CN108469759A - 一种气阀控制系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种气阀控制系统，用于控制气阀元件，其包括气阀驱动电路、内阻检测电路及控制器；控制器分别连接气阀驱动电路和内阻检测电路，气阀驱动电路连接内阻检测电路；其中，控制器向气阀驱动电路提供气阀驱动信号，使得气阀驱动电路通过气阀驱动信号控制气阀元件的开关；控制器通过内阻检测电路获取气阀驱动电路的内阻，以判断气阀驱动电路是否异常。本申请气阀控制系统可通过本身的内阻检测电路实现对气阀驱动电路的异常检测，从而保证气阀元件的正常工作。
Description
技术领域
本申请涉及机械控制技术领域，特别是涉及一种气阀控制系统。
背景技术
气阀的控制即实现气阀开关两种状态的控制，例如通电时打开相应阀门，断电时关闭相应的阀门。对于单个气阀，通过单路气阀驱动电路进行驱动，对于多个气阀，则通过多个单路气阀驱动电路进行分别驱动。
现有的气阀控制系统中的单路气阀驱动电路，能够实现单个气阀阀门的开关，但无法实现单路气阀驱动电路本身的检测。
发明内容
本申请提供一种气阀控制系统，以解决现有的气阀控制系统中无法实现检测气阀驱动电路是否异常的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供一种气阀控制系统，用于控制气阀元件，其包括气阀驱动电路、内阻检测电路及控制器；控制器分别连接气阀驱动电路和内阻检测电路，气阀驱动电路连接内阻检测电路；其中，控制器向气阀驱动电路提供气阀驱动信号，使得气阀驱动电路通过气阀驱动信号控制气阀元件的开关；控制器通过内阻检测电路获取气阀驱动电路的内阻，以判断气阀驱动电路是否异常。
本申请气阀控制系统，用于控制气阀元件，其包括气阀驱动电路、内阻检测电路及控制器；控制器分别连接气阀驱动电路和内阻检测电路，气阀驱动电路连接内阻检测电路；其中，控制器向气阀驱动电路提供气阀驱动信号，使得气阀驱动电路通过气阀驱动信号控制气阀元件的开关；控制器通过内阻检测电路获取气阀驱动电路的内阻，从而判断气阀驱动电路是否异常，实现对气阀驱动电路的检测。
附图说明
图1是本申请气阀控制系统一实施例的结构示意图；
图2是图1所示气阀控制系统实施例中气阀驱动电路的结构示意图；
图3是图1所示气阀控制系统实施例中内阻检测电路的结构示意图；
图4是本申请气阀控制系统另一实施例的结构示意图；
图5是图4所示气阀控制系统实施例中电源过流保护电路的结构示意图；
图6是本申请气阀控制系统又一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供的一种气阀控制系统做进一步详细描述。
请参阅图1，图1是本申请气阀控制系统一实施例的结构示意图，本实施例气阀控制系统100用于控制气阀元件900的开关，气阀控制系统100包括气阀驱动电路11、内阻检测电路12、控制器13。
其中，控制器13分别连接气阀驱动电路11和内阻检测电路12，用以向气阀驱动电路11提供气阀驱动信号，使得气阀驱动电路11通过气阀驱动信号控制气阀元件900的开关。
气阀驱动电路11连接内阻检测电路12，两电路之间在电流或电压方面具有关系，因而控制器13通过对内阻检测电路12进行采样以获得气阀驱动电路11的内阻，从而可判断气阀驱动电路11是否异常。
本实施例在气阀控制系统100中设置内阻检测电路12，使得控制器13能够通过该内阻检测电路12获得气阀驱动电路11的内阻，该气阀驱动电路11的内阻表示气阀驱动电路11负载的阻值，从而可判断气阀驱动电路11是否异常，例如判断气阀驱动电路11是否有短路或断路情况。
具体来说，在本实施例中控制气阀元件900开关的气阀驱动电路11的结构可参阅图2，图2是图1所示气阀控制系统实施例中气阀驱动电路的结构示意图。
气阀驱动电路11包括驱动MOS管111、驱动二极管112和气阀线圈113，其中驱动MOS管111的栅极接收控制器13提供的气阀驱动信号，源极连接驱动二极管112的正极，漏极接地；驱动二极管112则与气阀线圈113并联，驱动二极管112的负极通过内阻检测电路12连接供电电源。气阀线圈113为气阀驱动电路11的负载，前述气阀驱动电路11的内阻即气阀线圈113的阻值。
