一种基于cpld的干燥器控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公布一种基于CPLD的干燥器控制系统，该干燥器控制系统包括隔离电源电路、输入电路、控制电路和输出电路，其中：输出电路为电磁阀控制信号驱动电路，与干燥器的电磁阀连接；控制电路为CPLD芯片及其他外围电路；输入电路包括复位电路和空压机信号输入接口；控制电路分别和输入电路与输出电路连接；用于接收空压机信号输入接口发送的空压机信号，经控制电路进行运算后产生电磁阀控制信号，通过输出电路输出给电磁阀，从而实现对干燥器的控制。本实用新型提升了系统的可靠性和抗干扰性，解决现有系统电源安全性不足的问题；改进的电磁阀控制信号驱动电路进可降低故障风险，提高驱动效率。
【专利说明】-种基于CPLD的干燥器控制系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及空气干燥器控制系统，尤其涉及一种基于CPLD的干燥器控制系 统，该控制系统适用于核电站柴油机应急系统。
【背景技术】
[0002] 在厂用电供电中断的情况下，很多应急系统都依靠柴油机供电。应急柴油机在工 作过程中，必须应用干燥器将空气进行干燥处理后再送入其气缸。干燥器运行的稳定性和 可靠程度对应急柴油机发电机组的工作有很大影响。国内某核电站的干燥器控制电路板原 为国外供应商提供，无备用板件且原有控制电路板所用器件型号模糊不清。该核电站需要 新的国内供货渠道，要求制作替代电路，解决该系列控制电路板的备品问题。
[0003] 现有的控制系统采用的是单片机作为控制芯片，对电磁阀进行控制。由于干燥器 控制系统用于核电站时，对可靠性和安全性的要求较高，而通过单片机控制的干燥器系统， 需要通过运行软件程序来工作，易出现程序锁死与跑飞等情况，给核电系统的运行带来隐 患；而且，现有控制系统的电源采用的是非隔离性电源，其安全性能较为落后；再者，在驱 动电路方面，现有控制系统的所有驱动信号需通过同一个三极管进行放大，导致此三极管 工作时发热较大，故障风险较大。 实用新型内容
[0004] 针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种基于CPLD的干燥器控制系 统，通过采用CPLD作为系统的控制芯片，提升了系统的可靠性和抗干扰性；通过使用隔离 性电源，解决现有系统电源安全性不足的问题；此外，对电磁阀控制信号驱动电路进行了改 进，采用48V和5V电源供电，每路驱动电路采用2个三极管且相互独立，没有共用的电路部 分，从而降低故障风险，提高驱动效率。通过本实用新型的技术方案，可有效提高干燥器控 制系统的可靠性，适用于核电站柴油机应急系统。
[0005] 本实用新型的技术方案是：
[0006] 一种基于CPLD的干燥器控制系统，该控制系统包括隔离电源电路、输入电路、控 制电路和输出电路，其中，隔离电源电路与输入电路、控制电路和输出电路分别连接；输出 电路为电磁阀控制信号驱动电路，与干燥器的电磁阀连接；控制电路为CPLD芯片及其他外 围电路；输入电路包括复位电路和空压机信号输入接口；控制电路分别和输入电路与输出 电路连接；用于接收空压机信号输入接口发送的空压机信号，经控制电路进行运算后产生 电磁阀控制信号，通过输出电路输出给电磁阀，从而实现对干燥器的控制。
[0007] 上述干燥器控制系统中，进一步地：
[0008] 隔离电源电路的最高输入电压为60V，输出电压为48V和5V直流电压；
[0009] 输入电路还包括JTAG和有源晶振，分别与控制电路连接；
[0010] 复位电路包括监控器、开关、与非触发器和GND，所述监控器分别连接与非触发器 和CPLD芯片，并通过开关与GND连接；
[0011] 电磁阀驱动电路为五路，每路驱动电路均为独立电路，均包括两个三极管。
