CN1165111C - 多路可编程通用可集成时序控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种在工业控制、家电控制、仪器仪表的控制中所用的多路时序控制器。其中单片机/DSP与RAM(1)分别与译码及锁存单元(2)及并行、串行转换单元(5)连接，译码及锁存单元(2)的输出端与电平匹配单元(3)的输入端连接，触点通断驱动及过压保护单元(4)的输入端与电平匹配单元(3)的输出端连接，触点通断驱动及过压保护单元(4)的输出端通过各继电器与各触点输出接线连接，输出点故障检测单元(8)的输入端与各触点输出接线连接，输出端与并行、串行转换单元(5)的输入端连接。本发明通过一种新的软硬件控制机制，实现对多个通路同时进行时序控制，并具有人身安全保护，运行中故障检测及故障定位，参数及运行状态信息记录，并有远程(上位机)通讯接口功能，可提供INTERNET远程控制接口。
Description
1、技术领域：
本发明是一种在工业控制、家电控制、仪器仪表的控制中所用的多路时序控制器，属于多路时序控制器的创新技术。
2、背景技术：
现有的多路时序控制器大多采用如下的方案：(1)利用可编程序控制器PLC；(2)每路用一套模拟计时器；(3)用专用单片机实现。而这些方案或多或少都存在不足的地方，例如，可编程序控制器PLC目前的价格普遍在千元或以上，且人身安全装置实现较为复杂；模拟电路实现的时序控制虽然成本低，为国内现在较为普遍使用的一种，但功能单一，通用性差，体积大，不易集成，维护困难。目前国内单片机实现的时序控制器仍为单通路的，即使是多通路的，也是指令流式编程的，且抗展性差，从而限制了其推广应用，况且此类系统一般不考虑系统集成化，人身安全保护，防高低压串扰，与上位机连接扩展成控制网等因素。
3、发明内容：
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种可对多个通路同时进行时序控制，并具有人身安全保护，运行中故障检测及故障定位，参数及运行状态信息记录，并有远程通讯/连网功能的多路可编程通用可集成时序控制器。本发明通用性强，线路简单，抗干扰力强，器件普通，阻容元件少，易于集成，成本低廉。
本发明的原理框图如附图1所示，包括有电源模块(0)、单片机/DSP与RAM(1)，译码及锁存单元(2)，电平匹配单元(3)，触点通断驱动及过压保护单元(4)、并行、串行转换单元(5)、输出点故障检测单元(8)，其中各单元均与电源模块(0)连接，单片机/DSP与RAM(1)分别与译码及锁存单元(2)及并行、串行转换单元(5)连接，译码及锁存单元(2)的输出端与电平匹配单元(3)的输入端连接，触点通断驱动及过压保护单元(4)的输入端与电平匹配单元(3)的输出端连接，触点通断驱动及过压保护单元(4)的输出端通过各继电器与各触点输出接线连接，输出点故障检测单元(8)连接在并行、串行转换单元(5)与各触点输出接线之间，输出点故障检测单元(8)的输入端与各触点输出接线连接，输出端与并行、串行转换单元(5)的输入端连接。
下面结合实施例详细说明本发明的具体情况：
4、附图说明：
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明实施例的电路总图；
图3-1、图3-2、图3-3为本实用新型实施例的电路原理图。
5、具体实施方式：
本发明的原理框图如图1所示，包括有电源模块(0)、单片机/DSP与RAM(1)，译码及锁存单元(2)，电平匹配单元(3)，触点通断驱动及过压保护单元(4)、并行、串行转换单元(5)、输出点故障检测单元(8)，其中各单元均与电源模块(0)连接，单片机/DSP与RAM(1)分别与译码及锁存单元(2)及并行、串行转换单元(5)连接，译码及锁存单元(2)的输出端与电平匹配单元(3)的输入端连接，触点通断驱动及过压保护单元(4)的输入端与电平匹配单元(3)的输出端连接，触点通断驱动及过压保护单元(4)的输出端通过各继电器与各触点输出接线连接，输出点故障检测单元(8)连接在并行、串行转换单元(5)与各触点输出接线之间，输出点故障检测单元(8)的输入端与各触点输出接线连接，输出端与并行、串行转换单元(5)的输入端连接。
上述单片机/DSP与RAM(1)还连接有看门狗及EEPROM单元(6)。
