CN107608282A - 一种用于柴油机监控系统的继电器扩展模块 - Google Patents
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Abstract
一种用于柴油机监控系统的继电器扩展模块，本发明可以实现按照通讯指令控制20路数字量输出的功能，通讯总线支持RS485总线和CAN总线，并设有一个8位拨码开关作为通讯地址选择输入，本发明具有结构简单，操作方便等特点，适合在大功率柴油机监控领域大范围的推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种继电器扩展模块，具体涉及一种用于柴油机监控系统的继电器扩展模块。
背景技术
已知的，随着柴油机监控系统智能化程度越来越高,柴油机测点的数量也越来越多，针对这种变化趋势，申请人设计了一种双CAN总线架构的柴油机监控系统，相较以往普遍采用的RS485通讯，该监控系统使用双CAN网络进行内部数据交换，在提高通讯速率和数据量的同时冗余的双CAN网络的应用也增强了监控系统的可靠性。
双CAN总线架构的柴油机监控系统功能组建形式灵活，包含基本组成和扩展组成两部分，基本组成可以满足大部分的柴油机单机监控需求，扩展组成可以选择性增删其中的功能模块使监控系统满足主推进机组、发电机组等不同的成套设备的监控应用需求。在扩展组成中继电器扩展模块是关键部件之一，其必须满足双CAN总线架构的应用需求，具有20路数字量输出通道，可用于连接电磁阀、接触器、小型电动机、指示灯、电机启动器等数字执行器，因此，开发一种用于柴油机监控系统的继电器扩展模块就成了本领域技术人员的必要技术诉求。
发明内容
为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种用于柴油机监控系统的继电器扩展模块，本发明可以实现按照通讯指令控制20路数字量输出的功能，通讯总线支持RS485总线和CAN总线，并设有一个8位拨码开关作为通讯地址选择输入。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种用于柴油机监控系统的继电器扩展模块，包括壳体1、10路继电器输出接口A2、调试口3、拨码开关4、10路继电器输出接口B5、RS485通讯接口6、第一路CAN通讯接口7、第二路CAN通讯接口8、电源输入口9和印制电路板，在所述壳体1的腔体内设有印制电路板，在所述印制电路板上分别设有继电器驱动电路、MCU电路、数字量输入驱动电路、RS485驱动电路、第一路CAN驱动电路和第二路CAN驱动电路，所述MCU电路的输入端分别连接数字量输入驱动电路和继电器驱动电路的输出端，MCU电路的输出端分别连接RS485驱动电路、第一路CAN驱动电路和第二路CAN驱动电路的输入端，继电器驱动电路、MCU电路、RS485驱动电路、第一路CAN驱动电路和第二路CAN驱动电路分别连接电源电路，在壳体1的前面板上分别设有10路继电器输出接口A2、调试口3、拨码开关4、10路继电器输出接口B5、RS485通讯接口6、第一路CAN通讯接口7、第二路CAN通讯接口8和电源输入口9，所述RS485通讯接口6、第一路CAN通讯接口7和第二路CAN通讯接口8分别连接RS485、第一路CAN和第二路CAN的通讯总线，电源输入口9连接供电电源，调试口3连接调试设备，10路继电器输出接口A2和10路继电器输出接口B5分别连接20个继电器形成所述的用于柴油机监控系统的继电器扩展模块。
所述的用于柴油机监控系统的继电器扩展模块，所述电源电路为隔离型直流电源转换方式，允许供电电压范围为9～36V。
所述的用于柴油机监控系统的继电器扩展模块，所述MCU选用飞思卡尔16位处理器9S12XET256。
所述的用于柴油机监控系统的继电器扩展模块，所述印制电路板通过螺栓固定在壳体内。
所述的用于柴油机监控系统的继电器扩展模块，所述继电器包括大功率继电器和小功率继电器，所述大功率继电器选用SJE-S-112D，所述小功率继电器选用SYS-S-112L。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
