一种高可靠性快速启动控制模块

技术领域

本发明涉及启动控制模块技术领域，尤其涉及一种高可靠性快速启动控制模块。

背景技术

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)，一种具有微处理机的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载内存内储存与执行，可编程控制器由内部CPU，指令及资料内存、输入输出单元、电源模组、数字模拟等单元所模组化组合成；广泛应用于工业控制领域，在可编程逻辑控制器出现之前，一般要使用成百上千的继电器以及计数器才能组成具有相同功能的自动化系统，而现在，经过编程的简单的可编程逻辑控制器模块基本上已经代替了这些大型装置，可编程逻辑控制器的系统程序一般在出厂前已经初始化完毕，用户可以根据自己的需要自行编辑相应的用户程序来满足不同的自动化生产要求；

现有控制系统采用传统的PLC控制器控制模式，PLC控制器体积较大，多为塑料外壳，无法适应高强震动环境；PLC控制器通电后由于操作系统需要初始化，启动时间较慢，一般需要几十秒，无法适应某些通电就需要控制的场景。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，通过橡胶垫和钢套的设置，有效解决现有技术无法适应高强震动环境的技术问题，而且通过主控模块和辅控模块的设置实现毫秒级启动，解决现有技术启动时间慢的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高可靠性快速启动控制模块，包括壳体，所述壳体中设有上壳体和下壳体，所述下壳体与上壳体之间设有安装支架，所述安装支架设置在右侧下壳体上端，且安装支架上端装有橡胶垫所述橡胶垫上端设有钢套，且所述下壳体上设置有电路模块；

电路模块，所述电路模块包括主控模块，所述主控模块通过CAN通讯连接辅控模块，所述辅控模块与主控模块进行数据交互，所述主控模块连接控制电源模块、开关输入信号模块、存储模块和温度采样模块，所述辅控模块连接输出状态电路和与主控模块相同的控制电源模块、存储模块和温度采样模块。

作为一种优选，所述控制电源模块为DC24V电源进入辅控模块，经过放反接二极管、EMI电源滤波通过隔离DC/DC电源模块产生稳定的DC5.0V、DC3.3V电源，提供给控制电源模块部分使用。

作为一种优选，所述防反接二极管串联在输入电源正极电路上，采用正向电源12A，反向浪涌电压为DC100V的肖特基二极管对后级控制电源进行防反保护，所述EMI电源滤波电路由耐压值DC100V的电解电容，400VAC的安规电容以及300Ω、100MHz共模滤波器组成，滤波后的电源经过一个反向关断电压为DC36V，6kW瞬间尖峰吸收的TVS二极管进行浪涌吸收保护后,提供给DC/DC电源模块进行降压处理，所述DC/DC电源模块采用电压范围为DC9.0V～36.0V，最大功率30W的隔离芯片将输入电源稳定成DC5.0V电源，然后再经过一个最大输入电压为DC20.0V的降压芯片将DC5.0V稳压成DC3.3V。

作为一种优选，所述CAN通讯连接中保留CAN总线，所述CAN总线与外部连接部分设计终端匹配电阻设计，以及采用共模电管、ESD二级管对收发进行保护设计，且所述辅控模块设置2路CAN总线，1路与主控模块通信，另1路作为维护通信接口。

作为一种优选，所述输出状态电路采用TLP291光耦实现，并对信号进行隔离处理，且外部输入信号串接3.3kΩ与光耦连接。

作为一种优选，所述存储模块由8KB EEPROM芯片及外围电路组成，芯片由DC3.3V供电，通过IIC总线接口实现读写操作，通信速率为400kHz。

作为一种优选，所述电路模块中设置有CPU，所述CPU采用144脚32位ARM控制芯片，配合8MHz的无源晶振，能够达到主频168MHz，且电路模块运行于嵌入式ARM芯片中，采用无操作系统架构，通电后模块毫秒启动立刻能够控制，系统主要流程包括：步骤

S1：开始；

S2：硬件初始化；

S3：10ms定时到？

S4：是/否(重复步骤S3)；

S5：是，处理CAN缓冲区；

S6：处理指示灯显示；

S7：输入信号检测；

S8：发送CAN数据处理。

作为又一种优选，所述辅控模块可扩展，少于等于36个。

本发明的有益效果：

(1)本发明中通过设置橡胶垫和钢套使得电路模块处在减震环境下，从而适应高强震动环境。

(2)本发明中通过采用正向电流为12A，反向浪涌电压为DC100V的肖特基二极管对后级控制电源进行防反保护。

(3)本发明中通过设置CAN总线与外部连接部分设计终端匹配电阻设计，以及采用共模电管、ESD二级管对收发进行保护设计，达到防止信号反射和尖峰电压冲击的作用。

(4)本发明中通过将辅控模块设计2路CAN总线，1路与主控模块通信，另1路作为维护通信接口，实现调试、程序更新的作用。

综上所述，该设备具有适用高强震动环境，实现毫秒级启动响应的优点，尤其适用于启动控制模块技术领域。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明中模块整体结构示意图。

图2为本发明模块中橡胶垫和钢圈的结构位置示意图。

图3为本发明中主控模块的运行流程结构示意图。

图4为本发明中控制电源模块和开关输入信号模块流程结构示意图。

图5为本发明中辅控模块运行流程结构示意图。

图6为本发明中CPU电路示意图。

图7为本发明中控制电源示意图。

图8为本发明中通信电路示意图。

图9为本发明中输出状态采集电路示意图。

图10为本发明中输出控制电路示意图。

图11为本发明中系统流程示意图。

图12为本发明中存储电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。

实施例一

如图1至图12所示，本发明提供了一种高可靠性快速启动控制模块，包括壳体1，所述壳体1中设有上壳体11和下壳体12，所述下壳体12与上壳体11之间设有安装支架13，所述安装支架13设置在右侧下壳体12上端，且安装支架13上端装有橡胶垫14所述橡胶垫14上端设有钢套15，且所述下壳体12上设置有电路模块2；

