CN117406641B - 一种有线工业总线阀岛及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于控制装置技术领域，尤其涉及一种有线工业总线阀岛及其控制方法。本发明提供一种有线工业总线阀岛的硬件基础。本发明包括核心供电电路、CPU电路、变量存储电路、指示灯电路、POWERBUS总线电路、阀组及供气模块控制电路、模拟量输出电路、触摸屏控制电路、数字量输入电路、数字量输出电路和模拟量输入电路，其特征在于核心供电电路的电能输出端口分别与CPU电路的电源端口、变量存储电路的电源端口、指示灯电路的电源端口、POWERBUS总线电路的电源端口、阀组及供气模块控制电路的电源端口、模拟量输出电路的电源端口、触摸屏控制电路的电源端口、数字量输入电路的电源端口、数字量输出电路的电源端口相连。
Description
技术领域
本发明属于控制装置技术领域，尤其涉及一种有线工业总线阀岛及其控制方法。
背景技术
阀岛是由多个电控阀构成的控制元器件，它集成了信号输入/输出及信号的控制。工业现场总线阀岛可用于工业自动化工厂电磁阀控制气缸往复运动的场景，比如可应用在智能工厂流水线改造方面。通过把流水线上的设备的各种信号转变成通讯信息，达成各个设备的互联互通。现有阀岛一般为独立的单元，一个阀岛对应控制一个设备，各阀岛之间无信息交互和相互协同关系。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种有线工业总线阀岛的硬件基础。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明有线工业总线阀岛包括核心供电电路、CPU电路、变量存储电路、指示灯电路、POWERBUS总线电路、阀组及供气模块控制电路、模拟量输出电路、触摸屏控制电路、数字量输入电路、数字量输出电路和模拟量输入电路，其特征在于核心供电电路的电能输出端口分别与CPU电路的电源端口、变量存储电路的电源端口、指示灯电路的电源端口、POWERBUS总线电路的电源端口、阀组及供气模块控制电路的电源端口、模拟量输出电路的电源端口、触摸屏控制电路的电源端口、数字量输入电路的电源端口、数字量输出电路的电源端口、模拟量输入电路的电源端口相连，CPU电路的信息传输端口分别与变量存储电路的信息传输端口、POWERBUS总线电路的信息传输端口、触摸屏控制电路的信息传输端口相连，CPU电路的控制信号输出端口分别与指示灯电路的控制信号输入端口、阀组及供气模块控制电路的控制信号输入端口、模拟量输出电路的控制信号输入端口、数字量输出电路的控制信号输入端口相连，CPU电路的检测信号输入端口分别与数字量输入电路的检测信号输出端口、模拟量输入电路的检测信号输出端口相连。
作为一种优选方案，本发明所述核心供电电路包括设备电源入口J2，J2的1、2脚分别与AC1、AC2对应相连；
AC1通过保险丝F1接NA15-V2S12模块POW1的2脚，POW1的3脚接AC2；POW1的4脚通过二极管D3分别与V1、二极管D2阳极、插口CH1相连，D2阴极通过磁珠L1接+12V；
K7805-500模块U4的1脚接+12V，U4的3脚分别与5V、电阻R15一端相连，R15另一端通过发光二极管LED4接GND；
TPS62040DGQ模块U7的2脚接5V，U7的7、8脚通过电感L2分别与VCC_3.3V、电阻R20一端相连，U7的5脚分别与R20另一端、电阻R21一端相连，R21另一端接GND。
作为另一种优选方案，本发明所述CPU电路采用STM32F407ZE芯片U16，U16的4、5、10～15、19～22脚分别与D7、D6、D5～D0、M_CLK、M_CS、M_DIN、M_DOUT对应相连，U16的25脚分别与NRST、电阻R27一端相连，R27另一端接MAX809STR芯片U20的2脚，U16的36、37、47、49、50、56、63～69脚分别与POW_TX1、POW_RX1、LED1～LED3、MSDA4、MSCK4、MSDA3、MSCK3、MSDA2、MSCK2、MSDA1、MSCK1对应相连，U16的92～85脚分别与D0～D7对应相连，U16的96～100脚分别与MASTER_TXD、MASTER_RXD、SDA、SCL、WP对应相连，U16的105脚接SWDIO，U16的142～140脚分别与LED1～LED3对应相连，U16的125～122、118～115脚分别与KO1～KO8对应相连，U16的114～111脚分别与DIO1～DIO4对应相连。
作为另一种优选方案，本发明所述变量存储电路采用FM24V02-GTR芯片U2，U2的5、6、7脚分别与SDA、SCL、WP对应相连。
作为另一种优选方案，本发明所述指示灯电路包括发光二极管LED1～LED3，LED1阴极通过电阻R7接LED1，LED1阳极接VCC_3.3V；LED2阴极通过电阻R10接LED2，LED2阳极接VCC_3.3V；LED3阴极通过电阻R11接LED3，LED3阳极接VCC_3.3V。
作为另一种优选方案，本发明所述POWERBUS总线电路包括F0512S-1W模块U9，U9的1脚通过电感L10接5V，U9的6脚通过电感L11分别与V12P、AMS1117-3.3模块U6的3脚相连，U6的2、4脚接3.3VP；
ADUM1201ARZ-RL7芯片U10的2、3、6、7脚分别与POW_RX1、POW_TX1、POW_TX、POW_RX对应相连；
PB331芯片的2、3、5、6脚分别与POW_TX、POW_RX、POW_PO、POW_PI对应相连；
POW_PI分别与电阻R24一端、电阻R25一端相连，R25另一端接GNDP，R24另一端分别与NPN三极管T1集电极、二极管D7阳极相连，T1发射极通过电阻R26接GNDP，T1基极通过电阻R23接POW_PO；D7阴极接V12P。
作为另一种优选方案，本发明所述阀组及供气模块控制电路包括VN808芯片U25,U25的6脚接TLP521-1芯片U19输出端发射极,U19输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U19输入端阳极通过电阻R45接VCC_3.3V,U19输入端阴极接D0；
