CN201373998Y - 二十二路电磁阀驱动器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种二十二路电磁阀驱动器，包括电源部分、数据信号处理部分、控制部分、保护部分，其特征是：电源部分分成VCC、VDD、3V3三组输出电流为整体电路提供电源；数据信号处理部分由滤波电路、CPLD、信号缓冲驱动电路、输出驱动电路四部分组成，控制部分的核心是一个单片机，它有RA、RB、RC 3个IO接口，其中RB、RC两个接口与CPLD连接，用来控制CPLD内部门电路的工作，并且接收CPLD给入的反馈信号，来控制整个电路的运行。其优点是：电路结构采用集成化设计、元件数量少、电路简单、体积小重量轻、故障率低、且电路具有智能化功能，适合用于端头支架。

Description

二十二路电磁阀驱动器
一：技术领域
本实用新型涉及一种二十二路电磁阀驱动器。
二：背景技术
电磁阀驱动器是用于煤矿井下综采工作面液压支架电液控制系统，将支架控制器送来的串行数据信号进过运算、处理、放大后，输出驱动各功能电磁阀的电子装置。电磁阀驱动器要求下列环境条件下能够正常工作：-工作环境温度：5℃-60℃；-平均相对湿度：不超过95％(+25℃)；-有甲烷和煤尘爆炸性危险的矿井环境中；-无破坏绝缘的腐蚀性气体的矿井中；-允许有溅水的环境中。由上可见，使用中对电磁阀驱动器的可靠性、安全性能要求较高。现有的电磁阀驱动器存在的不足之处主要是电路结构不够紧凑，全部使用门电路分立元件，所以电气元件数量多、电路复杂、体积大、成本高、故障率高。
三：发明内容
本实用新型的目的是提供一种电路结构采用集成化、元件数量少、电路简单、体积小重量轻、故障率低、且电路具有智能化的二十二路电磁阀驱动器。
本实用新型的目的是通过以下方式实现的：
本实用新型包括电源部分、数据信号处理部分、控制部分、保护部分，其特征是：电源部分由一个四芯输入插座S101输入(1脚为+极，4脚为-极)电流，分三组电源：VCC、VDD、3V3输出电流为整体电路提供电源；数据信号处理部分由滤波电路、CPLD(可编程序逻辑器件)、信号缓冲驱动电路、输出驱动电路四部分组成，滤波电路的输入端接四芯输入插座S101的2脚、3脚、输出端接CPLD U5的信号输入端，CPLD(可编程序逻辑器)的信号输出端接缓冲驱动电路U10、U11输入脚，信号缓冲驱动电路U10、U11的输出脚接输出驱动电路的场效应管Q1～Q22的控制极，输出驱动电路的输出端Q1～Q22的漏极连接十一个输出插座S301～S311，输出驱动电路的信号输出接CPLD U5的信号输入端；控制部分的核心是一个单片机，它有RA、RB、RC 3个IO接口，其中RB、RC两个接口与CPLD(可编程序逻辑器件)连接，用来控制CPLD(可编程序逻辑器件)内部门电路的工作，并且接收CPLD(可编程序逻辑器件)给入的反馈信号，来控制整个电路的运行；保护部分的电路设计为输出正极、负极的双过流、短路保护，保护部分接在输出驱动电路和单片机之间。
本实用新型的优点是：电路结构采用集成化设计、元件数量少、电路简单、体积小重量轻、故障率低、且电路具有智能化功能，适合用于端头支架。
四：附图说明
图1是本实用新型的电路结构和工作原理框图；
图2是电源部分电路原理图；
图3是滤波电路原理图；
图4是可编程序逻辑器件CPLD的电路图；
图5是信号缓冲驱动电路的电路原理图；
图6是输出驱动电路(一个单元)的电路原理图；
图7是控制电路(单片机与可编程序逻辑器件CPLD)的电路图；
图8是保护部分控制输出端负极的过流、短路保护的电路原理图；
图9是保护部分控制输出正极OUT COM(输出公共端)的过流、短路保护的电路原理图。
五：具体实施方式
