一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构的制作方法
【专利摘要】一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构，连接在所述永磁吊具的各主控单元与IO接口单元之间，由至少三个级联单元(100、200、300)级联而成，每个级联单元设有控制信号输入端(N)，控制信号输出端(M)，状态信号端(P)、反馈信号输入端(Q)及反馈信号输出端(W)；通过各输入/出端及信号端与IO接口端及各主控单元接口端的连接，达到级联的效用。根据本实用新型的一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构，满足主控电路的扩展要求，用以配合实现主控电路实现永磁吊具工作磁体数量，磁力大小可灵活调节的功能，可实现对不同尺寸、厚度钢板的无级吊运。
【专利说明】一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及永磁吊具控制领域，具体涉及一种永磁吊具磁力控制的级联电路 结构
【背景技术】
[0002] 在钢铁产品的搬运过程中，非挂钩应用吊具主要为电磁铁吊具，永磁吊具，真空吊 具等。但电磁铁吊具普遍存在能耗高、失电时会失去磁力导致载荷坠落的隐患。真空吊具 则是对钢铁产品的形状要求较高。随着国家相关部门对安全方面要求越来越严格，永磁吊 具凭借着稳定的安全性能，优越技术性能越来越受到用户的青睐，永久磁铁磁力强，不需要 长久电源支持，所以如果采用永久磁铁作为吊具将不再具有电磁铁吊具的弊端。
[0003] 但由于永久磁铁的材料特殊性，国内生产的永久磁铁吊具都不具有电充磁和电去 磁的功能，都是依赖外加机械力使载荷与磁铁分离，这不仅效率低，而且损坏率比较高，不 适合多组磁铁联合吊运。此外也无法调整磁力大小，也就无法控制吸吊钢板的数量。
[0004] 本技术采用电控可变极性的永磁铁可以克服这一缺陷，如图10。因铝镍钴永磁材 料的特性，它可以被外部电流改变极性和磁场强度。根据这一特点，通过改变流过铝镍钴磁 体外部线圈的电流方向，即可改变该磁体的极性，其磁力大小可以通过其外部线圈中电流 流过的时间和强度来控制，用于永磁模块的磁力调节。其控制也非常简单，充磁时只需要将 交流380V电压经过可控硅的整流之后对铝镍钴磁体的线圈进行短时间的通电，使得铝镍 钴磁体的极性与钕铁硼磁体的极性相对，因磁体的同性相斥原理，钕铁硼磁体的磁力线被 挤出整个永磁体模块外部，产生外部磁场，即可吸吊外部钢铁物件，当电流越大，被挤出模 块的磁场越强，则外部的吸力越大。去磁时只需将充磁线圈进行反向充磁，使得铝镍钴磁铁 的极性与钕铁硼磁体的极性方向一致，这时钕铁硼的磁力线全部经过铝镍钴磁体，在整个 永磁体模块内部循环，外部磁场消失，被吊的物件就可以落下。
[0005] 永磁体控制电路比较复杂，主要技术都集中在国外，国内近年来也有部分电路推 出，专利ZL201120249017. 2中描述了一种永磁体控制电路，优点是集成度较高，线路较简 单，但也有明显的缺点，首先集成度高，后续的维护成本就较高，对维护人员的技术水平要 求较高，另外，由于吊运产品的多样性，导致，吊具的永磁体数量不固定，需要经常调节工作 的磁体数量，所以要求控制电路具有可调节功能，可是ZL201120249017. 2专利中描述的方 案不具备该功能。 实用新型内容
[0006] 为配合解决以上问题，实现可调节功能，本实用新型提供了一种连接在永磁吊具 的各主控单元与10接口单元之间的永磁吊具磁力控制的级联电路结构，其技术方案如下：
[0007] -种永磁吊具磁力控制的级联电路结构，所述的级联电路结构连接在所述永磁吊 具的各主控单元与10接口单元之间，其特征在于：
[0008] 所述的级联电路由至少三个级联单元（100、200、300)级联而成，
