位继电器IK₂输出复位信号，变频器复位，喂花电动机恢复工作。当主控单片机IC₆中P1口的一位P_1.6接到合箱传感器S₅通过光耦合器V₂发来的合箱门信号时，单片机软件时钟计时。当主控单片机IC₆中A/D输入口P_1.5接到开箱传感器S₄通过光耦合器V₃发来的开箱门信号时，主控单片机停止计时，当再次合箱时主控单片机再恢复计时，同时，主控单片机IC₆将此信号通过主控单片机IC₁₀及其通讯接口电路传递给参数设定与运行显示电路二中的单片机IC₂₃累计合箱时间并驱动其显示电路显示。

电流监控：皮清刺辊电机电流监控电路、皮清给棉电机电流监控电路、清花刺辊电机电流监控电路、开合箱电机电流监控电路的输出整流运放A₂、A₄、A₈、A₁₀依次分别接主控单片机IC₆的A/D转换器输入口P_1.0、P_1.1、P_1.3、P_1.4，这些电机电流监测电路监测值经主控单片机内部A/D转换器根据各电流互感器变比计算出十进制监测电流值，一方面主控单片机IC₆通过其通讯接口电路IC₇将这些监测电流值送至参数设定与运行中参数显示电路一中显示；同时主控单片机将这些监测值与相应的电机电流设定值进行比较，当皮清刺辊电机电流、皮清给棉电机电流、清花刺辊电机电流、开合箱电机电流的监测值在所设定的范围内，系统正常运行，当皮清刺辊电机电流监测值在所设定的范围外连续5秒后，主控单片机电路发出故障信号，同时主控单片机电路中移位寄存器IC₁₄的信号输出端O₂-O₅通过光电耦合器V₁₅-V₁₈发出控制信号停止皮清刺辊电机继电器IK₃、IK₄、IK₅和皮清给棉电机继电器IK₆，主控单片机电路中移位寄存器IC₉的信号输出端O₀通过光耦合器V₂₅、三极管VT₁向变频器的起停继电器IK₁发控制信号停止变频器、喂花电动机，启动开箱继电器。当皮清给棉电机电流监测值在所设定的范围外连续5秒后，主控单片机电路发出故障信号，主控单片机电路中移位寄存器IC₁₄的信号输出端O₅通过光电耦合器V₁₈发出控制信号停止皮给棉电机继电器IK₆，主控单片机电路中移位寄存器IC₉的信号输出端O₀通过光耦合器V₂₅、三极管VT₁向变频器的起停继电器IK₁发控制信号停止变频器、喂花电动机，启动开箱继电器。当清花刺辊电机电流监测值在所设定的范围外连续5秒后，主控单片机电路发出故障信号，主控单片机电路中移位寄存器IC₁₅的信号输出端O₂通过光电耦合器V₂₂发出控制信号停止清花刺辊电机继电器IK₁₀，主控单片机电路中移位寄存器IC₉的信号输出端O₀通过光耦合器V₂₅、三极管VT₁向变频器的起停继电器IK₁发控制信号停止变频器、喂花电动机，启动开箱继电器。当开合箱电机电流监测值在所设定的范围外连续5秒后，主控单片机电路发出故障信号，主控单片机电路中移位寄存器IC₉的信号输出端O₀通过光耦合器V₂₅、三极管VT₁向变频器的起停继电器IK₁发控制信号停止变频器、喂花电动机，停止开箱、合箱继电器，停止开合箱电机。

