CN102618941B - 剥绒机自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种剥绒机自动控制系统，包括单片机，其信号输入端分别与锯轴电机电流检测电路、拨籽辊电机电流检测电路的输出端相连，其信号输出端分别与锯轴电机控制电路、拨籽辊电机控制电路、喂籽电机控制电路的输入端相连，其信号输入输出端与通讯电路相连。本发明采用先进的单片机技术，单片机分别通过锯轴电机电流检测电路、拨籽辊电机电流检测电路对锯轴电机电流、拨籽辊电机电流进行实时检测，通过拨籽辊电流给定值，自动调节喂籽量，操作方便；此外，本系统对运行中的主要参数有监控功能，对剥绒机有智能保护功能，还可连接485串口用组态软件实现多机通讯，达到集中监控和管理。
Description
技术领域
本发明涉及棉花加工领域，尤其是一种剥绒机自动控制系统。
背景技术
目前，在棉花加工行业，剥绒机控制及保护系统普遍采用传统的继电器控制，然而，由于这种控制方式的自动化程度较低，没有监控、自动联锁、智能保护等功能，在实际操作中不仅增大了劳动强度，而且不易及时发现问题，造成故障，严重影响生产。其主要缺陷有以下几点：第一，喂籽量靠操作工用手触摸工作箱内的棉籽卷，估计棉籽卷的密度，凭经验调节喂籽量，经常出现喂籽量偏多而堵塞、烧坏电机的现象，或是喂籽量偏少，导致设备无法满负荷运行，生产效率低、能耗大；第二，由于自动化程度太低，不仅需要使用很多的操作工，而且操作工的劳动强度较大；第三，由于操作工需要经常用手触摸工作箱内的棉籽卷，存在着很大的安全隐患，时常发生工伤事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便于操作、具有智能监控和保护功能的剥绒机自动控制系统。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种剥绒机自动控制系统，包括单片机，其信号输入端分别与锯轴电机电流检测电路、拨籽辊电机电流检测电路的输出端相连，其信号输出端分别与锯轴电机控制电路、拨籽辊电机控制电路、喂籽电机控制电路的输入端相连，其信号输入输出端与通讯电路相连。
由上述技术方案可知，本发明采用先进的单片机技术，单片机分别通过锯轴电机电流检测电路、拨籽辊电机电流检测电路对锯轴电机电流、拨籽辊电机电流进行实时检测，通过拨籽辊电流给定值，自动调节喂籽量，操作方便；此外，本系统对运行中的主要参数有监控功能，对剥绒机有智能保护功能，还可连接485串口用组态软件实现多机通讯，达到集中监控和管理。
附图说明
图1为本发明的电路框图；
图2、3、4为图1中单片机、锯轴电机电流检测电路、拨籽辊电机电流检测电路的电路原理图；
图5为图1中合箱检测电路、开箱检测电路、维修开箱检测电路的电路原理图；
图6、7、8、9、10、11、12为图1中锯轴电机控制电路、拨籽辊电机控制电路、开合箱电机控制电路、喂籽电机控制电路、显示电路、按键电路、485通讯电路的电路原理图；
图13为本发明的主控电路的电路原理图；
图14为本发明的工作流程图。
具体实施方式
一种剥绒机自动控制系统，包括单片机1，其信号输入端分别与锯轴电机电流检测电路2、拨籽辊电机电流检测电路3的输出端相连，其信号输出端分别与锯轴电机控制电路7、拨籽辊电机控制电路8、喂籽电机控制电路10的输入端相连，其信号输入输出端与通讯电路相连。所述单片机1的信号输入端分别与按键电路12、合箱检测电路4、开箱检测电路5、维修开箱检测电路6的输出端相连，单片机1的信号输出端分别与开合箱电机控制电路9、显示电路11的输入端相连，如图1所示。
