CN102495555A - 多功能信号输出装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多功能信号输出装置，包含第一调节单元、信号放大单元、输出单元以及检测单元。第一调节单元用以产生第一电压信号。信号放大单元电性耦接第一调节单元，用以将第一电压信号放大为第二电压信号。输出单元包含第一输入端、第二输入端以及输出端，第一输入端电性耦接信号放大单元，用以接收第二电压信号，输出单元对第二电压信号进行信号放大与信号转换，以产生相对应的电流信号。检测单元并联耦接于输出单元的第二输入端以及输出单元的输出端之间，用以检测电流信号，并产生反馈信号给输出单元的第二输入端。本发明所提出的多功能信号输出装置可具有多种模拟电压、可调整的模拟电流输出以及可控制的数字信号输出。

Description

多功能信号输出装置

技术领域

本揭示内容是有关于一种信号输出装置，且特别是有关于一种具有多种信号输出的多功能信号输出装置。

背景技术

在科学技术高度发展的今天，工业控制也随的日新月异。工业控制的方法包含通讯控制以及物理量控制，其中通讯控制可采用无线方式进行工业产品的控制，并可节省实际配线的成本。然而，物理量控制仍为工业控制中的一种不可取代且有效的控制方式，包含透过压力信号、流量信号以及温度信号等模拟信号的传递，以提供实际的物理量信号给控制器进行信号处理并产生相对应的控制命令。因此，现今的工业控制产品必然具有相对应的模拟以及数字端点作为控制信号的输入或输出端点，以接收或输出相对应的模拟与数字信号。

然而，目前能提供工业控制产品所需的模拟或数字信号的信号源装置大多仅包含一种信号输出型式，例如，仅能输出0V～10V的模拟电压，而无法同时提供工业控制产品的-10V～+10V与4mA～20mA等不同信号需求。因此，习知的信号源装置无法满足工业控制产品的所有信号需求，使得在对工业控制产品(例如：控制器以及驱动器)进行测试或控制时，需要另外购置相对应的信号源装置，以产生所需的多重模拟与数字信号。

因此，迄今习知技术仍具有上述缺陷与不足的处需要解决。

发明内容

本揭示内容的一态样是关于一种多功能信号输出装置，包含第一调节单元、信号放大单元、输出单元以及检测单元。第一调节单元用以产生第一电压信号。信号放大单元电性耦接第一调节单元，用以接收第一电压信号，并将第一电压信号放大为第二电压信号。输出单元包含第一输入端、第二输入端以及输出端，其中输出单元的第一输入端电性耦接信号放大单元，用以接收信号放大单元所输出的第二电压信号。输出单元对第二电压信号进行信号放大与信号转换，以产生相对应第二电压信号位准的电流信号，并透过输出端输出电流信号。检测单元并联耦接于输出单元的第二输入端以及输出单元的输出端之间，用以检测输出单元所输出的电流信号，并产生反馈信号给输出单元的第二输入端。

依据本揭示内容的一实施例，其中第一调节单元包含第一可变电阻。第一调节单元是透过第一可变电阻的调整而对所接收的调节电压进行分压，以产生第一电压信号。

依据本揭示内容的一实施例，其中信号放大单元包含第一运算放大器以及多个电阻，且第一运算放大器以及电阻是配置为负反馈放大电路，以对第一电压信号进行反相放大。

依据本揭示内容的一实施例，上述输出单元更包含第二运算放大器、多个电阻以及晶体管。第二运算放大器以及电阻是配置为负反馈放大电路，以对第二电压信号进行反相放大。晶体管电性耦接第二运算放大器的输出端，并受第二电压信号的反相放大信号的驱动而产生相对应的电流信号。

依据本揭示内容的一实施例，其中检测单元包含配置为随耦器型式的第三运算放大器。第三运算放大器用以对电流信号进行检测，并产生相对应的反馈信号，使输出单元依据第二电压信号以及反馈信号对电流信号进行反馈控制。

