专利名称：单线远程多路闭环数控器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于数字通信及电气自动化控制的技术领域，尤其是
一种单线远程多路闭环数控器。该数控器适用于对铁路，机场，港口，油田等野外设备设施
和各种制造业自动化生产线，以及国民经济各行业的固定或在轨移动设备等数十个以上的
数字(开关)量实行单线远程双向闭环控制，跟踪和监测，应用范围非常广泛。
背景技术：
在国内外，目前对各种设备工作状态的控制方式主要分成开环控
制和闭环控制两大类。其中，最典型的是用一根信号线串一个开关来控制一灯的亮或灭；例
如，火车进站口的红绿黄信号灯，就要用三个开关分三根线来控制各灯的亮或灭。这种开环
单线单控方式的最大优点是简单直观，便于对固定设备的近距离控制；若被控设备距离较
远且要求控制的动作较多时，不但要费很多的电线电缆进行控制连接，且最大的缺点是难
于检知设备是否在工作及工作是否完成。因此，一线一控方式很难满足对远程复杂动作设
备进行闭环控制的技术要求。 为了达到既能对较远距离单台或多台设备的复杂动作进行闭环控制，又能节 省大量控制线缆的目标，在国外已开发成功了利用两级计算机建主从站，两机之间采用 BUS通信的现场总线控制技术。其BUS总线分成用二根通信线的总线技术，如西门子的 PROFIBUS-DP，三菱的CC-LINK等。它们都是采用在主控柜中装一台大PLC作为主站，在一台 或数台设备上各装一小PLC作为从站，再在每台PLC上加装一个专用通信模块，各模块间用 特制的现场总线进行连接；在各PLC中还要编制专用程序，设制专用通信协议，才能将主站 控制指令或从站反馈信息在各PLC中进行信息交换，实现闭环控制的目标。若主从站间距 超过200米时，还必须在总线间加装远程1/0通讯模块，但最多不能超过2500米。此技术的 优点是通讯量大，速度快，工作较稳定；其缺点是不仅安装，调试，维修的技术非常复杂，价 格高昂，而且国内还没有企业能够生产此类设备。目前只在少数大企业的大工程设备中有 少量应用，适用范围很窄。另外，还有一种只用一根通信线的单总线技术，即l-WIRFBUS，是 美国拉达斯半导体公司在几年前开发的一种工控技术，其工作原理与PROFIBUS-DP类似， 也是建主从站用半双工串行通讯方式传递信息。不同点是只用一根线来传递时钟和数据信 号，但通讯速度和稳定性不如前者。其安装，调试，维修的技术也非常复杂，造价也很高，因 此在国内外的应用极少。
发明内容本实用新型的主要目的，是针对以上现有几种控制技术的优缺 点，扬长避短，并结合目前在工控设备中绝大多数仍为接触器-继电器控制方式，系统对动 作的反映时间一般不小于100MS的要求，提供一种单线过程多路闭环数控器。本实用新型 的设计思路是采用目前已非常成熟的数字脉冲控制技术和半双工通讯技术，再结合相位， 频率，地址密码等手段，对控制指令脉冲信号和反馈脉冲信号进行分离，就可只用一根信号 线，来往返依次传递几十个，甚至几百个指令信号和反馈信号，实现闭环控制的目标。 本实用新型采用的技术方案是 1、在整体电路结构上，本实用新型的控制和反馈系统，是采用两套编码-解码电 路组成(颠倒相对布置)。 2、本实用新型由主控指令编码(包括反馈脉冲信号解码)集成电路板，和执行解
