CN105759750A - Dcs系统的模拟量输入模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种DCS系统的模拟量输入模块，包括供电电路、CPU模块、通信电路和通道采集电路，所述供电电路用于给整个AI模块供电，所述通道采集电路用于将现场信号传递给CPU模块，所述CPU模块用于通过通信电路与DCS系统的控制站进行通讯，所述通道采集电路设有带高输入阻抗和共模抑制能力的共模抑制电路，所述共模抑制电路用于对现场信号进行差模放大，同时实现共模抑制。通过本发明的带共模抑制的共模抑制电路可以只对差模进行放大，而对共模进行抑制，解决DCS系统中AI模块中抗共模干扰能力不太强的问题。

Description

DCS系统的模拟量输入模块
技术领域
本发明涉及DCS控制系统领域，特别是涉及一种DCS系统的模拟量输入模块。
背景技术
在DCS控制系统中,AI模拟量输入模块使用是很普及的。在现场中经常遇到由于现场环境不太好,传输信号线上耦合了共模信号，当共模信号比较大时对信号的影响很大，导致信号检测不准。现在一般采用的方法是输入端加一个电压跟随放大器进行信号采集，但是该电压跟随放大器是不能对共模信号进行抑制,同时因其输入电阻很低并且对电路中的电阻比值匹配度要求很高，所以共模抑制能力不是很强。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种DCS系统的模拟量输入模块，通过本发明的共模抑制电路可以只对差模进行放大，而对共模进行抑制，解决DCS系统中AI模块中抗共模干扰能力不太强的问题。
本发明的目的是这样实现的：一种DCS系统的模拟量输入模块，包括供电电路、CPU模块、通信电路和通道采集电路，所述供电电路用于给整个AI模块供电，所述通道采集电路用于采集现场设备的信号，并传递给CPU模块，所述CPU模块用于通过通信电路与DCS系统的控制站正确进行通讯，所述通道采集电路设有带高输入阻抗的共模抑制电路，所述共模抑制电路用于对现场信号进行差模放大，同时实现共模抑制。共模抑制电路的输入端为本模拟量输入模块的信号输入端。
所述共模抑制电路包括第一运放VC1A、第二运放VC1C、第三运放VC1D以及若干电阻，所述第二运放VC1C的同相输入端用于与现场设备的第一信号输出端连接，所述第二运放VC1C的反相输入端分别与第五电阻R5的一端、第七电阻RG的一端连接，所述第五电阻R5的另一端与第二运放VC1C的输出端连接，所述第七电阻RG的另一端分别与第六电阻R6的一端、第三运放VC1D的反相输入端连接，所述第六电阻R6的另一端与第三运放VC1D的输出端连接，所述第二运放VC1C的输出端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端、第一运放VC1A的同相输入端连接，第二电阻R2的另一端与第一运放VC1A的输出端连接，所述第一运放VC1A的输出端与通道采集电路连接，所述第三运放VC1D的同相输入端用于与现场设备的第二信号输出端连接，第三运放VC1D的输出端与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端分别与第四电阻R4的一端、第一运放VC1A的反相输入端连接，第四电阻R4的另一端接地。本发明的共模抑制电路共模抑制能力很强，比如1-5V输入信号，使用传统差模电路,只能保证<20mV的共模电压不会对精度产生影响，而使用本发明设计的共模抑制电路，可以在<1V共模信号下对精度无影响。且本发明的共模抑制电路有增大输入阻抗的作用，正负两端输入阻抗都特别大，大于108欧姆，输入阻抗高对信号影响小。
所述第一运放VC1A、第二运放VC1C、第三运放VC1D采用型号为LM324A的集成运放。
所述通道采集电路还包括滤波电路和采样电路，所述滤波电路和采样电路设置在共模抑制电路与CPU模块之间，所述共模抑制电路的输入端用于接收现场信号，所述共模抑制电路的输出端与滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与采样电路的输入端连接，所述采样电路的输出端与CPU模块连接。采样电路一般情况是AD转换电路。若CPU模块自带AD转换功能，则本发明的通道采集电路无需设置AD转换电路。滤波电路是滤掉信号中的噪声等干扰。
所述CPU模块与通道采集电路之间设有第一隔离电路。
所述CPU模块与通信电路之间设有第二隔离电路。
由于采用了上述方案，由于本发明的通道采集电路设有带高输入阻抗的共模抑制电路，所述共模抑制电路用于对现场信号进行差模放大，对共模进行抑制。通过本发明的共模抑制电路可以只对差模进行放大对共模进行抑制，采用了本电路的AI输入模块共模抑制比很高，且输入阻抗很大。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的模拟量输入模块的原理框图；
图2为本发明的共模抑制电路的电路图。
具体实施方式
参见图1，一种DCS系统的模拟量输入模块，包括供电电路、CPU模块、通信电路和通道采集电路，所述供电电路用于给整个AI模块供电，所述通道采集电路用于采集现场信号，并将现场信号传递给CPU模块。所述通道采集电路设有带高输入阻抗的共模抑制电路，所述共模抑制电路用于对现场信号进行差模放大，同时实现共模抑制。共模抑制电路的输入端为本模拟量输入模块的信号输入端。所述通道采集电路还包括滤波电路和采样电路，所述滤波电路和采样电路设置在共模抑制电路与CPU模块之间，所述共模抑制电路的输入端用于接收现场信号，所述共模抑制电路的输出端与滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与采样电路的输入端连接，所述采样电路的输出端与CPU模块连接。采样电路一般情况是AD转换电路。若CPU模块自带AD转换功能，则本发明的通道采集电路无需设置AD转换电路。滤波电路是滤掉信号中的噪声等干扰。所述CPU模块连接EEPROM存取电路，可以保存一些设置参数。所述CPU模块与通道采集电路之间设有第一隔离电路。所述CPU模块用于通过通信电路与DCS系统的控制站进行通讯。所述CPU模块与通信电路之间设有第二隔离电路。通信电路是进行通信的电路。通过通信电路，CPU可以和控制站进行通信。通信电路的核心是采用的通信芯片，比如SP485等。它一边接外边的485总线，一边接上边的隔离电路。
