CN105807149B - 检测plc模拟输入输出模块的电源中的噪声的装置 - Google Patents

检测plc模拟输入输出模块的电源中的噪声的装置 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于检测在PLC模拟输入/输出模块的电源中的噪声的装置，其包括：电容，其配置为从所述电源输出的驱动电压中提取噪声判定目标电压；电压转换单元，其配置为转换所述电容输出的噪声判定目标电压，并输出转换后的噪声判定目标电压；比较单元，其配置为将所述电压转换单元转换的噪声判定目标电压与参考电压比较；和判定单元，其配置为基于所述比较单元的比较结果，判定所述噪声判定目标电压是否为噪声。

Description

检测PLC模拟输入输出模块的电源中的噪声的装置
技术领域
本发明涉及一种用于检测PLC模拟输入/输出模块的电源中的噪声的装置。更特别地，本申请涉及这样一种用于检测PLC模拟输入/输出模块的电源中的噪声的装置，其能够检测在由PLC模拟输入/输出模块的电源输出的电力中是否引入了噪声。
背景技术
PLC(可编程逻辑控制器)为能够控制各种自动化机器和处理器的专用计算机。PLC包括存储程序和不同数据的存储器，并且执行诸如数值计算、逻辑计算、顺序控制、计时器、计数器等功能。
PLC可应用到诸如设备控制、设备数值设置、时间控制、实时监控、实时数据采集和安全设备激活的的不同操作中。
PLC包括：模拟输出模块，其用于向自动化设施设备提供信号；和模拟输入模块，其用于接收来自所述自动化设施设备的信号。模拟输入模块起到将自动化设施设备传送来的模拟信号转换为数字信号并传送该数字信号到内部操作处理单元的功能。另外，模拟输出模块起到接收来自所述操作处理单元的数字信号并将所述数字信号转换为模拟信号后传送该模拟信号到所述自动化设施设备的功能。
这里，提供了配置为给模拟输入/输出模块的操作提供电力的电源。电源将从外部输入的电力转换为所述模拟输入/输出模块操作所需电力，并且提供该电力给所述模拟输入/输出模块。
因此，所述电源提供的电力需要保持稳定，以便模拟输入/输出模块可以正常操作。在从外部引入噪声或在PLC模块中产生噪声的情况下，电源的输出电压变得不稳定。当给模拟输入/输出模块提供该不稳定的电压时，模拟输入/输出模块既不能接收精确的模拟信号输入，也不能输出精确的模拟信号。这种现象导致该产品的质量和性能下降。
发明内容
因此，本发明设计为解决相关技术的前述缺陷/问题，并且本发明目的在于提供一种用于检测在PLC模拟输入/输出模块的电源中的噪声的装置，其能够检测在PLC模拟输入/输出模块的电源输出的电力中是否引入了噪声。
在本发明的总体方案中，提供了一种用于检测在PLC模拟输入/输出模块的电源中的噪声的装置，所述装置包括：电容，其配置为从电源输出的驱动电压中提取噪声判定目标电压；电压转换电源，其配置为转换从所述电容输出的噪声判定目标电压，并输出该转换后的噪声判定目标电压；比较单元，其配置为将电压转换单元转换的噪声判定目标电压与参考电压进行比较；和判定单元，其配置为基于所述比较单元的比较结果，判定所述噪声判定目标电压是否为噪声。
在本发明的某些示例性实施例中，所述电压转换单元包括：半波整流器，其配置为对由电容输出的噪声判定目标电压进行半波整流；反相加法器，其配置为对经过半波整流器进行半波整流后的噪声判定目标电压进行反相和累加；反相放大器，其配置为以相同大小的反相形式输出经由反相加法器进行反相和累加后的噪声检测判定目标电压；和低通滤波器，其配置为对经由反相放大器反相后的噪声判定目标电压进行低通滤波。
在本发明的某些示例性实施例中，当噪声判定目标电压高于参考电压时，所述比较单元输出正电压或负电压，或当噪声判定目标电压低于参考电压时，所述比较单元输出负电压或正电压。
在本发明的某些示例性实施例中，当判定所述噪声判定目标电压为噪声时，所述判定单元输出高电平电压或低电平电压，或当判定所述噪声判定目标电压不是噪声时，所述判定单元输出低电平电压或高电平电压。
在本发明的某些示例性实施例中，所述判定单元为NMOS(N沟道金属氧化物半导体)FET(场效应晶体管)或PMOS(P沟道MOS)FET，其配置为根据所述比较单元输出的比较结果而导通或关断。
