专利名称：功能标准化工业仪表的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功能标准化工业仪表，它属于自动化控制领域使用的显示装置。
背景技术：
工业仪表是用量极大的电气设备，由于使用单位的建设总是按照自身的条件逐步增加设备的，而仪表的生产厂家也总是按照这些企事业的要求来配置仪表的，再加上各仪表生产厂家出于技术保密等原因的考虑，最终使工业仪表形成生产厂家众多、品种繁多、用量巨大、标准不一，各行各业用户对仪表的操作及维护人员多、人力浪费严重、仪表兼容性差、重复投资利用率不高，不利于降低仪表价格、不利于仪表的发展和更新。
发明内容
本发明的目的是解决现有的工业仪表存在的兼容性差、利用率不高的技术问题，提供一种兼容性好、利用率高、通用性和可靠性强的功能标准化工业仪表。本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种功能标准化工业仪表，其包括显示屏、主控芯片模块和电源模块；所述显示屏与主控芯片模块连接，用以显示模拟量输出运行图和开关量输出运行图，所述模拟量输出运行图和所述开关量输出运行图可以由中心计算机编译后下发给所述主控芯片模块；所述主控芯片模块与显示屏连接，用于接收中心计算机发送的指令，保存指令中携带的参数，并返回数据；所述指令包括“引导符、源地址、目标地址、仪表初始化参数或运行图表达式或命令和结束符”;所述数据包括“引导符、源地址、目标地址、仪表初始化参数或运行图表达式或命令和结束符”;所述电源模块与显示屏和主控芯片模块连接，用于给所述显示屏和所述主控芯片模块供电。优选地，所述功能标准化工业仪表进一步包括模拟量输入电路模块、模拟量输出电路模块、开关量输入模块和开关量输出模块；所述模拟量输入电路模块与主控芯片模块连接，用于实现电压和电流两种模拟量信号的输入；所述模拟量输出电路模块与主控芯片模块连接，用于实现电压和电流两种模拟量信号的输出；所述开关量输入模块与主控芯片模块连接，用于处理机械触点、3V脉冲、5V脉冲及12V脉冲四种类型的常见开关量信号；所述开关量输出模块与主控芯片模块连接，用于输出经主控芯片模块控制输出的开关信号；所述电源模块与显示屏、主控芯片模块、模拟量输入电路模块、模拟量输出电路模块、开关量输入模块和开关量输出模块相连接，用于给显示屏、模拟量输入电路模块、模拟量输出电路模块、开关量输入模块、开关量输出模块和主控芯片模块供电。所述模拟量输入电路模块包括第一插座I1、转换电阻R1、M0S管Q1、第一运算放大器U1、仪表放大器U4、模拟开关U5、数字电位计U6、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3,第一运算放大器Ul的输出端和仪表放大器U4的输出端分别与模拟开关U5的两个输入端SI和S2相连接；转换电阻Rl的上端与第一运算放大器Ul的同相输入端3、仪表放大器U4的反向输入端2和第一插座Il的一端相连接；MOS管Ql的源极与第一插座Il的另一端相连接并接地；MOS管Ql的漏极与仪表放大器U4的同相输入端3和转换电阻Rl的下端相连接；数字电位计U6、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3组成程控放大器；模拟开关U5的输出端D与数字电位计U6的输入端A相连接；第二运算放大器U2的反向输入端2与数字电位计U6的W端连接，第二运算放大器U2的输出端6与数字电位计U6的B端连接，第二运算放大器U2的输出端6通过电阻R12与第三运算放大器U3的反向输入端2连接。