CN100458630C - 智能空压机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能空压机控制系统，包括主控制器、执行单元电路；主控制器由单片机CPU1、连接单片机CPU1的模拟量测量电路、数模转换电路、键盘电路、液晶显示电路、流程监控显示电路、RS422通信电路、RS485通信电路，主控制器通过RS485总线可与多台智能空压机联控；执行单元电路由单片机CPU2、连接单片机CPU2的RS422通信电路、相序判别电路、开关量输入电路、开关量输出电路、连接开关量输出电路的继电器组件组成；主控制器通过RS422总线与执行单元电路连接。本发明采用双单片机CPU1和CPU2控制，能自动对空压机的温度、压力、运行时间、过载等运行参数进行动态的检测、显示、报警和控制。

Description

智能空压机控制系统

技术领域

本发明涉及一种设置在空压机上的控制电路，尤其涉及一种设置在智能空压机上的用于控制智能空压机工作的智能空压机控制系统。

背景技术

目前，世界上压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及各领域。空压机基本原理是利用马达带动机械，将气体压缩至所需压力并输出。一种现有技术空压机的控制装置只涉及开关信号的控制，控制电路由继电器逻辑控制电路或集成电路实现顺序控制。

请参见图1所示，一种现有技术空压机A100的控制电路由继电器逻辑控制电路A10、启动按钮A11、停止按钮A12、主电机过载保护电路13、风机电机过载保护电路14、接触器组A20、主电机A21及风机电机A22组成；继电器逻辑控制电路A10的输入端分别与启动按钮A11、停止按钮A12、主电机过载保护电路A13、风机电机过载保护电路A14连接，继电器逻辑控制电路A10的输出端分别与空压机A100的接触器组A20的各信号输入端连接，接触器组A20的输出端分别与主电机A21和风机电机A22连接；空压机A100的排气温度信号、油气桶温度信号、排气压力信号及油气桶压力信号分别输入温度表A15、温度表A16、压力表A17、压力表A18，显示各温度值和压力值。

上述的现有技术空压机的运行完全由操作人员手动控制，操作人员按“启动”按钮后，在继电器逻辑控制电路的控制下，首先使空压机的主电机在星形方式下运行，通过时间继电器延时一段时间(大约数秒钟，根据电机功率而定)后，空压机的主电机切换到三角形方式下运行。当主电机或风机电机发生过载，主电机过载保护电路或风机电机过载保护电路发出信号输入给继电器逻辑控制电路，继电器逻辑控制电路与接触器组断路，主电机或风机电机停止转动。

这种现有技术空压机的控制电路存在的缺点是：

1.现有技术空压机在运行过程中，操作人员需不断地观察温度表、压力表等显示的数据进行空压机运行状态的调整，操作人员劳动强度大；

2.现有技术空压机由于无自动调节控制电路，因此，压力、温度等模拟量参数无法准确调节；

3.现有技术空压机的运行效率和安全性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能空压机控制系统，它能实现自动调节、监控空压机的排气温度和压力，不仅自动化程度高，减轻了操作人员的劳动强度，提高空压机的生产效率，并且功能强大，抗干扰性能强，提高了空压机的运行安全性能，使之在工况环境复杂的工矿企业中都能应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：智能空压机控制系统，设置在智能空压机上，其特点是，该控制系统包括主控制器、执行单元电路；

所述的主控制器由单片机CPU1、连接单片机CPU1的模拟量测量电路、数模转换电路、键盘电路、液晶显示电路、流程监控显示电路、RS422通信电路、RS485通信电路、电源电路及连接RS485通信电路的RS485总线组成；模拟量测量电路分别与智能空压机的温度传感器和压力传感器连接，数模转换电路分别与空压机的各电磁阀连接；

所述的RS485总线上并接多台智能空压机，智能空压机的主控制器的RS485通信电路的两通信端分别与RS485总线连接，主控制器的单片机CPU1通过RS485总线与并接在RS485总线上的多个智能空压机双向传输数据和命令；

所述的执行单元电路由单片机CPU2、连接单片机CPU2的RS422通信电路、相序判别电路、开关量输入电路、开关量输出电路、连接开关量输出电路的继电器组件组成；所述的开关量输入电路分别与智能空压机的风机过载电路和主电机过载电路连接；所述的继电器组件与智能空压机的接触器组连接；

所述的主控制器中的RS422通信电路通过RS422总线与执行单元电路中的RS422通信电路连接，主控制器通过RS422总线与执行单元电路双向传输数据和命令。

上述的智能空压机控制系统，其中，所述的模拟量测量电路由四路电路结构相同的模拟量测量单元电路和多路选择器组成；其中；第一路模拟量测量单元电路的输入端与智能控压机的排气温度传感器的输出端连接，输入排气温度信号；第二路模拟量测量单元电路的输入端与智能控压机的油气桶温度传感器的输出端连接，输入油气桶温度信号；第三路模拟量测量单元电路的输入端与智能控压机的排气压力传感器的输出端连接，输入排气压力信号；第四路模拟量测量单元电路的输入端与智能控压机的油气桶压力传感器的输出端连接，输入油气桶压力信号；四路模拟量测量单元电路的输出端分别与多路选择器的输入端P1、P2、P3、P4连接；所述的多路选择器的输出ADC0端与单片机CPU1的模拟量输入ADC0端连接。

