专利名称：工业控制操作器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工业控制用的操作仪表，属于G05B技术领域。
现有的控制操作器为指针显示，分辨率为1％单一信号显示，其量程是0-10MA，4-20MA，0-5V中的一种，操作器内无信号保持、故障处理及保护功能。不能满足工业实时控制的要求。特别是在操作器出现故障时，执行器不能保持原来状态，给生产造成损失。
本实用新型的目的在于提供一种具有多量程显示、自动跟踪、无扰动、无平衡切换、故障联锁处理与保护功能的新型控制操作器。
本实用新型的技术解决方案如下整机结构如
图1，由机壳(1)、变压器(2)、电源板(3)、D/A转换板(4)、V/I转换板(5)、显示器(6)组成；其特点是D/A转换板上有信号转换电路ST1和信号转换电路ST2，数值保持电路DH；V/I转换板上有故障判断保护电路GZ，自动量程转换电路CT；信号转换电路ST1、信号转换电路ST2输出端H、M分别连至数值保持电路DH、故障判断保护电路GZ的输入端H′、M′，数值保持电路DH的输出端C连至故障判断保护电路GZ的输入端C′，信号转换电路ST2的输出端S、M连到故障判断保护电路GZ的输入端S′、M′，故障判断保护电路GZ的输出端B经过V/I2后连到量程转换电路CT输入端，量程转换电路CT的输出连至显示器LED。
上述信号转换电路ST1由运算放大器U23、U24、电位器W22构成的转换电路，运算放大器U21、U22、电位器W21构成的正反转换电路，及电阻R22、DIP开关K21、K22、K23、K24组成；信号输入端A接到运算放大器U23输入端(2)同时经过电阻R21接地；U23输出端(3)接至U24输入端(2)，并返馈至输入端(1)，同时从M端输出给故障判断保护电路GZ；W22的(1)、(2)端分别接V+、V-，其(3)端接到U24输入端(1)；U24输出端(3)返馈至输入端(1)，同时又经K22接至U21输入端(2)，并经K23从H端输出给数值保持电路DH；正反转换电路中U21输入端(2)经K21与A端和R21连接，其输出端(3)反馈至输入端(1)，同时接至U22输入端(1)；W21的(1)、(2)端分别接V+、V-，其(3)端接到U22输入端(2)；U22输出端(3)返馈至输入端(1)，同时又经K24从H端输出给数值保持电路DH。
上述数值保持电路DH，由减法器U1、比较器U2、与门U3、电子开关(KS1、KS2)、手动开关(K1、K2)、双D触发器U4、与非门U5、加减计数器U6、D/A转换器U7、或门U8、与非门U9、时钟U10、电位器(W1、W2)组成；U1输出端(3)与比较器U2输入端(2、3)连接；U2输入端(1、4)分别接到W1、W2的滑动端，W1、W2串联后分别接V+、V-；U2输出端(5、6)接到U3输入端(1、3)；U3输出端(5、6)分别接到KS1、KS2控制端3，KS1、KS2、K1、K2的1端并联后接到U10；KS1，K1的2端并联后接到U4输入端(1)，KS2、K2的2端并联后接到U4输入端(2)；U4输出端(3、4)端分别接U5输入端(1、3)，U5输出端(5、6)接U6输入端(1、2)；U6的三个四位数据线输出端(3、4、5)分别接到U7输入端(1、2、3)，同时输出端(4、5)共8位数据线分别接U8、U9输入端(1)；U8、U9输出端(2)分别接U5输入端(2、4)；U7输出端(4)接U1输入端(2)，同时从C端输出给故障判断保护电路GZ；信号转换电路ST1的输出经H′接至U1输入端(1)；U3的(2、4)端接自动/手动切换电路输出端D/E。
上述故障判断保护电路GZ，由运算放大器U31，比较器U32，非门U35、U33，或门U34、U37，与门U36电子开关K32、K33、K31组成；故障信号经M′接至运算放大器U31输入端(2)；U31输出端(3)接至U32输入端(1)，同时又返馈到输入端(1)；V+经电阻R31、电位器W31接地；U32输入端(2)接电位器W31滑动端，其输出端(3)接至U34输入端(2)；U34输出端(3)分别接到U35输入端(1)和U37输入端(2)；U35输出端(2)接U36输入端(2)；手动/自动状态信号D、E分别接至U37、U36输入端(1)；U37和U36输出端(3)分别接电子开关K32、K33控制端(3)，K32的(2)端与K33的(1)端连接，同时经B端输出给V/I转换电路V/I2；数值保持电路信号经C′端接到K33的(2)端，信号转换电路的信号经S′端接到K32的(1)端；计算机故障信号经N端、R33、U33接至U34输入端(1)。
