发明内容
本发明的目的是提供一种绞龙配棉节能自动控制系统,该系统不但省去原庞大的溢流棉机构增加了车间空间,还可实现大幅度地节能降耗。
本发明绞龙配棉自动节能控制系统由吸籽棉风机,风阀,籽棉分离器,吸籽棉风机电机,籽棉分离器电机,配棉绞龙电机,配棉绞龙,籽棉箱、吸棉管道组成,其特点是所述的风阀为电动风阀,装在吸籽棉风机的进风口处,在每个籽棉箱的上方安装一只光电传感器,系统中有一控制电路,其输出接吸籽棉风机电机、风阀控制器、籽棉分离器电机和配棉绞龙电机的继电器,所述的控制电路由电源电路、单片机电路、操作与显示电路、籽棉箱棉量检测电路、吸籽棉风机电机电流检测电路、籽棉分离器电机电流检测电路、配棉绞龙电机电流检测电路,输出控制电路组成,籽棉箱棉量检测电路、配棉绞龙电机电流检测电路、吸籽棉风机电流检测电路,籽棉分离器电机电流检测电路、操作与显示电路的输出接单片机电路,单片机电路的输出接操作与显示电路并通过输出控制电路接配棉绞龙电机、吸籽棉风机、籽棉分离器电机和风阀控制器的继电器。
本发明所提供的绞龙配棉自动节能控制系统工作原理如下:在控制系统投入运行前,首先通过操作与显示电路对系统所有运行参数进行设置,运行参数有:各电机过流保护值,风机电机节能行运阈值:风阀开启延时值。参数设置后,将自动存入单片机电路内,掉电不丢失。设置参数后按工作顺序先后启动配棉绞龙电机、籽棉分离器电机,吸籽棉风机电机,由安装在每个籽棉箱上方的光电传感器检测籽棉箱的棉量,经籽棉箱棉量检测电路将把棉量信号输送给单片机电路,如果轧花机上的籽棉箱全空,单片机电路会通过输出控制电路输出控制信号将使风阀控制器动作,开启装在吸籽棉风机进风口处的两个风阀,籽棉通过输送管进入籽棉分离器,然后进入配棉绞龙,分别绞入各籽棉箱。籽棉箱棉量检测电路将棉量检测信号输入单片机电路,经单片机电路识别后通过输出控制电路控制风阀的动作,如果光电传感器检测籽棉箱全满,单片机电路通过输出控制电路将风阀全关闭。还可根据轧花机产量调整风阀的开启延时值,如产量高时减少延时值,产量低时增加延时值,以减少风门动作频率。由配棉绞龙电机电流检测电路、吸籽棉风机电流检测电路,籽棉分离器电机电流检测电路对各电机工作电流进行实时检测,并将这些检测值输送给单片机电路,当检测到某一电机的电流值不在设定范围内,单片机电路即通过输出控制电路输出控制信号给相应的继电器控制该电机关闭,本系统采用了节电运行方式,当吸籽棉风机电机电流检测电路检测到小于设定的节能阈值时,单片机电路将通过输出控制电路自动将该风机电机三角形运行转换为星形运行。根据三相电原理可知电机三角形运行转为星形运行空载电流可降为1/3倍。由此可见将原工艺中在输送管后采用通大气阀控制的办法,改为风机前关闭风阀控制风量的办法,再加上电机降压节电运行方式应用,停止吸籽棉时风机电机由原来的三角形运行转换为星形运行,系统的节能是相当显著的。该系统所有电机通过实时电流检测,通过和设定值计算比较,具有过流、缺相堵转保护功能,如出现故障,系统会停止相应的电机和风阀,确保任何部位不会堵塞。
本发明所提供的绞龙配棉自动节能控制系统,在籽棉箱上安装光电传感器,采用了光电检测原理检测籽棉箱中的棉量,不但省去了原庞大的溢流棉机构,减少了建厂或改造的成本,增加了车间空间,而且节约了能源,同时,由于将原工艺中在输送管后采用人工通大气阀控制的办法,改为风机前进风口处关闭风阀控制风量的办法,可以自动调节风量控制籽棉的流量,通过吸籽棉风机电机电流检测电路实时检测吸籽棉风机电机的电流,当风机电机电流小于设定的节能阈值时,系统自动将风机电机从三角形运行方式调整为星形运行方式,节约了待机运行的能耗,与现有技术相比系统节电在40%以上,同时,由于各电机电流检测电路实时检测系统中各电机的运行电流,避免了一些恶性事故的发生。
图1是目前国内普遍采用的四台型轧花机绞龙配棉工艺示意图;
图2是本发明为四台型轧花机所提供的绞龙配棉自动节能控制系统中的机械结构的示意图;
