專利名稱：一種永久磁鐵吊具磁力控制的電控設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種永久磁鐵吊具的磁力控制的電控設(shè)備。
背景技術(shù)：
在鋼鐵物料搬運(yùn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)用到磁鐵式吊具來(lái)搬運(yùn)。目前多數(shù)采用電磁鐵式吊具來(lái)搬運(yùn)，主要是因?yàn)殡姶盆F結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家較多，但電磁鐵吊具普遍存在磁力控制精度低下，能耗高，維護(hù)量較高等弊端。為了解決上述弊端國(guó)內(nèi)外逐漸開(kāi)始采用綠色環(huán)保的永久磁鐵吊具來(lái)搬運(yùn)鋼鐵物料。永久磁鐵磁力高，耗電省，永磁充磁后可以長(zhǎng)久保持磁力，斷電后不需要笨重的蓄電池組維持磁力，維護(hù)簡(jiǎn)單，磁力調(diào)節(jié)細(xì)致，可以精確調(diào)節(jié)。永久磁鐵模塊內(nèi)部分兩部分，一部分是不可變進(jìn)行永久磁鐵，一部分是可變極性永久磁鐵，不可變進(jìn)行永久磁鐵為是不可控制的，為，為模塊磁力的主體，可變極性永久磁鐵可以通過(guò)其外部線圈中的電流方向來(lái)改變極性，可變極性永久磁鐵磁力大小也可以通過(guò)其外部線圈中電流流過(guò)的時(shí)間和強(qiáng)度來(lái)控制，當(dāng)?shù)目刂埔卜浅：?jiǎn)單，其充磁只需要將交流380V 電壓經(jīng)過(guò)可控硅的可控整流之后對(duì)其可變極性模塊的線圈進(jìn)行短時(shí)間的供電即可，但永久磁鐵國(guó)內(nèi)還處于起步階段，生產(chǎn)廠家很少，所以在現(xiàn)階段主要鋼廠等鋼鐵物料搬運(yùn)繁重的企業(yè)多數(shù)采用進(jìn)口的永磁鐵吊具。在過(guò)了質(zhì)保期之后，在售后服務(wù)、技術(shù)支持方面、備件采購(gòu)等諸多方面都存在障礙，無(wú)法得到保障。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種永久磁鐵吊具磁力控制的電控設(shè)備，該設(shè)備本實(shí)用新型降低永磁控制設(shè)備的制造成本，提高設(shè)備的可靠性，對(duì)永久電磁鐵吊具的電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面國(guó)產(chǎn)化。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該永久電磁鐵吊具的電控設(shè)備包括控制系統(tǒng)電路板、可控硅電路板、繼電器、接觸器、斷路器和變壓器，設(shè)備全部安裝于一個(gè)整體控制柜中；整流穩(wěn)壓電源電路、過(guò)零檢測(cè)電路、可控硅驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)電路、輸入接口電路和輸出接口電路均連接到CPU電路上， 并集成在控制系統(tǒng)電路板上；可控硅觸發(fā)電路、雙向可控硅集成在可控硅電路板上；所有輸入信號(hào)和狀態(tài)指示燈連接到控制系統(tǒng)電路板上；永磁鐵模塊連接到可控硅電路板上；供電回路通過(guò)變壓器給控制系統(tǒng)電路板供電、通過(guò)可控硅電路板為永磁鐵模塊供電；輸入信號(hào)包括預(yù)充磁信號(hào)、全充磁信號(hào)、退磁信號(hào)和四個(gè)磁力等級(jí)信號(hào)；輸出信號(hào)包括報(bào)警、預(yù)充磁、全充磁、退磁。系統(tǒng)工作流程如下1.預(yù)充磁系統(tǒng)工作流程為首先操作人員通過(guò)操作元件給出預(yù)充磁信號(hào)和磁力等級(jí)信號(hào)。系統(tǒng)控制板接收到預(yù)充磁和磁力等級(jí)信號(hào)之后經(jīng)過(guò)輸入接口電路傳遞至CPU，CPU根據(jù)磁力等級(jí)大小通過(guò)可控硅驅(qū)動(dòng)電路輸出相應(yīng)的可控硅驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該信號(hào)連接到可控硅電路板，CN 202214124 U