上述的智能空压机控制系统，其中，所述的模拟量测量单元电路由低通滤波电路、惠斯通电桥测量电路及运算放大电路组成；低通滤波电路的两个输出端分别与惠斯通电桥测量电路的输入端连接，惠斯通电桥测量电路的两个输出端分别与运算放大电路的正向端和负向端连接，运算放大电路的输出端与多路选择器的输入端连接。

上述的智能空压机控制系统，其中，所述的数模转换电路由四路电路结构相同的数模转换单元电路和多路选择器组成；四路数模转换单元电路的输入端分别与单片机CPU1的各PWM1、PWM2、PWM3、PWM4波形输出端连接，输入PWM1、PWM2、PWM3、PWM4波形；各数模转换单元电路的一个输出端分别与多路选择器的各对应的输入端连接，各数模转换单元电路的另一个输出端模拟量AOUT1、模拟量AOUT2、模拟量AOUT3、模拟量AOUT4分别与智能空压机的各相对应的电磁阀连接。

上述的智能空压机控制系统，其中，所述的数模转换单元电路由平均值电路和运算放大电路组成；平均值电路的输入端分别与CPU1的各PWM波形输出端连接，将单片机CPU1输出的PWM波形转换成模拟电压值，平均值电路的输出端与运算放大电路的输入端连接，运算放大电路的输出端与智能空压机的电磁阀的控制端连接。

上述的智能空压机控制系统，其中，所述的RS422通信电路由RS422接口芯片U14和两个光电耦合器U11、U12组成；光电耦合器U11的输出端P6与单片机CPU1的RXD1端P27连接，光电耦合器U11的输入端P3与RS422接口芯片U14输出端P2连接；光电耦合器U12的输入端P3与单片机CPU1的TXD1端P28连接，光电耦合器U12的输出端P6与RS422接口芯片U14输入端P5连接RS422接口芯片U14输入端P11、P12分别与RS422总线B2、A2连接；RS422接口芯片U14输出端P9、P10分别与RS422总线Y2、Z2连接。

上述的智能空压机控制系统，其中，所述的RS485通信电路由RS485接口芯片U13和三个光电耦合器U8、U9、U10组成；光电耦合器U8的输入端P2与单片机CPU1的CT485使能端P4连接，光电耦合器U8的P3与RS485接口芯片U13的P2和P3连接；光电耦合器U9的输出端P6与单片机CPU1的数据RXD0端P2连接，光电耦合器U9的输入端P3与RS485接口芯片U13输入端P1连接；光电耦合器U10的输入端P3与单片机CPU1的TXD0端P3连接，光电耦合器U10的输出端P6与RS485接口芯片U13输入端P4连接；RS485接口芯片U13的通信端P6、P7分别与RS485总线A1、B1连接。

上述的智能空压机控制系统，其中，所述的相序判别电路由光电耦合器U82、U83、U84、二极管D1、D2、D3、电阻R21、R22、R24构成；光电耦合器U82的L3端、U83的L2端、U84的L1端分别与单片机CPU2的P42、P43、P11连接，光电耦合器U82的两输入端之间、U83的两输入端之间、U84的两输入端之间分别并接一二极管D3、D2、D1，电阻R24的一端与二极管D3的负端和光电耦合器U82的输入端并接，电阻R22的一端与二极管D2的负端和光电耦合器U83的输入端并接，电阻R21的一端与二极管D1的负端和光电耦合器U84的输入端并接。

上述的智能空压机控制系统，其中，所述的开关量输入电路由并转串集成电路和多组相同的驱动电路组成，该驱动电路由反向器U2A、电阻R1、R5、电容C1组成；电阻R1和R5的一端并接，电阻R5的另一端与电容C1和反向器U2A的输入端连接，反向器U2A的输出端与并转串集成电路的输入端连接，并转串集成电路的输出端与单片机CPU2的MISO端P2连接，各驱动电路的电阻R1和R5的并接端分别与智能空压机的风机过载电路和主电机过载电路连接。

上述的智能空压机控制系统，其中，所述的开关量输出电路由串转并集成电路和继电器组件组成；串转并集成电路的串行输出MOSI端、数据装入LD端、串行时钟SCK端与单片机CPU2的相对应的端口连接；串转并集成电路的各输出信号端分别与继电器组件的各继电器的输入信号端对应连接，各继电器的输出端分别与智能空压机的接触器组的输入端连接，通过接触器组与主电机、风机、发光二极管等外设电路连接。

本发明智能空压机控制系统由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明由于采用双单片机CPU1和CPU2控制，可根据系统的需要预设、修改各项参数；能自动对空压机的温度、压力、运行时间、过载、空气和油过滤器堵塞等运行参数进行动态的检测、显示、报警和控制；且集成度高，功能强大，抗干扰性能强。

2.本发明由于设有通信电路，主控制器与执行单元电路通过RS422通信电路进行通讯，反应灵敏，安全可靠；多台智能空压机可并联在RS485总线上，通过RS485通信电路实现联控。

