专利名称：多功能集散数控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气控制领域对生产系统各设备实施集中分散控制的一种数控装置。它能实现远距操作、现场参数检测控制、故障诊断及电机断相、过载、温度等保护多功能集中分散控制。
现有对生产系统各设备实施集中分散控制最常见的是在机旁或有关工艺点设置启动与停机按钮，并与总控室内相应机台的主控制回路联接，即所谓两地控制。这种两地控制是在传统的磁力起动器控制线路中增设一对启、停按钮作控制信号来实现。而每对启、停按钮需设三根控制线。若对任意多台、任意多个控制点，势必增设的控制线、按钮则更多，控制电路也就更复杂。目前，电机保护器及其它有关的生产过程中某些参数(如压力、温度、位置等)控制仪器广泛应用于生产设备的电气控制系统中，它们中许多电气元件重复使用(如电子线路供电的直流电源部分、每种仪器的驱动机构)既造成元件浪费，又由于分散性大，耗用大量控制线(尤其是装于生产现场的检测控制仪器)，同时各驱动机构(继电器)接点最终也必须与相应设备主控制回路的执行机构(交流接触器)线圈串联才能完成相应控制功能；对电机工作状态采用两只指示灯(每只功率在15W左右)予以指示，该指示灯也要用大量的控制线与交流接触器的辅助触点连接。这些不仅使控制电路更为复杂化，增大了设备投资和施工难度，浪费大量电能，致工程造价高，而且因控制系统的电气节点增多使故障率增大，可靠性降低。还有在控制回路中无故障检测报警及故障原因指示，一旦某设备故障停机，工作人员不易发现，即使发现了故障维修人员也难查明原因，不能及时排除故障，对生产及电气维修极不利。
本实用新型的目的意在克服上述两地控制的缺点，应用CMOS集成电路设计了一种不仅控制线及电气节点少，工程造价低，而且控制过程可靠性高，易检测故障的多功能集散数控装置。
本实用新型的目的是这样来实现由现场控制信号发射器和主机两大部分构成。现场控制信号发射器包括操作键盘、电子开关、计数器、单稳电路、振荡放大、控制逻辑、现场参数检测控制。主机包括操作键盘、计数器、单稳电路、译码电路、控制逻辑、故障诊断、断相检测、驱动机构、显示及直流电源。现场控制信号发射器的单稳电路产生的清0脉冲和振荡放大器产生的振荡脉冲(即计数脉冲)分别经一控制线传送到主机，其振荡脉冲输入主机计数器，清0脉冲输入主机的计数器和单稳电路。直流电源既作主机的工作电源，又经两控制线传送到现场控制信号发射器作发射器的工作电源。在一个生产系统中，任意多台设备和任意多个控制点用这四根控制线，在每一控制点上设置一个现场控制信号发射器便可对整个生产系统的任一台设备进行控制。
发射器的操作键盘由安装在发射器面板上的启动键、停机键及设备机号键构成，电子开关由CMOS模拟开关构成。发射器的计数器为十进制计数器，单稳电路由双单稳触发器及电阻、电容延时外围元件构成两个单稳态触发器，振荡放大为键控振荡放大器，控制逻辑由CMOS门电路组合而成，现场参数检测控制由电压比较器、热敏电阻、功能开关构成。
主机的计数器、单稳电路与发射器的计数器、单稳电路相同，译码电路由与门、或门、二极管构成、断相检测由电流传感器、电阻、整流桥、滤波电容及光耦，与非门构成。主机操作键盘由安装在主机面板上的启动键、停机键构成，控制逻辑由CMOS门路组合而成。驱动机构由三极管、继电器构成。故障诊断由RS触发器和门电路构成的控制逻辑组成。在故障诊断上还接有故障报警指示电路。显示器为发光数码管。
