CN102854836B - 一种基于plc带旁路的模拟信号驱动接口卡 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PLC带旁路的模拟信号驱动接口卡，包括隔离保护电路，隔离保护电路分别与直流24V电源接口J1、外部信号输出接口J2、外部信号输入接口J3、PLC端输出接口J4连接，并且隔离保护电路与直流24V电源接口J1、外部信号输出接口J2、外部信号输入接口J3、PLC端输出接口J4同时集成在PCB板卡上。本发明装置实现了两种工作模式的电气隔离，有效的防止出现反向电流时烧毁模块或造成电源短路；通过制作PCB电路板减小了安装空间，只需要完成PCB板与现实级和PLC模块端接线即可实现通讯，大大提高了工作效率。

Description

一种基于PLC带旁路的模拟信号驱动接口卡

技术领域

本发明属于自动化控制中的模拟量输出控制技术领域，涉及一种基于PLC带旁路的模拟信号驱动接口卡。

背景技术

现代科技发生着日新月异的变化，对设备的控制追求自动化、智能化，为了实现设备的精确控制，就需要输出大量的模拟控制信号实现对现场级设备的控制，其中电压信号、电流信号等是目前最主要的模拟量输出形式。尤其在工业领域，模块化、灵活性强的PLC被广泛采用，需要输出大量的模拟信号，配备多个多通道的模拟信号驱动模块。

目前广泛采用的方式是选用大量的功率放大器、接线端子、线槽、导轨实现接线安装，此方式硬件成本高，并且占用的安装空间大，无形中增大了控制柜的体积、重量和占地面积。特别是针对海洋平台，寸土寸金，减小占地面积和重量是其追求的目标，同时由于信号通道多，布线复杂，不美观，检查维修不便，安装调试维护效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PLC带旁路的模拟信号驱动接口卡，解决了现有技术中控制模式单一，由于信号通道多，造成的布线复杂、不美观、检查维修不便、安装调试维护效率低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于PLC带旁路的模拟信号驱动接口卡，

包括隔离保护电路，隔离保护电路分别与直流24V电源接口J1、外部信号输出接口J2、外部信号输入接口J3、PLC端输出接口J4连接，并且隔离保护电路与直流24V电源接口J1、外部信号输出接口J2、外部信号输入接口J3、PLC端输出接口J4同时集成在PCB板卡上。

本发明的有益效果是，该采集接口卡具备PLC正常工作模式、旁路应急控制模式两种控制模式的接入功能，实现了现场与PLC控制器、两种控制模式之间的电气隔离，通过制作PCB电路板减小了安装空间，减小控制箱的尺寸，减轻了安装接线人员的工作量，提高安装调试工作效率，降低了产品成本，可扩展，使用灵活。

附图说明

图1是本发明基于PLC带旁路的模拟信号驱动接口卡的整体电路框图；

图2是本发明装置中的隔离保护电路3的结构示意图；

图3是本发明装置中的直流24V电源接口J1的结构示意图；

图4是本发明装置中的外部信号输出接口J2的结构示意图；

图5是本发明装置中的外部信号输入接口J3的结构示意图；

图6是本发明装置中的PLC端输出接口J4的结构示意图；

图7是系统模式切换开关和应急模式控制开关接线示意图。

图中，1.PLC模拟量输出模块，2.直流24V电源，3.隔离保护电路，4.比例放大器，5.现场级比例电磁阀，6.旁路应急控制手柄。

另外，J1是直流24V电源接口，J2是外部信号输出接口，J3是外部信号输入接口，J4是PLC端输出接口；

RLY1、RLY2……RLY16分别表示对应8个通道的隔离继电器；

24VSPDT表示继电器为标准24V直流输出型；

D1、D2……D16分别表示16个IN4007二极管；

DIODE为二极管在元件库中默认的名称；

AO1+、AO1-……AO8+、AO8-分别表示对应PLC的8路模拟输出信号的正负信号端；

SIGNAL 1+、SIGNAL 1-……SIGNAL 8+、SIGNAL 8-分别表示旁路应急控制手柄或手轮（应急模式）的正负信号端；

OUTPUT 1+、OUTPUT 1-……OUTPUT 8+、OUTPUT 8-分别表示各个现场级比例电磁阀等设备的正负信号端；

Amplifier 1+、Amplifier 1-……Amplifier 8+、Amplifier 8-分别表示对应的8个比例放大器的24V供电接口的正负信号端。