3.本发明由于设有多路模拟量测量电路，调节和控制准确、快速；模拟量经放大后输入，分辨率高，满刻度误差小，线形度好，绝对精度和相对精度高。

4.本发明由于设有液晶显示器，显示信息量大，可将温度、压力、运行时间和工作状态等同时显示在液晶屏上，更直观，能让人一目了然，便于监控和操作。

5.本发明由于开关量输入较多，设有的开关量输入电路，能使用并行口数据转换为串行口数据送入单片机CPU2，节省了单片机CPU2的I/O端口。

6.本发明由于设有开关量输出电路将串口数据转换为并口数据，经驱动后输出，可拖动继电器、发光二极管等外设；数字信号位数有8位、16位、32位，可自行选择。

7.本发明由于通信电路中设有光电耦合器，起到干扰信号被隔离的作用，智能空压机在联控的通信过程中能有效提高系统的抗干扰性能，在恶劣的工况条件下仍能可靠传输信息。

附图说明

图1是现有技术空压机的继电器控制电路框图。

图2是本发明智能空压机控制系统的结构示意图。

图3是本发明智能空压机控制系统的电路框图。

图4是本发明智能空压机控制系统的主控制器的单片机CPU1和液晶显示电路原理图。

图5是本发明智能空压机控制系统主控制器的模拟量测量电路框图。

图6是本发明智能空压机控制系统主控制器的模拟量测量电路原理图。

图7是本发明智能空压机控制系统主控制器的数模转换电路框图。

图8是本发明智能空压机控制系统主控制器的数模转换电路原理图。

图9是本发明智能空压机控制系统主控制器的通信电路原理图。

图10是本发明智能空压机控制系统主控制器的键盘电路原理图。

图11是本发明智能空压机控制系统主控制器的流程监控显示电路原理图。

图12是本发明智能空压机控制系统主控制器的面板布置图。

图13是本发明智能空压机控制系统执行单元的单片机CPU2和相序判别电路的电路原理图。

图14是本发明智能空压机控制系统执行单元的开关量输入电路原理图。

图15是本发明智能空压机控制系统执行单元的开关量输出电路原理图。

具体实施方式

请参见图2、图3所示，智能空压机控制系统，设置在智能空压机100上，该控制系统包括主控制器10、执行单元电路20。

主控制器10由单片机CPU1、连接单片机CPU1的模拟量测量电路11、数模转换电路12、键盘电路13、液晶显示电路14、流程监控显示电路15、RS422通信电路16、RS485通信电路17、电源电路18组成；模拟量测量电路11分别与智能空压机100的各温度传感器和压力传感器连接，数模转换电路12分别与智能空压机100的各电磁阀连接。主控制器10中的单片机CPU1选用美国ATMEL公司的ATmega128单片机，该单片机CPU1具有集成度高，功能强大，抗干扰性能强，执行速度快，功耗低，良好的性价比等特点，工况条件恶劣的工矿企业都能应用。

RS485总线上能并接多台智能空压机100，智能空压机100的主控制器10的RS485通信电路17的两输出端分别与RS485总线连接，主控制器10的单片机CPU1通过RS485总线与并接在RS485总线上的多台智能空压机双向传输数据和命令。

执行单元电路由单片机CPU2、连接单片机CPU2的RS422通信电路24、相序判别电路21、开关量输入电路23、开关量输出电路22、连接开关量输出电路22的继电器组件25组成；开关量输入电路23分别与智能空压机100的风机过载电路和主电机过载电路连接；继电器组件25与智能空压机100的接触器组连接。

主控制器10中的RS422通信电路16通过RS422总线与执行单元电路20中的RS422通信电路24连接，主控制器10通过RS422总线与执行单元电路20双向传输数据和命令。

智能空压机控制系统中主控制器10的电源电路18提供给各功能电路+5V、+24V工作电源。

请参见图4所示，在该图中，由单片机CPU1(型号为ATmega128)、液晶显示电路14(采用液晶显示器，型号为LG128645)、晶振电路V1及驱动器U17(采用的芯片型号为ULN2003)组成；在单片机CPU1的P23与P24之间连接一晶振电路，该晶振电路由晶振V1的两端分别连接电容C76、C77构成。单片机CPU1的P19、P29、P30与驱动器U17的P2、P6、P7连接，驱动器U17的P11、P10分别与启动、停止指示灯连接。单片机CPU1的P43、P34、P33、P31、P30、P49、P48、P47、P46、P45、P44、P18分别与液晶显示器的P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P14、P15连接。由单片机CPU1控制液晶显示器显示排气温度、环境温度、排气压力、当前日期、当前时间、空气滤清器时间、油细分离器时间、油过滤器时间、启动时间、报警温度、保护温度、卸载压力、加载压力值、空久时间等参数。

请参见图5所示，模拟量测量电路11由四路电路结构相同的模拟量测量单元电路111和多路选择器112组成；其中：第一路模拟量测量单元电路111的输入端与智能控压机100的排气温度传感器的输出端连接，输入排气温度信号；第二路模拟量测量单元电路111的输入端与智能控压机100的油气桶温度传感器的输出端连接，输入油气桶温度信号；第三路模拟量测量单元电路111的输入端与智能控压机100的排气压力传感器的输出端连接，输入排气压力信号；第四路模拟量测量单元电路111的输入端与智能控压机100的油气桶压力传感器的输出端连接，输入油气桶压力信号；四路模拟量测量单元电路111的输出端分别与多路选择器112的输入端P1、P2、P3、P4连接；所述的多路选择器112的输出端5与单片机CPU1的模拟量ADC0输入端连接。

