阅读说明：本技术 一种电磁阀控制装置及智能干选机 (Solenoid valve control device and intelligent dry separator ) 是由 梁兴国 王家祥 刘云峰 于 2020-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种电磁阀控制装置及智能干选机。电磁阀控制装置包括通信模块、FPGA、多个电磁阀驱动模块及多个数字信号输出模块；FPGA通过通信模块与上位机连接,用于接收上位机发送的电磁阀控制信号；FPGA包括多路输出端口,输出端口与电磁阀驱动模块的输入端连接,电磁阀驱动模块的输出端与数字信号输出模块的输入端连接,数字信号输出模块的输出端与电磁阀连接；电磁阀驱动模块用于在FPGA的控制下驱动电磁阀开启或关闭；电磁阀驱动模块包括并联设置的至少两个MOS芯片。本发明实施例的技术方案,可以快速控制电磁阀的开启或关闭动作,达到精确控制电磁阀行为的目的。(The embodiment of the invention discloses a solenoid valve control device and an intelligent dry separator. The electromagnetic valve control device comprises a communication module, an FPGA, a plurality of electromagnetic valve driving modules and a plurality of digital signal output modules; the FPGA is connected with the upper computer through a communication module and is used for receiving the electromagnetic valve control signal sent by the upper computer; the FPGA comprises a plurality of output ports, the output ports are connected with the input end of the electromagnetic valve driving module, the output end of the electromagnetic valve driving module is connected with the input end of the digital signal output module, and the output end of the digital signal output module is connected with the electromagnetic valve; the electromagnetic valve driving module is used for driving the electromagnetic valve to open or close under the control of the FPGA; the electromagnetic valve driving module comprises at least two MOS chips which are arranged in parallel. According to the technical scheme of the embodiment of the invention, the opening or closing action of the electromagnetic valve can be rapidly controlled, and the aim of accurately controlling the action of the electromagnetic valve is achieved.)

一种电磁阀控制装置及智能干选机

技术领域

本发明实施例涉及电磁阀控制技术，尤其涉及一种电磁阀控制装置及智能干选机。

背景技术

智能干选机（Telligent Dry Separator，TDS）利用射线和图像识别技术对煤和矸进行识别，实现对块煤的精准识别与分选，具有不用水、工艺简单、投资少、生产成本低的优点。

TDS的执行系统的核心包括电磁阀喷吹系统，电磁阀喷吹系统是通过多个电磁阀控制多个空气喷嘴，利用空气喷嘴出风控制煤块或矸石的移动。TDS中需要同时控制几十个至几百个电磁阀进行开启或关闭动作，电磁阀动作的执行精度要求在1ms以内，同时TDS用到的电磁阀种类也有若干种，不同类型的电磁阀要求的驱动功率不同，现有技术主要采用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）对电磁阀进行驱动控制。由于PLC响应时间较慢，可能无法满足控制要求，导致电磁阀的通断存在延时或者提前的情况，影响TDS的分选精度。

发明内容

本发明实施例提供一种电磁阀控制装置及智能干选机，该电磁阀控制装置基于FPGA的硬件平台，通过通信模块实现与上位机快速通讯，能达到100μs的状态更新速度，同时MOS芯片的响应速度也能达到微秒级别，控制电磁阀的开启或关闭动作，达到精确控制电磁阀行为的目的。

第一方面，本发明实施例提供一种电磁阀控制装置，用于控制多个电磁阀，包括通信模块、现场可编程逻辑门阵列FPGA、多个电磁阀驱动模块以及多个数字信号输出模块；

所述FPGA通过所述通信模块与上位机连接，所述FPGA用于接收所述上位机发送的电磁阀控制信号；

所述FPGA包括多路输出端口，所述输出端口与所述电磁阀驱动模块的输入端一一对应连接，所述电磁阀驱动模块的输出端与所述数字信号输出模块的输入端一一对应连接，所述数字信号输出模块的输出端与所述电磁阀一一对应连接；

所述电磁阀驱动模块用于在所述FPGA的控制下，根据所述电磁阀控制信号生成电磁阀驱动信号，并通过所述数字信号输出模块传输到对应的电磁阀，以驱动所述电磁阀开启或关闭；