U25的7脚接TLP521-1芯片U22输出端发射极,U22输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U22输入端阳极通过电阻R46接VCC_3.3V,U22输入端阴极接D1；
U25的8脚接TLP521-1芯片U26输出端发射极,U26输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U26输入端阳极通过电阻R47接VCC_3.3V,U26输入端阴极接D2；
U25的9脚接TLP521-1芯片U27输出端发射极,U27输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U27输入端阳极通过电阻R50接VCC_3.3V,U27输入端阴极接D3；
U25的10脚接TLP521-1芯片U28输出端发射极,U28输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U28输入端阳极通过电阻R54接VCC_3.3V,U28输入端阴极接D4；
U25的11脚接TLP521-1芯片U29输出端发射极,U29输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U29输入端阳极通过电阻R59接VCC_3.3V,U29输入端阴极接D5；
U25的12脚接TLP521-1芯片U30输出端发射极,U30输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U30输入端阳极通过电阻R61接VCC_3.3V,U30输入端阴极接D6；
U25的13脚接TLP521-1芯片U31输出端发射极,U31输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U31输入端阳极通过电阻R63接VCC_3.3V,U31输入端阴极接D7；
U25的35、36脚接OUT1，U25的33、34脚接OUT2，U25的31、32脚接OUT3，U25的29、30脚接OUT4，U25的27、28脚接OUT5，U25的25、26脚接OUT6，U25的23、24脚接OUT7，U25的21、22脚接OUT8；
NA25-V2S24模块POW2的2脚通过保险丝F3接AC1，POW2的3脚接AC2，POW2的7脚接24VGND1，POW2的4脚通过磁珠L9接+24DO1。
作为另一种优选方案，本发明所述模拟量输出电路包括ISO1540DR芯片U47～U50,U47的2、3、6、7脚分别与MSCK1、MSDA1、SDA1、SCK1对应相连，U48的2、3、6、7脚分别与MSCK2、MSDA2、SDA2、SCK2对应相连，U49的2、3、6、7脚分别与MSCK3、MSDA3、SDA3、SCK3对应相连，U50的2、3、6、7脚分别与MSCK4、MSDA4、SDA4、SCK4对应相连；
F0512S-1W模块U46的1脚通过电感L6接5V，U46的6通过电感L7接V12V；
GP8201S-TC50-EW模块U34的1脚通过电阻R68接SCK1，U34的2脚通过电阻R70接SDA1，U34的6脚接POUT1；
GP8201S-TC50-EW模块U40的1脚通过电阻R80接SCK2，U40的2脚通过电阻R82接SDA2，U40的6脚接POUT2；
GP8201S-TC50-EW模块U35的1脚通过电阻R69接SCK3，U35的2脚通过电阻R71接SDA3，U35的6脚接POUT3；
GP8201S-TC50-EW模块U41的1脚通过电阻R81接SCK4，U41的2脚通过电阻R83接SDA4，U41的6脚接POUT4。
作为另一种优选方案，本发明所述触摸屏控制电路包括SP3485EN-L/TR芯片U21，U21的1脚接MASTER_RXD，U21的2、3脚接MASTER_RTS，U21的4脚接MASTER_TXD，U21的7脚分别与接插件P1的2脚、磁珠L13一端相连，U21的6脚分别与电阻R28一端、磁珠L14一端相连，R28另一端接P1的1脚；L13另一端通过接插件P2的1脚接DC10600KM101AV_1111_4T触摸屏的2脚，DC10600KM101AV_1111_4T触摸屏的3脚通过P2的2脚接L14另一端。
作为另一种优选方案，本发明所述数字量输入电路包括EL357N芯片U1、U3、U5、U8，U1输入端阳极通过电阻R1接DI1，U1输入端阴极接DI_GND，U1输出端集电极接DIO1，U1输出端发射极接地；
U3输入端阳极通过电阻R8接DI2，U3输入端阴极接DI_GND，U3输出端集电极接DIO2，U3输出端发射极接地；
U5输入端阳极通过电阻R13接DI3，U5输入端阴极接DI_GND，U5输出端集电极接DIO3，U5输出端发射极接地；
U8输入端阳极通过电阻R17接DI4，U8输入端阴极接DI_GND，U8输出端集电极接DIO4，U8输出端发射极接地。
其次，本发明所述数字量输出电路包括NPN三极管Q1～Q8，Q1的基极依次通过电阻R36、发光二极管LED6接KO1，Q1的发射极接地，Q1的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U12的4脚，U12的1脚接+12V，U12的2、3脚分别与K1A、K1B对应相连；
Q2的基极依次通过电阻R37、发光二极管LED7接KO2，Q2的发射极接地，Q2的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U13的4脚，U13的1脚接+12V，U13的2、3脚分别与K2A、K2B对应相连；
Q3的基极依次通过电阻R38、发光二极管LED8接KO3，Q3的发射极接地，Q3的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U14的4脚，U14的1脚接+12V，U14的2、3脚分别与K3A、K3B对应相连；