当各模拟信号输入后，单片机CPU1的A/D模数转换通道的数据由模拟量测量电路11提供，模拟量测量电路11将各信号送入单片机CPU1进行处理。其中第一路和第二路模拟量测量单元电路111的输入端外接的智能控压机100的排气温度传感器和油气桶温度传感器采用的是PT100热电阻，用于监测空压机的油气桶温度和风机温度；第三路和第四路模拟量测量单元电路111外接的智能控压机100的排气压力传感器和油气桶压力传感器，用于监测空压机的有关部位的压力，如：气筒压力，出口压力等。温度、压力值在液晶屏上显示，根据检测到的温度、压力值，控制空压机的工作状态，如：风机温度达到启动温度，(参数设定)，则开启风机；如：风机温度达到保护温度(参数设定)，则报警并停止空压机工作。

请参见图6所示，模拟量测量单元电路111由低通滤波电路111a、惠斯通电桥测量电路111b及运算放大电路111c组成；低通滤波电路111a的两个输出端P6、P4与惠斯通电桥测量电路111b的输入端连接，惠斯通电桥测量电路111b的两个输出端分别与运算放大电路111c的正向端P3和负向端P2连接，运算放大电路111c的输出端P1与单片机CPU1的模拟量ADC0输入端连接。

模拟量测量单元电路111由电感L6、运算放大器U1A、电阻R1、R3、R4、R6、R7、R8、R9、R11、电容C1、C3、C4、C5组成；其中：低通滤波电路111a由共模扼流电感L6、电容C3组成，电感L6的输入端P1、P3输入智能控压机100的RTD1-、RTD1+模拟信号，电感L6的输出端P6、P4并接电容C3。

惠斯通电桥测量电路111b由电阻R3、R4、R6、R8、R9、R11、C5组成；电阻R8一端与电感L6的P6和电容C3的一端并接，电阻R8另一端与电阻R3和R6的一端并接；电阻R3和R4的一端与电源AVCC并接，电阻R4另一端与电容C3的一端和电阻R9的一端并接，电阻R11和电容C5的一端与电阻R9的另一端和运算放大器U1A的P3并接。

运算放大电路111c由运算放大器U1A(采用的芯片型号为TLC27L2ID)、电阻R1、R7、电容C1、C4组成；运算放大器U1A的P2与电阻R6的另一端与连接，在运算放大器U1A的P2与P1之间并接电阻R1和电容C1，运算放大器U1A的P1与电阻R7一端连接，电阻R7的另一端与电容C4一端和多路选择器112(型号是4051)的数据输入端连接，电容C4另一端与多地连接。

智能空压机100的排气温度信号、油气桶温度信号、排气压力信号、油气桶压力信号输入上述各模拟量测量单元电路111，通过多路选择器112，由单片机CPU1定时控制将多路模拟量采集进来。

请参见图7所示，数模转换电路12由四路电路结构相同的数模转换单元电路121和多路选择器122组成；四路数模转换单元电路121的输入端分别与单片机CPU1的各PWM1、PWM2、PWM3、PWM4输出端P15、16、17、14连接，输入PWM1、PWM2、PWM3、PWM4波形；各数模转换单元电路121的输出端分别与多路选择器22的各对应的输入端P1、P2、P3、P4连接，数模转换单元电路121的另一个输出端AOUT1、AOUT2、AOUT3、AOUT4分别与智能空压机100的各电磁阀的控制端连接；多路选择器的输出端5与单片机CPU1的模拟量ADC0输入端P61连接。

请参见图8所示，数模转换单元电路121由平均值电路121a和运算放大电路121b组成；平均值电路121a的输入端与CPU1的PWM波形输出端连接，将单片机CPU1输出的PWM波形转换成模拟电压值，平均值电路121a的输出端与运算放大电路121b的输入端连接，运算放大电路121b的输出端与智能空压机的电磁阀的控制端连接。

平均值电路121a由运算放大器U3D(采用的芯片型号为TLC27L4ID)、电阻R43、R44、电容C25、C26和组成；电阻R43的一端与单片机CPU1的PWM1输出端P15连接，电阻R43和R44串接在运算放大器U3D的正端P12，电容C25的一端分别与电阻R43和R44的并接端连接，电容C25的另与一端与运算放大器U3D的负端P13连接，电容C26的两端分别与电阻R44和运算放大器U3D的P12的并接端、地连接。

运算放大电路121b由运算放大器U5B(型号为LM324AM)、电阻R41、R42、电容C23、C24、电感L10组成；电阻R42串接在运算放大器U3D的输出端P14与运算放大器U5B的正端P5之间，电阻R41和电容C23并接在运算放大器U5B的负端P6与地之间，运算放大器U5B的P6与多路选择器输入端连接，电感L10一端与运算放大器U5B的输出端P7连接，电感L10另一端与智能空压机100的各相对应的电磁阀连接；电容C24串接在电感L10另一端与地之间。

平均值电路121a将单片机CPU1输出的PWM波形转换成模拟电压值，经过运算放大器U5B，一方面输出模拟量控制智能空压机100的电磁阀，另一方面把模拟量反馈给CPU1的A/D接口模拟量ADC0输入端P61，监测模拟量输出电压。

请参见图9所示，在主控制器10中包含RS422通信电路16、RS485通信电路17，其中RS422通信电路16用于主控制器10与执行单元20通讯；RS485通信电路用于多台智能空压机联控，进行通讯。

