離心機電腦自動控制器的製作方法
2023-06-17 11:09:21
專利名稱：離心機電腦自動控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種計算機應用技術，用以實現三足式離心機自動控制。
三足式離心機是一種用於分離固相顆粒，懸浮液等的分離機械。廣泛用於醫藥、食品、化工等行業。三足式離心機屬於過濾式離心機，利用轉鼓高速旋轉產生離心力，將注入轉鼓裡的濾液通過濾布分離，固態物留在轉鼓裡，濾出液經出液口流出，實現固液分離。現有的SS、SX系列離心機均為人工卸料(刮料)，即分離結束後，必須用人工的方法將物料取出，而自動化程度較高的SGZ系列離心機，則用氣動或液壓刮刀代替人工卸料，但離心機的啟、仃、進料、剎車等操作均需人工操作電鈕，因而是一種機械化半自動操作。
針對三足式離心機的工作程序相對固定，並循環進行等待運行特點，本實用新型目的在於應用計算機技術，提供一種離心機電腦自動控制器，實現離心機的全自動運行。
三足式離心機工作程序結合附
圖1於以說明〈1〉首先啟動主電機1，使離心機3轉鼓高速旋轉。
〈1A〉、若要求清洗濾網，經節流閥7打開洗滌閥5進行洗網；
(1)到洗滌時間後，關洗滌閥；(2)開電磁閥14，使氣控進料閥8打開，進料；14處從上到下分別為洗滌，進料，刮料旋轉，刮料升降剎車控制用電磁換向閥，動力源採用壓縮空氣(P－Air或液壓)(3)到進料設定時間後關進料閥8；(4)分離，離心機轉鼓繼續高速旋轉對物料進行離心分離；(4A)若程序中要求洗滌工藝，這時開洗滌閥5，進行洗滌；(4B)到洗滌時間後，關洗滌閥；(5)分離時間到，關主電機；(6)開剎車，剎車氣缸4動作，帶動剎車帶進行剎車；(7)1分鐘後，剎車復位(放開)；(8)副電機2啟動(副電機以減速器與主電機用超越離合器相連)轉鼓開慢車旋轉。
(9)開刮料器6、旋轉氣缸10使刮刀向裡到終點(裡外各裝一限位開關9，同樣升降缸升降也有兩個限位開關11)；(10)開升降氣缸12，推動刮刀向下進行刮料，物料從下部出料口落下，刮刀到底後停留一段時間(刮料時間)推動刮刀向下的速度可由流量調節閥13加以調節；
(11)刮料時間到，關副電機；(12)旋轉氣缸復位；(13)升降氣缸復位；(14)回到(1)循環進行。
從上面離心機工作程序看，可以採用MCS－51系列單片機作為控制微電腦，對上述各道工序進行程序自動控制。單片機控制對象有七個，即主電機、副電機、進料閥、洗滌閥、刮料器旋轉氣缸、升降氣缸，剎車氣缸。這些均為開關控制，由單片機1／0口根據上述工作程序給出相應的高、低電平經光電隔離驅動這些執行元件所對應的主、副電機交流接觸器、各電磁閥線圈、從而控制這些執行元件，使離心機實現微電腦全自動控判。
本實用新型離心機電腦自動控制器實現上述全自動控制的技術方案如下採用MCS－51系列單片機作為控制微電腦，其電路組成包括，微處理及晶振電路，掉電保護用電源監測電路，工作方式時間設置與數據顯示電路，復位「看門狗」電路和報警電路，控制驅動輸出電路，手動／自動切換電路，限位開關檢測輸入電路，狀態指示電路，其中，工作方式時間設置是由93C46.U4晶片構成，數碼顯示採用74LS164型10片移位寄存器與CPU串行口RXD、TXD相連，對應10位LED數碼顯示管及D1－D10限流二極體構成10位靜態顯示，其中手動／自動切換電路是由雙刀雙擲開關KZH，完成外電源與KDY開關電源和J1－J7繼電器之間的切換，實現手動／自動工作狀態轉換，由安裝於旋轉氣缸動作範圍的KW1－KW4和相對應的TIL117、U21－24光電耦合器實現限位開關檢測輸入，由與CPU的P2.0－2.6相連的MC1413晶片和D11－17發光二極體組成狀態指示電路。其特徵在於〈1〉內含有CMOS型87C51或89C51 EPROM的MCS－51系列單片機構成CPU中央處理器U1，控制程序固化其內，晶振CR1和C6、C7電容與U1的18、19腳相連組成中央處理器的晶振電路。
