CN220584571U - 基于5g的换热站智能控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于5G的换热站智能控制器，包括主控芯片、模拟量输入电路、模拟量输出电路和5G通信电路，基于5G的换热站智能控制器还包括强电电路板、主控电路板和5G电路板；主控电路板上设置有主控芯片、模拟量输入电路和模拟量输出电路，还设置有主控电源控制电路。本实用新型将强电部分、主控部分和5G通信部分分别设置在3个电路板上，有效避免了强弱电不分区所带来的安全性差和容易相互干扰的问题，据说还具有兼容性好等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种控制调节装置，尤其是一种换热站的控制器装置。
背景技术
目前换热站多用PLC控制，随着市场环境动荡，PLC成本逐年提高、供不应求，且调节需现场手动调节或通过屏幕调节。为了解决上述问题，现有技术提出了应用于换热站的智能控制器，以此来替代传统的PLC控制器。该类装置同时具有5G通讯的功能，可以直接通过5G连接上位机平台进行控制。
现有的换热站智能控制器存在以下缺陷：1、强电部分和通信部分、主控部分等设计在一块电路板上，强电弱电不分区，安全性差，主控和通信部分容易受到干扰。2、模拟量输入电路和模拟量输出电路只能接收/发送电流信号或电压信号，兼容性差。
实用新型内容
本实用新型提出了一种基于5G的换热站智能控制器，其目的是：1、解决强电弱电不分区所带来的安全性差、容易受到干扰的问题；2、解决模拟量输入和输出电路兼容性差的问题。
本实用新型技术方案如下：
一种基于5G的换热站智能控制器，包括主控芯片、模拟量输入电路、模拟量输出电路和5G通信电路，所述基于5G的换热站智能控制器还包括强电电路板、主控电路板和5G电路板；
所述主控电路板上设置有所述主控芯片、所述模拟量输入电路和所述模拟量输出电路，还设置有主控电源控制电路；主控芯片与模拟量输入电路、模拟量输出电路以及主控电源控制电路分别相连接；
所述5G电路板包括所述5G通信电路，还包括5G信号转换电路和5G电源控制电路；所述5G通信电路与5G信号转换电路及5G电源控制电路分别相连接；
所述强电电路板上设置有强电处理电路，所述强电处理电路与主控电源控制电路及5G电源控制电路分别相连接；
所述主控芯片还通过串口电路与5G信号转换电路相连接，所述5G信号转换电路用于实现RS232信号与5G信号的转换。
作为所述基于5G的换热站智能控制器的进一步改进：所述强电处理电路包括依次相连接的第一保护电路、共模滤波模块、防浪涌电路、AC/DC模块、第二保护电路、稳压模块和第三保护电路，还包括反馈采样电路；
所述第一保护电路输入端与220V交流电压相连接，用于保护其后级电路；
所述AC/DC模块用于将220V交流电转换为24V直流电；
所述稳压模块用于将24V直流电转换为5V直流电；
所述反馈采样电路包括串联在第三保护电路的5V输出端与接地端之间的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻之间的连接点与所述稳压模块的反馈输入端相连接。
作为所述基于5G的换热站智能控制器的进一步改进：所述模拟量输入电路包括第一拨码开关，所述第一拨码开关带有可相互连接、断开的第一连接端和第二连接端，所述第一连接端既是电流信号输入端也是第一拨码开关的信号输出端，所述第二连接端通过电阻接地；
当第一连接端和第二连接端连接时，第一拨码开关的信号输出端输出电压信号；当第一连接端和第二连接端断开时，第一拨码开关的信号输出端输出电流信号。
作为所述基于5G的换热站智能控制器的进一步改进：所述模拟量输入电路还包括分压采样电路和运算放大器；
所述分压采样电路包括串联在第一拨码开关的信号输出端与接地端之间的第三电阻和第四电阻，所述第三电阻和第四电阻之间的连接点与运算放大器的正输入端相连接，运算放大器的负输入端与其输出端相连接。
作为所述基于5G的换热站智能控制器的进一步改进：所述模拟量输入电路还包括模数转换模块，所述模数转换模块的模拟量输入端与运算放大器的输出端相连接，数字量输出端与主控芯片相连接。
作为所述基于5G的换热站智能控制器的进一步改进：所述模拟量输出电路包括数模转换模块、电压电流转换电路和第二拨码开关；
