十四路電磁閥驅動器的製作方法
2023-10-20 19:55:52 1
專利名稱：十四路電磁閥驅動器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種十四路電磁閥驅動器。 二
背景技術：
電磁閥驅動器是用於煤礦井下綜採工作面液壓支架電液控制系統，將支架 控制器送來的串行數據信號進過運算、處理、放大後，輸出驅動各功能電磁閥 的電子裝置。電磁閥驅動器要求下列環境條件下能夠正常工作_工作環境溫 度5 °C - 6 0 °C ; _平均相對溼度不超過9 5 % (+25°C ); —有 甲烷和煤塵爆炸性危險的礦井環境中；_無破壞絕緣的腐蝕性氣體的礦井中； 一允許有濺水的環境中。由上可見，使用中對電磁閥驅動器的可靠性、安全性 能要求較高。現有的電磁閥驅動器存在的不足之處主要是電路結構不夠緊湊， 全部使用門電路分立元件，所以電氣元件數量多、電路複雜、體積大、成本高、 故障率高。
三.-發明內容
本實用新型的目的是提供一種電路結構採用集成化、元件數量少、電路簡 單、體積小重量輕、故障率低、且電路具有智能化的十四路電磁閥驅動器。 本實用新型的目的是通過以下方式實現的
本實用新型包括電源部分、數據信號處理部分、控制部分、保護部分，其 特徵是電源部分由一個四芯輸入插座S101輸入(l腳為+極，4腳為-極)電 流，分三組電源VCC、 VDD、 3V3輸出電流為整體電路提供電源；數據信號處 理部分由濾波電路、CPLD (可編程序邏輯器件)、信號緩衝驅動電路、輸出驅動 電路四部分組成，濾波電路的輸入端接四芯輸入插座SIOI的2腳、3腳、輸出 端接CPLD U5的信號輸入端，CPLD (可編程序邏輯器)的信號輸出端接緩衝驅 動電路UIO、 Ull輸入腳，信號緩衝驅動電路UIO、 Ull的輸出腳接輸出驅動電 路的場效應管Q1 Q14的控制極，輸出驅動電路的輸出端Q1 Q14的漏極連接 七個輸出插座S301 S307，輸出驅動電路的信號輸出接CPLDU5的信號輸入端； 控制部分的核心是一個單片機，它有RA、 RB、 RC3個I0接口，其中RB、 RC兩 個接口與CPLD (可編程序邏輯器件)連接，用來控制CPLD (可編程序邏輯器件) 內部門電路的工作，並且接收CPLD (可編程序邏輯器件)給入的反饋信號，來 控制整個電路的運行；保護部分的電路設計為輸出正極、負極的雙過流、短路 保護，保護部分接在輸出驅動電路和單片機之間。
本實用新型的優點是電路結構採用集成化設計、元件數量少、電路簡單、體積小重量輕、故障率低、且電路具有智能化功能，適合用於除端頭支架外的 其它支架。
四
圖1是本實用新型的電路結構和工作原理框圖2是電源部分電路原理圖3是濾波電路原理圖4是可編程序邏輯器件CPLD的電路圖； 圖5是信號緩衝驅動電路的電路原理圖； 圖6是輸出驅動電路(一個單元)的電路原理圖7是控制電路(單片機與可編程序邏輯器件CPLD)的電路圖8是保護部分控制輸出端負極的過流、短路保護的電路原理圖9是保護部分控制輸出正極0UTC0M (輸出公共端)的過流、短路保護的 電路原理圖。
五具體實施方式
參照附圖l，本實用新型的電路結構可分為電源、數據信號處理、控制、
保護四個部分
1、 電源部分
電源部分輸入為12V電壓，由輸入插座S101輸入(l腳為+極，4腳為-極) 電路共輸出三組電源VCC、 VDD、 3V3:
(1) VCC:為整體電路提供電源。 輸出到.-
A、 單片機PIC16F876的20腳。
B、 信號輸出驅動電路部分電阻Rll、 R14、 R17、跳R23、 R26、 R29、 R32、 R35、 R38、 R41、 R44、 R47、 R50作為反饋電源電壓。
C、 保護電路部分的比較器U18 LT1638的8腳。
(2) VDD:為信號處理部分UIO、 Ull (型號74HC541;功能8位緩衝驅 動器)提供電源。
輸出到UIO、 Ull的20腳。
