一种电熔镁炉嵌入式控制器的信号调理装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电熔镁炉过程控制技术领域，具体涉及一种电熔镁炉嵌入式控制器的信号调理装置。
【背景技术】
[0002]电熔镁砂的生产过程以菱镁矿石为原料，采用三相交流电熔镁炉进行熔炼，通过调整三相电极与熔池液面之间的位置来控制三相电极电流，使之产生电弧，通过电弧放热使炉内原料受热熔化形成熔液，熔液再经过冷却结晶后生成成品。
[0003]随着电熔镁砂企业对能源利用效率和产品品位要求的提高，冶炼过程的控制方式开始逐渐由人工手动控制方式转向采用智能控制策略的自动控制方式，所采用的自动控制装置也呈现出由PLC控制系统向更加智能的嵌入式控制系统(如图1所示)转变的趋势。嵌入式控制器是一个含有多种电子元器件和电子部件的复杂电子系统，外部信号的干扰以及系统内部器件之间、各传送通道之间的相互干扰都会对嵌入式控制器及其数据信息产生干扰与破坏，影响嵌入式控制器的工作稳定性、可靠性和安全性。例如，电熔镁砂冶炼过程中，电熔镁炉嵌入式控制器处在一个十分复杂的电磁环境中，电力开关、变频器、拖动电机等设备工作以及冶炼过程本身的动态特性对冶炼电流的影响都容易产生尖峰信号，进而对嵌入式控制器造成影响。此外，嵌入式控制器所能接受和输出的模拟量或数字量信号往往与工业现场的外部设备，如传感器或执行机构所能提供或接受的信号在类型和区间上存在差异，需要进行相应的信号转换。因此，设计开发一种电熔镁炉嵌入式控制器信号调理电路板，用于保护电熔镁炉专用嵌入式控制器，减少冶炼过程中产生的尖峰信号对电熔镁炉嵌入式控制器的影响，并对嵌入式控制器的输入输出信号进行必要的转换是十分必要的。
【发明内容】
[0004]针对电熔镁砂冶炼环境存在复杂的电磁干扰，对嵌入式控制器的安全稳定运行造成威胁，整个控制系统中信号类型和区间不一致的问题，本发明提供一种电熔镁炉用嵌入式控制器的信号调理装置，对嵌入式控制器的输入和输出信号进行转换和隔离，使电熔镁炉用嵌入式控制器能够正常工作，并有效的过滤掉尖峰信号，对电熔镁炉嵌入式控制器起到保护作用。
[0005]本发明的技术方案:
[0006]—种电熔镁炉嵌入式控制器的信号调理装置，包括:集成在同一块电路板上的若干个模拟量输入信号的隔离与转换模块、若干个模拟量输出信号的隔离与转换模块、若干个数字量输入信号的隔离与转换模块、若干个数字量输出信号的隔离与转换模块;所述模拟量输入信号的隔离与转换模块的输入端与电熔镁炉的嵌入式控制系统中相应传感器的输出端连接，模拟量输入信号的隔离与转换模块的输出端与所述电熔镁炉嵌入式控制器相应的输入端连接;所述模拟量输出信号的隔离与转换模块的输入端与所述电熔镁炉嵌入式控制器相应的输出端连接，模拟量输出信号的隔离与转换模块的输出端与电熔镁炉嵌入式控制系统中相应的执行机构的输入端连接;所述数字量输入信号的隔离与转换模块的输入端与所述电熔镁炉嵌入式控制系统中相应传感器的输出端连接，数字量输入信号的隔离与转换模块的输出端与所述电熔镁炉嵌入式控制器相应的输入端连接;所述数字量输出信号的隔离与转换模块的输入端与所述电熔镁炉嵌入式控制器的输出端连接，数字量输出信号的隔离与转换模块的输出端与电熔镁炉嵌入式控制系统中相应的执行机构的输入端连接。
[0007]根据所述的电熔镁炉用嵌入式控制器的信号调理装置，所述模拟量输入信号的隔离与转换模块、模拟量输出信号的隔离与转换模块、数字量输入信号的隔离与转换模块、数字量输出信号的隔离与转换模块各自的数量由其各自连接的相应的传感器或者执行机构的数量决定。
[0008]根据所述的电熔镁炉用嵌入式控制器的信号调理装置，所述模拟量输入信号的隔离与转换模块，用于将熔镁炉的嵌入式控制系统中传感器提供的4-20mA的标准模拟量输入信号转换成0-5V的嵌入式控制器可以接受的模拟量输入信号，同时对这两种信号进行隔离。
[0009]根据所述的电熔镁炉用嵌入式控制器的信号调理装置，模拟量输出信号的隔离与转换模块，用于将电熔镁炉嵌入式控制器的模拟量输出信号转换成电熔镁炉嵌入式控制系统相应的执行机构所需的标准模拟量信号，同时对这两种信号进行隔离。
[0010]根据所述的电熔镁炉用嵌入式控制器的信号调理装置，数字量输入信号的隔离与转换模块:用于将熔镁炉的嵌入式控制系统中传感器提供的24V开关量信号转换成嵌入式控制器可以接受的5V开关量信号，同时对这两种信号进行隔离。
[0011]根据权利要求1所述的电熔镁炉用嵌入式控制器的信号调理装置，数字量输出信号的隔离与转换模块:用于将嵌入式控制器输出的5V开关量信号转换成电熔镁炉嵌入式控制系统中的相应的执行机构所需的24V开关量信号，同时对这两种信号进行隔离。
[0012]根据所述的电熔镁炉用嵌入式控制器的信号调理装置，所述模拟量输入信号的隔离与转换模块由型号为RCV420的模拟量输入信号转换芯片和型号为IS0122的模拟量输入隔呙芯片构成。
