CN102645263A - 变送器以及包含变送器的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变送器以及包含变送器的控制系统，变送器包括：电源单元、电压调制单元、称重信号放大单元、电压电流转换单元、测速信号调制单元和断线报警单元。使用本变送器，能够将称重传感器信号通过PLC的模拟量输入通道采集到PLC内，并且解决了测速传感器由于存在反向漏电流而丢脉冲的问题。还增加了测速传感器断线报警功能，降低了系统成本。

Description

变送器以及包含变送器的控制系统

技术领域

本发明涉及自控电路技术领域，尤其涉及一种变送器以及包含变送器的控制系统。

背景技术

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)作为一种通用的控制器，具有可靠性强、开发周期短等优点。但是用作称重控制器使用时，存在以下缺陷：(1)模拟称重传感器的使用需要非常稳定的共桥电压，并且反馈回来的电压信号是毫伏级的，不能直接接入PLC。(2)现有秤体使用的是2线制接近开关，如果直接接入PLC的高速脉冲输入点，存在反向漏电流，造成丢脉冲，并且频率越高越严重。(3)测速传感器如果断线，需要在PLC上显示报警。

PLC连接称重传感器，西门子等大公司是开发专用的称重模块，价格很高，并且是通过系统总线联结至CPU模块，总线协议不公开，不具有通用性。

现有一些厂家的仪表采用安装两支测速传感器的方法检测主测速是否断线，增加了产品的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变送器，通过本变送器，很好的将称重传感器信号通过PLC的模拟量输入通道采集到PLC内，并且解决了测速传感器由于存在反向漏电流而造成脉冲丢失的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种变送器，包括电源单元、电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元；其中电源单元分别与电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元连接，称重信号放大单元和电压电流转换单元连接；

所述电源单元，用于向电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元供电；

所述电压调制单元，用于调制出稳定的供桥电压并提供给称重传感器；

所述称重信号放大单元，用于连接称重传感器，放大称重传感器反馈的电压信号并输出至可编程逻辑控制器和电压电流转换单元；

所述电压电流转换单元，用于将经称重信号放大单元放大后的电压信号转换为电流信号并输出至可编程逻辑控制器。

所述电源单元包括直流电源、滤波电路和电源变换模块；直流电源经过滤波后，通过电源变换模块转换成正负电源，再经过滤波后用于向电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元供电。

所述电压调制单元包括电压基准芯片、第一运算放大器和三极管；电压基准芯片提供稳定的第一基准电压，输入到第一运算放大器的同相端；第一运算放大器的反相端与三极管的发射极连接，接收反馈电压；

当所述反馈电压高于所述第一基准电压时，第一运算放大器的输出电压减小；当所述反馈电压低于所述第一基准电压时，第一运算放大器的输出电压增大。

所述变送器还包括测速信号调制单元和断线报警单元；测速信号调制单元和断线报警单元分别和电源单元连接；

所述测速信号调制单元，用于连接测速传感器，利用测速传感器关断时的反向漏电流调制出标准电压信号并输出至可编程逻辑控制器；

所述断线报警单元，用于连接测速传感器，利用测速传感器关断时的反向漏电流调制出判断测速传感器是否断线的电压信号并输出至可编程逻辑控制器。

测速信号调制单元通过稳压管调制出测速传感器所需的额定电压；通过分压电阻得到第二基准电压，输入到第二运算放大器的同相端，测速传感器反馈的电压输入到第二运算放大器的反相端；

当测速传感器反馈的电压大于所述第二基准电压时，第二运算放大器向可编程逻辑控制器输出高电平；当测速传感器反馈的电压小于所述第二基准电压时，第二运算放大器向可编程逻辑控制器输出低电平。

断线报警单元通过标准电阻调制出第三基准电压，输入到第三运算放大器的同相端，测速传感器反馈的电压输入到第三运算放大器的反相端；

当测速传感器反馈的电压小于所述第三基准电压时，第三运算放大器向可编程逻辑控制器输出断线报警信号。

所述第二基准电压大于测速传感器的关断电压并且小于测速传感器的导通电压；所述第三基准电压小于测速传感器的关断电压。

一种包含变送器的控制系统，包括称重传感器、变送器和可编程逻辑控制器；所述变送器包括电源单元、电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元；

