专利名称：包括通过多极连接装置被连接的控制器系统和主控制装置的通信系统的制作方法
包括通过多极连接装置被连接的 控制器系统和主控制装置的通信系统
本发明涉及一种通信系统，特别是一种用于流体流量控制阀的通 信系统。
现在是司空见惯的是，例如，所有的气压或液压设备的生产机械被 通常装在同一个'阀岛，的各自的方向控制阀控制。应该理解，术语'阀
岛，是为了包括诸如'阀组(valve manifold)，等等的设备。阀岛中 的阀门通常由螺线管控制，它们接收电信号以使它们启动相关的阀 门。阀烏通过一个通信系统被连接到一个控制器系统，该通信系统发送 信号来控制阀烏上阀门的操作。
通常使用的有两种主要类型的通信系统；多极和总线。在一个多极 通信系统中，在岡烏中的每个阀门有一条单独的通信线有效地将它直接 连接到所述控制器系统。因此， 一个25-管脚或其它的普通连接器连接所 述控制器系统和所述阀岛，并且每个管脚为阀烏上不同的阀门提供控制 信号。因此，所述多极系统易于理解和使用。然而，由于对于每个要被 控制的阀门都需要一条单独的线路，所以一个复杂的基于多极的系统关 于控制器系统的布线需求和输出数量可能是昂贵的。而且，当试图识别 故障时它可以被干扰。
另一个类型的通信系统是一个基于地址的现场总线(fieldbus)系 统。这里，经常使用一种双线媒体将所述阀岛连接在一起来构成一个网 络。所述控制器系统发送被寻址到一个特殊的阀岛的指令，在所述岛上 的控制系统解释所述指令，并且因此启动适当的阀门。尽管所述现场总 线控制系统提供了更大的灵活性，但是由于管理所述系统所需的程序设 计，它会呈现复杂性。
根据本发明，我们提供了一种包括一个控制器系统、 一个主控制装 置和至少一个从控制装置的通信系统，所述控制器系统和所述主控制装 置通过一个多极连接装置被连接，所述主控制装置适合于通过所述多极 连接装置接收多极信号，并且通过可寻址的连接装置输出一个被寻址的 信号到至少一个从控制系统。
这是有利的，因为所述系统易于了解和建立，而且还具有诸如上
面描述的现场总线系统的可寻址的通信系统的优点。特别地，如果所 述系统控制阀门，则所述阀门可以被分布在所述"主"阀岛和几个"从" 阀島上(和有关的控制装置一起)，并且可以通过一个单独的多极连 接装置由所述控制器系统控制它们中的全部阀门。因此，用户可以编 程所述控制器系统，好像所述系统是一个多极系统，同时所述主控制 装置按照要求解释所述指令并且将它们中继到适当的从阀岛控制装 置。
优选地所述控制器系统是一个可编程的逻辑控制器(PLC)。 优选地，所述主和从控制装置控制流体流量控制阀。特别地，所
述主和从控制装置可以与阀岛相联系，并且因此它们控制其上螺线管
操作的阀门。
优选地，从控制系统还通过可寻址的连接装置以一种类似锁链的 方式被连接到所述通信系统。
所述可寻址的连接装置可以基于一个本地互连网(LIN)标准。所 述LIN标准是一种在一个主系统和至少一个从系统之间的单独的有线 通信标准。当联合所述单独的有线媒体时，每个从系统需要最少的配 置来操作，这使它简单并且成本有效。优选地，所述可寻址的连接装 置基于控制器区域网(CAN)标准。更优选地，所述可寻址的连接装置 基于RS485标准。因此，所述主和从控制装置可以包括收发信机装置 以便允许它们使用可寻址连接装置的被选择的协议进行通信。
优选地，所述多极连接装置包括一个25-管脚连接器或一个44-管 脚连接器。然而，应该理解，所述多极连接器可以是一些其它的工业 上普遍使用的连接器。
优选地，所述主控制装置包括一个微处理器。所述从控制装置也 可以包括一个微处理器。