[0009] 所述的每个级联单元设有控制信号输入端（N)，控制信号输出端（Μ)，状态信号端 (Ρ)、反馈信号输入端（Q)及反馈信号输出端（W);
[0010] 所述各级联单元的控制信号输入端（Ν)并联连接到10接口单元的控制信号输出 端⑶，
[0011] 所述级联单元（100)的控制信号输出端连接到其主控单元的控制信号输入端 (L1),
[0012] 所述级联单元（200)的控制信号输出端连接到其主控单元的控制信号输入端 (L2),
[0013] 所述级联单元（300)的控制信号输出端连接到其主控单元的控制信号输入端 (L3)；
[0014] 所述各级联单元的状态信号端（Ρ)并联到主控单元状态信号输出端（0)，
[0015] 所述各级联单元中本级联单元的反馈信号输入端（Q)连接到上级联单元的反馈 信号输出端（W)，
[0016] 所述级联单元（100)的反馈信号端连接到10单元的状态信号响应端（X)。
[0017] 根据本实用新型的一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构，其特征在于：
[0018] 所述的每个级联单元还设有第一逻辑输入端（F1)、第二逻辑输入端（F2)及逻辑 控制输出端（F3);
[0019] 所述的反馈信号输入端（Q)连接到第一逻辑输入端（F1)，
[0020] 所述的状态信号端（Ρ)连接到第二逻辑输入端（F2)，
[0021] 所述的逻辑控制输出端（F3)连接到反馈信号输出端（W)。
[0022] 根据本实用新型的一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构，其特征在于：在本级 反馈信号输出端（Q)上还通过一二极管（D)连接跳线开关（1)用以信号隔离，
[0023] 当所述级联单元处于使用中最后一级时，所述的跳线开关设置为闭合，所述的电 阻为上拉电阻，反馈信号输出端（Q)输出为有效信号；
[0024] 当所述级联单元处于使用中其它级时，所述的跳线开关设置为开启，所述的电阻 为下拉电阻，反馈信号输出端（Q)的输出信号取决于上级反馈信号输出端（W)。
[0025] 根据本实用新型的一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构，其特征在于：所述的 各级联单元的控制信号输入端及控制信号输出端为相对应的四组端，每组端为并联，在控 制信号组端的每个信号线路上设置控制信号通断的开关（SW)。
[0026] 本实用新型的一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构，能够满足主控电路的扩展 要求，用以配合实现主控电路实现永磁吊具工作磁体数量，磁力大小可灵活调节的功能，可 实现对不同尺寸、厚度钢板的无级吊运。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1为本实用新型的电路结构示意图；
[0028] 图2为本实用新型中控制信号连接示意图；
[0029] 图3为本实用新型中一个级联单元电路连接示意图；
[0030] 图4为本实用新型应用的控制电路结构示意总图；
[0031] 图5为本实用新型应用的10接口电路结构图；
[0032] 图6为本实用新型应用的主控电路结构图；
[0033] 图7为实施例中电流检测部分电路图；
[0034] 图8为实施例中同步检测部分电路图；
[0035] 图9为实施例中可控硅驱动部分电路图；
[0036] 图10为实施例中CPU部分电路图；
[0037] 图11为实施例中永磁模块工作原理中充磁状态示意图；
[0038] 图12为实施例中永磁模块工作原理中退磁状态示意图。
【具体实施方式】
[0039] 下面，根据说明书附图和【具体实施方式】对本实用新型的一种永磁吊具磁力控制的 级联电路结构作进一步具体说明。