图3、是本发明为四台型轧花机所提供的绞龙配棉自动节能控制系统中控制电路的原理方框图;
图4是本发明为四台型轧花机所提供绞龙配棉自动节能控制系统中控制电路的电原理图之一;
图5是本发明为四台型轧花机所提供绞龙配棉自动节能控制系统中控制电路的电原理图之二;
图6是本发明为四台型轧花机所提供绞龙配棉自动节能控制系统中控制电路的电原理图之三;
图7、是本发明实施检测控制及操作显示程序流程图之一;
图8、是本发明实施检测控制及操作显示程序流程图之二。
图1、图2中1、溢流棉风机,2、1号吸籽棉风机,3、2号吸籽棉风机,4、溢流棉分离器电机,5、溢流棉风机电机,6、1号风阀,7、2号风阀,8、溢流棉分离器,9、1号吸籽棉分离嚣,10、2号吸籽棉分离器,11、配棉绞龙,12、1号籽棉箱,13、2号籽棉箱,14、3号籽棉箱,15、4号籽棉箱,16、溢流籽棉箱,17、1号籽棉箱上方的光电传感器,18、2号籽棉箱上方的光电传感器,19、3号籽棉箱上方的光电传感器,20、4号籽棉箱上方的光电传感器,21、1号轧花机,22、2号轧花机,23、3号轧花机,24、4号轧花机,25、溢流棉管道,26、1号吸籽棉管,27、2号吸籽棉管,28、拨籽棉辊,29、拨籽棉辊电机,M1、配棉绞龙电机,M2、1号籽棉分离器电机,M3、2号籽棉分离器电机,M4、1号吸籽棉风机电机,M5、2号吸籽棉风机电机,FM1、1号风阀控制器,FM2、2号风阀控制器。
具体实施方式:
下面结合附图说明本发明的实施。图1是目前国内普遍采用的为四台型轧花机配套的绞龙配棉设备示意图。从图中可看出现有技术中轧花机1-4号籽棉箱12、13、14、15全满后,多余棉进入溢流籽棉箱16,然后通过拨棉辊28拨入溢流棉管道25内又通过溢流棉风机1吸入溢流棉分离器8然后又通过配棉绞龙11进入轧花机籽棉箱,如此循环输送。如溢流籽棉箱16装满后,还要及时采用人工控制打开吸籽棉管上通大气阀6、7来停止吸籽棉。目前工艺主要存在的问题是由于溢流棉循环输送,不但需庞大的溢流设备,而且还需很大动力输出。溢流部分动力所消耗的电能等于是白白浪费。同时在生产中溢流籽棉箱装满时靠人工操作控制大气阀的开闭,由于人工操作在溢流籽棉箱装满时不能及时停止吸花,经常造成配棉绞龙被挤坏。而且在溢流籽棉箱空时不能及时吸花,常出现轧花机籽棉箱轧空现象,严重影响正常生产。从图1中还可看出现有技术中停止吸籽棉是靠打开吸籽棉管26、27后面通大气阀6、7来旁路大气的办法,目前吸籽棉普遍采用离心风机,通过离心风机功率N与风量Q和压力H的关系式N=Q*H/102*3600可看出采用旁路大气的办法由于管路缩短使空气进入风机阻力减小相应风量增大使输入功率相应增加,所以目前采用旁路大气的办法来停止吸花也会造成很大一部分电能的浪费。
图2是本发明为四台型轧花机所提供的绞龙配棉自动节能控制系统中的机械结构的示意图。可以看到,在每台轧花机籽棉箱上方安装一只光电传感器17-20,1号、2号电动风阀6、7安装在1号、2号吸籽棉风机2、3的进风口处,该绞龙配棉系统设备中省去了溢流籽棉箱16、拨籽棉辊28、溢流棉管道25、溢流棉风机1、溢流棉风机电机5、溢流棉分离器8和溢流棉分离器电机4等溢流棉设备,节约了设备成本和大量空间,也降低了许多能耗。
图3是本发明为四台型轧花机所提供的绞龙配棉自动节能控制系统中控制电路的原理方框图。参见图3,该节能控制系统中控制电路由电源电路、单片机电路、1-4号籽棉箱棉量检测电路、1-2号吸籽棉风机电流检测电路、1-2号籽棉分离器电机电流检测电路、配棉绞龙电机电流检测电路、操作与显示电路、输出控制电路组成,1-4号籽棉箱棉量检测电路、配棉绞龙电机电流检测电路、1-2号吸籽棉风机电流检测电路、1-2号籽棉分离器电机电流检测电路、操作与显示电路的输出接单片机电路,单片机电路的输出接操作与显示电路,同时通过输出控制电路接配棉绞龙电机、1-2号吸籽棉风机电机、1-2号籽棉分离器电机、1-2号风阀控制器的继电器。