Q4的基极依次通过电阻R39、发光二极管LED9接KO4，Q4的发射极接地，Q4的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U15的4脚，U15的1脚接+12V，U15的2、3脚分别与K4A、K4B对应相连；
Q5的基极依次通过电阻R48、发光二极管LED10接KO5，Q5的发射极接地，Q5的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U17的4脚，U17的1脚接+12V，U17的2、3脚分别与K5A、K5B对应相连；
Q6的基极依次通过电阻R49、发光二极管LED11接KO6，Q6的发射极接地，Q6的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U18的4脚，U18的1脚接+12V，U18的2、3脚分别与K6A、K6B对应相连；
Q7的基极依次通过电阻R55、发光二极管LED12接KO7，Q7的发射极接地，Q7的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U23的4脚，U23的1脚接+12V，U23的2、3脚分别与K7A、K7B对应相连；
Q8的基极依次通过电阻R56、发光二极管LED13接KO8，Q8的发射极接地，Q8的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U24的4脚，U24的1脚接+12V，U24的2、3脚分别与K8A、K8B对应相连。
另外，本发明所述模拟量输入电路包括TLV2262芯片U37，U37的1脚接AIN1，U37的3脚依次通过电阻R75、R74分别与BAV199管D25的3脚、电阻R76一端、电阻R77一端相连，R76另一端接VIN1，R77另一端接VGND，D25的2脚接V5V，D25的1脚接VGND；
U37的7脚接AIN2，U37的5脚依次通过电阻R89、R88分别与BAV199管D26的3脚、电阻R90一端、电阻R91一端相连，R90另一端接VIN2，R91另一端接VGND，D26的2脚接V5V，D26的1脚接VGND；
TLV2262芯片U45的1脚接AIN3，U45的3脚依次通过电阻R94、R93分别与BAV199管D29的3脚、电阻R95一端、电阻R96一端相连，R95另一端接VIN3，R96另一端接VGND，D29的2脚接V5V，D29的1脚接VGND；
U45的7脚接AIN4，U45的5脚依次通过电阻R98、R97分别与BAV199管D30的3脚、电阻R99一端、电阻R100一端相连，R99另一端接VIN4，R100另一端接VGND，D30的2脚接V5V，D30的1脚接VGND；
F0305S-1W模块U32的1脚通过电感L3接VCC_3.3V，U32的6脚通过电感L4与S818-5模块U33的1脚相连，U33的5脚接V5V；
ADR291模块U36的6脚接+2.5V，U36的2脚接V5V；
AD7708/28芯片U43的7～10脚分别与AIN1～AIN4对应相连,U43的21、20、23、24脚分别与AD_SPI_CS、AD_SPI_CLK、AD_SPI_DOUT、AD_SPI_DIN对应相连；
H11L1芯片U42的1脚接V5V，U42的2脚通过电阻R87接AD_SPI_DOUT，U42的4脚接M_DOUT；
ADUM1300芯片U44的12～14脚分别与AD_SPI_CLK、AD_SPI_CS、AD_SPI_DIN对应相连，U44的3～5脚分别与M_DIN、M_CS、M_CLK对应相连。
本发明有线工业总线阀岛控制方法，包括以下步骤：
步骤1)通过POWERBUS通讯做为数据总线将多个阀组组合在一起，并共享各阀组的组件；终端电脑通过POWERBUS总线电路控制阀组,阀组之间的设备共享数据；一个单元模拟量输入电路采集四路信号，若需要采集的信号多于四路，使用临近单元的拟量输入电路对多出的信号进行采集，两个单元通过POWERBUS总线电路传输数据；
步骤2)通过POWERBUS总线电路发送当前单元设备状态，接收远端控制信息，同时完成各单元的信息交互；
步骤3)数字量输入电路和模拟量输入电路分别接收输出数字量检测信号的传感器的输出信号和输出模拟量检测信号的传感器的输出信号；模拟量输出电路和数字量输出电路分别控制接收模拟量控制信号的设备和接收数字量控制信号的设备；
步骤4)核心供电电路为各部分提供合适的电源电压；
步骤5)变量存储电路存储配置数据，配置数据为电磁阀的控制方式，根据输入量进行控制；
步骤6)指示灯电路用于故障、运行、调试指示；
步骤7)触摸屏用于显示当前设备工作状态、各个电磁阀的开关情况、当前各传感器数值。
本发明有益效果。
本发明通过POWERBUS(电力载波通讯)总线电路做为数据总线将多个阀组组合在一起，并共享各阀组的组件。终端电脑可通过POWERBUS总线电路控制阀组,阀组之间的设备可共享数据。本发明附图为一个单元的实施例,可多个单元组合使用。比如一个单元模拟量输入电路可采集四路信号，若需要采集的信号多于四路，可使用临近单元的拟量输入电路(临近单元的拟量输入电路处于未工作或部分未工作状态)对多出的信号进行采集，两个单元通过POWERBUS总线电路传输数据。POWERBUS总线电路既能传输数据，同时可作为供电线路。
本发明通过POWERBUS总线电路发送当前单元设备状态(各阀门的开关状态、管道压力状态等)，接收远端控制信息，同时可实现各单元的信息交互。
本发明通过POWERBUS总线电路可显著提高阀岛的使用灵活性、智能化程度和利用率，提高生产效率，便于操控和维护。
本发明数字量输入电路和模拟量输入电路可分别适用于输出数字量检测信号的传感器和输出模拟量检测信号的传感器。本发明模拟量输出电路和数字量输出电路可分别适用于接收模拟量控制信号的设备和接收数字量控制信号的设备。本发明适用范围广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明核心供电电路原理图。