S1、S2……S8分别表示8个应急用控制手柄（或手轮）。

具体实施方式

参照图1，本发明的基于PLC带旁路的模拟信号驱动接口卡，其结构为标准方式的PCB板卡，如虚线框所示，包括隔离保护电路3，隔离保护电路3通过直流24V电源接口J1与直流24V电源2连接，隔离保护电路3通过PLC端输出接口J4与PLC模拟量输出模块1连接，隔离保护电路3通过外部信号输出接口J2与现场级比例电磁阀等配套的比例放大器4连接，比例放大器4与现场级比例电磁阀5等设备连接，隔离保护电路3通过外部信号输入接口J3与旁路应急控制手柄6（或手轮，应急模式）连接。

直流24V电源接口J1是PCB板卡与直流24V电源2的连接接口；外部信号输出接口J2是PCB板卡与现场级比例电磁阀等配套的比例放大器4的连接接口；外部信号输入接口J3是PCB板卡与旁路应急控制手柄6（或手轮，应急模式）的连接接口；PLC端输出接口J4是PCB板卡与PLC模拟量输出模块1的连接接口；隔离保护电路3实现了PLC控制和旁路应急控制两种控制模式，利用系统控制开关可以实现模式切换，针对其中一种模式工作时，对另外一种工作模式具有隔离保护功能。

PLC模拟量输出模块1优选西门子系列标准的SM332器件。直流24V电源2选用具有标准24V输出的直流电源。比例放大器4和现场级比例电磁阀5优选派克比例放大器和比例电磁阀。旁路应急控制手柄6选用相关的控制手柄或手轮、或手柄与手轮的组合。

其中的直流24V电源接口J1、外部信号输出接口J2、外部信号输入接口J3、PLC端输出接口J4均选用PCB板用标准接线排，上述的隔离保护电路3与直流24V电源接口J1、外部信号输出接口J2、外部信号输入接口J3、PLC端输出接口J4同时集成在标准的PCB板卡上。

本发明以下结构的描述，是基于8通道实施例的数量进行设置，实际使用中，通过相应的扩展则能够实现更多通道的采集。

参照图2，隔离保护电路3的结构，包括有16个隔离继电器及其对应的16个二极管，即RLY1、RLY2……RLY16及其对应的D1、D2……D16，16个二极管均采用IN4007型号，16个隔离继电器均采用REL-MR-24DC/21型号器件，各组接线方式及原理一致，以下分别以RLY1、D1和RLY2、D2为例说明连接结构：

RLY1选用的是带一路常开和一路常闭的继电器，二极管D1的两端与继电器RLY1的两端对应相连，与二极管D1负端相连的继电器RLY1的线圈端与另外15个继电器RLY2、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连，并一起接至直流24V电源接口J1的1号端（J1-1）；与二极管D1正端相连的继电器RLY1的线圈端与另外15个继电器RLY2、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连，并一起接至直流24V电源接口J1的10号端（J1-10）；继电器RLY1的开关侧动触点端接至外部信号输出接口J2的1号端（J2-1），继电器RLY1的开关侧常开触点端接至外部信号输入接口J3的1号端（J3-1），继电器RLY1的开关侧常闭触点端接至PLC端输出接口J4的1号端（J4-1）；

