專利名稱：軋花機自動控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于棉花加工機械領域，涉及一種軋花機自動控制系統(tǒng)。
背景技術：
目前在棉花加工行業(yè)軋花機控制及保護系統(tǒng)普遍采用傳統(tǒng)的繼電器控 制。由于在整體控制中自動化程度太低，沒有監(jiān)控、自動聯(lián)鎖、智能保護等 功能。在操作中不但勞動強度大，而且不易及時發(fā)現(xiàn)問題，造成故障嚴重影
響生產(chǎn)。其主要問題是如下幾點(1)清花刺輥經(jīng)常由于皮帶打滑或喂花不 均等原因造成堵塞，不但會造成排雜網(wǎng)及排雜板變形，而且清理特別困難， 嚴重影響生產(chǎn)。(2)加工的籽棉由于收購或存放等原因一致性差，在正常工 作中如突然進入棉箱的籽棉回潮率過高，操作工又不能及時發(fā)現(xiàn)，造成籽棉 巻停轉，鋸片摩擦力增大，摩擦起火，有時甚至會燒壞毛刷及下位機塵網(wǎng)等 附件。(3)在喂花量調節(jié)方面，不能根據(jù)加工籽棉品級、回潮率設置所需調 節(jié)參數(shù)來改變喂花調節(jié)量，經(jīng)常由于調節(jié)不靈敏，造成堵塞或者摩擦力增大
出現(xiàn)火警。(4)由于電機電流過大，經(jīng)常燒壞電機，特別是開合箱微型電機， 有時電流過大不能及時停電，造成電機燒壞，更換困難，影響生產(chǎn)。(5)不 能反映臺時生產(chǎn)量和設置限制最高產(chǎn)量，給生產(chǎn)中統(tǒng)計、維修、更換、保養(yǎng) 帶來不便。有的廠在軋花整個系統(tǒng)中采用觸摸屏和PLC操作中增加模擬量輸 入輸出模塊來解決，但是造價太高，對單一的軋花機控制使用是不現(xiàn)實的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種操作方便，對運行中的主要參數(shù)有監(jiān)控功能，對 軋花機系統(tǒng)有智能保護功能的軋花機自動控制系統(tǒng)。
本發(fā)明所提供的軋花機自動控制系統(tǒng)由主控單片機電路、外故障傳感器、 檢測皮清給棉軸轉速傳感器、檢測清花刺輥轉速傳感器、開箱傳感器、合箱 傳感器、檢測棉箱棉量傳感器、檢測籽棉回潮率傳感器、皮清刺輥電機電流 監(jiān)控電路、皮清給棉電機電流監(jiān)控電路、軋花鋸軸電機電流監(jiān)控電路、清花 刺輥電機電流監(jiān)控電路、開合箱電機電流監(jiān)控電路、變頻器、皮清刺輥電機 繼電器、皮清給棉電機繼電器、軋花鋸軸電機繼電器、清花刺輥電機繼電器、 開箱繼電器、合箱繼電器、參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路組成，由參數(shù)設 定與運行中參數(shù)顯示電路對皮清給棉軸轉速、清花剌輥轉速、籽棉回潮率、 臺時產(chǎn)量的工作極限值進行設定，設定皮清刺輥電機、皮清給棉電機、軋花 鋸軸電機、清花刺輥電機、開合箱電機的電流值范圍及喂花量范圍，并將這 些設定值輸入至主控單片機電路內，由檢測棉箱棉量傳感器、外故障傳感器、 開箱傳感器、合箱傳感器、檢測皮清給棉軸轉速傳感器、檢測清花刺輥轉速
傳感器、檢測籽棉回潮率傳感器將實時檢測到的棉箱棉量、外故障信號、開 箱信號、合箱信號、皮清給棉軸轉速、清花刺輥轉速及籽棉回潮率輸入主控 單片機電路，由變頻器將變頻器的控制電壓信號或故障信號輸給主控單片機， 由皮清刺輥電機、皮清給棉電機、軋花鋸軸電機、清花刺輥電機、幵合箱電 機的電流監(jiān)控電路對運行中的皮清刺輥電機、皮清給棉電機、軋花鋸軸電機、 清花刺輥電機、開合箱電機的電流進行實時監(jiān)控，并把監(jiān)測值輸入主控單片 機電路，在程序的控制下主控單片機電路將變頻器的控制電壓及軋花鋸軸電 機電流換算成臺時產(chǎn)量及喂花量的實時監(jiān)測值，并將它們與其它實時監(jiān)測值 發(fā)送給參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路顯示，同時，將這些實時監(jiān)測值與存 入主控單片機內相應的運行參數(shù)設定值迸行比較，輸出相應的控制信號給軋 花機的變頻器和相應的繼電器控制變頻器和相應電動機的工作。
本，明所提供的軋花機自動控制系統(tǒng)采用了傳感技術和單片機技術對軋 花機系統(tǒng)運行中的主要參數(shù)進行監(jiān)控，對軋花機外部設備的故障、控制喂花 機工作的變頻器故障都進行了監(jiān)測，當軋花機系統(tǒng)外的配套設備發(fā)生故障或 變頻器發(fā)生故障時，都有相應的信號輸送至主控單片機電路，接到這些信號 后，主控單片機電路就會向變頻器發(fā)出控制信號，控制喂花電動機的工作避 免事故。由檢測棉箱棉量傳感器對棉箱中的棉量進行監(jiān)測，當棉箱中無棉量 輸出時，主控單片機電路在內部程序的控制下，向變頻器發(fā)出控制信號，停 止變頻器、喂花電動機的工作，同時啟動開箱繼電器打開箱門進行檢查，當檢
