專利名稱：棉花打包機節(jié)能控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于棉花加工領域中的棉花打包機節(jié)能控制裝置。 技術背景
在棉花加工最后一道工序中，是將加工出的松散皮棉按一定重量打包。
我國目前使用的打包機主要壓力范圍在200噸-400噸之間，液壓泵驅動電 機在22KW-75KW之間，每小時成包15-25個。也就是說每小時按最高產量 計算棉花打包機的主壓柱塞頂壓和返回也只是25次，而柱塞頂壓和返回一 次時間約40秒，這樣每小時液壓泵驅動電機有載運行時間約為17分鐘，其 余40分鐘時間都在卸載狀態(tài)下運行，等于空載運行。由于電機空載狀態(tài)時， 它的銅線圈繞組產生過量磁通，該磁通(通常稱為感應電流)是固定的，致 使電機浪費了約50%的電能。所以由于電機空載運行的不變損耗，不但功率 因數(shù)降低使有功電耗的比例增加，而且電機運行效率下降。 實用新型內容
本實用新型的目的在于提供一種操作簡單、節(jié)能效果顯著的棉花打包機 節(jié)能控制裝置。
本實用新型所提供的棉花打包機節(jié)能控制裝置由外部啟停輸入電路、液 壓泵驅動電機電流檢測電路、單片機電路、控制輸出電路、顯示屏、按鍵、 電源電路組成，電源電路、外部啟停輸入電路、液壓泵驅動電機電流檢測電 路、按鍵接單片機電路的輸入端，單片機電路的輸出接控制輸出電路與顯示 屏，控制輸出電路接液壓泵驅動電機的繼電器。
所述的單片機電路由單片機IC2、晶振JZ、電容C4、 C5組成，所述的 按鍵S1—S4分別接單片機IC2中Pl 口的四位Pl. 3—P1. 6,顯示屏LCD的 控制腳RS、 R/W、 E、 PSB、 NC、 RST分別接單片機IC2中P3 口的六位P3. 0 —P3. 5,其數(shù)據(jù)輸入腳DB0—DB7分別接單片機IC2中P2 口的八位P2. 0 -P2. 7。
所述的外部啟停輸入電路由接線端子J、電阻R1、 R2、穩(wěn)壓二極管DW、 發(fā)光二極管LED1、電容C1及光電耦合器V1組成，接線端子J接電阻R1， 穩(wěn)壓二極管DW依次接發(fā)光二極管LED1、光電耦合器VI發(fā)光管的正極，電 容Cl接在穩(wěn)壓二極管DW的負極與光電耦合器VI發(fā)光管的負極間，光電耦 合器VI收光管的集電極接單片機IC2中Pl 口的一位Pl. 7。所述的液壓泵驅動電機電流檢測電路由裝在液壓泵驅動電機進線上的
電流互感器TA、電流變換器Bl、可調電阻Wl、運放IC1及外圍電阻R3 - RIO、 二極管D1、 D2、電容C2、 C3組成，運放IC1的輸出通過電阻R10接單片機 IC2中Pl 口的Pl. 0。
所述的控制輸出電路由電阻R11-R19、光電耦合器V2-V4、三極管U1 -U3、 二極管D3-D5、發(fā)光二極管LED2-LED4、液壓泵驅動電機繼電器JK1 - JK3組成，所述的光電耦合器V2、 V4發(fā)光管的負極分別通過電阻Rll、 R17 接單片機IC2中Pl 口的兩位Pl.l、 P1.2,光電耦合器V3發(fā)光管的負極通 過電阻R14接單片機IC2中P3 口的一位P3. 7,光電耦合器V2-V4收光管 的發(fā)射極分別通過電阻R12、 R15、 R18接三極管U1-U3的基極，液壓泵驅 動電機繼電器JK1 - JK3分別接三極管Ul - U3的集電極。