所述模拟量输出电路模块包括光耦合器U13和U14、第一 NPN型三极管Q2、第二NPN型三极管Q3、PNP型三极管Q20、第四运算放大器IC2B、第五运算放大器IC2A、第一模拟开关IC1A、第二模拟开关IC1B、第三模拟开关IC1C、二极管Vl和第二插座J3，第一模拟开关IClA的CNTL端和第二模拟开关IClB的CNTL端与第一 NPN型三极管Q2的集电极相连接，第一模拟开关IClA的OUT端和第三模拟开关IClC的CNTL端经电阻R17与15V电源连接，第二模拟开关IClB的IN端和第三模拟开关IClC的IN端均与第五运算放大器IC2A的反向输入端相连接，第二模拟开关IClB的OUT端经电阻R49与二极管Vl的负极和第二插座J3的I端连接，第三模拟开关IClC的OUT端与第四运算放大器IC2B的输出端相连接，第四运算放大器IC2B的反向输入端经电阻R45与PNP型三极管Q20的发射极相连接，第五运算放大器IC2A的输出端经电阻R19与第二 NPN型三极管Q3的基极相连接，PNP型三极管Q20的基极与第二 NPN型三极管Q3的集电极相连接；PNP型三极管Q20的集电极与二极管Vl的正极相连接，第一 NPN型三极管Q2的基极与光耦合器U13的6端连接，第五运算放大器IC2A的的同相输入端经串联电阻RlO和Rll与光耦合器U14的6端连接。所述开关量输入模块包括至少两个NPN型三极管和至少两个光耦合器，NPN型三极管通过光耦合器与主控芯片模块相连接。本发明的技术方案具有以下优点，通过使用主控芯片模块接收中心计算机发送的指令，保存指令中携带的参数，并返回数据，解决了现有技术中的仪表兼容性差、利用率不高的问题，提高了仪表的通用性和可靠性。
图1示出了本发明的原理示意图；图2示出了本发明另一实施例的结构示意图；图3示出了本发明的使用状态图；图4示出了本发明另一实施例的模拟量输入电路模块示意图；图5示出了本发明另一实施例的模拟量输出电路模块示意图；图6示出了本发明另一实施例的开关量输入模块示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。 如图1所示，一种功能标准化工业仪表，其包括显示屏1、主控芯片模块2和电源模块3 ；所述显示屏I与主控芯片模块2连接，用以显示模拟量输出运行图和开关量输出运行图，所述模拟量输出运行图和所述开关量输出运行图可以由中心计算机编译后下发给所述主控芯片模块；所述主控芯片模块2与显示屏I连接，用于接收中心计算机发送的指令，保存指令中携带的参数，并返回数据；所述指令包括“引导符、源地址、目标地址、仪表初始化参数或运行图表达式或命令和结束符”;所述数据包括“引导符、源地址、目标地址、仪表初始化参数或运行图表达式或命令和结束符”;所述电源模块3与显示屏I和主控芯片模块2连接，用于给所述显示屏I和所述主控芯片模块2供电。在本发明实施例中，功能标准化工业仪表通过工业总线与中心计算机及相邻仪表通信。中心计算机的系统软件须具有对运行图的编译功能和对运行代码反编译的功能，而仪表操作系统首先要实时可靠地完成运行代码规定的任务，其次还要把运行代码还原成运行图在仪表触摸屏上显示。初始化是运行程序的最基本部分又有其特殊性，采用如下方式完成仪表的初始化工作。例如，中心计算机对须初始化的仪表下发“CD，源地址，目标地址，MI, MO, KIl, KOl，KI2, K02, KI3, K03, KI4, K04, AP, E”。仪表正确接收命令后会自动保存参数并返回数据“CA,源地址，目标地址，DOWN”。如果中心计算机需要获取仪表的初始化参数则下发 “ CS，源地址，目标地址，UP ”仪表正确接收命令后返回数据“CU，源地址，目标地址，MI, MO, KIl, KOl，KI2, K02, KI3, K03, KI4, K04, AP, E”。