轧花锯轴电机电流与喂花量监测：轧花锯轴电机电流监测电路的输出信号从运算放大器A₆进入主控单片机IC₆的A/D转换器输入口P_1.2，经主控单片机内部A/D转换器根据电流互感器变比计算出十进制监测电流值，主控单片机电路根据轧花锯轴电机电流的变化自动调整喂花量采用比例积分PID算法，计算出喂花量，并分别和轧花锯轴电机电流、喂花量设定值进行比较，使其稳定在设定值范围内。其原理是：(说明：喂花量是根据加工籽棉的品级和回潮率及生产出皮棉品级情况确定的，通过操作面板产量升降按键调整到需要值。加工产量相同，如果籽棉的品级和回潮率不同锯轴电机工作电流也会不同，相同产量品级高和回潮率低的籽棉，锯轴电机工作电流小，品级低和回潮率高的籽棉锯轴电机工作电流相应大。)在正常工作状态下轧花锯轴电机电流都小于其设定值，但是由于籽棉的品级和回潮率一致性差或人为调整喂花量过大时，会使轧花锯轴电机电流过大，当电流大于设定值时主控单片机电路通过内部比例积分PID算法对主控单片机IC₆中PWM输出口P_3.7的输出电压进行调节，通过反相器IC₁₂、运放A₁₁、A₁₂输出控制变频器的频率来控制喂花电机转速减少喂花量，使其达到稳定在设定值范围内。避免因喂花量不均造成堵塞或者摩擦力增大出现火警。当轧花锯轴电机电流监测值在所设定的范围外连续5秒后，主控单片机电路发出故障信号，主控单片机电路中移位寄存器IC₁₄的信号输出端O₆、O₇移位寄存器IC₁₅的信号输出端O₁通过光电耦合器V₁₉、V₂₀、V₂₁发出控制信号停止轧花锯轴电机继电器IK₇、IK₈、IK₉，主控单片机电路中移位寄存器IC₉的信号输出端O₀通过光耦合器V₂₅、三极管VT₁向变频器的起停继电器IK₁发控制信号停止变频器、喂花电动机，启动开箱继电器IK₁₁。

回潮率监控：图5所示为回潮率传感器的电路原理图。由图可知：回潮率传感器S₇由装在棉箱内的回潮率探头S_7a和由整流运放A₁₃、A₁₄及其外围电阻、电容、晶体管VT1a构成的变送器组成，进入轧花机的籽棉经过棉箱里的回潮率探头，由于进入棉箱的籽棉含水率不同(即电阻率不同)，会在变送器输入端产生变化的电压，变化的电压经整流运放A₁₃、A₁₄放大后，经三极管VT1a变为电流输出(为减少远程传输干扰)，变送器输出电流经与其输出端相接的电阻R₃产生压降，变为相应电压值进入主控单片机IC₆的A/D转换器输入口P_1.7进入主控单片机IC₆，主控单片机将回潮率监测值与设定值比较，当监测值小于设定值，系统正常运行，当监测值大于设定值，主控单片机电路中移位寄存器IC₉的信号输出端O₀通过光耦合器V₂₅、三极管VT₁向变频器的起停继电器IK₁发控制信号停止变频器、喂花电动机，启动开箱继电器。