依据本揭示内容的一实施例，上述信号输出装置更包含电源供应单元。电源供应单元包含电源转换电路以及多个电阻，且电源供应单元电性耦接信号放大单元、输出单元以及检测单元，并透过电源转换电路以及电阻的配置而对第一电源信号进行位准转换与分压，以产生多个操作电压信号。

依据本揭示内容的一实施例，其中操作电压信号包含第一操作电压信号、第二操作电压信号、第三操作电压信号、第四操作电压信号以及参考电压信号。第一操作电压信号与第二操作电压信号是用以提供操作上所需的电压给信号放大单元、输出单元以及检测单元的运算放大器。

依据本揭示内容的一实施例，上述信号输出装置更包含第二调节单元。第二调节单元包含第二可变电阻、第三可变电阻、串联电阻以及稳压二极管。第二调节单元电性耦接电源供应单元以及第一调节单元，用以接收第二电源信号、第三操作电压信号、第四操作电压信号以及参考电压信号，并透过稳压二极管以及第二可变电阻与第三可变电阻的调整对所接收的上述电压信号进行调节与分压，以产生调节电压、第一模拟电压以及第二模拟电压。

依据本揭示内容的一实施例，上述信号输出装置更包含数字控制单元。数字控制单元包含多个切换开关以及多个继电器，且数字控制单元电性耦接电源供应单元以及第二调节单元，并透过切换开关以及继电器的配置选择数字控制的方式。

依据本揭示内容的一实施例，其中切换开关中之第一切换开关是用以控制继电器的动作，以选择由数字控制单元或外部控制装置控制数字输出信号。

因此，依据本揭示内容所述的技术内容，上述多功能信号输出装置可具有多种模拟电压输出、可调整的模拟电流输出以及可控制的数字信号输出，使其能够有效解决习之技术上的问题。

由此可知，本揭示内容的多功能信号输出装置可提供各种模拟与数字信号以符合工业控制产品之需求，使得本发明无论在工业控制的现场前期调试或在实验室进行测试，都可带来极大的便利性。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1是绘示依照本揭示内容的第一实施方式的一种多功能信号输出装置的电路方块示意图。

图2是绘示如图1所示的多功能信号输出装置的电路结构示意图。

图3是绘示依照本揭示内容的第二实施方式的一种多功能信号输出装置的电路方块示意图。

图4是绘示如图3所示的多功能信号输出装置中电源供应单元的电路结构示意图。

图5是绘示如图3所示的多功能信号输出装置中第二调节单元的电路结构示意图。

图6是绘示如图3所示的多功能信号输出装置中数字控制单元的电路结构示意图。

图7是绘示利用图3所示的多功能信号输出装置所组成的工业控制系统的电路方块示意图。

【主要组件符号说明】

100、300：多功能信号输出装置

110、310：第一调节单元

111、113：电阻

112：第一可变电阻

120、320：信号放大单元

121：第一运算放大器

122～124：电阻

130、330：输出单元

131、331：输出单元的第一输入端

132、332：输出单元的第二输入端

133、333：输出单元的输出端

134：第二运算放大器

135：晶体管

136～139：电阻

Rout：输出电阻

140、340：检测单元

141：第三运算放大器

350：电源供应单元

351：电源转换电路

352～354：电阻

360：第二调节单元

361：第二可变电阻

362：第三可变电阻

363：串联电阻

364：稳压二极管

370：数字控制单元

3701～3712：第一切换开关～第十二切换开关

3721～3730：继电器

700：工业控制系统

710：可程控器

720：变频器

具体实施方式

以下将以图式及详细叙述清楚说明本揭示内容的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本揭示内容的较佳实施例后，当可由本揭示内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本揭示内容的精神与范围。