所述电磁阀驱动模块包括并联设置的至少两个金属氧化物半导体MOS芯片。

可选的，还包括多个光耦隔离芯片，所述光耦隔离芯片的输入端与所述FPGA的输出端口一一对应连接，输出端与所述电磁阀驱动模块的输入端一一对应连接。

可选的，还包括多个模数转换模块；

所述FPGA还包括多个输出反馈检测端口，所述模数转换模块的输入端与所述电磁阀驱动模块的输出端一一对应连接，输出端与所述输出反馈检测端口一一对应连接；

所述FPGA还用于根据所述输出反馈检测端口接收到的信号监测所述电磁阀驱动模块的输出信号是否异常。

可选的，还包括看门狗电路和时钟复位电路；

所述看门狗电路的第一端与所述FPGA连接，第二端与所述时钟复位电路的第一端连接；

所述时钟复位电路的第二端与所述FPGA连接；

所述看门狗电路用于接收所述FPGA发送的喂狗信号，并在接收不到所述喂狗信号时向所述时钟复位电路发送复位信号；

所述时钟复位电路用于在接收到所述复位信号时控制所述FPGA复位。

可选的，n级电磁阀控制装置级联设置；

所述通信模块包括上行接口和下行接口，第一级所述电磁阀控制装置的上行接口与上位机连接，第n级所述电磁阀控制装置的上行接口与第n-1级所述电磁阀控制装置的下行接口连接；

其中，n≥2，且n为整数。

可选的，所述通信模块包括以太网通信模块；所述以太网通信模块包括RJ45接口和端口物理层PHY芯片。

可选的，所述通信模块包括RS-585总线、RS-232总线、PCI-E总线或RapidIO总线的任意一种。

可选的，所述MOS芯片为ISP772T芯片；

所述电磁阀驱动模块包括第一MOS芯片、第二MOS芯片、第一电阻以及第一电容；

所述第一MOS芯片和所述第二MOS芯片的供电端均与第一电压端连接，输入端与所述FPGA的输出端口连接，输出端与所述第一电阻的第一端和所述第一电容的第一端连接，所述第一电阻的第二端与第一接地端连接，所述第一电容的第二端与第二接地端连接。

可选的，所述光耦隔离芯片为TLP183芯片，所述TLP183芯片包括一发光二极管和一感光三极管；

所述发光二极管的正极与所述FPGA的输出端口连接，负极与第三接地端连接，所述感光三极管的集电极与第二电压端连接，发射极与所述电磁阀驱动模块的输入端连接。

第二方面，本发明实施例还提供一种智能干选机，包括上述任意一种电磁阀控制装置。

本发明实施例提供的电磁阀控制装置，包括通信模块、FPGA、多个电磁阀驱动模块以及多个数字信号输出模块；FPGA通过通信模块与上位机连接，实现FPGA与上位机的快速通讯，FPGA用于接收上位机发送的电磁阀控制信号；FPGA包括多路输出端口，输出端口与电磁阀驱动模块的输入端一一对应连接，电磁阀驱动模块的输出端与数字信号输出模块的输入端一一对应连接，数字信号输出模块的输出端与电磁阀一一对应连接；电磁阀驱动模块用于在FPGA的控制下，根据电磁阀控制信号生成电磁阀驱动信号，并通过数字信号输出模块传输到对应的电磁阀，以驱动电磁阀开启或关闭；电磁阀驱动模块包括并联设置的至少两个金属氧化物半导体MOS芯片。通过设置基于FPGA的硬件平台，FPGA与上位机之间通过通信模块可以实现100μs级更新速度的快速通讯，通过电磁阀驱动模块根据电磁阀控制信号生成电磁阀驱动信号，电磁阀驱动信号通过数字信号输出模块输出，控制电磁阀的开启或关闭；通过设置电磁阀驱动模块包括至少两个并联的MOS芯片，MOS芯片具有微秒级响应速度，且通过MOS芯片并联的方式可以使电磁阀驱动模块的功率满足电磁阀的驱动需求，达到快速、准确控制电磁阀行为的目的。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电磁阀控制装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种电磁阀控制装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的又一种电磁阀控制装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种电磁阀控制装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的又一种电磁阀控制装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种多电磁阀控制装置级联结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种电磁阀驱动模块的电路结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种光耦隔离芯片的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1所示为本发明实施例提供的一种电磁阀控制装置的结构示意图。参考图1，本实施例提供的电磁阀控制装置用于控制多个电磁阀100，包括通信模块10、现场可编程逻辑门阵列FPGA20、多个电磁阀驱动模块30以及多个数字信号输出模块（DO）40；FPGA20通过通信模块30与上位机200连接，FPGA20用于接收上位机200发送的电磁阀控制信号；FPGA20包括多路输出端口21，输出端口21与电磁阀驱动模块30的输入端一一对应连接，电磁阀驱动模块30的输出端与数字信号输出模块40的输入端一一对应连接，数字信号输出模块40的输出端与电磁阀100一一对应连接；电磁阀驱动模块30用于在FPGA20的控制下，根据电磁阀控制信号生成电磁阀驱动信号，并通过数字信号输出模块40传输到对应的电磁阀100，以驱动电磁阀100开启或关闭；电磁阀驱动模块40包括并联设置的至少两个金属氧化物半导体MOS芯片31。