RS422通信电路16由RS422接口芯片U14和两个光电耦合器U11、U12组成；光电耦合器U11的输出端P6与单片机CPU1的RXD1端P27连接，光电耦合器U11的输出端P3与RS422接口芯片U14输入端P2连接；光电耦合器U12的输入端P3与单片机CPU1的TXD1端P28连接，光电耦合器U12的输出端P6与RS422接口芯片U14输入端P5连接；RS422接口芯片U14的P11、P12分别与RS422总线B2、A2连接；RS422接口芯片U14输出端P9、P10分别与RS422总线Y2、Z2连接。

RS422通信电路16由专用的RS422接口芯片U14(型号为MAX489ESD)和两个光电耦合器U11、U12(采用的芯片型号为6N137)、电阻R61、R62、R67、R68、R80组成全双工通讯方式电路；光电耦合器U11的输入端P6与单片机CPU1的RXD1串行输入端P27连接，光电耦合器U11的P6与P8之间连接电阻R67，光电耦合器U11的P2与+5V之间连接电阻R61，光电耦合器U11的输出端P3与RS422接口芯片U14输入端P2连接，RS422接口芯片U14的P11、P12之间并接电阻R80，并分别与RS422总线B2、A2连接；

光电耦合器U12的输入端P3与单片机CPU1的TXD1串行输出端P28连接，光电耦合器U12的P2与VCC之间连接电阻R68，光电耦合器U12的P6与+5V之间连接电阻R62，光电耦合器U12的输出端P6与RS422接口芯片U14输入端P5连接，接口芯片U14输出端P9、P10分别与RS422总线Z2、Y2连接。

RS422通信电路16的通信接口与单片机CPU1的RXD1端、TXD1端连接，RS422接口芯片U14是专用的接口芯片，信号通过RS422通信电路16完成电平转换，通过RS422总线使单片机CPU1与执行单元通讯，两个光电耦合器起到干扰信号隔离作用，提高系统的抗干扰性能。

RS485通信电路17由RS485接口芯片U13和三个光电耦合器U8、U9、U10组成；光电耦合器U8的输入端P2与单片机CPU1的CT485使能端P4连接，光电耦合器U8的P3与RS485接口芯片U13的P2和P3连接；光电耦合器U9的输出端P6与单片机CPU1的数据RXD0端P2连接，光电耦合器U9的输入端P3与RS485接口芯片U13输出端P1连接；光电耦合器U10的输入端P3与单片机CPU1的TXD0端P3连接，光电耦合器U10的输出端P6与RS485接口芯片U13输入端P4连接；RS485接口芯片U13的通信端P6、P7分别与RS485总线A1、B1连接。

RS485通信电路17由专用的接口芯片U13(采用的芯片型号为MAX483ESA)和三个光电耦合器U8(采用的芯片型号为817)、U9、U10(采用的芯片型号为6N137)、电阻R57、R58、R59、R60、R63、R64、R65、R66组成半双工通讯电路。

光电耦合器U8的输入端P2与单片机CPU1的CT485使能端P4连接，光电耦合器U8的P1与VCC之间串接电阻R57，光电耦合器U8的P3与+5V之间串接电阻R58，光电耦合器U8的P3与RS485接口芯片U13的P2和P3连接。

光电耦合器U9的输入端P6与单片机CPU1的数据RXD0端P2连接，光电耦合器U9的P6与P8之间连接电阻R63，光电耦合器U9的P2与+5V之间连接电阻R59，光电耦合器U9的P3与RS485接口芯片U13的P1连接，RS485接口芯片U13的P6、P7分别与RS485总线A1、B1连接。

光电耦合器U10的输入端P3与单片机CPU1的TXD0端P3连接，光电耦合器U10的P2与VCC之间连接电阻R65，光电耦合器U10的P6与P8之间连接电阻R60，光电耦合器U10的输出端P6与RS485接口芯片U13输入端P4连接；电阻R64两端分别与RS485接口芯片U13的P6和P8连接，电阻R66两端分别与RS485接口芯片U13的P5和P7连接。

RS485通信电路17用于多台光智能空压机联控或通讯，RS485通信电路17的通信端与单片机CPU1的RXD0端、TXD0端连接，信号通过RS485接口芯片U13完成电平转换，信号的发送由一个光电耦合器U8控制使能，保证在线路中某一时刻只能有一个站可以发送数据，其余站只能接收数据。另两个光电耦合器U9、U10起到干扰信号隔离作用，提高系统的抗干扰性能。

请参见图10所示，键盘电路13由功能键F1、F2、F3、F4、“启动键”和“停止”键、并转串集成电路U1(型号为4021)、电阻R1、R2、R3、R4、R9、R10、R11、R12、高压电容V4、由发光二极管D1、D2构成的启动、停止指示灯组成；功能键F1、F2、F3、F4、“启动键”和“停止”键的一常开触点分别与并转串集成电路U1的P4、P5、P6、P7、P13、P14对应连接，并转串集成电路U1的P3与单片机CPU1的MISO端P13连接；电阻R1、R2、R3、R4、R11、R12分别串接在功能键F1、F2、F3、F4、“启动键”和“停止”键的另一常开触点与VCC之间。电阻R9、R10分别与发光二极管D1、D2的正端串联连接，用作启动、停止指示灯的发光二极管D1、D2的负端分别与驱动电路U17的P11、P10连接，电阻R9、R10的另一端并接在VCC与高压电容V4一端之间，高压电容V4的另一端接地。