[0012] 图1为本实用新型一实施例基于CPLD的干燥器控制系统的结构框图，该控制系统 包括隔离电源电路、输入电路、控制电路和输出电路，其中，输入电路包括JTAG、复位电路、 有源晶振和空压机信号输入接口；控制电路为CPLD及其他外围电路；输出电路为电磁阀控 制信号驱动输出电路；输出电路与干燥器的电磁阀连接；隔离电源电路为输入电路、控制 电路和输出电路提供电源，控制电路分别和输入电路与输出电路连接，用于接收经空压机 信号输入接口输入的空压机信号，经控制电路进行运算后，将电磁阀驱动信号通过输出电 路输出，从而实现对干燥器的控制。
[0013] 上述干燥器控制系统中，电源电路为系统的运行提供必要的、可靠的直流电源；复 位电路可以使CPLD摆脱死锁状态，在系统每一次的上电和掉电期间，都会给CPLD发送复位 信号；复位电路也能实时监测CPLD的运行情况，若出现死锁状态，则自动发送复位信号；也 可通过开关手动发送复位信号；空压机信号输入到CPLD，CPLD接收到信号运行处理输出驱 动信号，再经过电磁阀控制信号驱动电路后输出给电磁阀，实现对干燥器的控制。
[0014] 上述控制系统在工作时，若控制电路能始终接收到输入电路中输入的空压机信 号，那么整个系统按照正常工作流程工作；若输入电路中止输入空压机信号，那么控制电路 首先判断空压机信号中止时间是否超限，若未超限，则继续按照正常工作流程运行，否则， 控制电路立即输出停机信号。空压机信号中止后，若输入电路重新输入空压机信号给控制 电路，那么干燥器控制系统就会返回到正常的工作流程，实现对干燥器的控制。
[0015] 本实用新型的有益效果是：
[0016] 本实用新型为基于CPLD的干燥器控制系统，采用CPLD、有源晶振和隔离电源，并 对电磁阀控制信号驱动电路进行了改进。本实用新型提供的技术方案通过采用CPLD作为 系统的控制芯片，提升了系统的可靠性和抗干扰性；通过使用隔离电源，解决现有系统电源 安全性不足的问题；此外，本实用新型改进了电磁阀控制信号驱动电路，没有共用的电路部 分，降低了故障风险，提高了驱动效率。因此，本技术方案提高了干燥器控制系统的可靠性、 安全性和抗干扰性，适用于核电站柴油机应急系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型实施例的总体结构框图；
[0018] 图2是本实用新型实施例的隔离电源电路；
[0019] 图3是本实用新型实施例的CPLD及其他外围电路、复位电路和有源晶振电路图；
[0020] 图4是本实用新型实施例的的电磁阀控制信号驱动电路图；
[0021] 图5是本实用新型实施例的的工作流程框图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图，通过实施例进一步描述本实用新型，但不以任何方式限制本实用 新型的范围。
[0023] 图1为基于CPLD的干燥器控制系统的结构框图，该控制系统包括隔离电源电路、 输入电路、控制电路和输出电路，其中，输入电路包括JTAG、复位电路、有源晶振和空压机信 号输入接口；控制电路为CPLD及其他外围电路；输出电路为电磁阀控制信号驱动输出电 路；输出电路与干燥器的电磁阀连接；隔离电源电路为输入电路、控制电路和输出电路提 供电源，控制电路分别和输入电路与输出电路连接，用于接收经空压机信号输入接口输入 的空压机信号，经控制电路进行运算后，将电磁阀驱动信号通过输出电路输出，从而实现对 干燥器的控制。
[0024] 上述干燥器控制系统中，电源电路为系统的运行提供必要的、可靠的直流电源；复 位电路可以使CPLD摆脱死锁状态，在系统每一次的上电和掉电期间，都会给CPLD发送复位 信号；复位电路也能实时监测CPLD的运行情况，若出现死锁状态，则自动发送复位信号；也 可通过开关手动发送复位信号；空压机信号输入到CPLD，CPLD接收到信号运行处理输出驱 动信号，再经过电磁阀控制信号驱动电路后输出给电磁阀，实现对干燥器的控制。
