專利名稱：軋花機(jī)棉卷密度自動控制方法及其自動控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于棉花加工機(jī)械的自動控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及對軋花機(jī)棉卷密度的自動控制方法及裝置。
軋花機(jī)的棉卷密度是指軋花機(jī)中工作箱內(nèi)棉卷的松緊程度，它是直接影響棉花加工質(zhì)量和產(chǎn)量的重要因素。棉卷密度越大，軋花機(jī)的產(chǎn)量越高，但加工質(zhì)量差，并且在棉卷密度大到一定程度時，棉卷會在工作箱內(nèi)堵塞，從而停止轉(zhuǎn)動，這在軋花過程中是一個經(jīng)常會發(fā)生的故障，加工工人必須時刻監(jiān)視著這種故障的發(fā)生，并需及時對其采取措施，打開工作箱，對棉卷進(jìn)行整理后才能繼續(xù)加工。如果處理不及時，會導(dǎo)致鋸片在棉卷內(nèi)劇烈摩擦產(chǎn)生高溫引起火災(zāi)或者鋸片軸電機(jī)由于負(fù)荷過大而燒壞等事故發(fā)生，當(dāng)棉卷密度小時，加工質(zhì)量好，但產(chǎn)量低，并且在棉卷密度小到一定程度時，工作箱內(nèi)將無法形成棉卷而不能進(jìn)行正常的加工。
因此，對棉卷密度的控制是必需的。只有將棉卷密度控制在適當(dāng)?shù)乃缴?，才能夠既有比較好的加工質(zhì)量，同時也能達(dá)到一定的產(chǎn)量。對軋花機(jī)棉卷密度的自動控制方法及實(shí)現(xiàn)裝置的研究受到廣泛的關(guān)注，并取得很大進(jìn)展。
棉卷密度的大小取決于喂花速度，因?yàn)楣ぷ飨涞男螤睢⒋笮∈枪潭ǖ?，所以喂花速度越高，棉卷密度將會越?反之，棉卷密度會越小。喂花是靠兩個喂花輥的相對轉(zhuǎn)動來完成的，喂花速度又取決于喂花輥的轉(zhuǎn)速。因此，采用什么方法去控制調(diào)整喂花輥轉(zhuǎn)速，選取什么樣的控制方法，有關(guān)棉卷密度的信號如何采集，是實(shí)現(xiàn)棉卷密度自動控制的技術(shù)關(guān)鍵及技術(shù)難點(diǎn)。
目前，已廣泛用于軋花機(jī)上棉卷密度控制方法主要為鋸片軸電機(jī)電流反饋法，這是美國、前蘇聯(lián)和我國某些軋花機(jī)上所采用的棉卷密度控制方法，其方法可見蘇聯(lián)專利(專利號SU1395701)。這種方法的依據(jù)是，棉卷密度越大，鋸片的負(fù)荷越大，鋸片軸電機(jī)的電樞電流也會越大;反之，鋸片軸電機(jī)電流會越小。因此，該方法通過測量鋸片軸電機(jī)電流的大小，就可以檢測出棉卷密度的大小。再將這一檢測值反饋去控制喂花速度，于是就完成了棉卷的自動控制。
但是，長期的實(shí)踐表明，鋸片軸電機(jī)電流的變化并不完全是由棉卷密度的變化引起，并且它對棉卷密度的反映只有在棉卷接近堵轉(zhuǎn)時才明顯，其它時候變化則不顯著。因此，它并不能保證工作箱內(nèi)的棉卷有一個穩(wěn)定、合適的密度，而只能在棉卷接近堵轉(zhuǎn)時作出大的反應(yīng)，比如停止喂花，打開工作箱等。因此可以說，這種方法最大的作用并不是控制棉卷密度，而是保證工作箱內(nèi)不堵塞，主要起保護(hù)作用。
本發(fā)明的目的在于克服上述已有軋花機(jī)棉卷密度的自動控制方法的不足之處，提出一種嶄新的對棉卷密度的自動控制方法及其自動控制系統(tǒng)。使其具有控制效果顯著、方法簡單，操作簡便，抗工作環(huán)境干擾強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明人對軋花機(jī)的工作過程進(jìn)行了實(shí)際調(diào)查及深入分析，認(rèn)為，工作箱內(nèi)不同密度的棉卷對工作箱胸板會產(chǎn)生不同的壓力(稱為“工作壓力”)，胸板的工作壓力大小直接反映出工作箱內(nèi)棉卷密度狀態(tài)。為此，本發(fā)明提出一種嶄新的軋花機(jī)棉卷密度的自動控制方法，即監(jiān)測軋花機(jī)工作過程中工作箱胸板的工作壓力，并將此壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，再反饋控制調(diào)整喂花輥電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)整喂花速度，控制棉卷密度的目的。