上述单片机/DSP与RAM(1)还连接有键盘、显示接口/串行通讯接口(7)。
上述单片机/DSP与RAM(1)还设有并发控制机制(9)。
上述单片机/DSP与RAM(1)还设有人身安全保护机制(10)。
上述单片机/DSP与RAM(1)还连接有独立启动按钮。
上述单片机/DSP与RAM(1)为集成块U3，译码及锁存单元(2)及电平匹配单元(3)包括有非门U7A～U7F、U8A、U8B、U8D、U8C及电阻R11、R13～R20、R38，触点通断驱动及过压保护单元(4)包括有三极管T2～T11、二极管D2～D10、D20～29、D10，并行、串行转换单元(5)包括有集成块U12及电阻R109，看门狗及EEPROM单元(6)包括有集成块U4、U11及电阻R40、R41，电容C34，键盘、显示接口/串行通讯接口(7)为接线排JP4，输出点故障检测单元(8)包括有集成块U5、U6及电阻R25～R34、R107～R114，人身安全保护机制(10)包括有集成块U10及电阻R36、电容C21，电源模块(0)包括有接线排JP0、电容C1、C2、C4、C5、C6、C35、C105、C106及二极管D1、D11，其中集成块U4、U9、U10、U11、U12、U5、U6均与集成块U3连接，非门U7A～U7F、U8A、U8B、U8D、U8C的输入端与集成块U3连接，输出端分别通过电阻R11、R13～R20、R38与三极管T2～T11的基极连接，三极管T2～T11的发射极接地，三极管T2～T11的集电极分别与二极管D2～D10、D20连接及与继电器的线圈连接，继电器的输出通过接线排JP3与各时序控制点连接。
上述并发控制机制(9)及人身安全保护机制(10)通过编程实现，并发控制机制(9)和人身安全检测机制(10)的编程包括定时常数的设置，通路的编程，及触点释放时序的设置，其中控制触点及通路的编号是均采用固定形式，触点编号为RL1～RLn，通路编号为L1～Lm。
本发明的工作原理如下：
对控制对象的控制由单片机/DSP与RAM(1)将控制触点的接通或断开(以继电器的触点吸合或释放的机械式触点为实例，下同。实例化为可控硅等电子式触点也可)的控制电平输出到译码与锁存单元(2)保存。这些控制电平经电平匹配单元(3)后，送到触点的通断驱动及过压保护单元(4)，变为驱动电流从其1～n端输出，控制继电器的吸合或释放。电平匹配单元(3)保证在单片机/DSP与RAM(1)复位期间，继电器处于释放状态。
各个触点的通断状态通过输出点故障检测单元(8)变为01数字信号到达并行、串行转换单元(5)，再用串行输入线送到单片机/DSP与RAM(1)。
本发明的适应性强。通路的个数，通路中时序状态的个数，继电器动作的先后次序，每个继电器的定时时间，在哪些状态中设置人身安全保护，均可现场设定或修改，并能长期保存在看门狗及EEPROM单元(6)中。这些参数的设置既可通过操作面板的键盘、显示接口/串行通讯接口(7)中的键盘输入，也可通过键盘、显示接口/串行通讯接口(7)中的串行口(如RS232C，RS485等)在上位机(或远程用户通过INTERNET)将数据编辑、修改后下载到本发明中。
本发明有良好的安全保护及错误检测功能。对于工作强度大的场合，工作人员难免有一些违章操作，如切割，压模等，若不及时中止动作，会发生工伤事故。本发明在时序工作中，会定期(如每1ms)对人身安全线进行检测，在设定的状态内一旦发现(排除干扰后)有安全异常，就中止过程，并将状态记录入看门狗及EEPROM单元(6)中的EEPROM中备查。看门狗负责对电源的掉电及单片机的程序失控的监测。电源异常或干扰会引致单片机程序失控，看门狗能及时检测到异常并采取措施，有效防止意外。
错误的时序或触点的损坏(如继电器吸合弹簧失效而使触点恒通或恒断)，可能会损坏贵重机械。继电器是易于损坏的器件之一，本发明能在运行过程中自动检测并定位哪些继电器有误动作。若有误动作，会中止过程，防止设备损坏或工伤事故，并记录错误状态到EEPROM中备查。另外，由于工业控制现场的干扰强，本发明有消除正负干扰高压的外围电路。
为增强通用性和实现多通路并发时序，本发明设计了并发控制机制(9)和人身安全检测机制(10)，它们通过参数编程实现。并发控制机制(9)和人身安全检测机制(10)的编程包括定时常数的设置，通路的编程，人身及设备安全参数的设定及触点释放时序的设置。为简化编程，本发明的控制触点及通路的编号是均采用固定形式，触点编号为RL1～RLn，通路编号为L1～Lm。
