专利名称:附有数字检测通道的微电脑可编程控制器的制作方法
本发明是一种工业自动化仪表，它用在工业生产过程中，对温度进行程序控制，同时还附有4路数字检测通道，用来监测过程中其它有关参数。本发明采用了微电脑技术，因此它又属于微机应用的范畴。概括地说，它是一种采用了微电脑技术的用于控制和检测的工业自动化仪表。
目前，国内外已有的采用微电脑技术的可编程控制器，例如西德西门子公司的PC1000、PC3000，这些产品只有单一的控制回路，只能控制一个参数，如果在控制的同时，需要检测其它有关参数，就得另配仪表，这就会增加设备成本。其次，它们貯存控制曲线参数的格式有不便之处，它们是输入控温曲线的程序段斜率和终点温度，要求用户事先计算好斜率，这样，就给用户带来麻烦和引起舍入误差，同时，没有全速率升温、全速率降温、自然冷却工作方式，另外，它们可贮存的控温曲线数目有限(例如PC3000贮存25条)，虽然有断电记忆功能，但是每当输入新的曲线，便将原有曲线冲掉，用户不能将这些曲线数据作为工艺资料保存。
本发明的目标在于克服上述不足之处。第一，要增加若干个数字检测通道。使同一个仪表既能控制一个参数，又能监测若干个有关参数。第二，设法避免因输入斜率要事先计算的麻烦和引起的舍入误差以及对某些工作方式的限制。第三，提供一个简便而又经济的方法，使用户能更换和保存控温曲线数据。此外，还要提高控制回路的抗干扰能力，而又不致增加多少硬件成本。
本发明的硬件可分为4部分专用微电脑、外围通道、键盘和显示屏、电源。
专用微电脑包括中央处理器(CPU)、随机存取存贮器(RAM)和只读存贮器(ROM或PROM)、系统总线(AB、DB、CB)、存贮器译码与控制电路、输入/输出口译码与控制电路、输入/输出接口电路以及时钟与复位电路。本发明中，将一部分PROM配置于仪器面板后的印制电路板上，面板上开有一个带盖的窗口，用户可自行更换这些PROM芯片，这些芯片专供存放控温曲线数据用。
外围通道包括模拟输入通道、数字输入通道和开关量输出通道。被控制对象温度信号的输入和控制动作的输出是在外围通道中完成的。模拟输入通道中，有一个单臂电阻电桥，用铂热电阻温度传感器做一个桥臂。当温度变化时，电桥有不平衡电压输出，经前置放大器放大，再经一个有源三阶低通滤波器滤除工频干扰，从而获得一个与温度变化成比例的直流电压信号。当然，也可用其它电阻传感器作桥臂。这个电压信号经模/数转换器(ADC)转换成数字量，输入到CPU。ADC直接挂在系统总线上，这个转换过程直接由CPU控制。
CPU每1秒启动ADC采样一次，每5秒根据采样到的温度变化信息，按照控温曲线要求，不断进行计算和作出逻辑判断，然后发出一次控制信号。控制信号则是经可编程并行接口输出的，再经开关量输出通道的反相器、光电耦合器和驱动器，驱动小功率直流继电器或可控硅，即可控制执行机构，自动调节温度按设置的控温曲线变化，与此同时，还启动相应的报警装置和状态指示灯。
数字输入通道用于检测其它参数，使用的传感器应当是能发出脉冲频率信号的。需要检测的参数如速度、压力、流量等，经相应的传感器转换成脉冲频率信号，然后经脉冲放大与整形电路转换成规则的矩形脉冲串输入到微电脑中的接口电路可编程定时计数器，该电路被设置成计数工作方式，CPU在一定时间内读取计数值，再经计算，即获得相应参数值。脉冲放大与整形电路由电压比较器与施密特触发器构成。
控制系统的实时时钟亦可以利用定时数器来设置。
键盘包括十个数字键0、1、2、3、4、5、6、7、8、9和两组功能键。第一组功能键用于设置控温曲线参数值，包括曲线选择键、程序段选择键、置程序运行时间键、置程序段终点温度键、置程序运行首段键。第二组，用于控制程序执行和检查设置的参数，包括程序执行键、暂停键、重入键、检查键，以及置手动工作方式键等。
显示屏由两排LED数码管组成。第一排可以显示曲线号、段号、时间与温度值。第二排可以同时显示两路参数值，通过通道转换开关以不同显示格式显示另二路参数值。
电源包括微电脑与数字电路供电电源、驱动器电源、运算放大器双极性供电电源、ADC参考电压电源和测温电桥电源。
本发明所用软件包括监控程序和控制程序两大部分，占内存容量4K，约各占2K。监控程序主要包括初始化程序、软件显示程序、健盘扫描程序和各数字健与功能健处理程序。控制程序作为中断服务程序由实时时钟控制它的执行。包括每秒执行一次的温度采样程序。每2秒执行一次的数字量检测程序。每5秒执行一次的温度显示与控制程序。控制程序包括全速率升温、全速率降温、斜率升温、斜率降温、保温和自然冷却六个子程序。所谓全速率即百分之百地启动加热源或冷却源，所谓自然冷却即切断加热源与冷却源，依靠控制对象与环境的温差逐渐冷却。