測到棉箱中有棉量輸出時系統(tǒng)恢復正常運行。該軋花機自動控制系統(tǒng)i殳置了 對皮清給棉軸轉速及清花刺輥轉速的監(jiān)測傳感器，當所監(jiān)測的轉速小于設定 值時，主控單片機電路發(fā)出故障信號，同時發(fā)出控制信號，停止相應的繼電 器和電動機的工作，啟動開箱繼電器，開箱檢査故障，故障排除后，在主控 單片機的控制下系統(tǒng)再恢復正常工作。該自動控制系統(tǒng)還i爻置了監(jiān)測籽棉回 潮率的傳感器，對籽棉回潮率進行實時監(jiān)測，當主控單片機電路接到的籽棉 回潮率監(jiān)測值高于設定值時，發(fā)出報警信號，并向變頻器輸出控制信號停止 喂花電動機的工作，同時啟動開箱繼電器打開箱門。避免因加工的籽棉一致 性差，在正常工作中如突然進人棉箱的籽棉回潮率過高，操作工又不能及時 發(fā)現(xiàn)時，造成籽棉巻停轉，鋸片摩擦力增大，摩擦起火，甚至會燒壞毛刷及 下位機塵網(wǎng)等附件的惡劣事故發(fā)生。該自動控制系統(tǒng)還設置了對皮清剌輥電 機電流、皮清給棉電機電流、軋花鋸軸電機電流、清花刺輥電機電流、開合 箱電機電流的監(jiān)測電路，當主控單片機電路接到某個電機的電流監(jiān)測值不在 設定范圍內時，主控單片機電路就會輸出相應的控制信號停止該電機的繼電 器、輸出相應的控制信號停止變頻器和喂花電機的工作，啟動開箱繼電器， 進行檢查，排除故障后系統(tǒng)再恢復正常工作，主控單片叫還可對軋花系統(tǒng)的
喂花量、臺時產(chǎn)量進行監(jiān)控，當喂花量大于設定值時，主控單片機可輸出相
應的控制電壓自動調節(jié)喂花量；當臺時產(chǎn)量小于設定值時，系統(tǒng)正常運行， 臺時產(chǎn)量等于設定值時，主控單片機向變頻器發(fā)出報警信號，并輸出信號控 制臺時產(chǎn)量，如在規(guī)定的時間內不能有效地降低臺時產(chǎn)量，主控單片機電路 輸出控制信號停止變頻器、喂花電動機，并打開箱門，避免事故
本發(fā)明所提供的軋花機自動控制系統(tǒng)釆用了傳感技術和單片機技術對軋 花機系統(tǒng)運行中的主要參數(shù)進行監(jiān)控，對軋花機外部設備的故障、控制喂花 機工作的變頻器故障都進行了監(jiān)測，可以方便地對運行中的主要參數(shù)進行設 定，并有監(jiān)控功能，當軋花機工作系統(tǒng)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時軋花機自動控制系統(tǒng) 會及時輸出控制信號避免事故的發(fā)生。從以上分析可知本發(fā)明是一種操作方 便，對運行中的主要參數(shù)有監(jiān)控功能，對軋花機系統(tǒng)有智能保護功能，控制 靈敏的軋花機自動控制系統(tǒng)。


圖1為本發(fā)明所提供的軋花機自動控制系統(tǒng)的原理方框圖； 圖2為軋花機自動控制系統(tǒng)中主控單片機電路的電路原理圖； 圖3為軋花機自動控制系統(tǒng)中參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路一的電路 原理圖4為軋花機自動控制系統(tǒng)中參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路二的電路 原理圖5為回潮率傳感器的電路原理圖； 圖6為軋花機自動控制系統(tǒng)的控制主程序框圖； 圖7為軋花機自動控制系統(tǒng)的轉速監(jiān)控子程序框圖； 圖8為軋花機自動控制系統(tǒng)的外部故障、變頻器故障、開合箱監(jiān)控子程序 框圖9為軋花機自動控制系統(tǒng)的電機電流、回潮率、產(chǎn)量監(jiān)控子程序框圖。
具體實施例方式
下面結合

本發(fā)明的實施。由圖1可知本發(fā)明所提供的軋花機控 制系統(tǒng)由主控單片機電路、外故障傳感器、檢測皮清給棉軸轉速傳感器、檢 測清花刺輥轉速傳感器、開箱傳感器、合箱傳感器、檢測棉箱棉量傳感器、 檢測籽棉回潮率傳感器、皮清刺輥電機電流監(jiān)控電路、皮清給棉電機電流監(jiān) 控電路、軋花鋸軸電機電流監(jiān)控電路、清花刺輥電機電流監(jiān)控電路、開合箱 電機電流監(jiān)控電路、變頻器、皮清刺輥電機繼電器、皮清給棉電機繼電器、 軋花鋸軸電機繼電器、清花剌輥電機繼電器、開箱繼電器、合箱繼電器、參 數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路組成，主控單片機電路的輸入接外故障傳感器、 檢測皮清給棉軸轉速傳感器、檢測清花刺輥轉速傳感器、開箱傳感器、合箱
傳感器、檢測棉箱棉量傳感器、檢測籽棉回潮率傳感器、皮清刺輥電機電流 監(jiān)控電路、皮清給棉電機電流監(jiān)控電路、軋花鋸軸電機電流監(jiān)控電路、清花 刺輥電機電流監(jiān)控電路、開合箱電機電流監(jiān)控電路、參數(shù)設定運行中參數(shù)顯 示電路及變頻器，主控單片機電路的輸出接參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路、 變頻器、皮清刺輥電機繼電器、皮清給棉電機繼電器、軋花鋸軸電機繼電器、 清花刺輥電機繼電器、開箱繼電器、合箱繼電器。
圖2為軋花機自動控制系統(tǒng)中主控單片機電路的電路原理圖。所述的主 控單片機電路由主控單片機IC6、 IC1{)，通訊接口電路IC7、 ICu，級聯(lián)移位寄
存器ICs、 IC9與級聯(lián)移位寄存器IC"、 Ids組成，主控單片機IC6中P2 口的 兩位P2.6、 P2.7， Pl 口的三位pl2、 PL5、 Pl6，分別接主控單片機IC1()中P2 口