本發(fā)明提出的軋花機(jī)棉卷密度自動控制方法，主要包括以下步驟(見權(quán)利1)本方法的工作原理為當(dāng)工作箱內(nèi)形成棉卷后，棉卷將對胸板產(chǎn)生壓力，棉卷密度越大，壓力也越大。力傳感器將所測得的壓力F轉(zhuǎn)換為電信號UF，與設(shè)定值UR進(jìn)行比較、處理后，再產(chǎn)生一個控制信號UG，加在電機(jī)調(diào)速器上，控制調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速nD，進(jìn)而通過減速器驅(qū)動喂花輥控制喂花速度nF。因此，在加工過程中，如果棉卷密度增加，則有如下的反饋過程;F↑→UF↑→UG↓→nD↓→nF↓→F↓，這一過程抑制了棉卷密度的增加。當(dāng)然，也有一個與上述相反的過程抑制了棉卷密度的降低。這兩種過程使得棉卷密度能夠穩(wěn)定在一定的水平上，并且，如果改變這種反饋過程的反饋比例，那么棉卷密度又能在一個新的水平上達(dá)到穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)了棉卷密度的自動控制和調(diào)節(jié)。
本發(fā)明根據(jù)上述方法設(shè)計(jì)出一種軋花機(jī)棉卷自動控制系統(tǒng)，主要包括安裝在工作箱胸板外不同位置的一個以上力傳感器，密度控制儀，喂花調(diào)速電機(jī)及其調(diào)速控制器、減速器、等部件，如

圖1圖示。力傳感器的測頭與工作箱胸板接觸，該力傳感器可測量出軋花機(jī)工作過程中棉卷對胸板的壓力，并將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號輸入到密度控制儀中，密度控制儀將力傳感器輸入的電信號與預(yù)先的設(shè)定值進(jìn)行比較，處理后輸出一控制信號去控制電機(jī)調(diào)速控制器，進(jìn)而調(diào)整調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使喂花輥速度得到調(diào)整，從而保證棉卷密度保持在確定狀態(tài)下。
本系統(tǒng)的關(guān)鍵部件為密度控制儀，它由信號調(diào)理電路，濾波電路，顯示電路及參數(shù)可調(diào)PID調(diào)節(jié)器各電路所組成，如圖2所示。
其中，1.信號調(diào)理電路主要完成對力傳感器輸出電信號的調(diào)整、放大，使其變化范圍適合于電機(jī)調(diào)速器所需的范圍，同時，它還可完成對多路信號輸入的平均處理;2.濾波電路用于濾除輸入信號中由于機(jī)器振動所引起的交流分量;3.顯示電路可驅(qū)動模擬表頭或數(shù)字表以顯示實(shí)測的棉卷密度所對應(yīng)的壓力值;4.參數(shù)可調(diào)PID調(diào)節(jié)器，在這一PID控制校正環(huán)節(jié)中，特意將PI和PD環(huán)節(jié)分開，并能分別在較大的范圍內(nèi)單獨(dú)調(diào)節(jié)，這樣做使得控制儀能夠適應(yīng)于不同的機(jī)型、不同的工作環(huán)境和工作要求，在各種條件下，只要對該P(yáng)ID調(diào)節(jié)器作適當(dāng)調(diào)整，就可使控制儀控制效果達(dá)到最佳?？刂苾x全部電路均安裝在一個儀器箱體內(nèi)，在儀器箱前面板安裝顯示及兩個設(shè)定旋鈕;①堵轉(zhuǎn)設(shè)定旋鈕，通過它，可以設(shè)置一個參考值，使得儀器輸入在達(dá)到一定值時，輸出電信號為零，也即是當(dāng)工作箱內(nèi)棉卷密度達(dá)到一定值而快要堵轉(zhuǎn)時，控制儀可以控制喂花輥停轉(zhuǎn)，完全停止喂花;②密度設(shè)定旋鈕，該旋鈕可以改變前面所提到的反饋過程的反饋比例，從而可以通過它設(shè)定工作箱內(nèi)的棉卷密度。
本發(fā)明有如下特點(diǎn)(1)本方法所測量的對象準(zhǔn)確地反映了棉卷密度，實(shí)踐表明這種反映是十分靈敏的，因此不僅準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了對棉卷密度的控制，而且還為棉卷密度的測量提供了嶄新的途徑。
(2)本發(fā)明的控制系統(tǒng)使軋花機(jī)的工作箱內(nèi)完全不會發(fā)生堵塞現(xiàn)象，而這一點(diǎn)則是過去在棉花加工過程中一個經(jīng)常要發(fā)生從而導(dǎo)致停機(jī)并帶來極高勞動強(qiáng)度甚至危及人身安全的老問題。因此應(yīng)用本系統(tǒng)大大地降低了工人的勞動強(qiáng)度，工人無需再象過去一樣經(jīng)常地去監(jiān)視和處理堵轉(zhuǎn)問題。使得生產(chǎn)效率得以提高;