优选地，所述主控制装置包括一个二极管阵列，它从所述多极输 入信号得到能量用于所述主控制装置和它控制的任何设备的启动。优 选地，所述从控制装置从所述可寻址的连接装置得到能量。
优选地，所述主控制装置具有信号调节装置以确保从多极连接装 置被接收的信号是以一种适当的形式并且在特定的电压范围内，以便 由所述控制装置的微处理器接收。
优选地，所述主和从控制装置具有输出装置用于启动所需要的阀
门。所述输出装置可以包括一个输出阵列分用器。可替代地，所述输 出装置可以适于使用来自所述控制装置的连续信号来控制适当的阀 门。所述输出装置的这个配置构成了本发明第二个方面的主题。
因为本发明允许各种阀门遍布在一个主阀岛和若干从阀岛上，所 以，例如，本发明第一个方面的系统需要一个启动特定阀门的灵活装
置。因为所述控制装置包括一个微处理器，所以，如果它能输出一个 连续信号以便启动所述阀岛上的阀门，则是有利的。
根据本发明的第二个方面，我们提供了一种使用一个输出装置控 制多个流体流量控制装置的方法，所述输出装置包括一个启动信号排 列装置和一个与每个流体流量控制装置相联系的启动装置，所述方法
包括步骤
将一个预启动信号应用于启动信号排列装置； 将一个时钟信号应用于启动信号排列装置，这样使得它存储所述 第一个预启动信号并且能接收另外的预启动信号； 将上述步骤重复预先确定的次数；
将一个启动信号应用于所述启动装置以便使得流体流量控制装置 启动。
因此，当所述启动信号被应用时，预启动信号的顺序和所述时钟 信号被应用的次数确定哪个流体流量控制装置被启动。这是有利的， 因为另外的阀门可以被增加并且所述微处理器只需要改变前两个步骤 被执行的次数。
优选地，所述启动信号排列装置包括一系列触发器，每一个与一 个流体流量控制装置相联系。优选地，所述触发器是"D"型触发器。
优选地，所述启动装置包括一个锁存器。优选地，每个流体流量 控制装置包括一个螺线管操作的阀门。优选地，所述锁存器是一个"D" 型锁存器。
优选地，来自一个启动信号排列装置的输出构成下一个启动信号 排列装置的输入。
优选地，上述方法可以在一种配置模式中被使用，其中， 一个单 独的预启动信号被应用并且随后只有时钟信号被应用，这样启动信号 排列装置和启动装置的数量可以被确定。因此，因为所述控制装置可 以确定启动信号排列装置何时接收了它能接收的全部预启动信号，所
以，流体流量控制装置的数量可以根据时钟周期的数量被确定。优选 地，最后启动信号排列装置的输出被连接到所述微处理器。
现在通过例子参考附图详细描述本发明，其中；
图l是一个显示本发明的通信系统的排列的示意图2是一个主控制装置的示意图3是一个从控制装置的示意图；以及
图4是一个输出装置的示意图。
根据本发明的通信系统1在
图1中被表示。通信系统1包括一个 从控制器系统(未示出)接收控制信号的主控制装置2和一个从控制 装置3。主控制装置2通过多极连接装置4从所述控制器系统接收信 号。在
图1中显示的多极连接装置4使用一个25-管脚D-型连接器5。 主控制装置2通过可寻址的连接装置以子总线的形式与每个从控制装 置3通信，所述子总线根据RS485标准/协议操作。主控制装置2具有 一个主子总线连接器6用于通过子总线电缆7将它连接到在从控制装 置3上的从子总线连接器8。因此，主控制装置2构成在子总线的主节 点(电缆7构成所述总线的一部分)，并且从控制装置3构成所述总 线上的从节点。从控制系统3具有另一个子总线连接器9用于将它连 接到另一个从控制装置(未示出)。
应该理解，所述可寻址的连接装置可以基于根据诸如取决于所述 系统应用的CAN或LIN的其它标准来操作的子总线。