可以理解的是，图1中示出的4个电磁阀100是示意性的，在其他实施例中，可以根据实际需求设计电磁阀100的数量，例如8个、16个等，还可以采用级联的方式控制更多的电磁阀。电磁阀驱动模块40包括两个并联设置的MOS芯片31仅是示意性的，具体实施时可以根据实际电磁阀的驱动功率设置MOS芯片31的数量，可选的，MOS芯片31可以为ISP772T芯片。ISP772T芯片具有响应快（微秒量级）、功率大（电流大于或等于1.5A）的特点，采用双芯片并联的方式，总输出电流能达到3A，满足99%以上的电磁阀驱动能力。

本实施例的技术方案，通过设置基于FPGA的硬件平台，FPGA与上位机之间通过通信模块可以实现100μs级更新速度的快速通讯，通过电磁阀驱动模块根据电磁阀控制信号生成电磁阀驱动信号，电磁阀驱动信号通过数字信号输出模块输出，控制电磁阀的开启或关闭；通过设置电磁阀驱动模块包括至少两个并联的MOS芯片，MOS芯片具有微秒级响应速度，且通过MOS芯片并联的方式可以使电磁阀驱动模块的功率满足电磁阀的驱动需求，达到快速、准确控制电磁阀行为的目的。本实施例提供的电磁阀控制装置的所有模块可以集成于同一电路板上，整体尺寸为100mm×100mm，且为卡片式安装，不会占用非常大的空间，对于需要几十甚至几百个电磁阀进行集中控制应用场景非常适用。

在上述技术方案的基础上，图2所示为本发明实施例提供的另一种电磁阀控制装置的结构示意图。参考图2，可选的，本实施例提供的电磁阀控制装置还包括多个光耦隔离芯片（OC）50，光耦隔离芯片50的输入端与FPGA20的输出端口21一一对应连接，输出端与电磁阀驱动模块30的输入端一一对应连接。

可以理解的是，通过在FPGA20和电磁阀驱动模块30之间设置光耦隔离芯片50，可以避免FPGA20与电磁阀驱动模块30直接电连接，避免电磁阀驱动模块30在驱动电磁阀时可能产生的反向电流流入FPGA20，提高电磁阀控制装置的安全性能。可选的，光耦隔离芯片50可以为TLP183芯片，具体实施时可以根据实际需求选择。

图3所示为本发明实施例提供的又一种电磁阀控制装置的结构示意图。参考图3，可选的，本实施例提供的电磁阀控制装置还包括多个模数转换模块（ADC）60；FPGA20还包括多个输出反馈检测端口22，模数转换模块60的输入端与电磁阀驱动模块30的输出端一一对应连接，输出端与输出反馈检测端口22一一对应连接；FPGA20还用于根据输出反馈检测端口22接收到的信号监测电磁阀驱动模块30的输出信号是否异常。

可以理解的是，通过设置模数转换模块60，每路电磁阀驱动模块30的输出端都有状态采集信号，能通过采集通路电流状态，对比出厂预设的该类型电磁阀的正常值，对电磁阀实际工作状态进行判断，给出电磁阀断开、短路、堵塞等状态的判断结果，便于电磁阀的维护。

图4所示为本发明实施例提供的又一种电磁阀控制装置的结构示意图。参考图4，可选的，本实施例提供的电磁阀控制装置还包括看门狗电路70和时钟复位电路80；看门狗电路70的第一端与FPGA20连接，第二端与时钟复位电路80的第一端连接；时钟复位电路80的第二端与FPGA20连接；看门狗电路70用于接收FPGA20发送的喂狗信号，并在接收不到喂狗信号时向时钟复位电路80发送复位信号；时钟复位电路80用于在接收到复位信号时控制FPGA20复位。

通过设置看门狗电路70和时钟复位电路80，可以在FPGA20出现故障（例如死循环）时复位FPGA20，提高电磁阀控制装置的工作稳定性。

需要说明的是，在具体实施时，上述实施例中各可选模块可以相互组合，以满足不同应用场景的需求。示例性的，图5所示为本发明实施例提供的又一种电磁阀控制装置的结构示意图。参考图5，本实施例提供的电磁阀控制装置包括通信模块10、FPGA20、电磁阀驱动模块30、数字信号输出模块（DO）40、光耦隔离芯片（OC）50、模数转换模块（ADC）60、看门狗电路70以及时钟复位电路80，可选的，通信模块10包括以太网通信模块；以太网通信模块包括RJ45接口11和端口物理层PHY芯片12。上位机200与RJ45接口11连接，RJ45接口11通过PHY芯片12与FPGA20连接，可以实现微秒级的快速通讯。具体实施时，RJ45接口可以选用HR911205C，PHY芯片可以选用LAN8720AI-CP-TR芯片。

