CN104533383A - 一种液压站软起动器本地远程控制板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压站软起动器本地远程控制板，DSP控制板的内部结构是，包括主控CPU，主控CPU分别与供电模块PWR、通讯模块CANopen、输入模块IN、输出模块OUT和JTAG接口对应连接。本发明的装置，实现软起动器的本地/远程两地控制和状态显示，支持C和汇编混合编程，便于逻辑更改、功能扩展；体积小巧，结构简单，易于安装和维护，与传统液压站控制部分良好集成；使用寿命长；扩展性强，通讯简单，信号隔离，保护性能良好，无需额外配数据采集卡；自身发热量小，能稳定运行于隔爆箱体内，无需额外配备散热系统。

Description

一种液压站软起动器本地远程控制板

技术领域

本发明属于电气控制技术领域，用于实现海洋石油钻井平台液压站软启动器本地及远程起停控制及状态显示，具体涉及一种液压站软起动器本地远程控制板。

背景技术

海洋石油钻井平台结构紧凑，设备繁多，其中新式自动化设备主要采用电控液压的解决方案。要实现精确控制就需要对液压源有严格的要求，由于各设备的工作内容和工况不同，需为特定的设备配备专用液压站。设备的操作方式一般为远程集中控制，因此液压站与控制室之间都具有一定的距离；再次，因为海洋平台设备安装空间受限，一般将液压站安装于狭小空间中，就造成操作不便，因此，液压站的起动和停止非常不便利。实际工作中某些设备的液压站还需频繁起动和停止。

当控制房电控系统出现故障或需要检修时，禁止启动控制系统操作设备；若液压站仅有远程控制，现场无法实施本地启动，这必然造成工作的不便，因此，还需设置液压站动力系统本地应急起动方案。

液压站动力一般由驱动电动机提供，而某些大功率电动机通过软起动器进行起停操作，因此控制液压站即转化为控制软起动器。软起动器属于强电设备，其控制部分由弱电完成，因此控制部分与起停执行机构之间应进行信号隔离。常规控制系统中，使用多个继电器组合控制或PLC系统实现本地/远程操作及监控。

现有技术主要采用纯继电器控制，其主要缺点为硬逻辑不便于更改和扩展、体积和发热量大、机械寿命短、故障率高、后期维护成本高等。采用PLC控制系统虽能避免纯继电器控制造成的问题，但也具有成本过高、体积较大等缺点。目前没有一种专用控制电路能够实现电动机软起动器的本地/远程两地控制、状态显示和信号隔离功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压站软起动器本地远程控制板，解决了现有技术没有一种专用控制电路能够实现电动机软起动器的本地/远程两地控制、状态显示和信号隔离的问题。

本发明采用的技术方案，一种液压站软起动器本地远程控制板，包括主控CPU，主控CPU分别与供电模块PWR、通讯模块CANopen、输入模块IN、输出模块OUT和JTAG接口对应连接。

本发明的液压站软起动器本地远程控制板，其特点还在于：

所述的主控CPU的电路结构是，

包括U1芯片，VDDA为模拟量供电电源、VDDIO为数字I/O供电电源，VDDIO一个端子连接有磁珠L1，磁珠L1一路接3.3V电源，磁珠L1二路通过电容C1接地，磁珠L1三路通过电容C8接地；VDDIO另一个端子连接有磁珠L2，磁珠L2一路接3.3V电源，磁珠L2二路通过电容C2接地，磁珠L2三路通过电容C8接地；VDDA端子连接有磁珠L3，磁珠L3一路接3.3V电源，磁珠L3二路通过电容C3接地，磁珠L3三路通过电容C8接地；

VDD为CPU和数字逻辑部分电源，VDD三个端子分别通过陶瓷电容C4、C5和C6接地；

VSSA为模拟信号地，VSS为数字信号地，模拟地和数字地共同接地，并在VSSA与VSS之间设置一个电容C10，该电容C10并联有一个磁珠L4；

U1芯片X1端子与X2端子之间串联有一个晶振Y1和电阻R13，另外晶振Y1两端分别通过陶瓷电容C7和C9接地；

GPIO0至GPIO10为数字量信号输入端口，分别通过一个电阻与输入模块IN中的光耦OPT1至OPT10的3号端子对应连接；

GPIO11至GPIO20为数字量信号输出端口，分别通过一个电阻与输出模块OUT中的光耦OPT11至OPT20的1号端子对应连接；

CANRX和CANTX为通讯接口，分别与通讯模块CANopen中U2芯片相连；

U1芯片的TCK、TDO、TMS、TDI和为程序在线调试接口，分别与JTAG中J1接口对应名称的端口连接。

所述的供电模块PWR的电路结构是，包括PM1芯片和P4芯片，24V电源输入端为P4芯片；

P4芯片的1、2号端子同时通过2A熔断器F1连接24V电源，熔断器F1的输入端通过并联的三个钽电容C15、C16和C17接地；P4芯片的3号端子接0V，P4芯片的4号端子为备用端子；在3号端子与24V电源之间设置有串联的指示灯D21和电阻R55；

