CN102340137B - 用于保护模拟输入模块免受过压的装置 - Google Patents

用于保护模拟输入模块免受过压的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于保护模拟输入模块免受过压的装置，该装置包括模拟输入模块和稳定单元。模拟输入模块将从其外部输入的多个正/负模拟信号中的一个转换成数字信号，并且对转换后的数字信号进行隔离。当多个正/负模拟信号的电压电平高于模拟输入模块中的正/负工作电压的电平时，稳定单元将正/负模拟信号的电压供应至模拟输入模块。

Description

用于保护模拟输入模块免受过压的装置
技术领域
本公开的方案涉及用于保护模拟输入模块的装置，尤其涉及用于保护在可编程逻辑控制器(PLC)系统中所使用的模拟输入模块免受过压的装置。
背景技术
通常，可编程逻辑控制器(PLC)具有用于输入来自外部设备的模拟信号的模拟输入模块。模拟输入模块将从外部设备输入的模拟信号转换成数字信号并且对转换后的数字信号进行隔离。然后，模拟输入模块将隔离后的数字信号输入至诸如PLC中的微处理单元(MPU)的控制单元。
当模拟输入模块将从外部设备接收到的模拟信号转换成数字信号然后将转换后的数字信号发送给控制单元时，可能将过压输入至模拟输入模块，其中从外部设备输入的模拟信号的电压电平高于施加至模拟输入模块的工作电压的电平。如果过压被输入至模拟输入模块，那么模拟输入模块会被过压损坏。
发明内容
本公开的实施例提供了这样一种装置：即使当将电平高于施加至模拟输入模块的工作电压的电平的过压的模拟信号输入至所述模拟输入模块时，所述装置也能防止模拟输入模块被损坏。
根据本公开的方案，提供了一种用于保护模拟输入模块的装置，所述装置包括：模拟输入模块，其配置为将从其外部输入的多个正/负模拟信号中的一个转换成数字信号并且对转换后的数字信号进行隔离；以及稳定单元，其配置为：当多个正/负模拟信号的电压电平高于所述模拟输入模块中的正/负工作电压的电平时，所述稳定单元将正/负模拟信号的电压供应至所述模拟输入模块。
如上文所述，在根据本发明的用于保护模拟输入模块的装置中，当从输入模块的外部输入的模拟信号的电压电平高于供应至模拟输入电路和隔离单元的工作电压的电平时，从外部输入的模拟信号的电压作为工作电压被供应至模拟输入电路和隔离单元的电源端子。
因此，虽然输入至外部的模拟信号的电压电平是高于供应至模拟输入电路和隔离单元的工作电压的电平的过压，但是供应至模拟输入电路和隔离单元的工作电压的电平根据模拟信号的电压电平增加，以使得模拟输入电路和隔离单元不被从外部输入的模拟信号的过压损坏。
附图说明
通过以下结合附图对实施例的描述，本公开的这些和/或其他方案和优点将变得清晰并更易于理解，在附图中：
图1是图示出常用模拟输入模块的配置的方块图；以及
图2是图示出根据本公开的实施例的模拟输入模块的配置的方块图。
具体实施方式
在下文中参照附图更加充分地描述本公开，在附图中示出了本公开的各个实施例。但是本公开可以实施为多种不同的形式并且不应当被理解为限定到此处所阐释的实施例上。相反地，这些实施例的提供使得本公开是完全的，并且对本领域技术人员而言将充分地覆盖本公开的范围。
可以理解的是，虽然此处可以使用术语“第一”、“第二”等描述各种元件，但是这些元件不应当受这些术语所限制。这些术语仅用来使得一个元件与另一个元件相区分。因此，下文中描述的“第一”元件也能够被称为“第二”元件而不会偏离本公开的教导。除非另有说明，操作(或者步骤)的顺序不限于权利要求书或者附图中所呈现的顺序。
可以理解的是，当称一个元件与另一个元件“联接”或者“连接”时，其能够与另一个元件直接联接或者连接，或者也可以存在中间元件。相反地，当称一个元件与另一个元件“直接联接”或者“直接连接”时，则不存在中间元件。在全文中相同的数字指的是相同的元件。如此处所使用的，术语“和/或”包括一个或者多个相关列举项目的任意或者全部组合。
这里所使用的术语的目的仅仅在于描述特定的实施方式，而不在于限定本公开。如这里所使用的，单数形式的部分也可以是复数形式，说明书内容中以其他方式清楚地指明的除外。
可以进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，指的是所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但是并不排除一个或者多个其他附加的特征、整体、步骤、操作、元件、构件和/或其群组的存在。
在附图中，可以为了清楚而放大图层或者局部的尺寸和相对尺寸。附图不是按比例缩放的。在全文中相同的附图标记指的是相同的元件。
图1是图示出常用模拟输入模块的配置的方块图。
