专利名称：逻辑控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种逻辑控制装置。特别是涉及一种成本低、寿命长、可靠性高，可编 程、可修改程序、元件易于更换通用型逻辑控制装置。
背景技术：
目前，随着现代化工业的快速发展，特备是在人力资源成本不断上升的今天，各种 中小型控制设备越来越多的被企业所应用，其自动化程度也越来越高。这就迫使其配套控 制器自动化程度的提高，于是可编程控制器(PLC)也就越来越多的用在其中。可编程控制 器(PLC)是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技 而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的新产 品，具有多输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力，具有可靠性高、抗干扰能力强、灵活 性好、编程方便等特点。正式基于这些特点，PLC控制在国内外都有了很好的发展。但是目 前PLC的生产商大都是国外公司，比如欧姆龙、西门子、三菱等。这些公司的产品虽然比较 先进，但是成本一般较高，使整机设备成本往往也很高。随着社会的发展，企业间的竞争也日益激烈，怎样提高产品质量，降低产品成本成 为企业竞争的核心。中小型设备由于本身的价格并不高，再配上价格昂贵的PLC显然是不 合适的，即使用最便宜的PLC成本也不会很低，这样在中小型设备的控制中急需一种更为 廉价的控制器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出了一种成本低、寿命长、可靠性高，可编程、可 修改程序、元件易于更换通用型逻辑控制装置。本发明所采用的技术方案是一种逻辑控制装置，包括有单片机系统，还设置有 输入电路，用于单片机系统接受现场设备提供的信号，如按钮、操作开关、限位开关、继电器 触点、接近开关等；继电器输出电路，用于将单片机的微弱电信号经过光电隔离、功率放大 等处理后变换成外部设备所需要的强电信号，以驱动执行元件，如接触器、电磁阀、电磁铁 等；晶体管输出电路，用于将单片机的微弱电信号(一般频率较高)经过光电隔离、功率放 大等处理后变换成外部设备所需要的强电信号，以驱动执行元件；电源，用于向单片机或外 设提供电源，该电源具有5V、12V、24V互相切换功能。所述的输入电路用于单片机系统接受现场设备提供的信号，如按钮、操作开关、限 位开关、继电器触点、接近开关等；该输入电路由NPN、PNP转换电路，光电隔离，达林顿驱动 管，LED指示灯等部分组成；针对目前传感器的型式一般为NPN的或PNP的，该转换电路使 逻辑控制装置可以接受任意一种传感信号；光电隔离可防止外部高电压串入单片机系统； 达林顿驱动管主要是能驱动LED指示灯。所述的单片机系统是采用ATMEL公司的AT89C51系列芯片，是整个控制装置的核 心，全部的逻辑运算均在该系统内完成；单片机系统通过输入电路接收到信号后，可进行包括逻辑运算、定时、计数等逻辑控制，并输出相应的控制信号到继电器输出电路或晶体管输 出电路。所述的继电器输出电路由驱动芯片、LED指示灯、光电隔离、晶体管、继电器等部分 组成；驱动芯片用于提高单片机的驱动电流，用于驱动LED指示灯；光电隔离防止强弱电相 互干扰；晶体管用于控制继电器，可防止逻辑控制装置上电时误导通；继电器起到功率放 大的作用，采用继电器的目的是可以对大功率的设备进行控制而且可靠性高、电压隔离性 好。所述的晶体管输出电路由驱动芯片、LED指示灯、光电隔离、晶体管等部分组成； 驱动芯片提高单片机的驱动电流，用于驱动LED指示灯；光电隔离防止强弱电相互干扰；晶 体管用于控制继电器，可防止逻辑控制装置上电时误导通；由于晶体管开关频率较高，在高 频信号输出时可以采用晶体管的输出。本发明的逻辑控制装置，是一种成本低、寿命长、可靠性高，可编程、可修改程序、 元件易于更换通用型逻辑控制装置。该技术的实际应用必将为中小型设备的控制提供一种 新的途径。
图1是本发明的整体结构框图；图2是输入电路原理图；图3是继电器输出电路原理图；图4是晶体管输出电路原理图。其中1:输入电路4:晶体管输出电路2:单片机系统5:电源3:继电器输出电路
具体实施例方式本发明提供一种成本低、寿命长、可靠性高，可编程、可修改程序、元件易于更换通 用型逻辑控制装置。该系统为进一步提高中小型设备的控制提供一种新办法，大大提高设 备的市场竞争力。下面结合实施例和附图对逻辑控制装置做出详细说明。如图1所示，本发明的逻辑控制装置，包括有单片机系统2，还设置有输入电路1， 用于单片机系统接受现场设备提供的信号，如按钮、操作开关、限位开关、继电器触点、接近 开关等；继电器输出电路3，用于将单片机的微弱电信号经过光电隔离、功率放大等处理后 变换成外部设备所需要的强电信号，以驱动执行元件，如接触器、电磁阀、电磁铁等；晶体管 输出电路4，用于将单片机的微弱电信号(一般频率较高)经过光电隔离、功率放大等处理 后变换成外部设备所需要的强电信号，以驱动执行元件；电源5，用于向单片机或外设提供 电源，该电源具有5V、12V、24V互相切换功能。