CN101403900A - 喂籽棉自动控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是棉花加工机械领域的一种喂籽棉自动控制系统。该系统由拨籽棉辊与喂籽棉绞龙电机、传动装置、拨籽棉辊、喂籽棉正反绞龙、变频器组成，拨籽棉辊电机与变频器的变频输出相接，特点是拨籽棉辊及喂籽棉绞龙电机、变频器和控制电路相连，控制电路由电源、喂籽棉正反绞龙转速、变频器故障、风压及喂籽棉绞龙电机电流检测电路、单片机电路、喂籽棉量、电机控制电路、按键与显示电路组成。采用先进的单片机技术和传感器技术对喂籽棉运行系统的喂籽棉正反绞龙转速、风压、喂籽棉绞龙电机电流进行实时监测，并根据监测值自动调整喂籽棉量，系统实现了自动控制、无人操作、喂籽棉均匀和无恶性事故发生。

Description

喂籽棉自动控制系统
所属技术领域：
本发明属于棉花加工机械领域，涉及一种喂籽棉自动控制系统。
技术背景：
我国目前在棉花加工工艺中，货场籽棉进入加工设备主要采用气流输送方式，籽棉喂入气流输送管道全靠人力，一般中型轧花厂每班需要8-10个强劳力才能满足生产负荷。不但劳动强度大，而且环境卫生条件也差。由于人工喂籽棉不均匀，进入清花机籽棉时多时少，降低了清花机清花效率。还经常出现由于喂籽棉量偏多使清花机堵塞，喂籽棉量偏少轧花机停轧等现象，严重影响正常生产。
发明内容：
本发明的目的是提供一种无人操作、喂籽棉均匀、可以避免恶性事故发生的喂籽棉全自动控制系统。
本发明所提供的喂籽棉自动控制系统由拨籽棉辊电机、喂籽棉绞龙电机、传动装置、拨籽棉辊、喂籽棉正反绞龙、变频器组成，拨籽棉辊电机与变频器的变频输出相接，其特点是由一控制电路控制拨籽棉辊电机、喂籽棉绞龙电机和变频器的工作，所述的控制电路由电源电路、喂籽棉正反绞龙转速检测电路、变频器故障检测电路、风压检测电路、喂籽棉绞龙电机电流检测电路、喂籽棉量控制电路、单片机电路、电机控制电路、按键与显示电路组成，所述按键、喂籽棉正反绞龙转速检测电路、变频器故障检测电路、风压检测电路、喂籽棉绞龙电机电流检测电路的输出接单片机电路的输入端，单片机电路的输出接显示电路、喂籽棉量控制电路与电机控制电路的输入，喂籽棉量控制电路的输出接变频器，电机控制电路的输出接控制变频器起停的继电器与控制喂籽棉绞龙电机起停的继电器。
本发明提供的喂籽棉自动控制系统工作原理如下：由电源电路提供系统各部分的工作电压。在开机前利用按键和显示电路设置好各种控制参数，既：风压控制上下限值、变频器电压控制值、喂籽棉正反绞龙转速控制值及喂籽棉绞龙电机电流控制值，并将设置的参数值送入单片机电路，单片机内部存储器会将所有设置参数保存，掉电也不会丢失。开机前按动运行按键，由风压检测电路首先检测籽棉输送管道内的风压，并把检测信号送入单片机电路，单片机电路分析风压是否在上、下限设置范围内，如果无风压或风压不在上下限范围内，单片机电路控制系统处于等待状态，当管内风压值在上、下限范围内时，单片机电路向电机控制电路发出控制信号首先接通喂籽棉绞龙电机继电器、启动喂籽棉绞龙电机，喂籽棉绞龙电机运转后，喂籽棉绞龙电机电流检测电路与喂籽棉正反绞龙转速检测电路对喂籽棉绞龙电机电流和喂籽棉正反绞龙转速检测，并把检测信号送入单片机电路，单片机电路分析是否都在正常范围内，如在正常范围内，将输出控制信号接通控制变频器起停的继电器、启动变频器，并按先前设定的控制电压，使变频器按一定的频率带动拨籽棉辊电机运行，并带动两个拨籽棉辊按一定转速向内侧旋转，将籽棉斗内籽棉拨入下方，经过旋转的喂籽棉正反绞龙，将籽棉绞入中间输送管，并被气流吸走。当下位轧花机籽棉箱装满时，吸籽棉风阀关闭，单片机电路检测不到风压时会通过电机控制电路自动停止喂籽棉绞龙电机和停止拨籽棉辊电机处于等待状态，当吸籽棉风阀打开时，单片机电路检测到风压在上下限范围时，会按照上面所述，自动启动喂籽棉绞龙电机和变频器，并且，单片机根据接收到的风压信号值在程序的控制下通过喂籽棉量控制电路向变频器输出控制电压来自动控制拨籽棉量，从而自动控制喂籽棉量，进行正常喂籽棉过程。