CN101402260A - 棉花打包机节能控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于棉花加工领域中的棉花打包机节能控制装置。该装置由外部启停输入电路、液压泵驱动电机电流检测电路、单片机电路、控制输出电路、显示屏、按键、电源电路组成。由按键将液压泵驱动电机互感器变比、额定电流值和运行电流值的范围输入给单片机电路，由电流检测电路对液压泵驱动电机运行电流值进行实时检测，并将检测值输送给单片机电路，单片机电路在程序的控制下进行处理、分析，通过控制输出电路控制液压泵驱动电机继电器的工作，从而使液压泵驱动电机空载时自动进入星形运行，使电机线圈绕组电压降低，减少磁通感应电流，提高功率因数和电机运行效率，降低有功电耗达到节能目的。

Description

棉花打包机节能控制装置

所属技术领域

本发明属于棉花加工领域中的棉花打包机节能控制装置。

技术背景

在棉花加工最后一道工序中，是将加工出的松散皮棉按一定重量打包。我国目前使用的打包机主要压力范围在200吨-400吨之间，液压泵驱动电机在22KW-75KW之间，每小时成包15-25个。也就是说每小时按最高产量计算棉花打包机的主压柱塞顶压和返回也只是25次，而柱塞顶压和返回一次时间约40秒，这样每小时液压泵驱动电机有载运行时间约为17分钟，其余40分钟时间都在卸载状态下运行，等于空载运行。由于电机空载状态时，它的铜线圈绕组产生过量磁通，该磁通(通常称为感应电流)是固定的，致使电机浪费了约50％的电能。所以由于电机空载运行的不变损耗，不但功率因数降低使有功电耗的比例增加，而且电机运行效率下降。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种操作简单、节能效果显著的棉花打包机节能控制装置。

本发明所提供的棉花打包机节能控制装置由外部启停输入电路、液压泵驱动电机电流检测电路、单片机电路、控制输出电路、显示屏、按键、电源电路组成，电源电路、外部启停输入电路、液压泵驱动电机电流检测电路、按键接单片机电路的输入端，单片机电路的输出接控制输出电路与显示屏，控制输出电路接液压泵驱动电机的继电器。

本发明所提供的棉花打包机节能控制装置工作原理如下：由电源电路提供节能控制装置的工作电源，外部启停输入电路是为输送外部按键启停液压泵驱动电机的信号而设置的，显示屏可实时显示棉花打包机的运行参数、设置参数及运行状态，配合按键使用可完成所有参数的设置与修改，操作十分简单，运行前，只要将液压泵驱动电机互感器变比、电机额定工作电流值和电机运行电流值的范围存入单片机电路，节能控制装置的工作就会在单片机电路的控制下自动完成。由液压泵驱动电机电流检测电路对液压泵驱动电机运行电流值进行实时检测，并将检测的液压泵驱动电机运行电流值输送给单片机电路，单片机电路在程序的控制下，对该电流值进行运算处理、分析，发出控制信号通过控制输出电路控制接在其输出端的液压泵驱动电机的继电器，从而自动控制液压泵驱动电机采用星形或三角形的运行方式。当检测电流值大于液压泵驱动电机额定电流50％时，控制装置使液压泵驱动电机进入三角形运行，当液压泵驱动电机在空载状态时，检测电流值低于电机额定电流50％时，控制装置使液压泵驱动电机进入星形运行，使电机线圈绕组电压降低，减少磁通感应电流，提高功率因数和电机运行效率，降低有功电耗达到节能目的。具体的控制过程是：棉花打包机的液压泵驱动电机在卸荷状态下启动，启动后直接进入星形节能运行状态。当打包机预压箱棉量达到压包重量时，打包机液压泵的主压控制阀打开，液压泵驱动电机在有荷状态下运行，随着主压柱塞压包行程缩短，压力逐渐上升，液压泵驱动电机电流也随之上升，当电流增加到额定50％时，单片机电路通过控制输出电路输出控制信号使液压泵驱动电机自动转换为三角形运行方式，进入全压状态运行。压包到位后，打包机液压泵的主压控制阀关闭，液压泵又进入卸荷状态运行，液压泵驱动电机电流又会下降，当小于额定值50％时，单片机电路通过控制输出电路输出控制信号使液压泵驱动电机又进入星形节能状态运行，如此反复进行，使液压泵驱动电机在有荷状态下运行时采用三角形运行方式，卸荷状态下运行时采用星形节能状态运行方式。该节能控制装置还具有过流、缺相、堵转等保护功能，原理是单片机电路通过对液压泵驱动电机电流实时检测值进行运算处理并与运行电流值的范围比较，检测运行电流是否在正常运行范围内，当检测电流不在正常范围内时，单片机电路通过控制输出电路自动断开液压泵驱动电机的继电器使液压泵驱动电机停止工作以达到保护目的。