如图2所示，所述的输入电路1用于单片机系统接受现场设备提供的信号，如按 钮、操作开关、限位开关、继电器触点、接近开关等；该输入电路由NPN、PNP转换电路Si，光 电隔离U1A，达林顿驱动管U2，LED指示灯Dl等部分组成；针对目前传感器的型式一般为NPN的或PNP的，该转换电路使逻辑控制装置可以接受任意一种传感信号；光电隔离UlA可 防止外部高电压串入单片机系统；达林顿驱动管U2主要是能驱动LED指示灯Dl ；逻辑控制 装置的PCB设计时，输入接口采用20点开关量输出(4点/公共端5组)可进行NPN/PNP 输入切换(通过切换开关)，输入信号采用螺旋式压接端子与PCB板连接，通过输入LED进 行显示，预留电位测试端子；如图3所示，所述的继电器输出电路3由一个驱动芯片U3A、LED指示灯D21、光电 隔离U4A、晶体管Q1、继电器Kl等部分组成；驱动芯片U13A提高单片机的驱动电流，用于驱 动LED指示灯D21 ；光电隔离U4A防止强弱电相互干扰；晶体管Ql用于控制继电器Kl，可防 止逻辑控制装置上电时误导通；继电器Kl起到功率放大的作用，采用继电器的目的是可以 对大功率的设备进行控制而且可靠性高、电压隔离性好；逻辑控制装置的PCB设计时，输出 接口采用8点继电器输出(4点/公共端2组)，输出点接点能力为3A/点，输出信号采用螺 旋式压接端子与PCB板连接，通过输出LED进行显示，预留电位测试端子；如图4所示，所述的晶体管输出电路4由一个驱动芯片U13A、LED指示灯D3、光电 隔离TOA、晶体管Q2等部分组成；驱动芯片U13A提高单片机的驱动电流，用于驱动LED指 示灯D3 ；光电隔离U5A防止强弱电相互干扰；晶体管Q2用于控制继电器，可防止逻辑控制 装置上电时误导通；由于继电器不适合高频输出，因此在高频信号输出时可以采用晶体管 的输出。逻辑控制装置的PCB设计时，输出接口采用4点晶体管输出(4点/公共端1组)， 输出点接点能力为0. 8A/点，输出频率可达10K，输出信号采用螺旋式压接端子与PCB板连 接，通过输出LED进行显示，预留电位测试端子；单片机本身具有很好的可编程能力，该装置的所有逻辑运算均在单片机系统本身 完成。该逻辑控制装置的主要技术指标为PCB板尺寸140X 120mm ；单片机程序容量8K ； 程序开发软件C语言或者汇编；输入输出点数输入20点、输出12点，输出接点能力3A/ 点共8路，0. 8A/点共4路。综上所述，本发明所述逻辑控制装置的优点是(1)结构简单、控制方便，成本低；(2)可靠性高，寿命长；(3)可编程能力强，程序可多次修改；(4)采用模块化设计，易于检查故障和更换元件；以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所 示的也只是本发明的实施方式之。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本 发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的同类部件或其它形式的各部件布局方式，不经创 造性的设计出与该技术方案相似的技术方案与实施例，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
一种逻辑控制装置，包括有单片机系统(2)，其特征在于，还设置有输入电路(1)，用于单片机系统(2)接受现场设备提供的信号，现场设备包括按钮、操作开关、限位开关、继电器触点、接近开关；继电器输出电路(3)，用于将单片机的微弱电信号经过光电隔离、功率放大处理后变换成外部设备所需要的强电信号，以驱动执行接触器、电磁阀、电磁铁；晶体管输出电路(4)，用于将单片机的微弱电信号(一般频率较高)经过光电隔离、功率放大等处理后变换成外部设备所需要的强电信号，以驱动执行元件；电源(5)，用于向单片机或外设提供电源，该电源具有5V、12V、24V互相切换功能。
2.根据权利要求1所述的逻辑控制装置，其特征在于，所述的输入电路(1)用于单片机 系统接受现场设备提供的信号，现场设备包括按钮、操作开关、限位开关、继电器触点、接近 开关；该输入电路(1)由两个NPN、PNP转换电路(Si、S2)，两个光电隔离(U1A、U1B)，达林 顿驱动管U2，两个LED指示灯(D1、D2)组成。
3.根据权利要求1所述的逻辑控制装置，其特征在于，所述的继电器输出电路(3)由一 个驱动芯片(U3A)、LED指示灯(D21)、光电隔离(U4A)、晶体管(Ql)、继电器(Kl)组成；驱 动芯片(U3A)与单片机系统(2)输出口连接，用于驱动LED指示灯(D21)；光电隔离(U4A) 输入部分与+5V电源和LED指示灯(D21)连接，输出部分通过电阻(R7、R8)与晶体管(Ql) 连接；晶体管(Ql)的输出连接控制继电器(Kl)。
4.根据权利要求1所述的逻辑控制装置，其特征在于，所述的晶体管输出电路(4)由一 个驱动芯片(U13A)、LED指示灯(D3)、光电隔离(U5A)、晶体管(Q2)组成；驱动芯片(U13A) 与单片机系统⑵输出口连接，用于驱动LED指示灯(D3)；光电隔离(TOA)输入部分与+5V 电源和LED指示灯(D3)连接，输出部分通过电阻(R11、R12)与晶体管(Q2)连接；晶体管 (Ql)的输出连接外部控制元件。
全文摘要
本发明公开一种逻辑控制装置，包括有输入电路、单片机系统、继电器输出电路、晶体管输出电路、电源五个部分。该系统属于自动化控制领域，解决了一般中小型设备控制成本高的的问题，为中小型设备的控制提供了一种新途径。输入接口采用20点开关量输出可进行NPN/PNP输入切换，通过输入LED进行显示；输出接口采用8点继电器输出和4点晶体管输出；核心系统采用单片机，具有逻辑运算、定时、计数等功能。该逻辑控制装置是一种通用型控制装置，可普遍代替中小型设备的PLC控制，达到节约成本的目的。
文档编号G05B19/042GK101976052SQ201010532448
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者刘雪莉, 李群, 李阳, 肖朝霞, 高圣伟 申请人:天津工业大学