專利名稱：智能空壓機控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種設置在空壓機上的控制電路，尤其涉及一種設置在智能空壓機上的用于控制智能空壓機工作的智能空壓機控制系統(tǒng)。
背景技術：
目前，世界上壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，其應用范圍遍及各領域?？諌簷C基本原理是利用馬達帶動機械，將氣體壓縮至所需壓力并輸出。一種現(xiàn)有技術空壓機的控制裝置只涉及開關信號的控制，控制電路由繼電器邏輯控制電路或集成電路實現(xiàn)順序控制。
請參見圖1所示，一種現(xiàn)有技術空壓機A100的控制電路由繼電器邏輯控制電路A10、啟動按鈕A11、停止按鈕A12、主電機過載保護電路13、風機電機過載保護電路14、接觸器組A20、主電機A21及風機電機A22組成；繼電器邏輯控制電路A10的輸入端分別與啟動按鈕A11、停止按鈕A12、主電機過載保護電路A13、風機電機過載保護電路A14連接，繼電器邏輯控制電路A10的輸出端分別與空壓機A100的接觸器組A20的各信號輸入端連接，接觸器組A20的輸出端分別與主電機A21和風機電機A22連接；空壓機A100的排氣溫度信號、油氣桶溫度信號、排氣壓力信號及油氣桶壓力信號分別輸入溫度表A15、溫度表A16、壓力表A17、壓力表A18，顯示各溫度值和壓力值。
上述的現(xiàn)有技術空壓機的運行完全由操作人員手動控制，操作人員按“啟動”按鈕后，在繼電器邏輯控制電路的控制下，首先使空壓機的主電機在星形方式下運行，通過時間繼電器延時一段時間(大約數(shù)秒鐘，根據(jù)電機功率而定)后，空壓機的主電機切換到三角形方式下運行。當主電機或風機電機發(fā)生過載，主電機過載保護電路或風機電機過載保護電路發(fā)出信號輸入給繼電器邏輯控制電路，繼電器邏輯控制電路與接觸器組斷路，主電機或風機電機停止轉動。
這種現(xiàn)有技術空壓機的控制電路存在的缺點是
1.現(xiàn)有技術空壓機在運行過程中，操作人員需不斷地觀察溫度表、壓力表等顯示的數(shù)據(jù)進行空壓機運行狀態(tài)的調整，操作人員勞動強度大；2.現(xiàn)有技術空壓機由于無自動調節(jié)控制電路，因此，壓力、溫度等模擬量參數(shù)無法準確調節(jié)；3.現(xiàn)有技術空壓機的運行效率和安全性低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種智能空壓機控制系統(tǒng)，它能實現(xiàn)自動調節(jié)、監(jiān)控空壓機的排氣溫度和壓力，不僅自動化程度高，減輕了操作人員的勞動強度，提高空壓機的生產(chǎn)效率，并且功能強大，抗干擾性能強，提高了空壓機的運行安全性能，使之在工況環(huán)境復雜的工礦企業(yè)中都能應用。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的智能空壓機控制系統(tǒng)，設置在智能空壓機上，其特點是，該控制系統(tǒng)包括主控制器、執(zhí)行單元電路；所述的主控制器由單片機CPU1、連接單片機CPU1的模擬量測量電路、數(shù)模轉換電路、鍵盤電路、液晶顯示電路、流程監(jiān)控顯示電路、RS422通信電路、RS485通信電路、電源電路及連接RS485通信電路的RS485總線組成；模擬量測量電路分別與智能空壓機的溫度傳感器和壓力傳感器連接，數(shù)模轉換電路分別與空壓機的各電磁閥連接；所述的RS485總線上并接多臺智能空壓機，智能空壓機的主控制器的RS485通信電路的兩通信端分別與RS485總線連接，主控制器的單片機CPU1通過RS485總線與并接在RS485總線上的多個智能空壓機雙向傳輸數(shù)據(jù)和命令；所述的執(zhí)行單元電路由單片機CPU2、連接單片機CPU2的RS422通信電路、相序判別電路、開關量輸入電路、開關量輸出電路、連接開關量輸出電路的繼電器組件組成；所述的開關量輸入電路分別與智能空壓機的風機過載電路和主電機過載電路連接；所述的繼電器組件與智能空壓機的接觸器組連接；所述的主控制器中的RS422通信電路通過RS422總線與執(zhí)行單元電路中的RS422通信電路連接，主控制器通過RS422總線與執(zhí)行單元電路雙向傳輸數(shù)據(jù)和命令。
上述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其中，所述的模擬量測量電路由四路電路結構相同的模擬量測量單元電路和多路選擇器組成；其中第一路模擬量測量單元電路的輸入端與智能控壓機的排氣溫度傳感器的輸出端連接，輸入排氣溫度信號；第二路模擬量測量單元電路的輸入端與智能控壓機的油氣桶溫度傳感器的輸出端連接，輸入油氣桶溫度信號；第三路模擬量測量單元電路的輸入端與智能控壓機的排氣壓力傳感器的輸出端連接，輸入排氣壓力信號；第四路模擬量測量單元電路的輸入端與智能控壓機的油氣桶壓力傳感器的輸出端連接，輸入油氣桶壓力信號；四路模擬量測量單元電路的輸出端分別與多路選擇器的輸入端P1、P2、P3、P4連接；所述的多路選擇器的輸出ADC0端與單片機CPU1的模擬量輸入ADC0端連接。
上述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其中，所述的模擬量測量單元電路由低通濾波電路、惠斯通電橋測量電路及運算放大電路組成；低通濾波電路的兩個輸出端分別與惠斯通電橋測量電路的輸入端連接，惠斯通電橋測量電路的兩個輸出端分別與運算放大電路的正向端和負向端連接，運算放大電路的輸出端與多路選擇器的輸入端連接。
上述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其中，所述的數(shù)模轉換電路由四路電路結構相同的數(shù)模轉換單元電路和多路選擇器組成；四路數(shù)模轉換單元電路的輸入端分別與單片機CPU1的各PWM1、PWM2、PWM3、PWM4波形輸出端連接，輸入PWM1、PWM2、PWM3、PWM4波形；各數(shù)模轉換單元電路的一個輸出端分別與多路選擇器的各對應的輸入端連接，各數(shù)模轉換單元電路的另一個輸出端模擬量AOUT1、模擬量AOUT2、模擬量AOUT3、模擬量AOUT4分別與智能空壓機的各相對應的電磁閥連接。
