專利名稱：一種單片機(jī)控制的起重電磁鐵無(wú)極調(diào)磁電控設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種單片機(jī)控制的起重電磁鐵無(wú)極調(diào)磁電控設(shè)備，提供了一種起重電磁鐵的勵(lì)磁、去磁、無(wú)極調(diào)磁、掉電保磁、故障報(bào)警、無(wú)觸點(diǎn)控制的單片機(jī)控制的電控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前起重電磁鐵電控系統(tǒng)主要有一下幾種。1.基于接觸器和繼電器的控制方式。這種控制方式存在故障率高，接觸器觸點(diǎn)壽命短、磁力無(wú)法調(diào)節(jié)、效率低下的缺點(diǎn)。2.基于PLC的無(wú)觸點(diǎn)控制系統(tǒng)。這種控制方式基本克服了第一種方式的弊端，但 PLC本身執(zhí)行速度偏低，所以在可控硅的觸發(fā)，鑒相上還是需要借助專用產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以 PLC的控制系統(tǒng)將存在成本偏高缺點(diǎn)，另外就采用PLC控制存在體積偏大的缺點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服上述缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種有效地解決方案，采用單片機(jī)來(lái)控制起重電磁鐵，不僅可以克服傳統(tǒng)接觸器控制的缺點(diǎn)，也完全具有PLC控制的優(yōu)點(diǎn)，并且集成度高，成本低，響應(yīng)快速，同時(shí)具有掉電保磁、故障報(bào)警的功能。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種單片機(jī)控制的起重電磁鐵無(wú)極調(diào)磁電控設(shè)備，該電控設(shè)備包括主控電路、顯示屏、增量編碼器、控制變壓器、鑒相變壓器、整流逆變電路、去磁電路、蓄電池保磁電路、蓄電池充電電路和電磁鐵，鑒相電路、觸發(fā)電路、電流檢測(cè)電路、繼電器輸出電路、控制輸入電路、磁力調(diào)節(jié)電路、顯示電路都與CPU電路相連，共同構(gòu)成主控電路?？倲嗦菲鱍O與三相380V交流電源相連，控制電源斷路器Q12與總斷路器QO相連， 控制變壓器、鑒相變壓器的輸入端與控制電源斷路器Q12相連，鑒相變壓器的輸出端與主控電路中的鑒相電路相連，控制變壓器的輸出端與主控電路相連，控制按鈕開(kāi)關(guān)與主控電路的控制輸入電路相連，增量編碼器與主控電路的磁力調(diào)節(jié)電路相連，顯示屏與主控電路的顯示電路相連，主控電路中的電流檢測(cè)電路與電磁鐵電路和蓄電池組充電電路相連，蓄電池充電電路與蓄電池組相連，整流逆變電路、去磁電路、蓄電池保磁電路與電磁鐵相連， 整流逆變電路、去磁電路與主控電路中的觸發(fā)電路相連。該實(shí)用新型的有益效果是克服了接觸器控制的觸電燒毀、粘連的缺點(diǎn)，降低設(shè)備制造成本，提高了設(shè)備響應(yīng)速度和可靠性。

圖1是本實(shí)用新型的電控系統(tǒng)圖。圖2是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的電源電路圖。圖3是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的鑒相電路圖。[0013]圖4是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的觸發(fā)電路圖。圖5是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的電流檢測(cè)電路圖。圖6是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的繼電器輸出電路圖。圖7是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的控制輸入電路圖。圖8是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的磁力調(diào)節(jié)輸入電路圖。圖9是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的顯示部分電路圖。圖10是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的CPU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。圖1是本實(shí)用新型的電控系統(tǒng)圖。三相380V交流電經(jīng)過(guò)Q0、Q11和繼電器變壓器變壓為220V交流電源為繼電器回路供電。三相380V交流電經(jīng)過(guò)Q0、Q12和控制變壓器變壓為雙15V交流電源為單片機(jī)主控電路提供電源。