專利名稱:用于pid閉環(huán)控制的阻流轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及變頻器PID閉環(huán)控制技術(shù)領(lǐng)域,尤其是涉及一種可以提供4mA至 20mA反饋電流的用于PID閉環(huán)控制的阻流轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù):
PID (比例-積分-微分)控制以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便 而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制 量)會反送回來影響控制器的輸出,形成一個或多個閉環(huán)。
變頻器的FI端子,必須要外部輸入4mA 20mA的電流。恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 中,需要用戶將遠(yuǎn)傳壓力表的接線頭接于FI端子。針對一些舊設(shè)備的節(jié)能改造,控制信 號可能不是一些標(biāo)準(zhǔn)的反饋信號,但是更換設(shè)備的成本非常高。恒壓供水系統(tǒng)中,將壓 力變?yōu)榈姆答侂娦盘柌辉?mA 20mA的話,即與變頻器FI端子不匹配,用戶需再外接 電阻以做相應(yīng)的限流調(diào)節(jié),這樣做的缺點(diǎn)之一在于對用戶操作也比較麻煩,而且電阻在 變頻器外部很容易發(fā)生故障,缺點(diǎn)之二在于往往用戶接入外接的標(biāo)準(zhǔn)電阻,本可以限流 為4mA 20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流,但是遠(yuǎn)傳壓力表給定的電流信號是毫安級別,在工廠等的干 擾信號源特別多的環(huán)境中,電流信號容易受外界干擾,并且也會受導(dǎo)線電阻的影響,從 而帶入誤差,往往一點(diǎn)小小的誤差對精確PID調(diào)節(jié)都是不可饒恕的,它會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn) 定,調(diào)試難度加大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的恒壓供水系統(tǒng)PID閉環(huán)控制電路中反饋電 信號不匹配、容易受干擾的技術(shù)問題,提供一種結(jié)構(gòu)簡單、匹配變頻器FI端子輸入標(biāo) 準(zhǔn)、不容易受干擾的用于PID閉環(huán)控制的阻流轉(zhuǎn)換電路。
本發(fā)明針對上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種用于PID 閉環(huán)控制的阻流轉(zhuǎn)換電路,包括穩(wěn)壓12V供電電路、恒流給定電路、受控電路,穩(wěn)壓 12V供電電路與其他恒流給定電路、受控電路連接,提供12V恒定電壓,所述恒流給定 電路與受控電路連接,從采樣端輸出恒定電流,所述受控電路的采樣端與遠(yuǎn)傳壓力表內(nèi) 部的滑動電阻連接。
作為優(yōu)選,所述的穩(wěn)壓12V供電電路,包括三端穩(wěn)壓器、第六電阻、第四電 容、第六電容、第七電阻、第七電容第五電容和第三二極管;所述第六電阻一端與所述 三端穩(wěn)壓器的Vin腳相連,另一端與MV電源相連;所述第四電容一端與所述三端穩(wěn)壓 器的GND腳相連,另一端與MV電源相連;所述第六電容一端與所述三端穩(wěn)壓器的Vin 腳相連,另一端與所述三端穩(wěn)壓器的GND腳相連接;所述第七電阻一端與所述三端穩(wěn)壓 器的1腳,即輸出腳相連,另一端與所述三端穩(wěn)壓器的GND腳相連;所述第七電容一端與所述三端穩(wěn)壓器的1腳相連,另一端接所述三端穩(wěn)壓器的GND腳;所述第三組合二極 管陽極端接地,陰極端接所述三端穩(wěn)壓器的Vin腳,中間端子接所述三端穩(wěn)壓器的1腳; 所述第五電容一端接所述三端穩(wěn)壓器的GND腳,另一端與所述三端穩(wěn)壓器的1腳相連 接。
作為優(yōu)選,所述恒流給定電路包括第一電阻、第八電容、第五電阻、第一電 容、第一三極管、三端穩(wěn)壓管、第一運(yùn)算放大器;所述第一電阻一端接于12V電源,另 一端分別接所述三端穩(wěn)壓管的參考電壓輸入端和陽極端以及所述第一運(yùn)算放大器的正相 輸入端;所述第八電容接于所述三端穩(wěn)壓管的參考電壓輸入端和陰極端之間;所述三端 穩(wěn)壓管的陰極端接地;所述第五電阻一端接所述第一運(yùn)算放大器反相輸入端,另一端接 地;所述第一電容一端接地,另一端接12V電源;所述第一運(yùn)算放大器8端接12V電 源,4端接地,輸出端接第一三極管基極。