触点定时常数的数据机制为：
| 时间片基数 |
| 触点编号(隐含) | 定时常数 |
| 1 | 1号触点的定时常数(定时时间基数单位) |
| 2 | 2号触点的定时常数(定时时间基数单位) |
| 3 | 3号触点的定时常数(定时时间基数单位) |
| | |
| N | n号触点的定时常数(定时时间基数单位) |
通路设定的数据机制为：
其中，第i条通路的内部数据机制为：
| 本通路的时序号(隐含) | 触点号 | 定时完后触点是否保持 | 人身及设备安全状态设定标志 |
| 0 | 本通道前趋状态 | ||
| 1 | 状态1的触点编号 | ||
| 2 | 状态2的触点编号 |
| ： | |||
| J | 状态j的触点编号 | ||
| J+1 | 结束标志 |
触点释放时序的数据机制为：在加工结束过程中，若触点的断开需要有序，就用触点释放时序的设置。这些有序触点按以下触点断开次序表存放：
| 第1组前趋触点号 |
| 触点号 |
| 触点号 |
| ... |
| 结束符 |
| 第2组前趋触点号 |
| 触点号 |
| 触点号 |
| ... |
| 结束符 |
| ... |
| 结束符 |
| 结束符(队列结束) |
| .... |
本发明引入软触点的概念：软触点就是逻辑上的触点，它们无任何控制上的物理连线，但可起到插入时间间隔的作用。软触点放入通路后，只是定时器工作。它们与触点断开次序表联合作用，可实现复杂的触点的断开时序控制。
触点的定时时间＝时间片基数*对应的触点的定时常数。通路中的时序的编排：通路时序号0表示通路的前趋。若本通路需某一触点完成后才能工作的，在通路时序号0上填上对应的触点号；若该项填0表示过程一开始就工作(不需前趋)；若填结束标志表示不用本通路。
若本通路有j个时序状态，则从状态1开始依次将对应的触点编号，定时时间到后触点是否保持吸合，及该状态是否要检测人身安全线等填入。若对应的人身安全检测设定为有效，则在该触点闭合期间若人身安全线有效，就中止相应动作，并作相应处理。
对触点断开过程有特殊要求的触点，以组为单位存入触点断开次序表中。每组的第一个触点号为该组的前趋，即该组的其它成员必须在前趋触点断开后才能断开。组与组用结束符分开，最后一组连续放2个结束符，表示队列结束。
例如，在包装行业中常用到各种瓶子，如可乐瓶，矿泉水瓶等，它们由吹瓶机、注塑机制造。本实例对一个2路的吹瓶机时序实行控制，时序过程为：
本实例中，合模和封口为人身安全检测状态，安全装置的红外检测线检测生产槽内的人手活动。此时，若有人手在内活动，若机械动作不停止，会出现工伤事故。而在其它状态下需要手的活动(不会造成工伤事故)，所以不需进行人身安全检测线检测。高压吹气或低压吹气，高压排气的触点为非保持，其余为保持。高压排气开始前，所有高压吹气必须结束，从而高压吹气1和高压吹气2的最后结束者为高压排气的前趋。整个过程结束前，合模必须最后断开，其它则可一齐断开。本实例中，设置了3个通路L1，L2和L3。
通路1(L1)的内容依次为：0(无前趋)→合模：保持，安全检测→封口：保持，安全检测→放杆1：保持，非安全检测→低压吹气1：不保持，非安全检测→高压吹气1：不保持，非安全检测→结束标志。
通路2(L2)的内容依次为：封口(前趋)→放杆2：，保持，非安全检测→低压吹气2：不保持，非安全检测→高压吹气2：不保持，非安全检测→结束标志。
通路3(L3)的内容依次为：高压吹气1(或高压吹气2)(前趋)→高压排气：不保持，非安全检测→软触点1(无连接的虚触点，用于填充触点断开的间隔)→软触点2→结束标志。
其它通路：结束标志(前趋为“结束标志”表示该通路不用)
触点断开次序表的内容为：软触点1→放杆1→放杆2→封口→结束符→软触点2→合模→结束符→结束符。(注：吹气及排气为定时结束就断开触点，故不需加入本表)
本实例用的单片机用AT89C52，11MhZ时钟，定时最短5ms，精度为二千分之一以内。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
1、可同时对多条时序线路(即多通路)进行控制，能加工复杂工序的产品，特别适用于提高产品的档次和产量；