如图2所示，所述的单片机1采用芯片IC3，晶振X1的两端分别接芯片IC3的第18、19引脚，电容C8、C9串联后与晶振X1并联，芯片IC3的第9引脚分别与电容C10、电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端接地；如图12所示，所述的通讯电路为485通讯电路13，485通讯电路13采用芯片IC6，其第1引脚接芯片IC3的第10引脚，其第2、3引脚相连后接芯片IC3的第12引脚，其第4引脚接芯片IC3的第11引脚。
如图3所示，所述的锯轴电机电流检测电路2包括套设在锯轴电机M1上的电流互感器TA1，电流互感器TA1的二次线圈并联在可调电阻W1的两端，运放IC1的第2、3引脚分别通过电阻R1、R2与可调电阻W1相连，运放IC1的第1引脚与二极管D2的阴极相连，二极管D1跨接在运放IC1的第1、2引脚之间，运放IC1的第5引脚通过电阻R6与可调电阻W1的一端相连，运放IC1的第6引脚通过电阻R5接二极管D2的阳极，运放IC1的第7引脚通过电阻R8接芯片IC3的第1引脚；如图4所示，所述的拨籽辊电机电流检测电路3包括套设在拨籽辊电机M2上的电流互感器TA2，电流互感器TA2的二次线圈并联在可调电阻W2的两端，运放IC2的第2、3引脚分别通过电阻R9、R10与可调电阻W2相连，运放IC2的第1引脚与二极管D4的阴极相连，二极管D3跨接在运放IC2的第1、2引脚之间，运放IC2的第5引脚通过电阻R14与可调电阻W2的一端相连，运放IC2的第6引脚通过电阻R13接二极管D4的阳极，运放IC2的第7引脚通过电阻R16接芯片IC3的第2引脚。
如图6、13所示，所述的锯轴电机控制电路7包括光耦V4，其输入端通过电阻R29接芯片IC3的第32引脚，其输出端分别与二极管D5的阴极、电阻R30的一端相连，电阻R30的另一端与三极管U1的基极相连，三极管U1的发射极接地，三极管U1的集电极与二极管D5的阳极相连，发光二极管LED4与电阻R31串联后与二极管D5并联，继电器JK1的线圈的一端与电阻R31的一端相连，继电器JK1的线圈的另一端与发光二极管LED4的阴极相连，继电器JK1的触点K1、K2接锯轴电机交流接触器KB1；如图7、13所示，所述的拨籽辊电机控制电路8包括光耦V5，其输入端通过电阻R32接芯片IC3的第33引脚，其输出端分别与二极管D6的阴极、电阻R33的一端相连，电阻R33的另一端与三极管U2的基极相连，三极管U2的发射极接地，三极管U2的集电极与二极管D6的阳极相连，发光二极管LED5与电阻R34串联后与二极管D6并联，继电器JK2的线圈的一端与电阻R34的一端相连，继电器JK2的线圈的另一端与发光二极管LED5的阴极相连，继电器JK2的触点K3、K4接拨籽辊电机交流接触器KB2。
如图9所示，所述的喂籽电机控制电路10、13包括光耦V8，其输入端通过电阻R41接芯片IC3的第36引脚，其输出端分别与二极管D9的阴极、电阻R42的一端相连，电阻R42的另一端与三极管U5的基极相连，三极管U5的发射极接地，三极管U5的集电极与二极管D9的阳极相连，发光二极管LED8与电阻R43串联后与二极管D9并联，继电器JK5的线圈的一端与电阻R43的一端相连，继电器JK5的线圈的另一端与发光二极管LED8的阴极相连，继电器JK5的触点K9、K10分别接变频调速模块的启动端子、频率控制端子VIN，反相器IC4的输入端接芯片IC3的第4引脚，反相器IC4的输出端依次通过电阻R24、R25与运放IC5的第3引脚相连，运放IC5的第2引脚与其第1引脚相连，运放IC5的第1引脚通过电阻R27与运放IC5的第5引脚相连，运放IC5的第6引脚通过可调电阻R28与运放IC5的第7引脚相连。