上述自动量程转换电路CT，由减法器U41、比较器U42、非门(U43、U44、U45、U46)、电子开关(K41、K42、K43、K44)组成；减法器U41输入端(1、2)与V/I转换电路的电阻R41并连，其输出端(3)接比较器U42输入端(2)；U42输入端(1)接+5V精密电源，其输出端(3)接U43输入端(1)，非门(U43、U44、U45、U46)串联，同时(U43、U44、U45、U46)的输出端又分别与电子开关K41、K42、K43、K44的控制端(1)连接；K42的(3)端接到R42、R43串连端；晶体管T42发射极接至K41的(2)端和R42，并R42、R43接至显示器LED信号输入端(1-)，同时从L端输出给执行器；K41的(3)端、K43的(2、3)端、K44的(3)端分别与显示器LED信号输入端(2+)、量程转换端(3M、4G、5N)连接。
本工业控制操作器是电动单元组合仪表中不可缺少的手动和自动操作型仪表，具有自动跟踪、无扰动、无平衡切换、事故联锁与断信号保护功能。通过内部DIP开关的不同设置，可以使本操作器转变为0-10MA，4-20MA或1-5V直流信号控制器；可以将调节器输出的4-20MA或1-5V直流信号线性地转变为4-20MA或1-5V直流信号。可直接与计算机联网使用，将计算机出的1-5V直流信号线性地转换为4-20MA或1-5V直流信号去控制执行器，同时把执行器位置反馈信号和仪表工作状态信号输出给计算机。本实用新型的输出显示改变了传统的指针方式，采用LEI)数字显示和LED光柱显示，读数清晰方便，而且可以自动换挡超范围显示，即可显示出20MA以上数值。
以下结合附图对本实用新型实施例进行说明图1为本实用新型的整机结构图图2为D/A转换板，V/I转换板结构框图图3为信号转换电路图图4为数值保持电路图图5为故障判断保护电路图图6为自动量程转换电路图信号转换电路如图3，运算放大器U23、U24(347)与电位器W22组成了正向信号转换电路；运算放大器U21、U22(347)与电位器W22组成了反转换电路。本实用新型采用2套信号转换电路，其中信号转换电路ST1为数值保持电路转换信号，信号转换电路ST2为V/I转换电路转换信号。在信号转换电路ST1中，由G端输入的反馈信号是电流信号，经电阻R21后转为电压信号ΔV1，该信号经U23后送至U24的输入端2，U24的1端从W22取基准电压ΔV0，在U24中经过ΔV1+ΔV0运算后产生输出电压ΔV，该电压经K22、K23送到数值保持电路DH的H′端。U21的输入端2经K21从R21取出信号电压ΔV1，经U21后送到U22的1端，U22的2端从W21取出基准电压ΔV0，在U22中经过ΔV0-ΔV1运算后产生输出电压-ΔV，-ΔV与ΔV的变量方向相反，该电压信号也可经K24送到数值保持电路DH；U23的输出经M送到故障判断保护电路GZ。电路中的K21、K22、K23、K24为DIP开关，其作用是接入或切断本电路。信号转换电路ST2与ST1相同，只是ST2的输入端A的信号取自调节器输出信号或计算机输出信号，其M端输出的电压信号通过故障判断保护电路GZ送到V/I转换电路(V/I2)。
数值保持电路如图6，从信号转换电路H′端来的电压信号VA和U7来的电压信号VB在减法器V1中相减，其差值的正负决定了U2与W2、W2组成的比较器的输出状态，从而决定U3的两个输出端5、6的状态。当VA＞VB时，U3的5端输出为1，使KS1闭合，时钟电路U10的输出脉冲经U4整形后通过与非门U5的5端输出，使加减计数器U6加法计数，并由U6输出计数值至D/A转换器U7，U7输出VB返馈至U1，再次比较，直到VA＝VB。当VA＝VB时，U1输出0，U3的5、6端输出为0，KS1、KS2断开，中断脉冲输入。当VA＜VB时，U3的6端输出为1，使KS2闭合，时钟脉冲经K32、U4、U5，从U5的5端进U6的2端，使U6做减法计数，并经U7返馈至U1，再次比较，直至VA＝VB。图中U9为保持值上限门，U8为下限门。当计数器值达到上限或下限时，关闭U5，中断计数脉冲，使计数器停上计数，避免溢出归零。