本发明所提供棉花打包机节能控制装置通过对棉花打包机中液压泵驱动电机电流进行实时检测，并采用单片机技术自动控制液压泵驱动电机在有荷状态下运行时采用三角形运行方式，卸荷状态下运行时采用星形节能状态运行方式，提高了电机的功率因数和运行效率，降低了有功电耗，节能效果显著。通过对使用本发明所提供棉花打包机节能控制装置前、后耗电测量对比，该棉花打包机节能控制装置可节电20％以上。

附图说明

图1为发明实所提供棉花打包机节能控制装置的原理方框图；

图2为本发明实施例的电原理图；

图3为本发明实施例的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的实施。图1为发明所提供棉花打包机节能控制装置的原理方框图。参见图1：本发明所提供的棉花打包机节能控制装置由外部启停输入电路、液压泵驱动电机电流检测电路、单片机电路、控制输出电路、显示屏、按键、电源电路组成，电源电路、外部启停输入电路、液压泵驱动电机电流检测电路、按键接单片机电路的输入端，单片机电路的输出接控制输出电路与显示屏，控制输出电路接液压泵驱动电机的继电器。图2为本发明实施例的电原理图。参见图2，该棉花打包机节能控制装置的外部启停输入电路由接线端子J，电阻R1、R2，稳压DW，发光二极管LED1、电容C1及光耦V1组成。液压泵驱动电机电流检测电路由由装在液压泵驱动电机进线上的电流互感器TA、电流变换器B1、可调电阻W1、电阻R3-R10、运放IC1、二极管D1、D2、电容C2、C3组成。单片机电路由单片机IC2、晶振JZ，电容C4、C5组成。控制输出电路由电阻R11-19，光耦V2-V4，三极管U1-U3，二极管D3-D5，发光二极管LED2-LED4、液压泵驱动电机继电器JK1-JK3组成。显示部分由可调电阻W2、电阻R20及液晶显示屏LCD组成，按键部分由按键S1-S4组成。电源电路由变压器B2、二极管D5-D13，三端稳压器IC4-IC6、电容C6-C17、电压变换器IC3组成。

电源电路将220V电压经变压器B2变为12V、15V两路，12V电压通过整流二极管D6-D9桥式整流滤波后，又经三端稳压器IC4、IC5稳压后输出+9V、+5V直流电压，+5V电压供单片机和液晶屏使用，+9V电压又通过电压变换器IC3变换出-9V电压，供电流检测电路中运放整流使用，15V电压经整流二极管D10-D13桥式整流、滤波后经过三端稳压器IC6稳压输出12V直流电压供控制输出电路使用。外接按键的启停控制信号通过接线端子输入后，12V直流电压通过电阻R1降压，稳压管DW钳位干扰信号，发光指示二极管LED1使光耦V1导通，隔离后进入单片机IC2，使单片机P1口的一位P1.7电压由+5V，下拉为0V，单片机根据当前工作状态判断，如果液压泵驱动电机在运行状态，将判为停止信号，如电机在停止状态，将判为启动信号。液压泵驱动电机电流检测电路通过接在液压泵驱动电机进线上的电流互感器TA输出0-5A电流进入电流变换器B1输出0-5V电压，然后经过运放IC2、二极管D1、D2，运放整流后经电阻R10，电容C3滤波后输出0-5V直流电压进入单片机IC2中内部A/D转换器输入口P1.0进行A/D转换。单片机IC2内部时钟通过外接晶体JZ和电容C4、C5产生时钟脉冲序列，用于协调和控制单片机的工作。使用的单片机具有内部上电复位电路，所经复位脚RST采用直接接地处理。控制输出电路通过单片机IC2的输出端口P1.1、P3.7、P1.2分别经电阻R11、R14、R17进入光耦V2、V3、V4，隔离输出后，通过三极管U1、U2、U3驱动液压泵驱动电机继电器JK1、JK2、JK3通断，以达到控制电机星形、三角形转换运行和停止。显示部分的液晶显示屏LCD各控制脚分别接单片机IC2的端口P3.0-P3.5，其数据输入脚分别接单片机IC2的P2.0-P2.7端口，通过内部程序运行，可实时显示运行参数，设置参数、运行状态全部采用中文提示。显示屏与按键S1、S2、S3配合使用可完成所有参数设置和修改。按键S4可控制电机启动与停止。

