CN203480268U

CN203480268U - 一种基于plc的多个分离连接器的分离试验控制器

Info

Publication number: CN203480268U
Application number: CN201320495875.4U
Authority: CN
Inventors: 黄姣英; 胡振益; 武荣荣; 司世红; 王宇飞
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2023-08-14

Abstract

一种基于PLC的多个分离连接器的分离试验控制器，它是由可编程逻辑控制器即PLC、人机交互界面即HMI、控制指示面板、24V直流电源、光电隔离输入电路和金属氧化物半导体型场效应管即MOS驱动电路组成；可编程逻辑控制器通过RS485型数据线与人机交互界面连接；人机交互界面用于设置参数，控制指示面板用于指示分离状态并让使用者通过按钮进行手动控制，彼此相互用线缆连接；24V直流电源为人机交互界面、控制指示面板、各电路和外接负载提供电源并用线缆连接；光电隔离输入电路，用于隔离触发信号与实际输入到PLC的电信号。本实用新型能实现信号接收、自动分离、手动分离、参数设置等功能，它能满足多种分离连接器的试验需求，具有良好的应用前景。

Description

一种基于PLC的多个分离连接器的分离试验控制器

技术领域

本实用新型涉及一种控制器，特别涉及一种基于可编程逻辑控制器(简称：PLC)的多个分离连接器的分离试验控制器，属自动化技术领域。

背景技术

航天设施的各个型号中，分离连接器应用广泛，是各型号构件中的重要组成部分和关键部件。分离脱落电连接器在综合试验和匹配试验过程中，需要分离电连接器进行分离动作，主要是采用一人指挥，多人协作手动拉动拉杆进行机械解锁分离。由于整个过程通过人工完成，必然造成分离时间的延时，不能反映实际使用时的情况。，并且需要多人参与进行。

分离试验控制器即为实现分离连接器测试时的自动化而研制，用于型号设备的综合测试试验和匹配试验中。在试验过程中，分离试验控制器能够通过接受系统发出指令准确控制相应的分离电连接器的分离。通过测试各个级间分离连接器的动作和信号的时刻，判断出各个器件的功能和性能是否符合要求，简化试验程序和人员需求。本实用新型结构简单，原理明确，各个通道互不影响，既可以灵活扩展实现更多电连接器的控制，又提高了设备的可靠性和安全性。

实用新型内容

1)实用新型目的：

本实用新型的目的在于提供一种基于PLC的多个分离连接器的分离试验控制器，它能够实现分离连接器分离试验的自动化操纵，满足电连接器综合试验和匹配试验过程中的多种分离方式的需求。

2)技术方案：

本实用新型为一种基于PLC的多个分离连接器的分离试验控制器，它是由可编程逻辑控制器(PLC)、人机交互界面(HMI)、控制指示面板、24V直流电源、光电隔离输入电路、和金属氧化物半导体型场效应管(MOS)驱动电路组成；它们相互之间的连接关系是：可编程逻辑控制器通过RS485型数据线与人机交互界面连接；人机交互界面用于设置参数，控制指示面板用于指示分离状态并让使用者可以通过按钮进行手动控制，彼此相互用线缆连接；24V直流电源为人机交互界面、控制指示面板、各电路和外接负载(分离连接器)提供电源并用线缆连接，光电隔离输入电路，用于隔离触发信号与实际输入到PLC的电信号。其中触发信号为28±3V的电压信号，使用触发信号控制时，可编程逻辑控制器会按照人机交互界面设定参数进行延时输出，使用按钮控制时，可编程逻辑控制器立刻输出，金属氧化物半导体型场效应管驱动电路用于接收可编程逻辑控制器的信号后驱动分离连接器的分离。

