CN102860332A - 刀切馒头机智能控制器 - Google Patents

Abstract

一种刀切馒头机智能控制器，它将常规的刀切电机控制的计数器及电磁离合器控制器改为步进电机控制，同时集卷面电机控制、压面电机控制于一体，实行全数字调速，降低了成本、减少了能耗、消除了噪音、减轻了重量；通过实现压面电机和卷面电机的两个闭环控制使馒头形状统一，大小均匀；通过在切刀的下方安装光电测距传感器，以卷面电机工作、刀切电机工作、光电测距传感器动作三条件为依据，实现对馒头数量进行统计，增加了管理体制。通过增加日历时钟可方便查询记录；具有掉电检测、过零检测、掉电上电连续工作和初始开机的缓启动等功能；同时操作模块全为弱电按钮，安全性增加；整机软硬件结合，实现了高度智能化控制；彩屏动画加强了人机界面效果。

Description

刀切馒头机智能控制器

技术领域

本发明涉及一种控制装置，具体地说是一种刀切馒头机智能控制器。

背景技术

市场上现有常规馒头机的工作原理如下：首先将面粉配以合适的水，通过馒头机自带或外加的和面机加工制成规则的面饼，将面饼放入压面处，经压面电机控制压面机械装置制成适当厚度的面饼，通过传输带运送到卷面处；经卷面电机带动的卷面机械装置将面饼卷成圆筒；由传输带带动向切面处运行，切面机械装置的动作由计数器定时控制，时间一到，则启动电磁离合器，切面电机带动切面机械装置的切刀进行割切，切面电机旋转一周经接近开关动作反馈到计数器进行复位重新计数；这样重复进行，就制成一个一个大小均匀的馒头。现有常规馒头机的控制器主要分三部分：1）刀切定时计数器，通常使用常规的计数器，预设一定的计数值，当达到计数值输出信号，控制电磁离合器，结合刀切结构动作，动作一周，接近开关电平由高变低，反馈到计数器，使计数器清零，同时进行重复操作，这样循环无穷下去；2）卷面电机速度控制，用品牌厂家的调速器，调节电位器大小，卷面电机转速改变，为开环控制，即电压值发生变化，则转速也随之改变，馒头大小也受影响；3）压面电机控制，也是通过调节电位器来改变电机转速。目前，传统馒头机的压面电机机转速仅作为测量显示转速用，一般不作为反馈使用，也就是说也是开环控制。上述三个控制回路都相互独立，开停时需要针对控制情况进行一个个操作，而且三个电气控制部分在一个壳体内，形成一个小的配电柜，接线工作量较大，也增加了许多的故障点。

目前，市场上现有常规馒头机的电气控制都使用上述控制系统，所不同的是不同厂家对刀切馒头控制做了一些改进，因为刀切控制没专用的计数器，也没专用的离合器控制器，所以厂家在刀切馒头控制上采取不同产品控制方式，归纳为如下几种：

1、改装计数器

常规的定时计数器输出形式多数是继电器输出，而刀切馒头动作频繁，所以要把继电器输出改为电子开关输出形式，增加光电隔离与离合器控制端相连。市场上有多个厂家生产的计数器，归纳起来有两种计数方式：1）外部电平脉冲触发复位；2）低电平延时约0.5秒后复位。厂家在程序设计上有所不同，如果将这些计数器用在一般继电器输出信号的控制系统上，效果是一样，但上述第2中描述的计数器不能用在馒头机上，因为刀切馒头机电机速度很快，接近开关的低电平时间很短，远小于0.5秒，计数器来不及复位。应选用上述第1中描述的产品。计数器改装完成，还需要做制作电磁离合器控制器。通常离合器需要24V供电，所以可以用可控硅或者大功率三极管设计离合器控制电路。

用该改装后计数器的刀切馒头控制系统存在无法克服的三个缺点：1）当对计数器设置时计数值期间，计数器输出形式如同计数结束输出形式一样，使得切刀一直工作，浪费能量；2）遇到停电，且接近开关靠近转盘输出低电平位置或偏移正确位置，就产生不准确切割馒头计数值，，；3）遇到停电时候，且接近开关的位置处于转盘使接近开关输出低电平位置，这样接近开关一直输出低电平，再上电时候因外部信号一直给计数器复位，计数器无法工作，此时需要停电，将转盘转半周到何时位置后再上电。