PM1芯片的2号端子接24V电源，PM1芯片的2号端子还通过电阻R59和电阻R61接地，PM1芯片的3号端子与电阻R59和电阻R6之间的节点连接；PM1芯片的4号端子通过电容C20接地；

PM1芯片的1号端子通过电容C12与8号端子连接，8号端子连接有磁珠L5，磁珠L5通过并联的电容C13和电容C14接地；磁珠L5还与3.3V电源连接，磁珠L5与3.3V电源连接点通过电阻R58、指示灯D23接地；

PM1芯片的8号端子通过肖特基稳压二极管DS1与7号端子连接，7号端子接地；

PM1芯片的6号端子一路通过电容C18、电阻R62接地，PM1芯片的6号端子另一路通过电容C19接地；

PM1芯片的5号端子一路通过电阻R57接3.3V电源，PM1芯片的5号端子另一路通过电阻R60接地。

所述的通讯模块CANopen电路结构是，包括U2芯片，

U2芯片的1、4号端子与U1芯片中的CANTX端子对应连接；

U2芯片的2号端子接地；

U2芯片的3号端子一路接3.3V电源，U2芯片的3号端子另一路通过电容C11接地；

U2芯片的6、7号端子与P3芯片连接；

U2芯片的8号端子与2号端子之间连接有电阻R52。

所述的JTAG接口的电路结构是，

包括J1插口，其中，TMS、TDI、TDO、TCK和端口分别与U1芯片上的对应端口连接；端口还通过电阻R63接地；

PD端口连接有3.3V电源，同时PD端口通过电阻R56和指示灯D22接地；

EMU0端口和EMU1端口分别通过电阻R53及R54连接到3.3V电源；

JTAG接口中直接将EMU0和EMU1通过4.7K电阻连接至VDDIO，即3V3。

所述的输出模块OUT的电路结构是，包括P1芯片，

P1芯片的1号端子为24VDC输出；

P1芯片的12号端子接GND；

P1芯片的2-11号端子为输出信号端，P1芯片的2-11号端子分别与光耦隔离模块OPT11-OPT20的3号端子对应连接，光耦隔离模块OPT11-OPT20的4号端子全部短接为一体；光耦隔离模块OPT11-OPT20的2号端子全部接地；

光耦隔离模块OPT11-OPT20的1号端子一路连接LED11-LED20，LED11即为电阻R42通过指示灯D11接地，LED12即为电阻R43通过指示灯D12接地，......，LED20即为电阻R51通过指示灯D20接地，该1号端子另一路分别通过一个电阻R2、R5、R8......R30与GPIO11-GPIO20对应连接，具体实现功能如表1所示，

表1、输出模块OUT的P1芯片接口功能表

序号	功能	序号	功能
				1	24VDC输出	7	加热器启动信号24V输出
2	软起动器故障指示24V输出	8	加热器停止信号24V输出
				3	软起动器运行指示24V输出	9	软起动器启动信号24V输出
4	软起动器旁路运行24V输出	10	软起动器停止信号24V输出
				5	软起动器停止24V输出	11	备用输出1
6	加热器运行指示24V输出	12	GDN端

。

所述的输入模块IN的电路结构是，包括P2芯片，

光耦隔离模块OPT1至OPT10的1号端子分别通过一个3K电阻与P2芯片的11至2号端子对应连接；P2芯片的1号端子接24V电源；P2芯片的12号端子接地；

光耦隔离模块OPT1至OPT10的2号端子分别接地；

光耦隔离模块OPT1至OPT10的3号端子分为两路，其中一路通过电阻分别与U1芯片的GPIO1至GPIO10相连，将外部信号通过光耦传至U1芯片，另一路通过另一电阻与指示灯D1至D10分别对应连接；

