CN209697143U - 一种土壤研磨设备智能化控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种土壤研磨设备智能化控制系统，包括有控制器，与控制器的对应PTO输出端口连接的升降电机驱动器、翻转电机驱动器、振动电机驱动器，顺次连接于控制器的PWM输出端口与研磨电机之间的光耦隔离模块和功率放大模块，连接于研磨电机上的电流传感器、转速传感器和扭矩传感器，与控制器的A/D输入端口连接的模数转换模块，以及与控制器的以太网接口连接的触摸显示屏；电流传感器、转速传感器和扭矩传感器均与模数转换模块连接。本实用新型土壤研磨设备采用直流电机驱动研磨，完成土壤的快速研磨，采用智能化控制系统进行控制，操作简单，且运行安全高效。

Description

一种土壤研磨设备智能化控制系统

技术领域

本实用新型涉及土壤研磨设备领域，具体是一种土壤研磨设备智能化控制系统。

背景技术

土壤是农作物生长的环境基础，土壤的品质决定了作物产量和品质。土壤检测是利用化学方法检测出土壤中酸碱度、养分、重金属和有机污染物等数据，这些数据能够直观地反应土壤养分和土壤污染情况。因此土壤检测进行配方施肥和土壤修复的前提工作。土壤研磨是土壤检测中重要环节，是将风干的土壤通过研磨后变成大小符合指定标准的土壤细颗粒。

传统土壤研磨过程是人工木棍碾压或粉碎机研磨后过筛得到土壤样品。这种过程需耗费大量的人力物力、费时费工效率低下、难以清洗、无法实现批量化、且粉尘大、土样损失严重、样品结构易受破坏，影响土壤检测精度和准确度。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种土壤研磨设备智能化控制系统，直流电机驱动研磨装置，完成土壤的快速研磨，智能化控制，操作简单，且运行安全高效。

本实用新型的技术方案为：

一种土壤研磨设备智能化控制系统，所述的土壤研磨设备包括有出料管道、连接于出料管道顶端的锥形研磨斗、朝向锥形研磨斗的研磨装置、设置于锥形研磨斗侧方的工位切换模具、设置于出料管道内的筛网、与筛网连接的翻转电机和用于驱动筛网振动的振动电机，所述的出料管道的底端设置有出料口，所述的研磨装置包括有研磨电机和由研磨电机驱动的研磨刀头，所述的研磨刀头竖直向下朝向锥形研磨斗，所述的工位切换模具包括有升降模组和驱动升降模组的升降电机，所述的研磨装置连接于升降模组上由升降电机驱动升降；所述的土壤研磨设备智能化控制系统包括有控制器，与控制器的对应PTO输出端口连接的升降电机驱动器、翻转电机驱动器、振动电机驱动器，顺次连接于控制器的PWM输出端口与研磨电机之间的光耦隔离模块和功率放大模块，连接于研磨电机上的电流传感器、转速传感器和扭矩传感器，与控制器的A/D输入端口连接的模数转换模块，以及与控制器的以太网接口连接的触摸显示屏；所述的升降电机驱动器与升降电机驱动连接，所述的翻转电机驱动器与翻转电机驱动连接，所述的振动电机驱动器与振动电机驱动连接；所述的电流传感器、转速传感器和扭矩传感器均与模数转换模块的模拟量输入端连接，模数转换模块的数字量输出端与控制器的A/D输入端口连接；所述的升降电机、翻转电机和振动电机的控制开关均依次通过光耦隔离电路、限幅电路与控制器的数字量输入端口连接。

所述的锥形研磨斗的外围设置有循环水冷系统，所述的锥形研磨斗的外壁上连接有温度传感器，所述的控制器的数字量输出端口通过第一驱动放大电路与循环水冷系统的控制端连接，所述的温度传感器与模数转换模块的模拟量输入端连接。

所述的出料管道的出料口处连接有负压清洗风机，所述的控制器的数字量输出端口通过继电器模块与负压清洗风机连接。

所述的控制器的数字量输出端口通过第二驱动放大电路分别与报警灯和蜂鸣器连接。

所述的控制器上设置有SD存储卡槽，所述的SD存储卡槽内连接有SD存储卡。

所述的升降电机的控制开关包括有原点工位开关、清洗工位开关和研磨工位开关；翻转电机的控制开关和振动电机的控制开关均为原点工位开关。

所述的控制器选用s1200可编程逻辑控制器；所述的升降电机驱动器、翻转电机驱动器、振动电机驱动器均选用MD-2545步进电机驱动器；所述的功率放大模块选用LM386N功率放大器；所述的光耦隔离电路为TLP250光耦器驱动的光耦隔离电路；所述的限幅电路为OPA690IDR运算放大器组成的双向限幅电路。

