專利名稱：單線遠(yuǎn)程多路閉環(huán)數(shù)控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于數(shù)字通信及電氣自動化控制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是
一種單線遠(yuǎn)程多路閉環(huán)數(shù)控器。該數(shù)控器適用于對鐵路，機場，港口，油田等野外設(shè)備設(shè)施
和各種制造業(yè)自動化生產(chǎn)線，以及國民經(jīng)濟各行業(yè)的固定或在軌移動設(shè)備等數(shù)十個以上的
數(shù)字(開關(guān))量實行單線遠(yuǎn)程雙向閉環(huán)控制，跟蹤和監(jiān)測，應(yīng)用范圍非常廣泛。
背景技術(shù)：
在國內(nèi)外，目前對各種設(shè)備工作狀態(tài)的控制方式主要分成開環(huán)控
制和閉環(huán)控制兩大類。其中，最典型的是用一根信號線串一個開關(guān)來控制一燈的亮或滅；例
如，火車進站口的紅綠黃信號燈，就要用三個開關(guān)分三根線來控制各燈的亮或滅。這種開環(huán)
單線單控方式的最大優(yōu)點是簡單直觀，便于對固定設(shè)備的近距離控制；若被控設(shè)備距離較
遠(yuǎn)且要求控制的動作較多時，不但要費很多的電線電纜進行控制連接，且最大的缺點是難
于檢知設(shè)備是否在工作及工作是否完成。因此，一線一控方式很難滿足對遠(yuǎn)程復(fù)雜動作設(shè)
備進行閉環(huán)控制的技術(shù)要求。 為了達到既能對較遠(yuǎn)距離單臺或多臺設(shè)備的復(fù)雜動作進行閉環(huán)控制，又能節(jié) 省大量控制線纜的目標(biāo)，在國外已開發(fā)成功了利用兩級計算機建主從站，兩機之間采用 BUS通信的現(xiàn)場總線控制技術(shù)。其BUS總線分成用二根通信線的總線技術(shù)，如西門子的 PROFIBUS-DP，三菱的CC-LINK等。它們都是采用在主控柜中裝一臺大PLC作為主站，在一臺 或數(shù)臺設(shè)備上各裝一小PLC作為從站，再在每臺PLC上加裝一個專用通信模塊，各模塊間用 特制的現(xiàn)場總線進行連接；在各PLC中還要編制專用程序，設(shè)制專用通信協(xié)議，才能將主站 控制指令或從站反饋信息在各PLC中進行信息交換，實現(xiàn)閉環(huán)控制的目標(biāo)。若主從站間距 超過200米時，還必須在總線間加裝遠(yuǎn)程1/0通訊模塊，但最多不能超過2500米。此技術(shù)的 優(yōu)點是通訊量大，速度快，工作較穩(wěn)定；其缺點是不僅安裝，調(diào)試，維修的技術(shù)非常復(fù)雜，價 格高昂，而且國內(nèi)還沒有企業(yè)能夠生產(chǎn)此類設(shè)備。目前只在少數(shù)大企業(yè)的大工程設(shè)備中有 少量應(yīng)用，適用范圍很窄。另外，還有一種只用一根通信線的單總線技術(shù)，即l-WIRFBUS，是 美國拉達斯半導(dǎo)體公司在幾年前開發(fā)的一種工控技術(shù)，其工作原理與PROFIBUS-DP類似， 也是建主從站用半雙工串行通訊方式傳遞信息。不同點是只用一根線來傳遞時鐘和數(shù)據(jù)信 號，但通訊速度和穩(wěn)定性不如前者。其安裝，調(diào)試，維修的技術(shù)也非常復(fù)雜，造價也很高，因 此在國內(nèi)外的應(yīng)用極少。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的主要目的，是針對以上現(xiàn)有幾種控制技術(shù)的優(yōu)缺 點，揚長避短，并結(jié)合目前在工控設(shè)備中絕大多數(shù)仍為接觸器-繼電器控制方式，系統(tǒng)對動 作的反映時間一般不小于100MS的要求，提供一種單線過程多路閉環(huán)數(shù)控器。