其中电源单元分别与电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元连接，称重信号放大单元和电压电流转换单元连接；所述电压调制单元和称重信号放大单元分别与称重传感器连接，称重信号放大单元和电压电流转换单元分别与可编程逻辑控制器连接；

所述电源单元，用于向电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元供电；

所述电压调制单元，用于调制出稳定的供桥电压并提供给称重传感器；

所述称重信号放大单元，用于放大称重传感器反馈的电压信号并输出至可编程逻辑控制器；

所述电压电流转换单元，用于将经称重信号放大单元放大后的电压信号转换为电流信号并输出至可编程逻辑控制器；

所述称重传感器，用于向变送器中的称重信号放大单元反馈电压信号；

所述可编程逻辑控制器，用于接收来自变送器中称重信号放大单元的电压信号和电压电流转换单元的电流信号。

所述控制系统还包括测速传感器，所述变送器还包括测速信号调制单元和断线报警单元；

所述测速信号调制单元和断线报警单元分别与电源单元、测速传感器和可编程逻辑控制器连接；

所述测速传感器，用于向变送器中的测速信号调制单元和断线报警单元反馈电压信号；所述测速信号调制单元，利用测速传感器关断时的漏电流调制出标准电压信号并输出至可编程逻辑控制器；所述断线报警单元，利用测速传感器关断时的漏电流调制出判断测速传感器是否断线的电压信号并输出至可编程逻辑控制器。

通过本变送器，很好的将称重传感器信号通过PLC的模拟量输入通道采集到PLC内。与采用PLC专用模块相比，大幅降低产品成本。解决了测速传感器由于存在反向漏电流而丢脉冲的问题。将测速传感器连接至本变送器，通过放大后接入PLC，使接收稳定，抗干扰能力增强。增加了测速传感器断线报警功能，通过测速传感器的反向漏电流判定是否断线，节省了一支测速传感器，降低了系统成本。

附图说明

图1是本发明具体实施方式1提供的变送器的结构示意图。

图2是本发明具体实施方式1中电源单元的电路结构图。

图3是本发明具体实施方式1中电压调制单元的电路结构图。

图4是本发明具体实施方式1中称重信号放大单元的电路结构图。

图5是本发明具体实施方式1中电压电流转换单元104的电路结构图。

图6为本发明具体实施方式1提供的变送器应用于称重传感控制系统时的系统结构示意图。

图7为本发明具体实施方式2提供的变送器的结构示意图。

图8为本发明具体实施方式2中测速信号调制单元和断线报警单元的电路结构图。

图9为本发明具体实施方式2提供的变送器应用于称重和测速传感控制系统时的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1是本发明具体实施方式1提供的变送器的结构示意图。该变送器包括电源单元101、电压调制单元102、称重信号放大单元103和电压电流转换单元104；其中电源单元101分别与电压调制单元102、称重信号放大单元103和电压电流转换单元104连接，称重信号放大单元103和电压电流转换单元104连接。

所述电源单元101，用于向电压调制单元102、称重信号放大单元103和电压电流转换单元104供电。

电源单元101包括直流电源、滤波电路和电源变换模块；直流电源经过滤波后，通过电源变换模块转换成正负电源，再经过滤波后用于向电压调制单元102、称重信号放大单元103和电压电流转换单元104供电。

图2为本发明具体实施方式1中电源单元101的电路结构图。输入+24V和-24V直流电源，经过由C1、C2、L1、L2组成的滤波电路后输入电源变换模块POWER1，变换为+15V和-15V的直流电源，再经过由C4、C5、C6、C7组成的滤波电路后向电压调制单元102、称重信号放大单元103和电压电流转换单元104供电。