还应该理解，附加的从控制装置可以以"链式"排列被增加。可 以被增加的从控制装置的数量被可以通过多极连接4或通过后来的连 接被供给的电能限制，因为是通过连接4被接收的能量允许后来的控 制装置操作的。然而，所述主和从控制装置可以适合于接收它们自己 的电源。
主控制装置2和从控制装置3与阀島相联系(未示出)。因此， 控制装置2、 3控制安装在所述阀岛上的螺线管启动的气阀。所述气阀 可以被用于启动生产机械等等。
图2显示了主控制装置2的框图，它由虚线表示。该示意图显示 了多极信号4如何被使用，以及所述信号如何被输出到子总线连接器 6。被控制装置2接收的多极信号4包括25个管脚，提供控制信号IO 和为所述系统提供接地的公共0伏特11。控制信号IO通过信号调节装
置12被接收，它准备信号10以便被微处理器15接收。特别地，信号 调节装置12将所述信号的电压从通常的24伏特减少到可以被微处理 器15可靠地解释的伏特数。
所述信号调节装置输出被微处理器15接收的信号13。微处理器 15解释所述信号并且确定要被启动的阀门(未示出)是否在与控制装 置2相联系或者与控制装置3相联系的阀岛上。如果确定将被启动的 阀门由从控制装置3控制，则微处理器15准备适当的被寻址的信号以 便在可寻址的连接装置的子总线7上传输。输出信号16是一个到子总 线收发信机17的连续信号。
子总线收发信机17根据子总线的协议/标准(RS485 )修改信号 16，并且随后输出被寻址的数据信号用于通过子总线在26上传送。输 出26被连接到子总线连接器6用于沿着子总线电缆7传输。
当进入控制装置2以及被信号调节装置12接收时，控制信号10 分开，它们被二极管阵列18接收。控制信号IO被用于为主控制装置2 的部件15、 17并且为通过子总线电缆7传输到另外的从控制装置3提 供能量。二极管阵列18接收输出14。 二极管阵列18将具有"或"门 性质的控制信号IO合并到单独的24伏特能量输出19。24伏特输出19 分支成第一线路20和笫二线路21。第一线路20连接到子总线连接器 6以便为后来的从控制装置3提供能量。第二线路21被电压调节器22 接收，该调节器将24伏特输入21调节到适合于操作微处理器15和子 总线收发信机17的逻辑的电压。因此，电压调节器22具有一个输出 23，它分支成单独的线路24、 25以便分别给所述微处理器和子总线收 发信机供给能量。
来自主控制装置2的输出通过子总线连接器6被输出。因此，有 三个单独的信号沿着电缆7被传送；来自二极管阵列18的24伏特输 出20、从输入ll得到的公共O伏特输出27和数据信号26。尽管只有 一个管脚被显示用于数据信号26，但是可以有和被用于可寻址的连接 装置的通信标准所需要的一样多的管脚。
在图3中显示了从控制装置3的示意图。从控制装置3通过电缆7 和连接器8接收三个信号20、 26和27。数据信号26被子总线收发信 机28接收，它根据RS485标准/协议解释该信号。子总线收发信机28 在29输出被微处理器30接收的信号。所述微处理器解释该信号，并
且如果需要则传送指令31到输出装置32。因此，所述微处理器解释来 自子总线收发信机28的连续数据信号29，并且如果需要，则通过输出 阵列32输出信号33。来自输出装置32的输出33控制在所述阀岛上与 控制装置3相联系的适当的螺线管阀门。
24伏特输入20进入从控制装置3时分开， 一条线路被电压调节器 34接收，另一条被输出装置32接收。所述输出装置使用24伏特启动 所述阀岛上的螺线管(未示出)。如在主控制装置2中的电压调节器 34，具有输出35和36以便分别为子总线收发信机28和微处理器30 提供能量。
从控制装置3的微处理器30具有与子总线收发信机28的双向通 信，并且，因此另外的从控制装置还可以通过第二子总线连接器9 (在