[0040] 如图1、2、3所示的一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构，用以连接在所述永磁 吊具的各主控单元与10接口单元之间，本实施例中选用三个级联单元（100、200、300)级 联而成，所述的每个级联单元设有控制信号输入端（N)，控制信号输出端（M)，状态信号端 (P)、反馈信号输入端（Q)及反馈信号输出端（W);所述各级联单元的控制信号输入端（N) 并联连接到10接口单元的控制信号输出端（S)，所述级联单元（100)的控制信号输出端连 接到其主控单元的控制信号输入端（L1)，所述级联单元（200)的控制信号输出端连接到其 主控单元的控制信号输入端（L2)，所述级联单元（300)的控制信号输出端连接到其主控单 元的控制信号输入端（L3);所述各级联单元的状态信号端（P)并联到主控单元状态信号输 出端（〇)，所述各级联单元中本级联单元的反馈信号输入端（Q)连接到上级联单元的反馈 信号输出端（W)，所述级联单元（100)的反馈信号端连接到10单元的状态信号响应端（X)。
[0041] 进一步地，在所述的每个级联单元还设有第一逻辑输入端（F1)、第二逻辑输入端 (F2)及逻辑控制输出端（F3);所述的反馈信号输入端（Q)连接到第一逻辑输入端（F1)，所 述的状态信号端（P)连接到第二逻辑输入端（F2)，所述的逻辑控制输出端（F3)连接到反馈 信号输出端（W)。
[0042] 进一步地，在本级反馈信号输出端（Q)上还通过一二极管（D)连接跳线开关（1) 用以信号隔离，当所述级联单元处于使用中最后一级时，所述的跳线开关设置为闭合，所述 的电阻为上拉电阻，反馈信号输出端（Q)输出为有效信号；当所述级联单元处于使用中其 它级时，所述的跳线开关设置为开启，所述的电阻为下拉电阻，反馈信号输出端（Q)的输出 信号取决于上级反馈信号输出端（W)。
[0043] 进一步地，所述的各级联单元的控制信号输入端及控制信号输出端为相对应的四 组端，每组端为并联，在控制信号组端的每个信号线路上设置控制信号通断的开关（SW)。
[0044] 工作原理及实施例
[0045] 如图4所示的具有该扩展级联电路结构的永磁吊具控制电路由主控电路板、可控 硅电路板、电源板、10接口电路板、继电器、接触器、断路器和变压器、功能操作设备等设备 构成。其中整流稳压电源电路集成在电源板上；同步检测电路、可控硅驱动电路、电流检测 电路、输入接口电路和输出接口电路、CPU电路集成在主控电路板上，并且具有级联扩展功 能，可多块级联以提供更多更灵活的控制；可控硅触发电路、双向可控硅集成在可控硅电路 板上；继电器输出电路、信号指示电路、输入逻辑处理电路、控制输入接口电路集成在10接 口电路板上；10接口电路板连接到主控电路板；主控电路板之间具有信号级联功能，通过 修改主控板的跳线改变主控板间的信号关系；主控电路板连接到可控硅电路板；可控硅电 路板连接到永磁铁模块内部线圈；380V电源经过变压器连接到电源板；电源板连接到各主 控电路板、10接口电路板；380V电源通过可控硅电路板为永磁铁模块供电；磁力调节设备、 功能操作设备、状态指示灯、安全限位等连接到10接口电路板。
[0046] 系统工作流程如下：
[0047] 操作人员通过操作开关给出预充磁、满磁、退磁控制信号，通过磁力给定选择开关 选择控制磁力等级大小，通过模块选择开关选择需要工作的永磁模块，这些信号将控制电 缆传递到10接口电路板。10接口电路板接收到这些之后，经过该电路板上的数字电路进行 逻辑组合，将开关量输入信号组合为8位二进制数据。该8位数据的定义如下：
[0048] BitO?Bit3 :表示磁力等级大小，共16级；
[0049] Bit4?Bit5 :表示永磁模块选择，共分4组（A、B、C、D);
[0050] Bit6?7 :表不预充磁信号，全充磁信号，退磁信号；