[0025] 图2为干燥器控制系统的工作流程图，干燥器控制系统在工作时，首先进行系统 初始化。初始化完毕后，CPLD等待空压机信号的到来，收到空压机信号后立即开始计时，并 控制干燥器按照预定的时序正常工作。在正常工作的同时，需要时刻监控空压机的信号，如 果空压机信号一直存在则正常工作，否则，应在空压机信号中止后，判断信号中止时间是否 超限，若没有超限，则继续工作；否则就停机等待，直到重新收到空压机信号，则返回正常工 作时序。
[0026] 干燥器控制系统的隔离电源电路如图3所示，隔离电源电路包括输入电源的正极 LD1、稳压芯片U3、保险丝FUSE、二极管D1、发光二极管LED1、电容C8、电阻R33、5V电源、GND 和电容C4,其连接关系为：保险丝FUSE接LD1的端口 1，即输入电源的正极，保险丝FUSE的 另一端接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极分别接发光二极管LED1的阳极、电容C8的正 极和稳压芯片U3的22脚和23脚；所述的发光二极管LED1的另一端与电阻R33连接；稳压 芯片U3的14脚接5V电源；稳压芯片U3的16脚接GND ;电容C4的正极接5V电源，C4的 负极接GND ;所述电阻R33的另一端、电容的负极、稳压芯片U3的2脚3脚稳压二极管的阳 极、电容C8的负极和LD1的端口 2接GND。电源电路不仅能提供48V直流电压，还能将的 48V直流电压转换成5V直流电压，电源电路的最高输入电压为60V。电源电路为系统的运 行提供必要的、可靠的直流电源。
[0027] 干燥器控制系统的复位电路如图4中的虚线方框1所示，复位电路包括监控器U2、 开关K1、GND、5V电源、电容C7、CPLD芯片U1、与非触发器U6和电容C5,通过开关K1可实现 复位操作，监控器U2接收到复位信号后，通过其6脚将信号输入CPLD，从而实现复位动作。 其连接关系为：监控器U2的1脚经过开关K1接GND ;U2的2脚和4脚接5V电源，在经过电 容C7接GND ;U2的3脚接GND ;U2的6脚、7脚、8脚分别接CPLD芯片U1的27脚、与非触发 器U6的2脚和1脚；与非触发器U6的3脚、7脚分别接CPLD芯片U1的39脚和GND，U6的 14脚接5V电压后，在经过电容C5接GND。复位电路的主要功能是当系统程序运行出错或 操作错误导致系统处于死锁状态时，使系统摆脱死锁状态。当监控器U2监测到CPLD的死 锁状态时，监控器U2输出低电平，经过与非触发器U6给与CPLD芯片U1复位信号；在系统 每次上电与掉电期间，监控器U2的都会产生复位信号；此外，还能通过开关K1，对CPLD进 行手动复位。复位电路的主要功能是当程序运行出错或操作错误时，可能导致系统处于死 锁状态，复位电路能使程序摆脱死锁状态。
[0028] 干燥器控制系统的空压机信号输入电路包括空压机信号输入接口 LD2和LD3、发 光二极管LED2和LED3、光耦芯片U5、电阻R34、电阻R35、电阻R70、电阻R94、5V电源、CPLD 芯片U1、电阻R71、GND和电阻R82。空压机信号首先经过2个LED指示灯，然后通过光耦U5 输入到CPLD。如图3中虚线方框2所示，接口 LD2和LD3都为空压机信号输入接口，它们 的端口 1和端口 2分别两两相连，端口 1连接发光二极管LED2、LED3的阳极以及光耦芯片 U5的3脚；发光二极管LED2的阴极连接电阻R34 ;发光二极管LED3的阴极连接电阻R35 ; 所述电阻R34、R35的另一端连接接口 LD1的端口 2,且经过电阻R70连接光耦芯片U5的4 脚；所述光耦芯片U5的1脚经过电阻R94接5V电源，13脚接CPLD芯片U1的23脚，同时 也经过电阻R71接GND，14脚接5V电源，15脚接GND，16脚接电阻R82。输入接口电路接受 空压机的信号，然后通过光电隔离器将信号转换成CPLD标准逻辑电平后输送给CPLD。