图1中被显示)被附加到数据线路26 (所述子总线)。第二子总线连 接器9被连接到子总线收发信机28。
在使用中，所述控制器系统(未示出)发送多极信号4到主控制 装置2以便启动在与控制装置2、 3相联系的任何一个阀岛上的特定的 阀门。所述信号调节器12接收多极控制信号10，并且输出被调节的信 号13。主控制装置2的微处理器15从电压调节器22接收能量并且接 收信号13。随后，微处理器15根据它的程序确定要被启动的阀门是否 位于与它相联系的阀岛上。如果是，则它传送适当的信号到输出装置 (未示出)。如果所述阀门被确定与从控制装置3相联系，则所述微 处理器准备一个被寻址的信号16并且将它传送到子总线收发信机 17。子总线收发信机17根据所述子总线的协议沿着子总线电缆7将它 发送到从控制装置3。所述信号被从控制装置3的子总线收发信机28 接收。收发信机28解释并且随后输出信号29到从控制装置3的微处 理器30。微处理器30根据它的程序处理信号29从而确定所述信号是 否被寻址到它，并且因此确定一个被连接到从控制装置3的阀门是否 应该被启动。如果是这样，则适当的信号31被发送到输出装置32，它 导致适当的阀门被启动。如果所述微处理器确定信号29未被寻址到 它，则它被忽略。
信号26也被子总线收发信机28通过另外的子总线连接器9中继 到任何后来的从控制装置3，并且任何另外的从控制装置(未示出)如 上面描述的处理所述信号。
微处理器15、 30可以被预先编程，或者用户例如通过RS232接口 或蓝牙可以设置所述程序。因此，用户能够响应于每个多极输入IO编 程哪个阀门或阀门的组合被启动。
因此，很多阀岛可以根据一个单独的基于25-管脚(或其它标准连 接器)多极的系统被控制。实际上，常见的是一个单独的阀岛在其上 不包括阀门的全部配额并且因此不是全部的管脚将被使用。因此，对 于一个标准多极系统，用户可能需要每个都被单独的多极连接器连接 的几个阀岛。本发明允许所述阀门分布在通过所述主控制装置被控制 的一个主阀岛和若千从属阀烏上。这减少了所需要的敷设电缆的数量 和所述控制器系统的输出数量。因此，本发明的系统具有使用多极系 统的简单性和简易性，同时具有现场总线系统的灵活性。
输出装置40 (如图4中所示)包括启动信号排列装置41、 41'和 启动装置42、 42，。启动信号排列装置41、 41，和启动装置42、 42， 的每对43、 44以螺线管操作的阀门(未示出)的形式与流体流量控制 装置相联系。启动信号排列装置41、 41'包括一个具有能量供给线路 45的"D"型触发器、 一个边缘触发的时钟信号输入46、 一个预启动 信号数据输入47、 48、 一个预启动信号数据输出49、 50和一个0伏 特线路51。数据输出49、 50分支以便连接到相关的启动装置42、 42，。
启动装置42、 42'包括一个"D"型锁存器。到锁存器42、 42， 的输入52和53分别来自输出49和50。锁存器42、 42，也具有能量 供给线路45和0伏特线路51。锁存器42和42，通过输出线路54和 55被连接到所述阀门。锁存器42、 42，也具有输入56用于接收启动 信号。因此，输出装置40具有2-比特连续锁存器的形式。
时钟信号输入46、预启动信号数据输入47和边缘触发的启动信号 输入56都从主或从微处理器15、 30被接收。上述输入是数字的，因 此，采用"1"或"0"的形式。
在使用中，上述信号的顺序被用于确定哪些阀门被启动。例如， 为了启动在所述链中的第二个阀门， 一个"1"预启动信号在和输入46 的时钟脉冲相同的时间被应用于输入47。如应该理解的，这导致"1" 预启动信号在输出49出现并且因此在输出48构成第二个触发器41， 的输入。在第二个时钟周期中，预启动信号是"0"。因此，在输入46 的第二个时钟脉冲之后，在输出49有一个"0"预启动信号并且 "1"