[0051] 该数据将通过驱动芯片以及扁平连接线传递至3个主控电路板，3块主控电路板 完全相同，每块可以控制8个可控硅，根据A、B、C、D组别处于不同工作状态，其中A组表示 1、2#可控硅工作，B组表示3、4#可控硅工作，C组表示5、6#可控硅工作，D组表示7、8#可 控硅工作，每块主控板上都设置一个4为拨码开关，通过该开关可以修改主控板在A、B、C、D 组中哪一个或几个组中进行工作。磁力等级决定在预充磁时的磁力大小，永磁模块磁力大 小由充磁电流和充磁时间决定，为了简化控制流程，这里只对充磁时间进行调节，即在预充 磁时采用相同的触发角（90° )，而针对磁力等级的不同采用不同的励磁时间，时间越长则 磁力越大，由于充磁电源为正弦波交流电源，每个周期只有一个触发脉冲，所以充磁时间与 触发脉冲数是一一对应的，所以最终是根据触发脉冲的数量决定充磁的磁力等级。主控板 通过级联端口连接，级联端口不仅包含了控制命令信号、磁力等级、组别信号，同时也包含 了上一级的预充磁、满磁、退磁的状态信号，结合本地信号可以得出最终完整的状态信号。
[0052] 主控板根据磁力等级数据控制可控硅触发脉冲数，从而实现对永磁模块的磁力等 级控制，通过对触发通道的控制实现对不同永磁模块进行工作与否的控制。主控板的核心 运算和流程控制采用ST公司的STM32F103C8T7来实现，该芯片均由功耗低，稳定性高，性价 比高的特点，在工业电子设备领域中有广泛的应用。
[0053] 实施例中各部分原理
[0054] 1.永磁模块工作原理
[0055] 永磁模块工作原理见图11、12。其中：
[0056] ①不可逆永磁体
[0057] ②AlCiNo (铝镍钴）永磁体
[0058] ③模块主体（中性冠）
[0059] ④磁极
[0060] ⑤工件（模具）
[0061] ⑥磁化线圈
[0062] 在永磁铁(?与永磁铁由的磁场强度相同时，如果永磁铁(?与永磁铁0的磁力线方 向相同，则模块整体对外部表现为带磁性，如果永磁铁(§)与永磁铁?的磁力线方向相反，则 模块整体对外部表现为无磁性。在永磁铁(?与永磁铁?的磁场强度不相同时，由于永磁铁 ?磁场强度固定，所以§永磁铁的磁场强度决定了对外磁场强度的大小。
[0063] 2.永磁模块充磁原理
[0064] 永磁材料磁化达到饱和所需的计算充磁能量Ε为
[0065] e = ^M〇Hs2V
[0066] 式中：μ 0-真空磁导率
[0067] Hs_材料饱和磁场强度
[0068] V-材料磁体的体积
[0069] 由于已经有理论和实践得出要将永磁铁充磁至完全饱和状态将非常可能，要求能 量等级非常高，只能在实验室中实现，无法应用到实际工程中，但如果只将永磁铁充磁至饱 和的90%时，实现起来就变得十分人员，对于设备要求大幅度到底，所以本实用新型中也是 以充磁到永磁铁饱和的90%为基准进行计算的。
[0070] 不过在实际工程中一股充磁设备与充磁夹具已具备，所以此时充磁能量的确定通 常采用数学上的逼近法，即进行工程实际充磁、测绘充磁后磁场分布曲线与简单计算相合 的方法。
[0071] 对于电容放电脉冲式充磁设备充磁能量选择应满足下列基本关系：
[0072] A =^Cu2 c 2
[0073] 式中：Ac--充磁能量
[0074] U--充磁电压
[0075] C--充磁电容器电容量
[0076] 在实际应用中，虽然在充磁设备输出了 Ac的能量，但仍然需要反复对永磁铁进行 磁化充磁，才能达到额定磁场强度，所以对于本实用新型来说，要达到额定磁场强度H，则：
[0077] H = ^-Cu2t 2
[0078] 式中：Η--最终磁场强度
[0079] U--充磁电压
[0080] C--充磁电容器电容量
[0081] Τ--充磁时间
[0082] 由于C为常数，所以决定最终磁场强度的变量为u和t。