2、专用刀切馒头控制器

该产品是将计数器与离合器控制器集于一体的刀切馒头控制器。因为市场上的常规计数器有许多的缺点，所以有些厂家自主研发了刀切馒头的计数控制仪。该控制仪能满足定时计数、控制离合器的要求。为了提高产品档次，厂家将该产品的显示采用多种显示形式，有的加装液晶显示。该产品虽然能够克服上述的缺陷，很好完成计数控制过程，但是仅限于刀切计数控制。

3、无线接收的专用馒头机控制器

在上述产品的基础上，为了现实远程控制，有的厂家增加了红外、射频等无线接收器，实现远程无线设置及控制。该产品方便用户，但实用性不强，也是仅限于刀切计数控制。

4、带触摸屏的刀切馒头控制器

为了使产品上升更高的层面上，有的厂家将计数控制部分用较大的触摸屏来设置定时参数，此产品给人视觉效果很好，但没实现一体化，功能不强，智能化程度也不高，没什么应用前景，成本也高。

以上叙述的馒头机控制系统，主要缺点是限于刀切馒头控制的改造和设计。用常规的计数器改造，缺点很多，且成本没优势。自主研发的控制器，虽增加一些功能，但没真正实现智能控制，所以只能自己研发自己使用，得不到很好的推广。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种刀切馒头机智能控制器，对电机控制方式和形式做了改进，功能十分齐全，性能/价格比很高，该控制器具有安装简单、精度高、抗干扰强、适用场合多、功能强大、减低能耗、降低噪音和减少设备故障点等特点。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：刀切馒头机智能控制器，包括壳体，其特征是，所述壳体由铝合金加工制成；

所述刀切馒头机智能控制器还包括：

设置在壳体内的中央处理器以及分别与中央处理器连接的电源模块、存储模块、压面电机转速检测模块、模数转换模块、掉电检测模块、日历时钟模块、电机送电控制模块、过零检测模块、压面电机控制模块、卷面电机控制模块、刀切电机控制模块、显示信号输出电路、蜂鸣器电路和通讯接口电路，所述压面电机转速检测模块与压面电机连接，所述电机送电控制模块包括通过光电隔离电路与中央处理器连接的刀切电机驱动电路、卷面电机驱动电路和压面电机驱动电路，所述刀切电机驱动电路、卷面电机驱动电路和压面电机驱动电路分别与刀切电机送电继电器、卷面电机送电继电器和压面电机送电继电器连接；所述压面电机控制模块与压面电机连接，所述卷面电机控制模块与卷面电机连接，所述刀切电机控制模块与刀切电机连接；

设置在壳体上的显示模块和键入模块，所述显示模块与显示信号输出电路连接，所述键入模块与中央处理器连接；

接近开关，所述接近开关设置在刀切电机上并通过光电隔离电路与中央控制器连接；

电压互感器，所述电压互感器设置在市电电源线路中，并分别与模数转换模块、掉电检测模块和过零检测模块连接，所述模数转换模块和掉电检测模块分别通过光电隔离电路与中央处理器连接，所述过零检测模块分别与压面电机控制模块和卷面电机控制模块连接；

测距传感器，所述测距传感器设置在刀切机械的切刀下方处，并通过光电隔离电路与中央处理器连接。所述测距传感器可采用光电测距传感器。

优选地，所述中央处理器包括ST系列的工业级STM8S207MB单片机。

优选地，所述压面电机控制模块包括脉宽调制电路、光电隔离电路、触发控制电路和可控硅晶闸管，所述脉宽调制电路、光电隔离电路、触发控制电路和可控硅晶闸管依次串联，所述脉宽调制电路分别与中央处理器和光电隔离电路连接，所述触发控制电路分别与光电隔离电路、可控硅晶闸管和过零检测模块连接，所述可控硅晶闸管与交流压面电机连接。

优选地，所述压面电机控制模块包括光电隔离电路、DA转换电路和直流电机控制模块，所述光电隔离电路分别与中央处理器和DA转换电路连接，所述直流电机控制模块分别与DA转换电路和直流压面电机连接。

