CN101976052A

CN101976052A - 逻辑控制装置

Info

Publication number: CN101976052A
Application number: CN 201010532448
Authority: CN
Inventors: 李阳; 李群; 高圣伟; 肖朝霞; 刘雪莉
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: CN101976052B

Abstract

本发明公开一种逻辑控制装置，包括有输入电路、单片机系统、继电器输出电路、晶体管输出电路、电源五个部分。该系统属于自动化控制领域，解决了一般中小型设备控制成本高的的问题，为中小型设备的控制提供了一种新途径。输入接口采用20点开关量输出可进行NPN/PNP输入切换，通过输入LED进行显示；输出接口采用8点继电器输出和4点晶体管输出；核心系统采用单片机，具有逻辑运算、定时、计数等功能。该逻辑控制装置是一种通用型控制装置，可普遍代替中小型设备的PLC控制，达到节约成本的目的。

Description

逻辑控制装置

技术领域

本发明涉及一种逻辑控制装置。特别是涉及一种成本低、寿命长、可靠性高，可编程、可修改程序、元件易于更换通用型逻辑控制装置。

背景技术

目前，随着现代化工业的快速发展，特备是在人力资源成本不断上升的今天，各种中小型控制设备越来越多的被企业所应用，其自动化程度也越来越高。这就迫使其配套控制器自动化程度的提高，于是可编程控制器(PLC)也就越来越多的用在其中。可编程控制器(PLC)是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品，具有多输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力，具有可靠性高、抗干扰能力强、灵活性好、编程方便等特点。正式基于这些特点，PLC控制在国内外都有了很好的发展。但是目前PLC的生产商大都是国外公司，比如欧姆龙、西门子、三菱等。这些公司的产品虽然比较先进，但是成本一般较高，使整机设备成本往往也很高。

随着社会的发展，企业间的竞争也日益激烈，怎样提高产品质量，降低产品成本成为企业竞争的核心。中小型设备由于本身的价格并不高，再配上价格昂贵的PLC显然是不合适的，即使用最便宜的PLC成本也不会很低，这样在中小型设备的控制中急需一种更为廉价的控制器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出了一种成本低、寿命长、可靠性高，可编程、可修改程序、元件易于更换通用型逻辑控制装置。

本发明所采用的技术方案是：一种逻辑控制装置，包括有单片机系统，还设置有：输入电路，用于单片机系统接受现场设备提供的信号，如按钮、操作开关、限位开关、继电器触点、接近开关等；继电器输出电路，用于将单片机的微弱电信号经过光电隔离、功率放大等处理后变换成外部设备所需要的强电信号，以驱动执行元件，如接触器、电磁阀、电磁铁等；晶体管输出电路，用于将单片机的微弱电信号(一般频率较高)经过光电隔离、功率放大等处理后变换成外部设备所需要的强电信号，以驱动执行元件；电源，用于向单片机或外设提供电源，该电源具有5V、12V、24V互相切换功能。

所述的输入电路用于单片机系统接受现场设备提供的信号，如按钮、操作开关、限位开关、继电器触点、接近开关等；该输入电路由NPN、PNP转换电路，光电隔离，达林顿驱动管，LED指示灯等部分组成；针对目前传感器的型式一般为NPN的或PNP的，该转换电路使逻辑控制装置可以接受任意一种传感信号；光电隔离可防止外部高电压串入单片机系统；达林顿驱动管主要是能驱动LED指示灯。

所述的单片机系统是采用ATMEL公司的AT89C51系列芯片，是整个控制装置的核心，全部的逻辑运算均在该系统内完成；单片机系统通过输入电路接收到信号后，可进行包括逻辑运算、定时、计数等逻辑控制，并输出相应的控制信号到继电器输出电路或晶体管输出电路。

所述的继电器输出电路由驱动芯片、LED指示灯、光电隔离、晶体管、继电器等部分组成；驱动芯片用于提高单片机的驱动电流，用于驱动LED指示灯；光电隔离防止强弱电相互干扰；晶体管用于控制继电器，可防止逻辑控制装置上电时误导通；继电器起到功率放大的作用，采用继电器的目的是可以对大功率的设备进行控制而且可靠性高、电压隔离性好。

所述的晶体管输出电路由驱动芯片、LED指示灯、光电隔离、晶体管等部分组成；驱动芯片提高单片机的驱动电流，用于驱动LED指示灯；光电隔离防止强弱电相互干扰；晶体管用于控制继电器，可防止逻辑控制装置上电时误导通；由于晶体管开关频率较高，在高频信号输出时可以采用晶体管的输出。

本发明的逻辑控制装置，是一种成本低、寿命长、可靠性高，可编程、可修改程序、元件易于更换通用型逻辑控制装置。该技术的实际应用必将为中小型设备的控制提供一种新的途径。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图；

图2是输入电路原理图；

图3是继电器输出电路原理图；

图4是晶体管输出电路原理图。

其中：

1：输入电路 4：晶体管输出电路

2：单片机系统 5：电源

3：继电器输出电路

具体实施方式

本发明提供一种成本低、寿命长、可靠性高，可编程、可修改程序、元件易于更换通用型逻辑控制装置。该系统为进一步提高中小型设备的控制提供一种新办法，大大提高设备的市场竞争力。下面结合实施例和附图对逻辑控制装置做出详细说明。