(3)實(shí)踐表明，本自動控制系統(tǒng)在保證機(jī)器加工能力的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品質(zhì)量提高了半到一個等級，而且能夠保證這一質(zhì)量在加工全過程中保持穩(wěn)定;
(4)本自動控制系統(tǒng)操作簡單、明了，工作可靠;
(5)本系統(tǒng)測量誤差≤1%，控制誤差≤5%。
本自動控制系統(tǒng)可方便地裝配在各種牌號，各種類型的軋花機(jī)上，經(jīng)過安裝調(diào)試均可達(dá)到上述性能及技術(shù)指標(biāo)。
附圖簡要說明圖1為本發(fā)明自動控制系統(tǒng)組成框2為本發(fā)明自動控制系統(tǒng)的密度控制儀原理框3為本發(fā)明的一種實(shí)施例控制儀電路原理圖本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種裝配在MRF160-10型軋花機(jī)上棉卷密度自動控制系統(tǒng)實(shí)施例，它由力傳感器、棉卷密度控制儀、電機(jī)調(diào)速器、調(diào)速電機(jī)、減速器等部分組成。
各部分詳細(xì)描述如下1、力傳感器量程為50kg，測量精度為0.2%，以電壓方式輸出，輸出電壓范圍0-5v，靈敏度0.1v/kg。系統(tǒng)中所用力傳感器共兩只，分別安裝于工作箱兩端的側(cè)壁上。其測頭與軋花機(jī)胸板上端固定，而胸板下端則與機(jī)架通過鉸鏈連接。
2、棉卷密度自動控制儀，被要安裝在軋花機(jī)的控制柜中，具有兩個電壓輸入口及一個電壓輸出口。兩個電壓輸入口分別接兩個力傳感器的輸出UF1UF2并為力傳感器供電;電壓輸出口接電機(jī)調(diào)速器，輸出電壓控制信號UG并從后者獲取儀器工作所需的電源。其輸出、輸入的靜態(tài)關(guān)系為Uo=KF(UR-UF 1+UF 22)]]>其中KF為可調(diào)節(jié)的常數(shù)，用于棉卷密度的設(shè)定，UR為堵轉(zhuǎn)壓力對應(yīng)的電壓，用于設(shè)置堵轉(zhuǎn)壓力。
棉卷密度自動控制儀的電路原理如圖3所示。電路以四個運(yùn)算放大器A1～A4為核心構(gòu)成，其中A1完成信號調(diào)理，濾波及設(shè)定堵轉(zhuǎn)壓力的功能，即對力傳感器的輸出信號UF1、UF2進(jìn)行平均、放大，以及與堵轉(zhuǎn)壓力對應(yīng)電壓UR(該電壓由電位器R1調(diào)出)作相減運(yùn)算，并濾除信號中由于機(jī)械振動等影響而產(chǎn)生的干擾;A2用于驅(qū)動密度指示表頭CS，其示值單位為kg，經(jīng)過調(diào)節(jié)及標(biāo)定可指示出工作箱內(nèi)的工作壓力，即密度情況;A3、A4則構(gòu)成了參數(shù)可調(diào)的P1D調(diào)節(jié)器，可以通過調(diào)節(jié)雙聯(lián)電位器R2或R3調(diào)節(jié)其動態(tài)參數(shù)，以便于儀器適應(yīng)于不同的機(jī)型、不同的工作環(huán)境及工作要求下的控制。在儀器的輸出部分，通過調(diào)節(jié)電位器R4可改變前面所提到的反饋系數(shù)KF。所設(shè)置的選擇開關(guān)K用于系統(tǒng)手動/自動工作狀態(tài)的切換，當(dāng)開關(guān)K處于圖示位置時，系統(tǒng)工作為自動狀態(tài)，當(dāng)處于另一位置時，系統(tǒng)處于手動工作狀態(tài)。
3、電機(jī)調(diào)速器具有兩路電壓輸入，其中一路為控制電壓輸入，接棉卷密度控制儀的輸出;另一路為反饋電壓輸入，接調(diào)速電機(jī)中的測速發(fā)電機(jī)電壓輸出。其輸出接調(diào)速電機(jī)電磁離合器的電樞，運(yùn)用可控硅直流調(diào)速方法對調(diào)速電機(jī)進(jìn)行調(diào)整。
4、調(diào)速電機(jī)為電磁式調(diào)速電機(jī)，通過控制電磁離合器電樞電流調(diào)速。其功率為0.8KW，可調(diào)轉(zhuǎn)速范圍0～1400rpm。
5、減速器減速比1∶70，輸入軸通過1∶1.5皮帶接調(diào)速電機(jī)，輸出軸帶動軋花機(jī)喂花輥。