以上代码中，⑶、CA、CS和⑶为引导符，E、DOWN和UP为结束符；MI和MO等分别表示模拟量输入和模拟量输出模块的初始化参数，KIl KI4和KOl K04分别表示四路开关量输入模块和开关量输出模块的初始化参数，AP表示指针模拟显示控件的初始化参数，其余字母为规定的识别符号。如图2所示，本发明另一实施例中的功能标准化工业仪表包括显示屏1、主控芯片模块2、电源模块3、模拟量输入电路模块4、模拟量输出电路模块5、开关量输入模块6和开关量输出模块7 ;所述模拟量输入电路模块4与主控芯片模块2连接，用于实现电压和电流两种模拟量信号的输入；所述模拟量输出电路模块5与主控芯片模块2连接，用于实现电压和电流两种模拟量信号的输出；所述开关量输入模块6与主控芯片模块2连接，用于处理机械触点、3V脉冲、5V脉冲及12V脉冲四种类型的常见开关量信号；所述开关量输出模块7与主控芯片模块2连接，用于输出经主控芯片模块控制输出的开关信号；所述电源模块3与显不屏1、主控芯片模块2、模拟量输入电路模块4、模拟量输出电路模块5、开关量输入模块6和开关量输出模块7相连接，用于给显示屏1、模拟量输入电路模块4、模拟量输出电路模块5、开关量输入模块6、开关量输出模块7和主控芯片模块2供电。本实施例中的显不屏I米用触摸显示屏，也可以是别的用于显示和控制调整方面的显示屏，该显示屏，除了常规的仪表显示功能外，用以显示模拟量输出运行图和开关量输出运行图。本实施例中的主控芯片模块2，除了常规的仪表控制功能外，用于接收中心计算机发送的指令，保存指令中携带的参数，并返回数据。本实施例中的主控芯片模块2，可以包括CPU、数据RAM、程序FLASH等。指令包括“引导符，源地址，目标地址，仪表初始化参数或运行图表达式或命令，结束符”;数据包括“引导符，源地址，目标地址，仪表初始化参数或运行图表达式或命令，结束符”。在本发明实施例中，功能标准化工业仪表通过工业总线与中心计算机及相邻仪表通信。如图3所示，本发明的功能标准化工业仪表，可以由网络连接起来，每个仪表(仪表I，仪表2,仪表3,…仪表η)的输入输出分别连接被控对象的传感器或执行机构,实行信号共享、分工协调，并由中心计算机起管理控制作用。如图4所不,本发明另一实施例的模拟量输入电路模块4包括第一插座I1、转换电阻Rl、MOS管Q1、第一运算放大器(LF351)U1、仪表放大器(AD210)U4、模拟开关(ADG408)U5、数字电位计(AD5293)U6、第二运算放大器(LF351)U2、第三运算放大器(LF351)U3、电阻R2、R3、R4、R5、R12、R13、R28、R29和电容C40，第一运算放大器Ul的输出端和仪表放大器U4的输出端分别与模拟开关U5的两个输入端SI和S2相连接；转换电阻Rl的上端与第一运算放大器Ul的同相输入端3、仪表放大器U4的反向输入端2和第一插座Il的一端相连接；M0S管Ql的源极与第一插座Il的另一端相连接并经电阻R2接地；M0S管Ql的漏极与仪表放大器U4的同相输入端3和转换电阻Rl的下端相连接；数字电位计U6、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3组成程控放大器；模拟开关U5的输出端D与数字电位计U6的输入端A相连接；第二运算放大器U2的反向输入端2与数字电位计U6的W端连接，第二运算放大器U2的输出端6与数字电位计U6的B端连接，第二运算放大器U2的输出端6通过电阻R12与第三运算放大器U3的反向输入端2连接。