[0083] 由于在式中u以平方的形式出现，所以如果t为常数，则u与Η为非线性关系，而 如果u为常数，则t与Η为线性关系，所以相比较，控制t远比控制u能更好实对Η的控制， 所以本实用新型采用固定电压来充磁，而通过对t的控制实现不同的磁场强度。
[0084] t的具体数据是通过实际测试得出的，由于充磁电源为正弦波交流电源，每个周期 只有一个触发脉冲，所以充磁时间与触发脉冲数是一一对应的，所以最终是根据触发脉冲 的数量决定充磁的磁力等级，下表是通过高斯计测量以及现场反复测试后得出的磁力等级 与脉冲数的对应关系。 磁力等级 |脉冲数 |磁力等级 脉冲数 1 2 一 9 一 15 一 2 3 - 10 - 18 - 3 4 一 11 一 21 一
[0085] _4__5 12__24 5 7 - 13 - 29 一 6 9 - 14 一 35 一 7 11 15 - 45 8 1 13 I I 16 | 70 一
[0086] 3.接口电路
[0087] 所有输入接口电路均由光耦隔离、RC滤波、箝位二极管来实现，工作于24VDC。10 接口电路板的输出电路采用功率驱动芯片ULN2003实现。功能分配电路板的输出接口电路 由74HC373加限流电阻来实现。主控板的输出接口电路由ULN2003实现。电流采集由德国 接口直流电流变送器T60404-N4644-X100和运算放大器MC1458N来实现，运算放大器的输 出直接送到STM32F103CST7的AD端口，实现电流的采集。
[0088] 4.级联电路
[0089] 图3所示，是本实用新型级联扩展接口电路图。其中JP6是本级输入接口，JP2 下一级级联输出接口，其中预充磁命令（PICK-UP_CMD)，满磁命令（MAG_CMD)，去磁命令 (DEMAG_CMD)，磁力等级（LEV0?LEV3)，组别选择（A、B、C、D)为主要控制信号，以及报警信 号（ALARM)将无条件直接并联输出到下一级的电路，而预充磁状态（L0C_PICK-UP)，满磁状 态（L0C_MAG)，去磁状态（L0C_DEMAG)这几个信号为电路的反馈信号，要求所有主控板状态 一致时，才能输出到10接口板驱动外部状态指示灯进行显示，所以这几个信号为需要级联 进行逻辑与操作的信号。通过U2和JMP2的选择实现了这几个信号的级联与操作功能。JMP2 的选择状态决定了该主控板是否处于级联的尾端，如果JMP2的1，2短接，表示该主控板处 于级联电路的尾端，这时，U2的1、5、8管脚被强制为高电平，主控板的本地状态信号（预充 磁状态、满磁状态、去磁状态）将会直接输出到U2的输出端。如果JMP2的2, 3短接，表示 该主控板不是处于级联电路的尾端，这时，U2的1、5、8管脚被处于浮地状态，其电平状态将 取决于下一级的主控板状态，所以主控板的本地状态信号（预充磁状态、满磁状态、去磁状 态）将会通过U2与下一级的主控板状态进行与操作后才输出到U2的输出端，反馈到上一 级的主控板电路。如此信号传递下去之后会在第一级的主控板得到所有主控板状态进行与 操作之后的状态信息，如果所有级联的主控板状态都严重，对应的状态信号才能反馈到10 接口板进行正确显示，否则，对应的状态信号为低电平，无法再10接口板进行输出，从而避 免因为主控板状态不一致（部分主控板未能正常工作造成）而使指示灯不能正确显示，导 致给操作人员错误的指示信息而造成安全事故的发生。另外组别信号虽然同时传递到每块 主控板，但每块主控板还是需要设置其真正的工作组别，与其他主控板分别承担不同的触 发任务，该功能有主控板上的SW1来实现（见图8)，SW1可以选择其主控板具体工作于组别 中的哪一组，如工作于A组，就将SW1的1号位置于"0N"位置，如果工作于A、B组就将SW1 的1、2号位置置于"0N"位置，以此类推，否则就要将对应位置于"OFF"位置。
