一种串联型移位步进控制器的制作方法

本实用新型属于电子技术领域，涉及一种串联型移位步进控制器。

背景技术：

顺序控制是工业自动化装备最常采用的一种工作方式，固定顺序进行控制占到顺序控制的60％左右。在工业自动化系统中，顺序控制往往常采用继电器－接触器控制系统或可编程序控制器(Programmable logic controller，简称PLC)加以解决，但这两种方法各有其优点和缺点。

继电控制系统可靠性差、体积大、能耗高，这对于复杂的顺序控制系统显然是不适合的。PLC系统在可靠性、稳定性以及节能等方面有着其它控制系统无法比拟的优势，但对于固定工艺的顺序单机自动化控制系统又显得大材小用，其性价比无法充分体现。

针对上述存在的问题，现有中国专利文献公开了一种不编程顺序控制器【申请号：CN94112004.X】，它由操作面板和控制线路组成，其特征在于，操作面板上设置一幅通用流程图(或功能表图)，图上标出的每步输出(动作命令)处和输入(转换)处设置有接线端钮，将被控对象和现场信号按工作顺序接入操作面板上流程图(或功能表图)中的相应输入和输出位置来实现顺序控制，控制线路可用多触头继电器组成的步进链、微处理器芯片或集成计数器实现，这种顺序控制器虽然结构简单，不用编程，操作使用方便，可用于工业自动控制及家用顺序控制，但是该顺序控制器在顺序“步”较多时，被控对象和现场信号与输入处和输出处设置的接线端钮的连接关系将非常复杂，从而使控制器自身的结构变得复杂；另外该顺序控制器必须根据不同循环次数更换不用的控制电路，通用性不够。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种串联型移位步进控制器，该串联型移位步进控制器所要解决的技术问题为：如何提高本步进控制器使用的通用性和工作的可靠性。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种串联型移位步进控制器，包括控制电路，所述控制电路包括处理器以及与所述处理器连接的复位电路，其特征在于，所述控制电路还包括用于对状态数量进行显示的显示模块以及用于对状态数量进行设定的选择开关K，所述选择开关K与处理器的输入端连接，所述显示模块与处理器的输出端连接，所述串联型移位步进控制器还包括用于将生产装备控制信号转换为标准电平的输入电路和用于驱动执行电器工作的输出电路，所述输入电路包括若干个与处理器输入端连接的工作信号处理电路，所述输出电路包括若干个与处理器输出端连接的输出接口电路。

本串联型移位步进控制器在实际应用中，首先将生产过程中产生的各状态控制信号分别通过工作信号处理电路连接到处理器的输入端，将各状态执行电器分别通过输出接口电路与处理器的输出端连接，之后通过选择开关K设置完成此次生产工作的状态数量，其中，每按一次选择开关K，处理器将接收到该开关信号，并控制显示模块在其上将显示当前的状态数量，通过在本控制器中设置用于对状态数量进行设置的选择开关K，能够在生产装备不同或工艺不同时造成的状态数量也不同时，无需根据不同的循环次数更换控制电路，只需将状态数量选择开关K按动相应的次数即可，并可通过观察显示模块上的数字来看当前的状态数量，提高了本控制器使用的通用性，本控制电路通过输入电路和输出电路与外部生产设备的控制信号和执行电器连接，能有效隔离设备强电与处理器内部弱电之间的直接联系，防止高低压干扰，有效提高了控制器工作时的可靠性和安全性；通过复位电路控制外部装备停止工作。

在上述的串联型移位步进控制器中，所述工作信号处理电路包括电阻R1、电阻R2、直流电源DC和光耦合器IC_A，所述光耦合器IC_A的输入端并联连接电阻R2，所述光耦合器IC_A的输出端与处理器的输入端连接，所述电阻R2的一端与电阻R1的一端连接，所述电阻R2的另一端与直流电源DC的正极端连接，所述电阻R1的另一端用于接生产装备控制信号，所述直流电源DC的负极端接地。工作信号处理电路的功能是将生产装备产生的控制信号，如控制按钮、行程开关、各种工业传感器等发出的信号，转变为处理器能处理的标准电平并输入处理器，其中，电阻R1用于起到分压的作用，电阻R2用于起到分流的作用，光耦合器IC_A在工作信号处理电路中的使用，隔离了设备强电与处理器内部弱电之间的直接关系，有效地防止高低压干扰，减少故障率，使电路工作更加稳定可靠。