气阀驱动电路11在工作时，控制器13发出气阀驱动信号控制驱动MOS管111导通，电流流过气阀线圈113，使得气阀元件打开；驱动MOS管111被控制断开，则没有电流流过气阀线圈113，气阀元件关闭。气阀线圈113为电磁线圈，当有电流通过时，电磁线圈产生电磁力将气阀元件即阀门打开，气体通过阀门，继而实现气阀的机械驱动；当没有电流通过时，电磁线圈的电磁力消失，气阀元件关闭，使得气压不足，气阀即无法实现机械驱动。
在图2中，供电电源通过内阻检测电路12后提供给气阀驱动电路11的电压标志为E24V。气阀驱动电路11还包括有过流保护模块114，连接驱动MOS管111的栅极。当通过气阀线圈113的电流过大，即超过一定阈值时，控制驱动MOS管111断开，以起到过流保护的目的。
在实际应用中，可将气阀驱动电路11的驱动MOS管111、驱动二极管112及过流保护模块114集成为气阀驱动芯片，如图2虚线框所示，将气阀驱动电路通过集成芯片的方式设置在电路板上，从而简化整个电路板。
本实施例中内阻检测电路12与气阀驱动电路11串联，具有相同的电流，因此控制器13可通过采样获取内阻检测电路12的电流，从而计算出气阀驱动电路11的内阻。
内阻检测电路12的具体结构请参阅图3，图3是图1所示气阀控制系统实施例中内阻检测电路的结构示意图。内阻检测电路12包括并联设置在供电电源和气阀驱动电路11之间的电流采样电阻121和电压获取模块122。
供电电源通过内阻检测电路12向气阀驱动电路11供电，当电流通过电流采样电阻121和气阀驱动电路11时，通过检测电流采样电阻121的电流即可获知气阀驱动电路11的电流。而电流采样电阻121的电流则是通过电压获取模块122测得的，控制器13通过电压获取模块122获得电流采样电阻121的电压，继而获得电流采样电阻121的电流。
电压获取模块122包括放大单元1221和转换单元1222，放大单元1221用于对电流采样电阻的电压进行放大，放大单元1221的两输入端分别连接于电流采样电阻121的两端，输出端连接转换单元1222。控制器13则通过转换单元1222获取放大单元1221输出端的输出电压，并结合放大单元1221的跨导增益获取电流采样电阻121的电压。
放大单元1221具体包括放大器1223和放大MOS管1225，转换单元1222具体包括并联的转换电阻1224和滤波器1226。其中，放大器1223的第一输入端和第二输入端分别连接于电流采样电阻121的两端，输出端连接于放大MOS管1225的栅极；放大MOS管1225的源极连接放大器1223的第一输入端，放大MOS管1225的漏极连接转换电阻1224和滤波器1226的第一连接节点，转换电阻1224和滤波器1226的第二连接节点则接地。
控制器13采样到转换电阻1224两端的电压，即放大单元1221的输出电压Vout，由于放大单元1221的跨导增益gm和电流采样电阻121的电阻值Rs已知，因此能通过公式Vout＝gmRsIs算出通过电流采样电阻121的电流Is。图3所示放大单元1221的跨导增益gm＝RL/1kΩ，其中，RL为转换电阻1224的电压值。
控制器13在采样Vout，并计算获得Is后，即获得了气阀驱动电路11的电流，则可进一步计算得到气阀驱动电路11的内阻，对于本实施例来说，气阀驱动电路11采用的是图2所示的结构，所要获得的气阀驱动电路11的内阻即气阀线圈113的电阻值。其中，通过电压采样电路获得气阀线圈电源电压E24V的大小，控制器13对驱动MOS管111取样电压值为VDS(on)，通过公式R＝(E24V-VDS(on))/Is计算得到气阀线圈113的电阻值R。
在内阻检测电路12中还包括电压限制模块123，电压限制模块123与电流采样电阻121并联，其包括并联的电压限制MOS管1231和电压限制二极管1232。电压限制MOS管1231的漏极连接电压限制二极管1232的正极，且连接供电电源；电压限制MOS管1231的源极连接电压限制二极管1232的负极，且连接气阀驱动电路11。