图2是本发明CPU电路原理图。
图3是本发明变量存储电路原理图。
图4是本发明指示灯电路原理图。
图5是本发明POWERBUS总线电路原理图。
图6是本发明阀组及供气模块控制电路原理图。
图7是本发明模拟量输出电路原理图。
图8是本发明触摸屏控制电路原理图。
图9是本发明数字量输入电路原理图。
图10是本发明数字量输出电路原理图。
图11是本发明模拟量输入电路原理图。
具体实施方式
如图所示，本发明包括核心供电电路、CPU电路、变量存储电路、指示灯电路、POWERBUS总线电路、阀组及供气模块控制电路、模拟量输出电路、触摸屏控制电路、数字量输入电路、数字量输出电路和模拟量输入电路，核心供电电路的电能输出端口分别与CPU电路的电源端口、变量存储电路的电源端口、指示灯电路的电源端口、POWERBUS总线电路的电源端口、阀组及供气模块控制电路的电源端口、模拟量输出电路的电源端口、触摸屏控制电路的电源端口、数字量输入电路的电源端口、数字量输出电路的电源端口、模拟量输入电路的电源端口相连，CPU电路的信息传输端口分别与变量存储电路的信息传输端口、POWERBUS总线电路的信息传输端口、触摸屏控制电路的信息传输端口相连，CPU电路的控制信号输出端口分别与指示灯电路的控制信号输入端口、阀组及供气模块控制电路的控制信号输入端口、模拟量输出电路的控制信号输入端口、数字量输出电路的控制信号输入端口相连，CPU电路的检测信号输入端口分别与数字量输入电路的检测信号输出端口、模拟量输入电路的检测信号输出端口相连。
所述核心供电电路包括设备电源入口J2，J2的1、2脚分别与AC1、AC2对应相连；
AC1通过保险丝F1接NA15-V2S12模块POW1的2脚，POW1的3脚接AC2；POW1的4脚通过二极管D3分别与V1、二极管D2阳极、插口CH1相连，D2阴极通过磁珠L1接+12V；
K7805-500模块U4的1脚接+12V，U4的3脚分别与5V、电阻R15一端相连，R15另一端通过发光二极管LED4接GND；
TPS62040DGQ模块U7的2脚接5V，U7的7、8脚通过电感L2分别与VCC_3.3V、电阻R20一端相连，U7的5脚分别与R20另一端、电阻R21一端相连，R21另一端接GND。
AC1、AC2接市电。核心供电电路通过各元件的配合，为系统各部分提供合适的电源电压。插口CH1为直流12V输入端,便于批量生产时候使用；调试方便接入，速度快，电压低安全。
所述CPU电路采用STM32F407ZE芯片U16，U16的4、5、10～15、19～22脚分别与D7、D6、D5～D0、M_CLK、M_CS、M_DIN、M_DOUT对应相连，U16的25脚分别与NRST、电阻R27一端相连，R27另一端接MAX809STR芯片U20的2脚，U16的36、37、47、49、50、56、63～69脚分别与POW_TX1、POW_RX1、LED1～LED3、MSDA4、MSCK4、MSDA3、MSCK3、MSDA2、MSCK2、MSDA1、MSCK1对应相连，U16的92～85脚分别与D0～D7对应相连，U16的96～100脚分别与MASTER_TXD、MASTER_RXD、SDA、SCL、WP对应相连，U16的105脚接SWDIO，U16的142～140脚分别与LED1～LED3对应相连，U16的125～122、118～115脚分别与KO1～KO8对应相连，U16的114～111脚分别与DIO1～DIO4对应相连。
U20为控制单片机复位启动的芯片，当系统电源电压低于设定的阈值时，MAX809会触发复位信号，将系统恢复到初始状态。有助于确保系统在电源电压异常或不稳定的情况下正常工作。
所述变量存储电路采用FM24V02-GTR芯片U2，U2的5、6、7脚分别与SDA、SCL、WP对应相连。WP为写保护端口，SDA为数据端口，SCL为时钟端口，数据内容为配置信息。
变量存储电路用于存储配置数据，配置数据可以为电磁阀的控制方式，根据输入量进行控制。例如监测开关量输入值低于30厘米液位高度，开启电磁阀进行注水，当水位达到120厘米时，停止注水。
所述指示灯电路包括发光二极管LED1～LED3，LED1阴极通过电阻R7接LED1，LED1阳极接VCC_3.3V；LED2阴极通过电阻R10接LED2，LED2阳极接VCC_3.3V；LED3阴极通过电阻R11接LED3，LED3阳极接VCC_3.3V。
LED2～LED4分别用于故障、运行、调试指示。
系统在调试模式下，模拟实际工作状态，检测设备运行状态，但不对外进行开启电磁阀进行注水、释放气体或注射润滑油等工作。
所述POWERBUS总线电路包括F0512S-1W模块U9，U9的1脚通过电感L10接5V，U9的6脚通过电感L11分别与V12P、AMS1117-3.3模块U6的3脚相连，U6的2、4脚接3.3VP；
ADUM1201ARZ-RL7芯片U10的2、3、6、7脚分别与POW_RX1、POW_TX1、POW_TX、POW_RX对应相连；
PB331芯片的2、3、5、6脚分别与POW_TX、POW_RX、POW_PO、POW_PI对应相连；
POW_PI分别与电阻R24一端、电阻R25一端相连，R25另一端接GNDP，R24另一端分别与NPN三极管T1集电极、二极管D7阳极相连，T1发射极通过电阻R26接GNDP，T1基极通过电阻R23接POW_PO；D7阴极接V12P。
U6和U9为电源模块,用于转换出POWERBUS总线所需的电源电压。
U10为隔离芯片，用于隔离使用。PB331是二总线从机芯片(电力载波通讯的一种，应用在低压环境低于48V供电电源线上，将通讯载入在48V供电线上，使用2根线即可以提供电源，也可以作为通讯线)，PO通讯数据输出，PI通讯数据输入。
单片机的TTL通讯信号经过U10连接到PB331。PB331将单片机的TTL通讯数据转化成专有的二进制通讯格式，加载在电力载波线上，通过电力线与其它设备进行通讯。
所述阀组及供气模块控制电路包括VN808芯片U25,U25的6脚接TLP521-1芯片U19输出端发射极,U19输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U19输入端阳极通过电阻R45接VCC_3.3V,U19输入端阴极接D0；