三相380V交流電經(jīng)過(guò)Q0、Q13和鑒相變壓器變壓為三相15V交流電源為單片機(jī)鑒相電路提供電源和待測(cè)相位信號(hào)。Vl V6是動(dòng)力主回路的可控硅組成全控整流橋，負(fù)責(zé)提供勵(lì)磁和去磁的流動(dòng)力直電源和有源逆變回路。V7 VlO是去磁回路可控硅，負(fù)責(zé)提供去磁直流電源。YH是負(fù)載直流電磁鐵。R3是 YH的續(xù)流電阻，在出現(xiàn)故障時(shí)K3吸合可以為YH提供續(xù)流回路，釋放YH上的剩余能量，防止電路震蕩和擊穿。F10、R4、V11組成蓄電池的充電回路。蓄電池POl為電磁鐵πι提供應(yīng)急電源，在突然斷電時(shí)，Κ2斷開(kāi)，其常閉點(diǎn)吸合，POl與YH并聯(lián)，YH將繼續(xù)保持磁力，防止因?yàn)橥蝗皇ゴ帕?dǎo)致所吊貨物墜落。SOl是啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，S02是停止開(kāi)關(guān)，S03是勵(lì)磁/去磁轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，S04是載荷開(kāi)關(guān)，在沒(méi)有載荷時(shí)S04將閉合。當(dāng)SOl按下是CPU接收到啟動(dòng)信號(hào)，將輸出信號(hào)使KO吸合，電路進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)沒(méi)有載荷時(shí)S04將閉合，S02按下時(shí)CPU 接收到停止信號(hào)，將斷開(kāi)輸出信號(hào)使KO斷開(kāi)，電路進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)沒(méi)有載荷時(shí)S04將閉合，這時(shí)如果S03閉合則進(jìn)入去磁狀態(tài)，S03斷開(kāi)時(shí)進(jìn)入勵(lì)磁狀態(tài)。由于S04的存在將保證在由載荷時(shí)不會(huì)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)和去磁狀態(tài)，保證貨物不會(huì)發(fā)生墜落事故。增量編碼器BOl 為磁力調(diào)節(jié)編碼器，用于控制勵(lì)磁的磁力等級(jí)。數(shù)碼管顯示屏用于顯示勵(lì)磁/去磁電壓、顯示勵(lì)磁/去磁電流、故障代碼。電流檢測(cè)電路負(fù)責(zé)檢測(cè)勵(lì)磁/去磁時(shí)主回路的電流和蓄電池的充電電流。觸發(fā)電路負(fù)責(zé)觸發(fā)動(dòng)力主回路的全控整流橋的可控硅和去磁回路的全控整流橋的可控硅以及蓄電池充電回路的可控硅。圖2是單片機(jī)主控路的電源電路，由圖1中的TOl提供的電源經(jīng)過(guò)Bl的橋式整流，C22、C21濾波之后，由U9穩(wěn)壓得到+12V直流電源，由U12穩(wěn)壓得到-12V電源，+12V電源再經(jīng)由UlO穩(wěn)壓得到+5V電源。圖3是單片機(jī)主控路的鑒相電路，由圖1中的T02提供的三相電源為鑒相電路提供電源和鑒相信號(hào)。圖中A、B、C是三相電壓信號(hào)，0是中性線。A、B、C三相正弦波信號(hào)經(jīng)由LM339四電壓比較器整形后轉(zhuǎn)換為三相方波信號(hào)通過(guò)ISOl光耦將三相方波信號(hào)傳遞到 CPU。圖4是單片機(jī)主控電路的觸發(fā)電路，①的虛線框部分電路構(gòu)成所有觸發(fā)脈沖的總開(kāi)關(guān)，在U8_ALL_0N為0時(shí)，UlA輸出高電平，Q2導(dǎo)通，進(jìn)而Ql導(dǎo)通，+12V觸發(fā)電源將加到觸發(fā)電路。②的虛線框部分電路構(gòu)成一個(gè)觸發(fā)脈沖支路，本實(shí)用新型共有這樣的支路9條?，F(xiàn)以②的虛線框部分電路進(jìn)行說(shuō)明。Ll是濾波電感，TFl是觸發(fā)變壓器，D2是吸收二極管， Dl、R4、Cl構(gòu)成觸發(fā)角電路，C2、R5、D3、Q3構(gòu)成觸發(fā)脈沖電路，U2A是脈沖整形緩沖電路。 在U8_PULSE1為低電平脈沖時(shí)即單片機(jī)輸出觸發(fā)信號(hào)時(shí)，經(jīng)或U2A變換為高電平脈沖，經(jīng)過(guò) C2、R5、D3、Q3變換為三角波觸發(fā)脈沖，在經(jīng)過(guò)L1、TF1以及后面的觸發(fā)角電路將觸發(fā)信號(hào)傳遞到可控硅的觸發(fā)角上，完成可控硅的觸發(fā)過(guò)程。圖5是單片機(jī)主控電路的電流檢測(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。圖5只是一支電流檢測(cè)回路，本實(shí)用新型共有兩路這樣的電流檢測(cè)回路，另一支檢測(cè)電路與該圖相同，這兩支電流檢測(cè)回路分別負(fù)責(zé)主回路的勵(lì)磁/去磁電流檢測(cè)和蓄電池充電電流的檢測(cè)。