请配合参见图12所示，是本发明智能空压机控制系统主控制器的面板布置图，在主控制器10的操作面板19的右侧是液晶显示器14、键盘及紧急停止/复位按钮。键盘电路13设有的六个按键，其中4个功能键F1、F2、F3、F4，切换不同的功能键，对应不同的显示页面，具有不同的意义。“启动”和“停止”键控制智能空压机启动和停机。“紧急停止/复位”可在紧急状态时，停止空压机的工作。按键信号通过并转串集成电路U1将并行信号转换成串行信号，送入单片机CPU1的MISO端P13。

请参见图11所示，流程监控显示电路15由串转并集成电路U2、U3((采用的芯片型号为4094)、发光二极管D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、DD14、电阻R5、R6、R7、R8、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、高压电容V1、V2组成；串转并集成电路U2、U3的P1相连接后，通过数据装入LD线与单片机CPU1的P31连接，串转并集成电路U2、U3的P2相连接后，通过MOSI(SPI总线输出)线与单片机CPU1的P13连接，串转并集成电路U2、U3的P3相连接后，通过时钟SCK线与单片机CPU1的P11连接，串转并集成电路U2、U3的P15相连接后，通过输出能使LOE线与单片机CPU1的P32连接；串转并集成电路U2的P4、P5、P6、P7、P14、P13、P12、P11、串转并集成电路U3的P4、P5、P6分别与发光二极管D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14的负端对应连接，电阻R5、R6、R7、R8、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20分别串接在发光二极管D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14的负端与电源VCC之间，电容V1的两端分别与发光二极管D14的负端、地连接，电容V2的两端分别与电源VCC、地连接。

请配合参见图12所示，是本发明智能空压机控制系统主控制器的面板布置图，在主控制器10的操作面板19的左侧是流程监控显示电路15的由十一个发光二极管D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14构成的指示灯，其中四个是流程图指示灯，分别是“主电机过载停机指示灯”、“油细分离器报警指示灯”、“油过滤器报警指示灯”、“排气高温停机指示灯”和“空气滤清器报警指示灯”，如哪一部位发生故障，则相应指示灯亮。另外7个是主要状态指示灯，分别是“电源指示灯”(控制器正常供电时常亮)、“远控指示灯”(空压机进行远程联控时常亮)、“空车过久停机指示灯”(空压机空久待机时常亮)、“相序异常指示灯”(空压机相序异常，导致马达反转时常亮)、“风机过载指示灯”，(空压机风扇电机过载报警时常亮)、“传感器报警指示灯”(温度和压力传感器短路，断路或损坏需要检修时常亮)和“备用指示灯”(其他定义故障时备用指示灯常亮)。

单片机CPU1通过MOSI(SPI总线输出)线与流程监控显示电路15相连，由串转并集成电路U2、U3将串行信号转换成并行信号，根据空压机工作状态控制十一个发光二极管的状态。

在主控制器10中电源电路18输出二路稳压直流电源，由78系列三端稳压器构成。一路5V，供给系统的总电源；另一路24V模拟量输出电路的电源。

请继续参见图3、配合参见图13所示，执行单元20由单片机CPU2(型号为ATmega16L-8AC)、相序判别电路21、开关量输出电路22、开关量输入电路23、RS422通信电路24和继电器组件25组成。RS422通信电路24与主控制器10的RS422通信电路16完全一样。

在图13中，由单片机CPU2(型号为ATmega16L-8AC)与相序判别电路21组成；在单片机CPU2的P7与P8之间连接一晶振电路，该晶振电路由晶振的两端分别连接电容C32、C33构成。在单片机CPU2的P21、P22、P23、P24与VCC之间分别连接电阻R34、R33、R32、R31，在单片机CPU2的P42、P43、P11与地之间分别连接电阻R78、R79、R80。

相序判别电路21由光电耦合器U82、U83、U84、二极管D1、D2、D3、电阻R21、R22、R24构成；光电耦合器U82的L3端、U83的L2端、U84的L1端分别与单片机CPU2的P42、P43、P11连接，光电耦合器U82的两输入端之间、U83的两输入端之间、U84的两输入端之间分别并接一二极管D3、D2、D1，电阻R24的一端与二极管D3的负端和光电耦合器U82的一输入端并接，电阻R24的另一端、二极管D3的正端分别与三相电源的AC275V3端、AC275V1端连接；电阻R22的一端与二极管D2的负端和光电耦合器U83的一输入端并接，电阻R22的另一端、二极管D2的正端分别与三相电源的AC275V2端、AC275V3端连接；电阻R21的一端与二极管D1的负端和光电耦合器U84的输入端并接，电阻R21的另一端、二极管D1的正端分别与三相电源的AC275V1端、AC275V2端连接。

光电耦合器U82、U83、U84、分别采集电源A、B、C三相电源的上升沿，传送给单片机CPU2，由软件判别电源A、B、C的相序，如果相序不对则报警，“相序异常指示灯”亮，从而确保主电机不反转，三个光电耦合器起干扰信号隔离作用。

请参见图14所示，开关量输入电路23由并转串集成电路23a(型号为4021)和多组相同的驱动电路组成，该驱动电路由反向器U2A、电阻R1、R5、电容C1组成；电阻R1和R5的一端并接，电阻R5的另一端与电容C1和反向器U2A的输入端1连接，反向器U2A的输出端2与并转串集成电路23a的输入端连接，并转串集成电路23a的输出端与单片机CPU2的MISO端P2连接，各驱动电路的电阻R1和R5的并接端分别与智能空压机的风机过载电路和主电机过载电路连接。