說(shuō)明書(shū)
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可控硅電路板接收到該驅(qū)動(dòng)信號(hào)后通過(guò)觸發(fā)電路對(duì)可控硅進(jìn)行觸發(fā)?？煽毓栌|發(fā)之后向永磁模塊注入電流，該電流再經(jīng)過(guò)系統(tǒng)控制板的電流檢測(cè)電路將電流值反饋到CPU中。CPU對(duì)此電流進(jìn)行判斷，如果正常則繼續(xù)觸發(fā)，直到達(dá)到磁力等級(jí)的計(jì)算值，完成預(yù)充磁過(guò)程，如果不正常則停止觸發(fā)，輸出報(bào)警信號(hào)。2.全充磁在預(yù)充磁過(guò)程正常結(jié)束之后，操作人員將吊具即物料提升至離開(kāi)地面，然后通過(guò)操作元件給出全充磁信號(hào)。系統(tǒng)控制板的CPU接收到全充磁信號(hào)之后輸出全充磁的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。可控硅電路板接收到該驅(qū)動(dòng)信號(hào)后通過(guò)觸發(fā)電路對(duì)可控硅進(jìn)行觸發(fā)?？煽毓栌|發(fā)之后向永磁模塊注入全充磁電流，該電流再經(jīng)過(guò)系統(tǒng)控制板的電流檢測(cè)電路將電流值反饋到 CPU中。CPU對(duì)此電流進(jìn)行判斷，如果正常則繼續(xù)觸發(fā)，直到達(dá)到磁力等級(jí)的計(jì)算值，完成預(yù)充磁過(guò)程，如果不正常則停止觸發(fā)，輸出報(bào)警信號(hào)。3.退磁在全充磁過(guò)程正常結(jié)束之后，操作人員將吊具即物料搬運(yùn)到目的地，將吊具下降到地面，然后通過(guò)操作元件給出退磁信號(hào)。系統(tǒng)控制板的CPU接收到退磁信號(hào)之后輸出退磁的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。可控硅電路板接收到該驅(qū)動(dòng)信號(hào)后通過(guò)觸發(fā)電路對(duì)可控硅進(jìn)行觸發(fā)?？煽毓栌|發(fā)之后向永磁模塊注入退磁電流，該電流再經(jīng)過(guò)系統(tǒng)控制板的電流檢測(cè)電路將電流值反饋到CPU中。CPU對(duì)此電流進(jìn)行判斷，如果正常則繼續(xù)觸發(fā)，直到達(dá)到磁力等級(jí)的計(jì)算值， 完成預(yù)充磁過(guò)程，如果不正常則停止觸發(fā)，輸出報(bào)警信號(hào)。

圖1是本實(shí)用新型的電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型電流檢測(cè)部分電路圖。圖3是本實(shí)用新型的過(guò)零檢測(cè)部分電路圖。圖4是本實(shí)用新型的可控硅驅(qū)動(dòng)部分電路圖。圖5是本實(shí)用新型CPU部分電路圖。圖6是本實(shí)用新型輸入接口部分電路圖。圖7是本實(shí)用新型輸出接口部分電路圖。圖8是本實(shí)用新型電源部分電路圖。圖9是本實(shí)用新型可控硅電路板電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。實(shí)施例1.電控系統(tǒng)整機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中點(diǎn)劃線框起來(lái)的部分是整體電控柜。電控柜內(nèi)安裝了控制系統(tǒng)電路板、可控硅電路板以及變壓器等部分低壓電器，為了突出系統(tǒng)遠(yuǎn)了， 部分電壓電器未畫(huà)出，如進(jìn)線通常會(huì)設(shè)置一個(gè)斷路器，可控硅回路會(huì)設(shè)置一個(gè)接觸器等等， 這些可以按照常規(guī)低壓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，此圖就沒(méi)有再具體體現(xiàn)，主要為說(shuō)明原理。