上述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其中，所述的數(shù)模轉換單元電路由平均值電路和運算放大電路組成；平均值電路的輸入端分別與CPU1的各PWM波形輸出端連接，將單片機CPU1輸出的PWM波形轉換成模擬電壓值，平均值電路的輸出端與運算放大電路的輸入端連接，運算放大電路的輸出端與智能空壓機的電磁閥的控制端連接。
上述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其中，所述的RS422通信電路由RS422接口芯片U14和兩個光電耦合器U11、U12組成；光電耦合器U11的輸出端P6與單片機CPU1的RXD1端P27連接，光電耦合器U11的輸入端P3與RS422接口芯片U14輸出端P2連接；光電耦合器U12的輸入端P3與單片機CPU1的TXD1端P28連接，光電耦合器U12的輸出端P6與RS422接口芯片U14輸入端P5連接；RS422接口芯片U14輸入端P11、P12分別與RS422總線B2、A2連接；RS422接口芯片U14輸出端P9、P10分別與RS422總線Y2、Z2連接。
上述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其中，所述的RS485通信電路由RS485接口芯片U13和三個光電耦合器U8、U9、U10組成；光電耦合器U8的輸入端P2與單片機CPU1的CT485使能端P4連接，光電耦合器U8的P3與RS485接口芯片U13的P2和P3連接；光電耦合器U9的輸出端P6與單片機CPU1的數(shù)據(jù)RXD0端P2連接，光電耦合器U9的輸入端P3與RS485接口芯片U13輸入端P1連接；光電耦合器U10的輸入端P3與單片機CPU1的TXD0端P3連接，光電耦合器U10的輸出端P6與RS485接口芯片U13輸入端P4連接；RS485接口芯片U13的通信端P6、P7分別與RS485總線A1、B1連接。
上述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其中，所述的相序判別電路由光電耦合器U82、U83、U84、二極管D1、D2、D3、電阻R21、R22、R24構成；光電耦合器U82的L3端、U83的L2端、U84的L1端分別與單片機CPU2的P42、P43、P11連接，光電耦合器U82的兩輸入端之間、U83的兩輸入端之間、U84的兩輸入端之間分別并接一二極管D3、D2、D1，電阻R24的一端與二極管D3的負端和光電耦合器U82的輸入端并接，電阻R22的一端與二極管D2的負端和光電耦合器U83的輸入端并接，電阻R21的一端與二極管D1的負端和光電耦合器U84的輸入端并接。
上述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其中，所述的開關量輸入電路由并轉串集成電路和多組相同的驅動電路組成，該驅動電路由反向器U2A、電阻R1、R5、電容C1組成；電阻R1和R5的一端并接，電阻R5的另一端與電容C1和反向器U2A的輸入端連接，反向器U2A的輸出端與并轉串集成電路的輸入端連接，并轉串集成電路的輸出端與單片機CPU2的MISO端P2連接，各驅動電路的電阻R1和R5的并接端分別與智能空壓機的風機過載電路和主電機過載電路連接。
上述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其中，所述的開關量輸出電路由串轉并集成電路和繼電器組件組成；串轉并集成電路的串行輸出MOSI端、數(shù)據(jù)裝入LD端、串行時鐘SCK端與單片機CPU2的相對應的端口連接；串轉并集成電路的各輸出信號端分別與繼電器組件的各繼電器的輸入信號端對應連接，各繼電器的輸出端分別與智能空壓機的接觸器組的輸入端連接，通過接觸器組與主電機、風機、發(fā)光二極管等外設電路連接。
本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)由于采用了上述的技術方案，使之與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果1.本發(fā)明由于采用雙單片機CPU1和CPU2控制，可根據(jù)系統(tǒng)的需要預設、修改各項參數(shù)；能自動對空壓機的溫度、壓力、運行時間、過載、空氣和油過濾器堵塞等運行參數(shù)進行動態(tài)的檢測、顯示、報警和控制；且集成度高，功能強大，抗干擾性能強。
2.本發(fā)明由于設有通信電路，主控制器與執(zhí)行單元電路通過RS422通信電路進行通訊，反應靈敏，安全可靠；多臺智能空壓機可并聯(lián)在RS485總線上，通過RS485通信電路實現(xiàn)聯(lián)控。
3.本發(fā)明由于設有多路模擬量測量電路，調節(jié)和控制準確、快速；模擬量經(jīng)放大后輸入，分辨率高，滿刻度誤差小，線形度好，絕對精度和相對精度高。
4.本發(fā)明由于設有液晶顯示器，顯示信息量大，可將溫度、壓力、運行時間和工作狀態(tài)等同時顯示在液晶屏上，更直觀，能讓人一目了然，便于監(jiān)控和操作。
5.本發(fā)明由于開關量輸入較多，設有的開關量輸入電路，能使用并行口數(shù)據(jù)轉換為串行口數(shù)據(jù)送入單片機CPU2，節(jié)省了單片機CPU2的I/O端口。
6.本發(fā)明由于設有開關量輸出電路將串口數(shù)據(jù)轉換為并口數(shù)據(jù)，經(jīng)驅動后輸出，可拖動繼電器、發(fā)光二極管等外設；數(shù)字信號位數(shù)有8位、16位、32位，可自行選擇。