[0090] 主控板之间的级联电路连接如图1所示。图1中显示了 3块主控板的连接方式， 如果更多的主控板级联也于此类似。本级反馈信号输入端接受上级输出的状态信号并与 本级状态信号输出端逻辑与后输出状态信号给本级状态信号输出端，并由本级状态信号输 出端传递给上级反馈信号输入端，如此直至第一个级联的本级状态信号输出端直接传递到 10控制端。1#主控板的JP6直接与10接口板连接，接收10接口板的命令信号、磁力等级 信号、组别信号，同时也将这些信号连接到JP2上，用于级联到后面的主控板。1#主控板的 JP2连接到2#主控板的JP6, 2#主控板的JP2连接到3#主控板的JP6,于此类推，理论上可 以连接任意多块的主控板。命令信号、磁力等级信号、组别信号的传递方向是由10接口板 至1#主控板的JP6,然后由1#主控板的JP6传递到1#主控板的JP2上，然后由1#主控板 的JP2传递到2#主控板的JP6上，以此类推。而反馈信号，包括预充磁状态、满磁状态、退 磁状态，则是反向传递，最后传递到10接口板进行信号显示。各个主控板通过JMP2来决定 该主控板处于级联的信号链中的位置，当JMP2的1、2短接时，决定该主控板处于信号链的 尾端，否则就要将JMP2的2、3短接。而报警信号（ALARM)并非级联状态，而是所以主控板 并联（或逻辑）输出，任何一块主控板的报警都将导致10接口板输出报警信号。
[0091] 5.预充磁过程
[0092] 首先选择磁力等级和工作组，磁力等级由操作台的磁力选择开关来设定，工作组 由工作组选择开关来设定，信号通过电缆连接至10接口板。
[0093] 然后通过操作台的"预充磁按钮"来启动预充磁过程。
[0094] 信号通过10接口板将操作台的指令进行逻辑处理之后传递到第一级主控电路 板，而第一级主控板在通过扁平电缆级联到下一级的主控板。主控电路板根据上述磁力等 级与触发脉冲数的对照表，来控制触发脉冲数，根据模组选择来控制触发的通道开关，从而 实现对特定特定进行特定的磁力控制。
[0095] 同时主控板将检测电流采集电路中的反馈数据，判断在充磁过程中回路中的电流 大小，如果检测到充磁过程中电流过大或者过低，则停止触发，输出报警信号。
[0096] 6.满磁
[0097] 在预充磁过程正常结束之后，操作人员将吊具即物料提升至离开地面后，操作人 员通过按钮给出满磁信号。满磁的工作方式是固定的，触发角为30度，触发脉冲数为45,该 数据是经过实际试验得出的，此时模块的磁场强度将达到饱和值的90%。这时可以保证载 荷可靠的被吸起，不会方式坠落事故。
[0098] 和预充磁一样，在充磁过程中，主控板将同时检测电流采集电路中的反馈数据，判 断在充磁过程中回路中的电流大小，如果检测到充磁过程电流过大或者过低，则停止触发， 输出报警信号。
[0099] 7.去磁
[0100] 在满磁过程正常结束之后，操作人员将吊具即物料搬运到目的地，将吊具下降到 地面，吊链松弛安全限位闭合，表示钢板已经可靠接触地面，然后操作人员通过按钮给出去 磁信号。去磁的工作方式也是固定的，触发角为210度，触发脉冲数为45,该数据是经过实 际试验得出的，此时模块的磁场强度将达到饱和值的90%，并且磁力线方向与固定永磁铁 的磁力线方向相反，这时永磁模组对外表现为无磁性，所以可以将载荷释放。
[0101] 同样，在去磁过程中，主控板也将同时检测电流采集电路中的反馈数据，判断在充 磁过程中回路中的电流大小，如果检测到充磁过程中电流过大或者过低，则停止触发，输出 报警信号。
[0102] 8.电控系统
[0103] 整机电控系统结构如图4所示，首先AC380V电源经过Q01和K0之后为可控硅电 路提供动力电源，该电源在经过可控硅电路调制触发后输送到永磁模块，实现充磁和去磁。 另外AC380V电源经过Q10和T01之后变压为两路12VAC电源，之后送到电源板进行整流和 稳压以及电压变换输出24VDC、12VDC、-12VDC、5VDC几组工作电源，为这个控制系统的其他 电路板进行供电。
