一種基於cpld的乾燥器控制系統的製作方法
2023-05-16 06:51:26 1
一種基於cpld的乾燥器控制系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公布一種基於CPLD的乾燥器控制系統，該乾燥器控制系統包括隔離電源電路、輸入電路、控制電路和輸出電路，其中：輸出電路為電磁閥控制信號驅動電路，與乾燥器的電磁閥連接；控制電路為CPLD晶片及其他外圍電路；輸入電路包括復位電路和空壓機信號輸入接口；控制電路分別和輸入電路與輸出電路連接；用於接收空壓機信號輸入接口發送的空壓機信號，經控制電路進行運算後產生電磁閥控制信號，通過輸出電路輸出給電磁閥，從而實現對乾燥器的控制。本實用新型提升了系統的可靠性和抗幹擾性，解決現有系統電源安全性不足的問題；改進的電磁閥控制信號驅動電路進可降低故障風險，提高驅動效率。
【專利說明】-種基於CPLD的乾燥器控制系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及空氣乾燥器控制系統，尤其涉及一種基於CPLD的乾燥器控制系 統，該控制系統適用於核電站柴油機應急系統。
【背景技術】
[0002] 在廠用電供電中斷的情況下，很多應急系統都依靠柴油機供電。應急柴油機在工 作過程中，必須應用乾燥器將空氣進行乾燥處理後再送入其氣缸。乾燥器運行的穩定性和 可靠程度對應急柴油機發電機組的工作有很大影響。國內某核電站的乾燥器控制電路板原 為國外供應商提供，無備用板件且原有控制電路板所用器件型號模糊不清。該核電站需要 新的國內供貨渠道，要求製作替代電路，解決該系列控制電路板的備品問題。
[0003] 現有的控制系統採用的是單片機作為控制晶片，對電磁閥進行控制。由於乾燥器 控制系統用於核電站時，對可靠性和安全性的要求較高，而通過單片機控制的乾燥器系統， 需要通過運行軟體程序來工作，易出現程序鎖死與跑飛等情況，給核電系統的運行帶來隱 患；而且，現有控制系統的電源採用的是非隔離性電源，其安全性能較為落後；再者，在驅 動電路方面，現有控制系統的所有驅動信號需通過同一個三極體進行放大，導致此三極體 工作時發熱較大，故障風險較大。 實用新型內容
[0004] 針對上述現有技術存在的問題，本實用新型提供一種基於CPLD的乾燥器控制系 統，通過採用CPLD作為系統的控制晶片，提升了系統的可靠性和抗幹擾性；通過使用隔離 性電源，解決現有系統電源安全性不足的問題；此外，對電磁閥控制信號驅動電路進行了改 進，採用48V和5V電源供電，每路驅動電路採用2個三極體且相互獨立，沒有共用的電路部 分，從而降低故障風險，提高驅動效率。通過本實用新型的技術方案，可有效提高幹燥器控 制系統的可靠性，適用於核電站柴油機應急系統。
[0005] 本實用新型的技術方案是：
[0006] 一種基於CPLD的乾燥器控制系統，該控制系統包括隔離電源電路、輸入電路、控 制電路和輸出電路，其中，隔離電源電路與輸入電路、控制電路和輸出電路分別連接；輸出 電路為電磁閥控制信號驅動電路，與乾燥器的電磁閥連接；控制電路為CPLD晶片及其他外 圍電路；輸入電路包括復位電路和空壓機信號輸入接口；控制電路分別和輸入電路與輸出 電路連接；用於接收空壓機信號輸入接口發送的空壓機信號，經控制電路進行運算後產生 電磁閥控制信號，通過輸出電路輸出給電磁閥，從而實現對乾燥器的控制。
[0007] 上述乾燥器控制系統中，進一步地：
[0008] 隔離電源電路的最高輸入電壓為60V，輸出電壓為48V和5V直流電壓；
[0009] 輸入電路還包括JTAG和有源晶振，分別與控制電路連接；
[0010] 復位電路包括監控器、開關、與非觸發器和GND，所述監控器分別連接與非觸發器 和CPLD晶片，並通過開關與GND連接；
[0011] 電磁閥驅動電路為五路，每路驅動電路均為獨立電路，均包括兩個三極體。