其中，电压限制MOS管1231用于控制气阀驱动电路11的工作模式，当电压限制MOS管1231导通时，电流不会流过电流采样电阻121，此时为正常工作模式；当电压限制MOS管1231断开时，电流流过电流采样电阻121，此时为气阀驱动电路11的内阻检测模式。
而对于电压限制MOS管1231导通断开的控制，则是通过内阻检测电路12中的开关控制模块124，开关控制模块124包括开关控制MOS管1241，开关控制MOS管1241的栅极接收由控制器13提供的开关信号，源极与电压限制MOS管1231的栅极连接，漏极接地；电压限制MOS管的栅极进一步通过电阻连接到电压限制MOS管的源极。
当控制器13提供的开关信号使开关控制MOS管1241导通时，电压限制MOS管1231也导通；当控制器13提供的开关信号使开关控制MOS管1241断开时，电压限制MOS管1231也断开。
电压限制二极管1232为钳位二极管，用于在利用电流采样电阻121进行内阻检测时限制电流采样电阻121两端的电压。由于气阀驱动电路11可能出现短路的情况，此时整个电路中电阻很小，流过电流采样电阻121的电流会很大，过大的电流可能会对电流采样电阻121造成影响，因此本实施例中电压限制二极管1232即能够在电流采样电阻121的电流过大时，将电流采样电阻121两端的电压限制在一个较小的电压值，避免电流采样电阻121受损。
此外，电压限制二极管1232和电压限制MOS管1231可以同为一个元件，即电压限制模块123为一个MOS管元件，其能够实现电压限制MOS管1231的开关功能，还能实现电压限制二极管1232的电压限制功能，其中电压限制二极管1232为该MOS管元件的寄生二极管，用以限制电流采样电阻121两端的电压，保护电压获取模块122的两输入端。并且，在图3中，电压限制模块123中的源漏极的极性与正常的用法相反，供电电源输入到电压限制模块123的电压P24V由漏极输入，源极则输出电压E24V供给气阀驱动电路11。电压限制模块123的寄生二极管实现钳位电流采样电阻121两端的电压，通过寄生二极管实现钳位的功能，减小了元器件的使用，使得电路板的集成度更高。
供电电源通过以上所描述的内阻检测电路12向气阀驱动电路11供电，对于内阻检测电路12的输出电压，在内阻检测电路12中还设置有电压采样模块125以对输出电压进行监测。
电压采样模块125包括串联的第一电压采样电阻1251、第二电压采样电阻1252，以及与第二电压采样电阻1252并联的电压采样电容1253；第一电压采样电阻1251未连接第二电压采样电阻1252的一端连接电压限制MOS管1231的源极，第二电压采样电阻1252未连接第一电压采样电阻1251的一端接地。控制器13通过该分压结构的电压采样模块125实现内阻检测电路12输出电压的取样。
本实施例气阀控制系统100能够实现对气阀驱动电路11的内阻检测，对于上述气阀控制系统100的电路结构来说，连通内阻检测电路12，为气阀驱动电路11的内阻检测模式；不连通内阻检测电路12，则是气阀驱动电路11的正常工作模式。即本实施例中内阻检测模式与正常工作模式是区分设置的，不会互相干扰。
具体来说，在正常工作模式下，控制器13控制开关控制MOS管1241导通，电压限制MOS管1231也导通，此时电流不经过电流采样电阻121，而电压限制MOS管1231由于其低导通电阻值，使得导通损耗较小，供电电源为气阀驱动电路供电基本不会发生损耗，即提供给气阀驱动电路的电压不会出现较大压降。
对于内阻检测模式，可在每次系统开机前进行内阻检测，也可在系统出现故障时进行内阻检测。在内阻检测模式下，控制器13控制开关控制MOS管1241断开，电压限制MOS管1231也断开，此时电流经过电流采样电阻121，通过电压获取模块122获取电流采样电阻121的电流，继而获得气阀驱动电路11的内阻。
