CN102081837A - 一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统，该系统包括信号输入电路、本安限能电路、信号传输调制电路、HART信号解调电路、HART信号传输电路、信号耦合解调电路、信号输出电路、第一变压器、第二变压器、第三变压器，所述的信号输入电路与本安限能电路连接，所述的本安限能电路与信号传输调制电路连接，所述的信号传输调制电路通过第二变压器与信号耦合解调电路连接，所述的信号传输调制电路与HART信号解调电路连接，所述的HART信号解调电路通过第三变压器与HART信号传输电路连接，所述的HART信号传输电路与信号耦合解调电路连接，所述的信号耦合解调电路与信号输出电路连接。与现有技术相比，本发明具有低功耗、具有防爆功能等优点。

Description

一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统

技术领域

本发明涉及模拟量输入型系统，尤其是涉及一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速发展，对工业自动化的发展也提出了越来越高的要求，对于工业自动化控制系统设备的数量需求急剧增加，其规模也有大型化趋势。目前，我们所用的工业控制系统及系统中所用到的电气设备多数采用国外进口，尤其是一些大中型项目中，如石化、冶金、制药、船舶等行业。根据市场调查，这些行业都有将系统低成本化的迫切需求，但由于使用国外进口产品较多，其系统的硬件成本及维护、维修成本很难降低，阻碍了系统规模的扩大。同时，一部分国内的供应商为了快速进入并占领市场，不顾产品的性能和质量缩减成本，以降低销售价格，但这反过来也导致了这类国产产品很难进入大型项目，只能靠低价优势打价格战，在低利润空间中竞争。最终导致了恶性循环，民族工业发展慢，自主开发能力差，同时加剧了与国外工业品的两极分化。

本项目所开发生产的产品定位在中高端市场，目标用户倾向于大中型项目的过程控制系统。

在技术指标和产品上接近以P+F(德国)、Phoenix(德国)、MTL(英国)等为代表的国际领先水平，同时，加大对EMC电磁兼容抗干扰和长期工作可靠性、稳定性的研究和测试的投入，提高其抗干扰能力和质量，在主要性能和质量上达到国内领先。同时，通过技术革新，在磁性耦合器件和其它核心器件上采用自行研发的新型低成本材料进行替代，在不降低性能质量的前提下降低成本。此外，与国外产品相比，本产品具有货期较短，维护、维修成本低的优势。

通过自主研发，缩短与国外进口产品间的技术性能和质量的差距，同时通过低价优势进入大、中型项目，增加国产工业品在一些关键项目中的市场份额，振兴民族工业。同时，逐步向中小型项目延伸，提高国产产品的整体技术性能档次。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低功耗、具有防爆功能的具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统，其特征在于，该系统包括电源稳压电路、DC/AC转换电路、第一AC/DC转换电路、第二AC/DC转换电路、信号输入电路、本安限能电路、信号传输调制电路、HART信号解调电路、HART信号传输电路、信号耦合解调电路、信号输出电路、第一变压器、第二变压器、第三变压器，所述的电源稳压电路与DC/AC转换电路连接，所述的DC/AC转换电路通过第一变压器分别与第一AC/DC转换电路、第二AC/DC转换电路连接，所述的第一AC/DC转换电路分别与信号耦合调制电路、信号输出电路连接，所述的第二AC/DC转换电路与信号传输调制电路连接，所述的信号输入电路与本安限能电路连接，所述的本安限能电路与信号传输调制电路连接，所述的信号传输调制电路通过第二变压器与信号耦合解调电路连接，所述的信号传输调制电路与HART信号解调电路连接，所述的HART信号解调电路通过第三变压器与HART信号传输电路连接，所述的HART信号传输电路与信号耦合解调电路连接，所述的信号耦合解调电路与信号输出电路连接。

所述的电源稳压电路包括滤波电路、DC/DC转换电路，所述的滤波电路分别与外部电源、DC/DC转换电路连接，所述的DC/DC转换电路与DC/AC转换电路连接。

所述的第一变压器、第二变压器、第三变压器为软磁铁氧体隔离变压器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、高效率DC/DC转换技术

低功耗技术，采用了新型DC/DC转换电路技术，一方面提高了能量转换效率，大幅减少了电源功率消耗，达到了节能环保的目的；另一方面，由于降低了功耗，有助于减少模块在工作时的发热量，提高长期工作的可靠性。

2、本安防爆技术

可靠地限制了从安全区控制室通往危险区的电路能量，防止了危险区域爆炸性气体和粉尘因电路火花发生爆炸。

3、高精度磁隔离耦合技术

高精度磁隔离耦合技术，用高精度的磁性材料器件配合适当的外围电路参数和传输补偿电路，既获得了较高的传输精度，又降低了成本，有利于提高产品的市场竞争力。

4、EMC电磁兼容抗干扰技术

EMC电磁兼容抗干扰技术，通过对电路参数研究和对PCB电路板的设计，提高模块抗干扰的能力，有利于适应现场复杂的电磁环境，提高了模块的可靠性和稳定性。

5、HART智能通讯技术

HART智能通讯技术，实现了现场智能仪表与控制室间的双向通讯，提高了工业控制领域的信息化。

附图说明

图1为本发明一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统的结构示意图；

图2为本发明一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统的电源稳压电路的电路图；

图3为本发明一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统的DC/AC转换电路的电路图；

图4为本发明一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统的AC/DC转换电路的电路图；

图5为本发明一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统的本安限能电路的电路图；

图6为本发明一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统的信号传输调制电路、信号耦合解调电路的电路图；

