專利名稱：工業(yè)控制操作器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工業(yè)控制用的操作儀表，屬于G05B技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有的控制操作器為指針顯示，分辨率為1％單一信號顯示，其量程是0-10MA，4-20MA，0-5V中的一種，操作器內(nèi)無信號保持、故障處理及保護(hù)功能。不能滿足工業(yè)實(shí)時控制的要求。特別是在操作器出現(xiàn)故障時，執(zhí)行器不能保持原來狀態(tài)，給生產(chǎn)造成損失。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有多量程顯示、自動跟蹤、無擾動、無平衡切換、故障聯(lián)鎖處理與保護(hù)功能的新型控制操作器。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下整機(jī)結(jié)構(gòu)如

圖1，由機(jī)殼(1)、變壓器(2)、電源板(3)、D/A轉(zhuǎn)換板(4)、V/I轉(zhuǎn)換板(5)、顯示器(6)組成；其特點(diǎn)是D/A轉(zhuǎn)換板上有信號轉(zhuǎn)換電路ST1和信號轉(zhuǎn)換電路ST2，數(shù)值保持電路DH；V/I轉(zhuǎn)換板上有故障判斷保護(hù)電路GZ，自動量程轉(zhuǎn)換電路CT；信號轉(zhuǎn)換電路ST1、信號轉(zhuǎn)換電路ST2輸出端H、M分別連至數(shù)值保持電路DH、故障判斷保護(hù)電路GZ的輸入端H′、M′，數(shù)值保持電路DH的輸出端C連至故障判斷保護(hù)電路GZ的輸入端C′，信號轉(zhuǎn)換電路ST2的輸出端S、M連到故障判斷保護(hù)電路GZ的輸入端S′、M′，故障判斷保護(hù)電路GZ的輸出端B經(jīng)過V/I2后連到量程轉(zhuǎn)換電路CT輸入端，量程轉(zhuǎn)換電路CT的輸出連至顯示器LED。
上述信號轉(zhuǎn)換電路ST1由運(yùn)算放大器U23、U24、電位器W22構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電路，運(yùn)算放大器U21、U22、電位器W21構(gòu)成的正反轉(zhuǎn)換電路，及電阻R22、DIP開關(guān)K21、K22、K23、K24組成；信號輸入端A接到運(yùn)算放大器U23輸入端(2)同時經(jīng)過電阻R21接地；U23輸出端(3)接至U24輸入端(2)，并返饋至輸入端(1)，同時從M端輸出給故障判斷保護(hù)電路GZ；W22的(1)、(2)端分別接V+、V-，其(3)端接到U24輸入端(1)；U24輸出端(3)返饋至輸入端(1)，同時又經(jīng)K22接至U21輸入端(2)，并經(jīng)K23從H端輸出給數(shù)值保持電路DH；正反轉(zhuǎn)換電路中U21輸入端(2)經(jīng)K21與A端和R21連接，其輸出端(3)反饋至輸入端(1)，同時接至U22輸入端(1)；W21的(1)、(2)端分別接V+、V-，其(3)端接到U22輸入端(2)；U22輸出端(3)返饋至輸入端(1)，同時又經(jīng)K24從H端輸出給數(shù)值保持電路DH。