所述电压调制单元102，用于调制出稳定的供桥电压并提供给称重传感器。

电压调制单元包括电压基准芯片、第一运算放大器和三极管；电压基准芯片提供稳定的第一基准电压，输入到第一运算放大器的同相端；第一运算放大器的反相端与三极管的发射极连接，接收反馈电压；

当所述反馈电压高于所述第一基准电压时，第一运算放大器的输出电压减小；当所述反馈电压低于所述第一基准电压时，第一运算放大器的输出电压增大。

图3是本发明具体实施方式1中电压调制单元102的电路结构图。采用电压基准芯片U1和所述第一运算放大器U2调制出稳定的直流供桥电压。电压基准芯片U1用于提供稳定的所述第一基准电压，输入到第一运算放大器U2的同相端；反相端通过反馈电阻R2与三极管Q1的发射极连接，接收反馈电压；输出端与三极管的基极连接。当反馈电压高于所述第一基准电压时，第一运算放大器U2的输出电压减小，反馈电压也相应随之减小，当反馈电压小于所述第一基准电压时，第一运算放大器的输出电压增加。通过与三极管Q1组成的闭环系统，保证了输出直流供桥电压的稳定。

所述称重信号放大单元，用于连接称重传感器，放大称重传感器反馈的电压信号并输出至PLC。称重信号放大单元接收称重传感器反馈的电压信号，称重传感器反馈的是毫伏级的电压信号，不能直接接入PLC的模拟量输入模块，需要放大为0-10V的标准电压信号。

图4是本发明具体实施方式1中称重信号放大单元103的电路结构图。图中X2为传感器接入端子，SIG+和SIG-用于接收称重传感器反馈的电压信号，SPEED+和SPEED-可用于接收测速传感器反馈的电压信号。称重传感器反馈的电压信号，经过由两个运算放大器U3、U4组成的放大电路放大为0-10V的标准电压信号，通过电位器R31调节输出电压的大小。称重信号放大单元可连接10mv/V、20mv/V和30mv/V的称重传感器，通过控制S1、S2的打开和闭合的来选择与不同的称重传感器配合使用。

所述电压电流转换单元104，用于将经称重信号放大单元放大后的电压信号转换为电流信号并输出至PLC。图5是本发明具体实施方式1中电压电流转换单元104的电路结构图。图中WEIGHT+为称重信号放大单元103输出的放大后的电压信号，转换后的电流为0-20mA或者4-20mA。当S3闭合、S4打开时，输出的电流为0-20mA，；当S3打开、S4闭合时，输出的电流为4-20mA。

图6为本发明具体实施方式1提供的变送器应用于称重传感控制系统时的系统结构示意图。如图所示，变送器内部，电源单元分别与电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元连接，提供稳定的+15V和-15V直流电源。电压调制单元连接称重传感器，向其提供稳定的直流供桥电压。称重传感器与称重信号放大单元连接，将毫伏级的反馈电压信号输出至称重信号放大单元。称重信号放大单元将称重传感器反馈的电压信号放大成0-10V的标准电压信号。称重信号放大单元，分别与电压电流转换单元和PLC连接，将放大后的标准电压信号分别输出至电压电流转换单元和PLC。电压电流转换单元与PLC连接，将接收的标准电压信号转换为标准电流信号并输出至PLC。

图7为本发明具体实施方式2提供的变送器的结构示意图。该变送器与具体实施方式1中的变送器的区别在于，还包括测速信号调制单元705和断线报警单元706。所述测速信号调制单元705和断线报警单元706分别与电源单元701连接，由电源单元701供电。

测速信号调制单元705，用于连接测速传感器，利用测速传感器关断时的反向漏电流调制出标准电压信号并输出至可编程逻辑控制器。

测速信号调制单元705通过稳压管调制出测速传感器所需的额定电压；通过分压电阻得到第二基准电压，输入到第二运算放大器的同相端，测速传感器反馈的电压输入到第二运算放大器的反相端；