在上述的串联型移位步进控制器中，所述工作信号处理电路还包括并联在电阻R2两端的电容C4以及串联在电阻R2和光耦合器IC_A之间的发光二极管LED。电容C4用于防止外部控制信号因非正常抖动而引起的误动作；发光二极管LED用于显示外部输入的状态。

在上述的串联型移位步进控制器中，所述输出接口电路包括光耦合器IC_B、电阻R4、二极管D1和继电器J，所述光耦合器IC_B的输入端与处理器的输出端连接，所述光耦合器IC_B中三极管的发射极与电阻R4串联后接地，所述光耦合器IC_B中三极管的集电极与继电器J的线圈串联后接直流电压VCC，所述二极管D1通过反接的方式并联在继电器J的线圈两端，所述继电器J的输出触点用于与外部执行电器连接。处理器的输出信号在经过光耦合器IC_B后，直流电压VCC给继电器J的线圈供电，而其输出触点则可直接与外部执行机构的交流电源相接，实现输出电路放大后驱动执行电器工作；通过光耦合器IC_B的使用，隔离了设备强电与处理器内部弱电之间的直接关系，有效地防止高低压干扰，减少故障率，使电路工作更加稳定可靠；通过在继电器的线圈两端反接一个二极管，用于反向放电，起到保护电路的作用，电阻R4用于起到限流的作用。

在上述的串联型移位步进控制器中，所述显示模块包括数码管，，所述数码管与处理器的输出端连接，所述数码管和处理器之间还分别连接有电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电阻R13。数码管用于显示当前的状态数量，电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电阻R13用于起到限流的作用，进而提高数码管的使用寿命。

在上述的串联型移位步进控制器中，所述处理器采用单片机。单片机具有高集成度，体积小的优点，采用单片机，能够降低本控制器的生产成本，同时也能保证其使用的性价比。

在上述的串联型移位步进控制器中，所述控制电路还包括时钟电路，所述时钟电路包括电容C1、电容C2和晶振X1，所述晶振X1的两端分别与处理器连接，所述晶振X1的两端还分别连接电容C1和电容C2后接地。时钟电路为处理器产生时钟脉冲，使处理器在时钟脉冲驱动下进行运算和控制。

在上述的串联型移位步进控制器中，所述复位电路包括复位按钮K₀、电容C3和电阻R5，所述处理器的复位端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与复位按钮K₀串联后接电源VDD，所述复位按钮K₀的两端与电容C3并联连接。在处理器出现死机或出现故障时，可通过复位按钮K₀使本控制器的工作状态恢复到初始状态，也可以通过该复位按钮K₀停止工作。

与现有技术相比，本串联型移位步进控制器具有以下优点：

1、本实用新型能够通过选择开关对生产过程中的状态数量进行选择，并能通过数码管进行直观显示当前的状态数量，有效满足了不同生产装备、不同工艺下构成状态数量不相同时的使用，有效提高了控制器的通用性。

2、本实用新型在输入电路、输出电路与处理器内部信号之间均采用光电隔离措施，有效增加了控制器工作时的可靠性和安全性。

3、本实用新型通过单片机和外围分立元件构成，具有性能稳定、可靠性高、体积小、重量轻、通用性强且价格低等优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意框图。