7.本發(fā)明由于通信電路中設有光電耦合器，起到干擾信號被隔離的作用，智能空壓機在聯(lián)控的通信過程中能有效提高系統(tǒng)的抗干擾性能，在惡劣的工況條件下仍能可靠傳輸信息。


圖1是現(xiàn)有技術空壓機的繼電器控制電路框圖。
圖2是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)的結構示意圖。
圖3是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)的電路框圖。
圖4是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)的主控制器的單片機CPU1和液晶顯示電路原理圖。
圖5是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)主控制器的模擬量測量電路框圖。
圖6是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)主控制器的模擬量測量電路原理圖。
圖7是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)主控制器的數(shù)模轉換電路框圖。
圖8是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)主控制器的數(shù)模轉換電路原理圖。
圖9是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)主控制器的通信電路原理圖。
圖10是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)主控制器的鍵盤電路原理圖。
圖11是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)主控制器的流程監(jiān)控顯示電路原理圖。
圖12是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)主控制器的面板布置圖。
圖13是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)執(zhí)行單元的單片機CPU2和相序判別電路的電路原理圖。
圖14是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)執(zhí)行單元的開關量輸入電路原理圖。
圖15是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)執(zhí)行單元的開關量輸出電路原理圖。
具體實施例方式
請參見圖2、圖3所示，智能空壓機控制系統(tǒng)，設置在智能空壓機100上，該控制系統(tǒng)包括主控制器10、執(zhí)行單元電路20。
主控制器10由單片機CPU1、連接單片機CPU1的模擬量測量電路11、數(shù)模轉換電路12、鍵盤電路13、液晶顯示電路14、流程監(jiān)控顯示電路15、RS422通信電路16、RS485通信電路17、電源電路18組成；模擬量測量電路11分別與智能空壓機100的各溫度傳感器和壓力傳感器連接，數(shù)模轉換電路12分別與智能空壓機100的各電磁閥連接。主控制器10中的單片機CPU1選用美國ATMEL公司的ATmega128單片機，該單片機CPU1具有集成度高，功能強大，抗干擾性能強，執(zhí)行速度快，功耗低，良好的性價比等特點，工況條件惡劣的工礦企業(yè)都能應用。
RS485總線上能并接多臺智能空壓機100，智能空壓機100的主控制器10的RS485通信電路17的兩輸出端分別與RS485總線連接，主控制器10的單片機CPU1通過RS485總線與并接在RS485總線上的多臺智能空壓機雙向傳輸數(shù)據(jù)和命令。
執(zhí)行單元電路由單片機CPU2、連接單片機CPU2的RS422通信電路24、相序判別電路21、開關量輸入電路23、開關量輸出電路22、連接開關量輸出電路22的繼電器組件25組成；開關量輸入電路23分別與智能空壓機100的風機過載電路和主電機過載電路連接；繼電器組件25與智能空壓機100的接觸器組連接。
主控制器10中的RS422通信電路16通過RS422總線與執(zhí)行單元電路20中的RS422通信電路24連接，主控制器10通過RS422總線與執(zhí)行單元電路20雙向傳輸數(shù)據(jù)和命令。
智能空壓機控制系統(tǒng)中主控制器10的電源電路18提供給各功能電路+5V、+24V工作電源。
請參見圖4所示，在該圖中，由單片機CPU1(型號為ATmega128)、液晶顯示電路14(采用液晶顯示器，型號為LG128645)、晶振電路V1及驅動器U17(采用的芯片型號為ULN2003)組成；在單片機CPU1的P23與P24之間連接一晶振電路，該晶振電路由晶振V1的兩端分別連接電容C76、C77構成。單片機CPU1的P19、P29、P30與驅動器U17的P2、P6、P7連接，驅動器U17的P11、P10分別與啟動、停止指示燈連接。單片機CPU1的P43、P34、P33、P31、P30、P49、P48、P47、P46、P45、P44、P18分別與液晶顯示器的P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P14、P15連接。由單片機CPU1控制液晶顯示器顯示排氣溫度、環(huán)境溫度、排氣壓力、當前日期、當前時間、空氣濾清器時間、油細分離器時間、油過濾器時間、啟動時間、報警溫度、保護溫度、卸載壓力、加載壓力值、空久時間等參數(shù)。