本发明可以实现按照通讯指令控制20路数字量输出的功能，通讯总线支持RS485总线和CAN总线，并设有一个8位拨码开关作为通讯地址选择输入，本发明具有结构简单，操作方便等特点，适合在高速大功率柴油机监控领域大范围的推广和应用。
附图说明
图1是本发明中面板的布局结构示意图；
图2是本发明的原理架构图；
图3是本发明中信息处理示意图；
图4是本发明中继电器驱动电源原理示意图；
图5是本发明中LM2576应用电路示意图；
图6是本发明中LM2940应用电路示意图；
在图中：1、壳体；2、10路继电器输出接口A；3、调试口；4、拨码开关；5、10路继电器输出接口B；6、RS485通讯接口；7、第一路CAN通讯接口；8、第二路CAN通讯接口；9、电源输入口。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
结合附图1～6所述的一种用于柴油机监控系统的继电器扩展模块，包括壳体1、10路继电器输出接口A2、调试口3、拨码开关4、10路继电器输出接口B5、RS485通讯接口6、第一路CAN通讯接口7、第二路CAN通讯接口8、电源输入口9和印制电路板，在所述壳体1的腔体内设有印制电路板，在所述印制电路板上分别设有继电器驱动电路、MCU电路、数字量输入驱动电路、RS485驱动电路、第一路CAN驱动电路和第二路CAN驱动电路，所述MCU电路的输入端分别连接数字量输入驱动电路和继电器驱动电路的输出端，MCU电路的输出端分别连接RS485驱动电路、第一路CAN驱动电路和第二路CAN驱动电路的输入端，继电器驱动电路、MCU电路、RS485驱动电路、第一路CAN驱动电路和第二路CAN驱动电路分别连接电源电路，在壳体1的前面板上分别设有10路继电器输出接口A2、调试口3、拨码开关4、10路继电器输出接口B5、RS485通讯接口6、第一路CAN通讯接口7、第二路CAN通讯接口8和电源输入口9，所述RS485通讯接口6、第一路CAN通讯接口7和第二路CAN通讯接口8分别连接RS485、第一路CAN和第二路CAN的通讯总线，电源输入口9连接供电电源，调试口3连接调试设备，10路继电器输出接口A2和10路继电器输出接口B5分别连接20个继电器形成所述的用于柴油机监控系统的继电器扩展模块。
其中所述电源电路为隔离型直流电源转换方式，允许供电电压范围为9～36V。
进一步，所述MCU选用飞思卡尔16位处理器9S12XET256。
进一步，所述印制电路板通过螺栓固定在壳体内。
进一步，所述继电器包括大功率继电器和小功率继电器，所述大功率继电器选用SJE-S-112D，所述小功率继电器选用SYS-S-112L。
本发明的具体实施方案如下：
本发明是专门的数字量输出模块，可以实现按照通讯指令控制20路数字量输出的功能，通讯总线支持RS485总线和CAN总线，并设有一个8位拨码开关作为通讯地址选择输入。模块的接口配置如表1所示。具体面板布局如图1所示。
表1 接口配置表
本发明的原理架构如图2所示，MCU在通讯驱动电路的配合下完成总线通讯，根据得到的控制信息驱动继电器动作。电源电路为模块内各电路提供所需电源。
本发明的原理设计如下：
1、总线通讯：
MCU内部仅集成了SCI和CAN模块控制器的功能，不能提供物理层驱动，所以在实际使用时还需要通过收发器驱动后与总线相连。这里分别选用CTM8251D带隔离的双路CAN收发器芯片和RSM485隔离收发器芯片作为物理层的驱动芯片，它们在实现收发器功能的基础上具有隔离、静电保护、抗电磁干扰和防浪涌的特性。
当通过RS485总线接收控制信息时，继电器扩展模块遵循Modbus-RTU从站协议且工作在半双工模式下，传输速率为9600bps，8位数据位，1位停止位，无校验位。寄存器地址对照表如表2所示，状态字描述如表3所示。当通过CAN总线接收控制信息时，继电器扩展模块遵循自定义的具备冗余能力的CAN应用协议，传输速率为250Kbps。继电器扩展模块的网络地址可以通过拨码开关进行设置。
表2 寄存器地址对照表
注：当标志位为1时，继电器吸合；当标志位为0时，继电器释放。
2、MCU信息处理：
MCU是继电器扩展模块的核心器件，选用飞思卡尔16位处理器9S12XET256，该芯片具有59个IO接口，2个SCI接口和3个CAN接口。MCU内部信息处理包括外部指令接收解析、控制状态转换、继电器控制输出，如图3所示。