根据本发明的示例性实施例，当给PLC模拟输入/输出模块提供电力的电源由于噪声而输出不稳定电压时，用于检测在PLC模拟输入/输出模块的电源中的噪声的装置可以检测由PLC模拟输入/输出模块的电源输出的电力是否引入了噪声。
因此，可以预先检测给PLC模拟输入/输出模块提供电力的电源提供的电力中引入的噪声，以便阻止噪声施加到PLC模拟输入/输出模块。
从前述内容显而易见的是，本发明可以减少PLC模拟输入/输出模块的故障发生率，从而减小花费在故障检修上的时间和成本。
附图说明
图1显示了包括根据本发明的示例性实施例的用于检测在PLC模拟输入/输出模块的电源中的噪声的装置在内的PLC系统的示例框图。
图2显示了根据本发明的示例性实施例的用于检测在PLC模拟输入/输出模块的电源中的噪声的装置。
图3显示了根据本发明的示例性实施例的PLC模拟输入/输出模块的详细电路图。
图4显示了根据本发明的示例性实施例的用于检测PLC模拟输入/输出模块的电源中的噪声的装置的每个部分结构的示例输出电压波形视图。
具体实施方式
本发明的优点和特征以及实施它们的方法将参考带有附图的示例性实施例更全面地描述。然而，本发明可以以不同的形式体现，并且不应理解为限制成在这里阐述的实施例。而是，提供这些实施例为了使得本发明更全面完整，并且将本发明的范围完整地传达给本领域技术人员。本发明的范围仅仅由权利要求的范围限定。通篇中相同的附图标记指示相同的组件。在附图中，为了清晰起见，各层的厚度和范围被夸大。
当确定涉及本发明的已知功能和结构的详细说明会避开本发明的主要观点时，将省略该详细说明。另外，在说明书和权利要求中使用的专用术语或词汇的含义不应限定为书面的或通常使用的含义，而应当根据用户或操作者的意图和习惯用法进行解释或有所不同。因此，专用术语或词汇的限定应当基于通篇内容。
图1显示了包括根据本发明示例性实施例的用于检测PLC模拟输入/输出模块的电源中的噪声的装置在内的PLC系统的示例框图。
参考图1，PLC系统包括模拟模块100、电源200和噪声检测装置300，并且进一步包括其他组件。然而，这里仅阐述本发明所必需的组件。
这里，模拟模块100为模拟输入模块，其配置为将子设备提供的模拟信号转换为数字信号，并且提供该数字信号到内部计算处理单元；并且模拟模块可以为模拟输出模块，其配置为接收反映所述计算处理单元提供的计算处理结果的数字信号，并且将该数字信号转换为模拟信号，以将所述模拟信号提供给子设备。
电源200为一种给模拟模块100提供所需驱动电力的结构。电源200将外部提供的电力转换为用于驱动模拟模块100的适当电平的电力，并且提供转换后的电力给模拟模块100。
同时，噪声检测装置300可以检测在电源200输出的电力中是否引入了噪声。噪声检测装置300的结构将基于附图在下文中描述。
图2显示了根据本发明的示例性实施例的用于检测在PLC模拟输入/输出模块的电源中的噪声的装置的框图；图3显示了根据本发明示例性实施例的PLC模拟输入/输出模块的详细电路图；以及图4显示了根据本发明示例性实施例的用于检测PLC模拟输入/输出模块的电源中的噪声的装置的每部分结构的示例输出电压波形视图。
参考图2到4，根据本发明示例性实施例的用于检测PLC模拟输入/输出模块的电源中噪声的装置300包括电容310、电压转换单元320、比较单元330、参考电压生成单元340和判定单元350。
电容310配置为从自电源200输出的驱动电压中提取的噪声。
即，电容310具有阻断直流分量的特性，并且驱动电压为直流。因此，电容310的输出电压为“0”，除非噪声包含在驱动电流中。
然而，如图4(a)所示，当噪声包含在驱动电压中时，电容310输出与噪声对应的交流电压。
使用从电容310输出的电压V1以便判定是否包含噪声。因而，电压V1指“噪声判定目标电压”。
电压转换单元320对从电容310输出的交流形式的噪声判定目标电压进行转换，并且输出经过转换的噪声判定目标电压。
这里，电压转换单元320通过对噪声判定目标电压进行半波整流和低通滤波后将其输出。以下将详细描述电压转换单元320的详细结构和操作。
比较单元330将电压转换单元320转换的噪声判定目标电压与参考电压生成单元340输出的参考电压Vref进行比较，并且输出比较结果。
这里，如图4(f)所示，比较结果V6为负(-)或正(+)电压。负的(-)和正的(+)电压的量是相同的。