参照附图1，本实用新型的电路结构可分为电源、数据信号处理、控制、保护四个部分：
1、电源部分
电源部分输入为12V电压，由输入插座S101输入(1脚为+极，4脚为-极)电路共输出三组电源：VCC、VDD、3V3：
(1)VCC：为整体电路提供电源。
输出到：
A、单片机PIC16F876的20脚。
B、信号输出驱动电路部分电阻R11、R14、R17、R20、R23、R26、R29、R32、R35、R38、R41、R44、R47、R50作为反馈电源电压。
C、保护电路部分的比较器U18 LT1638的8脚。
(2)VDD：为信号处理部分U10、U11(型号：74HC541；功能：8位缓冲驱动器)提供电源。
输出到：U10、U11的20脚。
(3)3V3：由U16 ZLD0330提供，专为CPLD提供3.3V电源。
输出到：CPLD XCS05XL的12、25、37、51、63、75、89、100脚。其电路原理图见附图2。
2、数据信号处理部分
(1)、支架控制器经过连接电缆将串行数据由四芯插座输入到电磁阀驱动器，经过电阻、电容组成的滤波电路滤掉干扰杂波后，进入U5 CPLD(可编程序逻辑器件)XCS05XL的7脚、8脚。经CPLD(可编程序逻辑器件)内部的移位寄存器将串行数据转换为并行数据后，14位并行数据分别由CPLD(可编程序逻辑器件)的39、41、43、45、47、54、56、58、60、62、66、68、70、78脚输出，送到缓冲驱动电路U10、U11 74HC541进行缓冲驱动，然后由U10、U11输出送到输出驱动电路场效应管Q1～Q22的控制极，S301～S311的3、4脚输出。
(2)、数据信号处理部分由滤波电路、CPLD、信号缓冲驱动电路、输出驱动电路四个部分完成它们的连接关系是：
A、滤波电路：输入端R2、R6接输入插座S101的2脚、3脚。输出端接CPLDU5的信号输入端7脚、8脚。
B、CPLD(可编程序逻辑器)的信号输出端39、41、43、45、47、54、56、58、60、62、66、68、70、78脚接缓冲驱动电路U10、U11的2、3、4、5、6、7、8、9脚。
C、信号缓冲驱动电路U10、U11的输出脚11、12、13、14、15、16、17、18脚接输出驱动电路场效应管(型号为IRFR024)Q1～Q22的控制极。
D、输出驱动电路的输出端Q1～Q22的漏极接输出插座S301～S311的3脚、4脚，插座S301～S311每个插座输出2路，共22路输出。
数据信号处理部分的电路原理图见附图3～附图6。
3、控制部分
单片机PIC16F876是整个电路控制的核心，它有RA、RB、RC 3个IO接口，其中RB、RC两个接口与CPLD(可编程序逻辑器件)连接，用来控制CPLD(可编程序逻辑器件)内部门电路的工作，并且接收CPLD(可编程序逻辑器件)给入的反馈信号，来控制整个电路的运行。
单片机PIC16F876与CPLD之间是双向通讯，具体连接关系是：单片机PIC16F876的RB口：21脚～28脚；RC口：12脚～18脚，分别连接CPLD XCS05XL的27、28、29、30、31、32、33、34、35、13、14、15、21、17、18脚。
控制部分的电路原理图见附图7。