所述数模转换模块的数字量输入端与主控芯片相连接，模拟量输出端与电压电流转换电路的电压输入端相连接；
所述第二拨码开关带有可相互连接、断开的第三连接端和第四连接端，所述第三连接端既是电流信号输入端也是第二拨码开关的信号输出端，所述第四连接端通过电阻接地；
电压电流转换电路的电流输出端与第二拨码开关的电流信号输入端相连接；
当第三连接端和第四连接端连接时，第二拨码开关的信号输出端输出电压信号；当第三连接端和第四连接端断开时，第二拨码开关的信号输出端输出电流信号。
作为所述基于5G的换热站智能控制器的进一步改进：所述电压电流转换电路包括电压电流转换芯片，还包括三极管QD1和MOS管QD2；
所述电压电流转换芯片的源极输出电流脚IS脚通过第五电阻与MOS管QD2的源极相连接，电压电流转换芯片的栅极控制脚VG脚与MOS管QD2的栅极相连接，MOS管QD2的漏极用于输出电流；
所述三极管QD1的发射极与VG脚相连接，集电极与IS脚相连接，基极与MOS管QD2的源极相连接。
作为所述基于5G的换热站智能控制器的进一步改进：所述主控芯片还连接有RS485采集与控制电路。
作为所述基于5G的换热站智能控制器的进一步改进：所述主控芯片还连接有开关量输出电路。
作为所述基于5G的换热站智能控制器的进一步改进：所述主控芯片还连接有LCD显示电路和存储电路。
相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：（1）本实用新型将强电部分、主控部分和5G通信部分分别设置在3个电路板上，有效避免了强弱电不分区所带来的安全性差和容易相互干扰的问题；（2）本装置在模拟量输入电路和模拟量输出电路上增加了拨码开关，当拨码开关两端连接时，输入或输出的电流信号通过电阻转变成电压信号，当拨码开关断开时，输入或输出的电流信号可直接发送到后级电路，使用时可以根据模拟量信号进行设置，兼容性好；（3）模拟量输出电路的电压电流转换电路使用三极管QD1对MOS管QD2进行控制，当输出电流过大时，三极管QD1导通，将MOS管QD2关闭，停止电流的输出，从而起到限流保护的作用。
附图说明
图1为控制器的整体结构示意图；
图2为强电处理电路原理图之一；
图3为强电处理电路原理图之二；
图4为模拟量输入电路原理图之一；
图5为模拟量输入电路原理图之二；
图6为模拟量输出电路原理图之一；
图7为模拟量输出电路原理图之二；
图8为主控电源控制电路原理图；
图9为5G电源控制电路原理图之一；
图10为5G电源控制电路原理图之二；
图11为RS485采集与控制电路的上行电路部分原理图；
图12为RS485采集与控制电路的下行电路部分原理图；
图13为开关量输出电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的技术方案：
如图1，一种基于5G的换热站智能控制器，包括主控芯片9、模拟量输入电路1、模拟量输出电路3和5G通信电路6。
所述基于5G的换热站智能控制器设置有强电电路板、主控电路板和5G电路板，将强电、弱电控制和通信三部分进行分区设置。
所述主控电路板上设置有所述主控芯片9（STM32芯片）、所述模拟量输入电路1和所述模拟量输出电路3，还设置有主控电源控制电路2。主控芯片9与模拟量输入电路1、模拟量输出电路3以及主控电源控制电路2分别相连接。
所述5G电路板包括所述5G通信电路6，还包括5G信号转换电路7和5G电源控制电路5。所述5G通信电路6与5G信号转换电路7及5G电源控制电路5分别相连接。
所述强电电路板上设置有强电处理电路4，所述强电处理电路4与主控电源控制电路2及5G电源控制电路5分别相连接。
所述主控芯片9还通过串口电路与5G信号转换电路7相连接，所述5G信号转换电路7用于实现RS232信号与5G信号的转换，具体实施方案可参考授权公告号为CN218217557U的中国实用新型专利《基于5G的智能数据采集装置》。
如图2和3，所述强电处理电路4包括依次相连接的第一保护电路、共模滤波模块、防浪涌电路、AC/DC模块、第二保护电路、稳压模块和第三保护电路，还包括反馈采样电路。
所述第一保护电路输入端与220V交流电压相连接，用于保护其后级电路。具体的，该电路中加入了保险丝F1防止烧毁后级电路；RP2为压敏电阻可防止过压电冲击；RP11为负温热敏电阻用于限流；CV1为安规电容中的X电容，连接于零火线之间进行电源滤波，抑制电磁干扰，消除火花电路，确保产品满足EMC要求；RP7、RP8为安全电阻，防止电源线插拔时由于电容充放电而导致电源线长时间带电。