的兩位P^、 P2.o， Pl 口的三位，&.7、 Pl5、 P"，移位寄存器ICs的串行輸入 端SER接主控單片機IC6中P2 口的一位P2.5，移位寄存器IC14的串行輸入端 SER接主控單片機IC1()中Pl 口的一位PL2，移位寄存器IC8的數(shù)據(jù)輸出端03
"07接主控單片機Id。中P2 口的兩位P2.6、 P2.7， P3 口的一位P3.7及P1 口的
兩位Plo、 Pu;移位寄存器IQ的數(shù)據(jù)輸出端02—06接主控單片機Id。中P2
口的兩位P2.5、 P2.4， P3口的三位P3.5、 P3.4、 P3.3。
所述的檢測籽棉回潮率傳感器S7接主控單片機IC6中A/D輸入口 Pl7，檢
測棉箱棉量傳感器、開箱傳感器、合箱傳感器、檢測皮清給棉軸轉速傳感器、
檢測清花刺輥轉速傳感器、外故障傳感器S6—Si的輸出通過光耦合器v廣v6
分別接主控單片機IC6中P2口的一位P2.3， Pl口的兩位Pi.6、 Pls， P3口的三 位P3.2、 P3.3、 P3.4。所述的皮清刺輥電機電流監(jiān)測電路由互感器BLp整流運
放A,、 A2構成，皮清給棉電機電流監(jiān)測電路由互感器BL2、整流運放A3、 A4 構成，軋花鋸軸電機電流監(jiān)測電路由互感器BL3、整流運放As、 A6構成，清 花刺輥電機電流監(jiān)測電路由互感器BU、整流運放A7、 As構成，開合箱電機 電流監(jiān)測電路由互感器BLs、整流運放A9、 AK)構成，這些電機電流監(jiān)控電路
的輸出依次分別接主控單片機IC6中P1 口的五位P^—Pl4，它們都是主控單
片機IC6的A/D轉換器輸入口 。主控單片機IC6中P3 口的一位P3.7通過反相
器ICu、運放Au、 A^接變頻器的外接電位器可調輸入端F8，變頻器的外接
電位器可調輸入端F8還與主控單片機ICn)中Pl 口的一位P^相接，變頻器的 故障信號輸出端F5、 R通過，合器V13、 V14接主控單片機IC6中P2 口的一 位P2"主控單片機電路中移位寄存器IC8的信號輸出端0。通過，合器V26、 三極管VT2接變頻器的復位繼電器IK2，主控單片機電路中移位寄存器IC9的 信號輸出端Oo通過光耦合器V25、三極管V^接變頻器的起停繼電器IKp所 述的清花刺輥電機繼電器IK3、 IK4、 IK5，皮清給棉電機繼電器IK,軋花鋸 軸電機繼電器IK7、 IKg、 IK9，清花刺輥電機繼電器IK1Q，開箱、合箱繼電器IKu、 IK42分別通過三極管VT3—VTu、光耦合器Vu—V24接主控單片機電路
中移位寄存器IC14的信號輸出端02—07及移位寄存器IC15的信號輸出端Oi "04，在繼電器IK3—IKu上分別并接報警指示發(fā)光二極管LED14-LED23。
圖3為軋花機自動控制系統(tǒng)中參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路一的電路 原理圖。由圖可知由按鍵SQ廣SQ24、單片機Ids、級聯(lián)移位寄存器ICn— IC21 、數(shù)碼管LDi—LD24及通訊接口電路IC22構成了參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯 示電路一，按鍵SQi—SQs、 SQ9—SQ16、 SQn—SQ24接單片機Id6中Pl 口的 八位Plo—Pl7，單片機10:16通過其通訊接口電路1(:22與圖2中主控單片機IC6
的通訊接口電路IC7相接。
圖4為軋花機自動控制系統(tǒng)中參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路二的電路 原理圖。由圖可知由按鍵SQ25—SQ39、單片機IC23、級聯(lián)移位寄存器IC24
—IC27、數(shù)碼管LD25—LD36及通訊接口電路IC28構成了參數(shù)設定與運行中參
數(shù)顯示電路二，按鍵SQ25—SQ29、 SQ3o—SQ34、 SQ35—SQ39接單片機IC23中 PI 口的五位Pl4—Plq，單片機IC23通過其通訊接口電路IC28與圖2中主控單 片機IQo的通訊接口電路IC 相接。
參見圖6—圖9，圖6為軋花機自動控制系統(tǒng)的控制主程序框圖，圖7— 圖9為子程序。這些程序存在主控單片機IC6與IC1Q的存儲器內。系統(tǒng)開通后， 在程序的控制下軋花機自動控制系統(tǒng)對系統(tǒng)內的設備有序地開展監(jiān)控工作。
下面結合附圖進一步說明本發(fā)明所提供的軋花機自動控制系統(tǒng)的工作原 理系統(tǒng)開通后，首先由參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路一、二對運行主要 參數(shù)進行設定。參見圖3、圖4，參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路一中由按鍵 S(^—SQ8對皮清給棉轉速、清花刺輥轉速、皮清刺輥電機電流、皮清給棉電 機電流、清花刺輥電機電流、軋花鋸軸電機電流、籽棉回潮率及臺時產(chǎn)量進
行設置，將設定值輸入單片機IC16，單片機Id6通過其通訊接口電路IC22與
主控單片機IC6的通訊接口電路IC7，將這些數(shù)據(jù)傳送給主控單片機IC6，存入 其內的存儲器，按鍵SQ9—SQ16依次為清花刺輥、皮清給棉、軋花鋸軸、清 花剌輥繼電器啟、停按鍵，按鍵SQn、 SQw分別為開箱、合箱繼電器按鍵， 按鍵SQ^、 SQ加為手動調節(jié)產(chǎn)量升、降按鍵，其余按鍵為備用按鍵。參數(shù)設
