CN104810783A - 模拟电流输出模块 - Google Patents

Abstract

一种模拟电流输出模块，包括生成和输出数字信号的MPU、将数字信号转换成模拟信号且输出模拟信号的D/A转换器、输出与从D/A转换器输出的模拟信号相对应的控制电流的模拟电流输出电路，和通过测量控制电流并比较控制电流的值与预设的参考值来检测过载是否发生的过载检测单元，其中，过载检测单元基于从MPU传送的参考值生成信号来设定参考值，并且过载检测单元包括比较控制电流值与参考值并检测过载是否发生的比较器，和根据参考值生成信号生成参考值并提供参考值给比较器的参考值设定单元。

Description

模拟电流输出模块

技术领域

本公开涉及一种模拟电流输出模块，且更特别地，涉及一种能够通过检测到由于外部电流负载装置的故障或互连错误而可能出现的电流输出过载状态并提前切断输出来防止损坏可编程逻辑控制器(PLC)和外部负载系统且提高稳定性的模拟电流输出模块。

背景技术

PLC是一种计算机，其能够通过在其内嵌入诸如数字操作、逻辑操作、时序控制、定时器和计数器的功能来控制各种自动化机器和处理器，并包括能够存储程序和各种数据的存储器。

PLC可以应用于包括装置控制、装置数字设定、时间控制、实时监控、实时数据收集和安全起动装置的各种作业。

PLC包括适用于给自动化设施设备提供信号的模拟输出模块、和适用于接收来自自动化设施设备的信号输出的模拟输入模块。模拟输入模块起到将从自动化设施设备传送的模拟信号转换成数字信号且将数字信号传送给内部操作处理单元的作用。另外，模拟输出模块起到接收来自操作处理单元的数字信号、将数字信号转换成模拟信号且将模拟信号传送给自动化设施设备的作用。传送给自动化设施设备的模拟信号可以是电压类型或电流类型。因此，PLC的模拟输出模块包括输出电压类型的模拟信号的模拟电压输出模块和输出电流类型的模拟信号的模拟电流输出模块。

PLC的典型的模拟电流输出模块在无需额外操作的情况下将数字值转换成模拟值，并且输出模拟值。

PLC是用于工业领域的通用控制器，并且其外部负载系统也是各种各样的。在由于各种系统之中的特定负载装置出现故障或互连错误而使外部负载阻抗高于标准值的情况下，模拟电压过度增大，且外部负载系统和模拟电流输出模块可能会损坏。

为了解决这个问题，需要PLC用户在外部负载系统和每个输出通道的模拟电流输出模块之间安装额外的过载切断装置，则相应地增加了安装成本。另外，过载切断装置也可能具有故障或互连错误问题。

发明内容

实施例提供了能够通过检测到由于外部电流负载装置中的故障或互连错误而可能出现的电流输出过载状态并提前切断输出来防止损坏PLC模块和外部负载系统的模拟电流输出模块。

实施例还提供了模拟电流输出模块，其包括生成并输出数字信号的微处理器单元(MPU)、将数字信号转换成模拟信号且输出模拟信号的数字模拟(D/A)转换器、输出与从D/A转换器输出的模拟信号相对应的控制电流的模拟电流输出电路、以及通过测量控制电流和比较控制电流的值与预设的参考值来检测过载是否发生的过载检测单元，其中，过载检测单元基于从MPU传送的参考值生成信号来设定参考值，并且过载检测单元包括比较控制电流的值与参考值并检测过载是否发生的比较器，和根据参考值生成信号生成参考值并提供参考值给比较器的参考值设定单元。

在下面的附图和说明书中阐明了一个或多个实施例的细节。从说明书和附图以及权利要求书，其他特征将是显而易见的。

附图说明

图1为根据实施例的模拟电流输出模块的配置图。

图2为显示通过使用根据实施例的模拟电流输出模块来确定过载是否发生的情况的图表。

图3为示出了根据实施例的模拟电流输出模块的操作的流程图。

具体实施方式

现将详细地参考本公开的实施例，附图中示出了本公开的实施例的示例。

将参照附图详细地描述根据实施例的模拟电流输出模块。然而，本发明可以采用许多不同形式来体现且不应该被解释为限于在本文中所阐述的实施例；相反地，通过添加、改变和变化能够很容易地得出包含在其他退化的发明中或落入本公开的精神和范围内的替代实施例，并且这些替代实施例将充分地传达本发明的构思给本领域的技术人员。

参照图1至图3将提供关于根据实施例的模拟电流输出模块的描述。

首先，在由于负载装置的故障或互连错误而使外部负载阻抗高于标准值的情况下，本实施例可以防止损坏负载系统和模拟电流输出模块。

图1示出了根据实施例的模拟电流输出模块的配置。

参照图1，模拟电流输出模块200输出控制电流至外部负载系统100。外部负载系统100由电流信号驱动且控制电流具有模拟电流值。此外，外部负载系统100具有外部负载阻抗RL并且外部负载阻抗RL不大于600Ω且可以由用户来改变其数值。

