专利名称：现场总线阀门控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及总线阀门控制器，尤其涉及一种通过远程方式来监控工业现场阀门开、关状态的通讯及控制的现场总线阀门控制器。
背景技术：
由于危险的化学品或气体的泄露，许多工艺过程，尤其是化学或油/气工业中的工艺过程的操作都涉及到内在的风险。这些工业现场涉及到最终控制元件，如紧急切断阀、紧急排空阀、紧急隔离阀、关键的开/关阀等。这些阀门要求静止在某一位置，只有紧急情况出现时，才需要可靠地动作。然而，现有的人为方式开闭阀门的状况这样可能会产生危险的情况，导致爆炸、火灾、或者致命的化学品和气体泄放到环境中去。为了确保这些安全系统必备的可靠性和可利用性，必须采用一种自动化的可靠方式来进行操控。申请日2001年7月31日，专利号ZL 01248916中国实用新型专利《阀门控制器》公开了一种阀门控制器，特别适于燃气气源的控制。它包括控制盒，在控制盒上置有定时器，在控制盒内置有控制电路，电机的轴端与减速器的输入轴连接，减速器的输出轴与阀门连接，在减速器的壳体上设置限位行程开关。这种阀门控制器，平时阀门处于关闭状态，当启动定时器时，阀门开启，限位行程开关限定极限行程位置，当定时器定时结束时，阀门关闭于最大行程位置。具有使用方便，安全可靠等优点。但该阀门控制器自动化程度低、可靠性能不够的局面。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述不足，提供自动化程度高、可靠性能好的现场总线阀门控制器。实现通过远程方式来监控工业现场阀门开、关状态的通讯及控制。QDF系列控制器及回讯器电路结合先进的微处理技术，高集成IC芯片以及长寿命功率输出器件，接收来自现场电磁阀的反馈信号和通过PROFIBUS-DP总线接收来自上位PC机的调节信号，输出“开”和“关”信号，实现对阀门开关的控制与调节。能可靠、稳定、精确地控制阀门等调节结构。可广泛应用于发电、冶金、石油、化工等领域。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为现场总线阀门控制器，包括与电源电路相连接的通讯协议芯片电路、通讯接口电路、回讯信号输入电路、控制信号输出电路；采取的技术措施包括通讯协议芯片电路包括含有微控制器电路的协议芯片；电源电路还连接并提供电源至检测LED指示电压检测电路；回讯信号输入电路和控制信号输出电路连接具有对应输入接口和输出接口的协议芯片，并还连接具有对应输入接口和输出接口的电动阀门、气动阀门电动执行机构；通讯协议芯片电路还分别连接复位电路、晶振电路、通讯地址及芯片特征字配置电路；通讯接口电路连接到通讯协议芯片电路并连接到两路RS485总线。
具体的技术措施还包括通讯协议芯片电路为LSPM2；通讯接口电路包括专用芯片MAX485；回讯信号输入电路包括光藕TP521；控制信号输出电路包括三极管S9013；复位电路为专用芯片MAX810；；协议芯片经通讯接口电路接收到来自计算机的控制信号，通过控制控制信号输出电路来控制电动阀门、气动阀门电动执行机构的开关，并经回讯信号输入电路查询电动阀门、气动阀门的状态，通过通讯接口电路将其状态回馈到计算机。
协议芯片的2、3、4号管脚接通讯接口电路专用芯片MAX485的1、4、3号管脚，协议芯片的6、7号管脚通过电阻R22接RS485总线上，所述协议芯片的3号脚为控制管脚；RS485所得到的输入信号通过协议芯片得到高低电平信号，并通过协议芯片的4号管脚来传递给协议芯片内部寄存器。
回讯信号输入电路为光电藕合器的输入端通过电阻R18接信号的输入，光电藕合器的输出端接所述协议芯片的16号管脚，引脚上高低电平状态能保存到芯片内部寄存器内。
控制信号输出电路为所述协议芯片的PA0口接光电藕合器U4的输入管脚上，光藕U4的输出管脚通过二极管D4接三极管T1的基极，经三极管T1将信号放大，驱动控制继电器控制输出。
通讯接口电路提供接口与外部RS485总线相连，总线端口处跨接有终端电阻。