共模滤波模块为FL2D-Z5-153芯片，用于滤除抑制噪音，减少噪声提高EMC等级。
防浪涌电路包括压敏电阻RP3。
所述AC/DC模块采用LH15-13B24，用于将220V交流电转换为24V直流电。
第二保护电路的TVS管用于反向保护电路，电容用于保证24V电源的持续稳定。
所述稳压模块采用LM2576芯片，用于将24V直流电转换为5V直流电。
第三保护电路中，LM4为储能电感，保护电路因突然断开电源产生的瞬间高压冲击；DM2为续流二极管，与储能电感搭配使用，防止电压电流突变。
所述反馈采样电路包括串联在第三保护电路的5V输出端与接地端之间的第一电阻RM4和第二电阻RM3，所述第一电阻和第二电阻之间的连接点与所述稳压模块的反馈输入端相连接。
所述强电处理电路4可以输出稳定的5V电源。图8所示的主控电源控制电路2，用于将5V电源转换为3.3V，提供给主控芯片9等模块。5G电源控制电路5则包括图9和图10两部分，前者将5V电源转换为3.8V，后者将3.8V电源转换为3.3V。
如图4和5，所述模拟量输入电路1包括第一拨码开关，所述第一拨码开关带有可相互连接、断开的第一连接端和第二连接端，所述第一连接端既是电流信号输入端也是第一拨码开关的信号输出端，所述第二连接端通过电阻接地。
当第一连接端和第二连接端连接时，第一拨码开关的信号输出端输出电压信号；当第一连接端和第二连接端断开时，第一拨码开关的信号输出端输出电流信号。
进一步的，所述模拟量输入电路1还包括分压采样电路和运算放大器。
所述分压采样电路包括串联在第一拨码开关的信号输出端与接地端之间的第三电阻R511和第四电阻R522，所述第三电阻和第四电阻之间的连接点与运算放大器LM358的正输入端相连接，运算放大器的负输入端与其输出端相连接。
进一步的，所述模拟量输入电路1还包括模数转换模块TM7707，所述模数转换模块的模拟量输入端与运算放大器的输出端相连接，数字量输出端与主控芯片9相连接。
所述5V电源通过第一磁珠连接至模数转换模块TM7707的供电端，继而再通过第二磁珠连接到晶振模块，晶振模块用于为TM7707提供时钟晶振。
如图6和7，所述模拟量输出电路3包括数模转换模块、电压电流转换电路和第二拨码开关。
所述数模转换模块（MCP4822DA转换芯片）的数字量输入端与主控芯片9相连接，模拟量输出端与电压电流转换电路的电压输入端相连接。
所述第二拨码开关带有可相互连接、断开的第三连接端和第四连接端，所述第三连接端既是电流信号输入端也是第二拨码开关的信号输出端，所述第四连接端通过电阻接地。
电压电流转换电路的电流输出端与第二拨码开关的电流信号输入端相连接。
当第三连接端和第四连接端连接时，第二拨码开关的信号输出端输出电压信号；当第三连接端和第四连接端断开时，第二拨码开关的信号输出端输出电流信号。
所述电压电流转换电路包括电压电流转换芯片，还包括三极管QD1和MOS管QD2。
所述电压电流转换芯片的源极输出电流脚IS脚通过第五电阻RD11与MOS管QD2的源极相连接，电压电流转换芯片的栅极控制脚VG脚与MOS管QD2的栅极相连接，MOS管QD2的漏极用于输出电流。
所述三极管QD1的发射极与VG脚相连接，集电极与IS脚相连接，基极与MOS管QD2的源极相连接。
当后级电流过大时（>50mA），经过RD11电阻的压降增大，导致QD1三极管导通（>0.7V），从而VG脚电压升高至与IS脚相同，使得QD2不导通，停止电流输出，从而起到限制大电流的作用。
进一步的，如图1，所述主控芯片9还连接有RS485采集与控制电路10、开关量输出电路8、LCD显示电路11和存储电路12。
其中，RS485采集与控制电路10包括图11所示的上行电路部分和图12所示的下行电路部分。开关量输出电路8的结构如图13所示，通过三极管和继电器实现开关量输出。
Claims (10)
1.一种基于5G的换热站智能控制器，包括主控芯片（9）、模拟量输入电路（1）、模拟量输出电路（3）和5G通信电路（6），其特征在于：所述基于5G的换热站智能控制器还包括强电电路板、主控电路板和5G电路板；