定與運行中參數(shù)顯示電路二中由按鍵SQ25、 SQ26對軋花鋸軸電機電流、喂花 量進行設置，將設定值輸人單片機IC23,單片機IC23通過其通訊接口電路IC28
與主控單片機ICu)的通訊接口電路ICu，將這些數(shù)據(jù)傳送給主控單片機IC1()
存入其內的存儲器，按鍵SQ27—SQ34依次為皮清刺輥、皮清給棉、軋花鋸軸、 清花刺輥繼電器啟、停按鍵，按鍵SQ35、 SQ36分別為開箱、合箱繼電器按鍵，
按鍵SQ37、 SQ38為手動調節(jié)產(chǎn)量升、降按鍵，其余按鍵為備用按鍵。參數(shù)設
定后，系統(tǒng)進人監(jiān)控程序，監(jiān)控程序依次為轉速監(jiān)控子程序、棉箱棉量、外部故障、變頻器故障、開合箱控制、電機電流、回潮率、產(chǎn)量監(jiān)控等子程序。 轉速監(jiān)控檢測皮清給棉軸轉速傳感器S2、檢測清花刺輥轉速傳感器S3 的監(jiān)測信號通過光耦合器V5、 V4從主控單片機IC6外中斷0、 1端口 P3.3、 P3.2 送入主控單片機電路。當所監(jiān)測的皮清給棉軸轉速、清花刺輥轉速大于設定
值時主控單片機電路發(fā)出正常運行信號，軋花機系統(tǒng)維持正常運行；當所監(jiān) 測的皮清給棉軸轉速或清花刺輥轉速小于設定值時，主控單片機電路通過移 位寄存器IC"的輸出端Os或移位寄存器Id5的輸出端02輸出故障控制信號 點亮故障信號指示燈LED17或故障信號指示燈LED^停止皮清給棉電機繼電
器IK6或清花刺輥電機繼電器IKn)，同時，從移位寄存器Id5的輸出端03輸
出故障控制信號點亮故障信號指示燈LED22啟動開箱繼電器IKu，'打開箱門， 待故障排除后，在主控單片機電路的控制下，軋花機系統(tǒng)恢復正常運行。
棉箱棉量監(jiān)測檢測棉箱棉量傳感器S6的傳感信號通過光耦合器、從主
控單片機ICe—輸入口 ？2.3送入主控單片機電路。當所監(jiān)測的棉箱中有棉量時， 系統(tǒng)正常運行，當棉箱中無棉量時，主控單片機電路中移位寄存器IC9的信號
輸出端0。通過光耦合器V25 、三極管VTi輸出報警信號點亮發(fā)光二極管LED12 ， 同時向變頻器的起停繼電器I&發(fā)出控制信號，停止變頻器的輸出，停止喂花 電動機，同時，輸出故障控制信號點亮故障信號指示燈LED22啟動開箱繼電 器IKu，打開箱門。當故障排除后，棉箱中有棉量時，在主控單片機電路的 控制下，軋花機系統(tǒng)恢復正常運行。
外故障、變頻器故障的監(jiān)測主控單片機對軋花機系統(tǒng)外的配套設備發(fā) 生的故障或變頻器發(fā)生故障都能進行監(jiān)測，外故障傳感器Si的信號從主控單 片機IC6—輸入口 &.4送入主控單片機電路，從變頻器的故障信號輸出端&輸 出的變頻器故障信號通過光電耦合器V13 、 V14從主控單片機IC6的一個輸入口 Pu送入主控單片機電路，主控單片機電路接到這些信號后，經(jīng)主控單片機電 路中移位寄存器IC9的信號輸出端Oo通過光耦合器V25、三極管VT\向變頻器 的起停繼電器IKi發(fā)出控制信號，停止變頻器、停止喂花電動機的工作，同時 啟動開箱繼電器打開箱門，延時10秒后，主控單片機電路經(jīng)移位寄存器IC8 的信號輸出端Oo通過光耦合器V26、三極管VT2向變頻器的復位繼電器IK2 輸出復位信號，變頻器復位，喂花電動機恢復工作。當主控單片機IC6中P1 口的一位Pl6接到合箱傳感器S5通過光耦合器V2發(fā)來的合箱門信號時，單片
機軟件時鐘計時。當主控單片機IQ中A/D輸入口 pl5接到開箱傳感器S4通 過光耦合器V3發(fā)來的開箱門信號時，主控單片機停止計時，當再次合箱時主
控單片機再恢復計時，同時，主控單片機IC6將此信號通過主控單片機IC1Q 及其通訊接口電路傳遞給參數(shù)設定與運行顯示電路二中的單片機IC23累計合 箱時間并驅動其顯示電路顯示。
電流監(jiān)控皮清刺輥電機電流監(jiān)控電路、皮清給棉電機電流監(jiān)控電路、 清花刺輥電機電流監(jiān)控電路、開合箱電機電流監(jiān)控電路的輸出整流運放A2、 A4、 A8、 Au)依次分別接主控單片機IC6的A/D轉換器輸入口PLQ、 Pu、 PL3、 P".這些電機電流監(jiān)測電路監(jiān)測值經(jīng)主控單片機內部A/D轉換器根據(jù)各電流 互感器變比計算出十進制監(jiān)測電流值， 一方面主控單片機IC6通過其通訊接口 電路IC7將這些監(jiān)測電流值送至參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路一中顯示；同 時主控單片機將這些監(jiān)測值與相應的電機電流設定值進行比較，當皮清刺輥 電機電流、皮清給棉電機電流、清花刺輥電機電流、開合箱電機電流的監(jiān)測 值在所設定的范圍內，系統(tǒng)正常運行，當皮清刺輥電機電流監(jiān)測值在所設定 的范圍外連續(xù)5秒后，主控單片機電路發(fā)出故障信號，同時主控單片機電路 中移位寄存器IC14的信號輸出端02—05通過光電耦合器V15—V18發(fā)出控制信 號停止皮清刺輥電機繼電器IK3、 IK4、 IKs和皮清給棉電機繼電器IK6，主控 單片機電路中移位寄存器IC9的信號輸出端Oo通過光耦合器V25、三極管VT^ 向變頻器的起停繼電器IKi發(fā)控制信號停止變頻器、喂花電動機，啟動開箱繼 電器。