[0012] 圖1為本實用新型一實施例基於CPLD的乾燥器控制系統的結構框圖，該控制系統 包括隔離電源電路、輸入電路、控制電路和輸出電路，其中，輸入電路包括JTAG、復位電路、 有源晶振和空壓機信號輸入接口；控制電路為CPLD及其他外圍電路；輸出電路為電磁閥控 制信號驅動輸出電路；輸出電路與乾燥器的電磁閥連接；隔離電源電路為輸入電路、控制 電路和輸出電路提供電源，控制電路分別和輸入電路與輸出電路連接，用於接收經空壓機 信號輸入接口輸入的空壓機信號，經控制電路進行運算後，將電磁閥驅動信號通過輸出電 路輸出，從而實現對乾燥器的控制。
[0013] 上述乾燥器控制系統中，電源電路為系統的運行提供必要的、可靠的直流電源；復 位電路可以使CPLD擺脫死鎖狀態，在系統每一次的上電和掉電期間，都會給CPLD發送復位 信號；復位電路也能實時監測CPLD的運行情況，若出現死鎖狀態，則自動發送復位信號；也 可通過開關手動發送復位信號；空壓機信號輸入到CPLD，CPLD接收到信號運行處理輸出驅 動信號，再經過電磁閥控制信號驅動電路後輸出給電磁閥，實現對乾燥器的控制。
[0014] 上述控制系統在工作時，若控制電路能始終接收到輸入電路中輸入的空壓機信 號，那麼整個系統按照正常工作流程工作；若輸入電路中止輸入空壓機信號，那麼控制電路 首先判斷空壓機信號中止時間是否超限，若未超限，則繼續按照正常工作流程運行，否則， 控制電路立即輸出停機信號。空壓機信號中止後，若輸入電路重新輸入空壓機信號給控制 電路，那麼乾燥器控制系統就會返回到正常的工作流程，實現對乾燥器的控制。
[0015] 本實用新型的有益效果是：
[0016] 本實用新型為基於CPLD的乾燥器控制系統，採用CPLD、有源晶振和隔離電源，並 對電磁閥控制信號驅動電路進行了改進。本實用新型提供的技術方案通過採用CPLD作為 系統的控制晶片，提升了系統的可靠性和抗幹擾性；通過使用隔離電源，解決現有系統電源 安全性不足的問題；此外，本實用新型改進了電磁閥控制信號驅動電路，沒有共用的電路部 分，降低了故障風險，提高了驅動效率。因此，本技術方案提高了乾燥器控制系統的可靠性、 安全性和抗幹擾性，適用於核電站柴油機應急系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是本實用新型實施例的總體結構框圖；
[0018] 圖2是本實用新型實施例的隔離電源電路；
[0019] 圖3是本實用新型實施例的CPLD及其他外圍電路、復位電路和有源晶振電路圖；
[0020] 圖4是本實用新型實施例的的電磁閥控制信號驅動電路圖；
[0021] 圖5是本實用新型實施例的的工作流程框圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖，通過實施例進一步描述本實用新型，但不以任何方式限制本實用 新型的範圍。
[0023] 圖1為基於CPLD的乾燥器控制系統的結構框圖，該控制系統包括隔離電源電路、 輸入電路、控制電路和輸出電路，其中，輸入電路包括JTAG、復位電路、有源晶振和空壓機信 號輸入接口；控制電路為CPLD及其他外圍電路；輸出電路為電磁閥控制信號驅動輸出電 路；輸出電路與乾燥器的電磁閥連接；隔離電源電路為輸入電路、控制電路和輸出電路提 供電源，控制電路分別和輸入電路與輸出電路連接，用於接收經空壓機信號輸入接口輸入 的空壓機信號，經控制電路進行運算後，將電磁閥驅動信號通過輸出電路輸出，從而實現對 乾燥器的控制。
[0024] 上述乾燥器控制系統中，電源電路為系統的運行提供必要的、可靠的直流電源；復 位電路可以使CPLD擺脫死鎖狀態，在系統每一次的上電和掉電期間，都會給CPLD發送復位 信號；復位電路也能實時監測CPLD的運行情況，若出現死鎖狀態，則自動發送復位信號；也 可通過開關手動發送復位信號；空壓機信號輸入到CPLD，CPLD接收到信號運行處理輸出驅 動信號，再經過電磁閥控制信號驅動電路後輸出給電磁閥，實現對乾燥器的控制。