〈2〉對離心機的工作方式予置選擇，｜採用U4－93C46(串行EEPROM)預置、存貯、在線改寫時間。採用74LS164U11－U20移位寄存器與CPU－U1串行口RXD、TXD腳相連進行軟體解碼，串行靜態10位顯示。U1的TXD腳經U7－D驅動後按每一個164時鐘作為移位時鐘，串行輸出數據由U1的RXD接U11的12腳，U11的13腳與U12的1，2腳相級聯。
〈3〉除由RSTKEY鍵、R1、R2電阻，D18二極體，C1電容，U8－A反相器，組成的復位電路外，還包括一個「看門狗」自動復位電路，實現在程序飛跑時，無憂動重入。4060計數分頻器U5，對由R5、R6、C3產生時鐘計數，滿212時鐘時，經U8－D、C4、R57、U8－E接或門U9－A使CPU強迫復位。
〈4〉控制驅動輸出，電路包括至少七路輸出控制、其中兩路是對離心機主、副電機的交流接觸器CM1－2控制，其中至少有5路是對離心機的進料，洗滌、刮料旋轉、刮料升降、剎車各電磁閥CV1－CV5定時順序控制，每一路控制輸出均由U7－A同相驅動U26光電耦合可控矽和雙向可控矽SCR1－7導通，使主、副電機和其它電磁閥順序定時工作。
本實用新型有六種工作方式可供選擇，不僅適合下部卸料離心機也適合上部卸料離心機，以較低的成本，實現離心機微電腦全自動控制，提高生產效率，減輕勞動強度，可實現無人操作，特別在有毒、有害物質生產中，可以減輕和避免對操作者的傷害。
以下結合實施例附圖詳細說明技術細節。
圖一為本實用新型控制對象離心機結構圖；圖二為本實用新型實施例電原理圖；由圖2A和圖2B組合而成。
圖三為本實用新型操作面板布置圖。
電路說明本控制器採用MCS－51系列單片機，電路主要分為以下幾個部分1、微處理器及晶振電路；2、掉電保護及電源監測電路；3、工作方式，時間設置與數碼顯示；4、復位「看門狗」電路及極警電路；5、控制驅動輸出部分；6、手動／自動切換電路；7、限位開關檢測輸入；8、狀態指示電路。
參見附圖2(1)微處理及晶振電路；採用MCS－51系列單片機，內部帶EPROM的CMOS型87C51、89C51等作為CPU中央處理機控制程序設計調試好後固化在其內。由晶振 CR1和C6、C7電容與U1的18腳，9腳相連組成的晶振電路為CPU提供時鐘，時鐘為6MHz。
(2)掉電保護及電源監測電路；由於離心機在循環工作過程中，可能發生停電或掉電情況，這時需記下掉電時刻正在進行的工序，使之有效地保存起來，在重新來電時，使離心機接著未完的工序繼續進行，即需要有掉電狀態保持功能。
由U3TL7705電源監視專用晶片，以及R19、C9、C10組成電源監測電路能夠監測電源。一旦掉電，穩壓電源KDY電壓低於4.75V時(這時還沒有完全失電)U3，5腳產生一負脈衝給CPU，U1，12腳(INT0)，使U1產生一個外部中斷。把當前程序所進行的工序狀態，保存在內部RAM中，並使CPU進入掉電狀態。當電源徹底失效時，由備用電池BATT給U1供電以維持片內RAM中的數據，從而保存了掉電時的工序狀態。重新來電時CPU根據這一狀態數據，重新繼續進行該工序。由三極體T1、T2電阻R28、R29、R30、R31、BATT組成的備用電池供電線路，作用是當電源正常時，T2、T1導通。U1則為5V穩壓電源供電，這時並通過R31對可充電電池BATT進行充電。穩壓管D19為保護電池用的，當掉電時由BATT通過D20、R31向U1供電以維持片內RAM數據不丟失。