这里，附图标记100代表模拟输入模块设置的模拟输入电路。模拟输入电路100根据切换控制信号选择从其外部输入的多个模拟信号(AI1+，AI1-)，(AI2+，AI2-)，…，(AIN+，AIN-)中的一个，并且将选择出的模拟信号转换成数字信号。模拟输入电路100包括模拟多路复用器102、放大器104和模数转换器(ADC)106。
模拟多路复用器102根据切换控制信号选择从其外部输入的多个模拟信号(AI1+，AI1-)，(AI2+，AI2-)，…，(AIN+，AIN-)中的一个。
放大器104对由模拟多路复用器102选择出的一个模拟信号(AI+，AI-)进行放大。
ADC 106将由放大器104放大的一个模拟信号(AI+，AI-)转换成数字信号。
附图标记110代表隔离单元。隔离单元110是例如光耦合器。隔离单元110对由ADC 106转换后的数字信号进行隔离，并且将隔离后的数字信号发送给用于控制可编程逻辑控制器(PLC)的运行的诸如微处理单元(MPU)的控制单元。
在如上文描述所配置的模拟输入模块中，工作电压(V+、V-)是从外部工作电压供应单元(未示出)输入的，并且输入的工作电压(V+、V-)被施加至隔离单元110、以及模拟输入电路100中的模拟多路复用器102、放大器104和ADC 106，从而起动模拟输入模块的运行。
在这个状态中，模拟多路复用器102根据切换控制信号选择从其外部输入的多个模拟信号(AI1+，AI1-)，(AI2+，AI2-)，…，(AIN+，AIN-)中的一个。
例如，从用于控制PLC的运行的控制单元输入切换控制信号。模拟多路复用器102根据切换控制信号选择多个模拟信号(AI1+，AI1-)，(AI2+，AI2-)，…，(AIN+，AIN-)中的一个，并将选择出的模拟信号(AI+，AI-)输出至放大器104。
然后，放大器104对由模拟多路复用器102选择出的模拟信号(AI+，AI-)进行放大，并且ADC 106将由放大器104放大的模拟信号(AI+，AI-)转换成数字信号。
隔离单元110对由ADC 106转换后的数字信号进行隔离，并且隔离后的数字信号被输出至PLC的控制单元。
这里，隔离单元110配置为诸如光耦合器。光耦合器对由ADC 106输出的数字信号进行隔离，并且隔离后的数字信号被发送给PLC的控制单元。
在模拟输入模块中，当从外部输入的多个模拟信号(AI1+，AI1-)，(AI2+，AI2-)，…，(AIN+，AIN-)的电压电平高于施加至隔离单元110、以及模拟输入电路100中的模拟多路复用器102、放大器104和ADC106的工作电压(V+、V-)的电压电平时，隔离单元110、以及模拟输入电路100中的模拟多路复用器102、放大器104和ADC 106被过压损坏。
因此，即使当从外部输入的多个模拟信号(AI1+，AI1-)，(AI2+，AI2-)，…，(AIN+，AIN-)的电压电平高于施加至隔离单元110、以及模拟输入电路100中的模拟多路复用器102、放大器104和ADC106的工作电压(V+、V-)的电压电平时，也需要保护隔离单元110、以及模拟输入电路100中的模拟多路复用器102、放大器104和ADC 106免于过压损坏。
图2是图示出根据本公开的实施例的模拟输入模块的配置的方块图。
这里，附图标记200代表模拟输入电路。模拟输入电路200根据切换控制信号选择多个模拟信号(AI11+，AI11-)，(AI12+，AI12-)，…，(AI1N+，AI1N-)中的一个，并且将选择出的模拟信号转换成数字信号。模拟输入电路200包括模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206。
模拟多路复用器202根据切换控制信号选择从外部输入的多个模拟信号(AI11+，AI11-)，(AI12+，AI12-)，…，(AI1N+，AI1N-)中的一个。
放大器204对由模拟多路复用器202选择出的模拟信号进行放大。
ADC 206将由放大器204放大的模拟信号转换成数字信号。
附图标记210代表隔离单元。隔离单元210是例如光耦合器。隔离单元210对由ADC 206转换后的数字信号进行隔离，并且将隔离后的数字信号发送给用于控制PLC的运行的诸如MPU的控制单元。
附图标记220代表稳定单元。稳定单元220使得从外部工作电压供应单元(未示出)输入的正工作电压V+和负工作电压V-分别供应至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的正电源端子和负电源端子。稳定单元220还使得施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的正电源端子和负电源端子的工作电压根据从外部输入的多个模拟信号(AI11+，AI11-)，(AI12+，AI12-)，…，(AI1N+，AI1N-)的电压电平而变化。