预启动信号现在在输出50出现。
现在微处理器15、 30输出一个启动信号到输入56。因为输出49 和50构成输入52和53，所以在启动信号后， 一个"0"将在阀门输出 54出现， 一个"1"将在阀门输出55出现。因此，所述链中的第一个 阀门将不被启动，因为，它将接收一个"0"信号，同时，在所述链中 的笫二个阀门将被启动，因为它接收"1"预启动信号。
如果增加另一个阀门，则附加的触发器/锁存器对的预启动信号数 据输入可以被连接到输出50。更多的阀门能够以类似的方式被增加。 因此，应该理解，这种方法可以被用于启动所述阀门链中的任何阀门 或其任何组合，因为所述预启动信号在输入47被输送到所述链并且随 后通过所述时钟信号边缘"被传送通过"所述触发器。 一旦所述时钟 信号已经循环了所需的次数并且所述预启动信号构成适当的锁存器
42、 42'的输入，则所述启动信号被用于将所述信号传送到适当的阀 门。
这种方法也可以在一种配置模式中被使用以便允许所述微处理器 确定多少个阀门被连接到与它相联系的阀岛。在所述触发器/锁存器对
43、 44的末端，输出50返回到所述微处理器。使用如图4中所示的例 子，在一种配置模式中，在输入46的第一个时钟周期期间， 一个"1" 预启动信号在输入47被应用。在笫一个时钟周期后，所述预启动信号 被保持为"0"。微处理器15、 30随后计算在输入46被应用的时钟周 期数量直到"1"预启动信号返回到它。因此可以通过计算在这种配置 模式中被应用的时钟脉冲的数量来确定阀门的数量。
另外，在所述配置模式中，每个从控制装置3的微处理器30可以 将与它相联系的阀门数量的信息传送回主控制装置2。因此，所述主控 制装置随后可以确定哪个阀门被附加到哪个从控制装置3，并且因此响 应于多极信号IO寻址适当的一个。
权利要求
1.一种通信系统，包括一个控制器系统、一个主控制装置(2)和至少一个从控制装置(3)，所述控制器系统和主控制装置(2)通过多极连接装置(4)被连接，主控制装置(2)适合于通过多极连接装置(4)接收一个多极信号并且通过可寻址的连接装置(7、17)输出一个被寻址的信号到所述至少一个从控制装置(3)。
2. 根据权利要求l中所述的通信系统，其中，所述控制器系统是 一个可编程的逻辑控制器(PLC)。
3. 根据权利要求1或2中所述的通信系统，其中，所述主和从控制 装置(2、 3)控制流体流量控制阀。
4. 根据任一前述权利要求中所述的通信系统，其中，所述主和从 控制装置(2、 3)与阀岛相联系并且控制位于其上的螺线管操作的阀 门。
5. 根据任一前述权利要求中所述的通信系统，其中，另外的从控 制装置(3)以链式方式通过可寻址的连接装置(7、 17)被连接到所 述通信系统。
6. 根据任一前述权利要求中所述的通信系统，其中，所述可寻址 的连接装置(7、 17)基于本地互连网(LIN)标准。
7. 根据权利要求1到5任何一个中所述的通信系统，其中，所述可 寻址的连接装置(7、 17)基于控制器区域网(CAN)标准。
8. 根据权利要求1到5任何一个中所述的通信系统，其中，可寻址 的连接装置(7、 17)基于RS485标准。
9. 根据任一前述权利要求中所述的通信系统，其中，所述主和从 控制装置(2、 3)包括收发信机装置(28)以便使得它们能够使用所 述可寻址的连接装置(7、 17)的协议通信。
10. 根据任一前述权利要求中所述的通信系统，其中，所述多极 连接装置(4)包括一个25-管脚连接器。