RLY2选用的是带一路常开和一路常闭的继电器，二极管D2的两端与继电器RLY2的两端对应相连，与二极管D2负端相连的继电器RLY2的线圈端与另外15个继电器RLY1、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连，并一起接至直流24V电源接口J1的1号端（J1-1）；与二极管D2正端相连的继电器RLY2的线圈端与另外15个继电器RLY1、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连，并一起接至直流24V电源接口J1的10号端（J1-10）；继电器RLY2的开关侧动触点端接至外部信号输出接口J2的2号端（J2-2），继电器RLY2的开关侧常开触点端接至外部信号输入接口J3的2号端（J3-2），继电器RLY2的开关侧常闭触点端接至PLC端输出接口J4的2号端（J4-2）；

同样依此类推，RLY3、RLY4……RLY16分别对应与D3、D4……D16接线，与RLY1及其D1、RLY2及其D2的连接结构一致。

参照图3，直流24V电源接口J1的结构是，包括18个接线端，其中的1号端的一端接直流24V电源2的24VDC输出端，1号端的另一端接与二极管D1负端相连的16个继电器RLY1、RLY2……RLY16继电器的线圈端（J1-1）；

其中的2、3……9号端接线方式一致，以下以2、3号端接线为例加以说明：2号端的一端接第一路比例放大器的24V供电接口的正信号端Amplifier 1+，2号端的另一端与J1接口的1、3……9号对应端依次互连；3号端的一端接第二路比例放大器的24V供电接口的正信号端Amplifier 2+，3号端的另一端与J1接口的1、2……9号对应端依次互连；依此类推；

其中的10号端的一端接直流24V电源2的0VDC输出端，10号端的另一端接与二极管D1正端相连的16个继电器RLY1、RLY2……RLY16继电器的线圈端（J1-10）；

其中的11、12……18号端接线方式一致，以下以11、12号端接线为例加以说明：11号端的一端接第一路比例放大器的24V供电接口的负信号端Amplifier 1-，11号端的另一端与J1接口的10、12……18号对应端依次互连；12号端的一端接第二路比例放大器的24V供电接口的负信号端Amplifier 2-，12号端的另一端与J1接口的10、11……18号对应端依次互连；依此类推。

参照图4，外部信号输出接口J2的结构是，包括1和2、3和4、……、15和16共八组信号端，其对应端接线方式一致，以下以1和2、3和4号端接线为例加以说明：1号端的一端接第一组现场级比例电磁阀等配套的比例放大器4的正信号端OUTPUT 1+，1号端的另一端接与继电器RLY1的开关侧动触点端（J2-1）；2号端的一端接第一组现场级比例电磁阀等配套的比例放大器4的负信号端OUTPUT 1-，2号端的另一端接与继电器RLY2的开关侧动触点端（J2-2）；3号端的一端接第二组现场级比例电磁阀等配套的比例放大器4的正信号端OUTPUT 2+，3号端的另一端接与继电器RLY3的开关侧动触点端（J2-3）；4号端的一端接第二组现场级比例电磁阀等配套的比例放大器4的负信号端OUTPUT 2-，4号端的另一端接与继电器RLY4的开关侧动触点端（J2-4）；其他各组依此类推。

参照图5，外部信号输入接口J3的结构是，包括1和2、3和4、……、15和16共八组信号端，其对应端接线方式一致，以下以1和2、3和4号端接线为例加以说明：

1号端的一端接第一组旁路应急控制手柄或手轮（应急模式）S 1的正信号端SIGNAL 1+，1号端的另一端接与继电器RLY1的开关侧常开触点端（J3-1）；2号端的一端接第一组旁路应急控制手柄或手轮（应急模式）S1的负信号端SIGNAL 1-，2号端的另一端接与继电器RLY2的开关侧常开触点端（J3-2）；3号端的一端接第二组旁路应急控制手柄或手轮（应急模式）S2的正信号端SIGNAL 2+，3号端的另一端接与继电器RLY3的开关侧常开触点端（J3-3）；4号端的一端接第二组旁路应急控制手柄或手轮（应急模式）S2的负信号端SIGNAL 2-，4号端的另一端接与继电器RLY4的开关侧常开触点端（J3-4）；其余各组依此类推。