(3) 3V3:由U16 ZLD0330提供，專為CPLD提供3. 3V電源。
輸出到CPLD XCS05XL的12、 25、 37、 51、 63、 75、 89、 100腳。其電路 原理圖見附圖2。
2、 數據信號處理部分
(1)、支架控制器經過連接電纜將串行數據由四芯插座輸入到電磁閥驅動 器，經過電阻、電容組成的濾波電路濾掉幹擾雜波後，進入U5 CPLD (可編程 序邏輯器件)XCS05XL的7腳、8腳。經CPLD (可編程序邏輯器件)內部的移
4位寄存器將串行數據轉換為並行數據後，14位並行數據分別由CPLD (可編程序 邏輯器件)的39、 41、 43、 45、 47、 54、 56、 58、 60、 62、 66、 68、 70、 78腳 輸出，送到緩衝驅動電路U10、 Ull 74HC541進行緩衝驅動，然後由UIO、 Ull 輸出送到輸出驅動電路場效應管Q1 Q14的控制極，S301 S307的3、 4腳輸 出。
(2)、數據信號處理部分由濾波電路、CPLD、信號緩衝驅動電路、輸出驅 動電路四個部分完成它們的連接關係是
A、 濾波電路輸入端R2、 R6接輸入插座S101的2腳、3腳。輸出端接CPLD U5的信號輸入端7腳、8腳。
B、 CPLD (可編程序邏輯器)的信號輸出端39、 41、 43、 45、 47、 54、 56、 58、 60、 62、 66、 68、 70、 78腳接緩衝驅動電路UIO、 Ull、的2、 3、 4、 5、 6、
C、 信號緩衝驅動電路UIO、 Ull的輸出腳ll、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18腳接輸出驅動電路場效應管(型號為IRFR024) Q1 Q14的控制極。
D、 輸出驅動電路的輸出端Q1 Q14的漏極接輸出插座S301 S307的3腳、 4腳，插座S301 S307每個插座輸出2路，共14路輸出。
數據信號處理部分的電路原理圖見附圖3 附圖6。 3、控制部分
單片機PIC16F876是整個電路控制的核心，它有RA、 RB、 RC3個I0接口， 其中RB、 RC兩個接口與CPLD (可編程序邏輯器件)連接，用來控制CPLD (可 編程序邏輯器件)內部門電路的工作，並且接收CPLD (可編程序邏輯器件)給 入的反饋信號，來控制整個電路的運行。
單片機PIC16F876與CPLD之間是雙向通訊，具體連接關係是單片機 PIC16F876的RB 口 21腳 28腳；RC 口 12腳 18腳，分別連接CPLD XCS05XL 的27、 28、 29、 30、 31、 32、 33、 34、 35、 13、 14、 15、 21、 17、 18腳。
控制部分的電路原理圖見附圖7。
在電磁閥驅動器沒有收到支架控制器的輸出指令時，驅動器的輸出驅動電 路也沒有接收到輸入的控制信號(以上附圖6為例)，這時Q1控制極為低電平， Ql不導通，輸出反饋信號為高電平。當支架控制器向驅動器給出Al 口輸出指 令，這時A1 口的控制信號由CPLD(可編程序邏輯器件)的41腳輸出，進入UIO 74HC541的3腳，經U10緩衝驅動後由U10的17腳輸出送到Q1的控制極，Ql 導通輸出0V電壓，和OUT COM端(OUT COM端為輸出公共端，見原理圖OUT COM 網絡標號)之間為12V電壓經過四芯插座S301(A 口)和連接電纜送到推溜電磁 閥，使推溜電磁閥動作。這時驅動器輸出驅動電路的輸出反饋端由於二極體DIO 的鉗位而變成低電平送到CPLD (可編程序邏輯器件)的42腳。如果由於信號 緩衝驅動電路UIO或輸出驅動電路Ql損壞造成CPLD (可編程序邏輯器件)41腳有輸出信號，42腳沒有反饋信號；或CPLD 41腳沒有輸出信號，而42腳卻 已經有反饋，這時CPLD (可編程序邏輯器件)會向單片機PIC16F876發出反饋 故障中斷請求信號，單片機執行反饋故障程序，向CPLD (可編程序邏輯器件) 發出停機指令使整個驅動器停止工作，CPLD (可編程序邏輯器件)控制LED(發 光二極體)發出反饋故障指示。 4、保護部分