采用以上结构制作的本数控装置(1)若操作安装在现场的现场控制信号发射器操作键盘中某个功能键与机号键，将产生一个相应的信号，一方面使电子开关选通发射器计数器的有关输出端(即与相应操作键对应的既约代码)，另一方面也向发射器控制逻辑输入信号，该控制逻辑的输出信号虽送往振荡放大器，但由于同时也触发发射器单稳电路使之产生一个清0脉冲，该清0脉冲既使振荡放大器停振，又使发射器计数器和主机计数器同步清0，其下降沿也触发主机单稳电路，使其输出仍封锁译码电路。清0脉冲结束后，振荡放大器起振，它产生的振荡脉冲同时输入发射器计数器和主机计数器，使之同步计数。一旦发射器的计数器所记入的计数脉冲个数达到电子开关所选通的代码(即所执行这种操作的既约代码)时，该计数器的输出代码经电子开关送入发射器控制逻辑，这时该控制逻辑便输一控制信号迫使振荡放大器立即停振(即须发送的控制信号发送完毕)，由主机单稳电路打开译码电路，则译码电路便根据主机计数器所送来的信息译出相应的操作信号至主机控制逻辑，经该控制逻辑后送入驱动机构，驱动数码管显示其操作，同时也驱动外接执行机构(交流接触器)完成这一操作任务(完成一个操作任务约1秒钟)。一个操作任务完成后，主机稳态电路回到稳态又封锁译码电路，松开发射器操作键盘的按键，则其产生的信号不仅使电子开关处于断开状态，而且经发射器控制逻辑一方面使振荡放大器停振，另一方面使发射器单稳电路又产生一个清0脉冲，使发射器和主机的计数器均清0，为下一次操作作准备。(2)若现场参数检测控制检测到某一参数(温度或压力或位置或流量或转速等)过限，则其检测控制输出信号送入电子开关和发射器控制逻辑，经上所述过程，便会完成相关设备的停机操作，同时主机控制逻辑还将信号送入故障诊断，产生报警及故障原因指示信号。(3)若生产系统运行中的设备出现断相故障，则断相检测所产生的断相信号送入主机控制逻辑，一方面去驱动机构使外接执行机构完成相关的停机任务，同时驱动机构迫使数码管显示的相关机号熄灭，另一方面也会使故障诊断产生报警及故障原因指示信号。这样便实现了集中分散多功能控制。
以下将要结合附图详述的本数控装置实施例，与现有两地控制相比由于装置采用大规模集成块组装，整个装置仅用四根信号控制线能对数十台设备在任意多控制点上进行控制，而不致于使电机保护及参数控制仪器的某些电气元件重复使用，并不增加控制回路的电气节点，使控制电路大为简化，减少了设备投资和施工难度，降低工程造价80％左右；因电机工作状态用发光数码管或发光二极管显示，减少了耗电量，同时还减少了线损电量，其节电率达50％左右；还由于增设了故障诊断及报警指示，为值班人员及时发现问题和维修人员排除故障提供了方便，从而避免了其它事故再发生，有利于生产的正常进行等等。
图1为本实用新型的方框图。图2为图1的主机Ⅱ外形结构示意图。图3为图1的现场控制信号发射器Ⅰ外形结构示意图。图4为图1的现场控制信号发射器Ⅰ电路原理图。图5为图1的主机Ⅱ中计数器Ⅱ、单稳电路Ⅱ、译码电路原理图。图6为图1的主机Ⅱ中断相检测，逻辑控制Ⅱ、驱动机构电路原理图。图7为图1的主机Ⅱ中故障诊断及报警指示电路原理图。
实施例参见图1－图7，本实用新型由包括振荡放大器、单稳电路Ⅰ、计数器Ⅰ、电子开关、控制逻辑Ⅰ、操作键盘Ⅰ、现场参数检测控制的现场控制信号发射器Ⅰ和包括计数器Ⅱ、单稳电路Ⅱ、译码电路、断相检测，控制逻辑Ⅱ、操作键盘Ⅱ、故障诊断及显示、直流电源、驱动机构的主机Ⅱ两大部分构成整个装置。主机Ⅱ装于机箱1，现场控制信号发射器Ⅰ装于机壳17。在机箱1上装有面板2、电流传感器外壳3、双排多芯插座5、多芯插座6及开有电机电力线穿线孔4。其面板2上安装有数码显示管13、触按开门式暗盒10、扬声器YM、电源开关11、保险管12和电源、断相、电机过热、现场故障指示发光二级管4LED、LEDD、LEDR、LEDX、及启动键7、停机键8。在发射器Ⅰ机壳17上装有面板15和多孔插座18。面板15上安装有启动、停机按键OQN、OTN和设备机号键14及电机过热信号发光二极管3LED，电源指示、现场故障信号发光二极管1LED、2LED。发射器Ⅰ与主机Ⅱ通过插座18、6之间的信号控制线相连接。计数器Ⅰ由三块十进制计数器IC1、IC2、IC3构成三位十进制计数器(构成一组三位十进制代码)，百位(IC3)、十位(IC2)、个位(IC1)，其中百位约定多功能选择，它的“9”(11脚)、“6”(5脚)、“3”(7脚)、“2”(4脚)分别定义为启动、停机、电机过热、某参数过限，9脚、1脚备用，其它脚作扩展用。