在自动控制方式时，数值保持电路用于跟踪控制状态并保存，以便在转为手动控制时在原状态基础上调整。在手动控制方式时，数值保持电路用于手动控制，图中K1、K2为手动控制操作开关，开关闭合时，允许脉冲通过，使加减计数器计数并经U7转换后输出经故障判断保护电路GZ后送到V/I2，再经量程转换电路CT的M端输出给执行器。
U3为手动/自动转换开关其2、4端为手动/自动切换信号输入，自动时为1，与门U3开，允许1、3端的输入，从而通过U3使KS1或KS2开。手动时，与门U3关闭，禁止1、3端的输入，KS1、KS2断开，只能通过K1、K2输入脉冲。
故障判断保护电路如图4.由信号转换电路ST1、ST2的M端来的信号经U31进入比较器U32，该信号在U32内与从W31取出的断信号诊断值做比较。当判断出信号中断时，U32状态改变，输出为1，经或门U34后再经或门U37，同时经非门U35，与门U36后，使K33通，K32断.数值保持电路保持的执行器状态经K33送到V/I转换电路控制执行器保持原状态。图4中F是由计算机来的故障信号。当计算机有故障时，非门U33输入端为0，输出为1，经或门U34后，再经或门U37，同时经非门U35，与门U36，使K33通，K32断，数值保持电路中保持的执行器状态值经K33送到V/I转换电路再控制执行器保持原状态。同时由信号转换电路S端输出的信号被K32断开。上述两种故障均通过U36屏蔽手动/自动转换电路的控制信号，使操作器处于手动控制。当M端，F端均为正常时，K32通，K33断、信号转电路ST2的输出端S输出经K32送到V/I2，然后自动量程转换电路M端输出给执行器。
自动量程转换电路如图5，电压信号经V/I转换后，电流信号经采样电阻R42、R43后输出给执行单元；电路中减法器U41从R41取出电压值，该值与输出电流成线性对应关系。该电压值在比较器U42中与1端输入的精密电压+5V相比较，U42的输出根据采样电压值小于5伏或大于等于5伏而变化，并推动其后面的门电路及电子开关状态改变，从而改变显示量程及小数点位置。图中显示器LED的1-、2+是信号输入端，3M、5N是小数点位置控制端，4G是公共端。当采样值小5伏时，比较器3端输出为0，U43输出为1，U44输出为0，U45输出为1，U46输出为0，K41闭合，K42断开，K43闭合，K44断开，1-、2+的输入信号值为R42与R43串联后的两端电压。小数点控制端M有效，此时是常规量程显示。当采样值等于5伏时，比较器U42翻转，3端输出为0，从而使U43、U44、U45、U46状态改变，K41断开，K42闭合，1-，2+的信号值输入为R43的两端电压，小数点控制端N有效，使小点右移一位，采样显示量程相应改变。
权利要求1.一种工业控制操作器，由机壳(1)、变压器(2)、电源板(3)、D/A转换板(4)、V/I转换板(5)、显示器(6)组成，其特征在于D/A转换板上有信号转换电路ST1和信号转换电路ST2，数值保持电路DH；V/I转换板上有故障判断保护电路GZ，自动量程转换电路CT；信号转换电路ST1、信号转换电路ST2输出端H、M分别连至数值保持电路DH、故障判断保护电路GZ的输入端H′、M′，数值保持电路DH的输出端C连至故障判断保护电路GZ的输入端C′，信号转换电路ST2的输出端S、M连到故障判断保护电路GZ的输入端S′、M′，故障判断保护电路GZ的输出端B经过V/I2后连到量程转换电路CT输入端，量程转换电路CT的输出连至显示器LED。
2.根据权利要求1所述的工业控制操作器，其特征在于所述信号转换电路ST1由运算放大器U23、U24、电位器W22构成的转换电路，运算放大器U21、U22、电位器W21构成的正反转换电路，及电阻R22、DIP开关K21、K22、K23、K24组成；信号输入端A接到运算放大器U23输入端(2)同时经过电阻R21接地；U23输出端(3)接至U24输入端(2)，并返馈至输入端(1)，同时从M端输出给故障判断保护电路GZ；W22的(1)、(2)端分别接V+、V-，其(3)端接到U24输入端(1)；U24输出端(3)返馈至输入端(1)，同时又经K22接至U21输入端(2)，并经K23从H端输出给数值保持电路DH；正反转换电路中U21输入端(2)经K21与A端和R21连接，其输出端(3)反馈至输入端(1)，同时接至U22输入端(1)；W21的(1)、(2)端分别接V+、V-，其(3)端接到U22输入端(2)；U22输出端(3)返馈至输入端(1)，同时又经K24从H端输出给数值保持电路DH。