图7为本发明一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统的信号输出电路的电路图；

图8为本发明一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统的HART信号解调电路、HART信号传输电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统，该系统包括电源稳压电路1、DC/AC转换电路4、第一AC/DC转换电路5、第二AC/DC转换电路6、信号输入电路7、本安限能电路8、信号传输调制电路9、HART信号解调电路11、HART信号传输电路12、信号耦合解调电路10、信号输出电路13、第一变压器14、第二变压器15、第三变压器16，所述的电源稳压电路1与DC/AC转换电路4连接，所述的DC/AC转换电路4通过第一变压器14分别与第一AC/DC转换电路5、第二AC/DC转换电路6连接，所述的第一AC/DC转换电路5分别与信号耦合调制电路10、信号输出电路13连接，所述的第二AC/DC转换电路6与信号传输调制电路9连接，所述的信号输入电路7与本安限能电路8连接，所述的本安限能电路8与信号传输调制电路9连接，所述的信号传输调制电路9通过第二变压器15与信号耦合解调电路10连接，所述的信号传输调制电路9与HART信号解调电路11连接，所述的HART信号解调电路11通过第三变压器16与HART信号传输电路12连接，所述的HART信号传输电路12与信号耦合解调电路10连接，所述的信号耦合解调电路10与信号输出电路13连接。所述的电源稳压电路包括滤波电路2、DC/DC转换电路3，所述的滤波电路2分别与外部电源、DC/DC转换电路3连接，所述的DC/DC转换电路3与DC/AC转换电路4连接。

如图2所示，电源稳压电路1采用TVS管，快速熔断保险丝，反向保护二极管，电感、电容等器件对电源部分进行保护和滤波。其中，TVS管可抑制瞬态电压(浪涌)冲击，快速熔断保险丝在出现异常状态产生大电流时短路保护内部电路不受损坏，二极管可进行反向电压保护，电阻、电容组成简易滤波器，易于滤除电源中的高频纹波干扰。DC/DC(直流/直流)电路3通过LM317，FZT751，电阻、电容、电感等元器件，实现代功耗、高精度稳压，高功率直流稳压功能，提高电源效率，减少功率消耗。

如图3所示，DC/AC转换电路4由多谐振荡器CD4047和2N7002MOS管、电阻、电容及变压器构成。将直流电源转换为高频方波，实现逆变，通过两个MOS管交替导通，以交流形式传输至变压器，并由变压器耦合到输入输出侧。

如图4所示，所述的AC/DC转换电路由整流二极管、稳压管、电容、负载电阻构成。将变压器原边的交流信号转换为直流电源，供后端电路使用。

如图5所示，本安限能电路8由稳压管、保险丝、限流电阻构成，其参数设置符合防爆标准《GB3836》，可通过标志为[Ex ia]II C的认证，用于0区危险场所的防爆。

如图6所示，信号传输调制电路、信号耦合解调电路主要由MOS管，变压器、电阻及电容等元器件组成，右侧输入的4～20mA直流电流信号经过MOSFET的交替导通进行高频调制，以约200kHz的频率通过变压器进行耦合。在输出侧经过对称的双MOSFET解调后还原为直流信号进行传输。

如图7所示，信号输出电路13由运放、晶体管、电位器、电阻、电容组成。经过解调的直流电流信号通过本电流的反馈调节和误差补偿后，向控制室传输。

如图8所示，HART信号解调电路11、HART信号传输电路12由变压器、电阻、电容网络组成，自输入侧往输出侧的HART信号叠加在4～20mA电路上进行传输，而来自输出侧的HART信号经本电路的调制和解调后传输至输入侧。

Claims (3)

1.一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统，其特征在于，该系统包括电源稳压电路、DC/AC转换电路、第一AC/DC转换电路、第二AC/DC转换电路、信号输入电路、本安限能电路、信号传输调制电路、HART信号解调电路、HART信号传输电路、信号耦合解调电路、信号输出电路、第一变压器、第二变压器、第三变压器，所述的电源稳压电路与DC/AC转换电路连接，所述的DC/AC转换电路通过第一变压器分别与第一AC/DC转换电路、第二AC/DC转换电路连接，所述的第一AC/DC转换电路分别与信号耦合调制电路、信号输出电路连接，所述的第二AC/DC转换电路与信号传输调制电路连接，所述的信号输入电路与本安限能电路连接，所述的本安限能电路与信号传输调制电路连接，所述的信号传输调制电路通过第二变压器与信号耦合解调电路连接，所述的信号传输调制电路与HART信号解调电路连接，所述的HART信号解调电路通过第三变压器与HART信号传输电路连接，所述的HART信号传输电路与信号耦合解调电路连接，所述的信号耦合解调电路与信号输出电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统，其特征在于，所述的电源稳压电路包括滤波电路、DC/DC转换电路，所述的滤波电路分别与外部电源、DC/DC转换电路连接，所述的DC/DC转换电路与DC/AC转换电路连接。

3.根据权利要求1所述的一种具有本安隔离防爆功能的模拟量输入型系统，其特征在于，所述的第一变压器、第二变压器、第三变压器为软磁铁氧体隔离变压器。

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