另一方面，模拟电流输出模块200可以包括微处理器单元(MPU)210、光耦合器220、数字模拟(D/A)转换器230、模拟电流输出电路240，以及过载检测单元250。

另外，模拟电流输出模块200可以包括多个通道，且光耦合器220、D/A转换器230、模拟电流输出电路240，和过载检测单元250可以形成一个通道。多个通道接收来自MPU 210的数字值，并输出具有模拟值的控制电流。在下文中，主要描述了一个通道的配置。

MPU 210对电流输出执行内部序列处理并生成具有数字值的数字信号然后输出数字信号。另外，数字信号通过光耦合器220经D/A转换器230被转换成模拟信号。

另外，MPU 210传送参考值信息(参考值生成信号)给过载检测单元250，其中，参考值信息为用于检测过载的参照。在这一点上，由MPU 210来设定参考值信息并且MPU 210是基于外部负载系统100的外部负载阻抗RL的值(阻抗值)和所生成的数字信号值来设定参考值信息。

光耦合器220将数字电路与模拟电路隔离开，并将从MPU 210输出的数字信号传送进D/A转换器230中。

D/A转换器230将数字信号转换成模拟信号并放大模拟信号，然后传送模拟信号至模拟电流输出电路240。

模拟电流输出电路240根据从D/A转换器230输出的模拟信号输出控制电流。控制电流可以介于4mA至20mA之间，并驱动外部负载系统100，外部负载系统100的外部负载电阻不大于600Ω。

过载检测单元250测量输出至外部负载系统100的控制电流并基于所测得的控制电流值来检测过载是否发生。然后，当检测到过载时，过载检测单元250输出过载检测信号至MPU 210。

当过载检测单元250输出过载检测信号时，MPU 210切断控制电流的输出或生成预设的错误输出电流值。通过该操作，防止由于过载而损坏外部负载系统100和模拟电流输出模块200。

当发生过载时，错误输出电流值被预设为不大于与过载对应的数值的值。另外，当接收过载检测信号时，MPU 210生成错误代码并将其提供给外部用户。

另一个方面，过载检测电路250测量控制电流并包括比较控制电流值与参考值且确定过载是否发生的比较器251，和连接至比较器251且提供根据从MPU 210传送的参考值生成信号(参考值信息)而改变的参考值给比较器251的参考值设定单元252。

例如，参考值设定单元252可以是数字电位器并根据参考值生成信号调整数字电位器的分压比。另外，参考值设定单元252可以重新设定调整后的数值为参考值并提供参考值给比较器251。

在这一点上，可以根据下列等式(1)确定参考值V_r：

$V_r=\frac{R_2}{R_1+R_2}=M_1\×\frac{R_L\×I_L}{V_{\mathrm{REF}}}$

其中，R₁和R₂为数字电位器的分压比(R₁：R₂)，M₁表示负载检测裕度常数，R_L表示外部负载阻抗，I_L表示D/A转换的电流输出值，以及V_REF表示参考电压。

图2为显示通过使用根据实施例的模拟电流输出模块来确定过载是否发生的情况的图表。在由用户设定的用户设定阻抗为300Ω、参考电压为18V、负载检测裕度常数为15％，以及数字电位器的总电阻值为100kΩ的状态下，在控制电流分别为4mA、10mA、和20mA的情况下，确定过载是否发生。

参照图2的图表，在实施例1至实施例3中，当用户设定阻抗为300Ω时，确定实际的外部负载阻抗为300Ω则过载不会发生。另外，在实施例4中，尽管用户设定阻抗为300Ω，但既然由于外部负载系统中的故障或互连错误而使实际负载阻抗为500Ω，所以确定出现过载状态。

图3为示出了根据实施例的模拟电流输出模块的操作的流程图。

参照图3，执行数字信号生成操作S100来生成待转换成模拟信号的数字信号。由MPU 210进行数字信号生成，且MPU 210操作待被实际输出的实际数字值，然后生成并输出数字值。

另外，通过使用D/A转换器230将所生成的数字信号转换成模拟信号，然后输出转换后的模拟信号(操作S200，转换操作)。换言之，从MPU 210生成的数字信号通过光耦合器220被传送至D/A转换器230，并且通过D/A转换器230被转换成模拟信号。

另外，基于在数字信号生成操作S100中生成的数字信号值和外部负载阻抗值来生成参考值生成信号，并且执行参考值生成信号输出操作S300。这里，由MPU 210生成参考值生成信号，并且输出所生成的参考值生成信号至过载检测单元250。

然后，执行根据从转换操作S200输出的模拟信号来输出控制电流的控制电流输出操作S400。

此外，通过对基于从参考值生成信号输出操作S300输出的参考值生成信号而设定的参考值与从控制电流输出操作S400输出的控制电流值进行比较来确定过载是否发生(操作S500)。在这一点上，过载检测单元250的参考值设定单元252基于参考值生成信号来生成参考值并提供所生成的参考值给比较器251。另外，比较器251比较参考值和控制电流值然后确定过载是否发生。