当测速传感器反馈的电压大于所述第二基准电压时，第二运算放大器向PLC输出高电平；当测速传感器反馈的电压小于所述第二基准电压时，第二运算放大器向PLC输出低电平。

断线报警单元706，用于连接测速传感器，利用测速传感器关断时的反向漏电流调制出判断测速传感器是否断线的电压信号并输出至可编程逻辑控制器。断线报警单元706通过标准电阻调制出第三基准电压，输入到第三运算放大器的同相端，测速传感器反馈的电压输入到第三运算放大器的反相端；

当测速传感器反馈的电压小于所述第三基准电压时，第三运算放大器向可编程逻辑控制器输出断线报警信号。

如图8所示，图8为本发明具体实施方式2中测速信号调制单元和断线报警单元的电路结构示意图，采用稳压管V1调制出测速传感器所需的额定电压，用电阻R15、R16分压得到所述第二基准电压，所述第二基准电压大于测速传感器的关断电压并且小于测速传感器的导通电压。所述第二基准电压输入到所述第二运算放大器U5的同相端，测速传感器反馈的电压输入到所述第二运算放大器U6的反相端。

测速传感器反馈的电压与所述第二基准电压比较，当测速传感器反馈的电压大于第二基准电压时，第二运算放大器U5向PLC输出高电平，当测速传感器反馈的电压小于第二基准电压时，第二运算放大器U5向PLC输出低电平。

利用测速传感器的反向漏电流，通过标准电阻R34，调制出所述第三基准电压，所述第三基准电压小于测速传感器的关断电压。所述第三基准电压输入到所述第三运算放大器U6的同相端，测速传感器反馈的电压输入到所述第三运算放大器U6的反相端。

测速传感器反馈的电压与第三基准电压进行比较，当测速传感器反馈的电压小于所述第三基准电压时，第三运算放大器U6向PLC输出断线报警信号。

图9为本发明具体实施方式2提供的变送器应用于称重和测速传感控制系统时的系统结构示意图。如图所示，变送器内部，电源单元分别与电压调制单元、称重信号放大单元、电压电流转换单元、测速信号调制单元和断线报警单元连接，提供稳定的+15V和-15V直流电源。电压调制单元连接称重传感器，向其提供稳定的直流供桥电压。称重传感器与称重信号放大单元连接，将毫伏级的反馈电压信号输出至称重信号放大单元。称重信号放大单元将称重传感器反馈的电压信号放大成0-10V的标准电压信号。称重信号放大单元，分别与电压电流转换单元和PLC连接，将放大后的标准电压信号分别输出至电压电流转换单元和PLC。电压电流转换单元与PLC连接，将接收的标准电压信号转换为标准电流信号并输出至PLC。测速信号调制单元和断线报警单元分别与测速传感器连接，接收测速传感器反馈的电压信号。利用测速传感器关断时的漏电流，测速信号调制单元调制出标准电压信号并输出至PLC，断线报警单元调制出判断测速传感器是否断线的电压信号并输出至PLC。

采用本发明的技术方案，很好的将称重传感器信号通过PLC的模拟量输入通道采集到PLC内。与采用PLC专用模块相比，大幅降低产品成本。解决了测速传感器由于存在反向漏电流而丢脉冲的问题。将测速传感器连接至本变送器，通过放大后接入PLC，使接收稳定，抗干扰能力增强。增加了测速传感器断线报警功能，通过测速传感器的反向漏电流判定是否断线，节省了一支测速传感器，降低了系统成本。

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，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，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的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种变送器，其特征在于：包括电源单元、电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元；其中电源单元分别与电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元连接，称重信号放大单元和电压电流转换单元连接；

所述电源单元，用于向电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元供电；

所述电压调制单元，用于调制出稳定的供桥电压并提供给称重传感器；

所述称重信号放大单元，用于连接称重传感器，放大称重传感器反馈的电压信号并输出至可编程逻辑控制器和电压电流转换单元；

所述电压电流转换单元，用于将经称重信号放大单元放大后的电压信号转换为电流信号并输出至可编程逻辑控制器。

2.根据权利要求1所述的变送器，其特征在于，所述电源单元包括直流电源、滤波电路和电源变换模块；直流电源经过滤波后，通过电源变换模块转换成正负电源，再经过滤波后用于向电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元供电。