所述可编程逻辑控制器，是220V AC供电，16～384(包括CC-LINK I/O)点控制规模，为晶体管漏型输出的三菱FX3U32MTESA可编程逻辑控制器，其内部结构主要包括电源模块、中央处理器(CPU)、存储器、功能模块、通信模块、晶体管漏/源型输入模块、晶体管漏型输出模块等，其X输入端子、0V端子与光电隔离输入电路和控制指示面板上按钮的相应端子连接，24V端子与S/S端子连接，电源端子与220VAC电源的对应端连接、Y输出端子与COM端子与金属氧化物半导体型场效应管驱动电路和控制指示面板上LED指示灯的相应端子连接，通讯模块的通讯端口通过RS485型数据线与人机交互界面连接，可编程逻辑控制器为本实用新型的核心器件，写入相应的控制程序后，通过读取人机交互界面写入的参数，并根据接收到的触发信号、手动分离信号等按照程序预定设置进行处理，控制分离连接器进行相应的分离动作；

所述人机交互界面，是7寸TFT LCD显示屏，4线模拟电阻式面板，LED背光灯的威纶MT6070iH触摸屏，通过写入相应程序后，可以设置分离连接器的延时参数、使能设置等，能实时控制分离流程的终止，存储、查询和直接调用5次历史试验的参数，通过RS485数据线与PLC连接，设置的参数可以直接实时写入PLC的数据存储器、辅助继电器等资源；其中，延时输出表示接收到信号后，延时预设时间再输出，使能设置表示某个分离连接器接收到分离信号后延时时间到了是否输出，使能为有输出，非使能为无输出；人机交互界面通过RS485型数据线与可编程逻辑控制器连接；

所述控制指示面板，主要是由若干24V DC1.5A LED指示灯、若干开关按钮和电源开关组成，电源开关为单刀双掷带灯开关，用于控制整个控制器外部220V AC电源的供电，开关按钮为无灯无锁按钮，其两端与可编程逻辑控制器上对应的X输入端子和0V端子连接，用于进行分离连接器的手动分离，按下按钮后相应的分离连接器即可立即分离，LED指示灯正极与24V直流电源正极连接，LED指示灯负极与可编程逻辑控制器上相应的Ｙ输出端子连接，LED指示灯则用于指示对应的分离连接器是否接收到输出信号执行分离动作；

所述24V直流电源，是220V AC市电转换为24V DC的电源设备，用于给人机交互界面、各电路、控制指示面板以及分离连接器供电；

所述光电隔离输入电路，包括核心器件TLP521光电耦合器、输入端限流保护电阻、输出端限流保护电阻，其间关系是：输入端限流保护电阻一端连接到TLP521光电耦合器输入端的流入引脚，另一端连接到触发信号的正极，TLP521光电耦合器输入端的流出引脚连接到触发信号的负极，输出端限流保护电阻一端连接到TLP521光电耦合器输出端的流入引脚，另一端连接到可编程逻辑控制器相应的X输入端子，TLP521光电耦合器输出端的流出引脚连接到可编程逻辑控制器相应的0V端子；该TLP521光电耦合器是：输入电路与输出电路通过内部光信号实现电气隔离的无源器件；该输入端限流保护电阻是：普通引线式电阻，电阻值为1.2kΩ；该输出端限流保护电阻是：普通引线电阻，电阻值为2.7kΩ。