本實用新型所提供的棉花打包機節(jié)能控制裝置工作原理如下由電源電 路提供節(jié)能控制裝置的工作電源，外部啟停輸入電路是為輸送外部按鍵啟停 液壓泵驅動電機的信號而設置的，顯示屏可實時顯示棉花打包機的運行參 數(shù)、設置參數(shù)及運行狀態(tài)，配合按鍵使用可完成所有參數(shù)的設置與修改，操 作十分簡單，運行前，只要將液壓泵驅動電機互感器變比、電機額定工作電 流值和電機運行電流值的范圍存入單片機電路，節(jié)能控制裝置的工作就會在 單片機電路的控制下自動完成。由液壓泵驅動電機電流檢測電路對液壓泵驅 動電機運行電流值進行實時檢測，并將檢測的液壓泵驅動電機運行電流值輸 送給單片機電路，單片機電路在程序的控制下，對該電流值進行運算處理、 分析，發(fā)出控制信號通過控制輸出電路控制接在其輸出端的液壓泵驅動電機 的繼電器，從而自動控制液壓泵驅動電機釆用星形或三角形的運行方式。當 檢測電流值大于液壓泵驅動電機額定電流50%時，控制裝置使液壓泵驅動 電機進入三角形運行，當液壓泵驅動電機在空載狀態(tài)時，檢測電流值低于電 機額定電流50%時，控制裝置使液壓泵驅動電機進入星形運行，使電機線 圈繞組電壓降低，減少磁通感應電流，提高功率因數(shù)和電機運行效率，降低 有功電耗達到節(jié)能目的。具體的控制過程是棉花打包機的液壓泵驅動電機 在卸荷狀態(tài)下啟動，啟動后直接進入星形節(jié)能運行狀態(tài)。當打包機預壓箱棉 量達到壓包重量時，打包機液壓泵的主壓控制閥打開，液壓泵驅動電機在有 荷狀態(tài)下運行，隨著主壓柱塞壓包行程縮短，壓力逐漸上升，液壓泵驅動電 機電流也隨之上升，當電流增加到額定50%時，單片機電路通過控制輸出 電路輸出控制信號使液壓泵驅動電機自動轉換為三角形運行方式，進入全壓狀態(tài)運行。壓包到位后，打包機液壓泵的主壓控制閩關閉，液壓泵又進入卸 荷狀態(tài)運行，液壓泵驅動電機電流又會下降，當小于額定值50%時，單片 機電路通過控制輸出電路輸出控制信號使液壓泵驅動電機又進入星形節(jié)能 狀態(tài)運行，如此反復進行，使液壓泵驅動電機在有荷狀態(tài)下運行時釆用三角 形運行方式，卸荷狀態(tài)下運行時釆用星形節(jié)能狀態(tài)運行方式。該節(jié)能控制裝 置還具有過流、缺相、堵轉等保護功能，原理是單片機電路通過對液壓泵驅 動電機電流實時檢測值進行運算處理并與運行電流值的范圍比較，檢測運行 電流是否在正常運行范圍內，當檢測電流不在正常范圍內時，單片機電路通 過控制輸出電路自動斷開液壓泵驅動電機的繼電器使液壓泵驅動電機停止 工作以達到保護目的。
本實用新型所提供棉花打包機節(jié)能控制裝置通過對棉花打包機中液壓 泵驅動電機電流進行實時檢測，并采用單片機技術自動控制液壓泵驅動電機 在有荷狀態(tài)下運行時采用三角形運行方式，卸荷狀態(tài)下運行時釆用星形節(jié)能 狀態(tài)運行方式，提高了電機的功率因數(shù)和運行效率，降低了有功電耗，節(jié)能 效果顯著。通過對使用本實用新型所提供棉花打包機節(jié)能控制裝置前、后耗 電測量對比，該棉花打包機節(jié)能控制裝置可節(jié)電20%以上。
圖l為實用新型實所提供棉花打包機節(jié)能控制裝置的原理方框圖； 圖2為本實用新型實施例的電原理圖； 圖3為本實用新型實施例的工作流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖說明本實用新型的實施。圖1為實用新型所提供棉花打包 機節(jié)能控制裝置的原理方框圖。參見圖l:本實用新型所提供的棉花打包機 節(jié)能控制裝置由外部啟停輸入電路、液壓泵驅動電機電流檢測電路、單片機 電路、控制輸出電路、顯示屏、按鍵、電源電路組成，電源電路、外部啟停 輸入電路、液壓泵驅動電機電流檢測電路、按鍵接單片機電路的輸入端，單 片機電路的輸出接控制輸出電路與顯示屏，控制輸出電路接液壓泵驅動電機 的繼電器。