上述數(shù)值保持電路DH，由減法器U1、比較器U2、與門U3、電子開關(guān)(KS1、KS2)、手動開關(guān)(K1、K2)、雙D觸發(fā)器U4、與非門U5、加減計(jì)數(shù)器U6、D/A轉(zhuǎn)換器U7、或門U8、與非門U9、時鐘U10、電位器(W1、W2)組成；U1輸出端(3)與比較器U2輸入端(2、3)連接；U2輸入端(1、4)分別接到W1、W2的滑動端，W1、W2串聯(lián)后分別接V+、V-；U2輸出端(5、6)接到U3輸入端(1、3)；U3輸出端(5、6)分別接到KS1、KS2控制端3，KS1、KS2、K1、K2的1端并聯(lián)后接到U10；KS1，K1的2端并聯(lián)后接到U4輸入端(1)，KS2、K2的2端并聯(lián)后接到U4輸入端(2)；U4輸出端(3、4)端分別接U5輸入端(1、3)，U5輸出端(5、6)接U6輸入端(1、2)；U6的三個四位數(shù)據(jù)線輸出端(3、4、5)分別接到U7輸入端(1、2、3)，同時輸出端(4、5)共8位數(shù)據(jù)線分別接U8、U9輸入端(1)；U8、U9輸出端(2)分別接U5輸入端(2、4)；U7輸出端(4)接U1輸入端(2)，同時從C端輸出給故障判斷保護(hù)電路GZ；信號轉(zhuǎn)換電路ST1的輸出經(jīng)H′接至U1輸入端(1)；U3的(2、4)端接自動/手動切換電路輸出端D/E。
上述故障判斷保護(hù)電路GZ，由運(yùn)算放大器U31，比較器U32，非門U35、U33，或門U34、U37，與門U36電子開關(guān)K32、K33、K31組成；故障信號經(jīng)M′接至運(yùn)算放大器U31輸入端(2)；U31輸出端(3)接至U32輸入端(1)，同時又返饋到輸入端(1)；V+經(jīng)電阻R31、電位器W31接地；U32輸入端(2)接電位器W31滑動端，其輸出端(3)接至U34輸入端(2)；U34輸出端(3)分別接到U35輸入端(1)和U37輸入端(2)；U35輸出端(2)接U36輸入端(2)；手動/自動狀態(tài)信號D、E分別接至U37、U36輸入端(1)；U37和U36輸出端(3)分別接電子開關(guān)K32、K33控制端(3)，K32的(2)端與K33的(1)端連接，同時經(jīng)B端輸出給V/I轉(zhuǎn)換電路V/I2；數(shù)值保持電路信號經(jīng)C′端接到K33的(2)端，信號轉(zhuǎn)換電路的信號經(jīng)S′端接到K32的(1)端；計(jì)算機(jī)故障信號經(jīng)N端、R33、U33接至U34輸入端(1)。
上述自動量程轉(zhuǎn)換電路CT，由減法器U41、比較器U42、非門(U43、U44、U45、U46)、電子開關(guān)(K41、K42、K43、K44)組成；減法器U41輸入端(1、2)與V/I轉(zhuǎn)換電路的電阻R41并連，其輸出端(3)接比較器U42輸入端(2)；U42輸入端(1)接+5V精密電源，其輸出端(3)接U43輸入端(1)，非門(U43、U44、U45、U46)串聯(lián)，同時(U43、U44、U45、U46)的輸出端又分別與電子開關(guān)K41、K42、K43、K44的控制端(1)連接；K42的(3)端接到R42、R43串連端；晶體管T42發(fā)射極接至K41的(2)端和R42，并R42、R43接至顯示器LED信號輸入端(1-)，同時從L端輸出給執(zhí)行器；K41的(3)端、K43的(2、3)端、K44的(3)端分別與顯示器LED信號輸入端(2+)、量程轉(zhuǎn)換端(3M、4G、5N)連接。
本工業(yè)控制操作器是電動單元組合儀表中不可缺少的手動和自動操作型儀表，具有自動跟蹤、無擾動、無平衡切換、事故聯(lián)鎖與斷信號保護(hù)功能。通過內(nèi)部DIP開關(guān)的不同設(shè)置，可以使本操作器轉(zhuǎn)變?yōu)?-10MA，4-20MA或1-5V直流信號控制器；可以將調(diào)節(jié)器輸出的4-20MA或1-5V直流信號線性地轉(zhuǎn)變?yōu)?-20MA或1-5V直流信號?？芍苯优c計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)使用，將計(jì)算機(jī)出的1-5V直流信號線性地轉(zhuǎn)換為4-20MA或1-5V直流信號去控制執(zhí)行器，同時把執(zhí)行器位置反饋信號和儀表工作狀態(tài)信號輸出給計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型的輸出顯示改變了傳統(tǒng)的指針方式，采用LEI)數(shù)字顯示和LED光柱顯示，讀數(shù)清晰方便，而且可以自動換擋超范圍顯示，即可顯示出20MA以上數(shù)值。