作為優(yōu)選,所述受控電路包括第三電阻、第一二極管、第二電容、第四電阻、 第二運(yùn)算放大器、第二三極管、第二二極管、第三電容;所述第三電阻一端與12V電源 相連接,另一端接于所述第一二極管陰極、R-A端子連接;所述第二電阻一端接于R-B 端子,一端接于第一二極管的陽極;R-A端子和R-B端子與遠(yuǎn)傳壓力表的內(nèi)電阻連接; 所述第二電容一端接所述第一二極管的陰極,另一端接所述第一二極管的陽極;所述第 一二極管陽極接所述第一三極管的集電極;所述第四電阻一端接所述第二電阻的一端, 另一端接所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端和所述第二三極管的集電極;所述第二運(yùn)算 放大器的正相輸入端接所述第一二極管的陽極,輸出端接所述第二三極管的基極;所述 第二二極管的陰極接所述第二三極管的發(fā)射極,陽極接地;所述第三電容一端接第二二 極管的陰極,另一端接第二二極管的陽極。
本發(fā)明需要遠(yuǎn)傳壓力表為電阻式遠(yuǎn)傳壓力表。
采樣信號直接取自電阻式遠(yuǎn)傳壓力表內(nèi)部中帶動面表指針滑動的滑動電阻上, 不需要接外部電電流。
本發(fā)明提供恒定電流經(jīng)過遠(yuǎn)傳壓力表內(nèi)部中帶動面表指針滑動的滑動電阻,此 恒流有隔離濾波和電流大小自動補(bǔ)償?shù)墓δ?,非常穩(wěn)定。
遠(yuǎn)傳壓力表內(nèi)部中帶動面表指針滑動的滑動電阻的電阻值在外部受干擾的程度 遠(yuǎn)遠(yuǎn)比弱電流信號受到干擾的程度小很多,否則壓力表就會有誤差,壓力表的精度也是 依靠其內(nèi)電阻,這樣提高了采樣的穩(wěn)定性和精度,同時經(jīng)過受控電路處理,在輸出端形 成4mA 20mA穩(wěn)定電流進(jìn)入變頻器的FI端子,從而為PID的精確調(diào)節(jié)提供保障。
穩(wěn)壓12V供電電路中,正MV電源端子經(jīng)過三端穩(wěn)壓器芯片穩(wěn)壓為12V的恒電 壓電路。該12V恒電壓電路負(fù)責(zé)為后級電路恒壓供電,對后級電路的穩(wěn)定工作起著至關(guān) 重要的作用。該12V恒壓電路通過一個組合二極管鉗位保護(hù),又經(jīng)過一個阻容電路濾波 處理,最終輸出12V恒壓電源。
本發(fā)明帶來的實(shí)質(zhì)性效果是,為PID閉環(huán)控制電路提供穩(wěn)定可靠的反饋電流, 通用性強(qiáng),結(jié)構(gòu)簡單,精度高,抗干擾性好。
圖1是本發(fā)明一種的電路圖。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例,并結(jié)合附圖,對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
實(shí)施例本實(shí)施例的一種用于PID閉環(huán)控制的阻流轉(zhuǎn)換電路,如圖1所示,有 六個端子,分別為R-A、R-B> FK FC、SC、SP。其中R_A,R-B分別為電阻式遠(yuǎn)傳壓 力表內(nèi)部的滑動電阻接線端,SP是正MV電源端子,SC為MV電壓接線的公共端,F(xiàn)I 為4mA 20mA外部模擬電流輸入PID閉環(huán)控制的反饋信號端。FC為模擬信號公共輸入 端子。該裝置外形簡單,只需要用戶將遠(yuǎn)傳壓力表內(nèi)部變電阻接于R-A和R-B端子,將 SP、SC、FK FC插入變頻器對應(yīng)端子即可,即插即用,操作簡單。
正24V電壓經(jīng)過電路中C4、C6、R6組成的阻容限流濾波電路進(jìn)入三端穩(wěn)壓器 78L12,調(diào)壓為12V電壓。78L12是一種正三端穩(wěn)壓器,78L12與齊納二極管于電阻并 聯(lián)的電路相比較,具有耐高負(fù)荷,內(nèi)部熱過載保護(hù)和改善輸出阻抗,消除電路噪音的特 點(diǎn),其輸出電壓12V,輸出電流100mA。78L12再經(jīng)過C7,C5,R7阻容濾波,輸出12V 電壓信號,再有D2潛位保護(hù),輸出12V穩(wěn)定電壓。
12V電壓再分為三路。