本实施例气阀控制系统100还可应用于多个气阀的情况，对应于每个气阀元件，均设置有气阀驱动电路11，对每个气阀驱动电路11进行内阻检测，即可判断其对应的气阀是否出现故障。在整个气阀系统出现故障，进行故障检测时，通过对气阀驱动电路11的内阻检测能够精确定位到出现故障的气阀驱动电路11。
每次开机进行内阻检测，则可获知气阀驱动电路11的内阻变化情况，通过分析内阻数据，观察数据的变化趋势，即可实现对气阀驱动电路寿命的预测。
请参阅图4，图4是本申请气阀控制系统另一实施例的结构示意图，本实施例气阀控制系统200包括气阀驱动电路21、内阻检测电路22、控制器23以及电源过流保护电路24。本实施例气阀控制系统200与上述气阀控制系统100的区别在于电源过流保护电路24，其他部分类似，具体不再赘述。
电源过流保护电路24设置在供电电源和内阻检测电路22之间，用于对气阀驱动电路21进行限流保护。具体来说，请参阅图5，图5是图4所示气阀控制系统实施例中电源过流保护电路的结构示意图，电源过流保护电路24包括过流保护MOS管241、过流保护二极管242、滤波模块243和瞬态二极管244。
其中，滤波模块243包括滤波电容2431和滤波电感2432，滤波电感2432的一端连接供电电源，另一端与过流保护MOS管241的漏极连接；滤波电容的一端与过流保护MOS管241的漏极连接，另一端接地。
过流保护MOS管241的栅极接收过流控制信号；过流保护二极管242的正极连接过流保护MOS管241的源极，负极连接过流保护MOS管的漏极。
瞬态二极管244的负极连接过流保护MOS管241的源极，正极接地。瞬态二极管244用于抑制供电电源的静电，起到静电保护和稳压的作用。
电源过流保护电路24能够对供电电源输出的电流进行过流保护，当流经电源过流保护电路24的电流过大时，断开过流保护MOS管241，从而实现供电电源的短路保护、过载限流保护和热关断保护的作用。
本实施例中供电电源提供+24V电压给电源过流保护电路24、电源过流保护电路24输出P24V电压给内阻检测电路22，内阻检测电路22输出E24V电压到气阀驱动电路21，即在图5中供电电源由+24V标识，输出给内阻检测电路22的电压由P24V标识，结合图3理解，内阻检测电路22的输入电压标识为P24V，即本实施例中电源过流保护电路24设置在供电电源和内阻检测电路22之间。
本实施例气阀控制系统200中的电源过流保护电路24能够对整个电路的总输入电流进行保护，在实际应用中，通常会出现气阀电源电缆损坏，电缆与设备外壳出现电器接触等情况，这些情况下，总电流过高，整个电路系统容易烧毁损坏，因此设置电源过流保护电路24对总电流进行过流保护。相较于通常仅使用保险丝进行保护的情况，保险丝在烧断后必须更换，增加了电路维护成本，而本实施例中出现过流时断开电源过流保护电路24，在检查出异常并排除异常后，导通电源过流保护电路24即可。
本申请气阀控制系统可应用于多路气阀的情况，具体请参阅图6，图6是本申请气阀控制系统又一实施例的结构示意图，本实施例气阀控制系统300包括一组多个气阀驱动电路31、一个内阻检测电路32、一个控制器33以及一个电源过流保护电路34。
一组气阀驱动电路31对应一个内阻检测电路32，控制器33可轮序开启对该组每个气阀驱动电路31的内阻检测，通过内阻检测电路22采样到该组每个气阀驱动电路31的内阻，继而可判断出各个气阀驱动电路31是否异常。
本实施例气阀控制系统300还可包括多组气阀驱动电路31，并对每组气阀驱动电路31设置一个内阻检测电路32，即一个内阻检测电路32负责一组气阀驱动电路31的内阻检测。
在针织领域，袜机、内衣机或横机通常有多气阀驱动的情况，本申请气阀控制系统可用作袜机、内衣机或横机的气阀控制系统，实现多路气阀的检测控制。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种气阀控制系统，用于控制气阀元件,其特征在于，气阀控制系统包括气阀驱动电路、内阻检测电路及控制器；所述控制器分别连接所述气阀驱动电路和所述内阻检测电路，所述气阀驱动电路连接所述内阻检测电路；其中，
所述控制器向所述气阀驱动电路提供气阀驱动信号，使得所述气阀驱动电路通过所述气阀驱动信号控制所述气阀元件的开关；