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型實(shí)施例進(jìn)行說明圖1為本實(shí)用新型的整機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖2為D/A轉(zhuǎn)換板，V/I轉(zhuǎn)換板結(jié)構(gòu)框圖圖3為信號轉(zhuǎn)換電路圖圖4為數(shù)值保持電路圖圖5為故障判斷保護(hù)電路圖圖6為自動量程轉(zhuǎn)換電路圖信號轉(zhuǎn)換電路如圖3，運(yùn)算放大器U23、U24(347)與電位器W22組成了正向信號轉(zhuǎn)換電路；運(yùn)算放大器U21、U22(347)與電位器W22組成了反轉(zhuǎn)換電路。本實(shí)用新型采用2套信號轉(zhuǎn)換電路，其中信號轉(zhuǎn)換電路ST1為數(shù)值保持電路轉(zhuǎn)換信號，信號轉(zhuǎn)換電路ST2為V/I轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換信號。在信號轉(zhuǎn)換電路ST1中，由G端輸入的反饋信號是電流信號，經(jīng)電阻R21后轉(zhuǎn)為電壓信號ΔV1，該信號經(jīng)U23后送至U24的輸入端2，U24的1端從W22取基準(zhǔn)電壓ΔV0，在U24中經(jīng)過ΔV1+ΔV0運(yùn)算后產(chǎn)生輸出電壓ΔV，該電壓經(jīng)K22、K23送到數(shù)值保持電路DH的H′端。U21的輸入端2經(jīng)K21從R21取出信號電壓ΔV1，經(jīng)U21后送到U22的1端，U22的2端從W21取出基準(zhǔn)電壓ΔV0，在U22中經(jīng)過ΔV0-ΔV1運(yùn)算后產(chǎn)生輸出電壓-ΔV，-ΔV與ΔV的變量方向相反，該電壓信號也可經(jīng)K24送到數(shù)值保持電路DH；U23的輸出經(jīng)M送到故障判斷保護(hù)電路GZ。電路中的K21、K22、K23、K24為DIP開關(guān)，其作用是接入或切斷本電路。信號轉(zhuǎn)換電路ST2與ST1相同，只是ST2的輸入端A的信號取自調(diào)節(jié)器輸出信號或計(jì)算機(jī)輸出信號，其M端輸出的電壓信號通過故障判斷保護(hù)電路GZ送到V/I轉(zhuǎn)換電路(V/I2)。
數(shù)值保持電路如圖6，從信號轉(zhuǎn)換電路H′端來的電壓信號VA和U7來的電壓信號VB在減法器V1中相減，其差值的正負(fù)決定了U2與W2、W2組成的比較器的輸出狀態(tài)，從而決定U3的兩個輸出端5、6的狀態(tài)。當(dāng)VA＞VB時，U3的5端輸出為1，使KS1閉合，時鐘電路U10的輸出脈沖經(jīng)U4整形后通過與非門U5的5端輸出，使加減計(jì)數(shù)器U6加法計(jì)數(shù)，并由U6輸出計(jì)數(shù)值至D/A轉(zhuǎn)換器U7，U7輸出VB返饋至U1，再次比較，直到VA＝VB。當(dāng)VA＝VB時，U1輸出0，U3的5、6端輸出為0，KS1、KS2斷開，中斷脈沖輸入。當(dāng)VA＜VB時，U3的6端輸出為1，使KS2閉合，時鐘脈沖經(jīng)K32、U4、U5，從U5的5端進(jìn)U6的2端，使U6做減法計(jì)數(shù)，并經(jīng)U7返饋至U1，再次比較，直至VA＝VB。圖中U9為保持值上限門，U8為下限門。當(dāng)計(jì)數(shù)器值達(dá)到上限或下限時，關(guān)閉U5，中斷計(jì)數(shù)脈沖，使計(jì)數(shù)器停上計(jì)數(shù)，避免溢出歸零。