3.根据权利要求1或2所述的工业控制操作器，其特征在于所述数值保持电路DH，由减法器U1、比较器U2、与门U3、电子开关(KS1、KS2)、手动开关(K1、K2)、双D触发器U4、与非门U5、加减计数器U6、D/A转换器U7、或门U8、与非门U9、时钟U10、电位器(W1、W2)组成；U1输出端(3)与比较器U2输入端(2、3)连接；U2输入端(1、4)分别接到W1、W2的滑动端，W1、W2串联后分别接V+、V-；U2输出端(5、6)接到U3输入端(1、3)；U3输出端(5、6)分别接到KS1、KS2控制端3，KS1、KS2、K1、K2的1端并联后接到U10；KS1，K1的2端并联后接到U4输入端(1)，KS2、K2的2端并联后接到U4输入端(2)；U4输出端(3、4)端分别接U5输入端(1、3)，U5输出端(5、6)接U6输入端(1、2)；U6的三个四位数据线输出端(3、4、5)分别接到U7输入端(1、2、3)，同时输出端(4、5)共8位数据线分别接U8、U9输入端(1)；U8、U9输出端(2)分别接U5输入端(2、4)；U7输出端(4)接U1输入端(2)，同时从C端输出给故障判断保护电路GZ；信号转换电路ST1的输出经H′接至U1输入端(1)；U3的(2、4)端接自动/手动切换电路输出端D/E。
4.根据权利要求3所述的工业控制操作器，其特征在于所述故障判断保护电路GZ，由运算放大器U31，比较器U32，非门U35、U33，或门U34、U37，与门U36电子开关K32、K33、K31组成；故障信号经M′接至运算放大器U31输入端(2)；U31输出端(3)接至U32输入端(1)，同时又返馈到输入端(1)；V+经电阻R31、电位器W31接地；U32输入端(2)接电位器W31滑动端，其输出端(3)接至U34输入端(2)；U34输出端(3)分别接到U35输入端(1)和U37输入端(2)；U35输出端(2)接U36输入端(2)；手动/自动状态信号D、E分别接至U37、U36输入端(1)；U37和U36输出端(3)分别接电子开关K32、K33控制端(3)，K32的(2)端与K33的(1)端连接，同时经B端输出给V/I转换电路V/I2；数值保持电路信号经C′端接到K33的(2)端，信号转换电路的信号经S′端接到K32的(1)端；计算机故障信号经N端、R33、U33接至U34输入端(1)。
5.根据权利要求4所述的工业控制操作器，其特征在于所述自动量程转换电路CT，由减法器U41、比较器U42、非门(U43、U44、U45、U46)、电子开关(K41、K42、K43、K44)组成；减法器U41输入端(1、2)与V/I转换电路的电阻R41并连，其输出端(3)接比较器U42输入端(2)；U42输入端(1)接+5V精密电源，其输出端(3)接U43输入端(1)，非门(U43、U44、U45、U46)串联，同时(U43、U44、U45、U46)的输出端又分别与电子开关K41、K42、K43、K44的控制端(1)连接；K42的(3)端接到R42、R43串连端；晶体管T42发射极接至K41的(2)端和R42，并R42、R43接至显示器LED信号输入端(1-)，同时从L端输出给执行器；K41的(3)端、K43的(2、3)端、K44的(3)端分别与显示器LED信号输入端(2+)、量程转换端(3M、4G、5N)连接。
专利摘要本实用新型涉及一种工业控制用的操作仪表，由壳体、变压器、电源板、D/A转换板、V/I转换板、显示表头组成，D/A转换板上有信号转换电路ST1，信号转换电路ST2，数值保持电阻DH，V/I转换板上有故障判断保护电路GZ，自动量程转换电路CT，本工业控制操作器是电动单元组合仪表中不可缺少的手动和自动操作型仪表，具有自动跟踪、无扰动、无平衡切换、事故联锁与断信号保护功能，并可直接与计算机联网使用，其输出显示采用LED数显和LED光柱显示，广泛用于石油、化工、冶金、电站、轻工、市政工程等工业自动控制系统。
文档编号G05B11/00GK2252357SQ9523161
公开日1997年4月16日 申请日期1995年7月6日 优先权日1995年7月6日
发明者苏承周 申请人:沈阳化工学院