所述金属氧化物半导体型场效应管驱动电路，包括TLP521光电耦合器、TLP521光电耦合器输入端限流保护电阻、TLP521光电耦合器输出端分压电阻、IRF530功率MOS管、以及作为负载的分离连接器，其间关系是：TLP521光电耦合器输入端限流保护电阻一端连接到TLP521光电耦合器输入端的流入引脚，另一端连接到24V直流电源的正极，TLP521光电耦合器输入端的流出引脚连接到触发信号的负极，TLP521光电耦合器输出端的流入引脚和流出引脚各连接一个分压电阻，与TLP521光电耦合器输出端的流入引脚连接的分压电阻另一端连接到24V直流电源正极，与TLP521光电耦合器输出端的流出引脚连接的分压电阻另一端连接到24V直流电源负极，TLP521光电耦合器输出端的流出引脚同时连接到IRF530功率MOS管的栅极，IRF530功率MOS管的源极接24V直流电源的负极，分离连接器的两端分别连接24V直流电源正极和IRF530功率MOS管的漏极，输出信号导通TLP521光电耦合器的输入回路，使得TLP521光电耦合器的输出回路导通，给IRF530功率MOS管的栅极和源极加上偏置电压，IRF530功率MOS管的漏极和源极导通进而驱动分离连接器分离；该TLP521光电耦合器是：输入电路与输出电路通过内部光信号实现电气隔离的无源器件；该TLP521光电耦合器输入端限流保护电阻是：普通引线式电阻，电阻值为1.2kΩ；该TLP521光电耦合器输出端分压电阻均为普通引线式电阻，其中，连接在电源正极与TLP521光电耦合器输出端流入引脚之间的电阻阻值为2.7kΩ，连接在TLP521光电耦合器输出端流出引脚与电源负极之间的电阻阻值为2kΩ；该IRF530功率MOS管是：导通阻抗低、转化速率高、导通电流大、高功率的场效应管；分离连接器作为受控设备，可以使用多种型号的产品。

本实用新型通过使用光电隔离输入电路，实现了28±3V触发信号与可编程逻辑控制器之间完全的电气隔离，使得可编程逻辑控制器对触发信号无影响，该光电隔离输入电路抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高，可以有效保护触发信号的发生系统(往往为航天或军用设备)，并且保证可编程逻辑控制器输入的稳定。人机交互界面可以根据需要设置各个分离连接器收到触发信号后的延时时间以及是否分离的使能设置，并且可以随时终止分离连接器的自动分离。同时根据需要可以直接按控制指示面板上的开关按钮控制各个分离连接器的分离，因为手动按钮具有比自动分离状态更高的优先级。PLC程序中使用起保停程序来确保对信号的完好接收和对信号指示灯的控制，输出除了控制LED指示灯指示各个分离连接器的分离，还向MOS管驱动电路输出200ms的驱动信号，确保分离连接器的分离，驱动信号使得金属氧化物半导体型场效应管驱动电路中的光电耦合器进入工作状态，功率MOS管的偏置分压电路导通，功率MOS管开启并驱动分离连接器的分离。

本实用新型可以查询多达20次的历史设置记录，可以直接调用5次历史设置。避免了重复多次设置造成的时间损失，大大提高了试验效率。

3)优点及效果：

本实用新型为一种基于PLC的多个分离连接器的分离试验控制器，它的优点是实现输入触发信号与控制器的电气隔离，有效保护了触发信号发生系统，同时使用人机交互界面能灵活设置各个分离连接器的参数等。结构简单可以灵活增加或减少受控的分离连接器，并且时间精度高，操作方便，能有效保护控制器内部各个部件，提高了系统的可靠性和安全性。

本实用新型为一种多个分离连接器的分离试验控制器，能满足多个场合多种型号的分离连接器的试验需求。目前该控制器已经应用于一些型号的分离连接器的综合实验中，运行稳定，效果显著。