图2是本实用新型的电路图。

图中，1、控制电路；11、处理器；12、复位电路；13、时钟电路；14、显示模块；14a、数码管；14b、上拉电阻；2、输入电路；21、工作信号处理电路；3、输出电路；31、输出接口电路；4、电源电路。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1所示，本串联型移位步进控制器包括控制电路1、电源电路4、用于将生产装备控制信号转换为标准电平的输入电路2和用于驱动执行电器工作的输出电路3，其中，控制电路1包括处理器11、时钟电路13、复位电路12、用于对状态数量进行显示的显示模块14和用于对状态数量进行设定的选择开关K，选择开关K与处理器11的输入端连接，显示模块14与处理器11的输出端连接；输入电路2包括若干个与处理器11输入端连接的工作信号处理电路21，输出电路3包括若干个与处理器11输出端连接的输出接口电路31；

其中，如图2所示，电源电路4包括直流电源DC、直流电压VCC和电源VDD。直流电源DC采用24V电压，直流电压VCC采用12V电压，电源VDD采用5V电压。

工作信号处理电路21包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、直流电源DC、电容C4、发光二极管LED、电源VDD和光耦合器IC_A，光耦合器IC_A的输入端串联连接发光二极管LED后与电阻R2并联连接，光耦合器IC_A的输出端与处理器11的输入端连接，其中，光耦合器的输出端包括三极管的发射极和三极管的集电极，发射极与处理器11的输入端连接，集电极和电阻R3串联后接地，集电极接电源VDD，电阻R2的一端与电阻R1的一端连接，电阻R2的另一端与直流电源DC的正极端连接，电阻R1的另一端用于接生产装备控制信号，直流电源DC的负极端接地，电容C4并联连接在电阻R2两端。工作信号处理电路21的功能是将生产装备产生的控制信号，如控制按钮、行程开关、各种工业传感器等发出的信号，转变为处理器11能处理的标准电平并输入处理器11，其中，电阻R1起到分压的作用，电阻R2起到分流的作用；电容C4用于防止外部控制信号因非正常抖动而引起的误动作；发光二极管用于显示外部输入的状态；光耦合器IC_A在工作信号处理电路21中的使用，隔离了设备强电与处理器11内部弱电之间的直接关系，有效地防止高低压干扰，减少故障率，使电路工作更加稳定可靠。

输出接口电路31包括光耦合器IC_B、电阻R4、二极管D1和继电器J，光耦合器IC_B的输入端与处理器11的输出端连接，光耦合器IC_B中三极管的发射极与电阻R4串联后接地，光耦合器IC_B中三极管的集电极与继电器J的线圈串联后接直流电压VCC，二极管D1通过反接的方式并联在继电器J的线圈两端，具体为：二极管D1的正极接光耦合器IC_B中三极管的集电极，负极接直流电压VCC，继电器J的输出触点用于与外部执行电器连接。处理器11的输出信号在经过光耦合器IC_B后，直流电压VCC给继电器J的线圈供电，而其输出触点则可直接与外部执行机构的交流电源相接，实现输出电路3放大后驱动执行电器工作；通过光耦合器IC_B的使用，隔离了设备强电与处理器11内部弱电之间的直接关系，有效地防止高低压干扰，减少故障率，使电路工作更加稳定可靠；通过在继电器的线圈两端反接一个二极管，用于反向放电，起到保护电路的作用，电阻R4用于起到限流的作用。

显示模块14包括数码管14a，数码管14a与处理器11的输出端连接，数码管14a和处理器11之间还分别连接有电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电阻R13。数码管14a用于显示当前的状态数量，电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电阻R13用于起到限流的作用，进而提高数码管的使用寿命。

作为优选，处理器11采用单片机。单片机选用型号为STC89C52的单片机。单片机具有高集成度，体积小的优点，采用单片机，能够降低本控制器的生产成本，同时也能保证其使用的性价比。

时钟电路13包括电容C1、电容C2和晶振X1，电容C1和晶振X1串联后与电容C2并联，电容C1和电容C2的连接处接地，电容C1和晶振X1的连接处与处理器11连接，电容C2和晶振X1的连接处与处理器11连接。时钟电路13为处理器11产生时钟脉冲，使处理器11在时钟脉冲驱动下进行运算和控制。