参照图6，PLC端输出接口J4的结构是，包括1和2、3和4、……15和16共八组信号端，其对应端接线方式一致，以下以1和2、3和4号端接线为例加以说明：

1号端的一端接第一组PLC模拟量输出模块1输出信号的正信号端AO1+，1号端的另一端接与继电器RLY1的开关侧常闭触点端（J4-1）；2号端的一端接第一组PLC模拟量输出模块1输出信号的负信号端AO1-，2号端的另一端接与继电器RLY2的开关侧常闭触点端（J4-2）；3号端的一端接第二组PLC模拟量输出模块1输出信号的正信号端AO2+，3号端的另一端接与继电器RLY3的开关侧常闭触点端（J4-3）；4号端的一端接第二组PLC模拟量输出模块1输出信号的负信号端AO2-，4号端的另一端接与继电器RLY4的开关侧常闭触点端（J4-4）；其余各组依此类推。

参照图7，24VDC电源把电信号送至三位系统模式切换开关，中间是停止位，系统模式切换开关一路为正常位，接至PLC模拟量输出模块供电端子，电源的0VDC端接至直流24V电源接口J1的10号端子；系统模式切换开关另一路为应急位，接至直流24V电源接口J1的1号端子，同时接至控制手柄或手轮S1、S2……S8的正输入端，手柄或手轮S1、S2……S8的负输入端接至公共0VDC端；控制手柄或手轮S1、S2……S8的接线方式一致，以下以S1、S2为例加以说明：

S1的正信号输出端接至外部信号输入接口J3的1号端（J3-1），S1的负信号输出端接至外部信号输入接口J3的2号端（J3-2）；S2的正信号输出端接至外部信号输入接口J3的3号端（J3-3），S2的负信号输出端接至外部信号输入接口J3的4号端（J3-4）；其余各组依次类推。

本发明的两种工作模式分别是：

1）PLC正常工作模式时，参照图2和图7，，系统模式切换开关处于正常位，PLC工作，PLC模拟量输出模块1的输出信号接入PLC端输出接口J4，通过隔离保护电路3，把模拟信号送至外部信号输出接口J2，外部信号输出接口J2把控制信号送至现场级比例电磁阀等配套的比例放大器4，比例放大器4与现场级比例电磁阀5等设备连接，实现对现场级比例电磁阀5等设备的控制，此时旁路应急控制模式的外部信号输入接口J3处于隔离状态，旁路应急控制无效。

2）旁路应急控制模式（或者PLC故障或检修时），参照图2和图7，（图7中对应的J1、J3接口与图2是相互连接的，本部分内容是结合图2说明的），系统模式切换开关处于应急位，PLC不工作，旁路应急控制手柄6的S1、S2……S8信号通过外部信号输入接口J3，经过隔离保护电路3把信号送至外部信号输出接口J2，外部信号输出接口J2把控制信号送至比例放大器4，比例放大器4与现场级比例电磁阀5等设备连接，实现对现场级比例电磁阀5等设备的控制，此时隔离保护电路3与PLC端输出接口J4处于隔离状态，PLC控制无效。

本发明基于目前广泛采用的PLC控制系统，提供了一种基于PLC带旁路的模拟信号驱动接口卡，以解决输出大量模拟控制信号时，接线复杂，占用空间大，安装调试效率低的问题，具备PLC正常工作模式和旁路应急控制模式两种工作模式，通过系统模式切换开关实现两种模式的切换；应用REL-MR-24DC/21实现了两种工作模式的电气隔离，利用IN4007可有效的防止出现反向电流时烧毁模块或造成电源短路，隔离保护实现一种工作模式工作时对另一种工作模式进行了电气隔离，有效的保证了安全；通过制作PCB电路板减小了安装空间，并省去了传统过程中中间环节的复杂接线工作，只需要完成PCB板与现实级和PLC模块端接线即可实现通讯，大大提高了工作效率；通过多个板卡可以实现扩展，实现对多通道的模拟信号驱动。