請參見圖5所示，模擬量測量電路11由四路電路結構相同的模擬量測量單元電路111和多路選擇器112組成；其中第一路模擬量測量單元電路111的輸入端與智能控壓機100的排氣溫度傳感器的輸出端連接，輸入排氣溫度信號；第二路模擬量測量單元電路111的輸入端與智能控壓機100的油氣桶溫度傳感器的輸出端連接，輸入油氣桶溫度信號；第三路模擬量測量單元電路111的輸入端與智能控壓機100的排氣壓力傳感器的輸出端連接，輸入排氣壓力信號；第四路模擬量測量單元電路111的輸入端與智能控壓機100的油氣桶壓力傳感器的輸出端連接，輸入油氣桶壓力信號；四路模擬量測量單元電路111的輸出端分別與多路選擇器112的輸入端P1、P2、P3、P4連接；所述的多路選擇器112的輸出端5與單片機CPU1的模擬量ADC0輸入端連接。
當各模擬信號輸入后，單片機CPU1的A/D模數(shù)轉換通道的數(shù)據(jù)由模擬量測量電路11提供，模擬量測量電路11將各信號送入單片機CPU1進行處理。其中第一路和第二路模擬量測量單元電路111的輸入端外接的智能控壓機100的排氣溫度傳感器和油氣桶溫度傳感器采用的是PT100熱電阻，用于監(jiān)測空壓機的油氣桶溫度和風機溫度；第三路和第四路模擬量測量單元電路111外接的智能控壓機100的排氣壓力傳感器和油氣桶壓力傳感器，用于監(jiān)測空壓機的有關部位的壓力，如氣筒壓力，出口壓力等。溫度、壓力值在液晶屏上顯示，根據(jù)檢測到的溫度、壓力值，控制空壓機的工作狀態(tài)，如風機溫度達到啟動溫度，(參數(shù)設定)，則開啟風機；如風機溫度達到保護溫度(參數(shù)設定)，則報警并停止空壓機工作。
請參見圖6所示，模擬量測量單元電路111由低通濾波電路111a、惠斯通電橋測量電路111b及運算放大電路111c組成；低通濾波電路111a的兩個輸出端P6、P4與惠斯通電橋測量電路111b的輸入端連接，惠斯通電橋測量電路111b的兩個輸出端分別與運算放大電路111c的正向端P3和負向端P2連接，運算放大電路111c的輸出端P1與單片機CPU1的模擬量ADC0輸入端連接。
模擬量測量單元電路111由電感L6、運算放大器U1A、電阻R1、R3、R4、R6、R7、R8、R9、R11、電容C1、C3、C4、C5組成；其中低通濾波電路111a由共模扼流電感L6、電容C3組成，電感L6的輸入端P1、P3輸入智能控壓機100的RTD1-、RTD1+模擬信號，電感L6的輸出端P6、P4并接電容C3。
惠斯通電橋測量電路111b由電阻R3、R4、R6、R8、R9、R11、C5組成；電阻R8一端與電感L6的P6和電容C3的一端并接，電阻R8另一端與電阻R3和R6的一端并接；電阻R3和R4的一端與電源AVCC并接，電阻R4另一端與電容C3的一端和電阻R9的一端并接，電阻R11和電容C5的一端與電阻R9的另一端和運算放大器U1A的P3并接。
運算放大電路111c由運算放大器U1A(采用的芯片型號為TLC27L2ID)、電阻R1、R7、電容C1、C4組成；運算放大器U1A的P2與電阻R6的另一端與連接，在運算放大器U1A的P2與P1之間并接電阻R1和電容C1，運算放大器U1A的P1與電阻R7一端連接，電阻R7的另一端與電容C4一端和多路選擇器112(型號是4051)的數(shù)據(jù)輸入端連接，電容C4另一端與多地連接。
智能空壓機100的排氣溫度信號、油氣桶溫度信號、排氣壓力信號、油氣桶壓力信號輸入上述各模擬量測量單元電路111，通過多路選擇器112，由單片機CPU1定時控制將多路模擬量采集進來。
請參見圖7所示，數(shù)模轉換電路12由四路電路結構相同的數(shù)模轉換單元電路121和多路選擇器122組成；四路數(shù)模轉換單元電路121的輸入端分別與單片機CPU1的各PWM1、PWM2、PWM3、PWM4輸出端P15、16、17、14連接，輸入PWM1、PWM2、PWM3、PWM4波形；各數(shù)模轉換單元電路121的輸出端分別與多路選擇器22的各對應的輸入端P1、P2、P3、P4連接，數(shù)模轉換單元電路121的另一個輸出端AOUT1、AOUT2、AOUT3、AOUT4分別與智能空壓機100的各電磁閥的控制端連接；多路選擇器的輸出端5與單片機CPU1的模擬量ADC0輸入端P61連接。
請參見圖8所示，數(shù)模轉換單元電路121由平均值電路121a和運算放大電路121b組成；平均值電路121a的輸入端與CPU1的PWM波形輸出端連接，將單片機CPU1輸出的PWM波形轉換成模擬電壓值，平均值電路121a的輸出端與運算放大電路121b的輸入端連接，運算放大電路121b的輸出端與智能空壓機的電磁閥的控制端連接。
平均值電路121a由運算放大器U3D(采用的芯片型號為TLC27L4ID)、電阻R43、R44、電容C25、C26和組成；電阻R43的一端與單片機CPU1的PWM1輸出端P15連接，電阻R43和R44串接在運算放大器U3D的正端P12，電容C25的一端分別與電阻R43和R44的并接端連接，電容C25的另與一端與運算放大器U3D的負端P13連接，電容C26的兩端分別與電阻R44和運算放大器U3D的P12的并接端、地連接。
運算放大電路121b由運算放大器U5B(型號為LM324AM)、電阻R41、R42、電容C23、C24、電感L10組成；電阻R42串接在運算放大器U3D的輸出端P14與運算放大器U5B的正端P5之間，電阻R41和電容C23并接在運算放大器U5B的負端P6與地之間，運算放大器U5B的P6與多路選擇器輸入端連接，電感L10一端與運算放大器U5B的輸出端P7連接，電感L10另一端與智能空壓機100的各相對應的電磁閥連接；電容C24串接在電感L10另一端與地之間。
平均值電路121a將單片機CPU1輸出的PWM波形轉換成模擬電壓值，經(jīng)過運算放大器U5B，一方面輸出模擬量控制智能空壓機100的電磁閥，另一方面把模擬量反饋給CPU1的A/D接口模擬量ADC0輸入端P61，監(jiān)測模擬量輸出電壓。
請參見圖9所示，在主控制器10中包含RS422通信電路16、RS485通信電路17，其中RS422通信電路16用于主控制器10與執(zhí)行單元20通訊；RS485通信電路用于多臺智能空壓機聯(lián)控，進行通訊。