当机械出现故障时，如籽棉内有大块杂物，或皮带松动、变频器故障、等原因造成喂籽棉正反绞龙停转、转速低于设定值或电机堵转电流过大等现象时，喂籽棉绞龙电机电流及喂籽棉正反绞龙转速，变频器故障等检测电路向单片机电路输送有关的故障信号，单片机电路识别后向电机控制电路输出控制信号自动将所有电机停掉，确保机械都不会堵塞或损坏。此时显示电路会提示故障部位，待故障排除后，按复位键可继续正常工作。由于籽棉输送管的风压会随着籽棉喂入量或其它原因(风机堵塞、管路漏风等)造成波动，如在风压传感器前端的籽棉量过多，会使检测风压过高。如在风压传感器后端的籽棉量过多，会使检测风压过低。如检测风压过高，或过低时，不能及时调整(减少)下籽棉量，将会造成恶性循环，很快使管路堵塞。本系统通过对风压实时检测，并和上下限及中间值进行比较，通过喂籽棉量控制电路调整变频器控制电压，以达到根据风压变化自动调整拨籽棉量，从而自动控制喂籽棉量的目的，确保喂籽棉管不会堵塞。
本发明提供的喂籽棉自动控制系统采用先进的单片机技术和传感器技术对喂籽棉运行系统的喂籽棉正反绞龙转速、风压、喂籽棉绞龙电机电流进行实时监测，并根据风压的实时监测值自动调整喂籽棉量，系统设备实现了无人操作、自动控制、喂籽棉均匀，当发生故障时，自动关断所有电机，可以避免恶性事故的发生。
附图说明：
图1本发明提供的喂籽棉自动控制系统中机械结构的示意图(侧视)；
图2是本发明提供的喂籽棉自动控制系统中机械结构的示意图(主视)；
图3是图1的传动结构示意图；
图4是本发明所提供喂籽棉自动控制系统控制电路的方框原理图；
图5是本发明所提供喂籽棉自动控制系统中控制电路的电路原理图；
图6是本发明所提供喂籽棉自动控制系统的主程序流程图。
图1、图2、图3中，1、籽棉斗，2、拨籽棉辊a，3、拨籽棉辊b，4、喂籽棉正反绞龙，5、籽棉输送风管，6、风压传感器，7、转速传感器，8、拨籽棉辊a转动齿轮，9、拨籽棉辊b传动齿轮，10、拨籽棉辊从动链轮，11、链条，12、喂籽棉绞龙皮带轮，13、三角带，M1、喂籽棉绞龙电机，M2、拨籽棉辊电机
具体实施方式：
下面结合附图说明本发明的实施。参见图1、图2、图3。本发明所提供的拨籽棉机构的机械部分是由拨籽棉辊电机M2，传动机构，拨籽棉辊a、b构成。拨籽棉辊电机M2通过链条11传动带动拨籽棉辊b上从动链轮10。并通过拨籽棉辊b上传动齿轮9带动拨籽棉辊a上传动齿轮8，使拨籽棉辊a、b同时向内侧方向旋转，将籽棉斗1内籽棉拨入下方。喂籽棉部分由喂籽棉绞龙电机M1，喂籽棉正反绞龙4及传动机构组成。喂籽棉绞龙电机M1通过三角带13传动带动喂籽棉正反绞龙4，使拨籽棉辊拨下的籽棉，被喂籽棉正反绞龙绞入中间，并进入籽棉输送风管5。在籽棉输送风管5的管壁上安装了检测风压的风压传感器6，在喂籽棉正反绞龙4的转轴旁安装了检测正反绞龙转速的转速传感器7。
参见图4，该图是本发明所提供喂籽棉自动控制系统控制电路的方框原理图。由图可知：该喂籽棉自动控制系统的控制电路由电源电路、喂籽棉正反绞龙转速检测电路、变频器故障检测电路，风压检测电路，喂籽棉绞龙电机电流检测电路、喂籽棉量控制电路，单片机电路、电机控制电路，按键与显示电路组成。
参见图5，该图是与图1、图2、图3中本发明机械部分结合使用、控制拨籽棉辊电机、喂籽棉绞龙电机、变频器工作的控制电路，该控制电路装在控制盒内。