Claims (5)

1.一种基于PLC带旁路的模拟信号驱动接口卡，其特征在于：

包括隔离保护电路（3），隔离保护电路（3）分别与直流24V电源接口J1、外部信号输出接口J2、外部信号输入接口J3、PLC端输出接口J4连接，并且隔离保护电路（3）与直流24V电源接口J1、外部信号输出接口J2、外部信号输入接口J3、PLC端输出接口J4同时集成在PCB板卡上；

所述的隔离保护电路（3）的结构，包括有16个隔离继电器及其对应的16个二极管，即RLY1、RLY2……RLY16及其对应的D1、D2……D16，16个二极管均采用IN4007型号，16个隔离继电器均采用REL-MR-24DC/21型号，各组接线方式一致，以下分别以RLY1、D1和RLY2、D2为例说明：

RLY1选用的是带一路常开和一路常闭的继电器，二极管D1的两端与继电器RLY1的两端对应相连，与二极管D1负端相连的继电器RLY1的线圈端与另外15个继电器RLY2、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连，并一起接至直流24V电源接口J1的1号端（J1-1）；与二极管D1正端相连的继电器RLY1的线圈端与另外15个继电器RLY2、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连，并一起接至直流24V电源接口J1的10号端（J1-10）；继电器RLY1的开关侧动触点端接至外部信号输出接口J2的1号端（J2-1），继电器RLY1的开关侧常开触点端接至外部信号输入接口J3的1号端（J3-1），继电器RLY1的开关侧常闭触点端接至PLC端输出接口J4的1号端（J4-1）；

RLY2选用的是带一路常开和一路常闭的继电器，二极管D2的两端与继电器RLY2的两端对应相连，与二极管D2负端相连的继电器RLY2的线圈端与另外15个继电器RLY1、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连，并一起接至直流24V电源接口J1的1号端（J1-1）；与二极管D2正端相连的继电器RLY2的线圈端与另外15个继电器RLY1、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连，并一起接至直流24V电源接口J1的10号端（J1-10）；继电器RLY2的开关侧动触点端接至外部信号输出接口J2的2号端（J2-2），继电器RLY2的开关侧常开触点端接至外部信号输入接口J3的2号端（J3-2），继电器RLY2的开关侧常闭触点端接至PLC端输出接口J4的2号端（J4-2）；

依此类推，RLY3、RLY4……RLY16分别对应与D3、D4……D16接线，与RLY1及其D1、RLY2及其D2的接线方式一致。

2.根据权利要求1所述的基于PLC带旁路的模拟信号驱动接口卡，其特征在于：所述的直流24V电源接口J1是PCB板卡与直流24V电源（2）的连接接口，

直流24V电源接口J1的结构是，包括18个接线端，

其中的1号端的一端接直流24V电源（2）的24VDC输出端，1号端的另一端接与二极管D1负端相连的16个继电器RLY1、RLY2……RLY16继电器的线圈端（J1-1）；

其中的2、3……9号端接线方式一致，以下以2、3号端接线为例加以说明：

2号端的一端接第一路比例放大器的24V供电接口的正信号端Amplifier1+，2号端的另一端与J1接口的1、3……9号对应端依次互连；3号端的一端接第二路比例放大器的24V供电接口的正信号端Amplifier2+，3号端的另一端与J1接口的1、2……9号对应端依次互连；其余各端依此类推；

其中的10号端的一端接直流24V电源（2）的0VDC输出端，10号端的另一端接与二极管D1正端相连的16个继电器RLY1、RLY2……RLY16继电器的线圈端（J1-10）；