圖6是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的繼電器輸出電路，Ul是繼電器驅(qū)動(dòng)電路， Kl K4是輸出繼電器，JPl是輸出接口。Ul的輸入端連接單片機(jī)的繼電器控制信號(hào)Kl K4，與繼電器一一對(duì)應(yīng)，當(dāng)響應(yīng)的控制信號(hào)時(shí)高電平時(shí)，繼電器吸合，反之繼電器斷開(kāi)。圖7是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的控制輸入電路，JP2是輸入接口，連接SOl S03。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦之后傳遞到單片機(jī)的輸入信號(hào)接口 Sl S3。圖8是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的磁力調(diào)節(jié)輸入電路，U2A和U1A、UlB構(gòu)成增量編碼器的解碼電路，將增量編碼器的相位相差90度的方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波BMUP或方波 BMDN,當(dāng)編碼器正轉(zhuǎn)時(shí)BMUP有方波輸出，表示遞增，BMDN為0沒(méi)有輸出，這樣單片機(jī)就可以接收到用于增加磁力的計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)編碼器反轉(zhuǎn)時(shí)BMDN有方波輸出，表示遞增，BMUP為0沒(méi)有輸出，這樣單片機(jī)就可以接收到用于減少磁力的計(jì)數(shù)脈沖，單片機(jī)CPU根據(jù)磁力調(diào)節(jié)脈沖調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁磁力的大小，這樣磁力就可以無(wú)極調(diào)整，磁力等級(jí)數(shù)值保存在單片機(jī)的 EEPROM中，EEPROM數(shù)據(jù)將永久保存，即使在失電的情況下也可以保存10年不丟失。圖9是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的顯示部分電路，顯示部分主要有電流顯示的 4位數(shù)碼管、電壓顯示的4位數(shù)碼管、故障代碼顯示的2位數(shù)碼管組成，通常顯示屏通常將放置在操作室，原理控制主體，為了減少信號(hào)傳遞用電纜，并盡量降低成本，顯示信號(hào)的傳遞采用串行傳遞，動(dòng)態(tài)掃描顯示的方式。U2、U3、U4是顯示數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路，該電路串入并出電路，并且驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)，顯示數(shù)據(jù)通過(guò)CLK和DAT線輸入，當(dāng)輸入完一幀數(shù)據(jù)之后ST由低變高數(shù)據(jù)輸出到數(shù)碼管完成顯示，每次只完成一位數(shù)碼管的顯示，由于高速掃描所以看起來(lái)所以數(shù)碼管是同時(shí)顯示的。圖10是本實(shí)用新型單片機(jī)主控電路的CPU電路，單片機(jī)主控路負(fù)責(zé)統(tǒng)調(diào)綜上所述所有電路，由于本系統(tǒng)要求CPU具有高速運(yùn)行能力、具有AD轉(zhuǎn)換功能、具有較多的IO接口、 具有較強(qiáng)的抗干擾能力、具有片上EEPR0M，所以本實(shí)例選擇了 STC公司的STC12C5A60S2的單片機(jī)芯片，該單片機(jī)IT的機(jī)器周期比普通單片機(jī)快8 12倍，具有8路高速A/D轉(zhuǎn)換，具有IK的片上EEPR0M，60K的Flash程序存儲(chǔ)器，具有較寬的工作電壓范圍5. 5V 3. 3V, 具有3000V的抗靜電脈沖的能力，具有IAP在應(yīng)用下載程序功能，可以方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，所以完全滿足該系統(tǒng)的要求。圖10中U8是單片機(jī)CPU，IAP是單片機(jī)編程接口，Xl是單片機(jī)晶振，與C5、C7組成時(shí)鐘電路為CPU提供時(shí)鐘脈沖，U3是復(fù)位電路，為CPU提供穩(wěn)定可靠的復(fù)位信號(hào)，同時(shí)U3還具有低電壓檢測(cè)功能可以為CPU提供低電壓檢測(cè)信號(hào)，作為掉電準(zhǔn)備信號(hào)。CPU負(fù)責(zé)核心程序的執(zhí)行，其工作流程如下所述。1.啟動(dòng)在Sl為低電平時(shí)，CPU收到啟動(dòng)信號(hào)，CPU將KO吸合，讀取EEPROM中的磁力等級(jí)數(shù)據(jù)，進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)。