第一路經(jīng)過Rl接于三端穩(wěn)壓管(三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管)TL431的1、3 端子,其中引線端子1為參考電壓輸入端,3為公共陽極端,2為輸出陰極端,輸出陰極 端接地,為了確保電路工作穩(wěn)定,1、2端子之間用C8隔離。許多穩(wěn)壓基準(zhǔn)的負(fù)載能力 都很小,例如齊納二極管,端電壓調(diào)節(jié)也不方便,而由TL431構(gòu)成的穩(wěn)壓基準(zhǔn)溫漂小, 封裝簡單(型如三極管),又有相當(dāng)?shù)呢?fù)載能力,1端則一般通過分壓電阻進(jìn)行采樣,它 的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置從2.5V到36V范圍內(nèi)的任何值,其中輸出電壓 U=2.5*(R2+R3)/R3,只要改變R2阻值的大小,就可以改變輸出電壓的大小,負(fù)載電流范 圍(1.0 100)mA,電路簡單。C8是電容,在此一方面是濾波,保證電路工作穩(wěn)定, 另一方面隔離直流,相當(dāng)于R3為無窮大,R2為0,故TL431輸出電壓為2.5V接于LM385 的正相端。通過改變R2的值,可以使輸出電壓高于2.5V,從而使運(yùn)算放大器LM358的 正相輸入端在2.5V到36V的某個值,從而設(shè)定R5的恒電壓,來設(shè)置經(jīng)過R5上面的恒電 流,方便靈活。本實(shí)施例中TL431輸出電壓為2.5V。通過運(yùn)算放大器LM358接于NPN 型三極管Ql的基極,以驅(qū)動三極管Ql。NPN型三極管Ql為高電平驅(qū)動有效而導(dǎo)通。
第二路經(jīng)過R3接于塑制硅整流二極管Dl的陰極。我們假設(shè)遠(yuǎn)傳壓力表內(nèi)部 電流經(jīng)過帶動指針滑動的電阻,假設(shè)設(shè)為Rp。電流從12V端子經(jīng)過R3、R-A端子由導(dǎo) 線進(jìn)入Rp的劃片后,又從Rp的低電位端由導(dǎo)線進(jìn)入該裝置的R-B端子。電流再經(jīng)過 R2進(jìn)入NPN型三極管Ql的集電極,在NPN型三極管Ql基極高電平有效開通后,進(jìn)入 R5接地。其中R5的電阻有很大作用,R5關(guān)系經(jīng)過Rp電流的大小,他的電阻的大小需 要根據(jù)外界不同的壓力遠(yuǎn)傳表上內(nèi)部的變電阻的情況(即R-A端子和R-B端子之間的電 阻)而確定,在這里我們?nèi)5為510歐姆。因為流過Rp上電阻電流為2.5V/510歐等 于4.9mA的恒電流源,所以Rp的電阻變化就會帶來R3上電壓的變化從而給FI端子提 供4mA 20mA之間不等的電流反饋信號。因為Rp為外界儀表滑動變阻器,Rp的高點(diǎn)位 點(diǎn)(外界儀表滑動變阻器的劃片端)和低電位端通過導(dǎo)線進(jìn)入該裝置的R-A端子和R-B 端子,可能會送外界噪聲信號的干擾,通過C2,R4阻容濾波電路濾波,消除噪聲信號后的信號即為恒壓供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力信號。此信號接于第二運(yùn)算放大器LM385 (UlB) 的輸入端,即RP上的電阻(電壓信號)接到LM385的輸入端,輸出低電平驅(qū)動PNP型 三極管Q2,PNP型三極管Q2為低電平驅(qū)動有效導(dǎo)通,在此LM385 (UlB)與PNP型 三極管Q2構(gòu)成電流并聯(lián)深度負(fù)反饋電路,輸出受Rp的電阻變化控制的受控恒電流源, 此恒電流源與負(fù)載電阻無關(guān)。最后輸出電流進(jìn)入整流二極管D2與電容C3的并聯(lián)電路, 鉗位保護(hù)和濾波,輸出4mA 20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號。其中FI端子為250歐姆的輸入內(nèi) 阻,4mA 20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號經(jīng)過兩個串聯(lián)總值為250歐姆的輸入電阻(負(fù)載電阻) 接地,將其轉(zhuǎn)換為1 5V的CPU可以接受的弱電壓信號,進(jìn)入CPU。
第三路為集成運(yùn)算放大器UlA供電,并通過電容接地。
本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式 替代,但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
盡管本文較多地使用了受控電路、恒流給定電路等術(shù)語,但并不排除使用其它 術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì);把它們解 釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