3.根据权利要求1或2所述的变送器，其特征在于，所述电压调制单元包括电压基准芯片、第一运算放大器和三极管；电压基准芯片提供稳定的第一基准电压，输入到第一运算放大器的同相端；第一运算放大器的反相端与三极管的发射极连接，接收反馈电压；

当所述反馈电压高于所述第一基准电压时，第一运算放大器的输出电压减小；当所述反馈电压低于所述第一基准电压时，第一运算放大器的输出电压增大。

4.根据权利要求3所述的变送器，其特征在于，还包括测速信号调制单元和断线报警单元；测速信号调制单元和断线报警单元分别和电源单元连接；

所述测速信号调制单元，用于连接测速传感器，利用测速传感器关断时的反向漏电流调制出标准电压信号并输出至可编程逻辑控制器；

所述断线报警单元，用于连接测速传感器，利用测速传感器关断时的反向漏电流调制出判断测速传感器是否断线的电压信号并输出至可编程逻辑控制器。

5.根据权利要求4所述的变送器，其特征在于，测速信号调制单元通过稳压管调制出测速传感器所需的额定电压；通过分压电阻得到第二基准电压，输入到第二运算放大器的同相端，测速传感器反馈的电压输入到第二运算放大器的反相端；

当测速传感器反馈的电压大于所述第二基准电压时，第二运算放大器向可编程逻辑控制器输出高电平；当测速传感器反馈的电压小于所述第二基准电压时，第二运算放大器向可编程逻辑控制器输出低电平。

6.根据权利要求5所述的变送器，其特征在于，断线报警单元通过标准电阻调制出第三基准电压，输入到第三运算放大器的同相端，测速传感器反馈的电压输入到第三运算放大器的反相端；

当测速传感器反馈的电压小于所述第三基准电压时，第三运算放大器向可编程逻辑控制器输出断线报警信号。

7.根据权利要求6所述的变送器，其特征在于，所述第二基准电压大于测速传感器的关断电压并且小于测速传感器的导通电压；所述第三基准电压小于测速传感器的关断电压。

8.一种包含变送器的控制系统，其特征在于，包括称重传感器、变送器和可编程逻辑控制器；所述变送器包括电源单元、电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元；

其中电源单元分别与电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元连接，称重信号放大单元和电压电流转换单元连接；所述电压调制单元和称重信号放大单元分别与称重传感器连接，称重信号放大单元和电压电流转换单元分别与可编程逻辑控制器连接；

所述电源单元，用于向电压调制单元、称重信号放大单元和电压电流转换单元供电；

所述电压调制单元，用于调制出稳定的供桥电压并提供给称重传感器；

所述称重信号放大单元，用于放大称重传感器反馈的电压信号并输出至可编程逻辑控制器；

所述电压电流转换单元，用于将经称重信号放大单元放大后的电压信号转换为电流信号并输出至可编程逻辑控制器；

所述称重传感器，用于向变送器中的称重信号放大单元反馈电压信号；

所述可编程逻辑控制器，用于接收来自变送器中称重信号放大单元的电压信号和电压电流转换单元的电流信号。

9.根据权利要求8所述的包含变送器的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括测速传感器，所述变送器还包括测速信号调制单元和断线报警单元；

所述测速信号调制单元和断线报警单元分别与电源单元、测速传感器和可编程逻辑控制器连接；

所述测速传感器，用于向变送器中的测速信号调制单元和断线报警单元反馈电压信号；所述测速信号调制单元，利用测速传感器关断时的漏电流调制出标准电压信号并输出至可编程逻辑控制器；所述断线报警单元，利用测速传感器关断时的漏电流调制出判断测速传感器是否断线的电压信号并输出至可编程逻辑控制器。

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