RS422通信電路16由RS422接口芯片U14和兩個光電耦合器U11、U12組成；光電耦合器U11的輸出端P6與單片機CPU1的RXD1端P27連接，光電耦合器U11的輸出端P3與RS422接口芯片U14輸入端P2連接；光電耦合器U12的輸入端P3與單片機CPU1的TXD1端P28連接，光電耦合器U12的輸出端P6與RS422接口芯片U14輸入端P5連接；RS422接口芯片U14的P11、P12分別與RS422總線B2、A2連接RS422接口芯片U14輸出端P9、P10分別與RS422總線Y2、Z2連接。
RS422通信電路16由專用的RS422接口芯片U14(型號為MAX489ESD)和兩個光電耦合器U11、U12(采用的芯片型號為6N137)、電阻R61、R62、R67、R68、R80組成全雙工通訊方式電路；光電耦合器U11的輸入端P6與單片機CPU1的RXD1串行輸入端P27連接，光電耦合器U11的P6與P8之間連接電阻R67，光電耦合器U11的P2與+5V之間連接電阻R61，光電耦合器U11的輸出端P3與RS422接口芯片U14輸入端P2連接，RS422接口芯片U14的P11、P12之間并接電阻R80，并分別與RS422總線B2、A2連接；光電耦合器U12的輸入端P3與單片機CPU1的TXD1串行輸出端P28連接，光電耦合器U12的P2與VCC之間連接電阻R68，光電耦合器U12的P6與+5V之間連接電阻R62，光電耦合器U12的輸出端P6與RS422接口芯片U14輸入端P5連接，接口芯片U14輸出端P9、P10分別與RS422總線Z2、Y2連接。
RS422通信電路16的通信接口與單片機CPU1的RXD1端、TXD1端連接，RS422接口芯片U14是專用的接口芯片，信號通過RS422通信電路16完成電平轉換，通過RS422總線使單片機CPU1與執(zhí)行單元通訊，兩個光電耦合器起到干擾信號隔離作用，提高系統(tǒng)的抗干擾性能。
RS485通信電路17由RS485接口芯片U13和三個光電耦合器U8、U9、U10組成；光電耦合器U8的輸入端P2與單片機CPU1的CT485使能端P4連接，光電耦合器U8的P3與RS485接口芯片U13的P2和P3連接；光電耦合器U9的輸出端P6與單片機CPU1的數(shù)據(jù)RXD0端P2連接，光電耦合器U9的輸入端P3與RS485接口芯片U13輸出端P1連接；光電耦合器U1 0的輸入端P3與單片機CPU1的TXD0端P3連接，光電耦合器U10的輸出端P6與RS485接口芯片U13輸入端P4連接；RS485接口芯片U13的通信端P6、P7分別與RS485總線A1、B1連接。
RS485通信電路17由專用的接口芯片U13(采用的芯片型號為MAX483ESA)和三個光電耦合器U8(采用的芯片型號為817)、U9、U10(采用的芯片型號為6N137)、電阻R57、R58、R59、R60、R63、R64、R65、R66組成半雙工通訊電路。
光電耦合器U8的輸入端P2與單片機CPU1的CT485使能端P4連接，光電耦合器U8的P1與VCC之間串接電阻R57，光電耦合器U8的P3與+5V之間串接電阻R58，光電耦合器U8的P3與RS485接口芯片U13的P2和P3連接。
光電耦合器U9的輸入端P6與單片機CPU1的數(shù)據(jù)RXD0端P2連接，光電耦合器U9的P6與P8之間連接電阻R63，光電耦合器U9的P2與+5V之間連接電阻R59，光電耦合器U9的P3與RS485接口芯片U13的P1連接，RS485接口芯片U13的P6、P7分別與RS485總線A1、B1連接。
光電耦合器U10的輸入端P3與單片機CPU1的TXD0端P3連接，光電耦合器U10的P2與VCC之間連接電阻R65，光電耦合器U10的P6與P8之間連接電阻R60，光電耦合器U10的輸出端P6與RS485接口芯片U13輸入端P4連接；電阻R64兩端分別與RS485接口芯片U13的P6和P8連接，電阻R66兩端分別與RS485接口芯片U13的P5和P7連接。
RS485通信電路17用于多臺光智能空壓機聯(lián)控或通訊，RS485通信電路17的通信端與單片機CPU1的RXD0端、TXD0端連接，信號通過RS485接口芯片U13完成電平轉換，信號的發(fā)送由一個光電耦合器U8控制使能，保證在線路中某一時刻只能有一個站可以發(fā)送數(shù)據(jù)，其余站只能接收數(shù)據(jù)。另兩個光電耦合器U9、U10起到干擾信號隔離作用，提高系統(tǒng)的抗干擾性能。
請參見圖10所示，鍵盤電路13由功能鍵F1、F2、F3、F4、“啟動鍵”和“停止”鍵、并轉串集成電路U1(型號為4021)、電阻R1、R2、R3、R4、R9、R10、R11、R12、高壓電容V4、由發(fā)光二極管D1、D2構成的啟動、停止指示燈組成；功能鍵F1、F2、F3、F4、“啟動鍵”和“停止”鍵的一常開觸點分別與并轉串集成電路U1的P4、P5、P6、P7、P13、P14對應連接，并轉串集成電路U1的P3與單片機CPU1的MISO端P13連接；電阻R1、R2、R3、R4、R11、R12分別串接在功能鍵F1、F2、F3、F4、“啟動鍵”和“停止”鍵的另一常開觸點與VCC之間。電阻R9、R10分別與發(fā)光二極管D1、D2的正端串聯(lián)連接，用作啟動、停止指示燈的發(fā)光二極管D1、D2的負端分別與驅動電路U17的P11、P10連接，電阻R9、R10的另一端并接在VCC與高壓電容V4一端之間，高壓電容V4的另一端接地。
請配合參見圖12所示，是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)主控制器的面板布置圖，在主控制器10的操作面板19的右側是液晶顯示器14、鍵盤及緊急停止/復位按鈕。鍵盤電路13設有的六個按鍵，其中4個功能鍵F1、F2、F3、F4，切換不同的功能鍵，對應不同的顯示頁面，具有不同的意義?！皢印焙汀巴Ｖ埂辨I控制智能空壓機啟動和停機?！熬o急停止/復位”可在緊急狀態(tài)時，停止空壓機的工作。按鍵信號通過并轉串集成電路U1將并行信號轉換成串行信號，送入單片機CPU1的MISO端P13。