十位约定为设备编号“0”－“9”(分别为3、2、4、7、10、1、5、6、9、11脚)分别表示为1－10号设备。个位未定义，用于提高抗干扰能力。该计数器Ⅰ由单稳电路Ⅰ控制其计数和清0，也接收振荡放大器的振荡脉冲。操作键盘Ⅰ由启动、停机键OQN、OTN和设备机号键1AN－10AN组成(即面板15的10个机号键14)它们的一端均与直流电源VDD相连，另一端经对应的电阻与地端相连，还与对应的电子开关控制极及控制逻辑Ⅰ相连。对它的不同操作便产生不同的信号，一方面选通电子开关的相应开关，另一方面向控制逻辑Ⅰ提供相应的输入逻辑。电子开关由四块CMOS模拟开关集成电路SW1－SW16组成，每一块有4个独立开关，每一个开关SW1－SW16的输入端分别与计数器Ⅰ的IC2、IC3输出端相连，输出端分别与二极管3D－18D相连。其开关SW12、SW11的控制端分别与电机过热端GR、参数过限端XC相连。它主要是由操作键盘Ⅰ及现场参数检测选通相应的开关使之计数器Ⅰ中的不同输出与控制逻辑Ⅰ接通。单稳电路Ⅰ由一块双单稳态触发器和延时元件(电阻4R与电容C2、电阻5R与C3)构成两个单稳态触发器IC4－1、IC4－2，其IC4－1为下降沿触发(时间tw≈0.69·4R·C2＝7ms)，IC4－2为上升沿触发(时间tw由5R·C3决定仍为7ms)。键控振荡放大器由反相器F1·F2、电阻1R、2R、3R、电容C1及三极管IBG组成，其振荡频率(约4545HZ)由2R和C1决定。它接收控制逻辑Ⅰ发来的控制信号，并由此产生的清0脉冲控制计数器Ⅰ、Ⅱ和单稳电路Ⅱ以及振荡放大。控制逻辑Ⅰ由或非门1HF、或门3Ⅱ、反相器F4、与非门3YF和或门5H、2H、与非门2YF及与非门1YF、反相器F3组合而成。它接收经电子开关选通计数器Ⅰ所输出的代码状态和操作键盘Ⅰ、现场参数检测控制器(包括电机过热检测电路、现场参数过限检测电路)及或门4H的输出信号。其电机过热检测电路由热敏电阻RT1－RT3(装于电机内)、比较器A1－A3、电阻7R－14R、发光二极管3LED1－3LED3(即面板15的三个电机过热信号指示3LED)组成。其参数过限检测电路由压力开关PK或声控开关SK或光控开关GK或磁控开关CK等功能开关(这些功能开关既可是机械式开关，也可是电子线路构成的电子开关，它根据生产过程需要接入)和比较器A4、电阻15R、16R及发光二极管2LED(作现场故障信号指示)组成。参数检测故障信号和电机过热信号经或门4H输出，该输出端nz与设备选择机号1Z－10Z之一相连接。比较器A1－4为一块四电压比较器。现场参数检测控制由采集到的现场参数所决定其内的功能开关是否通断，并将此信号送往电子开关和控制逻辑Ⅰ以便产生其相应的操作信号。计数器Ⅱ由三块十进制计数器IC5、IC6、Ic7构成一组三位十进制代码。它接收单稳电路Ⅰ和振荡放器发来的信号，输出送往译码电路。单稳电路Ⅱ由一块双单稳态触发器和电阻39R与电容C4、电阻40R与电容C5延时元件构成一个下降沿触发(时间tw由C4、39R决定，tw≈0.32S)单稳触发器IC8－1和一个上升沿触发(时间tw由C5、40R决定，tw＝0.5－1.5S)单触发器IC8－2。它由单稳电路Ⅰ发来的信号决定其工作状态，其输出量又控制译码电路。译码电路由与门1Y－22Y、或门6H－15H及二极管23D－42D构成(图5中……为未画出的译码路数)。它接收计数器Ⅱ、单稳电路Ⅱ送来的信号，输出送往控制逻辑Ⅱ。断相检测共有十路相同的断相检测器(图6中只画出两路)，由电流传感器1LH－30LH、电阻41R－70R、电流桥1QL－30QL和电容C6－C35、电阻71R－130R及光耦1G－30G、与非门4YF－13YF分别组成十路三相断相检测器。它检测电动机三相电流，并由此产生的信号送往控制逻辑Ⅱ。控制逻辑Ⅱ具有相同的十个控制逻辑电路(图6中间八个未画)。