图1是绘示依照本揭示内容的第一实施方式的一种多功能信号输出装置100的电路方块示意图。多功能信号输出装置100包含第一调节单元110、信号放大单元120、输出单元130以及检测单元140。第一调节单元110用以产生第一电压信号V1。信号放大单元120电性耦接第一调节单元120，用以接收第一电压信号V1，并将第一电压信号V1放大为第二电压信号V2。输出单元130包含第一输入端131、第二输入端132以及输出端133，其中输出单元130的第一输入端131电性耦接信号放大单元120，用以接收信号放大单元120所输出的第二电压信号V2。随后，输出单元120对第二电压信号V2进行信号放大与信号转换，以产生相对应第二电压信号V2位准的电流信号Io(例如：4mA～20mA)，并透过输出端133输出电流信号Io。检测单元140并联耦接于输出单元130的第二输入端132以及输出单元130的输出端133之间，用以检测输出单元130所输出的电流信号Io，并产生反馈信号FB给输出单元130的第二输入端132。

图2是绘示如图1所示的多功能信号输出装置100的电路结构示意图。在本揭示内容的一实施例中，第一调节单元110可包含第一可变电阻112。因此，第一调节单元110可透过第一可变电阻112的调整而对所接收的调节电压VD进行分压，以产生第一电压信号V1。

在本揭示内容的一实施例中，信号放大单元120可包含第一运算放大器121以及电阻122～电阻124，且第一运算放大器121、电阻122以及电阻123是配置为负反馈放大电路的型式，以对第一电压信号V1进行反相放大。

在本揭示内容的一实施例中，输出单元130可包含第二运算放大器134、电阻136～电阻139、输出电阻Rout以及晶体管135。第二运算放大器134、电阻136以及电阻137是配置为负反馈放大电路，以对第二电压信号V2进行反相放大。晶体管135电性耦接第二运算放大器134的输出端，并受第二电压信号V2的反相放大信号的驱动而产生相对应的电流信号Io。

在本揭示内容的一实施例中，检测单元140可包含配置为随耦器型式的第三运算放大器141。第三运算放大器141用以对电流信号Io进行检测，亦即，第三运算放大器141可检测电流信号Io连接负载(未绘示)时所产生的负载电压，并依据负载电压产生相对应的反馈信号FB。因此，输出单元130可依据第二电压信号V2以及反馈信号FB的双端输入信号对电流信号Io进行反馈控制。需说明的是，晶体管135所输出的部份电流信号亦透过电阻137反馈至第二运算放大器134的反向输入端，以提供输出单元130对电流信号Io进行精准的控制。

图3是绘示依照本揭示内容的第二实施方式的一种多功能信号输出装置300的电路方块示意图。多功能信号输出装置300是与图1所示的多功能信号输出装置100相同，并具有第一调节单元310、信号放大单元320、输出单元330以及检测单元340，其电路配置方式与操作原理是与第一实施方式相同或相似，于此不再赘述。

在本揭示内容的一实施例中，多功能信号输出装置300更包含电源供应单元350、第二调节单元360以及数字控制单元370，用以提供多种模拟电压与数字信号输出。

图4是绘示如图3所示的多功能信号输出装置300中电源供应单元350的电路结构示意图。电源供应单元350可包含电源转换电路351以及电阻352～电阻354。电源供应单元351电性耦接信号放大单元320、输出单元330以及检测单元340，并透过电源转换电路351以及电阻352～电阻354的配置而对第一电源信号Vs1(例如：+24V)进行位准转换与分压，以产生多个操作电压信号。操作电压信号可包含第一操作电压信号Vdd1(例如：+12V)、第二操作电压信号Vdd2(例如：-12V)、第三操作电压信号Vdd3(例如：+10V)、第四操作电压信号Vdd4(例如：-10V)以及参考电压信号VR(例如：0V)，其中，第一操作电压信号Vdd1与第二操作电压信号Vdd2可提供操作上所需的电压给信号放大单元320、输出单元330以及检测单元340的运算放大器。