图4、图5、图6是本发明为四台型轧花机所提供绞龙配棉自动节能控制系统中控制电路的电原理图。该控制电路放在电气控制柜内,操作与显示电路 放在操作台内。参见图4、图6:控制电路中电源电路由变压器B6、B7,整流二极管D12-D15,D16-D19,D33-D36,三端稳压器IC10、IC11,IC12、IC13、IC18,电压变换器IC9组成。由变压器B6输出12V、15V电压一路经整流二极管D12-D15整流后经三端稳压器IC10稳压输出+9V直流电压,又经三端稳压器IC11稳压后输出+5V直流电压,+9V电压经电压变换器IC9变换后输出-9V直流电压,供电机电流检测电路的运放使用。+5V电压供单片机电路使用。另一路由整流二极管D16-D19整流后经三端稳压器IC12、IC13稳压输出12V、5V直流电压,12V供光电传感器、继电器及输出控制电路使用,5V供通讯接口芯片IC14、IC17使用。电源变压器B7输出9V电压经整流二极管D33-D36整流,经三端稳压器稳压后输出5V直流电压,供操作与显示电路使用。
参见图4单片机电路是系统的控制核心,单片机电路由单片机IC1、通讯接口芯片IC14、级联移位寄存器IC7、IC8、晶振X1组成,移位寄存器IC7的串行输入端SER接单片机IC1中P1口的一位P1.5,晶振X1的输出接单片机IC1的晶振引线XTAL1、XTAL2,单片机IC1的接收输入、发送输出和发送接收控制端RXD、TXD、VRT、分别接光电耦合器V5收光管的集电极与光电耦合器V6、V7发光管的负极,光电耦合器V5发光管的负极接通讯接口芯片IC14中接收器的输出RO,光电耦合器V6、V7收光管的发射极接通讯接口芯片IC14中接收、发射的使能端RE、DE,光电耦合器V6、V7收光管的集电极接通讯接口芯片IC14驱动器的输入端DI。
参见图6:操作与显示电路操作与显示电路由单片机IC15、晶振X2、X3、时钟芯片IC16、通讯接口芯片IC17、按键S1-S21、液晶显示屏LCD组成,晶振X2的输出接单片机IC15的晶振引线XTAL1、XTAL2,晶振X3的输出接时钟芯片IC16的振荡源,时钟芯片IC16的三线接口SCLK、I/O、RST接单片机IC15的三位P3.6、P1.7、P3.5,按键S1-S21组成矩阵式键盘,行线分别进入单片机IC15中P2口的两位P2.0、P2.1,P3口的一位P3.7,列线分别进入单片机IC15中P1口的七位P1.0-P1.6,液晶显示屏LCD各控制脚分别进入单片机IC15中P2口的六位P2.2-P2.7,其数据输入端分别进入单片机IC15中P0口的八位P0.0-P0.7,单片机IC15的接收输入、发送输出RXD、TXD、分别接通讯接口芯片IC17中接收器的输出、驱动器的输入端RO、DI,单片机IC15的外中断请求INT0接通讯接口芯片IC17中接收、发射的使能端RE、DE,通讯接口芯片IC17的接收、发送差分信号端A、B与单片机IC1的通讯接口芯片IC14的接收、发送差分信号端A、B相接。由按键设定的参数进入单片机IC15通过通讯芯片IC17、IC14与单片机IC1通讯,将设定的参数放入单片机IC1的内存储器中。单片机IC1的通讯信号通过单片机IC1接收输入RXD、发送输出TXD,和发送接收控制VRT,通过光电耦合器V5-V7隔离后进入通讯接口芯片IC14,用双绞线和操作显示电路通讯接口IC17芯片相连,完成运行状态数据显示,修改参数及启停电机等任务,时钟芯片IC16使系统可以实时显示时间,并记录有关事件的时间。