复位电路12包括复位按钮K₀、电容C3和电阻R5，处理器11的复位端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与复位按钮K₀串联后接电源VDD，复位按钮K₀的两端与电容C3并联连接。在处理器11出现死机或出现故障时，可通过复位按钮K₀使本控制器的工作状态恢复到初始状态，也可以通过该复位按钮K₀停止工作。

如图2所示，在处理器11采用单片机时，本串联型移位步进控制器的具体电路连接结构为：单片机的XTAL1端和XTAL2端分别与晶振X1的两端连接，单片机的XTAL1端还连接电容C1后接地，单片机的XTAL2端还连接电容C2接地；单片机的RST端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与单片机EA端串联一个电容C3，电容C3的两端并联连接一个复位按钮K₀，复位按钮连接电源VDD，电源VDD采用+5V电压；单片机的7个输出端接数码管14a，单片机的7个输出端与数码管14a之间分别连接有电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻10、电阻R11、电阻R12和电阻R13，在数码管14a连接在单片机的P0口时，单片机的7个输出端与数码管14a之间还连接有一个上拉电阻14b，上拉电阻14b和数码管14a的电源端接电源VDD，单片机的输入端串联选择开关K后接地，单片机的输出端与电源VDD之间连接有电阻R6，单片机的输入端通过输入电路2与生产装备控制信号连接，其中生产装备控制信号包括控制按钮、行程开关、各种工业传感器等发出的信号，这些信号均为强电流，经输入电路2转变为标准电平后输入单片机，提高控制器工作的可靠性，单片机的输出端通过输出电路3与生产装备执行机构连接，由于大多数生产装备执行机构采用的电压为交流220V或380V，通过输出电路3的使用，能够将单片机的输出信号放大为可直接驱动现场执行机构的高电平、大电流信号，提高控制器工作的可靠性和安全性。

本串联型移位步进控制器在实际应用中，由于生产过程中产生的各状态控制信号的作用以及发生的时序是不相同的，每个状态控制信号连接一个工作信号处理电路21后接单片机的输入端，每个状态执行机构分别通过一个输出接口电路31与单片机的输出端连接，在生产装备产生的各状态控制信号和各状态执行机构与本串联型移位步进控制器连接后，通过选择开关K设置完成此次生产工作的状态数量，其中，每按一次选择开关K，显示模块14的数码管14a上将显示当前的状态数量。以组合深孔钻床加工工作为例，在工作时，为了将铁销带出孔洞以保证钻销过程顺利进行，要求钻头作以下工作，包括工作进给、工作后退、工作进给、工作后退等多次往复循环。由于不同工件孔深度不同，钻头工作循环的次数也不相同，现以两次工作循环为例，本次工作产生的各状态控制信号包括启动按钮、原位动合行程开关、开始钻销位置动合行程开关、第一钻销行程终点动合开关、第二钻销行程终点动合开关，这些信号均为转移条件信号，在与本控制器连接时，只需将这五个控制信号依次通过工作信号处理电路21与单片机的输入端连接即可，各状态执行机构则通过输出接口电路31与单片机的输出端连接，在完成外部连接后，将状态数量选择为5，当循环次数发生变化时，仅需更改选择开关K的按动次数即可，在钻销工作时，按下启动按钮，表示外部输入信号触发，单片机则设定该状态为1，表示该状态被激活或开通，从而驱动相应的执行电器工作，在完成工作后，原位动合行程开关触发条件满足，单片机设定该状态为1，从而驱动相应的执行电器工作，通过这样的方式，在单片机的控制下实现状态1的自动循环移动，当相应输入条件触发时，相应的状态被激活，相应的执行机构将进入工作状态，进而完成该生产加工的顺序控制。在本控制器中，采用单片机的控制方式，使电路结构更加简单、工作更加可靠，同时也扩展了其使用范围。

在本实施例中公开的电路中，该串联型移位步进控制器最多可处理12个输入信号和12个输出信号，在实际应用中，可用多片单片机串联设计出任意状态数量的串联型移位步进控制器，实现本控制器的通用性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。