如图5所示，所述的合箱检测电路4包括行程开关SX1，其一端接+12V直流电，另一端通过电阻R17与稳压管DW1的阴极相连，稳压管DW1的阳极与发光二极管LED1的阳极相连，发光二极管LED1的阴极与光耦V1的输入端相连，光耦V1的输出端与芯片IC3的第6引脚相连；所述的开箱检测电路5包括行程开关SX2，其一端接+12V直流电，另一端通过电阻R19与稳压管DW2的阴极相连，稳压管DW2的阳极与发光二极管LED2的阳极相连，发光二极管LED2的阴极与光耦V2的输入端相连，光耦V2的输出端与芯片IC3的第7引脚相连；所述的维修开箱检测电路6包括行程开关S3，其一端接+12V直流电，另一端通过电阻R21与稳压管DW3的阴极相连，稳压管DW3的阳极与发光二极管LED3的阳极相连，发光二极管LED3的阴极与光耦V3的输入端相连，光耦V3的输出端与芯片IC3的第8引脚相连。
如图8、13所示，所述的开合箱电机控制电路9包括光耦V6、V7，光耦V6的输入端通过电阻R35接芯片IC3的第34引脚，光耦V6的输出端分别与二极管D7的阴极、电阻R36的一端相连，电阻R36的另一端与三极管U3的基极相连，三极管U3的发射极接地，三极管U3的集电极与二极管D7的阳极相连，发光二极管LED6与电阻R37串联后与二极管D7并联，继电器JK3的线圈的一端与电阻R37的一端相连，继电器JK3的线圈的另一端与发光二极管LED6的阴极相连，继电器JK3的触点K5、K6接开箱电机交流接触器KB3，光耦V7的输入端通过电阻R38接芯片IC3的第35引脚，光耦V6的输出端分别与二极管D8的阴极、电阻R39的一端相连，电阻R39的另一端与三极管U4的基极相连，三极管U4的发射极接地，三极管U4的集电极与二极管D8的阳极相连，发光二极管LED7与电阻R40串联后与二极管D8并联，继电器JK4的线圈的一端与电阻R40的一端相连，继电器JK4的线圈的另一端与发光二极管LED7的阴极相连，继电器JK4的触点K7、K8接合箱电机交流接触器KB4。QS1～QS5为断路器。
如图11所示，所述的按键电路12由按键S1～S18组成矩阵式键盘，其行线分别接芯片IC3的第14、15、16引脚，其列线分别接芯片IC3的第21、22、23、24、25、26引脚；如图10所示，所述的显示电路11由移位寄存器IC7～IC24、电阻R44～R183、数码管LD1～LD16和发光二极管LED9～LED20组成，移位寄存器IC7～IC24的时钟输入线分别接芯片IC3的第3、5引脚，移位寄存器IC7～IC24的数据输入线接芯片IC3的第13引脚。
如图14所示，开始上电后，系统首先检测是否在开箱状态，如果是，可进入锯轴启动，如果否，就进入开箱，开箱后再进入锯轴启动；锯轴启动后，首先检测锯轴电机电流是否在设置范围内，如果是，可进入拨籽辊启动，如果否，说明有故障，首先还要停止锯轴电机M1，等待查明原因后再启动；拨籽辊启动后，首先检测拨籽辊电机电流是否在设置范围内，如果是，可进入合箱，如果否，说明有故障，首先还要停止拨籽辊电机M2，等待查明原因后再启动；合箱后，首先检测是否在设置时间范围内合箱到位，如果在设置时间范围内合箱不到位，说明合箱机构被卡住或行程开关失灵等故障原因，及时停止合箱并发出合箱超时报警信号，如合箱到位，合箱电机停止同时自动启动喂籽电机M4，并通过拨籽辊电机电流和给定电流比较，采用P、I、D及模糊算法并采用PWM方式输出控制变频调速模块频率控制端子VIN来控制喂籽电机频率，以达到自动调整下籽量。
从流程图中还可看出，在正常生产过程中，如果锯轴电机M1被人为或故障停止，接着会自动停止拨籽辊电机M2，又进入检测是否在开箱状态，如果否，就进入开箱，开箱后再进入锯轴启动等待。如果在设置时间范围内开箱不到位，说明开箱机构被卡住或行程开关失灵等故障原因，也及时停止开箱并发出开箱超时报警信号，总之，只要出现故障系统都会自动停机并开箱，并发出相应报警。
以下结合图1至图14对本发明进行进一步说明。
系统上电后，首先对运行主要参数进行设定，参数设定主要通过按键电路12和显示电路11来完成。