优选地，所述压面电机控制模块包括光电隔离电路、DA转换电路和变频器，所述光电隔离电路分别与中央处理器和DA转换电路连接，所述变频器分别与DA转换电路和交流压面电机连接。

优选地，所述卷面电机控制模块包括脉宽调制电路、光电隔离电路、触发控制电路和可控硅晶闸管，所述脉宽调制电路、光电隔离电路、触发控制电路和可控硅晶闸管依次串联，所述脉宽调制电路分别与中央处理器和光电隔离电路连接，所述触发控制电路分别与光电隔离电路、可控硅晶闸管和过零检测模块连接，所述可控硅晶闸管与卷面电机连接。

优选地，所述刀切电机控制模块包括通过光电隔离电路与中央处理器连接的步进电机控制器，所述步进电机控制器与刀切电机连接。

优选地，所述电源模块包括基于TOP247的单端反激式双输出开关电源模块，用以将交流85～265V的宽电压输入转换为直流12V和24V电压的双电源输出，并将DC12V稳压后变成DC5V电压为中央控制器提供工作电压。

优选地，所述存储模块包括铁电存储器和EEPROM存储器，所述铁电存储器应以存储实时数据记录，所述EEPROM存储器用以参数掉电保护。

优选地，所述通讯接口电路包括通过光电隔离电路与中央处理器的RS485通讯电路，所述RS485通讯电路与上位机连接。

本发明的有益效果是，本发明将常规的刀切电机控制的计数器及电磁离合器控制器改为步进电机控制，同时集卷面电机控制、压面电机控制于一体，降低了成本、减少了能耗、消除了噪音、减轻了重量；通过实现压面电机和卷面电机的两个闭环控制使馒头形状统一，大小均匀；通过在切刀的下方安装光电测距传感器，以卷面电机工作、刀切电机工作、光电测距传感器动作三条件为依据，实现对馒头数量进行统计，增加了管理体制。通过增加日历时钟可方便查询记录；具有掉电检测、掉电上电连续工作和初始开机的缓启动等功能；同时操键入模块为弱点按钮，安全性增加；实现了智能化控制。本发明不仅性能/价格比高，而且功能十分齐全，具有安装简单、精度高、抗干扰强、适用场合多、功能强大、减低能耗、降低噪音和减少设备故障点等特点。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1是本发明实施例1的原理框图；

图2是本发明实施例2的原理框图；

图3是本发明实施例3的原理框图；

图4是本发明壳体的面板结构示意图；

图4中，1查询键、2画面切换键、3背光键、4设置键、5右移键、6增加键、7减少键、8刀切电机开关键、9卷面电机开关键、10压面电机开关键、11全自动开关键、12带漏电保护器的空气开关、13彩色液晶显示屏。

具体实施方式

图1是本发明实施例1的原理框图。如图1所示，本发明的一种刀切馒头机智能控制器，包括由铝合金加工制成的壳体，还包括：

设置在壳体内的ST系列的工业级STM8S207MB单片机以及分别与单片机连接的电源模块、存储模块、压面电机转速检测模块、模数转换模块、掉电检测模块、日历时钟模块、电机送电控制模块、过零检测模块、压面电机控制模块、卷面电机控制模块、刀切电机控制模块、显示信号输出电路、蜂鸣器电路和通讯接口电路，所述压面电机转速检测模块与压面电机连接，所述电机送电控制模块包括通过光电隔离电路与单片机连接的刀切电机驱动电路、卷面电机驱动电路和压面电机驱动电路，所述刀切电机驱动电路、卷面电机驱动电路和压面电机驱动电路分别与刀切电机送电继电器、卷面电机送电继电器和压面电机送电继电器连接；所述压面电机控制模块与压面电机连接，所述卷面电机控制模块与卷面电机连接，所述刀切电机控制模块与刀切电机连接；