控制电路中的电源电路由变压器B2，整流二极管D6-D13，滤波电容C12-C23，电源变换器IC7，三端稳压器，IC8、IC9、IC10组成。单片机电路由单片机IC1，晶振X，电容C8、C9组成。喂籽棉正反绞龙转速检测电路由装在正反绞龙转轴旁的转速传感器7、电阻R1、稳压器WD1、光电耦合器V1、电容C1、电阻R2组成，转速传感器7接在转速传感器接口J1上(图5中未画转速传感器7)。变频器故障检测电路由电阻R3、稳压器WD2、光电耦合器V2、R4、C2组成，风压检测电路由安装在籽棉输送风管5的管壁上的风压传感器6、运算放大器IC2及其外围电容C3、C4、C5、可调电阻W1、电阻R5、R6组成，放大器IC2的输出经电阻R5、R6接单片机IC1中P1口的一位P1.0，风压传感器6接在风压传感器接口J2上(图5中未画出风压传感器6)。喂籽棉绞龙电机电流检测电路由装在喂籽棉绞龙电机进线上的电流互感器TA、电流变换器B1，运放IC3及其外围可调电阻W2，电阻R7一R14，二极管D1、D2，电容C6、C7组成，运放IC3的输出接单片机IC1中P1口的一位P1.1。喂籽棉量控制电路由反向器IC5、运放IC6及其外围电阻R26、R27、R28，可调电阻W4、电容C10、C11，组成，反向器IC5的输入端接单片机IC1的PWM输出P3.7，反向器IC5的输出经电阻R26接运放IC6的同相输入，运放IC6的输出接变频器的控制端口VIN。电机控制电路由电阻R15-R17、移位寄存器IC4、电阻R18-R24、电阻R29-R34、光电耦合器V3、V4、三极管TV1、TV2、二极管D3、D4、发光二极管LED3、LED4、继电器JK1，JK2组成，移位寄存器IC4的串行输入端SER、控制输入端SRCLK、控制锁存端RCLK分别接单片机IC1中P1口的三位P1.2-P1.4，移位寄存器IC4的并行输出端O0经电阻R29接光电耦合器V3发光管的负极，光电耦合器V3收光管的发射极通过电阻R30接三极管TV1的基极，继电器JK1的线圈接在光电耦合器V3收光管的集电极与三极管TV1集电极之间，继电器JK1的触点K1、K2接变频器的启停控制端；移位寄存器IC4的并行输出端O1经电阻R32接光电耦合器V4发光管的负极，光电耦合器V4收光管的发射极通过电阻R33接三极管TV2的基极，继电器JK2的线圈接在光电耦合器V3收光管的集电极与三极管TV2集电极之间，继电器JK2的触点K3、K4接控制喂籽棉绞龙电机起停的交流接触器KB的线圈。按键S1-S6的一端分别接移位寄存器IC4的并行输出端O2-O7，其公共端接单片机IC1中P1口的一位P1.6。显示电路由液晶屏LCD，微调电阻W3、电阻R25组成。
下面详细说明上述控制电路中各电路的工作。电源电路：开关QS3通电后，变压器B2通电输出12V、15V交流电压，12V交流电压通过整流二极管D6-D9整流后，经三端稳压器IC8稳压输出+9V直流电压，并通过电源变换器IC7变换输出-9V电压，供风压检测电路中风压传感器，放大器IC2，电流检测电路中运放IC3使用。+9V电压又通过三端稳压器IC9稳压输出+5V电压，供单片机IC1，移位寄存器IC4、液晶屏LCD使用。15V交流电压通过整流二极管D10-D13整流后经三端稳压器IC10稳压后输出12V电压，供转速传感器、喂籽棉量控制电路，电机控制电路，变频故障输出等使用。风压检测电路：风压传感器6检测风压后输出0-40(mv)的电压信号，经电容C3、C4滤波后，进入放大器IC2，放大后经放大器IC2的6脚输出0-5V直流电压，又经电容C5、电阻R6滤波后，进入单片机IC1内部AD转换器P1.0。喂籽棉正反绞龙转速检测电路：喂籽棉正反绞龙每转一周，转速传感器7将输出一次正脉冲，经过电阻R1、稳压二极管DW1、发光二极管LED1进入光电耦合器V1隔离输出，进入单片机IC1的外中断入口P3.2，通过内部进行转速换算。喂籽棉绞龙电机电流检测电路：电机运行电流通过装在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交流电压经电阻R7、R8进入运放IC3进行运放整流后通过运放IC3的7脚输出0-5V直流电压进入单片机IC1内部AD转换器P1.1。