(3)工作方式時間設置與數碼顯示。
對離心機的工作方式(方式1～6)予置選擇。進料時間，分離、刮料、洗滌時間採用U4，93C46(串行EEPROM)預置存貯。U493C46內有64字存貯單元，可在線改寫與讀出。與U1、P1.7、P3.3、P3.5相連，用於存貯所預置的工作方式和各時間參數，且掉電數據不丟失。
數碼顯示是採用74LS164，U11－U20移位寄存器與CPU，U1串行口RXD、TXD腳相連，進行軟體解碼。串行靜態10位顯示。U1的TXD腳經U7－D驅動後按每一個164時鐘腳，作為移位時鐘。串行輸出數據由U1的RXD接U11的1、2腳，U11的13腳與U12的1，2腳相級聯。一共為10 位靜態LED數碼管顯示，每個164接一個數碼管，發光二極體D1～D10起限流作用。
與軟體相配合，當鎖開關K5合上時(防止非授權者，誤操作)參見附圖三22，即充許設置時，按設置鍵K1，逐一對各時間參數以及工作方式進行設置。K2、K3分別為＋1和－1鍵，設置方式類似電子手錶對時。例如，當設置分離時間時，數碼管顯示04(分)，若按一下K2則變為05，若按一下K3則變為03，一直按到所需的時間如08(分)。再按一下設置鍵K1，進行下一參數設置。當全部設置都設置好後，再按一下設置鍵K1，CPU將此各項設置全部寫入U4，93C46中。單片機此後就按這些設置的參數進行控制，直到重新設置為止。
工作方式為1～6，1位數進料時間1～999秒、三位數分離時間1～99分、二位數刮料時間1～99分、二位數洗滌時間1～99分、二位數(4)復位，「看門狗」電路及報警電路。
由RSTKEY鍵、R1、D18、R2、C1、U8－A反相器74LS14組成復位電路。當上電或按一下RSTKEY鍵時，U8－A輸出為正脈衝、U8－A接U9－A74LS32或門，U9輸出接CPU，U1復位端9腳使CPU復位。
除此之外，本電路還設計了一個「看門狗」自動復位電路。原理如下U54060為一個帶有振蕩器的14級計數分頻器。時鐘由C3、R5、R6產生，4060對振蕩時鐘計數。當計滿212個時鐘時，U5的Q12由計低變高經U8－D、C4、R57、U6－E接或門U9－A使CPU U1復位。正常情況下，CPU每隔一段時間由P2.7輸出一負脈衝，經C2、R3U3－0反相器，U9－B或門後為一正脈衝使4060復位(清「看門狗」)。因此U5、Q12腳平常為低電平，當CPU工作失常時，即「程序跑飛」時，就不會按時發出「清狗」指令，則4060，Q12計數滿時，Q12＝1，自動產生一個復位信號，使CPU強迫復位，使CPU自動恢復正常工作。配合軟體，根據狀態數據，對現場進行恢復，可實現無憂動重入。若4次自動復位啟動CPU，系統仍無法恢復正常工作，表明有故障，則4060 Q14端輸出高電平給D觸發器U974LS74，使U9、6腳產生低電平，U25光隔TIL117導通，使繼電器J1得電從而接通報警電路、以通知操作人員。
上述電路的作用概括起來有以下幾點a、上電或人工按復位鍵，單片機復位。
b、當單片機工作失常時，由「看門狗」電路產生復位信號使單片機自動恢復正常工作。
c、嚴重故障時，4次自動啟動無效則接通報警。
(5)控制驅動輸出部分。