附图说明

图1本实用新型的结构图

图2输入光电隔离的原理图

图3输出MOS管驱动电路的原理图

图4控制器运行流程图

图5触摸屏的主要设置界面

图6触摸屏的主要设置界面

图7触摸屏的主要设置界面

图8电路板上电路图

图9控制器内部配线图（7个分离连接器）

图中符号、代号说明如下：

PLC：可编程逻辑控制器

HMI：人机交互界面

MOS：金属氧化物半导体型场效应管

DC：直流

X：可编程逻辑控制器的输入端

Y：可编程逻辑控制器的输出端

COM：可编程逻辑控制器的输出公共端

S/S：可编程逻辑控制器的漏/源型输出设置端

具体实施方式

见图1，本实用新型为一种基于PLC的多个分离连接器的分离试验控制器，它是由可编程逻辑控制器(PLC)、人机交互界面(HMI)、控制指示面板、24V直流电压、光电隔离输入电路、金属氧化物半导体型场效应管(MOS)驱动电路组成；它们相互之间的位置连接关系是：可编程逻辑控制器通过RS485型数据线与人机交互界面连接；人机交互界面用于设置参数，控制指示面板用于指示分离状态并让使用者可以通过按钮进行手动控制，彼此相互用线缆连接；24V直流电源为人机交互界面、控制指示面板、各电路和负载提供电源并用线缆连接，光电隔离输入电路，用于隔离触发信号与实际输入到PLC的电信号。其中触发信号为28±3V的电压信号，使用触发信号控制时，可编程逻辑控制器会按照人机交互界面设定参数进行延时输出，使用按钮控制时，可编程逻辑控制器立刻输出，金属氧化物半导体型场效应管驱动电路用于接收可编程逻辑控制器的信号后驱动分离连接器的分离。

所述可编程逻辑控制器，是220V AC供电，16～384(包括CC-LINK I/O)点控制规模，晶体管漏型输出的三菱FX3U32MTESA可编程逻辑控制器，其内部结构主要包括电源模块、中央处理器(CPU)、存储器、功能模块、通信模块、晶体管漏/源型输入模块、晶体管漏型输出模块等，其输入采用晶体管漏型输入：X输入端子、0V端子与光电隔离输入电路和控制指示面板上按钮的相应端子连接，24V端子与S/S端子连接，则触发信号经过光电隔离输入电路进行光电隔离后产生的输入信号即可输入到可编程逻辑控制器，电源端子与220VAC电源的对应端连接，输出端为晶体管漏型输出：Y输出端子与COM端子与金属氧化物半导体型场效应管驱动电路和控制指示面板上LED指示灯的相应端子连接，则输出信号可以点亮控制指示面板上相应的LED指示灯或驱动金属氧化物半导体型场效应管驱动电路，实现分离连接器的分离，通讯模块的通讯端口通过RS485型数据线与人机交互界面连接，接收人机交互界面设置的参数，可编程逻辑控制器为本实用新型的核心器件，写入相应的控制程序后，通过读取人机交互界面写入的参数，并根据接收到的触发信号、手动分离信号等按照程序预定设置进行处理，控制分离连接器进行相应的分离动作；

所述人机交互界面，是7寸TFT LCD显示屏，4线模拟电阻式面板，LED背光灯的威纶MT6070iH触摸屏，通过写入相应程序后，可以设置分离连接器的延时参数、使能设置等，其中，延时输出表示接收到信号后，延时预设时间再输出，使能设置表示某个分离连接器接收到分离信号后延时时间到了是否输出，使能为有输出，非使能为无输出，主要界面如图5、图6、图7，能实时控制分离流程的终止，存储、查询和直接调用5次历史试验的参数，人机交互界面通过RS485型数据线与可编程逻辑控制器连接，24V DC供电，设置的参数可以直接实时写入PLC的数据存储器、辅助继电器等资源；

所述24V直流电源，是220V AC市电转换为24V DC的电源设备，用于给人机交互界面、电路板、分离指示面板以及分离连接器供电；

所述光电隔离输入电路，原理图如图2，包括核心器件TLP521光电耦合器、输入端限流保护电阻、输出端限流保护电阻，输入端限流保护电阻一端连接到TLP521光电耦合器输入端的流入引脚，另一端连接到触发信号的正极，TLP521光电耦合器输入端的流出引脚连接到触发信号的负极，输出端限流保护电阻一端连接到TLP521光电耦合器输出端的流入引脚，另一端连接到可编程逻辑控制器相应的X输入端子，TLP521光电耦合器输出端的流出引脚连接到可编程逻辑控制器相应的0V端子，触发信号经过光电隔离后输入给可编程逻辑控制器；根据推荐的工作状态，取输入端保护电阻阻值为1.2kΩ，输出端保护电阻阻值为2.7kΩ，PLC采用漏型输入方式。光电耦合器的工作状态为I_F=23mA（输入信号为28V）,I_C=3.4mA（输入电阻取4.3kΩ）。为防止过流，在输入输出端分别串入一个0.5A保险丝。