光耦隔离模块OPT1至OPT10的4号端子分别接至3.3V电源；

输入信号电压为24VDC，通过P2芯片的1号端子提供，光耦隔离模块OPT1至OPT10的通道对应的输入指令如表2所示，

表2、输入模块IN的P2芯片接口功能表

序号	功能	序号	功能
				1	24V DC电源	7	软起动器停止信号(远程)
2	软起动器启动信号(本地)	8	加热器启动信号(远控)
				3	软起动器停止信号(本地)	9	加热器停止信号(远控)
4	加热器启动信号(本地)	10	超温报警
				5	加热器停止信号(本地)	11	备用1
6	软起动器启动信号(远程)	12	0V备用

。

本发明的有益效果是，对比现有技术具有以下创新点：1)单个控制板实现软起动器的本地/远程两地控制和状态显示；2)板载输入/输出信号隔离模块，可与24VDC外设(开关、继电器、电磁阀等)直连。3)程序设计简单，支持C和汇编混合编程，便于逻辑更改、功能扩展；4)体积小巧，结构简单，易于安装和维护，与传统液压站控制部分良好集成；5)整个控制板无机械触头，使用寿命长；6)扩展性强，最多可扩展126个控制板，实现多设备的同步控制。CANopen总线连接，通讯简单，接线方便，只需两芯控制电缆即可实现；7)信号隔离，保护性能良好，无需额外配数据采集卡；8)自身发热量小，能稳定运行于隔爆箱体内，无需额外配备散热系统。

附图说明

图1是本发明DSP控制板的控制原理框图；

图2是本发明DSP控制板的模块内部框图；

图3是本发明DSP控制板中的CPU电路图；

图4是本发明DSP控制板中的供电模块电路图；

图5是本发明DSP控制板中的CANopen通讯模块电路图；

图6是本发明DSP控制板中的JTAG接口电路图；

图7是本发明DSP控制板中的指令输出接口电路图一；

图8是本发明DSP控制板中的指令输出接口电路图二；

图9是本发明DSP控制板中的指令输入接口电路图一；

图10是本发明DSP控制板中的指令输入接口电路图二；

图11是本发明的DSP控制板软起动器起动流程图；

图12是本发明的DSP控制板软起动器停止流程图。

图中，1.DSP控制板，2.软起动器，3.继电器，4.加热器，

另外，CPU表示主控模块，IN表示输入模块，OUT表示输出模块，PWR表示供电模块，CANopen表示通讯模块，JTAG表示程序调试接口，

U1是CPU主控模块中的芯片，U2是CANopen通讯模块中的芯片，PM1是电源模块中的芯片；

P1是输出模块中的接口，P2是输入模块中的接口，P3是CANopen中的接口，P4是供电模块中的接口，J1是JTAG中的接口；

C1、C2······C6、C8、C10······C19分别表示17个滤波电容；

C7、C9分别表示两个晶振供电电容；

D1、D2······D23分别表示23个LED指示灯；

L1、L2······L5分别表示5个滤波电感；

OPT1、OPT2······OPT20分别表示20个光耦隔离器；

R1、R2······R63分别表示63个电阻；

DS1表示肖特基稳压二极管；

F1表示2A熔断器；Y1表示晶振；

24V表示DC24V电源；3V3表示DC3.3V电源；GND表示接地。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明液压站软起动器本地远程控制板的应用方式是，包括DSP控制板1，DSP控制板1的两个输入端分别与本地控制的操作端、远程控制的操作端信号连接，DSP控制板1的另一个输入端与软起动器2信号连接，DSP控制板1的输出端通过继电器3与电动机的加热器4控制连接。

本发明的控制原理是，(本地操作端或远程操作端)发送本地控制或远程控制指令，通过DSP控制板1进行逻辑运算和判断后，DSP控制板1的命令输出至相应端口，实现对软起动器2和电动机的加热器4的起停控制，软起动器2的反馈信息(启动、旁路、停止、故障等)通过DSP控制板1发送至操作端。

DSP控制板1采用24VDC供电，扩展板或上位机通过通讯模块CANopen实现通讯和数据交换，本地控制和远程控制通过接口连接至DSP控制板1，实现操作和显示；DSP控制板1的输出指令包括电动机的加热器4和软起动器2两部分，电动机的加热器4由于功率较大，一般采用220V/380V供电方式，因此通过继电器3控制电动机的加热器4的起停，控制指令输出电压为24VDC。软起动器2由于具有24VDC直接控制的接口，能够实现DSP控制板1与软起动器2之间的直接数据交换。

参照图2，本发明DSP控制板1的电路结构是，分为六个功能部分，包括主控CPU，主控CPU分别与供电模块PWR、通讯模块CANopen、输入模块IN、输出模块OUT和JTAG接口对应连接。