本发明的优点在于附加若干个数字检测通道，以便于在控制一个参数的同时，能够监测其它有关参数，各参数安排在一个显示屏上，一目了然，而且节省了设备成本。其次，模拟通道的三阶低通滤波器系由单个集成运放构成，对50Hz工频干扰的衰减，可达1000倍以上，而现有技术中，都是采用无源RC滤波器或用一阶、二阶有源低通滤波器串联而成，对工频干扰衰减有限，在印制电路板上占据面积较大，成本较高。第三，本发明采取输入曲线的程序段运行时间和程序段终点温度的格式，可以避免用户事先要计算的麻烦和引起的舍入误差，同时，通过给程序段运行时间或终点温度送特殊数据，便可以获得一些特殊控温方式。例如程序段运行时间送000，表示全速率升(降)温，送999表示自然冷却(这时，本段终点温度应低于前一段终点温度)，终点温度送0000表示控温曲线运行结束等等。第四，由于本发明将部分PROM配置在面板后的印制电路板上，通过面板上的窗口，用户可以更换存放控温曲线数据的PROM芯片，这就大大增强了存放控温曲线的能力，也便于用户保存工艺资料，和采用磁带机或软盘驱动器相比，极大地节省了设备成本。
本发明的一个实例，参照图2所示的原理框图来说明。
专用微电脑由Z80-CPU、1KRAM(2片2114)。6KEPOM(3片2716)和贮器器译码电路I/O口译码电路。时钟与复位电路和可编程外围接口电路Z80-PIO、Z80-CTC等组成。其中EPROM3配置在面板后的印制电路板上，EPROM1与EPROM2用于存放监控程序和控制程序。
外围通道中的有源三阶低通滤波器为巴特沃斯型，通频带为3Hz，增益为2，阻容元件数据标在图2上。前置放大器采用低温飘运放构成的同相放大器，测温电桥采用12V浮置电源供电，温度传感器用BA2型铂热电阻。开关量输出通道中的光电耦合器起隔离作用。数字输入通道用电压比较器做脉冲放大整形电路，然后再加一级施密特触发器整形为规则的矩形脉冲串。
面板排列参见图1，键盘2为4行×5列，共20个键，第一排键用于选择控温曲线，输入控温曲线参数和起动控温程序运行，第二排键，暂停键用于暂停控温程序执行，重入键用于重新进入控温程序，检查键用于检查输入的曲线参数，首段键用于使控温程序跳过前若干段开始执行，手动键用于停止控温程序的执行，使本仪器只起数字显示仪表的作用，改由手动操作。第三，四排键为十个数字键。
显示屏1分二排，第一排自左至右为二位段号，三位时间(以分为单位)，四位温度(以摄氏度为单位，小数点后有一位)。当按选线键时，二位段号显示被选中的曲线号，同时，时间、温度位显示提示符L以示区别。第二排两个三位，显示线速度(以米/分为单位)，利用通道转换开关5，可以以不同的显示方式显示4路两组(例如一组连续显示，一组闪烁显示)速度值，这只要用开关的一刀换接在高或低电平之上，并将它加于Z80-PIO的A口或B口的某一位上，CPU通过程序查询方式，即可转到不同的测速程序中去。
报警与状态指示灯4采用六个发光二极管，可以指示加热，冷却或暂停状态，当速度超限、温度超限或程序运行超时(均按用户要求定)时，相应报警灯亮。
该实例可以跟踪具有99段的控温曲线，它可以是全速率升温、全速率降温、斜率升温、保温和自然冷却六种工作方式的任意组合。该实例为了降低成本采用8位ADC，在25℃～150℃范围内控温精度可达±0.5℃，如果利用增益调整和加恒定电压补偿的技术，可以在较宽的温度范围内，例如-100℃～150℃或0℃～250℃范围内也获得±0.5。C的控制精度。
面板上安排了一个带盖的窗口3，打开盖子，内有一个2716芯片插座，安放在面板后的印制电路板上，专供插入存放控温曲线参数的2176芯片用，如果要使用新的控温曲线，可由用户自行更换芯片，而2716芯片上的数据，可以使用市场上可买到的EPROM编程器，按一定格式写入，拔下来的2716芯片，可作为工艺资料长期保存。
复位按钮8用于Z80-CPU复位和清显示屏。电源开关8和电源指示灯7在面板的右下角。
权利要求
1.一种微电脑可编程控制器，其特征在于它具有一个附带4个数字检测通道的温度控制回路，它的面板上的窗口后面安放有可编程只读存貯器插座，控温曲线参数是由控温曲线的程序段号、程序段运时间和程序段终点温度组成。
2.如权利要求
1所述的微电脑可编程控制器，其特征在于它的模拟输入通道的单臂电阻电桥，采用浮置电源作参考电压，并且电阻传感器可以是桥的一个臂或两个臂，后面的前置放大器采用同相放大器。
3.如权利要求
1所述的微电脑可编程控制器，其特征在于它的模拟输入通道的有源三阶低通滤波器是采用单个集成运放构成的多路负反馈式巴特沃斯型滤波器。
4.如权利要求
1所述的微电脑可编程控制器，其特征在于它的数字检测通道由电压比较器，施密特触发器和可编程定时计数器组成。
5.如权利要求
1所述的微电脑可编程控制器，其特征在于它的4个数字检测通道分两组，由一个2位通道转换开关切换，开关的每一位接通一组数字检测通道，这两组通道采用不同的显示方式。
6.如权利要求
1所述的微电脑可编程控制器，其特征在于它的控温曲线可以是全速率升温、全速率降温、斜率升温、斜率降温、保温和自然冷却六种工作方式的任意组合。
专利摘要
一种采用微电脑技术的工业控制与检测仪表。众所周知，采用微电脑技术的可编程控制器，如西门子公司的产品，只有单一控制回路，只能控制一个参数，不能同时检测其它有关参数，控温曲线使用麻烦，没有全速率升温、全速率降温、自然冷却等工作方式。
文档编号G06F9/06GK85102807SQ85102807
公开日1987年1月14日 申请日期1985年4月6日
发明者唐晶莹, 黄志祥 申请人:南昌航空工业学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan