专利名称：闸门开度控制仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及应用于水利、水电行业，防汛泄洪、节水灌溉的闸门自动化控制设备，是一种闸门控制装置，具体地说，是一种闸门开度控制仪。
本实用新型的技术解决方案是一种闸门开度控制仪，其特征是有一个微处理器电路，微处理器电路接有显示电路，微处理器电路还接有输入电路和控制输出电路，一个电源电路与上述各电路相连接。
本实用新型中所述的微处理器电路还接有上位计算机通讯接口。输入电路中有闸门位移及故障信号检测电路，闸门位移及故障信号检测电路经光电隔离电平转换电路接微处理器电路；输入电路中还包括键盘输入电路。闸门位移及故障信号检测电路包括闸门位移传感适配器、闸门位移或电机电流传感适配器、闸门限位开关及故障信号输入电路。输出电路中有继电器控制输出电路，继电器控制输出电路接闸门启闭电气控制二次电路。显示电路包括开度、预置显示，及输出指示电路。显示电路还包括外接显示器接口电路，外接显示器接口电路接SMXS终端显示器。
本实用新型有益效果为结构新颖合理，工作稳定可靠，将测量、显示、控制、非线性修正、通信网络等多种功能及产品综合成一体化结构，使闸门自动化控制系统产品化，用户使用时不必东拼西凑、安装接线简单、无需软件编程，只需设定几个参数就可实现闸门自动化控制。同时适用于弧门、平板门等多种门型及螺杆、液压、卷扬机等各种启闭机械的控制。可接入多种类型的测量传感器。对水利、水电行业在新世纪实现水利现代化具有普及推广的现实意义。
图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9等共同描述了本实用新型的一个实施例。图中包括下列元器件电阻R1、R2、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38、R39、R40、R41、R44、R45、R46、R47、R48、R49、R50、R51、R52、R53、R54、R55、R-RES、RJ1、RJ2、RC1、R301、R302、R303、R304、R305、R306、R307、RT301、R401、R402、R403、R404、R405、R406、R407、R408、R409、R410、R411、R412、R413、R414、R415、R416、R417、R418、R419、R420、R421、R422、R423、R424、R501、R502、R503、R504、R505、R506、R507、R508、R509、R510、R511、R512、R513、R514、R515、R516、R517、R518、R519、R520、R521、R522、R601、R602、R603、R604、R605、R606、R607、R608、R609、R610、R611、R612、RM1、RM2、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C、C16、C17、C18、C19、C20、C21、C22、 C23、C25、C00、C01、C02、C03、C04、C05、C06、C07、C301、C302、C303、C304、C305、C306、C307、Cr、C400、C401、C402、C403、C404、C405、C406、C407、C408、C409、C410、C411、C412、C413、C414、C415、C416、C417、C418、C419、C420、C421、C422、C501、C502、C503、C504、C601、C602、C603、C604、C605、C606、C607、C608、三极管G1、G2、G301、G302、G401、G402、G501、G502、G503、G504、G505、G506、507、G508、G509、G510、G511、G512、G513、G514、G515、G516、二极管D、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、DC1、DC2、DC2、DC3、DC4、DC5、DC6、DC7、DC8、DC9、D30、D302、D303、D304、D305、D306、D307、D401、D402、D403、D404、D405、D406、D407、D408、D409、D410、DW401、D601、D602、光电耦合器件GD1、GD2、GD3、GD4、GD5、GD6、GD7、GD8、GD9、GD10、GD11、GD12、GD13、GD14、GD15、GD301、GD601、GD602、GD603、集成电路IC1、IC2、IC3、IC4、IC5、IC6、IC7、IC8、IC9、IC10、IC11、T301、T302、T303、T304、U301、T401、T402、T403、T404、405、T406、T407、T408、IC501、IC502、IC503、IC601、可控硅TVS301、TVS302、晶振等。