参见图4:籽棉箱棉量检测电路分别由光电传感器17(图中省略)、电阻R1、R2、稳压二极管DW1、发光二极管LED1、电容C1光电耦合器V1,光电传感器18(图中省略)、电阻R3、R4、稳压二极管DW2、发光二极管LED2、电容C2光电耦合器V2,光电传感器19(图中省略)、电阻R5、R6、稳压二极管DW3、发光二极管LED3、电容C3、光电耦合器V3,光电传感器20(图中省略)、电阻R7、R8、稳压二极管DW4、发光二极管LED4、电容C4、光电耦合器V4组成,光电传感器17-20(图中省略)通过光电传感器接口J1-J4依次接电阻R1、R3、R5、R7,稳压二极管DW1-DW4发光二极管LED1-LED4接光电耦合器V1-V4发光管的正极,电容C1-C4分别接在稳压二极管DW1-DW4的正极与地之间,光电耦合器V1-V4收光管的集电极分别接单片机IC1中P2口的四位P2.0-P2.3。
配棉绞龙电机电流检测电路由电流互感器TA1、电流变换器B1、可调电阻W1、运放IC2及外围电阻R9-R16、二极管D1、D2、电容C5、C6组成,1-2号籽棉分离器电机电流检测电路分别由电流互感器B2可调电阻W2、运放IC3及外围电阻R17-R24、二极管D3、D4、电容C7、C8与电流互感器TA3、电流变换器B3、可调电阻W3、运放IC4及外围电阻R25-R32、二极管D5、D6、电容C9、C10构成,1-2号吸籽棉风机电机电流检测电路分别由电流互感器B4可调电阻W4、运放IC5及外围电阻R33-R40、二极管D7、D8、电容C11、C12与电流互感器TA5、电流变换器B5、可调电阻W5、运放IC6及外围电阻R41-R48、二极管D9、D10、电容C13、C14构成,这些电机电流检测电路的输出依次分别接接单片机IC1中P1口的P1.0-P1.4。
参见图5:输出控制电路由光电耦合器V8-V20、晶体管U1-U13、配棉绞龙电机继电器JK1,1-2号籽棉分离器电机继电器JK2、JK3,1-2号吸籽棉风机电机继电器JK4-JK6、JK7-JK9,1-2号风阀控制器继电器JK10-JK13组成,光电耦合器V8-V20发光管的负极分别接单片机电路中移位寄存器IC7的信号输出端O1-O7,移位寄存器IC8的信号输出端O0-O5,晶体管U1-U13的基极分别接光电耦合器V8-V20收光管的发射极,继电器JK1-JK13分别与晶体管U1-U13的集电极相接。
在系统运行前,通过控制电路中的操作与显示电路也就是通过按键与显示屏配合对系统中的主要运行参数进行设定,运行参数有:各电机过流保护值,1号、2号风机电机节能行运阈值:1号、2号风阀开启延时值。参数设置后,通过操作按键将所有电机启动后,系统通过籽棉箱棉量检测电路首先检测3号籽棉箱及4号籽棉箱棉量,光电传感器17-20的籽棉箱棉量检测信号通过光电传感器接口J1、J2、J3、J4分别进入降压电阻R1、R3、R5、R7且又经钳位干扰信号稳压管DW1、DW2、DW3、DW4,通过发光指示二极管LED1、LED2、LED3、LED4进入光电耦合器V1、V2、V3、V4隔离后分别进入单片机IC1中P2口的四位P2.0-P2.4,由单片机进行逻辑运算与分析。如果某一籽棉箱的棉量到达其上方光电传感器位置时,该光电传感器输出正电压,籽棉箱棉量检测电路通过光电耦合器隔离使输出信号为零,进入单片机IC1分析。当3号箱、4号籽棉箱棉量检测输出全为零时,单片机IC1通过输出控制电路控制2号风阀关闭,当3号箱、4号箱不全为零时,通过一定延时,又将2号风阀开启。由于1号风机在配棉绞龙输送上位,系统必须同时对1、2、3、4号箱进行检测,当1、2、3、4号箱的籽棉箱棉量检测电路输出同时为零时,单片机IC1通过输出控制电路控制1号风阀也关闭,当不全为零时,通过一定延时再次开启1号风阀。当某一电机故障或人为停机时,单片机IC1通过输出控制电路会自动关闭两个风阀。