專利名稱：現場總線閥門控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及總線閥門控制器，尤其涉及一種通過遠程方式來監控工業現場閥門開、關狀態的通訊及控制的現場總線閥門控制器。
背景技術：
由于危險的化學品或氣體的泄露，許多工藝過程，尤其是化學或油/氣工業中的工藝過程的操作都涉及到內在的風險。這些工業現場涉及到最終控制元件，如緊急切斷閥、緊急排空閥、緊急隔離閥、關鍵的開/關閥等。這些閥門要求靜止在某一位置，只有緊急情況出現時，才需要可靠地動作。然而，現有的人為方式開閉閥門的狀況這樣可能會產生危險的情況，導致爆炸、火災、或者致命的化學品和氣體泄放到環境中去。為了確保這些安全系統必備的可靠性和可利用性，必須采用一種自動化的可靠方式來進行操控。申請日2001年7月31日，專利號ZL 01248916中國實用新型專利《閥門控制器》公開了一種閥門控制器，特別適于燃氣氣源的控制。它包括控制盒，在控制盒上置有定時器，在控制盒內置有控制電路，電機的軸端與減速器的輸入軸連接，減速器的輸出軸與閥門連接，在減速器的殼體上設置限位行程開關。這種閥門控制器，平時閥門處于關閉狀態，當啟動定時器時，閥門開啟，限位行程開關限定極限行程位置，當定時器定時結束時，閥門關閉于最大行程位置。具有使用方便，安全可靠等優點。但該閥門控制器自動化程度低、可靠性能不夠的局面。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是針對上述不足，提供自動化程度高、可靠性能好的現場總線閥門控制器。實現通過遠程方式來監控工業現場閥門開、關狀態的通訊及控制。QDF系列控制器及回訊器電路結合先進的微處理技術，高集成IC芯片以及長壽命功率輸出器件，接收來自現場電磁閥的反饋信號和通過PROFIBUS-DP總線接收來自上位PC機的調節信號，輸出“開”和“關”信號，實現對閥門開關的控制與調節。能可靠、穩定、精確地控制閥門等調節結構。可廣泛應用于發電、冶金、石油、化工等領域。
本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為現場總線閥門控制器，包括與電源電路相連接的通訊協議芯片電路、通訊接口電路、回訊信號輸入電路、控制信號輸出電路；采取的技術措施包括通訊協議芯片電路包括含有微控制器電路的協議芯片；電源電路還連接并提供電源至檢測LED指示電壓檢測電路；回訊信號輸入電路和控制信號輸出電路連接具有對應輸入接口和輸出接口的協議芯片，并還連接具有對應輸入接口和輸出接口的電動閥門、氣動閥門電動執行機構；通訊協議芯片電路還分別連接復位電路、晶振電路、通訊地址及芯片特征字配置電路；通訊接口電路連接到通訊協議芯片電路并連接到兩路RS485總線。
具體的技術措施還包括通訊協議芯片電路為LSPM2；通訊接口電路包括專用芯片MAX485；回訊信號輸入電路包括光藕TP521；控制信號輸出電路包括三極管S9013；復位電路為專用芯片MAX810；；協議芯片經通訊接口電路接收到來自計算機的控制信號，通過控制控制信號輸出電路來控制電動閥門、氣動閥門電動執行機構的開關，并經回訊信號輸入電路查詢電動閥門、氣動閥門的狀態，通過通訊接口電路將其狀態回饋到計算機。
協議芯片的2、3、4號管腳接通訊接口電路專用芯片MAX485的1、4、3號管腳，協議芯片的6、7號管腳通過電阻R22接RS485總線上，所述協議芯片的3號腳為控制管腳；RS485所得到的輸入信號通過協議芯片得到高低電平信號，并通過協議芯片的4號管腳來傳遞給協議芯片內部寄存器。
回訊信號輸入電路為光電藕合器的輸入端通過電阻R18接信號的輸入，光電藕合器的輸出端接所述協議芯片的16號管腳，引腳上高低電平狀態能保存到芯片內部寄存器內。
控制信號輸出電路為所述協議芯片的PA0口接光電藕合器U4的輸入管腳上，光藕U4的輸出管腳通過二極管D4接三極管T1的基極，經三極管T1將信號放大，驅動控制繼電器控制輸出。
通訊接口電路提供接口與外部RS485總線相連，總線端口處跨接有終端電阻。