如图1所示，本发明的逻辑控制装置，包括有单片机系统2，还设置有：输入电路1，用于单片机系统接受现场设备提供的信号，如按钮、操作开关、限位开关、继电器触点、接近开关等；继电器输出电路3，用于将单片机的微弱电信号经过光电隔离、功率放大等处理后变换成外部设备所需要的强电信号，以驱动执行元件，如接触器、电磁阀、电磁铁等；晶体管输出电路4，用于将单片机的微弱电信号(一般频率较高)经过光电隔离、功率放大等处理后变换成外部设备所需要的强电信号，以驱动执行元件；电源5，用于向单片机或外设提供电源，该电源具有5V、12V、24V互相切换功能。

如图2所示，所述的输入电路1用于单片机系统接受现场设备提供的信号，如按钮、操作开关、限位开关、继电器触点、接近开关等；该输入电路由NPN、PNP转换电路S1，光电隔离U1A，达林顿驱动管U2，LED指示灯D1等部分组成；针对目前传感器的型式一般为NPN的或PNP的，该转换电路使逻辑控制装置可以接受任意一种传感信号；光电隔离U1A可防止外部高电压串入单片机系统；达林顿驱动管U2主要是能驱动LED指示灯D1；逻辑控制装置的PCB设计时，输入接口采用20点开关量输出(4点/公共端5组)可进行NPN/PNP输入切换(通过切换开关)，输入信号采用螺旋式压接端子与PCB板连接，通过输入LED进行显示，预留电位测试端子；

如图3所示，所述的继电器输出电路3由一个驱动芯片U3A、LED指示灯D21、光电隔离U4A、晶体管Q1、继电器K1等部分组成；驱动芯片U13A提高单片机的驱动电流，用于驱动LED指示灯D21；光电隔离U4A防止强弱电相互干扰；晶体管Q1用于控制继电器K1，可防止逻辑控制装置上电时误导通；继电器K1起到功率放大的作用，采用继电器的目的是可以对大功率的设备进行控制而且可靠性高、电压隔离性好；逻辑控制装置的PCB设计时，输出接口采用8点继电器输出(4点/公共端2组)，输出点接点能力为3A/点，输出信号采用螺旋式压接端子与PCB板连接，通过输出LED进行显示，预留电位测试端子；

如图4所示，所述的晶体管输出电路4由一个驱动芯片U13A、LED指示灯D3、光电隔离U5A、晶体管Q2等部分组成；驱动芯片U13A提高单片机的驱动电流，用于驱动LED指示灯D3；光电隔离U5A防止强弱电相互干扰；晶体管Q2用于控制继电器，可防止逻辑控制装置上电时误导通；由于继电器不适合高频输出，因此在高频信号输出时可以采用晶体管的输出。逻辑控制装置的PCB设计时，输出接口采用4点晶体管输出(4点/公共端1组)，输出点接点能力为0.8A/点，输出频率可达10K，输出信号采用螺旋式压接端子与PCB板连接，通过输出LED进行显示，预留电位测试端子；

单片机本身具有很好的可编程能力，该装置的所有逻辑运算均在单片机系统本身完成。该逻辑控制装置的主要技术指标为：PCB板尺寸：140×120mm；单片机程序容量：8K；程序开发软件：C语言或者汇编；输入输出点数：输入20点、输出12点，输出接点能力：3A/点共8路，0.8A/点共4路。

综上所述，本发明所述逻辑控制装置的优点是：

(1)结构简单、控制方便，成本低；

(2)可靠性高，寿命长；

(3)可编程能力强，程序可多次修改；

(4)采用模块化设计，易于检查故障和更换元件；

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的同类部件或其它形式的各部件布局方式，不经创造性的设计出与该技术方案相似的技术方案与实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种逻辑控制装置，包括有单片机系统(2)，其特征在于，还设置有：输入电路(1)，用于单片机系统(2)接受现场设备提供的信号，现场设备包括按钮、操作开关、限位开关、继电器触点、接近开关；继电器输出电路(3)，用于将单片机的微弱电信号经过光电隔离、功率放大处理后变换成外部设备所需要的强电信号，以驱动执行接触器、电磁阀、电磁铁；晶体管输出电路(4)，用于将单片机的微弱电信号(一般频率较高)经过光电隔离、功率放大等处理后变换成外部设备所需要的强电信号，以驱动执行元件；电源(5)，用于向单片机或外设提供电源，该电源具有5V、12V、24V互相切换功能。

2.根据权利要求1所述的逻辑控制装置，其特征在于，所述的输入电路(1)用于单片机系统接受现场设备提供的信号，现场设备包括按钮、操作开关、限位开关、继电器触点、接近开关；该输入电路(1)由两个NPN、PNP转换电路(S1、S2)，两个光电隔离(U1A、U1B)，达林顿驱动管U2，两个LED指示灯(D1、D2)组成。

3.根据权利要求1所述的逻辑控制装置，其特征在于，所述的继电器输出电路(3)由一个驱动芯片(U3A)、LED指示灯(D21)、光电隔离(U4A)、晶体管(Q1)、继电器(K1)组成；驱动芯片(U3A)与单片机系统(2)输出口连接，用于驱动LED指示灯(D21)；光电隔离(U4A)输入部分与+5V电源和LED指示灯(D21)连接，输出部分通过电阻(R7、R8)与晶体管(Q1)连接；晶体管(Q1)的输出连接控制继电器(K1)。

4.根据权利要求1所述的逻辑控制装置，其特征在于，所述的晶体管输出电路(4)由一个驱动芯片(U13A)、LED指示灯(D3)、光电隔离(U5A)、晶体管(Q2)组成；驱动芯片(U13A)与单片机系统(2)输出口连接，用于驱动LED指示灯(D3)；光电隔离(U5A)输入部分与+5V电源和LED指示灯(D3)连接，输出部分通过电阻(R11、R12)与晶体管(Q2)连接；晶体管(Q1)的输出连接外部控制元件。