3码(包括反馈脉冲信号编码)集成电路板，是采用一根信号线连接而成。其中，两种脉冲信 号编码和解码集成电路块的型号选择，应按各设备的具体要求而定，一般如控制动作信号 和检测反馈信号都少于15个，通常选用4数据线BCD数字编(解)码集成电路块即可。 3、本实用新型中采取单线半双工通讯技术，其中控制指令脉冲设定为非锁存码同 步工作制，输出脉冲的峰-峰值为4-5V，工作时间为连续；其中，检测反馈脉冲定为锁存码 非同步瞬时工作制，输出脉冲峰-峰值为8-9V，工作时间为0. 3-2S，两种信号共用一线。当 限位反馈脉冲输出工作时，将对控制指令脉冲实行压制封锁，中断设备运行，从而保护设备 的动作不超限，并提示设备操作者或计算机转入下道工序。 4、本实用新型的控制方式第一，用按钮实行手动控制；第二，在主控端与PLC接 口后可实现全自动控制，输入端能与触摸屏和上位机等联入以太网；解码端可连接接触器， 变频器，电磁阀，限位开关，光电传感器等。第三，在必要时可将以上两种方式结合，实行手 动加自动的控制方式。 5、本实用新型的主要技术性能指标可控数字量个数4-16-64-256个； 可检测的限位反馈量个数4-16-64-256个； 工作电流主控板小于15MA，执行板小于30MA ; 工作电压DC 12-24V ; 工作信号峰_峰值4-9V ; 工作频率500HZ-350MHZ ; 控制距离50米-15000米。 本实用新型与现有技术的共同特征 1、与现有几种通信控制技术相比较，它们都是采用电线电缆作为传送信号的硬件 载体； 2、与现场总线方式比较，PR0IBUS-DP， 1-WIRFBUS和本数控器都是采用数字脉冲双 工(半双工)通信方式以及双向闭环控制技术。 本实用新型与现有技术的区别特征 1、与传统单线单控方式比较，被控数量是一个与多个的区别；即本技术用一根导 线能往返传递的信号数量是前者的数十倍或数百倍。不但能节省大量的电线电缆和安装维 修时间，还可节省电能损耗；另外，两种信号的本质特征不同，前者多为工频50HZ，或DC24V 直接驱动执行电器；本发明的信号都是由BCD脉冲数字1和0组成，抗干扰能力强，保密性 能好。 2、与现场总线网控方式比较，前者是在两台以上的计算机之间通过软件设定的程 序，协议，地址和硬件安装的通讯模块，现场总线等在主机和从机之间进行数据和信息交 换。且主机只负责面上的统筹与指挥，具体驱动各单台设备工作的是从机；本发明在控制设 备时，只须将指令信号和反馈信号预先编成对应的数字码，通过一根导线，连通主控集成电 路板和附装在设备上的执行驱动集成电路板，直接用人工按钮来控制设备的工作。当设备 的某道工序完成后，可自动将动作到位的信号反馈回控制端，实现了闭环控制的目标，以上 工作过程根本不需要计算机参与。如果被控设备的动作要求较多，或工序要求较复杂，或有 多台设备的动作要求同步协调时，本数控器能方便地与PLC实现I/0端口对接，由PLC按设定的程序实行自动控制。同时，还可通过PLC连接触摸屏，打印机或与上位机连接，加入车 间或工厂的局域网。另外，在控制距离方面，主从站之间的距离不能超过200米，即使中间 加装多级远程I/O模块，最大距离也不能超过2500米，且对工作环境的要求较严。本技术 在远程通信时，只须改变指令信号输入端口串入的限幅电阻阻值，中间无须对信号作任何 放大，控制距离就能超过10公里以远。由于电路结构相对简单，对使用地点的环境要求不 高，能适应野外恶劣环境下设备的工作，应用面非常广。
(四)
图1是本实用新型控制集成电路板及反馈集成电路板连接电路图； 图2是本实用新型控制指令数字脉冲编码电路图； 图3是本实用新型各路反馈信号瞬时脉冲形成电源和数字编码电路图。
具体实施方式
本实用新型的两种集成电路板，经无数次试验现已基本定型，并已成功应用于对 多种设备的电气自动化控制；与PLC的输入和输出端口对接技术，经多次反复试验后也已 成功解决。集成电路板的生产制作技术也并非十分复杂，只须打开市场销路，进行大面积推 广应用后，就可正式投产。 本实用新型的具体实施方式