請參見圖11所示，流程監(jiān)控顯示電路15由串轉并集成電路U2、U3((采用的芯片型號為4094)、發(fā)光二極管D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D1 1、D12、D13、DD14、電阻R5、R6、R7、R8、R13、R14、R15、R16、R17、R1 8、R19、R20、高壓電容V1、V2組成；串轉并集成電路U2、U3的P1相連接后，通過數(shù)據(jù)裝入LD線與單片機CPU1的P31連接，串轉并集成電路U2、U3的P2相連接后，通過MOSI(SPI總線輸出)線與單片機CPU1的P13連接，串轉并集成電路U2、U3的P3相連接后，通過時鐘SCK線與單片機CPU1的P11連接，串轉并集成電路U2、U3的P15相連接后，通過輸出能使LOE線與單片機CPU1的P32連接；串轉并集成電路U2的P4、P5、P6、P7、P14、P13、P12、P11、串轉并集成電路U3的P4、P5、P6分別與發(fā)光二極管D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14的負端對應連接，電阻R5、R6、R7、R8、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20分別串接在發(fā)光二極管D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14的負端與電源VCC之間，電容V1的兩端分別與發(fā)光二極管D14的負端、地連接，電容V2的兩端分別與電源VCC、地連接。
請配合參見圖12所示，是本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)主控制器的面板布置圖，在主控制器10的操作面板19的左側是流程監(jiān)控顯示電路15的由十一個發(fā)光二極管D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14構成的指示燈，其中四個是流程圖指示燈，分別是“主電機過載停機指示燈”、“油細分離器報警指示燈”、“油過濾器報警指示燈”、“排氣高溫停機指示燈”和“空氣濾清器報警指示燈”，如哪一部位發(fā)生故障，則相應指示燈亮。另外7個是主要狀態(tài)指示燈，分別是“電源指示燈”(控制器正常供電時常亮)、“遠控指示燈”(空壓機進行遠程聯(lián)控時常亮)、“空車過久停機指示燈”(空壓機空久待機時常亮)、“相序異常指示燈”(空壓機相序異常，導致馬達反轉時常亮)、“風機過載指示燈”，(空壓機風扇電機過載報警時常亮)、“傳感器報警指示燈”(溫度和壓力傳感器短路，斷路或損壞需要檢修時常亮)和“備用指示燈”(其他定義故障時備用指示燈常亮)。
單片機CPU1通過MOSI(SPI總線輸出)線與流程監(jiān)控顯示電路15相連，由串轉并集成電路U2、U3將串行信號轉換成并行信號，根據(jù)空壓機工作狀態(tài)控制十一個發(fā)光二極管的狀態(tài)。
在主控制器10中電源電路18輸出二路穩(wěn)壓直流電源，由78系列三端穩(wěn)壓器構成。一路5V，供給系統(tǒng)的總電源；另一路24V模擬量輸出電路的電源。
請繼續(xù)參見圖3、配合參見圖13所示，執(zhí)行單元20由單片機CPU2(型號為ATmega16L-8AC)、相序判別電路21、開關量輸出電路22、開關量輸入電路23、RS422通信電路24和繼電器組件25組成。RS422通信電路24與主控制器10的RS422通信電路16完全一樣。
在圖13中，由單片機CPU2(型號為ATmega16 L-8AC)與相序判別電路21組成；在單片機CPU2的P7與P8之間連接一晶振電路，該晶振電路由晶振的兩端分別連接電容C32、C33構成。在單片機CPU2的P21、P22、P23、P24與VCC之間分別連接電阻R34、R33、R32、R31，在單片機CPU2的P42、P43、P11與地之間分別連接電阻R78、R79、R80。
相序判別電路21由光電耦合器U82、U83、U84、二極管D1、D2、D3、電阻R21、R22、R24構成；光電耦合器U82的L3端、U83的L2端、U84的L1端分別與單片機CPU2的P42、P43、P11連接，光電耦合器U82的兩輸入端之間、U83的兩輸入端之間、U84的兩輸入端之間分別并接一二極管D3、D2、D1，電阻R24的一端與二極管D3的負端和光電耦合器U82的一輸入端并接，電阻R24的另一端、二極管D3的正端分別與三相電源的AC275V3端、AC275V1端連接；電阻R22的一端與二極管D2的負端和光電耦合器U83的一輸入端并接，電阻R22的另一端、二極管D2的正端分別與三相電源的AC275V2端、AC275V3端連接；電阻R21的一端與二極管D1的負端和光電耦合器U84的輸入端并接，電阻R21的另一端、二極管D1的正端分別與三相電源的AC275V1端、AC275V2端連接。
光電耦合器U82、U83、U84、分別采集電源A、B、C三相電源的上升沿，傳送給單片機CPU2，由軟件判別電源A、B、C的相序，如果相序不對則報警，“相序異常指示燈”亮，從而確保主電機不反轉，三個光電耦合器起干擾信號隔離作用。
請參見圖14所示，開關量輸入電路23由并轉串集成電路23a(型號為4021)和多組相同的驅動電路組成，該驅動電路由反向器U2A、電阻R1、R5、電容C1組成；電阻R1和R5的一端并接，電阻R5的另一端與電容C1和反向器U2A的輸入端1連接，反向器U2A的輸出端2與并轉串集成電路23a的輸入端連接，并轉串集成電路23a的輸出端與單片機CPU2的MISO端P2連接，各驅動電路的電阻R1和R5的并接端分別與智能空壓機的風機過載電路和主電機過載電路連接。
由于開關量輸入較多，為節(jié)省單片機CPU2的I/O口，本發(fā)明采用并行口數(shù)據(jù)轉換串行口數(shù)據(jù)送入。開關量輸入電路由并轉串集成電路將并行信號轉換成串行信號，送入單片機CPU2的MISO端口。