當皮清給棉電機電流監(jiān)測值在所設定的范圍外連續(xù)5秒后，主控單片 機電路發(fā)出故障信號，主控單片機電路中移位寄存器IC14的信號輸出端05通 過光電耦合器Vu發(fā)出控制信號停止皮給棉電機繼電器IK6，主控單片機電路 中移位寄存器IC9的信號輸出端Oo通過光耦合器V25、三極管VI向變頻器的 起停繼電器IKi發(fā)控制信號停止變頻器、喂花電動機，啟動開箱繼電器。當清 花刺輥電機電流監(jiān)測值在所設定的范圍外連續(xù)5秒后，主控單片機電路發(fā)出 故障信號，主控單片機電路中移位寄存器IC15的信號輸出端02通過光電耦合 器V22發(fā)出控制信號停止清花刺輥電機繼電器IK1(),主控單片機電路中移位寄 存器IC9的信號輸出端Oo通過光耦合器V25、三極管VTi向變頻器的起停繼電 器I&發(fā)控制信號停止變頻器、喂花電動機，啟動開箱繼電器。當開合箱電機 電流監(jiān)測值在所設定的范圍外連續(xù)5秒后，主控單片機電路發(fā)出故障信號， 主控單片機電路中移位寄存器IC9的信號輸出端Oo通過光耦合器V25、三極管 VL向變頻器的起停繼電器IK,發(fā)控制信號停止變頻器、喂花電動機，停止開 箱、合箱繼電器，停止開合箱電機。
軋花鋸軸電機電流與喂花量監(jiān)測軋花鋸軸電機電流監(jiān)測電路的輸出信 號從運算放大器A6進入主控單片機ICs的A/D轉換器輸入口 Pu，經(jīng)主控單 片機內部A/D轉換器根據(jù)電流互感器變比計算出十進制監(jiān)測電流值，主控單 片機電路根據(jù)軋花鋸軸電機電流的變化自動調整喂花量采用比例積分PID算 法，計算出喂花量，并分別和軋花鋸軸電機電流、喂花量設定值進行比較，
使其穩(wěn)定在設定值范圍內。其原理是(說明喂花量是根據(jù)加工籽棉的品級
和回潮率及生產(chǎn)出皮棉品級情況確定的，通過操作面板產(chǎn)量升降按鍵調整到
需要值。加工產(chǎn)量相同，如果籽棉的品級和回潮率不同鋸軸電機工作電流也 會不同，相同產(chǎn)量品級高和回潮率低的籽棉，鋸軸電機工作電流小，品級低 和回潮率高的籽棉鋸軸電機工作電流相應大。)在正常工作狀態(tài)下軋花鋸軸電 機電流都小于其設定值，但是由于籽棉的品級和回潮率一致性差或人為調整 喂花量過大時，會使軋花鋸軸電機電流過大，當電流大于設定值時主控單片
機電路通過內部比例積分PID算法對主控單片機IC6中PWM輸出口 P3.7的輸 出電壓進行調節(jié)，通過反相器ICu、運放Au、 A^輸出控制變頻器的頻率來 控制喂花電機轉速減少喂花量，使其達到穩(wěn)定在設定值范圍內。避免因喂花 量不均造成堵塞或者摩擦力增大出現(xiàn)火警。當軋花鋸軸電機電流監(jiān)測值在所 設定的范圍外連續(xù)5秒后，主控單片機電路發(fā)出故障信號，主控單片機電路 中移位寄存器IC14的信號輸出端06、 07移位寄存器IC15的信號輸出端Oi通 過光電耦合器V19、V2q、V21發(fā)出控制信號停止軋花鋸軸電機繼電器IK7、IKg、IK9， 主控單片機電路中移位寄存器IC9的信號輸出端Oo通過，合器V25、三極管 VTi向變頻器的起停繼電器IKi發(fā)控制信號停止變頻器、喂花電動機，啟動開 箱繼電器IKn。
回潮率監(jiān)控圖5所示為回潮率傳感器的電路原理圖。由圖可知回潮 率傳感器S7由裝在棉箱內的回潮率探頭S7a和由整流運放A13、 A"及其外圍 電阻、電容、晶體管VTla構成的變送器組成，進人軋花機的籽棉經(jīng)過棉箱里 的回潮率探頭，由于進入棉箱的籽棉含水率不同(即電阻率不同)，會在變送 器輸入端產(chǎn)生變化的電壓，變化的電壓經(jīng)整流運放A13、 Am放大后，經(jīng)三極 管VTla變?yōu)殡娏鬏敵?為減少遠程傳輸干擾)，變送器輸出電流經(jīng)與其輸出 端相接的電阻R3產(chǎn)生壓降，變?yōu)橄鄳妷褐颠M入主控單片機IC6的A/D轉換 器輸入口 pl7進入主控單片機IC6，主控單片機將回潮率監(jiān)測值與設定值比較， 當監(jiān)測值小于設定值，系統(tǒng)正常運行，當監(jiān)測值大于i殳定值，主控單片機電 路中移位寄存器ICg的信號輸出端Oo通過光耦合器V25、三極管VT\向變頻器 的起停繼電器IKi發(fā)控制信號停止變頻器、喂花電動機，啟動開箱繼電器。
軋花產(chǎn)量監(jiān)控因為軋花機軋花產(chǎn)量取決于喂花輥轉速，而喂花輥轉速 又取決于變頻器外接電位器輸入端F8、 F9間的控制電壓，外接電位器輸入端 F8、 F9間的控制電壓由主控單片機IC6的PWM輸出口 ？3.7輸出電壓所控制， 所以只要改變主控單片機IC6的PWM輸出口 ？3.7輸出電壓就可以改變喂花輥 轉速從而改變軋花產(chǎn)量。由變頻器外接電位器的可調端F8向主控單片機IC1() 中PI 口的A/D輸人口 pl6輸送變頻器的控制電壓信號，主控單片機IC6內部 A/D轉換器根據(jù)該控制電壓信號與喂花轉速關系計算出十進制產(chǎn)量值，通過
主控單片機IC6、 IQo通訊接口電路IC7、 ICu及參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電 路一、二中單片機ICw、 IC23的通訊接口電路IC22、 IC28與單片機IC16、 IC23