所述的继电器模块为ssr-40a固态继电器。

本实用新型的优点：

（1）、本实用新型用户通过触摸显示屏输入土壤基本信息，并通过触摸显示屏了解土壤研磨设备的运行状态，实现人机交互；

（2）、研磨电机转速、电流和扭矩实时监测、动态调节：研磨装置运行时可能会遇到大颗粒土块或石子使研磨电机出现堵转情况，导致研磨装置超负荷受力变形、系统过流损坏设备，本实用新型利用电流传感器、扭矩传感器对研磨电机的这两个参数进行自动监测，当数据超过设备承受范围时，停止工作同时触发报警提醒用户；本实用新型可根据研磨电机进行土壤研磨过程中扭矩和电流的变化规律自动判断研磨终点；实验证明旋转速度会改变土壤结构影响土壤检测精度，本实用新型通过转速监测和PWM调速实时动态调节电机转速。

（3）、自动调节研磨温度：本实用新型在锥形研磨斗的外围设置有循环水冷系统和温度传感器，温度传感器实时监测研磨处温度，并根据温度监测值自动开启循环水冷系统，维持研磨温度恒定，避免长时间工作后会使研磨处温度升高，从而破坏土壤结构和成分，造成检测误差的问题。

附图说明

图1是本实用新型土壤研磨设备的结构示意图;

图2是本实用新型土壤研磨设备智能化控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

见图1，土壤研磨设备包括有出料管道1、连接于出料管道1顶端的锥形研磨斗2、设置于锥形研磨斗外围的循环水冷系统3、朝向锥形研磨斗2的研磨装置、设置于锥形研磨斗2侧方的工位切换模具、设置于出料管道1内的筛网、与筛网连接的翻转电机4、用于驱动筛网振动的振动电机5、以及连接有出料管道1底端出料口处的负压清洗风机6，研磨装置包括有研磨电机7和由研磨电机7驱动的研磨刀头8，研磨刀头8竖直向下朝向锥形研磨斗2，工位切换模具包括有升降模组9和驱动升降模组9的升降电机10，研磨装置连接于升降模组9上由升降电机10驱动升降。

见图1和图2，一种土壤研磨设备智能化控制系统，包括有控制器（s1200PLC）110，与控制器11的对应PTO输出端口111连接的升降电机驱动器12、翻转电机驱动器13、振动电机驱动器14，顺次连接于控制器11的PWM输出端口112与研磨电机7之间的光耦隔离模块15和功率放大模块16，连接于研磨电机7上的电流传感器17、转速传感器18和扭矩传感器19，连接于锥形研磨斗2外壁上的温度传感器20、与控制器11的A/D输入端口113连接的模数转换模块21，以及与控制器11的以太网接口114连接的触摸显示屏22；

升降电机驱动器12与升降电机10驱动连接，翻转电机驱动器13与翻转电机4驱动连接，振动电机驱动器14与振动电机5驱动连接；电流传感器17、转速传感器18、扭矩传感器19和温度传感器20均与模数转换模块21的模拟量输入端连接，模数转换模块21的数字量输出端与控制器的A/D输入端口113连接；控制器110的第一数字量输出端口115通过第二驱动放大电路23分别与报警灯24和蜂鸣器25连接，控制器110的第二数字量输出端口116通过第一驱动放大电路26与循环水冷系统3的控制端连接，控制器110的第三数字量输出端口117通过继电器模块（ssr-40a固态继电器）27与负压清洗风机6连接；升降电机10、翻转电机4和振动电机5的控制开关均依次通过光耦隔离电路28、限幅电路29与控制器11的数字量输入端口118连接。

其中，控制器110上设置有SD存储卡槽119， SD存储卡槽119内连接有SD存储卡30，SD存储卡30用于保存用户操作数据、设备运行参数、运行状态和研磨方案等信息；升降电机10的控制开关包括有原点工位开关101、清洗工位开关102和研磨工位开关103，分别用于控制升降电机分别进行复位、到达清洗位和到达研磨位；翻转电机4的控制开关41和振动电机5的控制开关51均为原点工位开关，用于原点复位。

其中，升降电机驱动器12、翻转电机驱动器13、振动电机驱动器14均选用MD-2545步进电机驱动器；功率放大模块16选用LM386N功率放大器；光耦隔离电路28为TLP250光耦器驱动的光耦隔离电路；限幅电路29为OPA690IDR运算放大器组成的双向限幅电路。

一种土壤研磨设备智能化控制系统的控制方法，具体包括有以下步骤：

（1）、系统上电后，控制器11完成对系统状态进行自检（包括各电机状态、触摸屏状态、电流、电压和SD存储卡状态等），并对各系统参数进行初始化操作；当系统自检正常时，触摸显示屏22显示用户画面等待用户输入；当系统自检错误时，触摸显示屏22显示故障信息；

（2）、通过触摸显示屏22输入待研磨土样的土样类型、质地、重量的基本信息，控制器11根据土样的基本信息从SD存储卡30中提取研磨方案；

（3）、控制器11驱动工位切换模具的升降电机10开始找零，到达原点后，控制器11驱动工位切换模具的升降电机10带动研磨装置下降至研磨工位，到达研磨工位后启动研磨电机7和振动电机5，研磨电机7在锥形研磨斗2内对土壤进行研磨操作；

（4）、研磨过程中，电流传感器17、转速传感器18、扭矩传感器19和温度传感器20对研磨电机7的电流、转速、扭矩和研磨的环境温度进行实时监测，并实时将监测数据发送给控制器11；当转速变化时控制器11通过PWM对研磨电机7的转速进行实时调节；当电流和扭矩过大超出正常设定范围，控制器11控制所有电机停止工作，并驱动报警灯24和蜂鸣器25发出报警，同时触摸显示屏22显示报警画面；当研磨的环境温度高于设定值时暂停各所有工作电机，开启循环水冷系统3，在温度达到要求范围内，重新启动各工作电机；

（5）、当研磨电机7的电流、扭矩较正常工作值小且长时间保持不变，则停止振动电机5和研磨电机7，工位切换模具的升降电机10驱动研磨装置上升至清洗位置，翻转电机4将筛网翻转90°，开启负压清洗风机6，对土壤研磨设备的出料管1进行负压清洗，避免与下一土样的交叉污染；

（6）、清洗完成后控制器11关闭负压清洗风机6，并将控制系统执行过程中的各状态信息写入SD存储卡30保存，之后控制系统进入等待用户数据状态，准备下一批土样的研磨处理。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种土壤研磨设备智能化控制系统，其特征在于：所述的土壤研磨设备包括有出料管道、连接于出料管道顶端的锥形研磨斗、朝向锥形研磨斗的研磨装置、设置于锥形研磨斗侧方的工位切换模具、设置于出料管道内的筛网、与筛网连接的翻转电机和用于驱动筛网振动的振动电机，所述的出料管道的底端设置有出料口，所述的研磨装置包括有研磨电机和由研磨电机驱动的研磨刀头，所述的研磨刀头竖直向下朝向锥形研磨斗，所述的工位切换模具包括有升降模组和驱动升降模组的升降电机，所述的研磨装置连接于升降模组上由升降电机驱动升降；所述的土壤研磨设备智能化控制系统包括有控制器，与控制器的对应PTO输出端口连接的升降电机驱动器、翻转电机驱动器、振动电机驱动器，顺次连接于控制器的PWM输出端口与研磨电机之间的光耦隔离模块和功率放大模块，连接于研磨电机上的电流传感器、转速传感器和扭矩传感器，与控制器的A/D输入端口连接的模数转换模块，以及与控制器的以太网接口连接的触摸显示屏；所述的升降电机驱动器与升降电机驱动连接，所述的翻转电机驱动器与翻转电机驱动连接，所述的振动电机驱动器与振动电机驱动连接；所述的电流传感器、转速传感器和扭矩传感器均与模数转换模块的模拟量输入端连接，模数转换模块的数字量输出端与控制器的A/D输入端口连接；所述的升降电机、翻转电机和振动电机的控制开关均依次通过光耦隔离电路、限幅电路与控制器的数字量输入端口连接。

2.根据权利要求1所述的一种土壤研磨设备智能化控制系统，其特征在于：所述的锥形研磨斗的外围设置有循环水冷系统，所述的锥形研磨斗的外壁上连接有温度传感器，所述的控制器的数字量输出端口通过第一驱动放大电路与循环水冷系统的控制端连接，所述的温度传感器与模数转换模块的模拟量输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种土壤研磨设备智能化控制系统，其特征在于：所述的出料管道的出料口处连接有负压清洗风机，所述的控制器的数字量输出端口通过继电器模块与负压清洗风机连接。

4.根据权利要求1所述的一种土壤研磨设备智能化控制系统，其特征在于：所述的控制器的数字量输出端口通过第二驱动放大电路分别与报警灯和蜂鸣器连接。

5.根据权利要求1所述的一种土壤研磨设备智能化控制系统，其特征在于：所述的控制器上设置有SD存储卡槽，所述的SD存储卡槽内连接有SD存储卡。

6.根据权利要求1所述的一种土壤研磨设备智能化控制系统，其特征在于：所述的升降电机的控制开关包括有原点工位开关、清洗工位开关和研磨工位开关；翻转电机的控制开关和振动电机的控制开关均为原点工位开关。

7.根据权利要求1所述的一种土壤研磨设备智能化控制系统，其特征在于：所述的控制器选用s1200可编程逻辑控制器；所述的升降电机驱动器、翻转电机驱动器、振动电机驱动器均选用MD-2545步进电机驱动器；所述的功率放大模块选用LM386N功率放大器；所述的光耦隔离电路为TLP250光耦器驱动的光耦隔离电路；所述的限幅电路为OPA690IDR运算放大器组成的双向限幅电路。

8.根据权利要求3所述的一种土壤研磨设备智能化控制系统，其特征在于：所述的继电器模块为ssr-40a固态继电器。