11. 根据权利要求1到9任何一个中所述的通信系统，其中，多极 连接装置(4)包括一个44-管脚连接器。
12. 根据任一前述权利要求中所述的通信系统，其中，主控制装 置(2)包括一个微处理器(15)。
13. 根据任一前述权利要求中所述的通信系统，其中，从控制装 置(3)包括一个微处理器(30)。
14. 根据任一前述权利要求中所述的通信系统，其中，主控制装 置(2)包括一个二极管阵列(18)，它从多极输入信号(10)得到能 量用于主控制装置(2)并且用于它控制的任何设备的启动。
15. 根据任一前述权利要求中所述的通信系统，其中，从控制装 置(3)从可寻址的连接装置(7、 17)得到能量。
16. 根据任一前述权利要求中所述的通信系统，其中，主控制装 置(2)具有信号调节装置(12)以确保从多极连接装置(4)接收的 信号是以适当的形式被所述控制装置的微处理器(15)接收。
17. 根据任一前述权利要求中所述的通信系统，其中，所述主和 从控制装置(2、 3)具有用于启动所需要的阀门的输出装置(32)。
18. 根据权利要求17中所述的通信系统，其中，所述输出装置(32) 包括一个输出阵列分用器。
19. 根据权利要求17中所述的通信系统，其中，所述输出装置(32) 适合于使用一个来自所述控制装置的连续信号来控制适当的阀门。
20. —种使用包括与每个流体流量控制装置相联系的启动信号排 列装置(41、41，)和启动装置(42、 42，)的输出装置(40)控制 多个流体流量控制装置的方法，该方法包括步骤将一个预启动信号应用于所述启动信号排列装置(41、 41，)； 将一个时钟信号应用于所述启动信号排列装置(41、 41')这样 使得它存储所述笫一个预启动信号并且能够接收另外的预启动信号； 将上述步骤重复预定的次数；将一个启动信号应用于所述启动装置(42、 42，)以便导致流体 流量控制装置启动。
21. 根据权利要求20中所述的方法，其中，所述启动信号排列装置 (41、 41')包括一系列触发器，每个与一个流体流量控制装置相联系。
22. 根据权利要求21中所述的方法，其中，触发器(41、 41，)是 "D"型触发器。
23. 根据权利要求20到22任何一个中所述的方法，其中，所述启动 装置(42、 42')包括一个锁存器。
24. 根据权利要求23中所述的方法，其中，锁存器(42、 42')是 一个"D"型锁存器。
25. 根据权利要求20到24任何一个中所述的方法，其中，每个流体 流量控制装置包括一个螺线管操作的阀门。
26. 根据权利要求20到25任何一个中所述的方法，其中，来自启动 信号排列装置(41)的输出(49)构成另一个启动信号排列装置(41，) 的输入(48)。
27. 根据权利要求26中所述的方法，其中，最终启动信号排列装置 (41，)的输出(50)被连接到如权利要求12中被定义的微处理器(15).
全文摘要
一种通信系统，包括一个控制器系统、一个主控制装置(2)和至少一个从控制装置(3)，所述控制器系统和主控制装置(2)通过多极连接装置(4)被连接，主控制装置(2)适合于通过多极连接装置(4)接收一个多极信号并且通过可寻址的连接装置(7、17)输出一个被寻址的信号到所述至少一个从控制装置(3)。本申请还揭示了一种使用包括与每个流体流量控制装置相联系的启动信号排列装置(41、41’)和启动装置(42、42’)的输出装置(40)控制多个流体流量控制装置的方法。
文档编号A01G25/16GK101099343SQ200580046169
公开日2008年1月2日 申请日期2005年12月23日 优先权日2005年1月7日
发明者M·登斯利, M·达尔比 申请人:诺格伦有限公司