设置在壳体上的显示模块和键入模块，所述显示模块采用彩色液晶显示屏，彩色液晶显示屏与显示信号输出电路连接，所述键入模块与中央处理器连接；

接近开关，所述接近开关设置在刀切电机上并通过光电隔离电路与中央控制器连接，用于进行刀切位置检测；

电压互感器，所述电压互感器设置在市电电源线路中，并分别与模数转换模块、掉电检测模块和过零检测模块连接，所述模数转换模块和掉电检测模块分别通过光电隔离电路与中央处理器连接，所述过零检测模块分别与压面电机控制模块和卷面电机控制模块连接；

测距传感器，所述测距传感器设置在刀切机械的切刀下方处，并通过光电隔离电路与中央处理器连接，用于进行馒头数量统计。

优选地，所述压面电机控制模块包括脉宽调制电路、光电隔离电路、触发控制电路和可控硅晶闸管，所述脉宽调制电路、光电隔离电路、触发控制电路和可控硅晶闸管依次串联，所述脉宽调制电路分别与中央处理器和光电隔离电路连接，所述触发控制电路分别与光电隔离电路、可控硅晶闸管和过零检测模块连接，所述可控硅晶闸管与交流压面电机连接。

优选地，所述卷面电机控制模块包括脉宽调制电路、光电隔离电路、触发控制电路和可控硅晶闸管，所述脉宽调制电路、光电隔离电路、触发控制电路和可控硅晶闸管依次串联，所述脉宽调制电路分别与中央处理器和光电隔离电路连接，所述触发控制电路分别与光电隔离电路、可控硅晶闸管和过零检测模块连接，所述可控硅晶闸管与卷面电机连接。

优选地，所述刀切电机控制模块包括通过光电隔离电路与中央处理器连接的步进电机控制器，所述步进电机控制器与刀切电机连接。

优选地，所述电源模块包括基于TOP247的单端反激式双输出开关电源模块，用以将交流85～265V的宽电压输入转换为直流12V和24V电压的双电源输出，并将DC12V稳压后变成DC5V电压为中央控制器提供工作电压。

优选地，所述存储模块包括铁电存储器和EEPROM存储器，所述铁电存储器应以存储实时数据记录，所述EEPROM存储器用以参数掉电保护。

优选地，所述通讯接口电路包括通过光电隔离电路与中央处理器的RS485通讯电路，所述RS485通讯电路与上位机连接。

图2是本发明实施例2的原理框图。如图2所示，与图1不同之处在于：所述压面电机控制模块包括光电隔离电路、DA转换电路和直流电机控制模块，所述光电隔离电路分别与中央处理器和DA转换电路连接，所述直流电机控制模块分别与DA转换电路和直流压面电机连接。

图3是本发明实施例3的原理框图。如图3所示，与图1不同之处在于：所述压面电机控制模块包括光电隔离电路、DA转换电路和变频器，所述光电隔离电路分别与中央处理器和DA转换电路连接，所述变频器分别与DA转换电路和交流压面电机连接，用以将直流电转换为交流电来控制交流压面电机。

下面对本发明各个部分进行详细介绍：

一、壳体设计

图4是本发明壳体的面板结构示意图。所述壳体采用铝合金制做，其面板结构如图4所示：壳体面板上设置有查询键1、画面切换键2、背光键3、设置键4、右移键5、增加键6、减少键7、刀切电机开关键8、卷面电机开关键9、压面电机开关键10、全自动开关键11、带漏电保护器的空气开关12和彩色液晶显示屏13。所有接线在面板背面，连线接好，安装上接线的保护面板，同时外壳接地，确保操作人员安全。

二、电源设计

电源模块采用基于TOP247的单端反激式双输出开关电源设计，考虑到电机的启动会对电网有影响，采用交流85～265V的宽电压输入，实现直流12V/0.5A、24V/5A双输出。TOP 247具有的使用功率高达165W，而本发明的开关电源功率最大125W，远远满足了使用的要求。DC12V在经过稳压后变成DC 5V供单片机系统使用。这样充分保证单片机电源系统的稳定。此控制仪能在电磁环境下工作，我们在电源的输入和输出部分增加了一些防干扰，高可靠的电路。