由於井下液壓支架電液控制系統，四臺支架控制器共用一個電源，電源輸 出為12V/1.5A，因此任何部件的過流或短路都會影響到其它部件的工作。因此 為使過流、短路保護更可靠，將電路設計為輸出正極、負極的雙過流、短路保 護。
(1) 控制輸出端負極的過流、短路保護
見附圖8，當Q1控制極為高電平是，Ql導通。由於電磁閥損壞或線路故障 造成Q1漏極、源極電流變大，同時流過R75的電流也變大。當流過R75的電流 達到900mA時，R75兩端的電壓降使放大器U18 LT1638輸出由低電平變為高電 平，經過R81送入單片機U1 PIC16F876的3腳，使單片機輸出過流保護指令， 驅動器停機，CPLD (可編程序邏輯器件)驅動LED(發光二極體)輸出過流、短 路指示。
控制輸出端負極的過流、短路保護電路的連接關係是保護電路輸入端R76 連接過流檢測電阻R75的檢測端。保護電路輸出端R81連接單片機U1 PIC16F876 的3腳。
(2) 輸出正極OUT COM (輸出公共端)的過流、短路保護
見附圖9，由於電磁閥的損壞、線路故障或驅動器故障使OUT COM端對 地短路，而造成OUT COM端電流的增大，當R94的電流達到900mA時，R94兩 端的電壓降使放大器U18 LT1638輸出由低電平變為高電平，經過RlOl、 R102 送入單片機U1 PIC16F876的2腳，使單片機輸出過流保護指令，驅動器停機， CPLD (可編程序邏輯器件)驅動LED(發光二極體)輸出過流、短路指示。
輸出正極過流、短路保護電路的連接關係是保護電路的輸入端R95、 R96 分別連接檢測電阻R94的輸入端和檢測端。保護電路的輸出端R102連接單片機 Ul PIC16F876的2腳。
權利要求1、一種十四路電磁閥驅動器包括電源部分、數據信號處理部分、控制部分、保護部分，其特徵是電源部分由一個四芯輸入插座S101輸入電流，分成VCC、VDD、3V3三組輸出電流為整體電路提供電源；數據信號處理部分由濾波電路、CPLD、信號緩衝驅動電路、輸出驅動電路四部分組成，濾波電路的輸入端接四芯輸入插座S101的2腳、3腳、輸出端接CPLD的信號輸入端，CPLD的信號輸出端接緩衝驅動電路U10、U11輸入腳，信號緩衝驅動電路U10、U11的輸出腳接輸出驅動電路的場效應管Q1～Q14的控制極，輸出驅動電路的輸出端Q1～Q14的漏極連接七個輸出插座S301～S307，輸出驅動電路的信號輸出接CPLD U5的信號輸入端；控制部分的核心是一個單片機，它有RA、RB、RC 3個IO接口，其中RB、RC兩個接口與CPLD連接，用來控制CPLD內部門電路的工作，並且接收CPLD給入的反饋信號，來控制整個電路的運行；保護部分的電路設計為輸出正極、負極的雙過流、短路保護，保護部分接在輸出驅動電路和單片機之間。
專利摘要本實用新型涉及一種十四路電磁閥驅動器，包括電源部分、數據信號處理部分、控制部分、保護部分，其特徵是電源部分分三組電源VCC、VDD、3V3輸出電流為整體電路提供電源；數據信號處理部分由濾波電路、CPLD、信號緩衝驅動電路、輸出驅動電路四部分組成，控制部分的核心是一個單片機，它有RA、RB、RC 3個IO接口，其中RB、RC兩個接口與CPLD連接，用來控制CPLD內部門電路的工作，並且接收CPLD給入的反饋信號，來控制整個電路的運行。其優點是電路結構採用集成化設計、元件數量少、電路簡單、體積小重量輕、故障率低、且電路具有智能化功能，適合用於除端頭支架外的其它支架。
文檔編號G05B19/042GK201373999SQ200820179389
公開日2009年12月30日 申請日期2008年12月8日 優先權日2008年12月8日
發明者邸雲龍 申請人:鄂爾多斯市隆聖礦山機電有限責任公司