主控CPU型号为TI PICCOLO TMS320F28030-64TQFP；供电模块PWR采用TI线性低压降稳压的TPS54331；通讯模块CANopen采用TISN65HVD230；输入模块IN/输出模块OUT的隔离模块采用SHARP PC817；输入模块IN/输出模块OUT的接口均采用WAGO 233-512PCB专用弹簧端子排，45度出线并带有推压键，便于观察和操作，降低接错线的概率；JTAG接口方便程序下载和在线调试；输入模块IN/输出模块OUT和供电模块PWR均设置有相应的工作指示灯，方便信号诊断。

主控CPU采用TI PICCOLO系列微型控制器，结构简单、稳定性强，所有输入/输出通道采用隔离处理，可对主控CPU进行良好的保护。输入/输出通道根据不同的需求进行功能扩展，实现指令、数据交换。通讯模块CANopen的总线接口，既可实现多控制板并联扩展，又可实现与其它控制系统的无缝对接。供电模块PWR采用24VDC供电，保证工业控制系统的通用性。整个DSP控制板1实现本地/远程两地控制和状态监视，既避免软起动器2与控制房之间距离过大造成的操作不便，又具有软起动器2本地起停的功能。

供电模块PWR由低功耗线性电源模块完成24V-3.3V之间的电压转换，控制板中既有外设所需的24V电源又有控制板内部逻辑所需的3.3V电源。输入部分的开关、按钮和输出负载部分的继电器、电磁阀统一24V和0V电平，避免电势差造成器件意外动作或指令无效等问题。供电模块PWR接口具有防反插功能、双24V输入，并设置一个熔断器，避免过电流造成器件烧毁。所有输入及输出指令全部采用光耦隔离，既可实现电压等级转换，又能保护控制板。隔离模块通过快速插装底座固定于电路板。通讯模块CANopen的集成为多控制板扩展提供便利性，在单控制板不能满足使用需求时可进行多片扩展，并可实现与其它控制系统的无缝对接。每个输入/输出通道设置一个指示灯，在不连接上位机的情况下可通过其读取输入/输出状态。与外围设备相连的输入/输出端子采用弹簧固定方式，并带有推压键。

参照图2，本发明实施例的布置方式是，主控CPU的U1芯片位于控制板中央。为减小干扰，JTAG接口位于U1芯片正下方，尽可能接近U1芯片。CANopen模块位于U1芯片左下角，其周围外接线少、便于扩展。输出模块OUT和输入模块IN分别位于U1芯片右方和上方，输出模块OUT和输入模块IN的接线各占用控制板一个方向，便于控制板布线和操作。供电模块PWR含24V和3.3V两种电压等级，因只有输出模块OUT和输入模块IN使用24V电源，为了减少供电模块PWR对高频器件的干扰，将其布置于U1芯片左方。这样，整体实现无需额外控制器和数据采集卡的情况下完成软起动器的两地起停控制和状态监控，并具有输入/输出信号隔离功能。

以下按照图3-图8依次介绍DSP控制板各功能部分的具体实现方式。

图2、图5、图7、图10中画叉号(×)的接口表示未接线端子，在PCB中起到固定相应模块的作用。

参照图3，主控CPU的的电路结构是(拓扑原理图)，

以U1芯片为核心展开连接，VDDA为模拟量供电电源、VDDIO为数字I/O供电电源，为保证电源部分电能质量，供电部分分别并联一个电容，串联一个磁珠，即：VDDIO一个端子连接有磁珠L1，磁珠L1一路接3.3V电源，磁珠L1二路通过电容C1接地，磁珠L1三路通过电容C8(1μF)接地；VDDIO另一个端子连接有磁珠L2，磁珠L2一路接3.3V电源，磁珠L2二路通过电容C2接地，磁珠L2三路通过电容C8接地；VDDA端子连接有磁珠L3，磁珠L3一路接3.3V电源，磁珠L3二路通过电容C3接地，磁珠L3三路通过电容C8接地；

上述的C1和L1、C2和L2、C3和L3的连接方式，C1、C2、C3均为2.2μF，作用是滤除电源中的高频纹波；

VDD为CPU和数字逻辑部分电源，此部分采用模块内部供电方式，VDD三个端子分别通过陶瓷电容C4、C5和C6(C4、C5和C6均为1.2μF)接地(GND)；

VSSA为模拟信号地，VSS为数字信号地，由于本系统无模拟量，可将模拟地和数字地共同接地，并在VSSA与VSS之间设置一个电容C10(1μF)，该电容C10并联有一个磁珠L4；