参见图2，所述共模抑制电路包括第一运放VC1A、第二运放VC1C、第三运放VC1D以及若干电阻，所述第二运放VC1C的同相输入端用于与现场设备的第一信号输出端连接，所述第二运放VC1C的反相输入端分别与第五电阻R5的一端、第七电阻RG的一端连接，所述第五电阻R5的另一端与第二运放VC1C的输出端连接，所述第七电阻RG的另一端分别与第六电阻R6的一端、第三运放VC1D的反相输入端连接，所述第六电阻R6的另一端与第三运放VC1D的输出端连接，所述第二运放VC1C的输出端与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端、第一运放VC1A的同相输入端连接，第二电阻R2的另一端与第一运放VC1A的输出端连接，所述第一运放VC1A的输出端与通道采集电路连接，所述第三运放VC1D的同相输入端用于与现场设备的第二信号输出端连接，第三运放VC1D的输出端与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端分别与第四电阻R4的一端、第一运放VC1A的反相输入端连接，第四电阻R4的另一端接地。所述第一运放VC1A、第二运放VC1C、第三运放VC1D采用型号为LM324A的集成运放。本发明的共模抑制电路共模抑制能力很强，比如1-5V输入信号，使用传统差模电路,只能保证<20mV的共模电压不会对精度产生影响，而使用本发明设计的共模抑制电路，可以在<1V共模信号下对精度无影响。且本发明的共模抑制电路有增大输入阻抗的作用，正负两端输入阻抗都特别大，大于108.。
参见图2，设R1=R3,R2=R4,R5=R6.那么根据电路知识可以得到：Uout=-(Uin+-Uin-)(1+2R5/RG)R2/R1。根据这个推倒公式,可以看到输出电压只和输入电压的差有关系。想把输入的差放大多少倍就相应的取值。其中的电阻R5,.RGR2,R1都是精密电阻可根据具体需要自己匹配，这样的话，共模信号在本电路就被极大的抑制了。采用了本电路的AI输入模块共模抑制比很高。根据我们的AI模块实测共模交流抑制电压可以达到250V.Ac，共模直流可达1V，而改进前分别为40V.ac.20mV.dc。
本发明不仅仅局限于上述实施例，在不背离本发明技术方案原则精神的情况下进行些许改动的技术方案，应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种DCS系统的模拟量输入模块，其特征在于：包括供电电路、CPU模块、通信电路和通道采集电路，所述供电电路用于给整个AI模块供电，所述通道采集电路用于采集现场信号，并将现场信号传递给CPU模块，所述CPU模块用于通过通信电路与DCS系统的控制站进行通讯，所述通道采集电路设有带高输入阻抗的共模抑制电路，所述共模抑制电路用于对现场信号进行差模放大，同时实现共模抑制。
2.根据权利要求1所述的模拟量输入模块，其特征在于：所述共模抑制电路包括第一运放（VC1A）、第二运放（VC1C）、第三运放（VC1D）以及若干电阻，所述第二运放（VC1C）的同相输入端用于与现场设备的第一信号输出端连接，所述第二运放（VC1C）的反相输入端分别与第五电阻（R5）的一端、第七电阻（RG）的一端连接，所述第五电阻（R5）的另一端与第二运放（VC1C）的输出端连接，所述第七电阻（RG）的另一端分别与第六电阻（R6）的一端、第三运放（VC1D）的反相输入端连接，所述第六电阻（R6）的另一端与第三运放（VC1D）的输出端连接，所述第二运放（VC1C）的输出端与第一电阻（R1）的一端连接，第一电阻（R1）的另一端分别与第二电阻（R2）的一端、第一运放（VC1A）的同相输入端连接，第二电阻（R2）的另一端与第一运放（VC1A）的输出端连接，所述第一运放（VC1A）的输出端与通道采集电路连接，所述第三运放（VC1D）的同相输入端用于与现场设备的第二信号输出端连接，第三运放（VC1D）的输出端与第三电阻（R3）的一端连接，第三电阻（R3）的另一端分别与第四电阻（R4）的一端、第一运放（VC1A）的反相输入端连接，第四电阻（R4）的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的模拟量输入模块，其特征在于：所述第一运放（VC1A）、第二运放（VC1C）、第三运放（VC1D）采用型号为LM324A的集成运放。
4.根据权利要求1所述的模拟量输入模块，其特征在于：所述通道采集电路还包括滤波电路和采样电路，所述滤波电路和采样电路设置在共模抑制电路与CPU模块之间，所述共模抑制电路的输入端用于接收现场信号，所述共模抑制电路的输出端与滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与采样电路的输入端连接，所述采样电路的输出端与CPU模块连接。
5.根据权利要求1或4所述的模拟量输入模块，其特征在于：所述CPU模块与通道采集电路之间设有第一隔离电路。
6.根据权利要求1所述的模拟量输入模块，其特征在于：所述CPU模块与通信电路之间设有第二隔离电路。
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