請參見圖15所示，開關量輸出電路22由串轉并集成電路22(型號為4049)和繼電器組件25組成；串轉并集成電路22的MOSI端、數(shù)據(jù)裝入LD端、時鐘SCK端與單片機CPU2的相對應的端口P12、P31、P11連接；串轉并集成電路22的各輸出信號端分別與繼電器組件25的各繼電器的輸入信號端對應連接，各繼電器的輸出端通過JS1接口分別與智能空壓機的接觸器組連接，再由接觸器組與主電機、風機、發(fā)光二極管等外設電路連接。
單片機CPU2的MOSI端口發(fā)出信號，通過串轉并集成電路22將串行信號轉換成并行信號，經(jīng)過電平轉換驅動各繼電器，由繼電器輸出各控制信號去控制主電機、風機的運行，控制發(fā)光二極管等外設。數(shù)字信號位數(shù)，有8位、16位、32位可自行選擇。
本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)的工作原理是，操作人員可以通過監(jiān)控器面板上的按鍵來控制壓縮機，設定控制參數(shù)，顯示需要的參數(shù)。控制系統(tǒng)通過液晶顯示器(LCD)顯示智能空壓機的各溫度、壓力、運行時間及工作狀態(tài)。
智能空壓機控制系統(tǒng)通電后，液晶顯示缺省頁面，即第一行運行時間XXXXHr.；第二行排氣溫度XXX℃，第三行，排氣壓力X.XXMpa。此時控制系統(tǒng)進入初始檢測程序，如電源相序是否正常，傳感器連接是否正確可靠等等。并將檢測內容顯示在缺省頁面的第四行，表示即時狀態(tài)。在未復位之前，智能空壓機控制系統(tǒng)不響應“啟動”指令。清除故障使用“緊停/復位”按鈕。同時有兩個或兩個以上故障，狀態(tài)顯示優(yōu)先級高的，清除后，顯示優(yōu)先級其次的，直至所有故障全部清完，才可以啟動空壓機。
智能空壓機控制系統(tǒng)開機后，用戶可查詢參數(shù)是否符合要求，具體查詢內容方法為按下“系統(tǒng)”所對應按鍵進入下級子頁面，按“維護”鍵進入維護子頁面，維護下級子頁面包含空氣濾清器更換時間；油細分離器更換時間；油過濾器更換時間。
在缺省頁面時按下“顯示”鍵，進入顯示頁面，用戶可以隨時監(jiān)控所需空壓機即時狀態(tài)中的數(shù)據(jù)變化，如排氣溫度，環(huán)境溫度，排氣壓力，以及相當前準確年份、日期、時間等等。
本發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)具有先進的智能控制功能，可設置一系列參數(shù)，可以選擇進入?yún)?shù)設置。進行參數(shù)設置前，液晶屏幕提示輸入密碼，密碼為4位有效數(shù)字。初始密碼8888，輸入正確密碼后可進行參數(shù)修改。如果密碼輸入不正確，跳回上級頁面，如果密碼輸入正確則進入?yún)?shù)設置頁面。可進行排氣溫度、環(huán)境溫度、排氣壓力、當前日期、當前時間、空氣濾清器時間、油細分離器時間、油過濾器時間、啟動時間、報警溫度、保護溫度、卸載壓力、加載壓力值、空久時間、波特率、機組編號、極限壓力、聯(lián)控方式等的設置。
綜上所述，發(fā)明智能空壓機控制系統(tǒng)電路設計新穎，采用了雙單片機CPU1和CPU1控制，可根據(jù)系統(tǒng)的需要預設、修改各項參數(shù)；能自動對空壓機的溫度、壓力、運行時間、過載、空氣和油過濾器堵塞等運行參數(shù)進行動態(tài)的檢測、顯示、報警和控制，且集成度高，功能強大，抗干擾性能強；由于設有RS422通信電路，主控制器與執(zhí)行單元電路通過RS422接口進行通訊，反應靈敏，安全可靠；由于設有RS485通信電路，多臺空壓機可并聯(lián)在485總線上實現(xiàn)自行聯(lián)控。
權利要求
1.一種智能空壓機控制系統(tǒng)，設置在智能空壓機上，其特征在于該控制系統(tǒng)包括主控制器、執(zhí)行單元電路；所述的主控制器由單片機CPU1、連接單片機CPU1的模擬量測量電路、數(shù)模轉換電路、鍵盤電路、液晶顯示電路、流程監(jiān)控顯示電路、RS422通信電路、RS485通信電路、電源電路及連接RS485通信電路的RS485總線組成；模擬量測量電路分別與智能空壓機的溫度傳感器和壓力傳感器連接，數(shù)模轉換電路分別與空壓機的各電磁閥連接；所述的RS485總線上并接多臺智能空壓機，智能空壓機的主控制器的RS485通信電路的兩通信端分別與RS485總線連接，主控制器的單片機CPU1通過RS485總線與并接在RS485總線上的多個智能空壓機雙向傳輸數(shù)據(jù)和命令；所述的執(zhí)行單元電路由單片機CPU2、連接單片機CPU2的RS422通信電路、相序判別電路、開關量輸入電路、開關量輸出電路、連接開關量輸出電路的繼電器組件組成；所述的開關量輸入電路分別與智能空壓機的風機過載電路和主電機過載電路連接；所述的繼電器組件與智能空壓機的接觸器組連接；所述的主控制器中的RS422通信電路通過RS422總線與執(zhí)行單元電路中的RS422通信電路連接，主控制器通過RS422總線與執(zhí)行單元電路雙向傳輸數(shù)據(jù)和命令。
2.根據(jù)權利要求1所述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的模擬量測量電路由四路電路結構相同的模擬量測量單元電路和多路選擇器組成；其中第一路模擬量測量單元電路的輸入端與智能控壓機的排氣溫度傳感器的輸出端連接，輸入排氣溫度信號；第二路模擬量測量單元電路的輸入端與智能控壓機的油氣桶溫度傳感器的輸出端連接，輸入油氣桶溫度信號；第三路模擬量測量單元電路的輸入端與智能控壓機的排氣壓力傳感器的輸出端連接，輸入排氣壓力信號；第四路模擬量測量單元電路的輸入端與智能控壓機的油氣桶壓力傳感器的輸出端連接，輸入油氣桶壓力信號；四路模擬量測量單元電路的輸出端分別與多路選擇器的輸入端P1、P2、P3、P4連接；所述的多路選擇器的輸出ADC0端與單片機CPU1的模擬量輸入ADC0端連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的模擬量測量單元電路由低通濾波電路、惠斯通電橋測量電路及運算放大電路組