电路模块2，所述电路模块2包括主控模块21，所述主控模块21通过CAN通讯连接辅控模块22，所述辅控模块22与主控模块21进行数据交互，所述主控模块21连接控制电源模块23、开关输入信号模块24、存储模块25和温度采样模块26，所述辅控模块22连接输出状态电路27和与主控模块21相同的控制电源模块23、存储模块25和温度采样模块26，辅控模块22能够通过CAN总线，获取主控模块21发送的输出控制信息，实现输出的逻辑控制；能够采集输出控制状态，通过CAN总线上报输出状态信号；主控模块21能够通过CAN总线与辅控模块22实现数据交互，获取输出控制状态信息；并能够采集开关输入信号，通过与辅控模块22通信实现对输出的控制。

进一步，如图5所示，所述控制电源模块23为DC24V电源进入辅控模块22，经过放反接二极管、EMI电源滤波通过隔离DC/DC电源模块产生稳定的DC5.0V、DC3.3V电源，提供给控制电源模块23部分使用，使得输入电源稳定；

进一步，所述防反接二极管串联在输入电源正极电路上，采用正向电源12A，反向浪涌电压为DC100V的肖特基二极管对后级控制电源进行防反保护，所述EMI电源滤波电路由耐压值DC100V的电解电容，400VAC的安规电容以及300Ω、100MHz共模滤波器组成，滤波后的电源经过一个反向关断电压为DC36V，6kW瞬间尖峰吸收的TVS二极管进行浪涌吸收保护后,提供给DC/DC电源模块进行降压处理，所述DC/DC电源模块采用电压范围为DC9.0V～36.0V，最大功率30W的隔离芯片将输入电源稳定成DC5.0V电源，然后再经过一个最大输入电压为DC20.0V的降压芯片将DC5.0V稳压成DC3.3V，安全系数高，电源电压稳定，启动更快捷。

进一步，如图4所示，所述CAN通讯连接中保留CAN总线，所述CAN总线与外部连接部分设计终端匹配电阻设计，以及采用共模电管、ESD二级管对收发进行保护设计，且所述辅控模块22设置2路CAN总线，1路与主控模块21通信，另1路作为维护通信接口，CAN总线差分信号经过CAN隔离收发器进行信号隔离转换，实现数据收发功能；

所述CAN总线与外部连接部分设计终端匹配电阻设计，以及采用共模电管、ESD二级管对收发进行保护设计，达到防止信号反射和尖峰电压冲击的作用；

所述辅控模块22设计2路CAN总线，1路与主控模块通信，另1路作为维护通信接口，实现调试、程序更新。

进一步，如图9和图10所示，所述输出状态电路采用TLP291光耦实现，并对信号进行隔离处理，且外部输入信号串接3.3kΩ与光耦连接，输出状态采集电路设计采用TLP291光耦实现，并对信号进行隔离处理，减少外部信号的干扰；

所述外部输入信号串接3.3kΩ与光耦连接，保证信号电压在过低、过高的情况下能够使光耦导通，产生有效检测信号，利用光耦的隔离特性将输入信号与辅控模块的检测信号进行隔离。

进一步，如图12所示，所述存储模块25由8KB EEPROM芯片及外围电路组成，芯片由DC3.3V供电，通过IIC总线接口实现读写操作，通信速率为400kHz，存储速度更快。

进一步，如图6所示，所述电路模块2中设置有CPU，所述CPU采用144脚32位ARM控制芯片，配合8MHz的无源晶振，能够达到主频168MHz，CPU的FLASH大小为256KB，RAM大小为192KB，应用程序在设计过程变得简单，运行过程中实时性得到有效提高，保证程序的稳定性和健壮性，还能通过专用复位芯片及逻辑门器件实现系统电位逻辑检测，进而实现系统电源通断控制，完成系统复位，且电路模块2运行于嵌入式ARM芯片中，采用无操作系统架构，通电后模块毫秒启动立刻能够控制，如图11所示，系统主要流程包括：步骤

S1：开始；

S2：硬件初始化；

S3：10ms定时到？

S4：是/否(重复步骤S3)；

S5：是，处理CAN缓冲区；

S6：处理指示灯显示；

S7：输入信号检测；

S8：发送CAN数据处理。

更进一步，所述辅控模块22可扩展，少于等于36个，有效控制主控模块21与辅控模块22的有效信息交互。

工作过程：首先系统上电后，模块毫秒级启动，主控模块实时采集开关输入信号，通过1路CAN总线与辅控模块通信，实现输出控制和输出状态获取，其中系统上电后，辅控模块实时采集输出状态信号，通过1路CAN总线与主控模块交互，获取输出控制指令、上报输出状态信息；

值得说明的是，本模块通过减震设计，能够适应以下震动环境：

1)正弦振动：

对数频率扫描，每个扫描循环周期5Hz～500Hz～5Hz为15min，振动方向沿三个互相垂直轴，每轴振动时间为2h，振动幅值要求如下：

5Hz～10Hz±6mm；

10Hz～50OHz 2.5g。

2)随机振动：

随机振动条件见表1：

表1随机振动条件

振动方向沿三个互相垂直轴，每轴振动时间为1小时；

所以橡胶垫14和钢套15的使用使得该模块在不同频率震动情况下也能适应并正常工作。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前后”、“左右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

当然在本技术方案中，本领域的技术人员应当理解的是，术语“一”应理解为“至少一个”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术提示下可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。