CPU模块正常情况下内置有电子振荡器，但内部振荡器较易损坏，为保证系统的可靠性，DSP控制板采用外置石英晶振的结构，为此本发明CPU的U1芯片X1端子与X2端子之间串联有一个10.0000MHz的晶振Y1和电阻R13，另外晶振Y1两端分别通过陶瓷电容C7和C9(C7和C9均为15pF)接地；

GPIO0至GPIO10为数字量信号输入端口，分别通过一个570欧姆的电阻与输入模块IN中的光耦OPT1至OPT10的3号端子对应连接(见图10)；

GPIO11至GPIO20为数字量信号输出端口，分别通过一个570欧姆的电阻与输出模块OUT中的光耦OPT11至OPT20的1号端子对应连接(见图7)；

CANRX和CANTX为通讯接口，其分别与通讯模块CANopen中U2芯片的CANRX和CANTX相连，实现通讯数据交换；

U1芯片的TCK、TDO、TMS、TDI和为程序在线调试接口，分别与JTAG中J1接口对应名称的端口连接。

参照图4，供电模块PWR的电路结构是，包括PM1芯片和P4芯片，PM1芯片型号为TI TPS54331，输入电压24VDC，输出电压3.3VDC，最大输出电流3A；24V电源输入端为P4芯片，P4芯片采用标准4针防反插连接器；

P4芯片的1、2号端子同时通过2A熔断器F1连接24V电源，防止因其中一根电缆断线引起供电故障，2A熔断器F1保证在过电流的情况下保护主电路，熔断器F1的输入端通过并联的三个钽电容C15、C16和C17接地，实现滤波；P4芯片的3号端子接0V，P4芯片的4号端子为备用端子；在3号端子与24V电源之间设置有串联的指示灯D21和电阻R55，D21为24V电源指示灯，R55为保护电阻，避免过电流；

PM1芯片的2号端子接24V电源，PM1芯片的2号端子还通过电阻R59和电阻R61接地，PM1芯片的3号端子与电阻R59和电阻R6之间的节点连接；PM1芯片的4号端子通过电容C20接地；

PM1芯片的1号端子通过电容C12与8号端子连接，8号端子连接有磁珠L5，磁珠L5通过并联的电容C13和电容C14接地(电容C13和电容C14均为47uF)，LCC三次滤波器L5、C13和C14滤除电源谐波；磁珠L5还与3.3V电源连接，磁珠L5与3.3V电源连接点通过电阻R58、指示灯D23接地，D23为3.3V电源指示灯，R58亦为保护电阻；

PM1芯片的8号端子通过肖特基稳压二极管DS1与7号端子连接，7号端子接地；DS1为3.3V肖特基稳压二极管，对输出过电压保护；

PM1芯片的6号端子一路通过电容C18、电阻R62接地，PM1芯片的6号端子另一路通过电容C19接地；

PM1芯片的5号端子一路通过电阻R57接3.3V电源，PM1芯片的5号端子另一路通过电阻R60接地；

GND表示接地端子，24V表示DC24V电源引出端，满足控制板内部24V电源需求，3V3表示DC3.3V电源引出端，满足控制板内部3.3V电源需求。

参照图5，通讯模块CANopen的电路结构是，包括U2芯片，U2芯片的1、4号端子与U1芯片中的CANTX端子对应连接；U2芯片的2号端子接地，U2芯片的3号端子一路接3.3V电源，U2芯片的3号端子另一路通过电容C11接地；U2芯片的6、7号端子与P3芯片连接；U2芯片的8号端子与2号端子之间连接有电阻R52；

作为收发器模块的U2芯片，U2芯片型号为SN65HVD230，其主要特点为3.3V供电，无需额外进行电压等级转换；370μA低功耗待机模式；最高传输速率1Mbps；超温自动保护；应用U2芯片能够实现最多126片DSP控制板并联，方便功能扩展；U2芯片中的3V3为3.3V电源，GND为接地，CANTX和CANRX分别与U1中相应端口连接，P3芯片的1号和3号端子表示外部CAN总线输入端口。