在其他实施例中，可选的，通信模块可以包括RS-585总线、RS-232总线、PCI-E总线或RapidIO总线的任意一种，具体实施时可以根据实际需求选择，本发明实施例对此不作限定。

在实际应用过程中，由于端口数量、单个装置承载功率等原因，一个电磁阀控制装置可以控制的电磁阀数量可能不能满足实际应用需求，若多个电磁阀控制装置均与上位机连接，需要上位机包括多个通信接口，不利于降低成本。本实施例提供的电磁阀控制装置还可以采用多装置级联的方式。示例性的，图6所示为本发明实施例提供的一种多电磁阀控制装置级联结构示意图。参考图6，可选的，n级电磁阀控制装置300级联设置；通信模块包括上行接口301和下行接口302，第一级电磁阀控制装置300—1的上行接口301—1与上位机200连接，第n级电磁阀控制装置300—n的上行接口301—n与第n-1级电磁阀控制装置300—n-1的下行接口302—n-1连接；其中，n≥2，且n为整数。

当单个电磁阀控制装置控制16个电磁阀，级联数量为64时，可以满足单系统1024个电磁阀的控制需求。在具体实施时，上行接口101和下行接口102均可以采用RJ45接口，在其他实施例中也可以选择其他通信接口，本发明实施例对此不作限定。

在上述实施例的基础上，示例性的，图7所示为本发明实施例提供的一种电磁阀驱动模块的电路结构示意图。参考图7，MOS芯片为ISP772T芯片，电磁阀驱动模块包括第一MOS芯片U1、第二MOS芯片U2、第一电阻R1以及第一电容C1；第一MOS芯片U1和第二MOS芯片U2的供电端均与第一电压端VCC1连接，输入端D1IN与FPGA的输出端口连接，输出端OUT与第一电阻R1的第一端和第一电容C1的第一端连接，第一电阻R2的第二端与第一接地端GND1连接，第一电容C2的第二端与第二接地端GND2连接。

其中，ISP772T芯片包括四个供电端Vbb1~Bbb4，均与第一电压端VCC1连接，第一电压端VCC1的电压可以为24V，第一MOS芯片U1和第二MOS芯片U2的输入端和输出端分别并联，第一接地端GND1为模拟接地端，第一电阻R1用于AD隔离，第二接地端GND2为屏蔽接地端，用于屏蔽信号干扰。

示例性的，图8所示为本发明实施例提供的一种光耦隔离芯片的电路结构示意图。参考图8，光耦隔离芯片为TLP183芯片，TLP183芯片包括一发光二极管D和一感光三极管T；发光二极管D的正极与FPGA的输出端口连接，负极与第三接地端GND3连接，感光三极管T的集电极与第二电压端VCC2连接，发射极与电磁阀驱动模块的输入端D1IN连接。

其中，图8中示出两个光耦隔离芯片，光耦隔离芯片与FPGA的输出端之间还设置有第二电阻R2，没两个光耦合理芯片共用一个8P4R贴片排阻RN，以利于电路结构封装。

本发明实施例还提供一种智能干选机，包括上述实施例提供的任意一种电磁阀控制装置。

可以理解的是，本实施例提供智能干选机可以用于煤与矸的智能分选，采用智能识别方法，针对不同的煤质特征建立与之相适应的分析模型，通过大数据分析，对煤与矸石进行数字化识别，最终通过智能执行系统将矸石排出；包括给料系统、布料装置、识别装置、执行机构四大主要系统，以及供风系统、除尘系统、电控系统三个辅助系统；给料系统位于布料系统的入料端，原料由给料系统均匀给入布料装置上；识别装置是位于布料装置上方的X射线源和位于布料装置下方的X射线探测器；执行机构为出口朝着精煤、矸石运动轨迹的阵列式空气喷嘴，每个空气喷嘴通过一个电磁阀控制喷气，电磁阀的开启和关闭采用上述实施例提供的任意一种电磁阀控制装置控制执行。电磁阀控制装置具有快速、准确控制电磁阀行为的特点，可以集成于同一电路板上，整体尺寸为100mm×100mm，且为卡片式安装，不会占用非常大的空间，对于智能干选机中需要几十甚至几百个电磁阀进行集中控制应用场景非常适用。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。