[0029] 图5为电磁阀控制信号驱动电路，本实施例中，干燥器控制系统实际上需要驱动 五个电磁阀，因此也就需要五个电磁阀驱动电路。CPLD输出的电磁阀控制信号，首先经过三 极管放大，再通过光耦U4隔离输出到电磁阀控制信号驱动电路。
[0030] 如图5所示，电磁阀控制信号驱动电路包括电阻R8、R9、R16、R20和R40,发光二极 管LED8,二极管D3、D7，PNP三极管Q2，NPN三极管T2和电磁阀驱动信号输出接口；其中，电 阻R8的另一端接电阻R9和PNP三极管Q2的基极；Q2的集电极接二极管D3的阳极，D3的 阴极接电阻R16, R16的另一端接NPN三极管T2的基极和电阻R20,电阻R20和T2的发射 极接GND ;电阻R9的另一端接NPN三极管Q2的发射极和5V直流电源；NPN三极管T2的集 电极接电阻R40、二极管D7的阳极以及电磁阀驱动信号输出接口的端口 2 ;R40的另一端接 发光二极管LED8的阴极；发光二极管LED8的阳极和二极管D7的阴极接48V直流电源。
[0031] 本实施例中，CPLD作为处理单元，CPLD接收到输入电路中的空压机信号，经过运 算向外围驱动电路输出驱动信号，控制电磁阀的状态，从而实现对干燥器系统的控制。
[0032] 如图4所示，CPLD及其外围电路中，CPLD芯片U1B的40脚和38脚接GND，39脚 接与非触发器U6的3脚，37脚接有源晶振U7的3脚；CPLD芯片U1B的34、33、31、30、28脚 依次接电阻R64、R63、R62、R61、R60,所述电阻R64、R63、R62、R61、R60分别接三极管Q14、 Q13、Q12、Q11、Q10 的基极以及电阻 R74、R73、R72、R71、R70 ;所述 5 个三极管 Q14、Q13、Q12、 Qll、Q10的发射极分别依次接上述电阻R74、R73、R72、R71、R70的另一端以及GND，集电极 分别依次接接光耦芯片U4的2、4、6、8脚及光耦芯片U5的2脚；光耦芯片U4的1、3、5、7以 及邯的2脚分别经过电阻1?90、1?91、1?92、1?93、1?94后接5￥电源，光耦芯片叹的9、11、13、 15以及U5的3脚同时接GND。
【权利要求】
1. 一种基于CPLD的干燥器控制系统，包括隔离电源电路、输入电路、控制电路和输出 电路，其特征是：隔离电源电路与输入电路、控制电路和输出电路分别连接；输出电路为电 磁阀控制信号驱动电路，与干燥器的电磁阀连接；控制电路为CPLD芯片及其他外围电路； 输入电路包括复位电路和空压机信号输入接口；控制电路分别和输入电路与输出电路连 接；用于接收空压机信号输入接口发送的空压机信号，经控制电路进行运算后产生电磁阀 控制信号，通过输出电路输出给电磁阀，从而实现对干燥器的控制。
2. 如权利要求1所述干燥器控制系统，其特征是，所述输入电路还包括JTAG和有源晶 振，它们分别与控制电路连接。
3. 如权利要求1所述干燥器控制系统，其特征是，所述复位电路包括监控器、开关、与 非触发器和GND，所述监控器连接与非触发器和CPLD芯片，并通过开关与GND连接。
4. 如权利要求1所述干燥器控制系统，其特征是，所述电磁阀驱动电路为五路，每路驱 动电路均为独立电路，均包括两个三极管。
【文档编号】B01D53/26GK203870422SQ201420255800
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】王江波, 梅亮亮, 关济实, 孔海志, 邱建文, 王健, 陈健 申请人:中科华核电技术研究院有限公司北京分公司, 中国广核集团有限公司