在自動控制方式時，數(shù)值保持電路用于跟蹤控制狀態(tài)并保存，以便在轉(zhuǎn)為手動控制時在原狀態(tài)基礎(chǔ)上調(diào)整。在手動控制方式時，數(shù)值保持電路用于手動控制，圖中K1、K2為手動控制操作開關(guān)，開關(guān)閉合時，允許脈沖通過，使加減計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)并經(jīng)U7轉(zhuǎn)換后輸出經(jīng)故障判斷保護(hù)電路GZ后送到V/I2，再經(jīng)量程轉(zhuǎn)換電路CT的M端輸出給執(zhí)行器。
U3為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)其2、4端為手動/自動切換信號輸入，自動時為1，與門U3開，允許1、3端的輸入，從而通過U3使KS1或KS2開。手動時，與門U3關(guān)閉，禁止1、3端的輸入，KS1、KS2斷開，只能通過K1、K2輸入脈沖。
故障判斷保護(hù)電路如圖4.由信號轉(zhuǎn)換電路ST1、ST2的M端來的信號經(jīng)U31進(jìn)入比較器U32，該信號在U32內(nèi)與從W31取出的斷信號診斷值做比較。當(dāng)判斷出信號中斷時，U32狀態(tài)改變，輸出為1，經(jīng)或門U34后再經(jīng)或門U37，同時經(jīng)非門U35，與門U36后，使K33通，K32斷.數(shù)值保持電路保持的執(zhí)行器狀態(tài)經(jīng)K33送到V/I轉(zhuǎn)換電路控制執(zhí)行器保持原狀態(tài)。圖4中F是由計(jì)算機(jī)來的故障信號。當(dāng)計(jì)算機(jī)有故障時，非門U33輸入端為0，輸出為1，經(jīng)或門U34后，再經(jīng)或門U37，同時經(jīng)非門U35，與門U36，使K33通，K32斷，數(shù)值保持電路中保持的執(zhí)行器狀態(tài)值經(jīng)K33送到V/I轉(zhuǎn)換電路再控制執(zhí)行器保持原狀態(tài)。同時由信號轉(zhuǎn)換電路S端輸出的信號被K32斷開。上述兩種故障均通過U36屏蔽手動/自動轉(zhuǎn)換電路的控制信號，使操作器處于手動控制。當(dāng)M端，F(xiàn)端均為正常時，K32通，K33斷、信號轉(zhuǎn)電路ST2的輸出端S輸出經(jīng)K32送到V/I2，然后自動量程轉(zhuǎn)換電路M端輸出給執(zhí)行器。
自動量程轉(zhuǎn)換電路如圖5，電壓信號經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換后，電流信號經(jīng)采樣電阻R42、R43后輸出給執(zhí)行單元；電路中減法器U41從R41取出電壓值，該值與輸出電流成線性對應(yīng)關(guān)系。該電壓值在比較器U42中與1端輸入的精密電壓+5V相比較，U42的輸出根據(jù)采樣電壓值小于5伏或大于等于5伏而變化，并推動其后面的門電路及電子開關(guān)狀態(tài)改變，從而改變顯示量程及小數(shù)點(diǎn)位置。圖中顯示器LED的1-、2+是信號輸入端，3M、5N是小數(shù)點(diǎn)位置控制端，4G是公共端。當(dāng)采樣值小5伏時，比較器3端輸出為0，U43輸出為1，U44輸出為0，U45輸出為1，U46輸出為0，K41閉合，K42斷開，K43閉合，K44斷開，1-、2+的輸入信號值為R42與R43串聯(lián)后的兩端電壓。小數(shù)點(diǎn)控制端M有效，此時是常規(guī)量程顯示。當(dāng)采樣值等于5伏時，比較器U42翻轉(zhuǎn)，3端輸出為0，從而使U43、U44、U45、U46狀態(tài)改變，K41斷開，K42閉合，1-，2+的信號值輸入為R43的兩端電壓，小數(shù)點(diǎn)控制端N有效，使小點(diǎn)右移一位，采樣顯示量程相應(yīng)改變。