在电磁阀驱动器没有收到支架控制器的输出指令时，驱动器的输出驱动电路也没有接收到输入的控制信号(以上附图6为例)，这时Q1控制极为低电平，Q1不导通，输出反馈信号为高电平。当支架控制器向驱动器给出A1口输出指令，这时A1口的控制信号由CPLD(可编程序逻辑器件)的41脚输出，进入U1074HC541的3脚，经U10缓冲驱动后由U10的17脚输出送到Q1的控制极，Q1导通输出0V电压，和OUT COM端(OUT COM端为输出公共端，见原理图OUT COM网络标号)之间为12V电压经过四芯插座S301(A口)和连接电缆送到推溜电磁阀，使推溜电磁阀动作。这时驱动器输出驱动电路的输出反馈端由于二极管D10的钳位而变成低电平送到CPLD(可编程序逻辑器件)的42脚。如果由于信号缓冲驱动电路U10或输出驱动电路Q1损坏造成CPLD(可编程序逻辑器件)41脚有输出信号，42脚没有反馈信号；或CPLD 41脚没有输出信号，而42脚却已经有反馈，这时CPLD(可编程序逻辑器件)会向单片机PIC16F876发出反馈故障中断请求信号，单片机执行反馈故障程序，向CPLD(可编程序逻辑器件)发出停机指令使整个驱动器停止工作，CPLD(可编程序逻辑器件)控制LED(发光二极管)发出反馈故障指示。
4、保护部分
由于井下液压支架电液控制系统，四台支架控制器共用一个电源，电源输出为12V/1.5A，因此任何部件的过流或短路都会影响到其它部件的工作。因此为使过流、短路保护更可靠，将电路设计为输出正极、负极的双过流、短路保护。
(1)控制输出端负极的过流、短路保护：
见附图8，当Q1控制极为高电平是，Q1导通。由于电磁阀损坏或线路故障造成Q1漏极、源极电流变大，同时流过R75的电流也变大。当流过R75的电流达到900mA时，R75两端的电压降使放大器U18 LT1638输出由低电平变为高电平，经过R81送入单片机U1 PIC16F876的3脚，使单片机输出过流保护指令，驱动器停机，CPLD(可编程序逻辑器件)驱动LED(发光二极管)输出过流、短路指示。
控制输出端负极的过流、短路保护电路的连接关系是：保护电路输入端R76连接过流检测电阻R75的检测端。保护电路输出端R81连接单片机U1 PIC16F876的3脚。
(2)输出正极OUT COM(输出公共端)的过流、短路保护：
见附图9，由于电磁阀的损坏、线路故障或驱动器故障使OUT COM端对地短路，而造成OUT COM端电流的增大，当R94的电流达到900mA时，R94两端的电压降使放大器U18 LT1638输出由低电平变为高电平，经过R101、R102送入单片机U1 PIC16F876的2脚，使单片机输出过流保护指令，驱动器停机，CPLD(可编程序逻辑器件)驱动LED(发光二极管)输出过流、短路指示。
输出正极过流、短路保护电路的连接关系是：保护电路的输入端R95、R96分别连接检测电阻R94的输入端和检测端。保护电路的输出端R102连接单片机U1 PIC16F876的2脚。

Claims (1)

1、一种二十二路电磁阀驱动器包括电源部分、数据信号处理部分、控制部分、保护部分，其特征是：电源部分由一个四芯输入插座S101输入电流，分成VCC、VDD、3V3三组输出电流为整体电路提供电源；数据信号处理部分由滤波电路、CPLD、信号缓冲驱动电路、输出驱动电路四部分组成，滤波电路的输入端接四芯输入插座S101的2脚、3脚、输出端接CPLD的信号输入端，CPLD的信号输出端接缓冲驱动电路U10、U11输入脚，信号缓冲驱动电路U10、U11的输出脚接输出驱动电路的场效应管Q1～Q22的控制极，输出驱动电路的输出端Q1～Q22的漏极连接十一个输出插座S301～S311，输出驱动电路的信号输出接CPLD的信号输入端；控制部分的核心是一个单片机，它有RA、RB、RC 3个IO接口，其中RB、RC两个接口与CPLD连接，用来控制CPLD内部门电路的工作，并且接收CPLD给入的反馈信号，来控制整个电路的运行；保护部分的电路设计为输出正极、负极的双过流、短路保护，保护部分接在输出驱动电路和单片机之间。
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