所述金属氧化物半导体型场效应管驱动电路，原理图如图3，包括TLP521光电耦合器、TLP521光电耦合器输入端限流保护电阻、TLP521光电耦合器输出端分压电阻、IRF530功率MOS管、以及作为负载的分离连接器，TLP521光电耦合器输入端限流保护电阻一端连接到TLP521光电耦合器输入端的流入引脚，另一端连接到24V直流电源的正极，TLP521光电耦合器输入端的流出引脚连接到触发信号的负极，TLP521光电耦合器输出端的流入引脚和流出引脚各连接一个分压电阻，与TLP521光电耦合器输出端的流入引脚连接的分压电阻另一端连接到24V直流电源正极，与TLP521光电耦合器输出端的流出引脚连接的分压电阻另一端连接到24V直流电源负极，TLP521光电耦合器输出端的流出引脚同时连接到IRF530功率MOS管的栅极，IRF530功率MOS管的源极接24V直流电源的负极，分离连接器的两端分别连接24V直流电源正极和IRF530功率MOS管的漏极，输出信号导通TLP521光电耦合器的输入回路，使得TLP521光电耦合器的输出回路导通，给IRF530功率MOS管的栅极和源极加上偏置电压，IRF530功率MOS管的漏极和源极导通进而驱动分离连接器分离。根据推荐的工作状态，光耦输入端保护电阻阻值为1.2kΩ，输出端总电阻阻值为4.7kΩ，其工作状态为I_F=20mA，I_C=5.1mA。MOS管的分压电阻阻值为2kΩ，则MOS管的工作状态为V_GS=24*2/(2+2.7)=10.2V，I_D=4～5A。为防止过流，在COM端连入一个0.5A保险丝。

本实用新型的结构图如图1，电路图如图8，内部配线图如图9，图8中的接插端子与图9中电路板上的接插端子一一对应；图9中，1.总线为多路同向连线的简略形式，实际连接时按照两端对应的标号一对一进行连接；2.电源开关上，从一端引入电源(市电)的火线和零线，从中间端引出对应连线到直流电源的火线端子和零线端子；3.电源上输出V+和V-各有三路，其中任意一对为输出的24V直流电源；4.PLC上各个COM端互相连接起来，24V端和S/S端连接起来，LED灯正极接直流电源V+端，负极接对应的Y端；5.TC+,TC-,JF+,JF-为外部触发信号接入端子，与外部输入信号电缆连接；6.TC1_a,TC1_b……JF5_a,JF_b为负载连接端子，与外部输出电缆连接，每对端子对应一个通道的电磁阀，连接时连线不分正负极；7.触摸屏使用RS485型数据线与PLC连接。

本控制器的运行流程如图4，具体运行过程为：使用人机交互界面设置好各个分离连接器的延时时间和使能设置，延时时间设置后直接存储到PLC的数据存储器中，使能设置通过设置辅助继电器的状态设定。PLC读取这些参数和设置，将各个分离连接器之间的延时时间进行数学运算得到单个分离连接器收到触发信号后的延时时间。收到触发信号后，点亮信号灯并且按照预先设定的分离顺序驱动分离连接器执行分离动作。输出分离驱动信号的同时，点亮分离连接器的指示灯。按照程序自动分离的运行过程中，按下各个分离连接器的分离按钮可以控制分离连接器即刻分离；若接收到触发信号并按预设程序延时分离的过程中按下按钮，分离连接器也立刻分离并点亮指示灯，即操作过程中手动按下按钮具有更高的优先级。若在人机交互界面上点击清除指示灯，则终止指示灯信号的输出并停止分离步骤的进行。分离完成后可以查询到本次试验的有关参数，并可以点击触摸屏上的按钮保存这些参数，下次试验时可以直接调用，无需重复设置。