由于开关量输入较多，为节省单片机CPU2的I/O口，本发明采用并行口数据转换串行口数据送入。开关量输入电路由并转串集成电路将并行信号转换成串行信号，送入单片机CPU2的MISO端口。

请参见图15所示，开关量输出电路22由串转并集成电路22(型号为4049)和继电器组件25组成；串转并集成电路22的MOSI端、数据装入LD端、时钟SCK端与单片机CPU2的相对应的端口P12、P31、P11连接；串转并集成电路22的各输出信号端分别与继电器组件25的各继电器的输入信号端对应连接，各继电器的输出端通过JS1接口分别与智能空压机的接触器组连接，再由接触器组与主电机、风机、发光二极管等外设电路连接。

单片机CPU2的MOSI端口发出信号，通过串转并集成电路22将串行信号转换成并行信号，经过电平转换驱动各继电器，由继电器输出各控制信号去控制主电机、风机的运行，控制发光二极管等外设。数字信号位数，有8位、16位、32位可自行选择。

本发明智能空压机控制系统的工作原理是，操作人员可以通过监控器面板上的按键来控制压缩机，设定控制参数，显示需要的参数。控制系统通过液晶显示器(LCD)显示智能空压机的各温度、压力、运行时间及工作状态。

智能空压机控制系统通电后，液晶显示缺省页面，即：第一行运行时间XXXXHr.；第二行排气温度XXX℃，第三行，排气压力X.XXMpa。此时控制系统进入初始检测程序，如：电源相序是否正常，传感器连接是否正确可靠等等。并将检测内容显示在缺省页面的第四行，表示即时状态。在未复位之前，智能空压机控制系统不响应“启动”指令。清除故障使用“紧停/复位”按钮。同时有两个或两个以上故障，状态显示优先级高的，清除后，显示优先级其次的，直至所有故障全部清完，才可以启动空压机。

智能空压机控制系统开机后，用户可查询参数是否符合要求，具体查询内容方法为：按下“系统”所对应按键进入下级子页面，按“维护”键进入维护子页面，维护下级子页面包含：空气滤清器更换时间；油细分离器更换时间；油过滤器更换时间。

在缺省页面时按下“显示”键，进入显示页面，用户可以随时监控所需空压机即时状态中的数据变化，如排气温度，环境温度，排气压力，以及相当前准确年份、日期、时间等等。

本发明智能空压机控制系统具有先进的智能控制功能，可设置一系列参数，可以选择进入参数设置。进行参数设置前，液晶屏幕提示输入密码，密码为4位有效数字。初始密码：8888，输入正确密码后可进行参数修改。如果密码输入不正确，跳回上级页面，如果密码输入正确则进入参数设置页面。可进行排气温度、环境温度、排气压力、当前日期、当前时间、空气滤清器时间、油细分离器时间、油过滤器时间、启动时间、报警温度、保护温度、卸载压力、加载压力值、空久时间、波特率、机组编号、极限压力、联控方式等的设置。

综上所述，发明智能空压机控制系统电路设计新颖，采用了双单片机CPU1和CPU1控制，可根据系统的需要预设、修改各项参数；能自动对空压机的温度、压力、运行时间、过载、空气和油过滤器堵塞等运行参数进行动态的检测、显示、报警和控制，且集成度高，功能强大，抗干扰性能强；由于设有RS422通信电路，主控制器与执行单元电路通过RS422接口进行通讯，反应灵敏，安全可靠；由于设有RS485通信电路，多台空压机可并联在485总线上实现自行联控。

Claims (10)

1.一种智能空压机控制系统，设置在智能空压机上，其特征在于：该控制系统包括主控制器、执行单元电路；

所述的主控制器由单片机CPU1、连接单片机CPU1的模拟量测量电路、数模转换电路、键盘电路、液晶显示电路、流程监控显示电路、RS422通信电路、RS485通信电路、电源电路及连接RS485通信电路的RS485总线组成；模拟量测量电路分别与智能空压机的温度传感器和压力传感器连接，数模转换电路分别与空压机的各电磁阀连接；

所述的RS485总线上并接多台智能空压机，智能空压机的主控制器的RS485通信电路的两通信端分别与RS485总线连接，主控制器的单片机CPU1通过RS485总线与并接在RS485总线上的多个智能空压机双向传输数据和命令；

所述的执行单元电路由单片机CPU2、连接单片机CPU2的RS422通信电路、相序判别电路、开关量输入电路、开关量输出电路、连接开关量输出电路的继电器组件组成；所述的开关量输入电路分别与智能空压机的风机过载电路和主电机过载电路连接；所述的继电器组件与智能空压机的接触器组连接；