2、通用性强，适应面广，操作简单。通过本发明的可编程功能，可在现场随时定义多条通路的时序状态；也可增加、删除、改变已有的通路或时序状态；
3、本发明使用了电子滤波等技术，使线路简单，抗干扰力强，器件普通，阻容元件少，易于集成，成本低廉(为现PLC的十分之一或以下)。集成化后在大多数时序控制场合可以取代PLC。几乎可将本发明的控制部分集成为一颗芯片，变成一个新的“单片机”系列。集成后，只需加少量的外围元件就可工作；
4、有人员安全保护及故障检测与定位装置，可靠性高，维护方便；并有参数及运行状态信息记录；
5、有网络接口，有远程(上位机)通讯/连网功能；
6、编程的方法简单易学，能真正做到即学即用。
Claims (8)
1、一种多路可编程通用可集成时序控制器，包括有电源模块(0)、单片机/DSP与RAM(1)，译码及锁存单元(2)，电平匹配单元(3)，触点通断驱动及过压保护单元(4)、并行、串行转换单元(5)、输出点故障检测单元(8)，其中各单元均与电源模块(0)连接，单片机/DSP与RAM(1)分别与译码及锁存单元(2)及并行、串行转换单元(5)连接，译码及锁存单元(2)的输出端与电平匹配单元(3)的输入端连接，触点通断驱动及过压保护单元(4)的输入端与电平匹配单元(3)的输出端连接，触点通断驱动及过压保护单元(4)的输出端通过各继电器与各触点输出接线连接，输出点故障检测单元(8)连接在并行、串行转换单元(5)与各触点输出接线之间，输出点故障检测单元(8)的输入端与各触点输出接线连接，输出端与并行、串行转换单元(5)的输入端连接。
2、根据权利要求1所述的多路可编程通用可集成时序控制器，其特征在于上述单片机/DSP与RAM(1)还连接有看门狗及EEPROM单元(6)。
3、根据权利要求2所述的多路可编程通用可集成时序控制器，其特征在于上述单片机/DSP与RAM(1)还连接有键盘、显示接口/串行通讯接口(7)。
4、根据权利要求2所述的多路可编程通用可集成时序控制器，其特征在于上述单片机/DSP与RAM(1)还设有并发控制机制(9)。
5、根据权利要求1或2或3或4所述的多路可编程通用可集成时序控制器，其特征在于上述单片机/DSP与RAM(1)还设有人身安全保护机制(10)。
6、根据权利要求5所述的多路可编程通用可集成时序控制器，其特征在于上述单片机/DSP与RAM(1)还连接有独立启动按钮。
7、根据权利要求5所述的多路可编程通用可集成时序控制器，其特征在于上述单片机/DSP与RAM(1)为集成块U3，译码及锁存单元(2)及电平匹配单元(3)包括有非门U7A～U7F、U8A、U8B、U8D、U8C及电阻R11、R13～R20、R38，触点通断驱动及过压保护单元(4)包括有三极管T2～T11、二极管D2～D10、D20～29、D10，并行、串行转换单元(5)包括有集成块U12及电阻R109，看门狗及EEPROM单元(6)包括有集成块U4、U11及电阻R40、R41，电容C34，键盘、显示接口/串行通讯接口(7)为接线排JP4，输出点故障检测单元(8)包括有集成块U5、U6及电阻R25～R34、R107～R114，人身安全保护机制(10)包括有集成块U10及电阻R36、电容C21，电源模块(0)包括有接线排JP0、电容C1、C2、C4、C5、C6、C35、C105、C106及二极管D1、D11，其中集成块U4、U9、U10、U11、U12、U5、U6均与集成块U3连接，非门U7A～U7F、U8A、U8B、U8D、U8C的输入端与集成块U3连接，输出端分别通过电阻R11、R13～R20、R38与三极管T2～T11的基极连接，三极管T2～T11的发射极接地，三极管T2～T11的集电极分别与二极管D2～D10、D20连接及与继电器的线圈连接，继电器的输出通过接线排JP3与各时序控制点连接。
8、根据权利要求5所述的多路可编程通用可集成时序控制器，其特征在于上述并发控制机制(9)及人身安全保护机制(10)通过编程实现，并发控制机制(9)和人身安全检测机制(10)的编程包括定时常数的设置，通路的编程，人身及设备安全参数的设定及触点释放时序的设置，其中控制触点及通路的编号是均采用固定形式，触点编号为RL1～RLn，通路编号为L1～Lm。
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