權(quán)利要求1.一種工業(yè)控制操作器，由機(jī)殼(1)、變壓器(2)、電源板(3)、D/A轉(zhuǎn)換板(4)、V/I轉(zhuǎn)換板(5)、顯示器(6)組成，其特征在于D/A轉(zhuǎn)換板上有信號轉(zhuǎn)換電路ST1和信號轉(zhuǎn)換電路ST2，數(shù)值保持電路DH；V/I轉(zhuǎn)換板上有故障判斷保護(hù)電路GZ，自動量程轉(zhuǎn)換電路CT；信號轉(zhuǎn)換電路ST1、信號轉(zhuǎn)換電路ST2輸出端H、M分別連至數(shù)值保持電路DH、故障判斷保護(hù)電路GZ的輸入端H′、M′，數(shù)值保持電路DH的輸出端C連至故障判斷保護(hù)電路GZ的輸入端C′，信號轉(zhuǎn)換電路ST2的輸出端S、M連到故障判斷保護(hù)電路GZ的輸入端S′、M′，故障判斷保護(hù)電路GZ的輸出端B經(jīng)過V/I2后連到量程轉(zhuǎn)換電路CT輸入端，量程轉(zhuǎn)換電路CT的輸出連至顯示器LED。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)控制操作器，其特征在于所述信號轉(zhuǎn)換電路ST1由運(yùn)算放大器U23、U24、電位器W22構(gòu)成的轉(zhuǎn)換電路，運(yùn)算放大器U21、U22、電位器W21構(gòu)成的正反轉(zhuǎn)換電路，及電阻R22、DIP開關(guān)K21、K22、K23、K24組成；信號輸入端A接到運(yùn)算放大器U23輸入端(2)同時經(jīng)過電阻R21接地；U23輸出端(3)接至U24輸入端(2)，并返饋至輸入端(1)，同時從M端輸出給故障判斷保護(hù)電路GZ；W22的(1)、(2)端分別接V+、V-，其(3)端接到U24輸入端(1)；U24輸出端(3)返饋至輸入端(1)，同時又經(jīng)K22接至U21輸入端(2)，并經(jīng)K23從H端輸出給數(shù)值保持電路DH；正反轉(zhuǎn)換電路中U21輸入端(2)經(jīng)K21與A端和R21連接，其輸出端(3)反饋至輸入端(1)，同時接至U22輸入端(1)；W21的(1)、(2)端分別接V+、V-，其(3)端接到U22輸入端(2)；U22輸出端(3)返饋至輸入端(1)，同時又經(jīng)K24從H端輸出給數(shù)值保持電路DH。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工業(yè)控制操作器，其特征在于所述數(shù)值保持電路DH，由減法器U1、比較器U2、與門U3、電子開關(guān)(KS1、KS2)、手動開關(guān)(K1、K2)、雙D觸發(fā)器U4、與非門U5、加減計(jì)數(shù)器U6、D/A轉(zhuǎn)換器U7、或門U8、與非門U9、時鐘U10、電位器(W1、W2)組成；U1輸出端(3)與比較器U2輸入端(2、3)連接；U2輸入端(1、4)分別接到W1、W2的滑動端，W1、W2串聯(lián)后分別接V+、V-；U2輸出端(5、6)接到U3輸入端(1、3)；U3輸出端(5、6)分別接到KS1、KS2控制端3，KS1、KS2、K1、K2的1端并聯(lián)后接到U10；KS1，K1的2端并聯(lián)后接到U4輸入端(1)，KS2、K2的2端并聯(lián)后接到U4輸入端(2)；U4輸出端(3、4)端分別接U5輸入端(1、3)，U5輸出端(5、6)接U6輸入端(1、2)；U6的三個四位數(shù)據(jù)線輸出端(3、4、5)分別接到U7輸入端(1、2、3)，同時輸出端(4、5)共8位數(shù)據(jù)線分別接U8、U9輸入端(1)；U8、U9輸出端(2)分別接U5輸入端(2、4)；U7輸出端(4)接U1輸入端(2)，同時從C端輸出給故障判斷保護(hù)電路GZ；信號轉(zhuǎn)換電路ST1的輸出經(jīng)H′接至U1輸入端(1)；U3的(2、4)端接自動/手動切換電路輸出端D/E。