1.一種用于PID閉環(huán)控制的阻流轉(zhuǎn)換電路,包括穩(wěn)壓12V供電電路、恒流給定電路、 受控電路,其特征在于所述穩(wěn)壓12V供電電路與其他恒流給定電路、受控電路連接, 提供12V恒定電壓,所述恒流給定電路與受控電路連接,從采樣端輸出恒定電流,所述 受控電路的采樣端與遠(yuǎn)傳壓力表內(nèi)部的滑動電阻連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于PID閉環(huán)控制的阻流轉(zhuǎn)換電路,其特征在于所述的穩(wěn) 壓12V供電電路,包括三端穩(wěn)壓器、第六電阻、第四電容、第六電容、第七電阻、第七 電容第五電容和第三二極管;所述第六電阻一端與所述三端穩(wěn)壓器的Vin腳相連,另一 端與24V電源相連;所述第四電容一端與所述三端穩(wěn)壓器的GND腳相連,另一端與24V 電源相連;所述第六電容一端與所述三端穩(wěn)壓器的Vin腳相連,另一端與所述三端穩(wěn)壓 器的GND腳相連接;所述第七電阻一端與所述三端穩(wěn)壓器的1腳,即輸出腳相連,另一 端與所述三端穩(wěn)壓器的GND腳相連;所述第七電容一端與所述三端穩(wěn)壓器的1腳相連, 另一端接所述三端穩(wěn)壓器的GND腳;所述第三組合二極管陽極端接地,陰極端接所述三 端穩(wěn)壓器的Vin腳,中間端子接所述三端穩(wěn)壓器的1腳;所述第五電容一端接所述三端穩(wěn) 壓器的GND腳,另一端與所述三端穩(wěn)壓器的1腳相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于PID閉環(huán)控制的阻流轉(zhuǎn)換電路,其特征在于所述恒流 給定電路包括第一電阻、第八電容、第五電阻、第一電容、第一三極管、三端穩(wěn)壓管、 第一運(yùn)算放大器;所述第一電阻一端接于12V電源,另一端分別接所述三端穩(wěn)壓管的參 考電壓輸入端和陽極端以及所述第一運(yùn)算放大器的正相輸入端;所述第八電容接于所述 三端穩(wěn)壓管的參考電壓輸入端和陰極端之間;所述三端穩(wěn)壓管的陰極端接地;所述第五 電阻一端接所述第一運(yùn)算放大器反相輸入端,另一端接地;所述第一電容一端接地,另 一端接12V電源;所述第一運(yùn)算放大器8端接12V電源,4端接地,輸出端接第一三極 管基極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于PID閉環(huán)控制的阻流轉(zhuǎn)換電路,其特征在于所述受 控電路包括第三電阻、第一二極管、第二電容、第四電阻、第二運(yùn)算放大器、第二三極 管、第二二極管、第三電容;所述第三電阻一端與12V電源相連接,另一端接于所述第 一二極管陰極、R-A端子連接;所述第二電阻一端接于R-B端子,一端接于第一二極管 的陽極;R-A端子和R-B端子為采樣端,與遠(yuǎn)傳壓力表的內(nèi)電阻連接;所述第二電容一 端接所述第一二極管的陰極,另一端接所述第一二極管的陽極;所述第一二極管陽極接 所述第一三極管的集電極;所述第四電阻一端接所述第二電阻的一端,另一端接所述第 二運(yùn)算放大器的反相輸入端和所述第二三極管的集電極;所述第二運(yùn)算放大器的正相輸 入端接所述第一二極管的陽極,輸出端接所述第二三極管的基極;所述第二二極管的陰 極接所述第二三極管的發(fā)射極,陽極接地;所述第三電容一端接第二二極管的陰極,另 一端接第二二極管的陽極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于PID閉環(huán)控制的阻流轉(zhuǎn)換電路,旨在提供一種針對FI端子不匹配的電流信號轉(zhuǎn)換處理為FI端子匹配的標(biāo)準(zhǔn)電流信號和抗干擾能力很強(qiáng)的阻流轉(zhuǎn)換電路。它包括穩(wěn)壓12V供電電路、恒流給定電路、受控電路,穩(wěn)壓12V供電電路與其他恒流給定電路、受控電路連接,提供12V恒定電壓,所述恒流給定電路與受控電路連接,從采樣端輸出恒定電流,所述受控電路的采樣端與遠(yuǎn)傳壓力表內(nèi)部的滑動電阻連接。采樣端直接沖滑動電阻采樣,確保信號不受干擾,并通過可控電路輸出符合變頻器FI端子輸入信號規(guī)格的采樣電信號,確保整個PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的精確調(diào)節(jié)。本發(fā)明適用于所有的恒壓供水系統(tǒng)中的PID閉環(huán)控制電路。
文檔編號H02M3/155GK102025268SQ20101058766
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者張彥杰, 李敏 申請人:嘉興市佳樂科儀有限公司