图5是绘示如图3所示的多功能信号输出装置300中第二调节单元360的电路结构示意图。第二调节单元360可包含第二可变电阻361、第三可变电阻362、串联电阻363以及稳压二极管364。第二调节单元360电性耦接电源供应单元350以及第一调节单元310，用以接收第二电源信号Vs2(例如：+10V)、第三操作电压信号Vdd3、第四操作电压信号Vdd4以及参考电压信号VR，并透过稳压二极管364以及第二可变电阻361与第三可变电阻362的调整对所接收的上述电压信号进行调节与分压，以产生调节电压VD(例如：+5V)、第一模拟电压Va1(例如：0V～+10V)以及第二模拟电压Va2(例如：-10V～+10V)。

图6是绘示如图3所示的多功能信号输出装置300中数字控制单元370的电路结构示意图。数字控制单元370可包含第一切换开关3701～第十二切换开关3712以及继电器3721～继电器3730。数字控制单元370电性耦接电源供应单元350以及第二调节单元360，并透过上述切换开关以及继电器的配置选择数字控制的方式。

在本揭示内容的一实施例中，上述第一切换开关3701是用以控制继电器3721～继电器3730的动作，以选择由数字控制单元370或外部控制装置(例如：可程控器)控制数字输出信号。

举例来说，当第一切换开关3701关闭时，继电器3721～继电器3730由于没有通电而不动作。此时，单刀双掷的第二切换开关3702～第十二切换开关3712的一端连接DCM(数字信号共享端)，第二切换开关3702～第十二切换开关3712的另一端则分别连接FWD、REV、JOG、...、TRG等数字信号输出端。随后，透过第二切换开关3702～第十二切换开关3712的切换动作，即可控制DCM是否和FWD、REV、JOG、...、TRG等数字信号输出端接通。亦即，当第一切换开关3701关闭时，数字输出信号是由数字控制单元370的第二切换开关3702～第十二切换开关3712所控制。

当第一切换开关3701开启时，继电器3721～继电器3730因通电而动作。因此，继电器3721～继电器3730接通常闭触点，使得继电器3721的DCM与FWD、REV、JOG、...、TRG等数字信号输出端之间的连接被断开。此时，继电器3727的DCM和C0接通(C0为外部控制装置的数字信号共享端)。透过上述继电器的一一接通，使得FWD连接Y0、REV连接Y1、JOG连接Y2、...、TRG连接Y10。由于Y0～Y10是外部控制装置的数字信号输出端，因此FWD、REV、JOG、...、TRG等数字信号是由外部控制装置所控制。由于，第二切换开关3702～第十二切换开关3712的DCM被断开，所以第二切换开关3702～第十二切换开关3712无效，亦即被旁路(bypass)。

需说明的是，上述第一实施方式以及第二实施方式中的可变电阻是可透过旋扭或数字控制进行调整，以调节所需的模拟电压或模拟电流输出，且不以此为限。

因此，多功能信号输出装置300可应用于如图7所示的工业控制系统700中。工业控制系统700可包含可程控器710、多功能信号输出装置300以及变频器720。可程控器710可提供工业控制的各种控制命令给多功能信号输出装置300，多功能信号输出装置300可依据上述控制命令提供相对应的数字与模拟信号驱动变频器720，使得变频器720可执行相对应的动作。

综上所述，本揭示内容的多功能信号输出装置可具有多种模拟电压信号(例如：0V～10V以及-10V～+10V)、可调整的模拟电流信号(例如：4mA～12mA)以及可控制的数字输出信号，使其能够有效解决习之技术上的问题。

由此可知，本揭示内容的多功能信号输出装置可提供各种模拟与数字信号以符合工业控制产品之需求，使得本发明无论在工业控制的现场前期调试或在实验室进行测试，都可带来极大的便利性。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种多功能信号输出装置，其特征在于，包含：