U25的7脚接TLP521-1芯片U22输出端发射极,U22输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U22输入端阳极通过电阻R46接VCC_3.3V,U22输入端阴极接D1；
U25的8脚接TLP521-1芯片U26输出端发射极,U26输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U26输入端阳极通过电阻R47接VCC_3.3V,U26输入端阴极接D2；
U25的9脚接TLP521-1芯片U27输出端发射极,U27输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U27输入端阳极通过电阻R50接VCC_3.3V,U27输入端阴极接D3；
U25的10脚接TLP521-1芯片U28输出端发射极,U28输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U28输入端阳极通过电阻R54接VCC_3.3V,U28输入端阴极接D4；
U25的11脚接TLP521-1芯片U29输出端发射极,U29输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U29输入端阳极通过电阻R59接VCC_3.3V,U29输入端阴极接D5；
U25的12脚接TLP521-1芯片U30输出端发射极,U30输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U30输入端阳极通过电阻R61接VCC_3.3V,U30输入端阴极接D6；
U25的13脚接TLP521-1芯片U31输出端发射极,U31输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U31输入端阳极通过电阻R63接VCC_3.3V,U31输入端阴极接D7；
U25的35、36脚接OUT1，U25的33、34脚接OUT2，U25的31、32脚接OUT3，U25的29、30脚接OUT4，U25的27、28脚接OUT5，U25的25、26脚接OUT6，U25的23、24脚接OUT7，U25的21、22脚接OUT8；
NA25-V2S24模块POW2的2脚通过保险丝F3接AC1，POW2的3脚接AC2，POW2的7脚接24VGND1，POW2的4脚通过磁珠L9接+24DO1。
U19、U22、U26、U27、U28、U29、U30、U31为隔离驱动输入部分，CPU通过D0～D7发出阀组控制信号，D0～D7对应一个阀组，一个阀组包含八个电磁阀，阀组为电磁阀和检测元件的组合。
U25接收输入的控制信号，提升控制信号的功率之后发出OUT1～OUT8驱动对应的阀组。
本发明附图为一个单元的实施例,可多个单元组合使用。各单元的阀组可通过POWERBUS总线电路组合成一个整体，进行集中的监控与控制；同时各阀组之间可通过POWERBUS总线电路进行数据通讯。
POW2用于转换出U25所需的电源电压。
所述模拟量输出电路包括ISO1540DR芯片U47～U50,U47的2、3、6、7脚分别与MSCK1、MSDA1、SDA1、SCK1对应相连，U48的2、3、6、7脚分别与MSCK2、MSDA2、SDA2、SCK2对应相连，U49的2、3、6、7脚分别与MSCK3、MSDA3、SDA3、SCK3对应相连，U50的2、3、6、7脚分别与MSCK4、MSDA4、SDA4、SCK4对应相连；
F0512S-1W模块U46的1脚通过电感L6接5V，U46的6通过电感L7接V12V；
GP8201S-TC50-EW模块U34的1脚通过电阻R68接SCK1，U34的2脚通过电阻R70接SDA1，U34的6脚接POUT1；
GP8201S-TC50-EW模块U40的1脚通过电阻R80接SCK2，U40的2脚通过电阻R82接SDA2，U40的6脚接POUT2；
GP8201S-TC50-EW模块U35的1脚通过电阻R69接SCK3，U35的2脚通过电阻R71接SDA3，U35的6脚接POUT3；
GP8201S-TC50-EW模块U41的1脚通过电阻R81接SCK4，U41的2脚通过电阻R83接SDA4，U41的6脚接POUT4。
U47～U50接收CPU电路发出的控制信号，并起到信号隔离的作用。
U46为电源芯片，为模拟量输出电路提供所需的电源电压。
U34、U35、U40、U41为数模转换芯片，通过芯片的1、2脚进行数字量的控制，芯片的6脚输出通过数字量控制的0V～3.3V的模拟量信号，模拟量信号电压的高低通过U47～U50接收到的CPU的数字量控制信号所控制。
POUT1～POUT4为模拟控制信号输出端口，可以用于控制变频器、调整电机转速、提高降低转速、控制管道压力、控制加热设备的加热功率、控制加热量等。
所述触摸屏控制电路包括SP3485EN-L/TR芯片U21，U21的1脚接MASTER_RXD，U21的2、3脚接MASTER_RTS，U21的4脚接MASTER_TXD，U21的7脚分别与接插件P1的2脚、磁珠L13一端相连，U21的6脚分别与电阻R28一端、磁珠L14一端相连，R28另一端接P1的1脚；L13另一端通过接插件P2的1脚接DC10600KM101AV_1111_4T触摸屏的2脚，DC10600KM101AV_1111_4T触摸屏的3脚通过P2的2脚接L14另一端。
MASTER_RTS控制RS485是数据发送模式，还是接收模式。高电平发送，低电平接收。P2调试使用，P1是控制120欧姆电阻是否加入到RS485总线。
U21的1脚是通讯数据接收，4脚是数据发送，2、3脚是控制发送模式，接收模式。
L13、L14用于抑制尖峰脉冲的干扰。
D8、D9、D14用于抗干扰保护，当RS485总线上的干扰电压超过6.8V的时候，将最高干扰电压限制到6.8V。
P1用于在RS485总线加入抗干扰电阻。