整個系統(tǒng)工作過程可描述如下在機(jī)器的初期調(diào)整階段，系統(tǒng)可通過圖3中開關(guān)K置于手動工作狀態(tài)，喂花將由工人手動調(diào)節(jié)電位器R4改變喂花電機(jī)轉(zhuǎn)速完成，在這一過程中，密度表可以提供棉卷密度情況，并可由此測出機(jī)器的實(shí)際堵轉(zhuǎn)壓力和計(jì)算出相對應(yīng)的設(shè)定電壓值UR。從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)電位器R1設(shè)置堵轉(zhuǎn)壓力。
當(dāng)系統(tǒng)調(diào)定后，可被置于自動工作狀態(tài)。力傳感器測出工作箱內(nèi)工作壓力F，轉(zhuǎn)換成電壓信號UF1、UF2送給棉卷密度控制儀，由其對電機(jī)調(diào)速器輸出控制電壓UG，以使調(diào)速電機(jī)在轉(zhuǎn)速nD下運(yùn)行，并通過減速器驅(qū)動喂花輥以轉(zhuǎn)速nF喂花，所喂下的籽棉將進(jìn)入工作箱，產(chǎn)生工作壓力F。這一動態(tài)過程最終將達(dá)到一個動態(tài)平衡，因?yàn)?，如果工作壓力F增加，將會有UF1、UF2↑→UG↓→nD↓→nF↓→F↓，這樣一個負(fù)饋過程抑制其增加;相反，工作壓力的減小也會受到抑制。因而，這樣的控制系統(tǒng)使得工作箱內(nèi)工作壓力穩(wěn)定，也即是穩(wěn)定了棉卷密度。如果調(diào)節(jié)電位器R4，系統(tǒng)又會在新的棉卷密度狀態(tài)下穩(wěn)定工作。
權(quán)利要求
1.一種軋花機(jī)棉卷密度自動控制方法，其特征在于包括以下步驟(1)將一個以上力傳感器安裝在軋花機(jī)工作箱胸板外不同位置，當(dāng)工作箱內(nèi)無棉卷時，使力傳感器測頭與工作箱胸板接觸，不受力；(2)設(shè)定工作箱內(nèi)棉卷正常密度時對工作箱胸板產(chǎn)生的壓力(稱為“工作壓力”)為設(shè)定值，對應(yīng)電信號UR；(3)軋花機(jī)工作時，工作箱內(nèi)形成棉卷，力傳感器不斷測出工作箱內(nèi)工作壓力并轉(zhuǎn)換成電信號UF；(4)比較設(shè)定值UR與實(shí)測值UF得到一個控制信號UC，反饋控制喂花調(diào)速電機(jī)，使該電機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)改變，喂花速度改變，使棉卷密度保持確定狀態(tài)。
2.一種如權(quán)利要求1所述方法的棉卷密度自動控制系統(tǒng)，其特征在于包括一個以上力傳感器，密度控制儀，喂花調(diào)速電機(jī)及其調(diào)速控制器，減速器，各組成部分，所說的力傳感器安裝在工作箱胸板外，傳感器測頭與胸板接觸，測量胸板工作壓力并轉(zhuǎn)換成電壓信號，所說的密度控制儀包括對所說傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)整放大的信號調(diào)理電路，對該調(diào)整電路輸出的信號進(jìn)行濾波的濾波電路，將濾波后的信號進(jìn)行顯示的顯示電路，將濾波后的信號與予先設(shè)定信號進(jìn)行比較判斷得到控制信號的比較電路，對控制信號參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的參數(shù)可調(diào)PID調(diào)節(jié)器，各部分。
全文摘要
本發(fā)明屬于棉花加工機(jī)械的自動控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用力傳感器測量軋花機(jī)工作箱胸板所受的棉卷壓力，轉(zhuǎn)換成電信號去控制喂花電機(jī)轉(zhuǎn)速，使棉卷密度保持一定狀態(tài)的方法，其自動控制系統(tǒng)包括一個以上力傳感器，密度控制儀，喂花調(diào)速電機(jī)及其調(diào)速控制器，減速器各部分。本發(fā)明的方法簡單、控制效果顯著、其裝置操作簡便、抗工作環(huán)境干擾強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠，可使產(chǎn)品質(zhì)量提高一個等級，可方便地裝配在各類型號的軋花機(jī)上。
文檔編號D01B1/04GK1079781SQ93105070
公開日1993年12月22日 申請日期1993年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月20日
發(fā)明者丁天懷, 王勁松, 王鐵林, 張宏雷 申請人:清華大學(xué)