其中的11、12……18号端接线方式一致，以下以11、12号端接线为例加以说明：11号端的一端接第一路比例放大器的24V供电接口的负信号端Amplifier1-，11号端的另一端与J1接口的10、12……18号对应端依次互连；12号端的一端接第二路比例放大器的24V供电接口的负信号端Amplifier2-，12号端的另一端与J1接口的10、11……18号对应端依次互连；其余各端依此类推。

3.根据权利要求1所述的基于PLC带旁路的模拟信号驱动接口卡，其特征在于：所述的外部信号输出接口J2是PCB板卡与现场级比例电磁阀配套的比例放大器（4）的连接接口，

外部信号输出接口J2的结构是，包括1和2、3和4、……、15和16共八组信号端，其对应端接线方式一致，以下以1和2、3和4号端接线为例加以说明：

1号端的一端接第一组现场级比例电磁阀配套的比例放大器（4）的正信号端OUTPUT1+，1号端的另一端接与继电器RLY1的开关侧动触点端（J2-1）；

2号端的一端接第一组现场级比例电磁阀配套的比例放大器（4）的负信号端OUTPUT1-，2号端的另一端接与继电器RLY2的开关侧动触点端（J2-2）；

3号端的一端接第二组现场级比例电磁阀配套的比例放大器（4）的正信号端OUTPUT2+，3号端的另一端接与继电器RLY3的开关侧动触点端（J2-3）；

4号端的一端接第二组现场级比例电磁阀配套的比例放大器（4）的负信号端OUTPUT2-，4号端的另一端接与继电器RLY4的开关侧动触点端（J2-4）；

其他各组依此类推。

4.根据权利要求1所述的基于PLC带旁路的模拟信号驱动接口卡，其特征在于：所述的外部信号输入接口J3是PCB板卡与旁路应急控制手柄（6）的连接接口，

外部信号输入接口J3的结构是，包括1和2、3和4、……、15和16共八组信号端，其对应端接线方式一致，以下以1和2、3和4号端接线为例加以说明：

1号端的一端接第一组旁路应急控制手柄S1的正信号端SIGNAL1+，1号端的另一端接与继电器RLY1的开关侧常开触点端（J3-1）；

2号端的一端接第一组旁路应急控制手柄S1的负信号端SIGNAL1-，2号端的另一端接与继电器RLY2的开关侧常开触点端（J3-2）；

3号端的一端接第二组旁路应急控制手柄S2的正信号端SIGNAL2+，3号端的另一端接与继电器RLY3的开关侧常开触点端（J3-3）；

4号端的一端接第二组旁路应急控制手柄S2的负信号端SIGNAL2-，4号端的另一端接与继电器RLY4的开关侧常开触点端（J3-4）；

其余各端依此类推。

5.根据权利要求1所述的基于PLC带旁路的模拟信号驱动接口卡，其特征在于：所述的PLC端输出接口J4是PCB板卡与PLC模拟量输出模块（1）的连接接口，

PLC端输出接口J4的结构是，包括1和2、3和4、……15和16共八组信号端，其对应端接线方式一致，以下以1和2、3和4号端接线为例加以说明：

1号端的一端接第一组PLC模拟量输出模块（1）输出信号的正信号端AO1+，1号端的另一端接与继电器RLY1的开关侧常闭触点端（J4-1）；

2号端的一端接第一组PLC模拟量输出模块（1）输出信号的负信号端AO1-，2号端的另一端接与继电器RLY2的开关侧常闭触点端（J4-2）；

3号端的一端接第二组PLC模拟量输出模块（1）输出信号的正信号端AO2+，3号端的另一端接与继电器RLY3的开关侧常闭触点端（J4-3）；

4号端的一端接第二组PLC模拟量输出模块（1）输出信号的负信号端AO2-，4号端的另一端接与继电器RLY4的开关侧常闭触点端（J4-4）；

其余各端依此类推。