本實用新型 的設(shè)計思路是采用目前已非常成熟的數(shù)字脈沖控制技術(shù)和半雙工通訊技術(shù)，再結(jié)合相位， 頻率，地址密碼等手段，對控制指令脈沖信號和反饋脈沖信號進行分離，就可只用一根信號 線，來往返依次傳遞幾十個，甚至幾百個指令信號和反饋信號，實現(xiàn)閉環(huán)控制的目標(biāo)。 本實用新型采用的技術(shù)方案是 1、在整體電路結(jié)構(gòu)上，本實用新型的控制和反饋系統(tǒng)，是采用兩套編碼-解碼電 路組成(顛倒相對布置)。 2、本實用新型由主控指令編碼(包括反饋脈沖信號解碼)集成電路板，和執(zhí)行解
3碼(包括反饋脈沖信號編碼)集成電路板，是采用一根信號線連接而成。其中，兩種脈沖信 號編碼和解碼集成電路塊的型號選擇，應(yīng)按各設(shè)備的具體要求而定，一般如控制動作信號 和檢測反饋信號都少于15個，通常選用4數(shù)據(jù)線BCD數(shù)字編(解)碼集成電路塊即可。 3、本實用新型中采取單線半雙工通訊技術(shù)，其中控制指令脈沖設(shè)定為非鎖存碼同 步工作制，輸出脈沖的峰-峰值為4-5V，工作時間為連續(xù)；其中，檢測反饋脈沖定為鎖存碼 非同步瞬時工作制，輸出脈沖峰-峰值為8-9V，工作時間為0. 3-2S，兩種信號共用一線。當(dāng) 限位反饋脈沖輸出工作時，將對控制指令脈沖實行壓制封鎖，中斷設(shè)備運行，從而保護設(shè)備 的動作不超限，并提示設(shè)備操作者或計算機轉(zhuǎn)入下道工序。 4、本實用新型的控制方式第一，用按鈕實行手動控制；第二，在主控端與PLC接 口后可實現(xiàn)全自動控制，輸入端能與觸摸屏和上位機等聯(lián)入以太網(wǎng)；解碼端可連接接觸器， 變頻器，電磁閥，限位開關(guān)，光電傳感器等。第三，在必要時可將以上兩種方式結(jié)合，實行手 動加自動的控制方式。 5、本實用新型的主要技術(shù)性能指標(biāo)可控數(shù)字量個數(shù)4-16-64-256個； 可檢測的限位反饋量個數(shù)4-16-64-256個； 工作電流主控板小于15MA，執(zhí)行板小于30MA ; 工作電壓DC 12-24V ; 工作信號峰_峰值4-9V ; 工作頻率500HZ-350MHZ ; 控制距離50米-15000米。 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)的共同特征 1、與現(xiàn)有幾種通信控制技術(shù)相比較，它們都是采用電線電纜作為傳送信號的硬件 載體； 2、與現(xiàn)場總線方式比較，PR0IBUS-DP， 1-WIRFBUS和本數(shù)控器都是采用數(shù)字脈沖雙 工(半雙工)通信方式以及雙向閉環(huán)控制技術(shù)。 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別特征 1、與傳統(tǒng)單線單控方式比較，被控數(shù)量是一個與多個的區(qū)別；即本技術(shù)用一根導(dǎo) 線能往返傳遞的信號數(shù)量是前者的數(shù)十倍或數(shù)百倍。不但能節(jié)省大量的電線電纜和安裝維 修時間，還可節(jié)省電能損耗；另外，兩種信號的本質(zhì)特征不同，前者多為工頻50HZ，或DC24V 直接驅(qū)動執(zhí)行電器；本發(fā)明的信號都是由BCD脈沖數(shù)字1和0組成，抗干擾能力強，保密性 能好。 2、與現(xiàn)場總線網(wǎng)控方式比較，前者是在兩臺以上的計算機之間通過軟件設(shè)定的程 序，協(xié)議，地址和硬件安裝的通訊模塊，現(xiàn)場總線等在主機和從機之間進行數(shù)據(jù)和信息交 換。