轧花产量监控：因为轧花机轧花产量取决于喂花辊转速，而喂花辊转速又取决于变频器外接电位器输入端F₈、F₉间的控制电压，外接电位器输入端F₈、F₉间的控制电压由主控单片机IC₆的PWM输出口P_3.7输出电压所控制，所以只要改变主控单片机IC₆的PWM输出口P_3.7输出电压就可以改变喂花辊转速从而改变轧花产量。由变频器外接电位器的可调端F₈向主控单片机IC₁₀中P1口的A/D输入口P_1.6输送变频器的控制电压信号，主控单片机IC₆内部A/D转换器根据该控制电压信号与喂花转速关系计算出十进制产量值，通过主控单片机IC₆、IC₁₀通讯接口电路IC₇、IC₁₁及参数设定与运行中参数显示电路一、二中单片机IC₁₆、IC₂₃的通讯接口电路IC₂₂、IC₂₈与单片机IC₁₆、IC₂₃通讯，参数设定与运行中参数显示电路一、二将十进制产量值显示出来，同时，主控单片机电路将实时监测的产量监测值与产量设定值进行比较，当产量监测值小于产量设定值时，系统正常运行，产量监测值较低时，操作人员还可以按参数设定与运行中参数显示电路一、二中的产量上升键，参数设定与运行中参数显示电路一、二中的单片机IC₁₆、IC₂₃通过其通讯接口IC₂₂、IC₂₈将信号传递给主控单片机电路，主控单片机IC₆的PWM输出口P_3.7输出电压增加，通过反相器IC₁₂、整流运放A₁₁、A₁₂进入变频器的外接电位器可调端F₈，增加外接电位器输入端F₈、F₉间的电压，从而增加产量，当产量监测值等于产量设定值时，发出报警信号，此时再按产量上升键不起作用。由于目前各厂生产的轧花机没有产量限制装置，而加工不同品级及水分的籽棉要求在不同的产量范围内生产，如超出产量范围将严重影响加工质量，大部分厂在生产中都采用按件记资，所以在生产中操作工很难在要求的产量范围内生产。本系统在生产前可根据轧花要求设定最高限值(质检员设定修改限值需输入密码)，当生产中调整产量大于设定最高限值时，输出产量报警，指示灯闪烁，操作工按参数设定与运行参数显示电路一或二中的手动降产量键，参数设定与运行参数显示电路一或二中的单片机IC₁₆、IC₂₃通过其通讯接口IC₂₂、IC₂₈将此信号传递给主控单片机电路，主控单片机IC₆的PWM输出口P_3.7输出电压降低并通过反相器IC₁₂、整流运放A₁₁、A₁₂向变频器的外接电位器可调端F₈发送信号，降低变频器外接电位器输入端F₈、F₉间的电压，从而降低产量，如操作工在5秒内不能将产量调整小于限值的话，将自动打开箱门，停止轧花。本发明还可以很方便地统计累计锯轴工作时间，当轧花机合箱轧花时，合箱传感器输出12V电压使光电耦合器导通，单片机软件时钟计时。由于轧花机工作中经常开、合箱门，在原来没有计时系统情况下，很难统计每班或全年轧花工作时间，给生产统计更换锯片、保养等带来不便。该计时装置可通过按键清零，显示每班计时或随意计时，另外可通过按键查看累及计时，可通过查看累及计时对轧花锯片清洗、更换，各部件保养提供依据，计时数据掉电不丢失。

本发明所提供的轧花机自动控制系统采用了传感技术和单片机技术对轧花机系统运行中的主要参数进行监控，对轧花机外部设备的故障、变频器故障都进行了监测，可以方便地对运行中的主要参数进行设定、监控，当轧花机系统出现异常现象时，本发明会及时输出控制信号避免事故的发生，对系统有智能保护功能。主控单片机电路中主控单片机IC₆、IC₁₀采用了89C5410高速、低功耗单片机，单片机内设有8路A/D转换器，因此，进入主控单片机电路的模拟信号可直接从这八路A/D转换器输入口进入。由于主控单片机IC₆中P2口的两位、P1口的三位分别接主控单片机IC₁₀中P2口的两位、P1口的三位，做到了两个单片机IC₆、IC₁₀的输入信号共有，输出信号也可统一调度，主控单片机也可采用一个功能强大、管脚足够多的单片机。主控单片机电路中的四个级联移位寄存器IC₈、IC₉、IC₁₄、IC₁₅采用74HC595，主控单片机电路发送的各种控制信号就从这四个级联移位寄存器的数据输出端输出。进、出主控单片机电路的强、弱电信号之间都采用光电耦合器P521隔离，避免了强、弱电信号间的干扰。本发明设置了两个参数设定与运行参数显示电路分别设置在总操作台和轧花机机身上，使操作更为方便。两个参数设定与运行参数显示电路由两个单片机IC₁₆、IC₂₃通过它们的通讯接口电路与主控单片机电路进行通讯，将所设置的运行参数设定值或设定范围传送给主控单片机，主控单片机通过其通讯接口电路将传感器输送的传感信号、监测电路输送的监测值传递给两个参数设定与运行参数显示电路，实时显示系统的运行情况。单片机IC₁₆、IC₂₃分别采用STC89C52、89C5410，单片机、级联移位寄存器、数码管及通讯接口电路构成了运行参数显示电路，参数设定与运行参数显示电路一、二中的级联移位寄存器IC₁₇-IC₂₁、IC₂₄-IC₂₇采用74HC595数码管LD₁-LD₃₆采用SM4105通讯接口电路IC₂₂、IC₂₈采用RS485。为便于操作工对运行参数进行手动调节，还设置了一些手动调节按键。检测棉箱棉量传感器S₆采用红外传感器放在棉箱底部，检测皮清给棉轴转速传感器S₂与检测清花刺辊转速传感器S₃采用NPN型接近开关分别安装在皮清给棉轴、清花刺辊的附近。开箱、合箱传感器S₄、S₅采用行程开关。外故障传感器S₁由外部配套设备的继电器担任，轧花机外部配套设备发生故障时，由配套设备的继电器向主控单片机电路发送开关信号。