通訊，參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路一、二將十進制產(chǎn)量值顯示出來，同 時，主控單片機電路將實時監(jiān)測的產(chǎn)量監(jiān)測值與產(chǎn)量設定值進行比較，當產(chǎn) 量監(jiān)測值小于產(chǎn)量設定值時，系統(tǒng)正常運行，產(chǎn)量監(jiān)測值較低時，操作人員 還可以按參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路一、二中的產(chǎn)量上升鍵，參數(shù)設定 與運行中參數(shù)顯示電f、 二中的單片機Id6、 IC23通過其通訊接口 IC22、 IC28
將信號傳遞給主控單片機電路，主控單片機IC6的PWM輸出口 P3.7輸出電壓 增加，通過反相器ICu、整流運放Au、 A12進入變頻器的外接電位器可調端 F8，增加外接電位器輸入端F8、F9間的電壓，從而增加產(chǎn)量，當產(chǎn)量監(jiān)測值等 于產(chǎn)量設定值時，發(fā)出報警信號，此時再按產(chǎn)量上升鍵不起作用。由于目前 各廠生產(chǎn)的軋花機沒有產(chǎn)量限制裝置，而加工不同品級及水分的籽棉要求在 不同的產(chǎn)量范圍內生產(chǎn)，如超出產(chǎn)量范圍將嚴重影響加工質量，大部分廠在 生產(chǎn)中都采用按件記資，所以在生產(chǎn)中操作工很難在要求的產(chǎn)量范圍內生產(chǎn)。 本系統(tǒng)在生產(chǎn)前可根據(jù)軋花要求設定最高限值(質檢員設定修改限值需輸入 密碼)，當生產(chǎn)中調整產(chǎn)量大于設定最高限值時，輸出產(chǎn)量報警，指示燈閃爍， 操作工按參數(shù)設定與運行參數(shù)顯示電路一或二中的手動降產(chǎn)量鍵，參數(shù)設定 與運行參數(shù)顯示電路一或二中的單片機ICw、 IC23通過其通訊接口 IC22、 IC28 將此信號傳遞給主控單片機電路，主控單片機IC6的PWM輸出口 P3.7輸出電 壓降低并通過反相器IC12、整流運放Au、 A12向變頻器的外接電位器可調端 Fs發(fā)送信號，降低變頻器外接電位器輸入端F8、F9間的電壓，從而降低產(chǎn)量， 如操作工在5秒內不能將產(chǎn)量調整小于限值的話，將自動打開箱門，停止軋 花。本發(fā)明還可以很方便地統(tǒng)計累計鋸軸工作時間，當軋花機合箱軋花時， 合箱傳感器輸出12V電壓使光電耦合器導通，單片機軟件時鐘計時。由于軋 花機工作中經(jīng)常開、合箱門，在原來沒有計時系統(tǒng)情況下，很難統(tǒng)計每班或 全年軋花工作時間，給生產(chǎn)統(tǒng)計更換鋸片、保養(yǎng)等帶來不便。該計時裝置可 通過按鍵清零，顯示每班計時或隨意計時，另外可通過按鍵查看累及計時， 可通過查看累及計時對軋花鋸片清洗、更換，各部件保養(yǎng)提供依據(jù)，計時數(shù) 據(jù)掉電不丟失。
本發(fā)明所提供的軋花機自動控制系統(tǒng)采用了傳感技術和單片機技術對軋 花機系統(tǒng)運行中的主要參數(shù)進行監(jiān)控，對軋花機外部設備的故障、變頻器故 障都進行了監(jiān)測，可以方便地對運行中的主要參數(shù)進行設定、監(jiān)控，當軋花 機系統(tǒng)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時，本發(fā)明會及時輸出控制信號避免事故的發(fā)生，對系 統(tǒng)有智能保護功能。主控單片機電路中主控單片機IC6、 Ido采用了 89C5410 高速、低功耗單片機，單片機內設有8路A/D轉換器，因此，進入主控單片 機電路的模擬信號可直接從這八路A/D轉換器輸入口進入。由于主控單片機 ICe中P2 口的兩位、PI 口的三位分別接主控單片機IQo中P2 口的兩位、PI
口的三位，做到了兩個單片機KV ICu)的輸入信號共有，輸出信號也可統(tǒng)一 調度，主控單片機也可采用一個功能強大、管腳足夠多的單片機。主控單片 機電路中的四個級聯(lián)移位寄存器ICs、 IC9、 IC14、 Ids采用74HC595，主控單 片機電路發(fā)送的各種控制信號就從這四個級聯(lián)移位寄存器的數(shù)據(jù)輸出端輸 出。進、出主控單片機電路的強、弱電信號之間都釆用光電耦合器P521隔離， 避免了強、弱電信號間的干擾。本發(fā)明^:置了兩個參數(shù)設定與運行參數(shù)顯示 電路分別設置在總操作臺和軋花機機身上，使操作更為方便。兩個參數(shù)設定
與運行參數(shù)顯示電路由兩個單片機1<:16、1<:23通過它們的通訊接口電路與主控
單片機電路進行通訊，將所設置的運行參數(shù)設定值或設定范圍傳送給主控單 片機，主控單片機通過其通訊接口電路將傳感器輸送的傳感信號、監(jiān)測電路 輸送的監(jiān)測值傳遞給兩個參數(shù)設定與運行參數(shù)顯示電路，實時顯示系統(tǒng)的運
行情況。單片機ICw、 IC23分別采用STC89C52、 89C5410,單片機、級聯(lián)移 位寄存器、數(shù)碼管及通訊接口電路構成了運行參數(shù)顯示電路，參數(shù)設定與運