触摸屏用于显示当前设备工作状态、各个电磁阀的开关情况、当前各传感器数值、控制参数的输入等。
所述数字量输入电路包括EL357N芯片U1、U3、U5、U8，U1输入端阳极通过电阻R1接DI1，U1输入端阴极接DI_GND，U1输出端集电极接DIO1，U1输出端发射极接地；
U3输入端阳极通过电阻R8接DI2，U3输入端阴极接DI_GND，U3输出端集电极接DIO2，U3输出端发射极接地；
U5输入端阳极通过电阻R13接DI3，U5输入端阴极接DI_GND，U5输出端集电极接DIO3，U5输出端发射极接地；
U8输入端阳极通过电阻R17接DI4，U8输入端阴极接DI_GND，U8输出端集电极接DIO4，U8输出端发射极接地。
U1、U3、U5、U8对输入的数字量检测信号进行隔离，将外部开关量的输入信号传递给CPU。
DI1～DI4可以是被检测开关的触发信号(用于检测被检测开关是否触发)，可以是液位检测信号(用于检测液位是否达到设定值，达到设定值产生开关量信号)。CPU接收到相关触发信号后控制，控制J6的输出和数字量输出部分。
阀组为控制节点，阀组包括多个电磁阀和检测元件，检测元件可以为液位传感器、压力传感器等。比如可以通过控制阀组的电磁阀对液位和管道压力进行控制，DI1～DI4为检测元件的检测信号。远端控制中心可通过POWERBUS总线电路给CPU下发执行逻辑，比如当检测值达到设定值，控制电磁阀动作。
输出控制信号，控制相关设备工作。比如CPU接收到液位检测信号，控制加液设备停止工作。
所述数字量输出电路包括NPN三极管Q1～Q8，Q1的基极依次通过电阻R36、发光二极管LED6接KO1，Q1的发射极接地，Q1的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U12的4脚，U12的1脚接+12V，U12的2、3脚分别与K1A、K1B对应相连；
Q2的基极依次通过电阻R37、发光二极管LED7接KO2，Q2的发射极接地，Q2的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U13的4脚，U13的1脚接+12V，U13的2、3脚分别与K2A、K2B对应相连；
Q3的基极依次通过电阻R38、发光二极管LED8接KO3，Q3的发射极接地，Q3的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U14的4脚，U14的1脚接+12V，U14的2、3脚分别与K3A、K3B对应相连；
Q4的基极依次通过电阻R39、发光二极管LED9接KO4，Q4的发射极接地，Q4的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U15的4脚，U15的1脚接+12V，U15的2、3脚分别与K4A、K4B对应相连；
Q5的基极依次通过电阻R48、发光二极管LED10接KO5，Q5的发射极接地，Q5的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U17的4脚，U17的1脚接+12V，U17的2、3脚分别与K5A、K5B对应相连；
Q6的基极依次通过电阻R49、发光二极管LED11接KO6，Q6的发射极接地，Q6的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U18的4脚，U18的1脚接+12V，U18的2、3脚分别与K6A、K6B对应相连；
Q7的基极依次通过电阻R55、发光二极管LED12接KO7，Q7的发射极接地，Q7的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U23的4脚，U23的1脚接+12V，U23的2、3脚分别与K7A、K7B对应相连；
Q8的基极依次通过电阻R56、发光二极管LED13接KO8，Q8的发射极接地，Q8的集电极接G5NB-1A-E-12VDC继电器U24的4脚，U24的1脚接+12V，U24的2、3脚分别与K8A、K8B对应相连。
KO1～KO8接收CPU发出的控制信号，控制U12～U15、U17、U18、U23、U24工作，U12～U15、U17、U18、U23、U24用于驱动相关设备的开闭。
比如CPU通过数字量输入电路检测到储液罐水位到达设定水位，CPU通过KO1～KO8发出控制信号给U12～U15、U17、U18、U23、U24，U12～U15、U17、U18、U23、U24控制进液管道阀门关闭。
所述模拟量输入电路包括TLV2262芯片U37，U37的1脚接AIN1，U37的3脚依次通过电阻R75、R74分别与BAV199管D25的3脚、电阻R76一端、电阻R77一端相连，R76另一端接VIN1，R77另一端接VGND，D25的2脚接V5V，D25的1脚接VGND；
U37的7脚接AIN2，U37的5脚依次通过电阻R89、R88分别与BAV199管D26的3脚、电阻R90一端、电阻R91一端相连，R90另一端接VIN2，R91另一端接VGND，D26的2脚接V5V，D26的1脚接VGND；
TLV2262芯片U45的1脚接AIN3，U45的3脚依次通过电阻R94、R93分别与BAV199管D29的3脚、电阻R95一端、电阻R96一端相连，R95另一端接VIN3，R96另一端接VGND，D29的2脚接V5V，D29的1脚接VGND；
U45的7脚接AIN4，U45的5脚依次通过电阻R98、R97分别与BAV199管D30的3脚、电阻R99一端、电阻R100一端相连，R99另一端接VIN4，R100另一端接VGND，D30的2脚接V5V，D30的1脚接VGND；
F0305S-1W模块U32的1脚通过电感L3接VCC_3.3V，U32的6脚通过电感L4与S818-5模块U33的1脚相连，U33的5脚接V5V；
ADR291模块U36的6脚接+2.5V，U36的2脚接V5V；
AD7708/28芯片U43的7～10脚分别与AIN1～AIN4对应相连,U43的21、20、23、24脚分别与AD_SPI_CS、AD_SPI_CLK、AD_SPI_DOUT、AD_SPI_DIN对应相连；