與現有技術相比，本實用新型的電路部分可分為三大模塊通訊部分、控制部分、回訊部分。采用的通訊協議芯片電路包括含有微控制器電路的協議芯片；電源電路還連接并提供電源至檢測LED指示電壓檢測電路；回訊信號輸入電路和控制信號輸出電路連接具有對應輸入接口和輸出接口的協議芯片，并還連接具有對應輸入接口和輸出接口的電動閥門、氣動閥門電動執行機構；通訊協議芯片電路還分別連接復位電路、晶振電路、通訊地址及芯片特征字配置電路；通訊接口電路連接到通訊協議芯片電路并連接到兩路RS485總線。通訊采用LSPM2這一專用協議轉換芯片，配合相應的GSD文件可以方便的掛接在PROFIBUS-DP網絡中。控制部分采用LSPM2的輸出口線的狀態變化來實現，閥門關閉時口線輸出狀態為低，當接到PC機下達的打開命令，口線狀態從低變為高，通過三極管放大信號能量驅動電磁繼電器動作，使外部常開節點變為閉合，閥門電源導通，使閥門處于開啟狀態。同時閥門導通帶動閥門回訊電磁繼電器從常開變為閉合，經回訊器采集得到的信號，通過光電隔離后送入LSPM2的輸入口線。再通過PROFIBUS-DP總線傳到PC機，使閥門狀態得到實時反映。
圖1是本實用新型實施例的電路框圖；圖2是圖1的電路原理圖；圖3是圖1、圖2中回訊信號輸入電路的原理圖示意圖；圖4是圖1、圖2中控制信號輸出信號的原理示意圖；圖5是圖1、圖2中通訊接口電路的原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
如圖1所示，圖1是本實用新型實施例的電路框圖，現場總線閥門控制器，包括與電源電路相連接的通訊協議芯片電路、通訊接口電路、回訊信號輸入電路、控制信號輸出電路；采取的技術措施包括通訊協議芯片電路包括含有微控制器電路的協議芯片；電源電路還連接并提供電源至檢測LED指示電壓檢測電路；回訊信號輸入電路和控制信號輸出電路連接具有對應輸入接口和輸出接口的協議芯片，并還連接具有對應輸入接口和輸出接口的電動閥門、氣動閥門電動執行機構；通訊協議芯片電路還分別連接復位電路、晶振電路、通訊地址及芯片特征字配置電路；通訊接口電路連接到通訊協議芯片電路并連接到兩路RS485總線。通訊接口電路提供接口與外部RS485總線相連，總線端口處跨接有終端電阻。
如圖2所示，圖2是圖1的電路原理圖，通訊協議芯片電路包括LSPM2；回訊信號輸入電路包括光藕合器件TP521；控制信號輸出電路包括光藕合器件TP521，三極管S9013，二極管1N4001；通訊接口電路包括專用芯片MAX485；復位電路包括專用芯片MAX810；協議芯片接收計算機的通過通訊接口電路傳遞的控制閥門開合的信號，根據相應的通過控制信號輸出電路驅動繼電器來控制閥門開合，回訊信號采集閥門信號傳送給協議芯片，然后通過通訊接口電路反饋到計算機。
如圖3所示，圖3是圖1、圖2中回訊信號輸入電路的原理圖示意圖，回訊信號輸入電路包含型號為TLP521的光藕合器和電阻R18、R24，輸入信號通過電阻R18輸入到光藕合器的輸入端，經TLP521隔離后輸出信號到協議芯片的16號腳；當外部輸入信號為高電平時，光藕導通，輸出信號Signal1為高電平，當外部輸入信號為低電平時，光藕為阻斷狀態，輸出信號Signal1受下拉電阻R24影響，電平為低，輸入信號和輸出信號狀態同步，完成回訊信號輸入。
如圖4所示，圖4是圖1、圖2中控制信號輸出信號的原理示意圖，控制信號輸出電路包含光藕合器TLP521，二極管1N4004，三極管S9013，電阻R20，電阻R16，電容C8；控制信號CON1輸入到光耦合器，當信號為高電平時，光藕合器導通，二極管D4的輸入為高，二極管導通，三極管基極為高，三極管導通，繼電器線圈得電吸合，外部閥門控制電機得電，驅動閥門打開；當信號為低電平時，光耦合器阻斷，三極管基極為低，繼電器線圈無電，外部閥門控制電機失電，閥門關閉。二極管D3提供阻尼作用，吸收繼電器反電動勢。
如圖5所示，圖5是圖1、圖2中通訊接口電路的原理圖，通訊接口電路包括MAX485，電阻R5、R14、R22；MAX485通過RXD、TXD、RTS與協議芯片相連，6號、7號管腳通過電阻R22與RS485總線相連，終端電阻R14跨接在RS485總線上，當協議芯片需要反送數據時，此時RTS為高電平，使MAX485處于發送狀態，信號狀態通過TXD傳遞給MAX485，經電平轉換反映到RS485總線上，發送完后RTS回復到低電平狀態。當外部有信號輸入時，通過RS485進行電平轉換，通過RXD管腳傳遞到協議芯片，完成通訊信號得傳輸。