一第一调节单元，用以产生一第一电压信号；

一信号放大单元，电性耦接所述第一调节单元，用以接收所述第一电压信号，并将所述第一电压信号放大为一第二电压信号；

一输出单元，包含一第一输入端、一第二输入端以及一输出端，其中所述输出单元的所述第一输入端电性耦接所述信号放大单元，用以接收所述信号放大单元所输出的所述第二电压信号，所述输出单元对所述第二电压信号进行信号放大与信号转换，以产生相对应所述第二电压信号位准的一电流信号，并透过所述输出端输出所述电流信号；以及

一检测单元，并联耦接于所述输出单元的所述第二输入端以及所述输出单元的所述输出端之间，用以检测所述输出单元所输出的所述电流信号，并产生一反馈信号给所述输出单元的所述第二输入端。

2.根据权利要求1所述的信号输出装置，其特征在于，所述第一调节单元包含一第一可变电阻，所述第一调节单元是透过所述第一可变电阻的调整而对所接收的一调节电压进行分压，以产生所述第一电压信号。

3.根据权利要求1所述的信号输出装置，其特征在于，所述信号放大单元包含一第一运算放大器以及多个电阻，所述第一运算放大器以及所述些电阻是配置为负反馈放大电路，以对所述第一电压信号进行反相放大。

4.根据权利要求1所述的信号输出装置，其特征在于，所述输出单元更包含一第二运算放大器、多个电阻以及一晶体管，所述第二运算放大器以及所述些电阻是配置为负反馈放大电路，以对所述第二电压信号进行反相放大，所述晶体管电性耦接所述第二运算放大器的输出端，并受所述第二电压信号的反相放大信号的驱动而产生相对应的所述电流信号。

5.根据权利要求1所述的信号输出装置，其特征在于，所述检测单元包含配置为随耦器型式的一第三运算放大器，所述第三运算放大器用以对所述电流信号进行检测，并产生相对应的所述反馈信号，使所述输出单元依据所述第二电压信号以及所述反馈信号对所述电流信号进行反馈控制。

6.根据权利要求1所述的信号输出装置，其特征在于，更包含：

一电源供应单元，包含一电源转换电路以及多个电阻，所述电源供应单元电性耦接所述信号放大单元、所述输出单元以及所述检测单元，并透过所述电源转换电路以及所述些电阻的配置对一第一电源信号进行位准转换与分压，以产生多个操作电压信号。

7.根据权利要求6所述的信号输出装置，其特征在于，所述些操作电压信号包含一第一操作电压信号、一第二操作电压信号、一第三操作电压信号、一第四操作电压信号以及一参考电压信号，所述第一操作电压信号与所述第二操作电压信号是用以提供操作上所需的电压给所述信号放大单元、所述输出单元以及所述检测单元的所述些运算放大器。

8.根据权利要求7所述的信号输出装置，其特征在于，更包含：

一第二调节单元，包含一第二可变电阻、一第三可变电阻、一串联电阻以及一稳压二极管，所述第二调节单元电性耦接所述电源供应单元以及所述第一调节单元，用以接收一第二电源信号、所述第三操作电压信号、所述第四操作电压信号以及所述参考电压信号，所述第二调节单元透过所述稳压二极管以及所述第二可变电阻与所述第三可变电阻的调整对所接收的所述些电压信号进行调节与分压，以产生一调节电压、一第一模拟电压以及一第二模拟电压。

9.根据权利要求8所述的信号输出装置，其特征在于，更包含：

一数字控制单元，包含多个切换开关以及多个继电器，所述数字控制单元电性耦接所述电源供应单元以及所述第二调节单元，并透过所述些切换开关以及所述些继电器的配置选择数字控制的方式。

10.根据权利要求9所述的信号输出装置，其特征在于，所述些切换开关中之一第一切换开关是用以控制所述些继电器的动作，以选择由所述数字控制单元或一外部控制装置控制数字输出信号。

Images