该系统的电流检测电路对各个电机的工作电流进行实时检测,配棉绞龙电机M1,1-2号籽棉分离器电机M2、M3,1-2号吸籽棉风机M4、M5的电流通过电流互感器TA1、TA2、TA3、TA4、TA5输出0-5A电流后分别经电流变换器B1、B2、B3、B4、B5变换成0-5V电压,进入运放IC2、IC3、IC4、IC5、IC6和D1-D10放大整流后通过电容C5-C14、电阻R16、R32、R40、R48进入单片机IC1中P1口的P1.0-P1.4,进行内部AD转换,控制数据输出通过单片机IC1中P1口的P1.5-P1.7分别进入移位寄存器IC7,级联IC8后并行输出,分别进入光耦V8_V20进行隔离后进入驱动三极管U1-U13控制继电器JK1-JK13的通断(其中:配棉绞龙电机继电器JK1,1-2号籽棉分离器电机继电器JK2、JK3,1-2号吸籽棉风机电机继电器JK4-JK6、JK7-JK9,1-2号风阀控制器继电器JK10-JK13),来控制电机交流接触器KB1-KB9(其中:配棉绞龙电机交流接触器KB1,1-2号籽棉分离器电机交流接触器KB2、KB3,1-2号吸籽棉风机电机交流接触器KB4-KB9)和风阀控制器FM1、FM2。当某一电机发生故障运行电流不在设置范围内,单片机IC1通过输出控制电路会自动关闭该电机,达到保护目的。系统同时对1、2号吸籽棉风机电机运行电流与节能阈值进行实时比较,当运行电流大于设定阈值时(风门开启),进入三角形运行,当运行电流小于阈值时(风阀关闭)系统进入星形运行,电机在降压节能方式运行。当1号吸籽棉风机电机M4运行电流大于节能阈值时(风阀1开启)单片机IC1通过输出控制电路控制继电器JK4、JK5吸合,继电器JK6断开系统进入三角形运行,当其运行电流小于节能阈值时(风阀1关闭)单片机IC1通过输出控制电路控制继电器JK4、JK6吸合,继电器JK5断开1号吸籽棉风机电机进入星形运行,系统处于降压节能方式运行。当2号吸籽棉风机电机M5运行电流大于节能阈值时(风阀2开启)单片机IC1通过输出控制电路控制继电器JK7、JK8吸合,继电器JK9断开系统进入三角形运行,当其运行电流小于节能阈值时(风阀2关闭)单片机IC1通过输出控制电路控制继电器JK7、JK9吸合,继电器JK8断开,2号吸籽棉风机电机进入星形运行,系统处于降压节能方式运行。
本发明将现有技术中在输送管道后采用旁通大气控制的办法,改为风机前关闭风阀控制风量的办法在加上在风阀关闭时采用降压节能方式运行,在为四台型轧花机所提供的绞龙配棉自动节能控制系统中停止吸籽棉时风机电机的运行电流由原来的85A左右降为25A左右,可见节能是相当显著的。该系统对所有电机电流进行实时检测,通过和设定值计算比较,具有过流、缺相堵转保护功能,如出现故障,系统会停止相应的电机和风阀,确保任何部位不会堵塞,避免恶性事故。该节能自动控制系统采用了光电检测原理,省去了原庞大的溢棉机构,节约了建厂成本,增加了车间空间。
图7所示是本发明所提供的绞龙配棉自动节能控制系统自动配棉工作流程图,通过操作按键将所有电机启动后,系统通过光电传感器首先检测3号棉箱及4号棉箱棉量,如果棉箱棉量到达光电传感器位置,光电传感器输出正电压,通过光耦隔离使输出信号为零,通过单片机逻辑换算。当3号箱、4号箱输出全为零时,2号风阀关闭,当3号箱、4号箱不全为零时,通过一定延时,又将2号风阀开启。由于1号风机在绞龙输送上位,系统必须同时对1、2、3、4号箱进行逻辑运算,当1、2、3、4号箱输出同时为零时,1号风阀关闭,当不全为零时,通过一定延时再次开启1号风阀。从流程图还可看出,当某一机故障或人为停机时,系统会自动关闭1、2号风阀。
图8所示是电流检测及节能运行流程图,从图中可看出,系统对每个电机实时检测运行电流是否在设定值范围内,当发生故障运行电流不在设置范围内,系统会自动判断停机,达到保护目的。从流程图还可看出系统同时对1、2号吸籽棉风机电机运行电流与节能阈值进行实时比较,当运行电流大于设定阈值时(风门开启),进入三角形运行,当运行电流小于阈值时(风阀关闭)系统进入星形运行,电机在降压节能方式运行。