稳定单元220包括将从外部工作电压供应单元(未示出)输入的正工作电压V+和负工作电压V-分别施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的正电源端子和负电源端子的多个二极管D11，D21，…，DN1和D13，D23，…，DN3，以及将正模拟信号AI11+、AI12+、…、AI1N+及负模拟信号AI11-、AI12-、…、AI1N-分别施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的正端子和负端子的多个二极管D12，D22，…，DN2和D14，D24，…，DN4。
在如上文所述配置的根据本公开的实施例的装置中，从外部工作电压供应单元输入的正工作电压V+通过多个二极管D11，D21，…，DN1施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的正电源端子。
从外部工作电压供应单元输入的负工作电压V-通过多个二极管D13，D23，…，DN3施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的负电源端子。
因此，工作电压(V+、V-)被施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206，以使得模拟输入模块正常运行。
流过多个二极管D11，D21，…，DN1的正工作电压V+被二极管D12，D22，…，DN2切断。所以，正工作电压对于多个正模拟信号AI11+、AI12+、…、AI1N+的输入没有影响。
此外，流过多个二极管D13，D23，…，DN3的负工作电压V-被二极管D14，D24，…，DN4切断。所以，负工作电压对于多个负模拟信号AI11-、AI12-、…、AI1N-的输入没有影响。
在这个状态中，模拟多路复用器202根据切换控制信号选择从外部输入的多个模拟信号(AI11+，AI11-)，(AI12+，AI12-)，…，(AI1N+，AI1N-)中的一个。
即，从用于控制PLC的运行的控制单元(未示出)输入切换控制信号。模拟多路复用器202根据切换控制信号选择多个模拟信号(AI11+，AI11-)，(AI12+，AI12-)，…，(AI1N+，AI1N-)中的一个，并将选择出的模拟信号输出至放大器204。
然后，放大器204对由模拟多路复用器202选择出的模拟信号进行放大，并且ADC 206将由放大器204放大的模拟信号转换成数字信号。
隔离单元210对由ADC 206转换后的数字信号进行隔离，并且将隔离后的数字信号输出至控制器(未示出)。
这里，隔离单元210配置为例如光耦合器。光耦合器对由ADC 206输出的数字信号进行隔离，并且隔离后的数字信号被发送给PLC的控制单元(未示出)。
虽然在本实施例中图示的是从工作电压供应单元(未示出)供应的正工作电压V+和负工作电压V-通过多个二极管D11，D21，…，DN1和D13，D23，…，DN3中的每个分别施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的正电源端子和负电源端子，但是从工作电压供应单元(未示出)供应的正工作电压V+和负工作电压V-可以通过二极管分别施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的正电源端子和负电源端子。
在上文所述的操作中，当多个正模拟信号AI11+，AI12+，…，AI1N+的电压电平高于从外部工作电压供应单元(未示出)输入的正工作电压的电压电平时，相应的正模拟信号AI11+，AI12+，…，AI1N+的电压通过相应的二极管D12，D22，…，DN2施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的正电源端子。所以，施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的工作电压增加至相应的正模拟信号AI11+，AI12+，…，AI1N+的电压电平，并且增加的工作电压被施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206。因此，隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206未被输入的正模拟信号AI11+，AI12+，…，AI1N+的正过压损坏。