每个按键的作用在编制程序时已分工好，S1为控制电源关键，S2-S5为设置键，S6为控制电源开键，S7为开箱键， S8为锯轴启动键，S9为拨籽辊启动键，S10为给定电流升键（自动时使用），S11为给定频率升键（调试时使用），S12为备用键，S13为合箱键，S14为锯轴停止键，S15为拨籽辊停止键，S16为给定电流降键（自动时使用），S17为给定频率降键（调试时使用），S18为备用键。
显示电路11为了少占用单片机1的端口和时间，采用静态扫描方式，所有参数通过程序运算和制式转换，经单片机1的P1.2、P1.4、P3.3端口分别进入移位寄存器时钟输入端和数据输入端并进行级连，将设置参数或运行参数显示在相应的数码管上，正常运行时数码管LD1～LD4显示锯轴工作电流，LD5～LD8显示拨籽辊工作电流，LD9～LD12显示拨籽辊给定电流，LD13～LD16显示拨籽辊给定频率，应用S2～S5设置键，根据电机功率，设置好锯轴电机保护电流，拨籽辊电机保护电流，开合箱电机保护时间，P、I、D参数，参数值将在单片机1的内部存储器保存，掉电也不会丢失。
开机前按S6键将控制电源打开，电源打开后，系统自动检测工作箱是否在开箱位置，检测原理是开箱行程开关SX2是否接通，若接通，12V电压通过行程开关SX2、电阻R19、抗干扰箝位稳压管DW2、发光二极管LED2进入光耦V2，使光耦V2导通，单片机1的P1.6端口为低电位，系统继续等待锯轴启动，若开箱行程开关SX2未接通，光耦V2也就不能导通，单片机1的P1.6端口为高电位，系统将单片机1的P0.2端口变为低电位，使光耦V6导通，同时三极管U3导通，继电器JK3吸合，触点K5、K6将开箱交流接触器KB3接通，开箱电机运行；
当开箱到位后，开箱行程开关SX2接通，单片机1的P1.6端口为低电位，同时系统将单片机1的P0.2端口变为高电位，使开箱电机停止，系统进入等待锯轴启动，若生产线所有附属设备启动完成后，按锯轴启动键S8，系统将单片机1的P0.0端口变为低电位，使光耦V4导通，同时三极管U1导通，继电器JK1吸合，触点K1、K2将锯轴交流接触器KB1接通，锯轴电机M1运行；
锯轴电机电流通过电流互感器TA1、B1转换为0～5V交流电压，再经过运放IC1、电阻R1～R8、电容C1、C2、二极管D1、D2组成的运放整流后，输出0～5V直流电压，进入单片机1的P1.0端口进行A/D转换，再由数码管LD1～LD4显示锯轴工作电流，若锯轴工作电流正常，按拨籽辊启动键S9，系统将单片机1的P0.1端口变为低电位，使光耦V5导通，同时三极管U2导通，继电器JK2吸合，触点K3、K4将拨籽辊交流接触器KB2接通，拨籽辊电机M2运行；
拨籽辊电机电流通过电流互感器TA2、B2转换为0～5V交流电压，再经过运放IC2、电阻R9～R16、电容C3、C4、二极管D3、D4组成的运放整流后，输出0～5V直流电压，进入单片机1的P1.1端口进行A/D转换，再由数码管LD5～LD8显示拨籽辊工作电流，如拨籽辊工作电流正常，按合箱键S13，系统将单片机1的P0.3端口变为低电位，使光耦V7导通，同时三极管U4导通，继电器JK4吸合，触点K7、K8将合箱交流接触器KB4接通，合箱电机运行；
当合箱到位后，合箱行程开关SX1接通，单片机1的P1.5端口为低电位，同时系统将单片机1的P0.3端口变为高电位，使合箱电机停止，同时系统又将单片机1的P0.4端口变为低电位，使光耦V8导通，同时三极管U5导通，继电器JK5吸合，触点K9、K10将变频调速模块启动接通，喂籽电机M4运行；
通过S10、S16给定电流升降键调整所需要的给定电流，系统通过拨籽辊电机电流和给定电流比较，程序采用P、I、D及模糊算法并采用PWM方式，通过单片机1的P1.3端口输出经反相器IC4后输出0～5V直流，再经电阻R24～R28、电容C11 、C12 、运放IC5放大后输出0～10V，再进入变频调速模块频率控制端子VIN来控制喂籽电机频率，以达到自动调整下籽量目的。