变频器故障输出检测电路，变频器有故障输出时，12V电压信号经变频器故障输出端RC、电阻R3、稳压二极管DW2、发光二极管LED2进入光电耦合器V2隔离输出后进入单片机IC1内部AD转换器P1.5，进行逻辑变量检测。喂籽棉量自动控制电路：正常风压情况下，单片机IC1对预先拨籽棉量给定值在程序的控制下通过单片机IC1的PWM输出相应的控制值经反相器IC5输出0-5V直流电压又经电阻R26进入运放IC6放大经IC6的7脚输出0-10V直流电压，进入变频器BF电压控制端口V1N，控制拨籽棉辊转速，单片机IC1接收风压检测电路实时检测的风压值，并不断与风压设定值的上、下限及中间值进行比较，在程序的控制下输出相应的控制电压自动调整拨籽棉量，从而达到自动控制喂籽棉量的目的。喂籽棉绞龙电机电流及喂籽棉正反绞龙转速，变频器故障等检测电路向单片机输送有关的检测信号，单片机识别后向电机控制电路输送控制信号，控制信号经单片机IC1中P1口的三位P1.2-P1.4分别进入移位寄存器IC4的串行数据输入端、控制输入端、控制锁存端，串行输入后，移位寄存器IC4的并行输出端O0输出进入光电耦合器V3隔离输出后，通过三极管TV1驱动继电器JKI，使触点K1、K2通断控制变频器启停，从而控制拨籽棉辊电机M2的运转与停止；移位寄存器IC4的并行输出端O1输出进入光电耦合器V4隔离输出后，经三极管TV2驱动继电器JK2，使触点K3、K4通断来控制接触器KB吸合或断开以达到启、停喂籽棉正反绞龙电机M1的目的。当系统发生故障时，单片机IC1识别故障信号后向电机控制电路输出控制信号自动将所有电机停掉，待故障排除后，按复位键才能恢复正常运行。移位寄存器IC4的并行输出端O2-O7分别接按键S1-S6，单片机IC1向移位寄存器并行输出端O2-O7分别发送位选信号，如有按键接通会进入单片机IC1中P1口的一位P1.6进行判断，以达到各按键的控制作用。单片机IC1的4、5、25、9、10、11脚分别进入液晶屏LCD的控制端口4、5、6、15、16、17脚，单片机IC1的26、27、1、2、12、13、15、16脚分别接液晶屏LCD的数据输入端7-14脚，该显示屏可显示系统所有参数，设置参数及出现故障全中文提示。控制电路的核心单片机IC1采用STC5412AD，风压传感器6采用压力传感器，转速传感器7采用PNP型接近开关。从图5可知，在本发明所提供的所提供喂籽棉自动控制系统的控制电路中，在强、弱电信号间都采用光电耦合器隔离，避免互相影响，更提高了系统的可靠性。
图6为喂籽棉自动控制系统的主程序流程图，从流程可看出，开始上电后，单片机首先检测吸籽棉管风压是否在上下限范围内，如在范围内，将启动喂籽棉正反绞龙电机，电机启动后，检测喂籽棉正反绞龙转速是否大于设定置，如果是，继续检测喂籽棉正反绞龙电机电流是否小于设定置，如果是，将启动拨籽棉变频器，变频器启动后，首先检测有无故障输出，如果无，将返回上电后循环检测。从流程图中可看出，如果风压不在上下限范围内造成停机的，当风压正常后，系统又会自动工作。主要是因为风压停止不是故障所为，而是后道工序配棉满后而自动关闭吸籽棉风阀所致。从流程图还可看出，喂籽棉正反绞龙转速小于设定值，电机电流大于设定值，变频器有故障输出造成停机的，系统将在等待复位循环中，其主要是考虑停机是故障所为(如皮带松动打滑，异物堵塞等)只有查明原因后按复位键，才能进入正常运行。

Claims (7)