当多个负模拟信号AI11-，AI12-，…，AI1N-的电压电平低于从外部工作电压供应单元(未示出)输入的负工作电压V-的电压电平时，负模拟信号AI11-，AI12-，…，AI1N-的电压通过相应的二极管D13，D23，…，DN3施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的负电源端子。所以，施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的工作电压减小至相应的负模拟信号AI11-，AI12-，…，AI1N-的电压电平。因此，隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206未被输入的负模拟信号AI11-，AI12-，…，AI1N-的负过压损坏。
例如，当模拟信号AI11+的电压电平高于从外部工作电压供应单元(未示出)输入的正工作电压V+的电压电平、并且负模拟信号AI11-的电压电平低于从外部工作电压供应单元(未示出)输入的负工作电压V-的电压电平时，模拟信号(AI1+，AI1-)的电压分别通过二极管D12和D14施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的正电源端子和负电源端子。
所以，施加至隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206的工作电压是根据输入的模拟信号(AI11+，AI11-)的电压电平来控制的。因此，隔离单元210、以及模拟输入电路200中的模拟多路复用器202、放大器204和ADC 206未被损坏，同时在过压状态下稳定地处理模拟信号(AI11+，AI11-)。
虽然结合优选实施例描述了本发明，但是本发明的实施例仅仅是阐释性的并且不应该被理解为限制本发明的范围。本领域技术人员应当理解的是，可以在由随附的权利要求所限定的技术精神和范围内对本发明做出各种改变和改进。

Claims (7)

1.一种用于保护模拟输入模块的装置，所述模拟输入模块用于输入从其外部输入至可编程逻辑控制器的多个正/负模拟信号，所述装置的特征在于包括：
模拟输入模块，其配置为将从其外部输入的多个正/负模拟信号中的一个转换成数字信号并且对转换后的数字信号进行隔离；以及
稳定单元，其配置为：当所述多个正/负模拟信号的电压电平高于所述模拟输入模块中的正/负工作电压的电平时，所述稳定单元将正/负模拟信号的电压供应至所述模拟输入模块，并且
其中，所述稳定单元包括：
第一二极管，其配置为将正工作电压供应至所述模拟输入模块的正电源端子；
多个第二二极管，其配置为将多个正模拟信号分别供应至所述模拟输入模块的正电源端子；
第三二极管，其配置为将负工作电压供应至所述模拟输入模块的负电源端子；以及
多个第四二极管，其配置为将多个负模拟信号分别供应至所述模拟输入模块的负电源端子。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述正/负工作电压是分别响应于所述多个正/负模拟信号而被输入的。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模拟输入模块包括：
模拟输入电路，其配置为将从其外部输入的多个正/负模拟信号中的一个转换成数字信号；以及
隔离单元，其配置为对由所述模拟输入电路转换后的数字信号进行隔离。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述模拟输入电路包括：
多路复用器，其配置为选择输入的多个正/负模拟信号中的一个；
模数转换器，其配置为将由所述多路复用器选择出的正/负模拟信号转换成数字信号。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述模拟输入电路进一步包括放大器，所述放大器配置为对由所述多路复用器选择出的所述正/负模拟信号进行放大。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述隔离单元是光耦合器。
7.一种用于保护模拟输入模块的装置，所述模拟输入模块用于输入从其外部输入至可编程逻辑控制器的多个正/负模拟信号，所述装置的特征在于包括：
模拟输入模块，其配置为将从其外部输入的多个正/负模拟信号中的一个转换成数字信号并且对转换后的数字信号进行隔离；以及
稳定单元，其配置为：当所述多个正/负模拟信号的电压电平高于所述模拟输入模块中的正/负工作电压的电平时，所述稳定单元将正/负模拟信号的电压供应至所述模拟输入模块，并且
其中，所述稳定单元包括：
多个第五二极管，其配置为将正工作电压分别供应至所述模拟输入模块的正电源端子；
多个第六二极管，其配置为将多个正模拟信号分别供应至所述模拟输入模块的正电源端子；
多个第七二极管，其配置为将负工作电压分别供应至所述模拟输入模块的负电源端子；以及
多个第八二极管，其配置为将多个负模拟信号分别供应至所述模拟输入模块的负电源端子。
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