[0025] 圖2為乾燥器控制系統的工作流程圖，乾燥器控制系統在工作時，首先進行系統 初始化。初始化完畢後，CPLD等待空壓機信號的到來，收到空壓機信號後立即開始計時，並 控制乾燥器按照預定的時序正常工作。在正常工作的同時，需要時刻監控空壓機的信號，如 果空壓機信號一直存在則正常工作，否則，應在空壓機信號中止後，判斷信號中止時間是否 超限，若沒有超限，則繼續工作；否則就停機等待，直到重新收到空壓機信號，則返回正常工 作時序。
[0026] 乾燥器控制系統的隔離電源電路如圖3所示，隔離電源電路包括輸入電源的正極 LD1、穩壓晶片U3、保險絲FUSE、二極體D1、發光二極體LED1、電容C8、電阻R33、5V電源、GND 和電容C4,其連接關係為：保險絲FUSE接LD1的埠 1，即輸入電源的正極，保險絲FUSE的 另一端接二極體D1的陽極；二極體D1的陰極分別接發光二極體LED1的陽極、電容C8的正 極和穩壓晶片U3的22腳和23腳；所述的發光二極體LED1的另一端與電阻R33連接；穩壓 晶片U3的14腳接5V電源；穩壓晶片U3的16腳接GND ;電容C4的正極接5V電源，C4的 負極接GND ;所述電阻R33的另一端、電容的負極、穩壓晶片U3的2腳3腳穩壓二極體的陽 極、電容C8的負極和LD1的埠 2接GND。電源電路不僅能提供48V直流電壓，還能將的 48V直流電壓轉換成5V直流電壓，電源電路的最高輸入電壓為60V。電源電路為系統的運 行提供必要的、可靠的直流電源。
[0027] 乾燥器控制系統的復位電路如圖4中的虛線方框1所示，復位電路包括監控器U2、 開關K1、GND、5V電源、電容C7、CPLD晶片U1、與非觸發器U6和電容C5,通過開關K1可實現 復位操作，監控器U2接收到復位信號後，通過其6腳將信號輸入CPLD，從而實現復位動作。 其連接關係為：監控器U2的1腳經過開關K1接GND ;U2的2腳和4腳接5V電源，在經過電 容C7接GND ;U2的3腳接GND ;U2的6腳、7腳、8腳分別接CPLD晶片U1的27腳、與非觸發 器U6的2腳和1腳；與非觸發器U6的3腳、7腳分別接CPLD晶片U1的39腳和GND，U6的 14腳接5V電壓後，在經過電容C5接GND。復位電路的主要功能是當系統程序運行出錯或 操作錯誤導致系統處於死鎖狀態時，使系統擺脫死鎖狀態。當監控器U2監測到CPLD的死 鎖狀態時，監控器U2輸出低電平，經過與非觸發器U6給與CPLD晶片U1復位信號；在系統 每次上電與掉電期間，監控器U2的都會產生復位信號；此外，還能通過開關K1，對CPLD進 行手動復位。復位電路的主要功能是當程序運行出錯或操作錯誤時，可能導致系統處於死 鎖狀態，復位電路能使程序擺脫死鎖狀態。
[0028] 乾燥器控制系統的空壓機信號輸入電路包括空壓機信號輸入接口 LD2和LD3、發 光二極體LED2和LED3、光耦晶片U5、電阻R34、電阻R35、電阻R70、電阻R94、5V電源、CPLD 晶片U1、電阻R71、GND和電阻R82。空壓機信號首先經過2個LED指示燈，然後通過光耦U5 輸入到CPLD。如圖3中虛線方框2所示，接口 LD2和LD3都為空壓機信號輸入接口，它們 的埠 1和埠 2分別兩兩相連，埠 1連接發光二極體LED2、LED3的陽極以及光耦晶片 U5的3腳；發光二極體LED2的陰極連接電阻R34 ;發光二極體LED3的陰極連接電阻R35 ; 所述電阻R34、R35的另一端連接接口 LD1的埠 2,且經過電阻R70連接光耦晶片U5的4 腳；所述光耦晶片U5的1腳經過電阻R94接5V電源，13腳接CPLD晶片U1的23腳，同時 也經過電阻R71接GND，14腳接5V電源，15腳接GND，16腳接電阻R82。輸入接口電路接受 空壓機的信號，然後通過光電隔離器將信號轉換成CPLD標準邏輯電平後輸送給CPLD。