三、输入部分

包括：市电AC220V电压检测、过零检测、掉电检测、刀切转盘位置检测、压面电机转速检测、馒头数量计数、按键等部分。

市电电压检测：采用模数转换模块CS5463芯片结合电压互感器进行检测AC220V电压。该CS5463芯片是带有串行接口的模/数转换器，能够进行电压、电流、功率等电能的计算；与单片机通过串行口相连，可达到0.1%的精度；足以满足要求，且成本很低。

过零检测：采用测量市电电压的同步电压互感器来检测过零点，用单片机实现电机的过零触发控制。这种调速方式也是常用的，应用在馒头机控制系统上具有一定的优点：相比于变频调速，不仅具有触发电路结构简单，控制灵活，精度可通过软件补偿，任意调节转速等特点，而且还可以避免类似移相调速，脉宽调速，正弦脉宽调速等在调速过程中产生的大量噪声。

掉电检测：设计掉电检测目的是防止突然掉电后又来电，控制器对此情况有记忆功能，如果时间短则让控制器接着停电状态继续工作。

刀切位置检测：1）控制带刹车步进电机的步数，2）外接接近开关。这两种方式都有一定缺陷：第一种，工作时间长了容易产生偏移；第二种，当接近开关受振动等影响发生偏离转盘的凸处位置，检测不到低电平。我们将可以将这两种方式结合起来，使两种方式互相制约。做到统一，单方有问题进行报警。该控制器可以再上电进行位置整定。

压面电机转速检测：用齿轮盘加发射接受三极管即可测得电机的转速。设计齿轮盘齿数为30个，如果需要更高的精度以增加齿轮盘齿数的个数，齿数的个数可以参数设定。

馒头数量计数：在切刀下安装光电测距传感器，当有馒头经过时候电平变低，同时压面电机工作，刀切馒头的步进电机工作，则进行数量统计。

按键：主要是操作按键、功能按键等，用于相关参数设置、查询和操作控制。

四、输出部分

包括：刀切电机、压面电机和卷面电机三个电机通电控制，压面电机和卷面电机二个电机调速控制，彩色液晶显示屏显示。

电机送电控制模块控制三个电机，开启三个电机首先给三个电机通电，因为电机容量较小，采用相应的继电器供电。

二个电机的调速，卷面电机用交流调速，采用过零触发方式；压面电机采用两种方式：1）交流调速，接交流电机；2）用DA76111输出0-5V或4-20mA信号，接直流调速模块进行直流电机调速或接变频器对交流电机调速。

彩色液晶显示屏显示，选用320×240彩色液晶显示屏，可显示定时时间、卷面电机转速、压面电机转速。通过按键切换可动画显示馒头机工作状态。

五、中央处理器

中央处理器选用ST系列的STM8S207MB工业级单片机做主机；它具极强的抗干扰能力；具有宽电压2.96-5.5V电压使用范围；适合较恶劣的工作环境。选用单片机具有80个管脚，具有68个I/O接口，不需扩展即满足设计要求。单片机外接一片该芯片为256KB的FM25256铁电存储器作为实时数据记录，通过上位机可调取馒头机每次做馒头的产量及时间。该单片机采用EEPROM 24C02存储器作为参数掉电保存。

六、控制回路

该控制器有两个闭环控制功能：1）卷面机自动控制，以电压的波动作为控制参量。2）压面机自动控制，以转速作为控制参量。两个闭环控制实现了高精度控制。

将卷面电机的控制方式由传统的开环控制改为闭环控制，把卷面电机电压值作为输入参量，卷面电机转速随着电压变化而变换，以电压为输入参数，实现闭环控制。而压面电机则以电机转速为输入参数实现闭环控制。卷面电机和压面电机的两个闭环控制的控制精度小于1%，可使馒头形状统一，大小均匀。

七、通讯接口电路

通讯接口电路采用RS485通讯电路，本发明的控制仪有1路RS485通讯电路与上位机通讯的RS485通讯，为防止干扰，采用光电隔离。RS485通讯电路的电源通过由单片机系统电源通过DC-DC隔离模块获取。

Claims (10)