[0013]根据所述的电熔镁炉用嵌入式控制器的信号调理装置，所述模拟量输出信号的隔离与转换模块采用的是型号为0P07的运放芯片。
[0014]根据所述的电熔镁炉用嵌入式控制器的信号调理装置，所述数字量输入信号的隔离与转换模块采用的是型号为TLP281-4的4通道光耦芯片。
[0015]根据所述的电熔镁炉用嵌入式控制器的信号调理装置，所述数字量输出信号的隔离与转换模块采用的是型号为ULN2003D的驱动芯片。
[0016]有益效果:本发明提供了一种电熔镁炉嵌入式控制器的信号调理装置，可实现对电熔镁炉用嵌入式控制器输入输出信号的隔离和转换。本发明确保了电熔镁炉用嵌入式控制器的正常使用，有效的减少了尖峰信号对电熔镁炉嵌入式控制器的干扰，降低了电熔镁炉嵌入式控制器被损害的风险，这些将直接提高整个电熔镁炉用嵌入式控制系统的安全性和控制精度。
【附图说明】
[0017]图1本发明一种实施方式中电熔镁炉嵌入式控制系统示意图；
[0018]图2为本发明一种实施方式中电熔镁炉嵌入式控制器的信号调理装置的结构示意图；
[0019]图3为本发明一种实施方式中型号为RCV420的模拟量输入信号转换芯片和型号为IS0122的模拟量输入隔离芯片的电路连接原理图；
[0020]图4为本发明一种实施方式中型号为0P07的运放芯片的电路连接原理图；
[0021]图5为本发明一种实施方式中型号为TLP281-4的4通道光耦芯片的电路连接原理图；
[0022]图6为本发明一种实施方式中型号为ULN2003D的驱动芯片电路连接原理图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。
[0024]本实施方式的电熔镁炉嵌入式控制器的信号调理装置，如图2所示，包括:集成在同一电路板上的若干个模拟量输入信号的隔离与转换模块、若干个模拟量输出信号的隔离与转换模块、若干个数字量输入信号的隔离与转换模块、若干个数字量输出信号的隔离与转换模块;所述模拟量输入信号的隔离与转换模块的输入端与电熔镁炉嵌入式控制系统中相应传感器的输出端连接，模拟量输入信号的隔离与转换模块的输出端与所述嵌入式控制器相应的输入端连接;所述模拟量输出信号的隔离与转换模块的输入端与所述嵌入式控制器相应的输出端连接，模拟量输出信号的隔离与转换模块的输出端与电熔镁炉嵌入式控制系统的相应的执行机构(例如变频器)的输入端连接;所述数字量输入信号的隔离与转换模块的输入端与所述熔镁炉嵌入式控制系统中相应的传感器的输出端连接，数字量输入信号的隔离与转换模块的输出端与所述嵌入式控制器相应的输入端连接;所述数字量输出信号的隔离与转换模块的输入端与所述嵌入式控制器相应的输出端连接，数字量输出信号的隔离与转换模块的输出端与电熔镁炉嵌入式控制系统中相应的执行机构(例如继电器、接触器)的输入端连接。所述的模拟量信号和数字量信号输入输出方向是针对电熔镁炉用嵌入式控制器而言，即输入到电熔镁炉用嵌入式控制器的模拟量信号和数字量信号分别称为模拟量输入信号和数字量输入信号，电熔镁炉嵌入式控制器输出的模拟量信号和数字量信号分别称为模拟量输出信号和数字量输出信号。
[0025]由于电熔镁炉嵌入式控制系统中传感器提供的模拟量输入为4-20mA的标准模拟量信号，嵌入式控制器可以接受的模拟量输入信号为0-5V的电压信号，因此需要将4-20mA的标准模拟量信号转换成0-5V的电压信号。本实施方式中通过模拟量输入信号的隔离与转换模块将电熔镁炉的嵌入式控制系统中传感器提供的4_20mA的标准模拟量输入信号转换成0-5V的嵌入式控制器可以接受的模拟量输入电压信号，同时对这两种信号进行隔离。本实施方式的模拟量输入信号的隔离与转换模块由型号为RCV420的模拟量输入信号转换芯片和型号为IS0122的模拟量输入隔离芯片构成。通过型号为RCV420的模拟量输入信号转换芯片将电熔镁炉的嵌入式控制系统中传感器提供的4_20mA的标准模拟量输入信号转换成0-5V的嵌入式控制器可以接受的模拟量输入电压信号。通过型号为IS0122的模拟量输入隔离芯片对这两种信号进行隔离。型号为RCV420的模拟量输入信号转换芯片和型号为IS0122的模拟量输入隔离芯片的连接关系，如图3所示。对于型号为RCV420的模拟量输入信号转换芯片:其第3引脚接入模拟量输入信号ΑΙ0;其第1、6、7、8、9引脚悬空;其第2引脚与模拟地相连接;其第4引脚与12V电源的负端相连接;其第5引脚与模拟地相连接;模拟地与12V电源的负端之间通过Iuf的电容C4相连接;其第10、11、12引脚互连;其第13引脚与模拟地相连接；其第14、15引脚相互连接在一起，并输出转换后的模拟量输入信号；其第16引脚与12V电源的正端连接，并通过电容Iuf的Cl与模拟地相连接。对于型号为IS01