[0029] 圖5為電磁閥控制信號驅動電路，本實施例中，乾燥器控制系統實際上需要驅動 五個電磁閥，因此也就需要五個電磁閥驅動電路。CPLD輸出的電磁閥控制信號，首先經過三 極管放大，再通過光耦U4隔離輸出到電磁閥控制信號驅動電路。
[0030] 如圖5所示，電磁閥控制信號驅動電路包括電阻R8、R9、R16、R20和R40,發光二極 管LED8,二極體D3、D7，PNP三極體Q2，NPN三極體T2和電磁閥驅動信號輸出接口；其中，電 阻R8的另一端接電阻R9和PNP三極體Q2的基極；Q2的集電極接二極體D3的陽極，D3的 陰極接電阻R16, R16的另一端接NPN三極體T2的基極和電阻R20,電阻R20和T2的發射 極接GND ;電阻R9的另一端接NPN三極體Q2的發射極和5V直流電源；NPN三極體T2的集 電極接電阻R40、二極體D7的陽極以及電磁閥驅動信號輸出接口的埠 2 ;R40的另一端接 發光二極體LED8的陰極；發光二極體LED8的陽極和二極體D7的陰極接48V直流電源。
[0031] 本實施例中，CPLD作為處理單元，CPLD接收到輸入電路中的空壓機信號，經過運 算向外圍驅動電路輸出驅動信號，控制電磁閥的狀態，從而實現對乾燥器系統的控制。
[0032] 如圖4所示，CPLD及其外圍電路中，CPLD晶片U1B的40腳和38腳接GND，39腳 接與非觸發器U6的3腳，37腳接有源晶振U7的3腳；CPLD晶片U1B的34、33、31、30、28腳 依次接電阻R64、R63、R62、R61、R60,所述電阻R64、R63、R62、R61、R60分別接三極體Q14、 Q13、Q12、Q11、Q10 的基極以及電阻 R74、R73、R72、R71、R70 ;所述 5 個三極體 Q14、Q13、Q12、 Qll、Q10的發射極分別依次接上述電阻R74、R73、R72、R71、R70的另一端以及GND，集電極 分別依次接接光耦晶片U4的2、4、6、8腳及光耦晶片U5的2腳；光耦晶片U4的1、3、5、7以 及邯的2腳分別經過電阻1?90、1?91、1?92、1?93、1?94後接5￥電源，光耦晶片嘆的9、11、13、 15以及U5的3腳同時接GND。
【權利要求】
1. 一種基於CPLD的乾燥器控制系統，包括隔離電源電路、輸入電路、控制電路和輸出 電路，其特徵是：隔離電源電路與輸入電路、控制電路和輸出電路分別連接；輸出電路為電 磁閥控制信號驅動電路，與乾燥器的電磁閥連接；控制電路為CPLD晶片及其他外圍電路； 輸入電路包括復位電路和空壓機信號輸入接口；控制電路分別和輸入電路與輸出電路連 接；用於接收空壓機信號輸入接口發送的空壓機信號，經控制電路進行運算後產生電磁閥 控制信號，通過輸出電路輸出給電磁閥，從而實現對乾燥器的控制。
2. 如權利要求1所述乾燥器控制系統，其特徵是，所述輸入電路還包括JTAG和有源晶 振，它們分別與控制電路連接。
3. 如權利要求1所述乾燥器控制系統，其特徵是，所述復位電路包括監控器、開關、與 非觸發器和GND，所述監控器連接與非觸發器和CPLD晶片，並通過開關與GND連接。
4. 如權利要求1所述乾燥器控制系統，其特徵是，所述電磁閥驅動電路為五路，每路驅 動電路均為獨立電路，均包括兩個三極體。
【文檔編號】B01D53/26GK203870422SQ201420255800
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2014年5月19日
【發明者】王江波, 梅亮亮, 關濟實, 孔海志, 邱建文, 王健, 陳健 申請人:中科華核電技術研究院有限公司北京分公司, 中國廣核集團有限公司