本发明所提供的轧花机自动控制系统采用了传感技术和单片机技术对轧花机系统运行中的主要参数进行监控，对轧花机外部设备的故障、控制喂花机工作的变频器故障都进行了监测，可以方便地对运行中的主要参数进行设定，并有监控功能，当轧花机工作系统出现异常现象时轧花机自动控制系统会及时输出控制信号避免事故的发生。从以上分析可知本发明是一种操作方便，对主要运行参数有监控功能，对轧花机系统有智能保护功能，控制灵敏的轧花机自动控制系统。

Claims

1、一种轧花机自动控制系统，其特征在于该控制系统由主控单片机电路、外故障传感器、检测皮清给棉轴转速传感器、检测清花刺辊转速传感器、开箱传感器、合箱传感器、检测棉箱棉量传感器、检测籽棉回潮率传感器、皮清刺辊电机电流监控电路、皮清给棉电机电流监控电路、轧花锯轴电机电流监控电路、清花刺辊电机电流监控电路、开合箱电机电流监控电路、变频器、皮清刺辊电机继电器、皮清给棉电机继电器、轧花锯轴电机继电器、清花刺辊电机继电器、开箱继电器、合箱继电器、参数设定与运行中参数显示电路组成，由参数设定与运行中参数显示电路对皮清给棉轴转速、清花刺辊转速、籽棉回潮率、台时产量的工作极限值进行设定，设定皮清刺辊电机、皮清给棉电机、轧花锯轴电机、清花刺辊电机、开合箱电机的电流值范围及喂花量范围，并将这些设定值输入至主控单片机电路内，由检测棉箱棉量传感器、外故障传感器、开箱传感器、合箱传感器、检测皮清给棉轴转速传感器、检测清花刺辊转速传感器、检测籽棉回潮率传感器将实时检测到的棉箱棉量、外故障信号、开箱信号、合箱信号、皮清给棉轴转速、清花刺辊转速及籽棉回潮率输入主控单片机电路，由变频器将变频器的控制电压信号或故障信号输入主控单片机，由皮清刺辊电机、皮清给棉电机、轧花锯轴电机、清花刺辊电机、开合箱电机的电流监控电路对运行中的皮清刺辊电机、皮清给棉电机、轧花锯轴电机、清花刺辊电机、开合箱电机的电流进行实时监控，并把监测值输入主控单片机电路，在程序的控制下主控单片机电路将变频器的控制电压及轧花锯轴电机电流换算成台时产量及喂花量的实时监测值，并将它们与皮清刺辊电机电流、皮清给棉电机电流、清花刺辊电机电流、开合箱电机电流的实时监测值发送给参数设定与运行中参数显示电路显示，同时，将这些实时监测值与存入主控单片机内相应的运行参数设定值进行比较，输出相应的控制信号给轧花机的变频器和相应的继电器控制变频器和相应电动机的工作。