所述的主控制器中的RS422通信电路通过RS422总线与执行单元电路中的RS422通信电路连接，主控制器通过RS422总线与执行单元电路双向传输数据和命令。

2.根据权利要求1所述的智能空压机控制系统，其特征在于：所述的模拟量测量电路由四路电路结构相同的模拟量测量单元电路和多路选择器组成；其中：第一路模拟量测量单元电路的输入端与智能空压机的排气温度传感器的输出端连接，输入排气温度信号；第二路模拟量测量单元电路的输入端与智能空压机的油气桶温度传感器的输出端连接，输入油气桶温度信号；第三路模拟量测量单元电路的输入端与智能空压机的排气压力传感器的输出端连接，输入排气压力信号；第四路模拟量测量单元电路的输入端与智能空压机的油气桶压力传感器的输出端连接，输入油气桶压力信号；四路模拟量测量单元电路的输出端分别与多路选择器的输入端P1、P2、P3、P4连接；所述的多路选择器的输出ADC0端与单片机CPU1的模拟量输入ADC0端连接。

3.根据权利要求2所述的智能空压机控制系统，其特征在于：所述的模拟量测量单元电路由低通滤波电路、惠斯通电桥测量电路及运算放大电路组成；低通滤波电路的两个输出端分别与惠斯通电桥测量电路的输入端连接，惠斯通电桥测量电路的两个输出端分别与运算放大电路的正向端和负向端连接，运算放大电路的输出端与多路选择器的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的智能空压机控制系统，其特征在于：所述单片机CPU1为ATmega128单片机，所述的数模转换电路由四路电路结构相同的数模转换单元电路和多路选择器组成；四路数模转换单元电路的输入端分别与单片机CPU1的各PWM1、PWM2、PWM3、PWM4波形输出端连接，输入PWM1、PWM2、PWM3、PWM4波形；各数模转换单元电路的一个输出端分别与多路选择器的各对应的输入端连接，各数模转换单元电路的另一个输出端模拟量AOUT1、模拟量AOUT2、模拟量AOUT3、模拟量AOUT4分别与智能空压机的各相对应的电磁阀连接。

5、根据权利要求4所述的智能空压机控制系统，其特征在于：所述的数模转换单元电路由平均值电路和运算放大电路组成；平均值电路的输入端分别与CPU1的各PWM波形输出端连接，将单片机CPU1输出的PWM波形转换成模拟电压值，平均值电路的输出端与运算放大电路的输入端连接，运算放大电路的输出端与智能空压机的电磁阀的控制端连接。

6.根据权利要求1所述的智能空压机控制系统，其特征在于：所述主控制器和执行单元的RS422通信电路由RS422接口芯片U14和两个光电耦合器U11、U12组成；光电耦合器U11的输出端P6与单片机CPU1的RXD1端P27连接，光电耦合器U11的输入端P3与RS422接口芯片U14输出端P2连接；光电耦合器U12的输入端P3与单片机CPU1的TXD1端P28连接，光电耦合器U12的输出端P6与RS422接口芯片U14输入端P5连接；RS422接口芯片U14输入端P11、P12分别与RS422总线B2、A2连接；RS422接口芯片U14输出端P9、P10分别与RS422总线Y2、Z2连接。

7.根据权利要求1所述的智能空压机控制系统，其特征在于：所述的RS485通信电路由RS485接口芯片U13和三个光电耦合器U8、U9、U10组成；光电耦合器U8的输入端P2与单片机CPU1的CT485使能端P4连接，光电耦合器U8的P3与RS485接口芯片U13的P2和P3连接；光电耦合器U9的输出端P6与单片机CPU1的数据RXD0端P2连接，光电耦合器U9的输入端P3与RS485接口芯片U13输入端P1连接；光电耦合器U10的输入端P3与单片机CPU1的TXD0端P3连接，光电耦合器U10的输出端P6与RS485接口芯片U13输入端P4连接；RS485接口芯片U13的通信端P6、P7分别与RS485总线A1、B1连接。

8.根据权利要求1所述的智能空压机控制系统，其特征在于：所述的相序判别电路由光电耦合器U82、U83、U84、二极管D1、D2、D3、电阻R21、R22、R24构成；光电耦合器U82的L3端、U83的L2端、U84的L1端分别与单片机CPU2的P42、P43、P11连接，光电耦合器U82的两输入端之间、U83的两输入端之间、U84的两输入端之间分别并接一二极管D3、D2、D1，电阻R24的一端与二极管D3的负端和光电耦合器U82的输入端并接，电阻R22的一端与二极管D2的负端和光电耦合器U83的输入端并接，电阻R21的一端与二极管D1的负端和光电耦合器U84的输入端并接。

9.根据权利要求1所述的智能空压机控制系统，其特征在于：所述CPU2为ATmega16L-8AC单片机，所述的开关量输入电路由并转串集成电路和多组相同的驱动电路组成，该驱动电路由反向器U2A、电阻R1、R5、电容C1组成；电阻R1和R5的一端并接，电阻R5的另一端与电容C1和反向器U2A的输入端连接，反向器U2A的输出端与并转串集成电路的输入端连接，并转串集成电路的输出端与单片机CPU2的MISO端P2连接，各驱动电路的电阻R1和R5的并接端分别与智能空压机的风机过载电路和主电机过载电路连接。

10.根据权利要求1所述的智能空压机控制系统，其特征在于：所述的开关量输出电路由串转并集成电路和继电器组件组成；串转并集成电路的串行输出MOSI端、数据装入LD端、串行时钟SCK端与单片机CPU2的相对应的端口连接；串转并集成电路的各输出信号端分别与继电器组件的各继电器的输入信号端对应连接，各继电器的输出端分别与智能空压机的接触器组的输入端连接，通过接触器组主要与主电机、风机、发光二极管外设电路连接。

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