参照图6，JTAG接口的电路结构是，用于程序调试，

包括J1插口，其中，TMS、TDI、TDO、TCK和端口分别与U1芯片上的对应端口连接，用于程序上传/下载和CPU状态监控；端口还通过电阻R63接地；

PD端口连接有3.3V电源，同时PD端口通过电阻R56和指示灯D22接地，D22为JTAG信号指示灯，R56为保护电阻；

EMU0端口和EMU1端口分别通过电阻R53及R54连接到3.3V电源；

3V3和GND分别表示电源和接地；由于U1无EMU0/EMU1管脚，JTAG接口中直接将EMU0和EMU1通过4.7K电阻连接至VDDIO，即3V3。

参照图7、图8，输出模块OUT的电路结构是，包括P1芯片，用于PCB控制板与外部信号线之间的连接，P1芯片采用WAGO 233-512PCB专用端子，焊针间距2.54mm，单个端子承受电流6A，电压250V，瞬间过电压2500V，并带有推压键，方便接线；

P1芯片的1号端子为24VDC输出，作为外设的备用电源；

P1芯片的12号端子接GND；

P1芯片的2-11号端子为输出信号端，P1芯片的2-11号端子分别与光耦隔离模块OPT11-OPT20的3号端子对应连接，光耦隔离模块OPT11-OPT20的4号端子全部短接为一体；光耦隔离模块OPT11-OPT20的2号端子全部接地；

光耦隔离模块OPT11-OPT20的1号端子一路连接LED11-LED20，LED11即为电阻R42通过指示灯D11接地，LED12即为电阻R43通过指示灯D12接地，......，LED20即为电阻R51通过指示灯D20接地，该1号端子另一路分别通过一个电阻R2、R5、R8......R30与GPIO11-GPIO20对应连接，具体实现功能如表1所示，

表1、输出模块OUT的P1芯片接口功能表

序号	功能	序号	功能
				1	24VDC输出	7	加热器启动信号24V输出
2	软起动器故障指示24V输出	8	加热器停止信号24V输出
				3	软起动器运行指示24V输出	9	软起动器启动信号24V输出
4	软起动器旁路运行24V输出	10	软起动器停止信号24V输出
				5	软起动器停止24V输出	11	备用输出1
6	加热器运行指示24V输出	12	GDN端

图7、图8中，光耦隔离模块OPT11至OPT20型号均采用SHARP PC817，光耦隔离模块OPT11至OPT20的1号端子分别通过一个570欧姆电阻与U1芯片的GPIO11至GPIO20相连；同时分别在1号端子引出一根导线通过1K电阻R42至R51连接至发光二极管D11至D20，作为LED状态指示灯，当相应的通道有输出信号时指示灯亮，方便读取输出状态和故障诊断；

光耦隔离模块OPT11至OPT20的4号端子为输出接口供电端子，分别接至24V电源；

光耦隔离模块OPT11至OPT20全部配备快速插装底座，当出现故障时，可进行快速更换。

光耦隔离模块OPT11至OPT20主要有两个功能：其一，实现输入/输出的隔离保护；其二，电压放大，输入电压3.3VDC，输出电压24VDC，从而能够直接驱动继电器、电磁阀等较大功率的负载。

参照图9、图10，输入模块IN的电路结构是，包括P2芯片，P2芯片与P1芯片型号相同，与输出模块OUT的结构类似，指令输入与输出原理相同，信号方向与输出相反，实现外部信号线与PCB的连接，输入信号通过各个光耦隔离模块OPT进行隔离，并将电压由24V DC降至3.3V DC输入U1芯片；

光耦隔离模块OPT1至OPT10的1号端子分别通过一个3K电阻(R31，R28，......，R6，R3)与P2芯片的11至2号端子对应连接；P2芯片的1号端子接24V电源；P2芯片的12号端子接地；

光耦隔离模块OPT1至OPT10的2号端子分别接地；

光耦隔离模块OPT1至OPT10的3号端子分为两路，其中一路通过570欧电阻(R29，R26，......R4，R1)分别与U1芯片的GPIO1至GPIO10相连，将外部信号通过光耦传至U1芯片，另一路通过1K电阻(R32，R33，……，R40，R41)与指示灯D1至D10分别对应连接，实现输入信号LED状态指示；

光耦隔离模块OPT1至OPT10的4号端子分别接至3.3V电源；

输入信号包括本地指令输入和远程指令输入两部分：本地指令为接近DSP控制板本体部分，远程部分为远程中央控制室的控制部分，保证与工业用控制开关、带灯按钮等的良好兼容性，以及远距离开关量信号的可实施性，输入信号电压为24VDC，通过P2芯片的1号端子提供，光耦隔离模块OPT1至OPT10的通道对应的输入指令如表2所示。

表2、输入模块IN的P2芯片接口功能表

序号	功能	序号	功能
				1	24V DC电源	7	软起动器停止信号(远程)
2	软起动器启动信号(本地)	8	加热器启动信号(远控)
				3	软起动器停止信号(本地)	9	加热器停止信号(远控)
4	加热器启动信号(本地)	10	超温报警