MCU通过总线接收到控制指令帧后，按照通讯协议对信息帧进行解析，从中获得每个继电器的目标状态，然后将目标状态转换为对应IO管脚的输出状态进行输出。
3、继电器驱动：
继电器驱动电路原理示意如图4所示，当MCU输出逻辑1时，MCU-Output接近+5V，三极管Q1导通，继电器K1线圈两端电压接近12V，继电器吸合。当MCU输出逻辑0时，MCU-Output小于0.8V，经R1分压后的电压不足以驱动三极管Q1，继电器K1线圈两端电压接近0，继电器释放。通过双排针P10跳线可以选择使用常开输出或者常闭输出。
电路中三极管选用BC846，继电器根据功率不同，大功率继电器选用SJE-S-112D支持最大5A/277VAC的功率切换，小功率继电器选用SYS-S-112L支持最大1A/125VAC的功率切换。
4、电源电路：
继电器扩展模块的供电电压为DC24V，系统中元器件所需工作电压共两种分别是12V和5V。这里选用LM2576实现24V到12V的转换，选用LM2940实现12V到5V的转换。
开关型稳压器LM2576具效率高、功耗小的特点，它具备8～30V的宽输入电压范围，提高了模块的适应能力，其应用电路如图5所示。电路中使用了单向二极管、NTC电阻、共模电感、压敏电阻等保护元件，具有防反接，抗开机瞬间冲击电流、抗共模干扰和防浪涌的功能。线性稳压器LM2940的输出具有很好的平滑性，可以为放大电路、MCU工作电路等关系到测量结果准确性的重要电路，提供高品质的工作电源，从电源上保证测量结果的稳定，减少误差。其应用电路如图6所示。
本发明内部采用单块印制板电路，外部采用铝壳封装，螺钉安装，端子选用插拔压接式端子，外形尺寸为170 mm×102 mm×30mm。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (5)
1.一种用于柴油机监控系统的继电器扩展模块，包括壳体（1）、10路继电器输出接口A（2）、调试口（3）、拨码开关（4）、10路继电器输出接口B（5）、RS485通讯接口（6）、第一路CAN通讯接口（7）、第二路CAN通讯接口（8）、电源输入口（9）和印制电路板，其特征是：在所述壳体（1）的腔体内设有印制电路板，在所述印制电路板上分别设有继电器驱动电路、MCU电路、数字量输入驱动电路、RS485驱动电路、第一路CAN驱动电路和第二路CAN驱动电路，所述MCU电路的输入端分别连接数字量输入驱动电路和继电器驱动电路的输出端，MCU电路的输出端分别连接RS485驱动电路、第一路CAN驱动电路和第二路CAN驱动电路的输入端，继电器驱动电路、MCU电路、RS485驱动电路、第一路CAN驱动电路和第二路CAN驱动电路分别连接电源电路，在壳体（1）的前面板上分别设有10路继电器输出接口A（2）、调试口（3）、拨码开关（4）、10路继电器输出接口B（5）、RS485通讯接口（6）、第一路CAN通讯接口（7）、第二路CAN通讯接口（8）和电源输入口（9），所述RS485通讯接口（6）、第一路CAN通讯接口（7）和第二路CAN通讯接口（8）分别连接RS485、第一路CAN和第二路CAN的通讯总线，电源输入口（9）连接供电电源，调试口（3）连接调试设备，10路继电器输出接口A（2）和10路继电器输出接口B（5）分别连接20个继电器形成所述的用于柴油机监控系统的继电器扩展模块。
2.根据权利要求1所述的用于柴油机监控系统的继电器扩展模块，其特征是：所述电源电路为隔离型直流电源转换方式，允许供电电压范围为9～36V。
3.根据权利要求1所述的用于柴油机监控系统的继电器扩展模块，其特征是：所述MCU选用飞思卡尔16位处理器9S12XET256。
4.根据权利要求1所述的用于柴油机监控系统的继电器扩展模块，其特征是：所述印制电路板通过螺栓固定在壳体内。
5.根据权利要求1所述的用于柴油机监控系统的继电器扩展模块，其特征是：所述继电器包括大功率继电器和小功率继电器，所述大功率继电器选用SJE-S-112D，所述小功率继电器选用SYS-S-112L。
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