在运行中发生任何故障，系统都会自动停机开箱，并通过发光二极管LED9～LED20发出相应报警指示，在本发明中，在检测电路和强、弱电信号间都采用了光电耦合器进行隔离，避免了相互干扰，更提高了系统的可靠性，为维修或更换锯片及调试方便，该系统将设置键中的S3、S4设为复用键，即在设备启动前，可按S3或S4将系统运行模式在自动状态或调试状态转换。在调试状态下，所有启动顺序、互联锁、智能保护、控制算法均被屏蔽，开合箱按键处于点动状态，锯轴电机M1和拨籽辊电机M2可不按顺序启动，下籽量不能自动调节，只能通过S11、S17给定频率升降键调整，该状态只能在维修和调试期间做短时间运行，为了方便及安全，每次系统上电都默认为自动状态，该系统485接口采用MODBUS通讯协议，可使用组态软件实现多机通讯，达到集中监控。
Claims (1)
1.一种剥绒机自动控制系统，其特征在于：包括单片机（1），其信号输入端分别与锯轴电机电流检测电路（2）、拨籽辊电机电流检测电路（3）的输出端相连，其信号输出端分别与锯轴电机控制电路（7）、拨籽辊电机控制电路（8）、喂籽电机控制电路（10）的输入端相连，其信号输入输出端与通讯电路相连；所述单片机（1）的信号输入端分别与按键电路（12）、合箱检测电路（4）、开箱检测电路（5）、维修开箱检测电路（6）的输出端相连，单片机（1）的信号输出端分别与开合箱电机控制电路（9）、显示电路（11）的输入端相连；所述的单片机（1）采用芯片IC3，晶振X1的两端分别接芯片IC3的第18、19引脚，电容C8、C9串联后与晶振X1并联，芯片IC3的第9引脚分别与电容C10、电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端接地；所述的通讯电路为485通讯电路（13），485通讯电路（13）采用芯片IC6，其第1引脚接芯片IC3的第10引脚，其第2、3引脚相连后接芯片IC3的第12引脚，其第4引脚接芯片IC3的第11引脚；
所述的锯轴电机电流检测电路（2）包括套设在锯轴电机M1上的电流互感器TA1，电流互感器TA1的二次线圈并联在可调电阻W1的两端，运放IC1的第2、3引脚分别通过电阻R1、R2与可调电阻W1相连，运放IC1的第1引脚与二极管D2的阴极相连，二极管D1跨接在运放IC1的第1、2引脚之间，运放IC1的第5引脚通过电阻R6与可调电阻W1的一端相连，运放IC1的第6引脚通过电阻R5接二极管D2的阳极，运放IC1的第7引脚通过电阻R8接芯片IC3的第1引脚；所述的拨籽辊电机电流检测电路（3）包括套设在拨籽辊电机M2上的电流互感器TA2，电流互感器TA2的二次线圈并联在可调电阻W2的两端，运放IC2的第2、3引脚分别通过电阻R9、R10与可调电阻W2相连，运放IC2的第1引脚与二极管D4的阴极相连，二极管D3跨接在运放IC2的第1、2引脚之间，运放IC2的第5引脚通过电阻R14与可调电阻W2的一端相连，运放IC2的第6引脚通过电阻R13接二极管D4的阳极，运放IC2的第7引脚通过电阻R16接芯片IC3的第2引脚；
所述的锯轴电机控制电路（7）包括光耦V4，其输入端通过电阻R29接芯片IC3的第32引脚，其输出端分别与二极管D5的阴极、电阻R30的一端相连，电阻R30的另一端与三极管U1的基极相连，三极管U1的发射极接地，三极管U1的集电极与二极管D5的阳极相连，发光二极管LED4与电阻R31串联后与二极管D5并联，继电器JK1的线圈的一端与电阻R31的一端相连，继电器JK1的线圈的另一端与发光二极管LED4的阴极相连，继电器JK1的触点K1、K2接锯轴电机交流接触器KB1；所述的拨籽辊电机控制电路（8）包括光耦V5，其输入端通过电阻R32接芯片IC3的第33引脚，其输出端分别与二极管D6的阴极、电阻R33的一端相连，电阻R33的另一端与三极管U2的基极相连，三极管U2的发射极接地，三极管U2的集电极与二极管D6的阳极相连，发光二极管LED5与电阻R34串联后与二极管D6并联，继电器JK2的线圈的一端与电阻R34的一端相连，继电器JK2的线圈的另一端与发光二极管LED5的阴极相连，继电器JK2的触点K3、K4接拨籽辊电机交流接触器KB2；