5	加热器停止信号(本地)	11	备用1
				6	软起动器启动信号(远程)	12	0V备用

利用本发明上述的DSP控制板结构，实施起动和停止程序流程是，系统启动，首先进行上电自检，然后按步骤进行系统初始化、中断初始化、看门狗初始化等初始化设置，系统操作和逻辑互锁要求是：1)所有开关和按钮选用自复位形式，指令采用高电平触发方式；2)系统运行过程中，再次触发运行指令无效；3)系统停止过程中，再次触发停止指令无效；4)电动机的加热器只能在电动机未运行的状态下工作(加热)，电动机起动后立即关闭加热器，

根据上述逻辑关系，参照图11，本发明DSP控制板实施的起动程序是：

当DSP控制器接收到起动指令后，立即判断系统是否处于停止状态，若不是则返回起动信号扫描状态，若是则继续判断加热器是否处于停止状态，若不是则关闭加热器继续执行，若是则继续执行，按下一步程序执行输出起动指令，

系统停止流程，参照图12，系统停止指令会在两种状况下执行：1)不管任何状态，只要系统检测到超温信号，则立即停止软起动器；2)正常运行情况，接收到停止信号后，判断系统是否处于运行状态，若否，则返回信号扫描状态；若是，则执行停止并输出停止指令，

加热器起停逻辑与主程序相似，起动时首先判断电动机是否运行，若正在运行则禁止启动，否则可正常启动；接收到停止信号直接停止加热。

软起动器具有PTC温度传感器，当检测到电动机超过设定温度时给DSP控制板发送信号，则强制停止加热器。

Claims (7)

1.一种液压站软起动器本地远程控制板，其特点在于：即DSP控制板(1)，该DSP控制板(1)的内部结构是，包括主控CPU，主控CPU分别与供电模块PWR、通讯模块CANopen、输入模块IN、输出模块OUT和JTAG接口对应连接。

2.根据权利要求1所述的液压站软起动器本地远程控制板，其特点在于：所述的主控CPU的电路结构是，

包括U1芯片，VDDA为模拟量供电电源、VDDIO为数字I/O供电电源，VDDIO一个端子连接有磁珠L1，磁珠L1一路接3.3V电源，磁珠L1二路通过电容C1接地，磁珠L1三路通过电容C8接地；VDDIO另一个端子连接有磁珠L2，磁珠L2一路接3.3V电源，磁珠L2二路通过电容C2接地，磁珠L2三路通过电容C8接地；VDDA端子连接有磁珠L3，磁珠L3一路接3.3V电源，磁珠L3二路通过电容C3接地，磁珠L3三路通过电容C8接地；

VDD为CPU和数字逻辑部分电源，VDD三个端子分别通过陶瓷电容C4、C5和C6接地；

VSSA为模拟信号地，VSS为数字信号地，模拟地和数字地共同接地，并在VSSA与VSS之间设置一个电容C10，该电容C10并联有一个磁珠L4；

U1芯片X1端子与X2端子之间串联有一个晶振Y1和电阻R13，另外晶振Y1两端分别通过陶瓷电容C7和C9接地；

GPIO0至GPIO10为数字量信号输入端口，分别通过一个电阻与输入模块IN中的光耦OPT1至OPT10的3号端子对应连接；

GPIO11至GPIO20为数字量信号输出端口，分别通过一个电阻与输出模块OUT中的光耦OPT11至OPT20的1号端子对应连接；

CANRX和CANTX为通讯接口，分别与通讯模块CANopen中U2芯片相连；

U1芯片的TCK、TDO、TMS、TDI和为程序在线调试接口，分别与JTAG中J1接口对应名称的端口连接。

3.根据权利要求1所述的液压站软起动器本地远程控制板，其特点在于：所述的供电模块PWR的电路结构是，包括PM1芯片和P4芯片，

P4芯片的1、2号端子同时通过2A熔断器F1连接24V电源，熔断器F1的输入端通过并联的三个钽电容C15、C16和C17接地；P4芯片的3号端子接0V，P4芯片的4号端子为备用端子；在3号端子与24V电源之间设置有串联的指示灯D21和电阻R55；

PM1芯片的2号端子接24V电源，PM1芯片的2号端子还通过电阻R59和电阻R61接地，PM1芯片的3号端子与电阻R59和电阻R6之间的节点连接；PM1芯片的4号端子通过电容C20接地；