H11L1芯片U42的1脚接V5V，U42的2脚通过电阻R87接AD_SPI_DOUT，U42的4脚接M_DOUT；
ADUM1300芯片U44的12～14脚分别与AD_SPI_CLK、AD_SPI_CS、AD_SPI_DIN对应相连，U44的3～5脚分别与M_DIN、M_CS、M_CLK对应相连。
模拟量输入部分将采集到的模拟量信号VIN1～VIN4通过U37、U45放大后，通过U43进行AD转换，再通过U42、U44发送给CPU。
U44为电平转换电路，将5V信号3.3V信号电平进行转化。U42完成电平转化工作。
VIN1～VIN4为输出模拟检测信号的传感器接口，例如液位传感器、温度传感器、压力传感器等，根据使用环境的不同，接所需传感器。该接口可接入0～5V输出信号的传感器。
U36为U43提供2.5V基准电压。
M_CS为片选端口，M_CLK为时钟端口，M_DOUT为数据输出端口，M_DIN为数据输入端口。
模拟量输入部分各芯片的作用和工作过程(以第一部分为例)如下：
VIN1信号通过R76和R77进行1/2分压，至D25，D25为抗干扰电路，可滤除电压超过5V的干扰。
后至R74、C91、R75、C89和U37组成低通滤波器，将高频部分滤除至CPU电路的采集引脚。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种有线工业总线阀岛的控制方法,其特征在于：
所述控制方法包括以下步骤:
步骤1)通过POWERBUS通讯做为数据总线将多个阀组组合在一起，并共享各阀组的组件；终端电脑通过POWERBUS总线电路控制阀组,阀组之间的设备共享数据；一个单元模拟量输入电路采集四路信号，若需要采集的信号多于四路，使用临近单元的模拟量输入电路对多出的信号进行采集，两个单元通过POWERBUS总线电路传输数据；
步骤2)通过POWERBUS总线电路发送当前单元设备状态，接收远端控制信息，同时完成各单元的信息交互；
步骤3)数字量输入电路和模拟量输入电路分别接收输出数字量检测信号的传感器的输出信号和输出模拟量检测信号的传感器的输出信号；模拟量输出电路和数字量输出电路分别控制接收模拟量控制信号的设备和接收数字量控制信号的设备；
步骤4)核心供电电路为各部分提供合适的电源电压；
步骤5)变量存储电路存储配置数据，配置数据为电磁阀的控制方式，根据输入量进行控制；
步骤6)指示灯电路用于故障、运行、调试指示；
步骤7)触摸屏用于显示当前设备工作状态、各个电磁阀的开关情况、当前各传感器数值；
所述有线工业总线阀岛包括核心供电电路、CPU电路、变量存储电路、指示灯电路、POWERBUS总线电路、阀组及供气模块控制电路、模拟量输出电路、触摸屏控制电路、数字量输入电路、数字量输出电路和模拟量输入电路，其特征在于核心供电电路的电能输出端口分别与CPU电路的电源端口、变量存储电路的电源端口、指示灯电路的电源端口、POWERBUS总线电路的电源端口、阀组及供气模块控制电路的电源端口、模拟量输出电路的电源端口、触摸屏控制电路的电源端口、数字量输入电路的电源端口、数字量输出电路的电源端口、模拟量输入电路的电源端口相连，CPU电路的信息传输端口分别与变量存储电路的信息传输端口、POWERBUS总线电路的信息传输端口、触摸屏控制电路的信息传输端口相连，CPU电路的控制信号输出端口分别与指示灯电路的控制信号输入端口、阀组及供气模块控制电路的控制信号输入端口、模拟量输出电路的控制信号输入端口、数字量输出电路的控制信号输入端口相连，CPU电路的检测信号输入端口分别与数字量输入电路的检测信号输出端口、模拟量输入电路的检测信号输出端口相连；
所述核心供电电路包括设备电源入口J2，J2的1、2脚分别与AC1、AC2对应相连；
AC1通过保险丝F1接NA15-V2S12模块POW1的2脚，POW1的3脚接AC2；POW1的4脚通过二极管D3分别与V1、二极管D2阳极、插口CH1相连，D2阴极通过磁珠L1接+12V；
K7805-500模块U4的1脚接+12V，U4的3脚分别与5V、电阻R15一端相连，R15另一端通过发光二极管LED4接GND；
TPS62040DGQ模块U7的2脚接5V，U7的7、8脚通过电感L2分别与VCC_3.3V、电阻R20一端相连，U7的5脚分别与R20另一端、电阻R21一端相连，R21另一端接GND；
所述CPU电路采用STM32F407ZE芯片U16，U16的4、5、10～15、19～22脚分别与D7、D6、D5～D0、M_CLK、M_CS、M_DIN、M_DOUT对应相连，U16的25脚分别与NRST、电阻R27一端相连，R27另一端接MAX809STR芯片U20的2脚，U16的36、37、47、49、50、56、63～69脚分别与POW_TX1、POW_RX1、LED1～LED3、MSDA4、MSCK4、MSDA3、MSCK3、MSDA2、MSCK2、MSDA1、MSCK1对应相连，U16的92～85脚分别与D0～D7对应相连，U16的96～100脚分别与MASTER_TXD、MASTER_RXD、SDA、SCL、WP对应相连，U16的105脚接SWDIO，U16的142～140脚分别与LED1～LED3对应相连，U16的125～122、118～115脚分别与KO1～KO8对应相连，U16的114～111脚分别与DIO1～DIO4对应相连；
所述变量存储电路采用FM24V02-GTR芯片U2，U2的5、6、7脚分别与SDA、SCL、WP对应相连；
所述指示灯电路包括发光二极管LED1～LED3，LED1阴极通过电阻R7接LED1，LED1阳极接VCC_3.3V；LED2阴极通过电阻R10接LED2，LED2阳极接VCC_3.3V；LED3阴极通过电阻R11接LED3，LED3阳极接VCC_3.3V；
所述POWERBUS总线电路包括F0512S-1W模块U9，U9的1脚通过电感L10接5V，U9的6脚通过电感L11分别与V12P、AMS1117-3.3模块U6的3脚相连，U6的2、4脚接3.3VP；