首先AC380V電源經(jīng)過(guò)變壓器變壓之后送到控制系統(tǒng)電路板的整流穩(wěn)壓電源回路為這個(gè)控制系統(tǒng)電路板供電，另外過(guò)零回路也采集該電壓以檢測(cè)交流電源的過(guò)零點(diǎn)。外部控制信號(hào)通過(guò)控制系統(tǒng)電路板的輸入接口電路將信號(hào)傳遞到CPU，CPU根據(jù)輸入信號(hào)中指令信號(hào)和磁力等級(jí)信號(hào)以及過(guò)零電路采集的過(guò)零點(diǎn)信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算之后得出需要的可控硅觸發(fā)角和觸發(fā)時(shí)間，然后CPU控制可控硅驅(qū)動(dòng)電路輸出可控硅相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)。該信號(hào)連接到可控硅電路板，該電路板集成可控硅觸發(fā)電路和可控硅本體?？煽毓栌|發(fā)電路接收到驅(qū)動(dòng)電路的觸發(fā)信號(hào)之后發(fā)出觸發(fā)電壓觸發(fā)可控硅導(dǎo)通對(duì)永磁模塊進(jìn)行充磁或去磁。在命令執(zhí)行過(guò)程中，CPU同時(shí)通過(guò)電流檢測(cè)回路檢測(cè)目前的工作電流，據(jù)此判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否正常，可以對(duì)線路開(kāi)路、短路、可控硅擊穿等異常情況作出及時(shí)判斷，如果不正常則立即停止觸發(fā)，進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，輸出報(bào)警信號(hào)。如果正常則會(huì)輸出相應(yīng)的結(jié)束信號(hào)。2.控制系統(tǒng)電路板構(gòu)成a)電流檢測(cè)電路如圖2所示是控制系統(tǒng)的電流檢測(cè)電路，其中Tl是核心電流檢測(cè)互感器，可以檢測(cè)直流電流。本實(shí)例選用的型號(hào)是T60404-N4644-X100該產(chǎn)品是德國(guó)VAC產(chǎn)品，輸出電流是士 50mA，比例是1 1000。R19和Pl構(gòu)成Tl的負(fù)載，Pl做精度調(diào)節(jié)。Tl的輸出電流在R19 和Pl上產(chǎn)生電壓，該電壓經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器Ull進(jìn)行正向放大和方反向放大之后送到CPU的 AD轉(zhuǎn)換接口。Ull采用MC1458N雙運(yùn)放放大器，由于單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換電路不能測(cè)量負(fù)極性電壓，所以要將電壓進(jìn)行反向放大和正向放大。當(dāng)Tl采集的電流是正向時(shí)，在R19上端電壓即為正向，該電壓可以由UlIA正常放大，UlIB輸出為0，這樣在U8AI1端就可以檢測(cè)到Tl 的電流值。當(dāng)Tl采集的電流是反向時(shí)，在R19上端電壓即為反向，該電壓可以由UllB正常放大，UllA輸出為0，這樣在U8AI2端就可以檢測(cè)到Tl的電流值。b)過(guò)零檢測(cè)電路如圖3所示是控制系統(tǒng)的過(guò)零檢測(cè)電路，其中Jl為過(guò)零電壓采樣接口，過(guò)零檢測(cè)電路為獨(dú)立回路，不與CPU主回路有電氣聯(lián)系，信號(hào)輸出通過(guò)光耦傳遞到CPU回路中，這樣可以降低過(guò)零采樣對(duì)CPU的干擾，也可以避免因過(guò)零回路的采樣電壓出現(xiàn)突變?cè)斐蒀PU電路的損壞。Dl、D2、C19、C14、CIO、C18構(gòu)成一個(gè)全波整流電路，為U13提供雙極性電源。 