所述主控电路板上设置有所述主控芯片（9）、所述模拟量输入电路（1）和所述模拟量输出电路（3），还设置有主控电源控制电路（2）；主控芯片（9）与模拟量输入电路（1）、模拟量输出电路（3）以及主控电源控制电路（2）分别相连接；
所述5G电路板包括所述5G通信电路（6），还包括5G信号转换电路（7）和5G电源控制电路（5）；所述5G通信电路（6）与5G信号转换电路（7）及5G电源控制电路（5）分别相连接；
所述强电电路板上设置有强电处理电路（4），所述强电处理电路（4）与主控电源控制电路（2）及5G电源控制电路（5）分别相连接；
所述主控芯片（9）还通过串口电路与5G信号转换电路（7）相连接，所述5G信号转换电路（7）用于实现RS232信号与5G信号的转换。
2.如权利要求1所述的基于5G的换热站智能控制器，其特征在于：所述强电处理电路（4）包括依次相连接的第一保护电路、共模滤波模块、防浪涌电路、AC/DC模块、第二保护电路、稳压模块和第三保护电路，还包括反馈采样电路；
所述第一保护电路输入端与220V交流电压相连接，用于保护其后级电路；
所述AC/DC模块用于将220V交流电转换为24V直流电；
所述稳压模块用于将24V直流电转换为5V直流电；
所述反馈采样电路包括串联在第三保护电路的5V输出端与接地端之间的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻之间的连接点与所述稳压模块的反馈输入端相连接。
3.如权利要求1所述的基于5G的换热站智能控制器，其特征在于：所述模拟量输入电路（1）包括第一拨码开关，所述第一拨码开关带有可相互连接、断开的第一连接端和第二连接端，所述第一连接端既是电流信号输入端也是第一拨码开关的信号输出端，所述第二连接端通过电阻接地；
当第一连接端和第二连接端连接时，第一拨码开关的信号输出端输出电压信号；当第一连接端和第二连接端断开时，第一拨码开关的信号输出端输出电流信号。
4.如权利要求3所述的基于5G的换热站智能控制器，其特征在于：所述模拟量输入电路（1）还包括分压采样电路和运算放大器；
所述分压采样电路包括串联在第一拨码开关的信号输出端与接地端之间的第三电阻和第四电阻，所述第三电阻和第四电阻之间的连接点与运算放大器的正输入端相连接，运算放大器的负输入端与其输出端相连接。
5.如权利要求4所述的基于5G的换热站智能控制器，其特征在于：所述模拟量输入电路（1）还包括模数转换模块，所述模数转换模块的模拟量输入端与运算放大器的输出端相连接，数字量输出端与主控芯片（9）相连接。
6.如权利要求1所述的基于5G的换热站智能控制器，其特征在于：所述模拟量输出电路（3）包括数模转换模块、电压电流转换电路和第二拨码开关；
所述数模转换模块的数字量输入端与主控芯片（9）相连接，模拟量输出端与电压电流转换电路的电压输入端相连接；
所述第二拨码开关带有可相互连接、断开的第三连接端和第四连接端，所述第三连接端既是电流信号输入端也是第二拨码开关的信号输出端，所述第四连接端通过电阻接地；
电压电流转换电路的电流输出端与第二拨码开关的电流信号输入端相连接；
当第三连接端和第四连接端连接时，第二拨码开关的信号输出端输出电压信号；当第三连接端和第四连接端断开时，第二拨码开关的信号输出端输出电流信号。
7.如权利要求6所述的基于5G的换热站智能控制器，其特征在于：所述电压电流转换电路包括电压电流转换芯片，还包括三极管QD1和MOS管QD2；
所述电压电流转换芯片的源极输出电流脚IS脚通过第五电阻与MOS管QD2的源极相连接，电压电流转换芯片的栅极控制脚VG脚与MOS管QD2的栅极相连接，MOS管QD2的漏极用于输出电流；
所述三极管QD1的发射极与VG脚相连接，集电极与IS脚相连接，基极与MOS管QD2的源极相连接。
8.如权利要求1至7任一所述的基于5G的换热站智能控制器，其特征在于：所述主控芯片（9）还连接有RS485采集与控制电路（10）。
9.如权利要求1至7任一所述的基于5G的换热站智能控制器，其特征在于：所述主控芯片（9）还连接有开关量输出电路（8）。
10.如权利要求1至7任一所述的基于5G的换热站智能控制器，其特征在于：所述主控芯片（9）还连接有LCD显示电路（11）和存储电路（12）。
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