所述的喂籽电机控制电路（10）包括光耦V8，其输入端通过电阻R41接芯片IC3的第36引脚，其输出端分别与二极管D9的阴极、电阻R42的一端相连，电阻R42的另一端与三极管U5的基极相连，三极管U5的发射极接地，三极管U5的集电极与二极管D9的阳极相连，发光二极管LED8与电阻R43串联后与二极管D9并联，继电器JK5的线圈的一端与电阻R43的一端相连，继电器JK5的线圈的另一端与发光二极管LED8的阴极相连，继电器JK5的触点K9、K10分别接变频调速模块的启动端子、频率控制端子VIN，反相器IC4的输入端接芯片IC3的第4引脚，反相器IC4的输出端依次通过电阻R24、R25与运放IC5的第3引脚相连，运放IC5的第2引脚与其第1引脚相连，运放IC5的第1引脚通过电阻R27与运放IC5的第5引脚相连，运放IC5的第6引脚通过可调电阻R28与运放IC5的第7引脚相连；
所述的合箱检测电路（4）包括行程开关SX1，其一端接+12V直流电，另一端通过电阻R17与稳压管DW1的阴极相连，稳压管DW1的阳极与发光二极管LED1的阳极相连，发光二极管LED1的阴极与光耦V1的输入端相连，光耦V1的输出端与芯片IC3的第6引脚相连；所述的开箱检测电路（5）包括行程开关SX2，其一端接+12V直流电，另一端通过电阻R19与稳压管DW2的阴极相连，稳压管DW2的阳极与发光二极管LED2的阳极相连，发光二极管LED2的阴极与光耦V2的输入端相连，光耦V2的输出端与芯片IC3的第7引脚相连；所述的维修开箱检测电路（6）包括行程开关S3，其一端接+12V直流电，另一端通过电阻R21与稳压管DW3的阴极相连，稳压管DW3的阳极与发光二极管LED3的阳极相连，发光二极管LED3的阴极与光耦V3的输入端相连，光耦V3的输出端与芯片IC3的第8引脚相连；
所述的开合箱电机控制电路（9）包括光耦V6、V7，光耦V6的输入端通过电阻R35接芯片IC3的第34引脚，光耦V6的输出端分别与二极管D7的阴极、电阻R36的一端相连，电阻R36的另一端与三极管U3的基极相连，三极管U3的发射极接地，三极管U3的集电极与二极管D7的阳极相连，发光二极管LED6与电阻R37串联后与二极管D7并联，继电器JK3的线圈的一端与电阻R37的一端相连，继电器JK3的线圈的另一端与发光二极管LED6的阴极相连，继电器JK3的触点K5、K6接开箱电机交流接触器KB3，光耦V7的输入端通过电阻R38接芯片IC3的第35引脚，光耦V6的输出端分别与二极管D8的阴极、电阻R39的一端相连，电阻R39的另一端与三极管U4的基极相连，三极管U4的发射极接地，三极管U4的集电极与二极管D8的阳极相连，发光二极管LED7与电阻R40串联后与二极管D8并联，继电器JK4的线圈的一端与电阻R40的一端相连，继电器JK4的线圈的另一端与发光二极管LED7的阴极相连，继电器JK4的触点K7、K8接合箱电机交流接触器KB4；
所述的按键电路（12）由按键S1～S18组成矩阵式键盘，其行线分别接芯片IC3的第14、15、16引脚，其列线分别接芯片IC3的第21、22、23、24、25、26引脚；所述的显示电路（11）由移位寄存器IC7～IC24、电阻R44～R183、数码管LD1～LD16和发光二极管LED9～LED20组成，移位寄存器IC7～IC24的时钟输入线分别接芯片IC3的第3、5引脚，移位寄存器IC7～IC24的数据输入线接芯片IC3的第13引脚。
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