与现有技术相比，本实用新型的电路部分可分为三大模块通讯部分、控制部分、回讯部分。采用的通讯协议芯片电路包括含有微控制器电路的协议芯片；电源电路还连接并提供电源至检测LED指示电压检测电路；回讯信号输入电路和控制信号输出电路连接具有对应输入接口和输出接口的协议芯片，并还连接具有对应输入接口和输出接口的电动阀门、气动阀门电动执行机构；通讯协议芯片电路还分别连接复位电路、晶振电路、通讯地址及芯片特征字配置电路；通讯接口电路连接到通讯协议芯片电路并连接到两路RS485总线。通讯采用LSPM2这一专用协议转换芯片，配合相应的GSD文件可以方便的挂接在PROFIBUS-DP网络中。控制部分采用LSPM2的输出口线的状态变化来实现，阀门关闭时口线输出状态为低，当接到PC机下达的打开命令，口线状态从低变为高，通过三极管放大信号能量驱动电磁继电器动作，使外部常开节点变为闭合，阀门电源导通，使阀门处于开启状态。同时阀门导通带动阀门回讯电磁继电器从常开变为闭合，经回讯器采集得到的信号，通过光电隔离后送入LSPM2的输入口线。再通过PROFIBUS-DP总线传到PC机，使阀门状态得到实时反映。
图1是本实用新型实施例的电路框图；图2是图1的电路原理图；图3是图1、图2中回讯信号输入电路的原理图示意图；图4是图1、图2中控制信号输出信号的原理示意图；图5是图1、图2中通讯接口电路的原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1所示，图1是本实用新型实施例的电路框图，现场总线阀门控制器，包括与电源电路相连接的通讯协议芯片电路、通讯接口电路、回讯信号输入电路、控制信号输出电路；采取的技术措施包括通讯协议芯片电路包括含有微控制器电路的协议芯片；电源电路还连接并提供电源至检测LED指示电压检测电路；回讯信号输入电路和控制信号输出电路连接具有对应输入接口和输出接口的协议芯片，并还连接具有对应输入接口和输出接口的电动阀门、气动阀门电动执行机构；通讯协议芯片电路还分别连接复位电路、晶振电路、通讯地址及芯片特征字配置电路；通讯接口电路连接到通讯协议芯片电路并连接到两路RS485总线。通讯接口电路提供接口与外部RS485总线相连，总线端口处跨接有终端电阻。
如图2所示，图2是图1的电路原理图，通讯协议芯片电路包括LSPM2；回讯信号输入电路包括光藕合器件TP521；控制信号输出电路包括光藕合器件TP521，三极管S9013，二极管1N4001；通讯接口电路包括专用芯片MAX485；复位电路包括专用芯片MAX810；协议芯片接收计算机的通过通讯接口电路传递的控制阀门开合的信号，根据相应的通过控制信号输出电路驱动继电器来控制阀门开合，回讯信号采集阀门信号传送给协议芯片，然后通过通讯接口电路反馈到计算机。
如图3所示，图3是图1、图2中回讯信号输入电路的原理图示意图，回讯信号输入电路包含型号为TLP521的光藕合器和电阻R18、R24，输入信号通过电阻R18输入到光藕合器的输入端，经TLP521隔离后输出信号到协议芯片的16号脚；当外部输入信号为高电平时，光藕导通，输出信号Signal1为高电平，当外部输入信号为低电平时，光藕为阻断状态，输出信号Signal1受下拉电阻R24影响，电平为低，输入信号和输出信号状态同步，完成回讯信号输入。
如图4所示，图4是图1、图2中控制信号输出信号的原理示意图，控制信号输出电路包含光藕合器TLP521，二极管1N4004，三极管S9013，电阻R20，电阻R16，电容C8；控制信号CON1输入到光耦合器，当信号为高电平时，光藕合器导通，二极管D4的输入为高，二极管导通，三极管基极为高，三极管导通，继电器线圈得电吸合，外部阀门控制电机得电，驱动阀门打开；当信号为低电平时，光耦合器阻断，三极管基极为低，继电器线圈无电，外部阀门控制电机失电，阀门关闭。二极管D3提供阻尼作用，吸收继电器反电动势。
如图5所示，图5是图1、图2中通讯接口电路的原理图，通讯接口电路包括MAX485，电阻R5、R14、R22；MAX485通过RXD、TXD、RTS与协议芯片相连，6号、7号管脚通过电阻R22与RS485总线相连，终端电阻R14跨接在RS485总线上，当协议芯片需要反送数据时，此时RTS为高电平，使MAX485处于发送状态，信号状态通过TXD传递给MAX485，经电平转换反映到RS485总线上，发送完后RTS回复到低电平状态。当外部有信号输入时，通过RS485进行电平转换，通过RXD管脚传递到协议芯片，完成通讯信号得传输。