且主機只負(fù)責(zé)面上的統(tǒng)籌與指揮，具體驅(qū)動各單臺設(shè)備工作的是從機；本發(fā)明在控制設(shè) 備時，只須將指令信號和反饋信號預(yù)先編成對應(yīng)的數(shù)字碼，通過一根導(dǎo)線，連通主控集成電 路板和附裝在設(shè)備上的執(zhí)行驅(qū)動集成電路板，直接用人工按鈕來控制設(shè)備的工作。當(dāng)設(shè)備 的某道工序完成后，可自動將動作到位的信號反饋回控制端，實現(xiàn)了閉環(huán)控制的目標(biāo)，以上 工作過程根本不需要計算機參與。如果被控設(shè)備的動作要求較多，或工序要求較復(fù)雜，或有 多臺設(shè)備的動作要求同步協(xié)調(diào)時，本數(shù)控器能方便地與PLC實現(xiàn)I/0端口對接，由PLC按設(shè)定的程序?qū)嵭凶詣涌刂?。同時，還可通過PLC連接觸摸屏，打印機或與上位機連接，加入車 間或工廠的局域網(wǎng)。另外，在控制距離方面，主從站之間的距離不能超過200米，即使中間 加裝多級遠(yuǎn)程I/O模塊，最大距離也不能超過2500米，且對工作環(huán)境的要求較嚴(yán)。本技術(shù) 在遠(yuǎn)程通信時，只須改變指令信號輸入端口串入的限幅電阻阻值，中間無須對信號作任何 放大，控制距離就能超過10公里以遠(yuǎn)。由于電路結(jié)構(gòu)相對簡單，對使用地點的環(huán)境要求不 高，能適應(yīng)野外惡劣環(huán)境下設(shè)備的工作，應(yīng)用面非常廣。
(四)
圖1是本實用新型控制集成電路板及反饋集成電路板連接電路圖； 圖2是本實用新型控制指令數(shù)字脈沖編碼電路圖； 圖3是本實用新型各路反饋信號瞬時脈沖形成電源和數(shù)字編碼電路圖。
具體實施方式
本實用新型的兩種集成電路板，經(jīng)無數(shù)次試驗現(xiàn)已基本定型，并已成功應(yīng)用于對 多種設(shè)備的電氣自動化控制；與PLC的輸入和輸出端口對接技術(shù)，經(jīng)多次反復(fù)試驗后也已 成功解決。集成電路板的生產(chǎn)制作技術(shù)也并非十分復(fù)雜，只須打開市場銷路，進行大面積推 廣應(yīng)用后，就可正式投產(chǎn)。 本實用新型的具體實施方式
參見圖l，采用ZKGC幾P和ZXFK幾P兩套相似的編 碼_解碼集成電路板，使用一根導(dǎo)線連接兩塊集成電路板，且所述兩種脈沖的編、解碼集成 電路塊是選用4數(shù)據(jù)線BCD數(shù)字編、解碼集成電路塊。 1、控制集成電路板(ZKGC幾P):其中，IC1是控制指令數(shù)字脈沖編碼集成電路塊； VI是指令脈沖輸出的信號放大管；C1， C2(包括C3-C8)是隔直電容；VS1(包括VS2-VS4) 是雙向限壓管；R1(包括R4， R5， R8)是偏置電阻；R2， R9(包括R3， R7)為限幅電阻；IC5是 反饋信號解碼集成電路塊，具有對反饋脈沖信號的識別，檢測，糾錯和反饋動作碼的還原功 能；V4是反饋脈沖信號前置放大管。 2、反饋集成電路板(ZXFK幾P):其中，IC2是控制脈沖信號前置放大雙運算集成電 路塊，兼具對信號相位和幅度檢測；IC3是控制指令脈沖信號的解碼集成電路塊，其功能與 IC5相同，但當(dāng)被控設(shè)備的開關(guān)量超過4個以上時，必須在其輸出端加裝解碼擴展集成塊， 以滿足控制動作數(shù)量的要求。另外，IC4是反饋數(shù)字脈沖信號編碼集成電路塊，其輸入的 各端口與瞬時脈沖形成的特制電源電路，以及各限位傳感器相接；其輸出端的反饋信號經(jīng) V2， V3兩級放大后，由R7送到FU2，沿著控制信號傳遞的同一條導(dǎo)線，反向送到主控集成電 路板的V4輸入端，由IC5解碼后驅(qū)動對應(yīng)的小繼電器吸合，自動告知操作人員或PLC進入 下道工序，從而實現(xiàn)了閉環(huán)控制的目標(biāo)。 