图2中的接点A1’、A2’、A3’、A4’、A5’、A6’、A7’、A8’、A9’分别与图4中的接点A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9连接。图4中的接点B1、B2、B3、B4分别与图5中的B1’、B2’、B3’、B4’相连接。图4中的接点1、2、3、4、5、6、7、8分别与图5中的IC4的V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17、GND脚相连接。
本实用新型的闸门控制仪基本工作原理闸门位移开度由直线运动，经机械传动装置转换为旋转运动，带动旋转编码器，旋转编码器输出编码电信号送闸门位移传感适配器。闸门位移传感适配器将编码电信号进行译码、数据转换，由串行方式经光电隔离、电平转换电路送微处理器进行处理，微处理器进行扬程一开度转换，LED显示器显示，同时扫描键盘，根据键入的指令进行各种操作运算.当由键盘或上位计算机发出“启动”指令后，微处理器根据闸门的实际开度值和设定值，决定闸门的升、降控制，最后通过继电器控制输出电路送启闭机电控柜启动闸门工作。当闸门运行至设定的开度后，关闭升降控制信号。
1、闸门位移传感适配器，简称“位移适配器”。
为了能适应多种形式的旋转编码器，在主机与旋转编码器之间加上“位移传感适配器”，位移适配器主要由嵌入式微处理器T1组成，完成对旋转编码器的电信号接收、开度数据的预处理，为减少安装接线，处理结果以串行方式发送给主机。图3为德国HEIDENHAIN多圈绝对型旋转编码RQ425配置的适配器电原理图。T302为RS422电平转换器，由T301微处理器产生读取旋转编码器的时钟信号，同时，接收从高位(MSB)开始输出与时钟信号同步的串行SSI标准信号，多圈为25位(13位圈数值十12位位置值)葛莱码串行数据。接收的数据经软件译码为2进制码开度值，减去0位值(闸门全关位时的值)，根据旋转编码器实际连接闸门对应的周长数计算开度值，输出16位数(单位mm)经G1，G2串行送主机接收。为了方便安装旋转编码器，避免闸门零位的机械校正，设置了软件校零程序，在闸门全关位时接通“清零”端(与OV)即可将闸门全关位时的旋转编码器值存入微处理器内部的EEPROM中长期保存(除非再次校零)。计算开度时将当前值减去校零值即可。为了适应与闸门启闭机械的不同位置的安装，设置了转向控制端“方向”，该端悬空时，旋转编码器顺时针转向数值增加，接通“方向”端(与OV)，旋转编码器逆时针转向数值增加。另有一种日本的OMROM单圈绝对型旋转编码器E6CP-AG5C配置的适配器。电平转换器接收并行葛莱码信号，并一串转换后送微处理器处理。该“位移适配器”主要解决采用经济型的单圈旋转编码器来代替价格昂贵的多圈旋转编码器。除采用软件来记忆旋转编码器的圈值外，其它部分与图3位移适配器相同。第一个电平转换器的6脚为停电信号，当为低电平时，微处理器将圈值保存在内部EEPROM中。该位移适配器在断电状况下容许编码器旋转＜±180°，在电源恢复后均可反映实际的位移值。
2、电机电流适配器，简称“电流适配器”。
电流适配器将闸门启闭电机主电源回路的电压、电流采集转换处理后送主机。分别由LH4011、RW401、R418，LH402、RW400、R425组成电流电压采样后，经整流缓冲滤波后输出0-2V的直流信号，由多路切换器分别送T4011(7135)进行A/D转换。根据T401A/D转换器的特点，用的BUSY与CLK端相与后输出到T404微处理器进行计数，减去10001后便可得A/D转换结果。A/D转换的时钟信号由T4微处理器的8M时钟信号经T403分频后得到。T404微处理器分别将转换后的电流电压值进行适当处理后经G401、G402串行送给主机。
3、开度、预置显示输出指示、键盘输入电路。
该电路分别由3部分组成，A、开度值和预置值显示电路由IC501微处理器管理，接收主机的串行压缩BCD码后进行字形笔划译码后输出至G5019-G516，由IC502进行位地址译码后，进行分时扫描显示。B、键盘输入电路由IC5033组成并一串输出送主机接收。C、输出指示由CZ502从主机直接引入。
4、SMXS终端显示器。