本装置可通过外部启停输入电路，使用外部按键启停电机，也可用本身按键S4启停电机。单片机IC2通过其P1口的两位P1.6、P1.7，检测有启动信号输入时，使其P1口的两位P1.1、P1.2输出由5V电压下拉为0V电压，光电耦合器V2、V4导通，三极管U1、U3导通，使液压泵驱动电机继电器JK1、JK3吸合，液压泵驱动电机交流接触器KB1、KB3吸合，打包机的液压泵驱动电机在星形状态下启动运行。通过一定启动延时后，液压泵驱动电机运行电流经电流互感器TA输入进电流变换器B1并通过运放整流进入单片机P1口的一位P1.0进行AD转换，单片机根据输入的互感器比值及电机额定电流值，进行换算、比较，来控制打包机的液压泵驱动电机星形、三角形转换。当检测电流低于电机额定电流50％时，单片机通过控制输出电路使液压泵驱动电机继电器JK1、JK3吸合，液压泵驱动电机继电器JK2断开，液压泵驱动电机进入星形运行状态，当检测电流大于液压泵驱动电机额定电流的50％时，单片机通过控制输出电路使液压泵驱动电机继电器JK1、JK2吸合，继电器JK3断开，液压泵驱动电机进入三角形运行状态。由于液压泵都是在卸荷状态下启动，所以启动延时后，将直接进入星形节能运行状态。当打包机预压箱棉量达到压包重量时，主压控制阀打开，液压泵驱动电机在有荷状态下运行，随着主压柱塞压包行程缩短，压力逐渐上升，液压泵驱动电机电流也随之上升，当电流增加到额定50％时，液压泵驱动电机将自动转换为三角形，进入全压状态运行。压包到位后，主压控制阀关闭，液压泵又进入卸荷状态运行。液压泵驱动电机电流又会下降，当小于额定值50％时，液压泵驱动电机又进入星形节能状态运行。如此反复进行。该装置具有过流、缺相堵转保护功能，原理是通过电流实时检测运算和电机额定电流值比较，检测运行电流是否在正常运行范围内，当检测电流不在正常范围内，通过内部延时处理，将自动断开液压泵驱动电机继电器JK1、JK2、JK3，使电机停止工作以达到保护目的。由于该装置电流检测采用通用电流互感器，对于不同功率的电机，只要选择合适变比的电流互感器，然后将互感器变比和电机额定工作电流值通过按键S1、S2、S3与显示屏配合输入单片机IC2后，单片机IC2会自动存储，并且掉电也不会丢失，单片机控制液压泵驱动电机在有荷状态下运行时采用三角形运行方式，卸荷状态下运行时采用星形节能状态运行方式，提高了电机的功率因数和运行效率，降低了有功电耗，单片机在判断有故障时会控制停机，避免事故。该装置操作简单，适应任何型号打包机，且节能效果十分显著。

图3为本发明所提供的棉花打包机节能控制装置工作流程图。开始运行，程序首先检测是否有启动停止信号，如果启动信号，电机进入星形启动运行状态，电机启动后，由于启动电流大于额定工作电流，所以在启动时设置一定延时值屏蔽检测电流值，通过一定延时后，电机达到正常转速后，程序进入电机运行电流和电机额定电流值50％比较，小于时进入星形运行，大于时进入三角形运行，同时运行电流还和正常设定范围值比较，如果在正常范围内将正常工作，如不在正常范围内，将自动进入停机。如正常运行中有停止信号输入，程序会立即停机，进入等待状态。

Claims (3)

1、一种棉花打包机节能控制装置，其特征在于由外部启停输入电路、液压泵驱动电机电流检测电路、单片机电路、控制输出电路、显示屏、按键、电源电路组成，电源电路、外部启停输入电路、液压泵驱动电机电流检测电路、按键接单片机电路的输入端，单片机电路的输出接控制输出电路与显示屏，控制输出电路接液压泵驱动电机的继电器。

2、根据权利要求1所述的棉花打包机节能控制装置，其特征在于所述的液压泵驱动电机电流检测电路由接在液压泵驱动电机进线上的电流互感器(TA)，电流变换器(B1)、可调电阻(W1)、运放(IC1)及外围电阻(R3-R10)、二极管(D1、D2)、电容(C2、C3)组成，运放(IC1)的输出送入单片机电路。

3、根据权利要求1或2所述的棉花打包机节能控制装置，其特征在于所述的控制输出电路由电阻(R11-R19)、光电耦合器(V2-V4)、三极管(U1-U3)、二极管(D3-D5)、发光二极管(LED2-LED4)、液压泵驱动电机继电器(JK1-JK3)组成，所述的光电耦合器(V2-V4)发光管的负极通过电阻(R11、R14、R17)接单片机电路的输出，光电耦合器(V2-V4)收光管的发射极通过电阻(R12、R15、R18)接三极管(U1-U3)的基极，液压泵驱动电机继电器(JK1-JK3)分别接三极管(U1-U3)的集电极。

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