当在过载发生确定操作S500中确定过载发生时，切断控制电流输出或输出预设的错误输出电流值(S600)。在这一点上，当比较器251传送过载检测信号给MPU 210，且MPU 210接收到过载检测信号时，切断控制电流输出或传送预设的错误输出电流值。另外，MPU 210会生成错误代码且提供错误代码给外部用户。

根据实施例，通过将过载检测单元加入模拟电流输出模块，能够提前检测到由于外部负载系统的故障或互连错误而出现的过载状态。这样，当检测到过载状态时，通过切断电流输出或输出预设的错误输出值能够防止损坏外部负载系统和模拟电流输出模块。

另外，因为基于外部负载系统的负载阻抗值和由MPU生成的数字信号值来设定用于确定过载的参考值，所以，即使外部负载系统改变了，也能够提供根据相应负载而改变的最佳负载监控算法且能够提高用户的方便性。

根据实施例，通过在模拟电流输出模块中布置过载检测单元能够检测到由于故障或互连错误而导致的外部负载系统的过载状态。

另外，当检测到过载状态时，切断电流输出或输出预设的错误输出值从而防止损坏外部负载系统和模拟电流输出模块。

另外，因为基于外部负载系统的负载阻抗值和由MPU生成的数字信号值来设定用于确定过载的参考值，所以，即使外部负载系统改变了，也能提供根据相应负载而改变的负载监控算法。

在本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任意引用意指结合实施例所描述的特定功能、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中的不同地方出现这样的短语不一定都引用相同的实施例。此外，当结合任意实施例来描述特定功能、结构或特性时，本领域技术人员有能力结合其他实施例来改动这样的功能、结构或特性。

尽管已经参照数个其示范实施例描述了一些实施例，但应该理解的是，本领域技术人员能够设想出将落在本公开原理的精神和范围内的许多其他修改和实施例。更具体地，在本公开、附图及所附权利要求的范围内可以对主题组合布置的组成部件和/或布置做出各种变化和修改。除了对组成部件和/或布置做出的各种变化和修改以外，对于本领域的技术人员来说，替代使用也将是显而易见的。

Claims (10)

1.一种模拟电流输出模块，包括：

微处理器单元(MPU)，其生成并输出数字信号；

数字模拟(D/A)转换器，其将所述数字信号转换成模拟信号并输出所述模拟信号；

模拟电流输出电路，其输出与从所述数字模拟转换器输出的所述模拟信号相对应的控制电流；以及

过载检测单元，其通过测量所述控制电流并比较所述控制电流的值和预设的参考值来检测过载是否发生，

其中，所述过载检测单元基于从所述微处理器单元传送的参考值生成信号来设定所述参考值，并且

所述过载检测单元包括比较所述控制电流的值与所述参考值并检测所述过载是否发生的比较器，和根据所述参考值生成信号生成所述参考值并提供所述参考值给所述比较器的参考值设定单元。

2.根据权利要求1所述的模拟电流输出模块，其中，所述微处理器单元基于所述数字信号的值和外部负载阻抗的值来确定所述参考值生成信号。

3.根据权利要求1所述的模拟电流输出模块，其中，当所述微处理器单元接收到来自所述过载检测单元的过载检测信号时，所述微处理器单元输出控制电流。

4.根据权利要求1所述的模拟电流输出模块，其中，当所述微处理器单元接收到来自所述过载检测单元的过载检测信号时，所述微处理器单元输出预设的错误输出电流值。

5.根据权利要求1所述的模拟电流输出模块，其中，当所述微处理器单元接收到来自所述过载检测单元的过载检测信号时，所述微处理器单元生成错误代码并提供所述错误代码给外部用户。

6.根据权利要求1所述的模拟电流输出模块，其中，所述参考值设定单元是数字电位器，并且

所述数字电位器根据所述参考值生成信号调整其分压比，并传送调整后的值给所述比较器。

7.根据权利要求6所述的模拟电流输出模块，其中，根据下列等式来确定所述参考值V_r：

$V_r=\frac{R_2}{R_1+R_2}=M_1\×\frac{R_L\×I_L}{V_{\mathrm{REF}}}$

其中，R₁和R₂为所述数字电位器的分压比(R₁：R₂)，M₁表示负载检测裕度常数，R_L表示外部负载阻抗，I_L表示数字模拟转换的电流输出值，以及V_REF表示参考电压。

8.根据权利要求1所述的模拟电流输出模块，进一步包括光耦合器，其传送从所述微处理器单元输出的所述数字信号给所述数字模拟转换器，

其中，所述光耦合器将数字电路和模拟电路隔离开。

9.根据权利要求1所述的模拟电流输出模块，其中，所述控制电流介于4mA至20mA之间。

10.根据权利要求1所述的模拟电流输出模块，其中，所述微处理器单元基于外部负载系统的外部负载阻抗来设定参考值设定信息。