该模拟量输入电路模块4可以分别输入电压和电流信号，如果第一插座11输入是电压信号，MOS管Ql不导通(Ql的导通与否由主控芯片模块来的信号PAO控制，后面也相同)，输入电压全部作为由第一运算放大器Ul组成的电压跟随器的输入，输出电压通过模拟开关U5的通道SI到后级电路；如果第一插座Il输入是电流信号，MOS管Ql导通，电流通过转换电阻Rl转换为电压信号，再经仪表放大器U4输出对地电压，也通过模拟开关U5的通道S2到后级电路；模拟开关U5导通选择由主控芯片模块来的信号PA3:1来控制，后级电路是由第二运算放大器U2、第三运算放大器U3和数字电位计U6组成的程控放大器，根据输入信号的大小适当调节数字 电位计U6的位置来得到正确的增益，使第二运算放大器U2输出合适大小的电压，第三运算 放大器U3是一个反相比例放大电路其输出电压作为主控芯片模块的模数转换器的输入电压。通过使用本发明实施例的模拟量输入电路模块，可以实现电压和电流两种模拟量信号的输入。如图5所不,本发明另一实施例的模拟量输出电路模块包括光I禹合器U13和U14、第一 NPN型三极管Q2、第二 NPN型三极管Q3、PNP型三极管Q20、第四运算放大器(LM358)IC2B、第五运算放大器(LM358) IC2A、第一模拟开关(CD4066) IC1A、第二模拟开关(CD4066)IC1B、第三模拟开关(CD4066) IC1C、二极管 V1、第二插座 J3、电阻 R30、R31、R14、R15、R16、R17、R44、R45、R46、R47、R48、R49、R50、R75、R80、R10、RH、R19 和电容 C48、C49、C47、C52、C53，第一模拟开关IClA的CNTL端和第二模拟开关IClB的CNTL端与第一 NPN型三极管Q2的集电极相连接，第一模拟开关IClA的OUT端和第三模拟开关IClC的CNTL端经电阻R17与15V电源连接，第二模拟开关IClB的IN端和第三模拟开关IClC的IN端均与第五运算放大器IC2A的反向输入端相连接，第二模拟开关IClB的OUT端经电阻R49与二极管Vl的负极和第二插座J3的I端连接，第三模拟开关IClC的OUT端与第四运算放大器IC2B的输出端相连接，第四运算放大器IC2B的反向输入端经电阻R45与PNP型三极管Q20的发射极相连接，第五运算放大器IC2A的输出端经电阻R19与第二 NPN型三极管Q3的基极相连接，PNP型三极管Q20的基极与第二 NPN型三极管Q3的集电极相连接；PNP型三极管Q20的集电极与二极管Vl的正极相连接，第一 NPN型三极管Q2的基极与光耦合器U13的6端连接，第五运算放大器IC2A的的同相输入端经串联电阻RlO和Rll与光耦合器U14的6端连接。光耦合器U13和U14对控制电路和输出电路进行了隔离，增强了电路的安全性和可靠性，模拟量输出电路分别构成同相放大电路和差分放大电路完成电压和电流信号的输出。 如果输出是电压信号，主控芯片模块2中的主控芯片(STM32F103 )由PBO送出低电平，经光耦合器U13使三极管Q2截止，第一模拟开关IClA和第二模拟开关IClB导通，第三模拟开关IClC不导通，第四运算放大器IC2B组成的差分放大电路不起作用，第五运算放大器IC2A组成的同相放大电路正常工作，整体电路为电压串联负反馈，反馈信号直接取自输出端，反馈回路为第五运算放大器IC2A输出一 Q3 — Q20 -Vl- R49组合一 IClB — IC2A反相输入。主控芯片由PBl送出PWM信号，经光耦合器U14隔离后，再经电阻RlO组合的低通滤波后输入到第五运算放大器IC2A的同相端，输出电压随PWM变化产生不同大小的输出电压。如果输出是电流信号，主控芯片(STM32F103)由PBO送出高电平，三极管Q2饱和导通，第一模拟开关IC1A、第二模拟开关IClB不导通，第三模拟开关IClC导通，第四运算放大器IC2B组成的差分电路起作用，整体电路为电流串联负反馈，反馈信号由采样电阻R50感受输出端的电流变化而产生，反馈回路为第五运算放大器IC2A输出一 Q3 — Q20 一 R45 一IC2B反相输入端一 IC2B输出一 IClC 一 IC2A反相输入。