通讯采用LSPM2这一专用协议转换芯片，配合相应的GSD文件可以方便的挂接在PROFIBUS-DP网络中。控制部分采用LSPM2的输出口线的状态变化来实现，阀门关闭时口线输出状态为低，当接到PC机下达的打开命令，口线状态从低变为高，通过三极管放大信号能量驱动电磁继电器动作，使外部常开节点变为闭合，阀门电源导通，使阀门处于开启状态。同时阀门导通带动阀门回讯电磁继电器从常开变为闭合，经回讯器采集得到的信号，通过光电隔离后送入LSPM2的输入口线。再通过PROFIBUS-DP总线传到PC机，使阀门状态得到实时反映。
虽然本实用新型已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。
权利要求1.现场总线阀门控制器，包括与电源电路相连接的通讯协议芯片电路、通讯接口电路、回讯信号输入电路、控制信号输出电路；其特征是所述的通讯协议芯片电路包括含有微控制器电路的协议芯片；所述的电源电路还连接并提供电源至检测LED指示电压检测电路；所述的回讯信号输入电路和控制信号输出电路连接具有对应输入接口和输出接口的协议芯片，并还连接具有对应输入接口和输出接口的电动阀门、气动阀门电动执行机构；所述的通讯协议芯片电路还分别连接复位电路、晶振电路、通讯地址及芯片特征字配置电路；所述的通讯接口电路连接到所述的通讯协议芯片电路并连接到两路RS485总线。
2.根据权利要求1所述的现场总线阀门控制器，其特征是所述的通讯协议芯片电路为LSPM2；所述的通讯接口电路包括专用芯片MAX485；所述的回讯信号输入电路包括光藕TP521；所述的控制信号输出电路包括三极管S9013；所述的复位电路为专用芯片MAX810；；所述的协议芯片经所述的通讯接口电路接收到来自计算机的控制信号，通过控制所述的控制信号输出电路来控制电动阀门、气动阀门电动执行机构的开关，并经所述的回讯信号输入电路查询所述的电动阀门、气动阀门的状态，通过通讯接口电路将其状态回馈到计算机。
3.根据权利要求1或2所述的现场总线阀门控制器，其特征是所述的协议芯片的2、3、4号管脚接所述的通讯接口电路专用芯片MAX485的1、4、3号管脚，所述的协议芯片的6、7号管脚通过电阻R22接RS485总线上，所述协议芯片的3号脚为控制管脚；所述的RS485所得到的输入信号通过所述的协议芯片得到高低电平信号，并通过所述的协议芯片的4号管脚来传递给协议芯片内部寄存器。
4.根据权利要求2所述的现场总线阀门控制器，其特征是所述的回讯信号输入电路为光电藕合器的输入端通过电阻R18接信号的输入，光电藕合器的输出端接所述协议芯片的16号管脚，引脚上高低电平状态能保存到芯片内部寄存器内。
5.根据权利要求2所述的现场总线阀门控制器，其特征是所述的控制信号输出电路为所述协议芯片的PAO口接光电藕合器U4的输入管脚上，光藕U4的输出管脚通过二极管D4接三极管T1的基极，经三极管T1将信号放大，驱动控制继电器控制输出。
6.根据权利要求1所述的现场总线阀门控制器，其特征是所述的通讯接口电路提供接口与外部RS485总线相连，总线端口处跨接有终端电阻。
专利摘要本实用新型公开了现场总线阀门控制器，包括与电源电路相连接的通讯协议芯片电路、通讯接口电路、回讯信号输入电路、控制信号输出电路；通讯协议芯片电路包括含有微控制器电路的协议芯片；电源电路还连接并提供电源至检测LED指示电压检测电路；回讯信号输入电路和控制信号输出电路连接具有对应输入接口和输出接口的协议芯片，并还连接具有对应输入接口和输出接口的电动阀门、气动阀门电动执行机构；通讯协议芯片电路还分别连接复位电路、晶振电路、通讯地址及芯片特征字配置电路；通讯接口电路连接到通讯协议芯片电路并连接到两路RS485总线。其自动化程度高、可靠性能好；实现通过远程方式来监控工业现场阀门开、关状态的通讯及控制。
文档编号H01H47/22GK2872756SQ20052013457
公开日2007年2月21日 申请日期2005年12月31日 优先权日2005年12月31日
发明者鲍吉龙, 曹宁, 叶平, 赵洪霞, 陈莹, 徐达文 申请人:宁波工程学院