行參數(shù)顯示電路一、二中的級聯(lián)移位寄存器IC17—IC21、 IC24—IC27采用
74HC595數(shù)碼管LDi—LD36釆用SM4105通訊接口電路1(:22、1(:28采用RS485。 為便于操作工對運行參數(shù)進行手動調節(jié)，還設置了一些手動調節(jié)按鍵。檢測 棉箱棉量傳感器S6采用紅外傳感器放在棉箱底部，檢測皮清給棉軸轉速傳感 器S2與檢測清花刺輥轉速傳感器&采用NPN型接近開關分別安裝在皮清給 棉軸、清花刺輥的附近。幵箱、合箱傳感器S4、 Ss采用行程開關。外故障傳 感器Si由外部配套設備的繼電器擔任，軋花機外部配套設備發(fā)生故障時，由 配套設備的繼電器向主控單片機電路發(fā)送開關信號。
本發(fā)明所提供的軋花機自動控制系統(tǒng)采用了傳感技術和單片機技術對軋 花機系統(tǒng)運行中的主要參數(shù)進行監(jiān)控，對軋花機外部設備的故障、控制喂花 機工作的變頻器故障都進行了監(jiān)測，可以方便地對運行中的主要參數(shù)進行設 定，并有監(jiān)控功能，當軋花機工作系統(tǒng)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時軋花機自動控制系統(tǒng) 會及時輸出控制信號避免事故的發(fā)生。從以上分析可知本發(fā)明是一種操作方 便，對主要運行參數(shù)有監(jiān)控功能，對軋花機系統(tǒng)有智能保護功能，控制靈敏 的軋花機自動控制系統(tǒng)。
權利要求
1、一種軋花機自動控制系統(tǒng)，其特征在于該控制系統(tǒng)由主控單片機電路、外故障傳感器、檢測皮清給棉軸轉速傳感器、檢測清花刺輥轉速傳感器、開箱傳感器、合箱傳感器、檢測棉箱棉量傳感器、檢測籽棉回潮率傳感器、皮清刺輥電機電流監(jiān)控電路、皮清給棉電機電流監(jiān)控電路、軋花鋸軸電機電流監(jiān)控電路、清花刺輥電機電流監(jiān)控電路、開合箱電機電流監(jiān)控電路、變頻器、皮清刺輥電機繼電器、皮清給棉電機繼電器、軋花鋸軸電機繼電器、清花刺輥電機繼電器、開箱繼電器、合箱繼電器、參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路組成，由參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路對皮清給棉軸轉速、清花刺輥轉速、籽棉回潮率、臺時產(chǎn)量的工作極限值進行設定，設定皮清刺輥電機、皮清給棉電機、軋花鋸軸電機、清花刺輥電機、開合箱電機的電流值范圍及喂花量范圍，并將這些設定值輸入至主控單片機電路內，由檢測棉箱棉量傳感器、外故障傳感器、開箱傳感器、合箱傳感器、檢測皮清給棉軸轉速傳感器、檢測清花刺輥轉速傳感器、檢測籽棉回潮率傳感器將實時檢測到的棉箱棉量、外故障信號、開箱信號、合箱信號、皮清給棉軸轉速、清花刺輥轉速及籽棉回潮率輸入主控單片機電路，由變頻器將變頻器的控制電壓信號或故障信號輸入主控單片機，由皮清刺輥電機、皮清給棉電機、軋花鋸軸電機、清花刺輥電機、開合箱電機的電流監(jiān)控電路對運行中的皮清刺輥電機、皮清給棉電機、軋花鋸軸電機、清花刺輥電機、開合箱電機的電流進行實時監(jiān)控，并把監(jiān)測值輸入主控單片機電路，在程序的控制下主控單片機電路將變頻器的控制電壓及軋花鋸軸電機電流換算成臺時產(chǎn)量及喂花量的實時監(jiān)測值，并將它們與其它實時監(jiān)測值發(fā)送給參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路顯示，同時，將這些實時監(jiān)測值與存入主控單片機內相應的運行參數(shù)設定值進行比較，輸出相應的控制信號給軋花機的變頻器和相應的繼電器控制變頻器和相應電動機的工作。
2、根據(jù)權利要求1所述的軋花機自動控制系統(tǒng)，其特征在于所述的主控 單片機電路由主控單片機(IC6、 IC10)、通訊接口電路(IC7、 IC11)、級聯(lián)移位 寄存器(IC8、 IC9)與級聯(lián)移位寄存器(IC14、 IC15)組成，主控單片機(IC6) P2 口的兩位(P2.6、 P2.7)、 PI 口的三位(P1.2、 Pl.5、 Pl.6)分別接主控單片機 (IC10) P2 口的兩位(P2.1、 P2.0)、 PI 口的三位(P1.7、 Pl.5、 P1.4)，移位寄存 器(IC8)的串行輸入端(SER)接主控單片機(IC10、、6) P2 口的一位(P2.5)，移 位寄存器(IC14)的串行輸入端(SER)接主控單片機(IC10)PI 口的一位(P1.2)， 移位寄存器(IC8)的數(shù)據(jù)輸出端(03—07)接主控單片機(IC10) P2 口的兩位(P2.6、 P2.7)、 P3 口的一位(P3.7)及P1 口的兩位(P1.0、 P1.1);移位寄存器(IC9)的數(shù)據(jù)輸出端(02~06)接主控單片機(IC10 P2 口的兩位(P2.5、 P2.4)、 P3 口的三位(P3.5、 P3.4、 P3.3)。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的軋花機自動控制系統(tǒng)，其特征在于所述的 檢測籽棉回潮率傳感器(S7展主控單片機(IC6)中P1 口的一位(Pl7)，檢測 棉箱棉量傳感器、開箱傳感器、合箱傳感器、檢測皮清給棉軸轉速傳感器、 檢測清花刺輥轉速傳感器、外故障傳感器(S6—S0輸出通過光耦合器(、一V6) 接主控單片機(IC6)中P2 口的一位(P2.3)、 Pl 口的兩位(Pl6、 Pl5)、 P3 口的三位(P3.2、 P3,3、 P3.4)。
4、 根據(jù)權利要求1或2所述的軋花機自動控制系統(tǒng)，其特征在于所述的 皮清刺輥電機電流監(jiān)測電路由互感器(BL》、整流運放(Ap A2)構成，皮 清給棉電機電流監(jiān)測電路由互感器(BL2)、整流運放(A3、 A4)構成，軋花 鋸軸電機電流監(jiān)測電路由互感器(BL3)、整流運放(A5、 A6)構成，清花剌 輥電機電流監(jiān)測電路由互感器(BL4)、整流運放(A7、 A8)構成，開合箱電 機電流監(jiān)測電路由互感器(BL5)、整流運放(A9、 A1())構成，這些電機電流 監(jiān)控電路的輸出依次分別接主控單片機(IC6) PI 口的五位(Plq^P")。
5、 根據(jù)權利要求1或2所述的軋花機自動控制系統(tǒng)，其特征在于所述的 參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路由按鍵(SQi—SQ24)、單片機(IC16)、級聯(lián) 移位寄存器(IC17—IC21)、數(shù)碼管(U^—LD24)及通訊接口電路(IC22)構 成的參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路一及由按鍵(SQ25—SQ39)、單片機(IC23)、級聯(lián)移位寄存器(IC24~"IC27)、數(shù)碼管(LD25—LD36)及通訊接口電 路(IC28)構成的參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路二組成，在參數(shù)設定與運行 中參數(shù)顯示電路一中按鍵(SQ廠SQs)、 (SQ9-SQ16)、 (SQ17—SQ24)接單片 機(IC16) PI 口的八位(Plo—Pl7)，單片機(IC16)通過其通訊接口電路(IC22) 與主控單片機(IC6)的通訊接口電路(IC7)相接；在參數(shù)設定與運行中參數(shù) 顯示電路二中按鍵(SQ25—SQ29)、 (SQ3o—SQ34)、 (SQ35—SQ39)接單片機(IC23) PI 口的五位(Pl4—Plq)，單片機(IC23)通過其通訊接口電路(IC28) 與主控單片機(IC1Q)的通訊接口電路(ICu)相接。
6、 根據(jù)權利要求1或2所述的軋花機自動控制系統(tǒng)，其特征在于所述主 控單片機(IC6) P3 口的一位(P3.7)通過非門(IC12)、整流運放(A 、 A12)接變頻器外接電位器的可調輸入端(F8)，變頻器外接電位器的可調輸入端(F8)與主控單片機(ICu)) PI 口的一位(Pl6)相接，變頻器的故障信號輸出端(F。 F5)通過光耦合器(V13、 V14)與主控單片機(IC6) P2 口的一位(P2.》相接， 主控單片機電路中移位寄存器(IC8)的信號輸出端(0。)通過光耦合器(V26)、 三極管(VT2)接變頻器的復位繼電器(IK2)，主控單片機電路中移位寄存器 (IC9)的信號輸出端(Oo)通過光耦合器(V25)、三極管(VT》接變頻器的 起停繼電器(IK》。
7、 根據(jù)權利要求1或2所述的軋花機自動控制系統(tǒng)，其特征在于所述的皮清刺輥電機繼電器(IK3、 IK4、 IK5)、皮清給棉電機繼電器(IK6)、軋花 鋸軸電機繼電器(IK7、 IK8、 IK9)、清花刺輥電機繼電器(IK1())、開箱繼電器、 合箱繼電器(IK 、 IK12)通過三極管(VT3—VT12)、光耦合器(V15—V24) 接主控單片機電路中移位寄存器(IC14)的信號輸出端(02—07)及移位寄存 器(IC15)的信號輸出端(O1-04)，在繼電器(IK3—IK12)上分別并接有報 警指示發(fā)光二極管(LED14—LED23)。
全文摘要
本發(fā)明屬于棉花加工機械領域，涉及一種軋花機自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由主控單片機電路、傳感器、電流監(jiān)控電路、變頻器、繼電器、參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路組成，由參數(shù)設定與運行中參數(shù)顯示電路對軋花機系統(tǒng)運行的主要參數(shù)的工作極限或范圍值進行設定和實時顯示運行狀況，由傳感器和電機電流監(jiān)測電路對運行的主要參數(shù)進行實時監(jiān)控，并把監(jiān)測值輸入給主控單片機電路，主控單片機電路在內部程序的控制下將這些傳感信號值、監(jiān)測值與相應的運行參數(shù)設定值進行比較，輸出相應的控制信號給軋花機的變頻器或相應的繼電器控制相應電動機的工作。本發(fā)明是一種操作方便，對軋花機系統(tǒng)有智能保護功能，控制靈敏的軋花機自動控制系統(tǒng)。
文檔編號G05B19/048GK101201602SQ200710114860
公開日2008年6月18日 申請日期2007年11月25日 優(yōu)先權日2007年11月25日
發(fā)明者振 左, 左敬東 申請人:安徽天源棉花機械自動化研究有限公司