本實用新型中采用采用單線半雙工通訊技術(shù)，其中，控制指令脈沖設(shè)定為非鎖存 碼同步工作制，輸出脈沖的峰-峰值為4-5V，工作時間為連續(xù)；其中檢測限位的反饋脈沖設(shè) 定為鎖存碼非同步瞬時工作制，信號脈沖的峰-峰值為8-9V，工作時間為0. 5-25，兩種信號 共用一線。 參見圖2， IC1是指令信號數(shù)字脈沖編碼集成塊；SBl-SBn為各項控制指令輸入按 鈕；VD1-VD10為防串碼二極管；RZ為時鐘-振蕩頻率電阻。當(dāng)依次接通各輸入電路時，就會有各種不同的數(shù)字脈沖信號從0UT端子輸出，經(jīng)V1放大后，通過導(dǎo)線S送到被控設(shè)備上的 驅(qū)動執(zhí)行解碼集成電路板中。 參見圖3， IC4為反饋信號數(shù)字脈沖編碼集成塊；VD11-VD20為防串碼二極管； SQl-SQn為各種設(shè)備動作到位檢測傳感器的限位開關(guān)；ICll-ICln為瞬時脈沖形成限時的 供電集成塊。即當(dāng)被控設(shè)備在指令信號指揮下工作到位時，SQ系列對應(yīng)的限位開關(guān)閉合， IC11系列對應(yīng)的某供電集成塊被接通(延時0. 5-2S后斷電)，向IC4的某一端子提供脈沖 編碼電源。IC4發(fā)出的反饋脈沖信號經(jīng)兩級放大后，沿著指令信號傳輸?shù)膶?dǎo)線S的原路返回 主控集成電路板，由IC5識別解碼后，驅(qū)動小繼電器工作，自動中斷指令信號輸出，并告知 操作者或PLC進入下道工序。
權(quán)利要求單線遠(yuǎn)程多路閉環(huán)數(shù)控器，包括有控制系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)，其特征是所述控制系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)是采用兩套編碼-解碼電路組成，且在主控指令編碼包括反饋脈沖信號解碼集成電路板和執(zhí)行解碼包括反饋脈沖信號編碼集成電路板之間，用一根導(dǎo)線連接而成；所述兩種脈沖的編、解碼集成電路塊是選用4數(shù)據(jù)線BCD數(shù)字編、解碼集成電路塊。
專利摘要本實用新型涉及數(shù)字通信及電氣自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，它是一種單線遠(yuǎn)程多路閉環(huán)數(shù)控器，包括有控制系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)，特別是所述控制系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)是采用兩套編碼-解碼電路組成，且在主控指令編碼包括反饋脈沖信號解碼集成電路板和執(zhí)行解碼包括反饋脈沖信號編碼集成電路板之間，用一根導(dǎo)線連接而成；所述兩種脈沖的編、解碼集成電路塊是選用4數(shù)據(jù)線BCD數(shù)字編、解碼集成電路塊；本實用新型僅用一根導(dǎo)線，就實現(xiàn)了在遠(yuǎn)距離對數(shù)十個，甚至數(shù)百個數(shù)字量信號依次往返傳遞的多路閉環(huán)控制目標(biāo)，為我國工控領(lǐng)域的自動化控制技術(shù)，提供了一個簡便，可靠和高性價比的全新技術(shù)支持平臺。
文檔編號G05B19/18GK201464893SQ20092008462
公開日2010年5月12日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者王瑜 申請人:王瑜