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工業(yè)控制操作器，其特征在于所述故障判斷保護(hù)電路GZ，由運(yùn)算放大器U31，比較器U32，非門U35、U33，或門U34、U37，與門U36電子開關(guān)K32、K33、K31組成；故障信號經(jīng)M′接至運(yùn)算放大器U31輸入端(2)；U31輸出端(3)接至U32輸入端(1)，同時又返饋到輸入端(1)；V+經(jīng)電阻R31、電位器W31接地；U32輸入端(2)接電位器W31滑動端，其輸出端(3)接至U34輸入端(2)；U34輸出端(3)分別接到U35輸入端(1)和U37輸入端(2)；U35輸出端(2)接U36輸入端(2)；手動/自動狀態(tài)信號D、E分別接至U37、U36輸入端(1)；U37和U36輸出端(3)分別接電子開關(guān)K32、K33控制端(3)，K32的(2)端與K33的(1)端連接，同時經(jīng)B端輸出給V/I轉(zhuǎn)換電路V/I2；數(shù)值保持電路信號經(jīng)C′端接到K33的(2)端，信號轉(zhuǎn)換電路的信號經(jīng)S′端接到K32的(1)端；計(jì)算機(jī)故障信號經(jīng)N端、R33、U33接至U34輸入端(1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工業(yè)控制操作器，其特征在于所述自動量程轉(zhuǎn)換電路CT，由減法器U41、比較器U42、非門(U43、U44、U45、U46)、電子開關(guān)(K41、K42、K43、K44)組成；減法器U41輸入端(1、2)與V/I轉(zhuǎn)換電路的電阻R41并連，其輸出端(3)接比較器U42輸入端(2)；U42輸入端(1)接+5V精密電源，其輸出端(3)接U43輸入端(1)，非門(U43、U44、U45、U46)串聯(lián)，同時(U43、U44、U45、U46)的輸出端又分別與電子開關(guān)K41、K42、K43、K44的控制端(1)連接；K42的(3)端接到R42、R43串連端；晶體管T42發(fā)射極接至K41的(2)端和R42，并R42、R43接至顯示器LED信號輸入端(1-)，同時從L端輸出給執(zhí)行器；K41的(3)端、K43的(2、3)端、K44的(3)端分別與顯示器LED信號輸入端(2+)、量程轉(zhuǎn)換端(3M、4G、5N)連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種工業(yè)控制用的操作儀表，由殼體、變壓器、電源板、D/A轉(zhuǎn)換板、V/I轉(zhuǎn)換板、顯示表頭組成，D/A轉(zhuǎn)換板上有信號轉(zhuǎn)換電路ST1，信號轉(zhuǎn)換電路ST2，數(shù)值保持電阻DH，V/I轉(zhuǎn)換板上有故障判斷保護(hù)電路GZ，自動量程轉(zhuǎn)換電路CT，本工業(yè)控制操作器是電動單元組合儀表中不可缺少的手動和自動操作型儀表，具有自動跟蹤、無擾動、無平衡切換、事故聯(lián)鎖與斷信號保護(hù)功能，并可直接與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)使用，其輸出顯示采用LED數(shù)顯和LED光柱顯示，廣泛用于石油、化工、冶金、電站、輕工、市政工程等工業(yè)自動控制系統(tǒng)。
文檔編號G05B11/00GK2252357SQ9523161
公開日1997年4月16日 申請日期1995年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月6日
發(fā)明者蘇承周 申請人:沈陽化工學(xué)院