通訊采用LSPM2這一專用協議轉換芯片，配合相應的GSD文件可以方便的掛接在PROFIBUS-DP網絡中。控制部分采用LSPM2的輸出口線的狀態變化來實現，閥門關閉時口線輸出狀態為低，當接到PC機下達的打開命令，口線狀態從低變為高，通過三極管放大信號能量驅動電磁繼電器動作，使外部常開節點變為閉合，閥門電源導通，使閥門處于開啟狀態。同時閥門導通帶動閥門回訊電磁繼電器從常開變為閉合，經回訊器采集得到的信號，通過光電隔離后送入LSPM2的輸入口線。再通過PROFIBUS-DP總線傳到PC機，使閥門狀態得到實時反映。
雖然本實用新型已通過參考優選的實施例進行了圖示和描述，但是，本專業普通技術人員應當了解，在權利要求書的范圍內，可作形式和細節上的各種各樣變化。
權利要求1.現場總線閥門控制器，包括與電源電路相連接的通訊協議芯片電路、通訊接口電路、回訊信號輸入電路、控制信號輸出電路；其特征是所述的通訊協議芯片電路包括含有微控制器電路的協議芯片；所述的電源電路還連接并提供電源至檢測LED指示電壓檢測電路；所述的回訊信號輸入電路和控制信號輸出電路連接具有對應輸入接口和輸出接口的協議芯片，并還連接具有對應輸入接口和輸出接口的電動閥門、氣動閥門電動執行機構；所述的通訊協議芯片電路還分別連接復位電路、晶振電路、通訊地址及芯片特征字配置電路；所述的通訊接口電路連接到所述的通訊協議芯片電路并連接到兩路RS485總線。
2.根據權利要求1所述的現場總線閥門控制器，其特征是所述的通訊協議芯片電路為LSPM2；所述的通訊接口電路包括專用芯片MAX485；所述的回訊信號輸入電路包括光藕TP521；所述的控制信號輸出電路包括三極管S9013；所述的復位電路為專用芯片MAX810；；所述的協議芯片經所述的通訊接口電路接收到來自計算機的控制信號，通過控制所述的控制信號輸出電路來控制電動閥門、氣動閥門電動執行機構的開關，并經所述的回訊信號輸入電路查詢所述的電動閥門、氣動閥門的狀態，通過通訊接口電路將其狀態回饋到計算機。
3.根據權利要求1或2所述的現場總線閥門控制器，其特征是所述的協議芯片的2、3、4號管腳接所述的通訊接口電路專用芯片MAX485的1、4、3號管腳，所述的協議芯片的6、7號管腳通過電阻R22接RS485總線上，所述協議芯片的3號腳為控制管腳；所述的RS485所得到的輸入信號通過所述的協議芯片得到高低電平信號，并通過所述的協議芯片的4號管腳來傳遞給協議芯片內部寄存器。
4.根據權利要求2所述的現場總線閥門控制器，其特征是所述的回訊信號輸入電路為光電藕合器的輸入端通過電阻R18接信號的輸入，光電藕合器的輸出端接所述協議芯片的16號管腳，引腳上高低電平狀態能保存到芯片內部寄存器內。
5.根據權利要求2所述的現場總線閥門控制器，其特征是所述的控制信號輸出電路為所述協議芯片的PAO口接光電藕合器U4的輸入管腳上，光藕U4的輸出管腳通過二極管D4接三極管T1的基極，經三極管T1將信號放大，驅動控制繼電器控制輸出。
6.根據權利要求1所述的現場總線閥門控制器，其特征是所述的通訊接口電路提供接口與外部RS485總線相連，總線端口處跨接有終端電阻。
專利摘要本實用新型公開了現場總線閥門控制器，包括與電源電路相連接的通訊協議芯片電路、通訊接口電路、回訊信號輸入電路、控制信號輸出電路；通訊協議芯片電路包括含有微控制器電路的協議芯片；電源電路還連接并提供電源至檢測LED指示電壓檢測電路；回訊信號輸入電路和控制信號輸出電路連接具有對應輸入接口和輸出接口的協議芯片，并還連接具有對應輸入接口和輸出接口的電動閥門、氣動閥門電動執行機構；通訊協議芯片電路還分別連接復位電路、晶振電路、通訊地址及芯片特征字配置電路；通訊接口電路連接到通訊協議芯片電路并連接到兩路RS485總線。其自動化程度高、可靠性能好；實現通過遠程方式來監控工業現場閥門開、關狀態的通訊及控制。
文檔編號H01H47/22GK2872756SQ20052013457
公開日2007年2月21日 申請日期2005年12月31日 優先權日2005年12月31日
發明者鮑吉龍, 曹寧, 葉平, 趙洪霞, 陳瑩, 徐達文 申請人:寧波工程學院