對離心機的控制，歸根結底就是對主、副電機的交流接觸器，和進料、洗滌、刮料旋轉、刮料升降、剎車、電磁閥進行控制。因此CPU、U1、P1.6、P1.5分別與主、副電機的交流接觸器相對應。P1.4、P1.3、P1.2、P1.1、P1.0分別與進料、洗滌、旋轉、升降、剎車、電磁閥相對應。例如程序使U1的P1.6＝1，經U7－A7407同相驅動使U26MOC3041 光耦可控矽導通。MOC3041為過零型觸發，並進一步觸發雙向可控矽SCR1使其導通，則交流接觸器CM1得電吸合，主電機即開動。R34、C11為吸收浪湧電壓保護SCR1用，P1.5控制副電機也完全一樣、同樣五個電磁閥控制線路也一樣，所不同的手動控制部分與電機控制有些不同，見下一節說明。因此根據控制程序，CPU對P1.0－P1.6進行編程控制即可實現對整個離心機的程序自動控制。
(6)手動／自動切換電路本控制器除設有微電腦全自動控制功能外，還設有手動控制。其目的是在試車時使用手動或在電腦自動控制部分萬一損壞時，應急使用，這樣不致於造成停產。
見附圖二，微電腦部分供電開關電源KDY(有二組＋5V，＋12V不共地)與手動／自動觸點切換繼電器由手動／自動雙刀雙擲轉換開關KZH切換。
當切換為手動時，繼電器組J2～J7吸合，接通手動控制觸點，斷開自動部分觸點。
以主電機手動／自動控制為例，當KZH轉為微電腦供電電源KDY時，J2－J7失電(J2－J7均為三組轉換觸點的220V繼電器JQX－10F)。J2－1，J2－2、J2－3為圖示位置，故交流接觸器CM1隻受微電腦控制。當KZH轉為手動一邊時，繼電器J2－J7得電，J2－1、J2－2、J2－3觸點轉換，J2－3與微電腦控制迴路脫離，J2－2脫離短接，使啟動按鈕QA有效，J2－1分斷，則交流接觸器CM1僅由啟動按鈕QA與停止按鈕TA控制。
當QA按下時，CM1得電吸合，CM1的常開輔助觸點CM1－J吸合，使CM1自保。因此主電機M1三相觸點吸合，主電機啟動。當停止按鈕按下時，CM1失電，則CM1－J斷開。主電機三相觸點也斷開，停車。
電磁閥的手動1自動轉換也一樣，以進料控制閥CV1為例，圖示位置為自動位置。當轉為手動時，J4吸合，J4－1觸點轉換脫離自動部分，這時CV1僅受手動開關KV1控制，KV1為扭子開關，KV1合上，CV1得電，電磁閥打開，從而打開進料閥。
(7)限位開關檢測輸入在刮料器刮料工作時，微電腦需要判斷旋轉，升降是否到位，是否復位。故旋轉氣缸動作裡外各裝一限位開關。升降上下各裝一限位開關，即附圖二中的KW1～KW4(見附圖一9和11)若到位開關KW1合上，U21T1L117光耦導通，則P0.7＝0(開關合上為0，斷開為1)。微電腦P0.4～P0.7四個限位開關的狀態判斷旋轉升降氣缸是否到位或復位。
(8)狀態指示電路在微電腦自動控制運行中，給出主電機等七個執行元件的當前開關狀態指示，可以從操作面板上直觀地了解當前離心機運行狀態。
U1P2.0～P2.6經U2MC1413反相驅動分別與D11R21～D17，R27相連，當P2.0～P2.6某一位＝1時，對應的發光二極體亮，因此主電機等七個執行元件與七個發光二極體相對應，例，主電機開時，程序使對應的主電機指示燈點亮(閃爍)。
操作面板操作說明參見附圖三，附圖三為本控制器的操作面板示意圖。
當16 KZH手動1自動轉換開關為圖示位置時為自動方式，若要手動，則16 KZH開關相下，離心機受15主副電機啟停按鈕17，五個電磁閥控制開關控制。
當為自動時，離心機運行狀態指示在20，共七個發光二極體上，自左到右，依次為主電機、副電機、進料洗滌、旋轉、升降、剎車的指示燈。
離心機工作方式顯示在19數碼管上(1～6)設置的時間顯示在21數碼管上依次為進料時間(秒)、分離時間(分)、刮料時間(分)和洗滌時間(分)。