圖2為本實用新型實施例的電原理圖。參見圖2，該棉花打包機 節(jié)能控制裝置的外部啟停輸入電路由接線端子J，電阻R1、 R2,穩(wěn)壓DW, 發(fā)光二極管LED1、電容C1及光耦V1組成。液壓泵驅動電機電流檢測電路 由裝在液壓泵驅動電機進線上的電流互感器TA、電流變換器B1、可調電阻 Wl、電阻R3—R10、 運放IC1、 二極管Dl、 D2、電容C2、 C3組成。單片機電路由單片機IC2、晶振JZ，電容C4、 C5組成。控制輸出電路由電阻Rll
- 19，光耦V2 - V4，三極管Ul - U3， 二極管D3 - D5，發(fā)光二極管LED2 - LED4、 液壓泵驅動電機繼電器JK1-JK3組成。顯示部分由可調電阻W2、電阻R20 及液晶顯示屏LCD組成，按鍵部分由按鍵S1-S4組成。電源電路由變壓器 B2、 二極管D5-D13，三端穩(wěn)壓器IC4-IC6、電容C6-C17、電壓變換器IC3 組成。
電源電路將220V電壓經(jīng)變壓器B2變?yōu)?2V、 15V兩路，12V電壓通過 整流二極管D6-D9橋式整流濾波后，又經(jīng)三端穩(wěn)壓器IC4、 IC5穩(wěn)壓后輸出 + 9V、 +5丫直流電壓，+5￥電壓供單片機和液晶屏使用，+^電壓又通過 電壓變換器IC3變換出-9V電壓，供電流檢測電路中運放整流使用，15V 電壓經(jīng)整流二極管D10 - D13橋式整流、濾波后經(jīng)過三端穩(wěn)壓器IC6穩(wěn)壓輸 出12V直流電壓供控制輸出電路使用。外接按鍵的啟?？刂菩盘柾ㄟ^接線端 子輸入后，12V直流電壓通過電阻R1降壓，穩(wěn)壓管DW鉗位干擾信號，發(fā)光 指示二極管LED1使光耦VI導通，隔離后進入單片機IC2，使單片機Pl 口 的一位P1.7電壓由+5V，下拉為OV,單片機根據(jù)當前工作狀態(tài)判斷，如果液 壓泵驅動電機在運行狀態(tài)，將判為停止信號，如電機在停止狀態(tài)，將判為啟 動信號。液壓泵驅動電機電流檢測電路通過接在液壓泵驅動電機進線上的電 流互感器TA輸出0-5A電流進入電流變換器Bl輸出0-5V電壓，然后經(jīng)過 運放IC2、 二極管Dl、 D2,運放整流后經(jīng)電阻RIO，電容C3濾波后輸出0
- 5V直流電壓進入單片機IC2中內部A/D轉換器輸入口 Pl. 0進行A/D轉換。 單片機IC2內部時鐘通過外接晶體JZ和電容C4、 C5產生時鐘脈沖序列，用
于協(xié)調和控制單片機的工作。使用的單片機具有內部上電復位電路，所經(jīng)復 位腳RST采用直接接地處理?？刂戚敵鲭娐吠ㄟ^單片機IC2的輸出端口 Pl.l、 P3.7、 P1.2分別經(jīng)電阻R11、 R14、 R17進入光耦V2、 V3、 V4，隔離 輸出后，通過三極管Ul、 U2、 U3驅動液壓泵驅動電機繼電器JK1、 K2、 JK3 通斷，以達到控制電機星形、三角形轉換運行和停止。顯示部分的液晶顯示 屏LCD各控制腳分別接單片機IC2的端口 P3.0-P3.5,其數(shù)據(jù)輸入腳分別 接單片機IC2的P2.0-P2.7端口，通過內部程序運行，可實時顯示運行參 數(shù)，設置參數(shù)、運行狀態(tài)全部釆用中文提示。顯示屏與按鍵S1、 S2、 S3配 合使用可完成所有參數(shù)設置和修改。按鍵S4可控制電機啟動與停止。