只有啟動(dòng)之后才能完成后面的3、4的過(guò)程。2.停止在S2為低電平時(shí)，CPU收到停止信號(hào)，CPU將KO釋放，進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。3.勵(lì)磁過(guò)程在S3為高電平時(shí)，CPU收到勵(lì)磁信號(hào)，K2吸合進(jìn)入勵(lì)磁狀態(tài)。CPU根據(jù)磁力等級(jí)數(shù)據(jù)計(jì)算出主回路全控整流橋的觸發(fā)角，然后依據(jù)鑒相電路的脈沖信號(hào)為基準(zhǔn)對(duì)全控整流橋進(jìn)行觸發(fā)，全控整流橋觸發(fā)后輸出直流電壓，電磁鐵YH因有勵(lì)磁電壓而具有磁力。4.去磁過(guò)程在S3為低電平時(shí)，CPU收到去磁信號(hào)，K2依舊吸合進(jìn)入去磁狀態(tài)。CPU首先依據(jù)鑒相電路的脈沖信號(hào)為基準(zhǔn)計(jì)算有源逆變的觸發(fā)角，然后對(duì)全控整流橋進(jìn)行觸發(fā)將YH的剩余能力釋放到電網(wǎng)上，同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)主回路的電流，當(dāng)電流減小到一定數(shù)值之后將觸發(fā)去磁電路的可控硅，同時(shí)關(guān)閉勵(lì)磁可控硅對(duì)YH進(jìn)行反向勵(lì)磁，在電流達(dá)到一定數(shù)值之后關(guān)閉去磁可控硅觸發(fā)脈沖，完成去磁過(guò)程。5.故障保護(hù)過(guò)程在勵(lì)磁過(guò)程中或去磁將實(shí)時(shí)檢測(cè)勵(lì)磁電流，當(dāng)勵(lì)磁電流異常時(shí)，將停止勵(lì)磁進(jìn)入故障狀態(tài)，將故障進(jìn)行編碼發(fā)送到顯示屏上，同時(shí)關(guān)閉勵(lì)磁和去磁的觸發(fā)脈沖，將K3吸合進(jìn)入故障狀態(tài)。6.掉電保護(hù)過(guò)程當(dāng)電網(wǎng)突然失壓，單片機(jī)的掉電回路首先為CPU發(fā)送失壓信號(hào)，CPU立即關(guān)閉所有觸發(fā)脈沖，釋放K2，將蓄電池接入YH，使YH繼續(xù)保持磁力。7.充電過(guò)程電網(wǎng)正常時(shí)，CPU將實(shí)時(shí)為蓄電池組充電，充電方式是觸發(fā)蓄電池充電可控硅 VII，同時(shí)檢查充電電流，當(dāng)充電電流減小到一定程度后，將加大Vll的觸發(fā)角降低充電電壓進(jìn)入涓流充電。如果充電電流增大，就表明蓄電池組電壓降低，可能使用過(guò)，將減小Vll 的觸發(fā)角加大充電電流。
權(quán)利要求1. 一種單片機(jī)控制的起重電磁鐵無(wú)極調(diào)磁電控設(shè)備，該電控設(shè)備包括主控電路、顯示屏、增量編碼器、控制變壓器、鑒相變壓器、整流逆變電路、去磁電路、蓄電池保磁電路、蓄電池充電電路和電磁鐵，鑒相電路、觸發(fā)電路、電流檢測(cè)電路、繼電器輸出電路、控制輸入電路、磁力調(diào)節(jié)電路、顯示電路都與CPU電路相連，共同構(gòu)成主控電路；總斷路器QO與三相380V交流電源相連，控制電源斷路器Q12與總斷路器QO相連，控制變壓器、鑒相變壓器的輸入端與控制電源斷路器Q12相連，鑒相變壓器的輸出端與主控電路中的鑒相電路相連，控制變壓器的輸出端與主控電路相連，控制按鈕開(kāi)關(guān)與主控電路的控制輸入電路相連，增量編碼器與主控電路的磁力調(diào)節(jié)電路相連，顯示屏與主控電路的顯示電路相連，主控電路中的電流檢測(cè)電路與電磁鐵電路和蓄電池組充電電路相連，蓄電池充電電路與蓄電池組相連，整流逆變電路、去磁電路、蓄電池保磁電路與電磁鐵相連，整流逆變電路、去磁電路與主控電路中的觸發(fā)電路相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種單片機(jī)控制的起重電磁鐵無(wú)極調(diào)磁電控設(shè)備。該電控設(shè)備包括主控電路、顯示屏、增量編碼器、控制變壓器、鑒相變壓器、整流逆變電路、去磁電路、蓄電池保磁電路、蓄電池充電電路和電磁鐵，鑒相電路、觸發(fā)電路、電流檢測(cè)電路、繼電器輸出電路、控制輸入電路、磁力調(diào)節(jié)電路、顯示電路都與CPU電路相連，共同構(gòu)成主控電路；總斷路器Q0與三相380V交流電源相連，蓄電池充電電路與蓄電池組相連，整流逆變電路、去磁電路、蓄電池保磁電路與電磁鐵相連，整流逆變電路、去磁電路與主控電路中的觸發(fā)電路相連。該實(shí)用新型克服了接觸器控制的觸電燒毀、粘連的缺點(diǎn)，降低設(shè)備制造成本，提高了設(shè)備響應(yīng)速度和可靠性。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202148132SQ2011202490
公開(kāi)日2012年2月22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