[0104] 外部控制信号和限位连接到10接口电路板，10接口电路板进行一些简单的逻辑 连锁和逻辑处理之后根据外部信号控制接触器K0和指示灯的状态。然后10接口电路板将 经过初步处理的信号输送到第一级主控板。由于永磁吊具通常是由很多永磁铁构成，一块 主控板无法实现对所有的永磁铁进行控制，所以就需要几块主控板进行联合控制，这就需 要功能分配电路板进行信号分配，保证每块主控板只控制其对应的永磁铁。
[0105] 每块主控板的工作是相互独立的，控制信号和反馈信号通过级联电路进行传递。 而每块主控板还具有工作组别选择开关（图3中的SW1)，通过该开关选择主控板工作的组 另IJ。在接收到控制信号后即开始进行可控硅触发工作，并将触发信号输送到可控硅电路板， 可控硅电路板触发可控硅将380VAC电源进行可控整流为永磁模块供电，实现充磁和去磁 工作。其间主控板也检测触发的电流电压等情况并进行故障判断，该信号将直接反馈至10 接口板进行输出。10接口电路板再根据这些信号控制信号指示灯的显示和K0的工作状态。
[0106] 9. 10接口电路板
[0107] 如图5所示是10接口电路板的结构图，10接口电路板主要由输入电路、逻辑转换 电路、驱动电路、继电器输出电路、晶体管输出电路构成。
[0108] 输入电路完成信号的接收工作。逻辑处理电路完成逻辑连锁和逻辑运算工作，将 输入信号进行一些简单的处理并进行一些逻辑运算，同时将无级磁力给定编码器的信号进 行处理转换为数字磁力等级信号，根据结果将信号输出到驱动电路，驱动继电器电路进行 外部控制和信号消失，以及晶体管输出电路进行信号传输。驱动电路主要是增强逻辑处理 电路的驱动能力保证输出电路中的负载能够正常可靠工作。
[0109] 10.主控板
[0110] 如图6所示是主控板的结构图，主控板主要由电流检测电路、同步电路、触发驱动 电路、输入电路、输出电路、CPU电路构成。输入电路将接收到的信号传递到CPU电路，CPU根 据输入信号中指令信号和来自10接口板的磁力等级信号以及同步电路采集的同步信号， 在经过运算之后得出可控硅触发角和触发时间，然后CPU控制触发驱动电路输出可控硅相 应的触发信号，连接到可控硅电路板。在命令执行过程中，CPU同时通过电流检测电路检测 目前的工作电流，据此判断系统的工作状态是否正常，可以对线路开路、短路、可控硅击穿 等异常情况作出及时判断，如果不正常则立即停止触发，进入报警状态，通过输出电路输出 报警信号。如果正常则会通过输出电路输出相应的结束信号。
[0111] a)电流检测电路
[0112] 如图7所示是主控板的电流检测电路，核心电流检测互感器，可以检测直流电流。 本实例选用的型号是T60404-N4644-X100。T1的输出电流在负载电阻上产生电压，该电压 经过运算放大器放大之后送到CPU的AD转换接口进行处理。MC1458N双运放放大器，由于单 片机的AD转换电路不能测量负极性电压，所以电路中将电压又进行了反向跟随，保证CPU 始终接收正向信号。
[0113] b)同步检测电路
[0114] 如图8所示是控制系统的同步检测电路，同步检测电路为保证可控硅触发信号的 准确性而设置的电路。其中同步电源端口及提供同步采样信号，同时也为同步电路通过电 源。同步检测电路为独立回路，不与CPU主回路有电气联系，信号输出通过光耦传递到CPU 回路中，这样可以降低同步采样对CPU的干扰，也可以避免因同步回路的采样电压出现突 变造成CPU电路的损坏。
[0115] c)触发驱动电路
[0116] 如图9所示是主控板的触发驱动电路，由于CPU在驱动电压和驱动能力上都无法 满足可控硅触发电路板的需要，所以增加触发驱动电路，满足可控硅触发触发电路板的需 要同时也起到隔离的作用保证系统的可靠运行。其中BDX54为电流总回路，BDX53构成各个 可控硅驱动分支回路，本实例共有8路可控硅支路。这样可以控制多路可控硅⑶40106为 反向器，目的是加强单片机驱动接口的驱动能力。