Claims

1.一种基于PLC的多个分离连接器的分离试验控制器，其特征在于：它是由可编程逻辑控制器即PLC、人机交互界面即HMI、控制指示面板、24V直流电源、光电隔离输入电路和金属氧化物半导体型场效应管即MOS驱动电路组成；可编程逻辑控制器通过RS485型数据线与人机交互界面连接；人机交互界面用于设置参数，控制指示面板用于指示分离状态并让使用者通过按钮进行手动控制，彼此相互用线缆连接；24V直流电源为人机交互界面、控制指示面板、各电路和外接负载提供电源并用线缆连接；光电隔离输入电路，用于隔离触发信号与实际输入到PLC的电信号；

所述可编程逻辑控制器，是220V AC供电，16～384点控制规模，为晶体管漏型输出的FX3U32MTESA可编程逻辑控制器；

所述人机交互界面，是7寸TFT LCD显示屏，4线模拟电阻式面板，LED背光灯的威纶MT6070iH触摸屏，人机交互界面通过RS485型数据线与可编程逻辑控制器连接；

所述控制指示面板，是由复数个24V DC1.5A LED指示灯、复数个开关按钮和电源开关组成，电源开关为单刀双掷带灯开关，开关按钮为无灯无锁按钮，其两端与可编程逻辑控制器上对应的X输入端子和0V端子连接，LED指示灯正极与24V直流电源正极连接，LED指示灯负极与可编程逻辑控制器上相应的Ｙ输出端子连接；

所述光电隔离输入电路，包括核心器件TLP521光电耦合器、输入端限流保护电阻和输出端限流保护电阻，输入端限流保护电阻一端连接到TLP521光电耦合器输入端的流入引脚，另一端连接到触发信号的正极，TLP521光电耦合器输入端的流出引脚连接到触发信号的负极，输出端限流保护电阻一端连接到TLP521光电耦合器输出端的流入引脚，另一端连接到可编程逻辑控制器相应的X输入端子，TLP521光电耦合器输出端的流出引脚连接到可编程逻辑控制器相应的0V端子；该TLP521光电耦合器是输入电路与输出电路通过内部光信号实现电气隔离的无源器件；该输入端限流保护电阻是普通引线式电阻，电阻值为1.2kΩ；该输出端限流保护电阻是普通引线电阻，电阻值为2.7kΩ；

所述金属氧化物半导体型场效应管驱动电路，包括TLP521光电耦合器、TLP521光电耦合器输入端限流保护电阻、TLP521光电耦合器输出端分压电阻、IRF530功率MOS管以及作为负载的分离连接器，TLP521光电耦合器输入端限流保护电阻一端连接到TLP521光电耦合器输入端的流入引脚，另一端连接到24V直流电源的正极，TLP521光电耦合器输入端的流出引脚连接到触发信号的负极，TLP521光电耦合器输出端的流入引脚和流出引脚各连接一个分压电阻，与TLP521光电耦合器输出端的流入引脚连接的分压电阻另一端连接到24V直流电源正极，与TLP521光电耦合器输出端的流出引脚连接的分压电阻另一端连接到24V直流电源负极，TLP521光电耦合器输出端的流出引脚同时连接到IRF530功率MOS管的栅极，IRF530功率MOS管的源极接24V直流电源的负极，分离连接器的两端分别连接24V直流电源正极和IRF530功率MOS管的漏极；该TLP521光电耦合器是输入电路与输出电路通过内部光信号实现电气隔离的无源器件；该TLP521光电耦合器输入端限流保护电阻是普通引线式电阻，电阻值为1.2kΩ；该TLP521光电耦合器输出端分压电阻均为普通引线式电阻，其中，连接在电源正极与TLP521光电耦合器输出端流入引脚之间的电阻阻值为2.7kΩ，连接在TLP521光电耦合器输出端流出引脚与电源负极之间的电阻阻值为2kΩ；该IRF530功率MOS管是场效应管。