本裝置可通過外部啟停輸入電路，使用外部按鍵啟停電機，也可用本身 按鍵S4啟停電機。單片機IC2通過其P1 口的兩位P1.6、 P1.7,檢測有啟動信號輸入時，使其P1 口的兩位P1.1、P1.2輸出由5V電壓下拉為0V電壓， 光電耦合器V2、 V4導通，三極管Ul、 U3導通，使液壓泵驅動電機繼電器 JK1、 JK3吸合，液壓泵驅動電機交流接觸器KB1、 KB3吸合，打包機的液壓 泵驅動電機在星形狀態(tài)下啟動運行。通過一定啟動延時后，液壓泵驅動電機 運行電流經(jīng)電流互感器TA輸入進電流變換器B1并通過運放整流進入單片機 Pl 口的一位Pl. 0進行AD轉換，單片機根據(jù)輸入的互感器比值及電機額定 電流值，進行換算、比較，來控制打包機的液壓泵驅動電機星形、三角形轉 換。當檢測電流低于電機額定電流50%時，單片機通過控制輸出電路使液 壓泵驅動電機繼電器JK1、 JK3吸合，液壓泵驅動電機繼電器JK2斷開，液
壓泵驅動電機進入星形運行狀態(tài)，當檢測電流大于液壓泵驅動電機額定電流 的50%時，單片機通過控制輸出電路使液壓泵驅動電機繼電器JK1、 JK2吸 合，繼電器JK3斷開，液壓泵驅動電機進入三角形運行狀態(tài)。由于液壓泵都 是在卸荷狀態(tài)下啟動，所以啟動延時后，將直接進入星形節(jié)能運行狀態(tài)。當 打包機預壓箱棉量達到壓包重量時，主壓控制閥打開，液壓泵驅動電機在有 荷狀態(tài)下運行，隨著主壓柱塞壓包行程縮短，壓力逐漸上升，液壓泵驅動電 機電流也隨之上升，當電流增加到額定50%時，液壓泵驅動電機將自動轉 換為三角形，進入全壓狀態(tài)運行。壓包到位后，主壓控制閩關閉，液壓泵又 進入卸荷狀態(tài)運行。液壓泵驅動電機電流又會下降，當小于額定值50%時， 液壓泵驅動電機又進入星形節(jié)能狀態(tài)運行。如此反復進行。該裝置具有過流、 缺相堵轉保護功能，原理是通過電流實時檢測運算和電機額定電流值比較， 檢測運行電流是否在正常運行范圍內，當檢測電流不在正常范圍內，通過內 部延時處理，將自動斷開液壓泵驅動電機繼電器JK1、 JK2、 K3,使電機停 止工作以達到保護目的。由于該裝置電流檢測采用通用電流互感器，對于不
同功率的電機，只要選擇合適變比的電流互感器，然后將互感器變比和電機 額定工作電流值通過按鍵S1、 S2、 S3與顯示屏配合輸入單片機IC2后，單 片機IC2會自動存儲，并且掉電也不會丟失，單片機控制液壓泵驅動電機在 有荷狀態(tài)下運行時采用三角形運行方式，卸荷狀態(tài)下運行時采用星形節(jié)能狀 態(tài)運行方式，提高了電機的功率因數(shù)和運行效率，降低了有功電耗，單片機 在判斷有故障時會控制停機，避免事故。該裝置操作簡單，適應任何型號打 包機，且節(jié)能效果十分顯著。
圖3為本實用新型所提供的棉花打包機節(jié)能控制裝置工作流程圖。開始 運行，程序首先檢測是否有啟動停止信號，如果啟動信號，電機進入星形啟動運行狀態(tài)，電機啟動后，由于啟動電流大于額定工作電流，所以在啟動時 設置一定延時值屏蔽檢測電流值，通過一定延時后，電機達到正常轉速后， 程序進入電機運行電流和電機額定電流值50%比較，小于時進入星形運行， 大于時進入三角形運行，同時運行電流還和正常設定范圍值比較，如果在正 常范圍內將正常工作，如不在正常范圍內，將自動進入停機。如正常運行中 有停止信號輸入，程序會立即停機，進入等待狀態(tài)。
權利要求1、一種棉花打包機節(jié)能控制裝置，其特征在于由外部啟停輸入電路、液壓泵驅動電機電流檢測電路、單片機電路、控制輸出電路、顯示屏、按鍵、電源電路組成，電源電路、外部啟停輸入電路、液壓泵驅動電機電流檢測電路、按鍵接單片機電路的輸入端，單片機電路的輸出接控制輸出電路與顯示屏，控制輸出電路接液壓泵驅動電機的繼電器。