与电压输出时情况相同，当主控芯片由PBl送出的PWM变化时，输出电流也跟着变化。通过使用本发明的模拟量输出电路模块，可以实现电压和电流两种模拟量信号的输出，并且只用两路数字信号实现模拟量输出，从而方便地用光耦合器实现输出模拟信号和主控芯片模块实现了光电隔离。如图6所示，本发明另一实施例的所述开关量输入模块包括三个NPN型三极管Q4、Q5、Q6、四个光耦合器 U15、U16、U19、U20 和电阻 R51、R55、R81、R59、R60、R63、R32、R33、R36、R65,NPN型三极管Q4的基极与光耦合器U15的6端连接，光耦合器U15的3端与主控芯片模块的PCO端相连接，NPN型三极管Q5的基极与光耦合器U16的6端连接，光耦合器U16的3端与主控芯片模块的PCl端相连接，NPN型三极管Q8的基极与光耦合器U19的6端连接，光耦合器U19的3端与主控芯片模块的PC2端相连接，三个NPN型三极管Q4、Q5和Q6的发射极与光耦合器U20的2端连接，光耦合器U20的6端与主控芯片模块的PC3端相连接，光稱合器U20的3端与开关量输入插座Kl的一端连接,开关量输入插座Kl的另一端与GND连接。开关量输入点为光稱合器U20的3端，当输入信号为3V脉冲时，则主控芯片令PC2:0=001B (B表示二进制码)，于是，NPN型三极管Q4导通，NPN型三极管Q5和Q8截止，光耦合器U20的供电电源选择3. 3V，输出脉冲PC3可以正确识别输入端3V脉冲；同理，当输入信号为5V或12V脉冲时，则主控芯片令PC2: O=OlOB或100B，NPN型三极管Q5或Q8单独导通，光I禹合器U20的供电电源选择5V或12V,输出脉冲PC3就可以正确识别输入端相应电平的脉冲；当输入为触点型时，光耦合器U20的供电电源可以任选一种供电电源。通过使用本实施例的开关量输入电路模块，可以处理机械触点、3V脉冲、5V脉冲及12V脉冲四种类型的常见开关量信号，并且开关量输入端和主控芯片模块实现了光电隔离。
权利要求
1.一种功能标准化工业仪表，其特征在于包括显示屏、主控芯片模块和电源模块； 所述显示屏与主控芯片模块连接，用以显示模拟量输出运行图和开关量输出运行图，所述模拟量输出运行图和所述开关量输出运行图可以由中心计算机编译后下发给所述主控芯片模块； 所述主控芯片模块与显示屏连接，用于接收中心计算机发送的指令，保存指令中携带的参数，并返回数据；所述指令包括“引导符、源地址、目标地址、仪表初始化参数或运行图表达式或命令和结束符”;所述数据包括“引导符、源地址、目标地址、仪表初始化参数或运行图表达式或命令和结束符”; 所述电源模块与显示屏和主控芯片模块连接，用于给所述显示屏和所述主控芯片模块供电。
2.如权利要求1所述的功能标准化工业仪表，其特征在于所述功能标准化工业仪表进一步包括模拟量输入电路模块、模拟量输出电路模块、开关量输入模块和开关量输出模块； 所述模拟量输入电路模块与主控芯片模块连接，用于实现电压和电流两种模拟量信号的输入； 所述模拟量输出电路模块与主控芯片模块连接，用于实现电压和电流两种模拟量信号的输出； 所述开关量输入模块与主控芯片模块连接，用于处理机械触点、3V脉冲、5V脉冲及12V脉冲四种类型的常见开关量信号； 所述开关量输出模块与主控芯片模块连接，用于输出经主控芯片模块控制输出的开关信号; 所述电源模块与显示屏、主控芯片模块、模拟量输入电路模块、模拟量输出电路模块、开关量输入模块和开关量输出模块相连接，用于给显示屏、模拟量输入电路模块、模拟量输出电路模块、开关量输入模块、开关量输出模块和主控芯片模块供电。