该控制逻辑(以第一路断相检测器所接的控制逻辑为例)由与门23Y、或非门2HF、12HF及电容C36、电阻131R、141R、151R组成。其1T－10T、1Q－10Q端与译码电路的输出端相接。该控制逻辑Ⅱ一方面接收译码电路送来的控制信号，也接收操作键盘∏和断相检测送来的信号，其输出送往驱动机构及故障诊断、报警指示。驱动机构共有10个相同的驱动机构(图6中省略八个)。该驱动器机构(以其中一个为例)由电阻161R、171R、三极管2BG、12BG及断电器J1、二极管43D组成。继电器J1－J10的触点J1－2－J10－2的1XS－10XS端分别接发光数码显示管，触点J1－1－J10－1的1C－10C端分别从多芯插座5引出，触点J1－1－J10－1的另一点分别接各设备试机、工作转换开关K1－K10(装于触接开门式暗盒10内)，转换开关K1－K10的A端与引入机箱1的交流电火线相接。故障诊断由RS触发器1RS－12SR、与门33Y－42Y、或门16H－18H及电容C46、电阻181R组成(图7中省略4RS－11RS、34Y－41Y)。其诊断信号来自控制逻辑∏，Rx作为电机过热信号，xx作为现场参数过限信号。故障报警指示由与非门14YF、15YF、电阻188R、电容C47组成的振荡器和电容C48，扬声器YM及电阻R182R－187R、三极管22BG－24BG、发光二极管LEDR、LEDX、LEDD构成，其LEDD作为断相指示、LEDR作为电机过热指示、LEDX作为现场故障指示。故障诊断及报警指示受控制逻辑Ⅱ的控制。操作键盘Ⅱ由装在面板1上的10个启动键7和10个停机键8构成，键7、8的一端均与直流电源VDD相连，另一端分别与控制逻辑Ⅱ的1Q－10Q，1T－10T端相连。它的作用是向控制逻辑Ⅱ发送操作信号。电源VDD采用输出电压10－15V、电流约3A的直流电源。发射器Ⅰ的发射信号从XH和QZ端由多孔插座18引出，主机Ⅱ的电源VDD、地端VSS经多孔插座6引出，两插座18.6通过信号控制导线将信号传送到对方。当对1号机进行现场起动时，在面板15上同时按下OQN和1N键(键14中的一个)，这时电子开关SW16和SW1因控制极为高电平而接通，同时或门2H的4脚输出由高电平变为低电平，触发单稳态触发器IC4－1，其6脚输出高电平。一方面使计数器Ⅰ、Ⅱ清0，另一方面经53D仍使振荡放大停止工作。单稳触发器IC4－1约经7ms延时回到稳态时，一方面使计数器Ⅰ、Ⅱ进入计数状态，另一方面使振荡放大立即起振，向计数器Ⅰ、Ⅱ发送脉冲，同时其下降沿还触发主机中的单稳态触发器IC8－1。一旦计数脉冲达到既约代码(本方案约定为“900”)，则IC2和IC1的3脚以及IC3的11脚同时输出高电平，经控制逻辑Ⅰ迫使振荡放大停止工作。单稳态触发器IC8－1经约0.32S的延时(这时须发送的控制信号早已发送完毕)回到稳态，其7脚由低电平回到高电平，上升沿便触发单稳态触发器IC8－2，其10脚输出的高电平打开译码电路，这时译码电路只能使与门1Y输出高电平，经二极管23D送往图6的1Q端。这时或非门12HF输出为0，三极管2BG截止，12BG导通，继电器J1吸合，其触点J1－1、J1－2吸合分别使执行机构完成1号机起动操作和使1号机的数码管显示“1”。经约0.5－1.5秒的延时，单稳态触发器IC8－2回到稳态，其10脚输出的低电平又封锁译码电路(这时执行机构早已完成操作任务)。整个操作过程约1秒左右，松开OQN和1N时，图4中的与非门2YF，输出为高电平，它既使单稳态触发器IC4－2又产生一个清0脉冲，又使振荡放大器停振，为下次操作作准备。如果在主机面板2上对1号机进行启动，则只须按下面板2上的1QN(即启动键7与1Q端相连的一个)，这时1Q端为高电平，经图6的或非门12HF，则其6脚输出低电平，三极管2BG截止、12BG导通，继电器J1吸合，触点J1－1和J1－2闭合并分别使执行机构完成起动任务和1号机数码管显示“1”。