2、 根據(jù)權利要求l所述的棉花打包機節(jié)能控制裝置，其特征在于所述 的單片機電路由單片機(IC2)、晶振(JZ)、電容(C4、 C5)組成，所述的 按鍵(S1—S4)分別接單片機(IC2 )Pl 口的四位(Pl. 3—Pl. 6 )，顯示屏(LCD ) 的控制腳(RS、 R/W、 E、 PSB、 NC、 RST )分別接單片機(IC2 ) P3 口的六位(P3. 0—P3. 5)，其數(shù)據(jù)輸入腳(DB0—DB7)分別接單片機(IC2) P2 口的 八位(P2. 0-P2. 7)。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的棉花打包機節(jié)能控制裝置，其特征在于 所述的外部啟停輸入電路由接線端子(J)、電阻(R1、R2)、穩(wěn)壓二極管(DW)、 發(fā)光二極管(LED1)、電容(Cl)及光電耦合器(VI)組成，接線端子(J) 接電阻(Rl),穩(wěn)壓二極管(DW)依次接發(fā)光二極管(LED1 )、光電耦合器(VI) 發(fā)光管的正極，電容(C1)接在穩(wěn)壓二極管(DW)的負極與光電耦合器(V1) 發(fā)光管的負極間，光電耦合器(VI)收光管的集電極接單片機(IC2) Pl 口 的一位(P1.7)。
4、 根據(jù)權利要求1或2所述的棉花打包機節(jié)能控制裝置，其特征在于 所述的液壓泵驅動電機電流檢測電路由裝在液壓泵驅動電機進線上的電流 互感器TA、電流變換器B1、可調電阻(W1)、運放(IC1)及外圍電阻(R3 -RIO)、 二極管(Dl、 D2)、電容(C2、 C3)組成，運放(IC1)的輸出通過 電阻(R10)接單片機(IC2) Pl 口的(P1. 0)。
5、 根據(jù)權利要求1或2所述的棉花打包機節(jié)能控制裝置，其特征在于 所述的控制輸出電路由電阻(Rll _ R19 )、光電耦合器(V2 - V4 )、三極管(Ul -U3)、 二極管(D3-D5)、發(fā)光二極管(LED2-LED4)、液壓泵驅動電機繼 電器(JK1-JK3)組成，所述的光電耦合器(V2、 V4)發(fā)光管的負極分別通 過電阻(Rll、 R17)接單片機(IC2) Pl 口的兩位(P1. 1、 P1.2)，光電耦 合器(V3)發(fā)光管的負極通過電阻(R14)接單片機(IC2)P3 口的一位(P3. 7)， 光電耦合器(V2-V4)收光管的發(fā)射極分別通過電阻(R12、 R15、 R18)接 三極管(Ul-U3)的基極，液壓泵驅動電機繼電器(JK1-JK3)分別接三極 管(Ul-U3)的集電極。
專利摘要本實用新型屬于棉花加工領域中的棉花打包機節(jié)能控制裝置。該裝置由外部啟停輸入電路、液壓泵驅動電機電流檢測電路、單片機電路、控制輸出電路、顯示屏、按鍵、電源電路組成。由按鍵將液壓泵驅動電機互感器變比、額定電流值和運行電流值的范圍輸入給單片機電路，由電流檢測電路對液壓泵驅動電機運行電流值進行實時檢測，并將檢測值輸送給單片機電路，單片機電路在程序的控制下進行處理、分析，通過控制輸出電路控制液壓泵驅動電機繼電器的工作，從而使液壓泵驅動電機空載時自動進入星形運行，使電機線圈繞組電壓降低，減少磁通感應電流，提高功率因數(shù)和電機運行效率，降低有功電耗達到節(jié)能目的。
文檔編號B30B15/16GK201353889SQ20082017515
公開日2009年12月2日 申請日期2008年11月8日 優(yōu)先權日2008年11月8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