PM1芯片的1号端子通过电容C12与8号端子连接，8号端子连接有磁珠L5，磁珠L5通过并联的电容C13和电容C14接地；磁珠L5还与3.3V电源连接，磁珠L5与3.3V电源连接点通过电阻R58、指示灯D23接地；

PM1芯片的8号端子通过肖特基稳压二极管DS1与7号端子连接，7号端子接地；

PM1芯片的6号端子一路通过电容C18、电阻R62接地，PM1芯片的6号端子另一路通过电容C19接地；

PM1芯片的5号端子一路通过电阻R57接3.3V电源，PM1芯片的5号端子另一路通过电阻R60接地。

4.根据权利要求1所述的液压站软起动器本地远程控制板，其特点在于：所述的通讯模块CANopen的电路结构是，包括U2芯片，

U2芯片的1、4号端子与U1芯片中的CANTX端子对应连接；

U2芯片的2号端子接地；

U2芯片的3号端子一路接3.3V电源，U2芯片的3号端子另一路通过电容C11接地；

U2芯片的6、7号端子与P3芯片连接；

U2芯片的8号端子与2号端子之间连接有电阻R52。

5.根据权利要求1所述的液压站软起动器本地远程控制板，其特点在于：所述的JTAG接口的电路结构是，

包括J1插口，其中，TMS、TDI、TDO、TCK和端口分别与U1芯片上的对应端口连接；端口还通过电阻R63接地；

PD端口连接有3.3V电源，同时PD端口通过电阻R56和指示灯D22接地；

EMU0端口和EMU1端口分别通过电阻R53及R54连接到3.3V电源；

JTAG接口中直接将EMU0和EMU1通过4.7K电阻连接至VDDIO，即3V3。

6.根据权利要求1所述的液压站软起动器本地远程控制板，其特点在于：所述的输出模块OUT的电路结构是，包括P1芯片，

P1芯片的1号端子为24VDC输出；

P1芯片的12号端子接GND；

P1芯片的2-11号端子为输出信号端，P1芯片的2-11号端子分别与光耦隔离模块OPT11-OPT20的3号端子对应连接，光耦隔离模块OPT11-OPT20的4号端子全部短接为一体；光耦隔离模块OPT11-OPT20的2号端子全部接地；

光耦隔离模块OPT11-OPT20的1号端子一路连接LED11-LED20，LED11即为电阻R42通过指示灯D11接地，LED12即为电阻R43通过指示灯D12接地，……，LED20即为电阻R51通过指示灯D20接地，该1号端子另一路分别通过一个电阻R2、R5、R8……R30与GPIO11-GPIO20对应连接，具体实现功能如表1所示，

表1、输出模块OUT的P1芯片接口功能表

序号 功能 序号 功能 1 24VDC输出 7 加热器启动信号24V输出 2 软起动器故障指示24V输出 8 加热器停止信号24V输出 3 软起动器运行指示24V输出 9 软起动器启动信号24V输出 4 软起动器旁路运行24V输出 10 软起动器停止信号24V输出 5 软起动器停止24V输出 11 备用输出1 6 加热器运行指示24V输出 12 GDN端

。

7.根据权利要求1所述的液压站软起动器本地远程控制板，其特点在于：所述的输入模块IN的电路结构是，包括P2芯片，

光耦隔离模块OPT1至OPT10的1号端子分别通过一个3K电阻与P2芯片的11至2号端子对应连接；P2芯片的1号端子接24V电源；P2芯片的12号端子接地；

光耦隔离模块OPT1至OPT10的2号端子分别接地；

光耦隔离模块OPT1至OPT10的3号端子分为两路，其中一路通过电阻分别与U1芯片的GPIO1至GPIO10相连，将外部信号通过光耦传至U1芯片，另一路通过另一电阻与指示灯D1至D10分别对应连接；

光耦隔离模块OPT1至OPT10的4号端子分别接至3.3V电源；

输入信号电压为24VDC，通过P2芯片的1号端子提供，光耦隔离模块OPT1至OPT10的通道对应的输入指令如表2所示，

表2、输入模块IN的P2芯片接口功能表

序号 功能 序号 功能 1 24V DC电源 7 软起动器停止信号(远程) 2 软起动器启动信号(本地) 8 加热器启动信号(远控) 3 软起动器停止信号(本地) 9 加热器停止信号(远控) 4 加热器启动信号(本地) 10 超温报警 5 加热器停止信号(本地) 11 备用1 6 软起动器启动信号(远程) 12 0V备用

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