ADUM1201ARZ-RL7芯片U10的2、3、6、7脚分别与POW_RX1、POW_TX1、POW_TX、POW_RX对应相连；
PB331芯片的2、3、5、6脚分别与POW_TX、POW_RX、POW_PO、POW_PI对应相连；
POW_PI分别与电阻R24一端、电阻R25一端相连，R25另一端接GNDP，R24另一端分别与NPN三极管T1集电极、二极管D7阳极相连，T1发射极通过电阻R26接GNDP，T1基极通过电阻R23接POW_PO；D7阴极接V12P；
所述阀组及供气模块控制电路包括VN808芯片U25,U25的6脚接TLP521-1芯片U19输出端发射极,U19输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U19输入端阳极通过电阻R45接VCC_3.3V,U19输入端阴极接D0；
U25的7脚接TLP521-1芯片U22输出端发射极,U22输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U22输入端阳极通过电阻R46接VCC_3.3V,U22输入端阴极接D1；
U25的8脚接TLP521-1芯片U26输出端发射极,U26输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U26输入端阳极通过电阻R47接VCC_3.3V,U26输入端阴极接D2；
U25的9脚接TLP521-1芯片U27输出端发射极,U27输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U27输入端阳极通过电阻R50接VCC_3.3V,U27输入端阴极接D3；
U25的10脚接TLP521-1芯片U28输出端发射极,U28输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U28输入端阳极通过电阻R54接VCC_3.3V,U28输入端阴极接D4；
U25的11脚接TLP521-1芯片U29输出端发射极,U29输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U29输入端阳极通过电阻R59接VCC_3.3V,U29输入端阴极接D5；
U25的12脚接TLP521-1芯片U30输出端发射极,U30输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U30输入端阳极通过电阻R61接VCC_3.3V,U30输入端阴极接D6；
U25的13脚接TLP521-1芯片U31输出端发射极,U31输出端集电极通过电阻R44接+24DO1,U31输入端阳极通过电阻R63接VCC_3.3V,U31输入端阴极接D7；
U25的35、36脚接OUT1，U25的33、34脚接OUT2，U25的31、32脚接OUT3，U25的29、30脚接OUT4，U25的27、28脚接OUT5，U25的25、26脚接OUT6，U25的23、24脚接OUT7，U25的21、22脚接OUT8；
NA25-V2S24模块POW2的2脚通过保险丝F3接AC1，POW2的3脚接AC2，POW2的7脚接24VGND1，POW2的4脚通过磁珠L9接+24DO1；
所述触摸屏控制电路包括SP3485EN-L/TR芯片U21，U21的1脚接MASTER_RXD，U21的2、3脚接MASTER_RTS，U21的4脚接MASTER_TXD，U21的7脚分别与接插件P1的2脚、磁珠L13一端相连，U21的6脚分别与电阻R28一端、磁珠L14一端相连，R28另一端接P1的1脚；L13另一端通过接插件P2的1脚接DC10600KM101AV_1111_4T触摸屏的2脚，DC10600KM101AV_1111_4T触摸屏的3脚通过P2的2脚接L14另一端；
所述模拟量输入电路包括TLV2262芯片U37，U37的1脚接AIN1，U37的3脚依次通过电阻R75、R74分别与BAV199管D25的3脚、电阻R76一端、电阻R77一端相连，R76另一端接VIN1，R77另一端接VGND，D25的2脚接V5V，D25的1脚接VGND；
U37的7脚接AIN2，U37的5脚依次通过电阻R89、R88分别与BAV199管D26的3脚、电阻R90一端、电阻R91一端相连，R90另一端接VIN2，R91另一端接VGND，D26的2脚接V5V，D26的1脚接VGND；
TLV2262芯片U45的1脚接AIN3，U45的3脚依次通过电阻R94、R93分别与BAV199管D29的3脚、电阻R95一端、电阻R96一端相连，R95另一端接VIN3，R96另一端接VGND，D29的2脚接V5V，D29的1脚接VGND；
U45的7脚接AIN4，U45的5脚依次通过电阻R98、R97分别与BAV199管D30的3脚、电阻R99一端、电阻R100一端相连，R99另一端接VIN4，R100另一端接VGND，D30的2脚接V5V，D30的1脚接VGND；
F0305S-1W模块U32的1脚通过电感L3接VCC_3.3V，U32的6脚通过电感L4与S818-5模块U33的1脚相连，U33的5脚接V5V；
ADR291模块U36的6脚接+2.5V，U36的2脚接V5V；
AD7708/28芯片U43的7～10脚分别与AIN1～AIN4对应相连,U43的21、20、23、24脚分别与AD_SPI_CS、AD_SPI_CLK、AD_SPI_DOUT、AD_SPI_DIN对应相连；
H11 L1芯片U42的1脚接V5V，U42的2脚通过电阻R87接AD_SPI_DOUT，U42的4脚接M_DOUT；
ADUM1300芯片U44的12～14脚分别与AD_SPI_CLK、AD_SPI_CS、AD_SPI_DIN对应相连，U44的3～5脚分别与M_DIN、M_CS、M_CLK对应相连。
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2023
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