當按復位鍵24或上電時，控制器開始按設置的參數自動工作，若上電或按復位時，要程序從頭開始，則按一下總清鍵，否則接著上次保持的狀態繼續工作。
若要改變工作方式和時間參數時，首先將鑰匙插入22，開鎖允許設置，按復位鍵，進入設置程序，25為設置鍵，＋1、－1鍵，對工作方式、時間、參數逐一設置，類似電子表時，設置值對應顯示在數碼管上，設置結束後，取下鑰匙，再按復位鍵，控制器即按新設置參數進行工作。
權利要求1.一種離心機電腦自動控制器，採用MCS-51系列單片機作為控制微電腦，其電路部分的組成包括，微處理器及晶振電路，掉電保護及電源監測電路，工作方式時間設置與數碼顯示電路、復位「看門狗」電路和報警電路、控制驅動輸出電路、手動/自動切換電路、限位開關檢測輸入電路、狀態指示電路。其中工作方式時間設置是由93C46、U4晶片構成，數碼顯示採用10片74LS164移位寄存器與CPU串行口RXD、TXD相連，對應10位LED數碼顯示管及D1-D10限流二極體構成10位靜態顯示，其中手動自動切換電路是由雙刀雙擲開關KZH，完成外電源與KDY開關電源和J1-J7繼電器之間的切換，實現手動自動工作狀態轉換，由安裝於旋轉氣缸動作範圍的KW1-KW4和相對應的TIL117、U21-24光電耦合器實現限位開關檢測輸入，由與CPU的P2.0～2.6相連的MC1413晶片和D11-17發光二極體組成狀態指示電路，其特徵在於1內含有EPROM的CMOS型87C51或89C51MCS-51系列單片機構成CPU中央處理器U1，控制程序固化其內，晶振CR1和C6、C7電容，與U1的18、19腳相連，組成中央處理器的晶振電路。2對離心機的工作方式予置選擇，1採用U4-93C46(串行EEPROM)預置、存貯、在線改寫時間。採用74LS164U11-U22移位寄存器與CPU-U1串行口RXD、TXD腳相連進行軟體解碼，串行靜態10位顯示。U1的TXD腳經U-D驅動後按每一個164時鐘作為移位時鐘，串行輸出數據由U1的RXD接U11的12腳，U11的13腳與U12的1，2腳相級聯。3除由RSTKEY鍵、R1、R2電阻、D18二極體、C1電容，U8-A反相器組成的復位電路外，還包括一個「看門狗」自動復位電路，實現在程序跑飛時，無憂動重入，4060計數分頻器U5，對由R5、R6、C3產生的時鐘計數，滿212時鐘時，經U8-D、C4、R57、U8-E接或門U9-A使CPU強迫復位。4控制驅動輸出電路包括至少七路輸出控制、其中兩路是對離心機主、副電機的交流接觸器CM1-2控制，其中至少有5路是對離心機的進料，洗滌、刮料、旋轉、刮料升降、剎車各電磁閥CV1-CV5定時順序控制，每一路控制輸出均由U7-A同相驅動U26光電耦合可控矽和雙向可控矽SCR1-7導通使主副電機和其它電磁閥順序定時工作。
專利摘要本實用新型離心機電腦自動控制器，用於對SS、SX和SGZ系列離心機全自動控制，有六種方式可供選擇，不僅適用於下部卸料離心機，也適用於上部卸料離心機，其電路部分的組成包括微處理器及晶振電路，掉電保護及電源監測電路，工作方式時間設置與數碼顯示電路、復位、「看門狗」電路和報警電路、控制驅動輸出電路、手動/自動切換電路、限位開關檢測輸入電路、狀態指示電路。其特徵是採用MCS—51系列單片機作為控制微電腦，對進料、分離、刮料、洗滌時間可以預置並數碼顯示，設有「看門狗」電路、程序跑飛時，有自動恢復和重入功能。
文檔編號B04B13/00GK2201177SQ94224049
公開日1995年6月21日 申請日期1994年7月4日 優先權日1994年7月4日
發明者潘光平 申請人:潘光平