1.刀切馒头机智能控制器，包括壳体，其特征是，所述壳体由铝合金加工制成；

所述刀切馒头机智能控制器还包括：

设置在壳体内的中央处理器以及分别与中央处理器连接的电源模块、存储模块、压面电机转速检测模块、模数转换模块、掉电检测模块、日历时钟模块、电机送电控制模块、过零检测模块、压面电机控制模块、卷面电机控制模块、刀切电机控制模块、显示信号输出电路、蜂鸣器电路和通讯接口电路，所述压面电机转速检测模块与压面电机连接，所述电机送电控制模块包括通过光电隔离电路与中央处理器连接的刀切电机驱动电路、卷面电机驱动电路和压面电机驱动电路，所述刀切电机驱动电路、卷面电机驱动电路和压面电机驱动电路分别与刀切电机送电继电器、卷面电机送电继电器和压面电机送电继电器连接；所述压面电机控制模块与压面电机连接，所述卷面电机控制模块与卷面电机连接，所述刀切电机控制模块与刀切电机连接；

设置在壳体上的显示模块和键入模块，所述显示模块与显示信号输出电路连接，所述键入模块与中央处理器连接；

接近开关，所述接近开关设置在刀切电机上并通过光电隔离电路与中央控制器连接；

电压互感器，所述电压互感器设置在市电电源线路中，并分别与模数转换模块、掉电检测模块和过零检测模块连接，所述模数转换模块和掉电检测模块分别通过光电隔离电路与中央处理器连接，所述过零检测模块分别与压面电机控制模块和卷面电机控制模块连接；

测距传感器，所述测距传感器设置在刀切机械的切刀下方处，并通过光电隔离电路与中央处理器连接。

2.根据权利要求1所述的刀切馒头机智能控制器，其特征是，所述中央处理器包括ST系列的工业级STM8S207MB单片机。

3.根据权利要求1所述的刀切馒头机智能控制器，其特征是，所述压面电机控制模块包括脉宽调制电路、光电隔离电路、触发控制电路和可控硅晶闸管，所述脉宽调制电路、光电隔离电路、触发控制电路和可控硅晶闸管依次串联，所述脉宽调制电路分别与中央处理器和光电隔离电路连接，所述触发控制电路分别与光电隔离电路、可控硅晶闸管和过零检测模块连接，所述可控硅晶闸管与交流压面电机连接。

4.根据权利要求1所述的刀切馒头机智能控制器，其特征是，所述压面电机控制模块包括光电隔离电路、DA转换电路和直流电机控制模块，所述光电隔离电路分别与中央处理器和DA转换电路连接，所述直流电机控制模块分别与DA转换电路和直流压面电机连接。

5.根据权利要求1所述的刀切馒头机智能控制器，其特征是，所述压面电机控制模块包括光电隔离电路、DA转换电路和变频器，所述光电隔离电路分别与中央处理器和DA转换电路连接，所述变频器分别与DA转换电路和交流压面电机连接。

6.根据权利要求1所述的刀切馒头机智能控制器，其特征是，所述卷面电机控制模块包括脉宽调制电路、光电隔离电路、触发控制电路和可控硅晶闸管，所述脉宽调制电路、光电隔离电路、触发控制电路和可控硅晶闸管依次串联，所述脉宽调制电路分别与中央处理器和光电隔离电路连接，所述触发控制电路分别与光电隔离电路、可控硅晶闸管和过零检测模块连接，所述可控硅晶闸管与卷面电机连接。

7.根据权利要求1所述的刀切馒头机智能控制器，其特征是，所述刀切电机控制模块包括通过光电隔离电路与中央处理器连接的步进电机控制器，所述步进电机控制器与刀切电机连接。

8.根据权利要求1所述的刀切馒头机智能控制器，其特征是，所述电源模块包括基于TOP247的单端反激式双输出开关电源模块，用以将交流85～265V的宽电压输入转换为直流12V和24V电压的双电源输出，并将DC12V稳压后变成DC5V电压为中央控制器提供工作电压。

9.根据权利要求1所述的刀切馒头机智能控制器，其特征是，所述存储模块包括铁电存储器和EEPROM存储器，所述铁电存储器应以存储实时数据记录，所述EEPROM存储器用以参数掉电保护。

10.根据权利要求1所述的刀切馒头机智能控制器，其特征是，所述通讯接口电路包括通过光电隔离电路与中央处理器的RS485通讯电路，所述RS485通讯电路与上位机连接。

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