3.如权利要求2所述的功能标准化工业仪表，其特征在于所述模拟量输入电路模块包括第一插座11、转换电阻R1、M0S管Ql、第一运算放大器Ul、仪表放大器U4、模拟开关U5、数字电位计U6、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3，第一运算放大器Ul的输出端和仪表放大器U4的输出端分别与模拟开关U5的两个输入端SI和S2相连接；转换电阻Rl的上端与第一运算放大器Ul的同相输入端3、仪表放大器U4的反向输入端2和第一插座Il的一端相连接；M0S管Ql的源极与第一插座Il的另一端相连接并接地；M0S管Ql的漏极与仪表放大器U4的同相输入端3和转换电阻Rl的下端相连接；数字电位计U6、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3组成程控放大器；模拟开关U5的输出端D与数字电位计U6的输入端A相连接；第二运算放大器U2的反向输入端2与数字电位计U6的W端连接，第二运算放大器U2的输出端6与数字电位计U6的B端连接，第二运算放大器U2的输出端6通过电阻R12与第三运算放大器U3的反向输入端2连接。
4.如权利要求2所述的功能标准化工业仪表，其特征在于所述模拟量输出电路模块包括光耦合器U13和U14、第一 NPN型三极管Q2、第二 NPN型三极管Q3、PNP型三极管Q20、第四运算放大器IC2B、第五运算放大器IC2A、第一模拟开关IC1A、第二模拟开关IC1B、第三模拟开关IC1C、二极管Vl和第二插座J3，第一模拟开关IClA的CNTL端和第二模拟开关IClB的CNTL端与第一 NPN型三极管Q2的集电极相连接，第一模拟开关IClA的OUT端和第三模拟开关IClC的CNTL端经电阻R17与15V电源连接，第二模拟开关IClB的IN端和第三模拟开关IClC的IN端均与第五运算放大器IC2A的反向输入端相连接，第二模拟开关IClB的OUT端经电阻R49与二极管Vl的负极和第二插座J3的I端连接，第三模拟开关IClC的OUT端与第四运算放大器IC2B的输出端相连接，第四运算放大器IC2B的反向输入端经电阻R45与PNP型三极管Q20的发射极相连接，第五运算放大器IC2A的输出端经电阻R19与第二 NPN型三极管Q3的基极相连接，PNP型三极管Q20的基极与第二 NPN型三极管Q3的集电极相连接；PNP型三极管Q20的集电极与二极管Vl的正极相连接，第一 NPN型三极管Q2的基极与光耦合器U13的6端连接，第五运算放大器IC2A的同相输入端经串联电阻RlO和Rll与光耦合器U14的6端连接。
5.如权利要求2所述的功能标准化工业仪表，其特征在于所述开关量输入模块包括至少两个NPN型三极管和至少两个光耦合器，NPN型三极管通过光耦合器与主控芯片模块相连接。
全文摘要
本发明涉及一种功能标准化工业仪表，它属于自动化控制领域使用的显示装置。本发明主要是解决现有的工业仪表存在的兼容性差、利用率不高的技术问题。本发明的技术方案是一种功能标准化工业仪表，其包括显示屏、主控芯片模块和电源模块；所述显示屏与主控芯片模块连接，用以显示模拟量输出运行图和开关量输出运行图，所述模拟量输出运行图和所述开关量输出运行图可以由中心计算机编译后下发给所述主控芯片模块；所述主控芯片模块与显示屏连接，用于接收中心计算机发送的指令，保存指令中携带的参数，并返回数据；所述电源模块与显示屏和主控芯片模块连接，用于给所述显示屏和所述主控芯片模块供电。
文档编号G05B19/04GK103048936SQ201210556548
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者黄刚, 卢佳, 张剑平, 任鸿 申请人:太原工业学院