为清晰地显示各种数据，设置了外接大型SMXS终端显示器。最多同时可接三组来分别显示闸门开度、电机电流、主电源电压(KDY-AV型)，或闸门开度、闸门2开度、闸门1-2开度差值(KDY-2A型)。为方便安装，减少连线，主机采用串行传送。IC601微处理器通过光电耦合电路GD601-603接收主机数据，经过软件字形笔划译码后送到串一并输出电路来驱动G601-G604数码显示器。
5、光电隔离电平转换电路，图2下。
光电隔离电平转换电路是主机与位移适配器和电流适配器的接口电路，完成闸门开度和电机电流、电压数据的隔离传送任务。由IC5C、R18、GD6、R16、G1、RM1-2等元件组成对位移适配器和电流适配器进行供电外，还可产生请求位移适配器和电流适配器发送数据的负脉冲。位移适配器和电流适配器发送同步时钟MD1-CP、MD2-CP和数据MD1-D、MD2-D经GD7-10光电隔离电平转换后送主机CPU处理。
6、主机微处理器及其存储等处理电路，图4左。
该电路为主机核心部分，包括IC1微处理器CPU、IC2串行EEPROM看门狗、IC3 RAM+EEPROM等电路。IC2中保存位移适配器、电流适配器和非线性插入处理的表格等设置参数。数据一经存入可长期保存(可长达100年，除非重新修改)。为了满足系统任意断电时对运行参数的保存，增设IC3RAM+EEPROM存储电路X24C45。X24C45是XICOR公司生产的串行SRAM。它内部含有SRAM和EEPROM。上电时数据可自动从EEPROM中调到SRAM中；X24C45还具有自动存储特性，即系统正常工作时，数据放在SRAM中，掉电时数据自动保存到EEPROM中。解决了以往使用电池保存数据不可靠的问题。
7、闸门限位开关及故障等信号输入电路，图4右。
本部分提供八路开关量的信号输入，除了已有四路定义外，剩下四路提供用户使用，便于集控时上位计算机对其它一些信号的监控显示。例如电机运转信号、抱闸信号、过流过压等信号。它们由光电隔离后经IC8并一串转换送CPU。
8、继电器控制输出电路，图5右。
指令输出通过IC8七路达林顿驱动电路带动继电器控制输出。同时输出信号由连接件CZ2送面板显示。其中“开度1＞2”、“开度1＜2”输出用于液压启闭系统闸门左右油缸同步纠偏控制，不使用纠偏时可提供用户作为其它功能使用。
9、上位机通讯接口RS-485，图5左。
上位机通讯接口部分由IC10电平转换电路，6N137高速光隔电路及驱动电路等组成，现场总线系统使用双绞电缆连接，一条总线最多可连接32台KDY一闸门开度控制仪，传输波特率可设定300-19.20KC。
10、电源供电回路，图3。
电源供电采用开关电源并采取多组隔离及多重LC滤波。以增加系统的抗干扰性能。由IC11为NE555、及G2等器件组成的他激式DC-DC电源提供上位机通讯接口工作电源。
权利要求1.一种闸门开度控制仪，其特征是有一个微处理器电路，微处理器电路接有显示电路，微处理器电路还接有输入电路和控制输出电路，一个电源电路与上述各电路相连接。
2.根据权利要求1所述的闸门开度控制仪，其特征是微处理器电路还接有上位计算机通讯接口。
3.根据权利要求1或2所述的闸门开度控制仪，其特征是输入电路中有闸门位移及故障信号检测电路，闸门位移及故障信号检测电路经光电隔离电平转换电路接微处理器电路；输入电路中还包括键盘输入电路。
4.根据权利要求3所述的闸门开度控制仪，其特征是闸门位移及故障信号检测电路包括闸门位移传感适配器、闸门位移或电机电流传感适配器、闸门限位开关及故障信号输入电路。
5.根据权利要求1或2所述的闸门开度控制仪，其特征是输出电路中有继电器控制输出电路，继电器控制输出电路接闸门启闭电气控制二次电路。
6.根据权利要求1或2所述的闸门开度控制仪，其特征是显示电路包括开度、预置显示，及输出指示电路。
7.根据权利要求1或2所述的闸门开度控制仪，其特征是显示电路还包括外接显示器接口电路，外接显示器接口电路接SMXS终端显示器。
专利摘要本实用新型公开了一种闸门开度控制仪，其特征是有一个微处理器电路，微处理器电路接有显示电路，微处理器电路还接有输入电路和控制输出电路，一个电源电路与上述各电路相连接。其有益效果为结构新颖合理，工作稳定可靠，将测量、显示、控制、非线性修正、通信网络等多种功能及产品综合成一体化结构，使闸门自动化控制系统产品化，用户使用时安装接线简单、无需软件编程，只需设定几个参数就可实现闸门自动化控制。同时适用于弧门、平板门等多种门型及螺杆、液压、卷扬机等各种启闭机械的控制。可接入多种类型的测量传感器。
文档编号G05D3/12GK2605591SQ0322022
公开日2004年3月3日 申请日期2003年3月6日 优先权日2003年3月6日
发明者王惠平 申请人:王惠平