U13、R83、R86、R84構(gòu)成一個(gè)電壓比較路，該電路可以將Jl的正弦波形轉(zhuǎn)換為方波，該波形通過(guò)光耦I(lǐng)S013傳遞到CPU的過(guò)零檢測(cè)端口。c)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示是控制系統(tǒng)的觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路，其中Q2為電流總回路，Ql是一支可控硅驅(qū)動(dòng)回路，類似Ql的驅(qū)動(dòng)支路可以有多種，這樣就可以控制多路可控硅。U1B、R5、R2、R67、 Q6構(gòu)成Q2的驅(qū)動(dòng)電路，UlB為反向器，目的是加強(qiáng)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)接口的驅(qū)動(dòng)能力，U8_ALL_0N 為0時(shí)，UlB輸出高電平，則Q6導(dǎo)通，Q6導(dǎo)通又使Q2導(dǎo)通，則驅(qū)動(dòng)總的電流回路打開(kāi)。相反， 如果U8_ALL_0N為1時(shí)則驅(qū)動(dòng)總的電流回路關(guān)閉。U1A、Cl、R24、D9、Ql構(gòu)成一支可控硅的驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)U8_PULSE1輸出0時(shí)即開(kāi)始觸發(fā)時(shí)，UlA輸出高電平，該電平經(jīng)過(guò)Cl、R24構(gòu)成的微分電路時(shí)轉(zhuǎn)變成三角形尖峰脈沖觸發(fā)Ql瞬間導(dǎo)通一次，形成可控硅的觸發(fā)脈沖。D9 是電容Cl的放電二極管，在觸發(fā)完成之后對(duì)Cl進(jìn)行快速放電，保證下次觸發(fā)可以順利可靠進(jìn)行。d) CPU 電路如圖5所示是控制系統(tǒng)的CPU電路，其中U8是CPU。CPU電路主要負(fù)責(zé)所有接口開(kāi)CN 202214124 U
動(dòng)輸出和故障處理等工作。因?yàn)橐皶r(shí)響應(yīng)過(guò)零檢測(cè)回路的過(guò)零信號(hào)和輸出觸發(fā)角可調(diào)的可控硅觸發(fā)波形，所有要求CPU要有高速的運(yùn)算速度。另外還要負(fù)責(zé)電流檢測(cè)回路的電流信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換，所以要求CPU還必須有AD轉(zhuǎn)換功能，鑒于此，選擇了 STC公司的STC12C5A60單片機(jī)作為CPU，該CPU具有IT的機(jī)器周期和8路AD 轉(zhuǎn)換功能，更有P4，P5接口可以滿足該系統(tǒng)的眾多接口需求。圖中X1、C7、C5構(gòu)成CPU的晶振回路。IMP813L構(gòu)成CPU的復(fù)位電路，為CPU提供穩(wěn)定可靠的復(fù)位脈沖，保證CPU的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。e)輸入接口電路如圖6所示是控制系統(tǒng)的輸入接口電路，其中IS06、IS07、IS08、IS09是輸入電氣隔離光耦。由于工業(yè)上輸入輸出IO電壓一般不低于MV，而本系統(tǒng)電路工作電壓是5V，所以輸入接口采用了光耦隔離，既可以隔離輸入電平的差異也可以避免因輸入接口的突變脈沖電壓導(dǎo)致系統(tǒng)電路的損毀。輸入電路包括磁力等級(jí)的輸入、命令信號(hào)的輸入。11、12、13、 14為磁力等級(jí)輸入，按照二進(jìn)制的組合共有16種狀態(tài)，即可以輸入16個(gè)級(jí)別的磁力等級(jí)。 15、16、17是控制命令，15是滿磁即全充磁命令，16是去磁命令，17是預(yù)充磁命令。f)輸出接口電路如圖7所示是控制系統(tǒng)的輸出接口電路。輸出接口主要采用繼電器輸，可以滿足大電流、高電壓的輸出要求。ULN2003是非門(mén)輸出驅(qū)動(dòng)電路芯片，可以滿足驅(qū)動(dòng)繼電器線圈的需要。LDl LD4系統(tǒng)的狀態(tài)指示燈，LDl是報(bào)警、LD2是滿磁、LD3是去磁、LD4是預(yù)充磁。