上述实施例是以控制10台设备为例。本装置也可根据需要增加或减少控制设备台数，其断相检测路数，控制逻辑∏和驱动机构及故障诊断个数由设备台数决定；计数器Ⅰ、Ⅱ的所用十进制计数器块数可以少于三块或在三块以上；作显示用的发光数码管可用发光二极管代替；现场参数检测控制还可以是其它单元检测电路；控制逻辑Ⅰ、Ⅱ可用其它门电路组合而成；电流传感器1LH－30LH用0.1－0.2漆包线在磁环上绕500－2000匝制成；工作转换开关K1－K10用双联型5A钮子开关，按键1N－10N、OQN、OTN及启动键7、停机键8采用TP801或其它任何系列；热敏电阻RT1－RT3为负温度特性类；现场参数检测控制的电压比较器还可用门电路及其它电子开关电路代替。控制信号的约定代码可任意事先约定。电路中的各集成块、三极管可参见集成电路型号表及晶体管型号表。
本装置使用时，将机箱1安装于总控制屏的面板上，在面板2的安装孔9用螺钉将其固紧，发射器Ⅰ安放在生产现场，因驱动机构输出触点一端已与主机内交流电源火线相接，因此将从多芯插座5引出的1C－10C与相应执行机构(交流接触器)的线圈串联后，再与控制屏内的零线(对于交流接触器线圈为220V者)或另一相(B、C)火线(对于交流接触器的线圈为380V者)相接。将各路试机开关置于试机位置，便可通过现场控制信号发射器或主机键盘对所有设备进行操作模拟试验。
晶体管型号表
权利要求1.一种用于对生产系统各设备实施控制的多功能集散数控装置，由装于机壳的现场控制信号发射器和装于机箱的主机两部分构成，两部分通过传送信号的控制线相连接，其特征在于现场控制信号发射器由操作键盘Ⅰ、计数器Ⅰ、单稳电路Ⅰ和振荡放大，电子开关，控制逻辑Ⅰ及现场参数检测控制组成，主机由操作键盘Ⅱ、计数器Ⅱ、单稳电路Ⅱ、译码电路和控制逻辑Ⅱ、断相检测及故障诊断、数码管显示、电源组成，数台设备和数个控制点用四根传送信号控制线，在每一控制点上设置一个现场控制信号发射器便可对整个生产系统的任一台设备进行控制。
2.根据权利要求1所述的多功能集散数控装置，其特征在于操作键盘Ⅰ由装于机壳面板的启动键、停机键及机号键构成，计数器Ⅰ采用十进制计数器，单稳电路Ⅰ由双单稳触发器及阻容延时元件构成两个单稳态触发器，电子开关采用CMOS模拟开关，振荡放大为键控振荡放大器，现场参数检测控制由电压比较器、热敏电阻、功能开关构成，控制逻辑Ⅰ用CMOS门电路组合而成。
3.根据权利要求1所述的多功能集散数控装置，其特征在于操作键盘Ⅱ由装于机箱面板的启动键、停机键构成，计数器Ⅱ与计数器Ⅰ相同，单稳电路Ⅱ与单稳电路Ⅰ相同，控制逻辑Ⅱ用CMOS门电路组合而成，断相检测由电流传感器、整流桥、电阻、电容及光耦、与非门构成三相断相检测器，驱动机构由三极管、继电器组成，故障诊断由RS触发器和门电路构成的控制逻辑组成。
4.根据权利要求1所述的多功能集散数控装置，其特征在于数码管可用发光二极管代替。
5.根据权利要求1或3所述的多功能集散数控装置，其特征在于在故障诊断上接有由振荡器、三极管、发光二极管、扬声器组成的故障报警指示电路。
6.根据权利要求2所述的多功能集散数控装置，其特征在于电压比较器可用电子开关电路代替。
专利摘要本多功能集散数控装置的现场控制信号发射器由键盘、计数器、单稳电路、振荡器、电子开关、控制逻辑及现场参数检测控制组成，主机由键盘、计数器、单稳电路、译码、控制逻辑、断相检测、驱动机构、故障诊断、显示等组成。它对一个生产系统中数台设备、数个控制点用四根信号控制线，在每一控制点设置一个现场控制信号发射器便可对整个生产系统的任一台设备进行控制。该装置具有控制电路简化、故障率小、工程造价低、节电及为值班人员及时发现问题，维修人员排除故障提供方便等优点。
文档编号G05B19/18GK2152232SQ9323880
公开日1994年1月5日 申请日期1993年6月3日 优先权日1993年6月3日
发明者何巨轮 申请人:何巨轮