参见图l，采用ZKGC几P和ZXFK几P两套相似的编 码_解码集成电路板，使用一根导线连接两块集成电路板，且所述两种脉冲的编、解码集成 电路块是选用4数据线BCD数字编、解码集成电路块。 1、控制集成电路板(ZKGC几P):其中，IC1是控制指令数字脉冲编码集成电路块； VI是指令脉冲输出的信号放大管；C1， C2(包括C3-C8)是隔直电容；VS1(包括VS2-VS4) 是双向限压管；R1(包括R4， R5， R8)是偏置电阻；R2， R9(包括R3， R7)为限幅电阻；IC5是 反馈信号解码集成电路块，具有对反馈脉冲信号的识别，检测，纠错和反馈动作码的还原功 能；V4是反馈脉冲信号前置放大管。 2、反馈集成电路板(ZXFK几P):其中，IC2是控制脉冲信号前置放大双运算集成电 路块，兼具对信号相位和幅度检测；IC3是控制指令脉冲信号的解码集成电路块，其功能与 IC5相同，但当被控设备的开关量超过4个以上时，必须在其输出端加装解码扩展集成块， 以满足控制动作数量的要求。另外，IC4是反馈数字脉冲信号编码集成电路块，其输入的 各端口与瞬时脉冲形成的特制电源电路，以及各限位传感器相接；其输出端的反馈信号经 V2， V3两级放大后，由R7送到FU2，沿着控制信号传递的同一条导线，反向送到主控集成电 路板的V4输入端，由IC5解码后驱动对应的小继电器吸合，自动告知操作人员或PLC进入 下道工序，从而实现了闭环控制的目标。 本实用新型中采用采用单线半双工通讯技术，其中，控制指令脉冲设定为非锁存 码同步工作制，输出脉冲的峰-峰值为4-5V，工作时间为连续；其中检测限位的反馈脉冲设 定为锁存码非同步瞬时工作制，信号脉冲的峰-峰值为8-9V，工作时间为0. 5-25，两种信号 共用一线。 参见图2， IC1是指令信号数字脉冲编码集成块；SBl-SBn为各项控制指令输入按 钮；VD1-VD10为防串码二极管；RZ为时钟-振荡频率电阻。当依次接通各输入电路时，就会有各种不同的数字脉冲信号从0UT端子输出，经V1放大后，通过导线S送到被控设备上的 驱动执行解码集成电路板中。 参见图3， IC4为反馈信号数字脉冲编码集成块；VD11-VD20为防串码二极管； SQl-SQn为各种设备动作到位检测传感器的限位开关；ICll-ICln为瞬时脉冲形成限时的 供电集成块。即当被控设备在指令信号指挥下工作到位时，SQ系列对应的限位开关闭合， IC11系列对应的某供电集成块被接通(延时0. 5-2S后断电)，向IC4的某一端子提供脉冲 编码电源。IC4发出的反馈脉冲信号经两级放大后，沿着指令信号传输的导线S的原路返回 主控集成电路板，由IC5识别解码后，驱动小继电器工作，自动中断指令信号输出，并告知 操作者或PLC进入下道工序。
权利要求单线远程多路闭环数控器，包括有控制系统和反馈系统，其特征是所述控制系统和反馈系统是采用两套编码-解码电路组成，且在主控指令编码包括反馈脉冲信号解码集成电路板和执行解码包括反馈脉冲信号编码集成电路板之间，用一根导线连接而成；所述两种脉冲的编、解码集成电路块是选用4数据线BCD数字编、解码集成电路块。
专利摘要本实用新型涉及数字通信及电气自动化控制技术领域，它是一种单线远程多路闭环数控器，包括有控制系统和反馈系统，特别是所述控制系统和反馈系统是采用两套编码-解码电路组成，且在主控指令编码包括反馈脉冲信号解码集成电路板和执行解码包括反馈脉冲信号编码集成电路板之间，用一根导线连接而成；所述两种脉冲的编、解码集成电路块是选用4数据线BCD数字编、解码集成电路块；本实用新型仅用一根导线，就实现了在远距离对数十个，甚至数百个数字量信号依次往返传递的多路闭环控制目标，为我国工控领域的自动化控制技术，提供了一个简便，可靠和高性价比的全新技术支持平台。
文档编号G05B19/18GK201464893SQ20092008462
公开日2010年5月12日 申请日期2009年3月27日 优先权日2009年3月27日
发明者王瑜 申请人:王瑜