JPl是狀態(tài)輸出接口，1腳是滿磁信號(hào)、2腳是去磁信號(hào)、3腳是預(yù)充磁信號(hào)、4腳是報(bào)警信號(hào)、5腳是公共端。g)電源電路如圖8所示是控制系統(tǒng)的電源電路。本系統(tǒng)要求三種電源，1是電流互感器要求 +12VDC電源和-12VDC電源，2是CPU電路要求+5VDC電源。電路中Bl是橋式整流模塊，負(fù)責(zé)將輸入的交流電源整流為整流電源。C21、C22為濾波電容，U9是+12VDC穩(wěn)壓模塊負(fù)責(zé)提供+12VDC的電源，U12是-12VDC的穩(wěn)壓模塊負(fù)責(zé)提供-12VDC的電源，UlO是+5VDC的穩(wěn)壓模塊負(fù)責(zé)提供+5V的電源。3.可控硅電路板構(gòu)成如圖9所示是可控硅電路板的構(gòu)成。Jl是觸發(fā)脈沖接口，Tl是觸發(fā)變壓器，負(fù)責(zé)將觸發(fā)脈沖通過(guò)其次級(jí)繞組可靠傳遞到可控硅的觸發(fā)腳上。Ll是濾波電感，可以濾除高頻諧波，保證觸發(fā)可靠，Dl是續(xù)流二極管，可以泄放Ll和Tl上的剩余電流。虛線框內(nèi)是永磁鐵的可變極性繞組。R3、C3是浪涌吸收電路，可以保護(hù)可控硅不被浪涌電壓擊穿。
權(quán)利要求1. 一種用于永久磁鐵吊具的磁力控制的電控設(shè)備，其特征在于該電控設(shè)備包括控制系統(tǒng)電路板、可控硅電路板、繼電器、接觸器、斷路器和變壓器，設(shè)備全部安裝于一個(gè)整體控制柜中；整流穩(wěn)壓電源電路、過(guò)零檢測(cè)電路、可控硅驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)電路、輸入接口電路和輸出接口電路均連接到CPU電路上，并集成在控制系統(tǒng)電路板上；可控硅觸發(fā)電路、雙向可控硅集成在可控硅電路板上；所有輸入信號(hào)和狀態(tài)指示燈連接到控制系統(tǒng)電路板上；永磁鐵模塊連接到可控硅電路板上；供電回路通過(guò)變壓器給控制系統(tǒng)電路板供電、通過(guò)可控硅電路板為永磁鐵模塊供電；輸入信號(hào)包括預(yù)充磁信號(hào)、全充磁信號(hào)、退磁信號(hào)和四個(gè)磁力等級(jí)信號(hào)；輸出信號(hào)包括報(bào)警、預(yù)充磁、全充磁、退磁。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種永久磁鐵吊具的磁力控制的電控設(shè)備。該永久電磁鐵吊具的電控系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)電路板、可控硅電路板、繼電器、接觸器、斷路器、變壓器等安裝于一個(gè)整體控制柜中；整流穩(wěn)壓電源電路、過(guò)零檢測(cè)電路、可控硅驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)電路、輸入接口電路、輸出接口電路均連接到CPU上，并集成在控制系統(tǒng)電路板上；可控硅觸發(fā)電路、雙向可控硅集成在可控硅電路板上；所有輸入信號(hào)和狀態(tài)指示燈連接到控制系統(tǒng)電路板上；永磁鐵模塊連接到可控硅電路板上；供電回路通過(guò)變壓器給控制系統(tǒng)電路板供電、通過(guò)可控硅電路板為永磁鐵模塊供電；輸入信號(hào)包括預(yù)充磁信號(hào)、全充磁信號(hào)、退磁信號(hào)和四個(gè)磁力等級(jí)信號(hào)；輸出信號(hào)包括報(bào)警、預(yù)充磁、全充磁、退磁。本實(shí)用新型降低永磁控制設(shè)備的制造成本，提高設(shè)備的可靠性，對(duì)永久電磁鐵吊具的電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面國(guó)產(chǎn)化。
文檔編號(hào)B66C1/08GK202214124SQ20112024901
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者周德峰 申請(qǐng)人:大連寶信起重技術(shù)有限公司