所述控制器通过所述内阻检测电路获取所述气阀驱动电路的内阻，以判断所述气阀驱动电路是否异常。
2.根据权利要求1所述的气阀控制系统，其特征在于，所述内阻检测电路包括电流采样电阻、电压获取模块；其中，
所述电流采样电阻和所述电压获取模块并联设置于供电电源和所述气阀驱动电路之间；
所述控制器通过所述电压获取模块获取所述电流采样电阻的电压，以获得所述电流采样电阻的电流，从而获得所述气阀驱动电路的内阻。
3.根据权利要求2所述的气阀控制系统，其特征在于，所述内阻检测电路进一步包括电压限制模块，所述电压限制模块与所述电流采样电阻并联，所述电压限制模块包括并联的电压限制MOS管和电压限制二极管；其中，
所述电压限制MOS管的漏极连接所述电压限制二极管的正极，且连接所述供电电源；
所述电压限制MOS管的源极连接所述电压限制二极管的负极，且连接所述气阀驱动电路。
4.根据权利要求3所述的气阀控制系统，其特征在于，所述内阻检测电路进一步包括开关控制模块和电压采样模块，
所述开关控制模块包括开关控制MOS管，所述开关控制MOS管的栅极接收由所述控制器提供的开关信号，所述开关控制MOS管的源极与所述电压限制MOS管的栅极连接，所述开关控制MOS管的漏极接地；所述电压限制MOS管的栅极通过一电阻连接所述电压限制MOS管的源极；
所述电压采样模块包括串联的第一电压样电阻、第二电压采样电阻，以及与所述第二电压采样电阻并联的电压采样电容；所述第一电压采样电阻未连接所述第二电压采样电阻的一端连接所述电压限制MOS管的源极，所述第二电压采样电阻未连接所述第一电压采样电阻的一端接地。
5.根据权利要求2所述的气阀控制系统，其特征在于，所述电压获取模块进一步包括放大单元和转换单元；其中，
所述放大单元用于对所述电流采样电阻的电压进行放大，所述放大单元的第一输入端和第二输入端分别连接于所述电流采样电阻的两端，所述放大单元的输出端连接于所述转换单元；
所述转换单元包括并联的转换电阻和滤波器，所述转换电阻和所述滤波器的第一连接节点连接所述放大单元的输出端，所述转换电阻和所述滤波器的第二连接节点接地；
所述控制器通过所述转换单元获取所述放大单元输出端的输出电压，并结合所述放大单元的跨导增益获取所述电流采样电阻的电流。
6.根据权利要求5所述的气阀控制系统，其特征在于，所述放大单元包括放大器和放大MOS管，其中，
所述放大器的第一输入端和第二输入端分别连接于所述电流采样电阻的两端，所述放大器的输出端连接所述放大MOS管的栅极；
所述放大MOS管的源极连接所述放大器的第一输入端，所述放大MOS管的漏极连接于所述转换电阻和所述滤波器的第一连接节点。
7.根据权利要求1所述的气阀控制系统，其特征在于，所述气阀控制系统进一步包括电源过流保护电路，设置于供电电源和所述内阻检测电路之间；用于对所述气阀驱动电路进行限流保护。
8.根据权利要求7所述的气阀控制系统，其特征在于，所述电源过流保护电路包括过流保护MOS管和过流保护二极管；其中，
所述过流保护MOS管的栅极接收过流控制信号，漏极连接所述供电电源，源极连接所述内阻检测电路；
所述过流保护二极管的正极连接所述过流保护MOS管的源极，负极连接所述过流保护MOS管的漏极。
9.根据权利要求8所述的气阀控制系统，其特征在于，所述电源过流保护电路进一步包括滤波模块和瞬态二极管；其中，
所述滤波模块包括滤波电感和滤波电容；所述滤波电感的一端连接所述供电电源，另一端与所述过流保护MOS管的漏极连接；所述滤波电容的一端与所述过流保护MOS管的漏极连接，另一端接地；
所述瞬态二极管的负极连接所述过流保护MOS管的源极，正极接地。
10.根据权利要求1所述的气阀控制系统，其特征在于，所述气阀驱动电路包括驱动MOS管、驱动二极管和气阀线圈；其中，
所述驱动MOS管的栅极接收所述气阀驱动信号，源极连接所述驱动二极管的正极，漏极接地；
所述驱动二极管与所述气阀线圈并联，所述驱动二极管的负极通过所述内阻检测电路连接供电电源。
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