1、一种喂籽棉自动控制系统，由拨籽棉辊电机、喂籽棉绞龙电机、传动装置、拨籽棉辊、喂籽棉正反绞龙、变频器组成，拨籽棉辊电机与变频器的变频输出相接，其特征在于由一控制电路控制拨籽棉辊电机、喂籽棉绞龙电机和变频器的工作，所述的控制电路由电源电路、喂籽棉正反绞龙转速检测电路、变频器故障检测电路、风压检测电路、喂籽棉绞龙电机电流检测电路、喂籽棉量控制电路、单片机电路、电机控制电路、按键与显示电路组成，所述按键、喂籽棉正反绞龙转速检测电路、变频器故障检测电路、风压检测电路、喂籽棉绞龙电机电流检测电路的输出接单片机电路的输入端，单片机电路的输出接显示电路、喂籽棉量控制电路与电机控制电路的输入，喂籽棉量控制电路的输出接变频器，电机控制电路的输出接控制变频器起停的继电器与控制喂籽棉绞龙电机起停的继电器。
2、根据权利要求1所述的喂籽棉自动控制系统，其特征在于所述风压检测电路由安装在籽棉输送管道壁上的风压传感器(6)、运算放大器(IC2)及其外围电容(C3、C4、C5)、可调电阻(W1)、电阻(R5、R6)组成，运算放大器(IC2)的输出经电阻(R5、R6)送入单片机电路。
3、根据权利要求1所述的喂籽棉自动控制系统，其特征在于所述喂籽棉绞龙电机电流检测电路由电流互感器(TA)、电流变换器(B1)、运放(IC3)及其外围可调电阻(W2)、电阻(R7-R14)、二极管(D1、D2)、电容(C6、C7)组成，电流互感器(TA)装在所述电机的进线上，运放(IC3)的输出送入单片机电路。
4、根据权利要求1所述的喂籽棉自动控制系统，其特征在于所述喂籽棉正反绞龙转速检测电路由安装在正反绞龙转轴旁的转速传感器(7)、电阻(R1)、稳压器(WD1)、光电耦合器(V1)、电容(C1)、电阻(R2)组成，转速传感器(7)通过其接口(J1)依次接电阻(R1)、稳压器(WD1)、光电耦合器(V1)发光管的负极，接地电容(C1)的另一端接电阻(R1)与稳压器(WD1)的节点，转速传感器(7)的输出经光电耦合器(V1)隔离后送入单片机电路。
5、根据权利要求1或2所述的喂籽棉自动控制系统，其特征在于所述变频器故障检测电路由电阻(R3)、稳压器(WD2)光电耦合器(V2)、电阻(R4)、电容(C2)组成，电阻(R3)与变频器的故障信号输出端(RC)相接，通过稳压器(WD2)、发光二极管(LED2)接光电耦合器(V2)发光管的正极，通过电容(C2)接光电耦合器(V2)发光管的负极，变频器输出的故障信号经光电耦合器(V2)隔离后送入单片机电路。
6、根据权利要求1所述的喂籽棉自动控制系统，其特征在于所述喂籽棉量控制电路由反向器(IC5)、运放(IC6)及外围电阻(R26、R27、R28)、可调电阻(W4)、电容(C10、C11)组成，反向器(IC5)的输入端接单片机电路的输出，反向器(IC5)的输出经电阻(R26)接运放(IC6)的同相输入，运放(IC6)的输出接变频器的控制端口(VIN)。
7、根据权利要求1或2所述的喂籽棉自动控制系统，其特征在于所述电机控制电路由电阻(R15-R17)、移位寄存器(IC4)、电阻(R18-R24)、电阻(R29-R34)、光电耦合器(V3、V4)、三极管(TV1、TV2)、二极管(D3、D4)、发光二极管(LED3、LED4)、控制变频器与喂籽棉绞龙电机起停的继电器(JK1、JK2)组成，所述移位寄存器的输入与单片机电路相接，移位寄存器(IC4)的并行输出端(00)经电阻(R29)接光电耦合器(V3)发光管的负极，光电耦合器(V3)收光管的发射极通过电阻(R30)接三极管(TV1)的基极，继电器(JK1)的线圈接在光电耦合器(V3)收光管的集电极与三极管(TV1)集电极之间，继电器(JK1)的触点(K1、K2)接变频器的启停控制端；移位寄存器(IC4)的并行输出端(01)经电阻(R32)接光电耦合器(V4)发光管的负极，光电耦合器(V4)收光管的发射极通过电阻(R33)、接三极管(TV2)的基极，继电器(JK2)的线圈接在光电耦合器(V3)收光管的集电极与三极管(TV2)集电极之间，继电器(JK2)的触点(K3、K4)接控制喂籽棉绞龙电机起停的交流接触器(KB)的线圈。
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