[0117] d) CPU 电路
[0118] 如图10所示是控制系统的CPU电路。CPU电路主要负责所有接口信号的汇总和计 算，并负责触发驱动输出和故障处理等工作。因为要及时响应同步检测回路的同步信号和 输出触发角可调的可控硅触发波形，所有要求CPU要有高速的运算速度。另外还要负责电 流检测回路的电流信号的AD转换，所以要求CPU还必须有AD转换功能，鉴于此，选择了 ST 公司的STM32F103C8T7作为CPU，该CPU具有72M主频和10路AD转换功能，64k程序存储 器和20k的RAM，有能力完成本实用新型的高速要求，同时ST高速是以稳定性著称，其产品 在工业产品和汽车中被广泛应用，所以采用该CPU也将使系统可靠性和稳定性有了保障。
[0119] 本实用新型的一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构，能够满足主控电路的扩展 要求，用以配合实现主控电路实现永磁吊具工作磁体数量，磁力大小可灵活调节的功能，可 实现对不同尺寸、厚度钢板的无级吊运。
【权利要求】
1. 一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构，所述的级联电路结构连接在所述永磁吊具 的各主控单元与10接口单元之间，其特征在于 ： 所述的级联电路由至少三个级联单元（100、200、300)级联而成， 所述的每个级联单元设有控制信号输入端（N)，控制信号输出端（M)，状态信号端（P)、 反馈信号输入端（Q)及反馈信号输出端（W); 所述各级联单元的控制信号输入端（N)并联连接到10接口单元的控制信号输出端 ⑶， 所述级联单元（100)的控制信号输出端连接到其主控单元的控制信号输入端（L1)， 所述级联单元（200)的控制信号输出端连接到其主控单元的控制信号输入端（L2)， 所述级联单元（300)的控制信号输出端连接到其主控单元的控制信号输入端（L3); 所述各级联单元的状态信号端（P)并联到主控单元状态信号输出端（〇)， 所述各级联单元中本级联单元的反馈信号输入端（Q)连接到上级联单元的反馈信号 输出端（W)， 所述级联单元（100)的反馈信号端连接到10单元的状态信号响应端（X)。
2. 根据权利要求1所述的一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构，其特征在于： 所述的每个级联单元还设有第一逻辑输入端（F1)、第二逻辑输入端（F2)及逻辑控制 输出端（F3); 所述的反馈信号输入端（Q)连接到第一逻辑输入端（F1)， 所述的状态信号端（P)连接到第二逻辑输入端（F2)， 所述的逻辑控制输出端（F3)连接到反馈信号输出端（W)。
3. 根据权利要求1所述的一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构，其特征在于：在本 级反馈信号输出端（Q)上还通过一二极管（D)连接跳线开关（1)用以信号隔离， 当所述级联单元处于使用中最后一级时，所述的跳线开关设置为闭合，所述的电阻为 上拉电阻，反馈信号输出端（Q)输出为有效信号； 当所述级联单元处于使用中其它级时，所述的跳线开关设置为开启，所述的电阻为下 拉电阻，反馈信号输出端（Q)的输出信号取决于上级反馈信号输出端（W)。
4. 根据权利要求1所述的一种永磁吊具磁力控制的级联电路结构，其特征在于：所述 的各级联单元的控制信号输入端及控制信号输出端为相对应的四组端，每组端为并联，在 控制信号组端的每个信号线路上设置控制信号通断的开关（SW)。
【文档编号】B66C1/08GK203903763SQ201420226073
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】张子才, 伍文宇 申请人:宝山钢铁股份有限公司