成；低通濾波電路的兩個輸出端分別與惠斯通電橋測量電路的輸入端連接，惠斯通電橋測量電路的兩個輸出端分別與運算放大電路的正向端和負向端連接，運算放大電路的輸出端與多路選擇器的輸入端連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)模轉換電路由四路電路結構相同的數(shù)模轉換單元電路和多路選擇器組成；四路數(shù)模轉換單元電路的輸入端分別與單片機CPU1的各PWM1、PWM2、PWM3、PWM4波形輸出端連接，輸入PWM1、PWM2、PWM3、PWM4波形；各數(shù)模轉換單元電路的一個輸出端分別與多路選擇器的各對應的輸入端連接，各數(shù)模轉換單元電路的另一個輸出端模擬量AOUT1、模擬量AOUT2、模擬量AOUT3、模擬量AOUT4分別與智能空壓機的各相對應的電磁閥連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)模轉換單元電路由平均值電路和運算放大電路組成；平均值電路的輸入端分別與CPU1的各PWM波形輸出端連接，將單片機CPU1輸出的PWM波形轉換成模擬電壓值，平均值電路的輸出端與運算放大電路的輸入端連接，運算放大電路的輸出端與智能空壓機的電磁閥的控制端連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的RS422通信電路由RS422接口芯片U14和兩個光電耦合器U11、U1 2組成；光電耦合器U11的輸出端P6與單片機CPU1的RXD1端P27連接，光電耦合器U11的輸入端P3與RS422接口芯片U14輸出端P2連接；光電耦合器U12的輸入端P3與單片機CPU1的TXD1端P28連接，光電耦合器U12的輸出端P6與RS422接口芯片U14輸入端P5連接；RS422接口芯片U14輸入端P11、P12分別與RS422總線B2、A2連接；RS422接口芯片U14輸出端P9、P10分別與RS422總線Y2、Z2連接。
7.根據(jù)權利要求1所述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的RS485通信電路由RS485接口芯片U1 3和三個光電耦合器U8、U9、U10組成；光電耦合器U8的輸入端P2與單片機CPU1的CT485使能端P4連接，光電耦合器U8的P3與RS485接口芯片U13的P2和P3連接；光電耦合器U9的輸出端P6與單片機CPU1的數(shù)據(jù)RXD0端P2連接，光電耦合器U9的輸入端P3與RS485接口芯片U13輸入端P1連接；光電耦合器U10的輸入端P3與單片機CPU1的TXD0端P3連接，光電耦合器U10的輸出端P6與RS485接口芯片U13輸入端P4連接；RS485接口芯片U13的通信端P6、P7分別與RS485總線A1、B1連接。
8.根據(jù)權利要求1所述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的相序判別電路由光電耦合器U82、U83、U84、二極管D1、D2、D3、電阻R21、R22、R24構成；光電耦合器U82的L3端、U83的L2端、U84的L1端分別與單片機CPU2的P42、P43、P11連接，光電耦合器U82的兩輸入端之間、U83的兩輸入端之間、U84的兩輸入端之間分別并接一二極管D3、D2、D1，電阻R24的一端與二極管D3的負端和光電耦合器U82的輸入端并接，電阻R22的一端與二極管D2的負端和光電耦合器U83的輸入端并接，電阻R21的一端與二極管D1的負端和光電耦合器U84的輸入端并接。
9.根據(jù)權利要求1所述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的開關量輸入電路由并轉串集成電路和多組相同的驅動電路組成，該驅動電路由反向器U2A、電阻R1、R5、電容C1組成；電阻R1和R5的一端并接，電阻R5的另一端與電容C1和反向器U2A的輸入端連接，反向器U2A的輸出端與并轉串集成電路的輸入端連接，并轉串集成電路的輸出端與單片機CPU2的MISO端P2連接，各驅動電路的電阻R1和R5的并接端分別與智能空壓機的風機過載電路和主電機過載電路連接。
10.根據(jù)權利要求1所述的智能空壓機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的開關量輸出電路由串轉并集成電路和繼電器組件組成；串轉并集成電路的串行輸出MOSI端、數(shù)據(jù)裝入LD端、串行時鐘SCK端與單片機CPU2的相對應的端口連接；串轉并集成電路的各輸出信號端分別與繼電器組件的各繼電器的輸入信號端對應連接，各繼電器的輸出端分別與智能空壓機的接觸器組的輸入端連接，通過接觸器組與主電機、風機、發(fā)光二極管等外設電路連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能空壓機控制系統(tǒng)，包括主控制器、執(zhí)行單元電路；主控制器由單片機CPU1、連接單片機CPU1的模擬量測量電路、數(shù)模轉換電路、鍵盤電路、液晶顯示電路、流程監(jiān)控顯示電路、RS422通信電路、RS485通信電路，主控制器通過RS485總線可與多臺智能空壓機聯(lián)控；執(zhí)行單元電路由單片機CPU2、連接單片機CPU2的RS422通信電路、相序判別電路、開關量輸入電路、開關量輸出電路、連接開關量輸出電路的繼電器組件組成；主控制器通過RS422總線與執(zhí)行單元電路連接。本發(fā)明采用雙單片機CPU1和CPU2控制，能自動對空壓機的溫度、壓力、運行時間、過載等運行參數(shù)進行動態(tài)的檢測、顯示、報警和控制。
文檔編號G05D27/02GK1982711SQ20051011159
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權日2005年12月16日
發(fā)明者林萬強, 鄭文棟, 梁玉杰 申請人:上海開通數(shù)控有限公司