同时，比较单元330将噪声判定目标电压与参考电压Vref进行比较，并且当噪声判定目标电压高于参考电压时，输出负(-)电压；或当噪声判定目标电压低于参考电压时，输出正(+)电压。
可选地，比较单元330将噪声判定目标电压与参考电压Vref进行比较，并且当噪声判定目标电压高于参考电压时，输出正(+)电压；或当噪声判定目标电压低于参考电压时，输出负(-)电压。
参考电压生成单元340生成用于比较单元330的参考电压以与噪声判定目标电压进行比较。
判定单元350接收从比较单元330输出的比较结果，并且判定噪声判定目标电压是否为噪声，并且输出比较结果。
这里，如图4(g)所示，判定单元350配置为基于比较结果输出不同电平的电压。判定单元350可以为NMOS(N沟道金属氧化半导体)FET(场效应晶体管)或PMOS(P沟道MOS)FET。
作为示例，当从比较单元330接收的比较结果为正(+)电压时，判定单元350输出高电平电压；或当从比较单元330接收的比较结果为负(-)电压时，判定单元350输出低电平电压。
可选地，当从比较单元330接收的比较结果为正(+)电压时，判定单元350输出低电平电压；或当从比较单元330接收的比较结果为负(-)电压时，判定单元350输出高电平电压。
下文中，特别参考图3和4描述根据本发明的示例性实施例的电压转换单元的结构和操作。
根据本发明的示例性实施例的电压转换单元320包括半波整流器321、反相加法器322、反相放大器323和低通滤波器。
半波整流器321对经过电容310的噪声判定目标电压进行半波整流(图4(b))。反相加法器322将经由半波整流器321半波整流后的噪声判定目标电压进行反相和累加(图4(c))。
反相放大器323对经过反相加法器322反相和累加的噪声判定目标电压以相同的量并以反相波形的电压输出(图4(b))，并且低通滤波器324对经过反相放大器进行反相后的噪声判定目标电压进行低通滤波(图4(e))。
这里，将进一步描述在电压转换单元320中的所需结构的补充描述。通用结构的描述将被省略。
半波整流器321可以包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一运算放大器321a、第一二极管D1和第二二极管D2。
这里，第一运算放大器321a的负极(-)输入端子(图示为IN-，下同)连接到电容310且正极(+)输入端子(图示为IN+，下同)接地。第一电阻R1连接在第一运算放大器321a的负极(-)输入端子与电容310之间。
第一二极管D1的阳极连接在第一运算放大器321a的负极(-)输入端子与第一电阻R1之间，且第一二极管D1的阴极连接到第一运算放大器321a的输出端子(图示为OUT，下同)。
另外，第二二极管D2的阳极连接到第一运算放大器321a的输出端子，且第二二极管D2的阴极连接到半波整流器321的输出侧。
同时，第二电阻R2的一端连接在第一电阻R1与第一运算放大器321a之间，而第二电阻R2的另一端为半波整流器321的输出侧。因而，第二电阻R2连接到第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极。
当考虑具有这样结构的半波整流器321的操作时，在第一电阻R1和第二电阻R2设置为相同数值的情况下，并且当噪声判定目标电压V1大于零(0)时，第一二极管D1导通，第二二极管D2关断，以便半波整流器321的输出电压V2为零(0)。
相反地，当噪声判定目标电压V1低于零(0)时，第一二极管D1关断且第二二极管D2导通，以便半波整流器321的输出电压V2根据等式1变为-V1。
[等式1]
因此，在噪声判定目标电压V1为零(0)以下的区域的极性是可变的，并且输出为半波整流器321的输出电压V2。
同时，反相加法器322可以包括第三到第五电阻R3、R4、R5和第二运算放大器322a。
第二运算放大器322a的负极(-)输入端子连接到半波整流器321的输出端子，且第二运算放大器322a的正极(+)输入端子接地。
第三电阻R3连接在电容310与第二运算放大器322a的负极(-)输入端子之间，第四电阻R4连接到第二运算放大器322a的输出端子与第二运算放大器322a的负极(-)输入端子之间，并且第五电阻R5连接在半波整流器321的输出侧与第二运算放大器322a的负极(-)输入端子之间。
当考虑具有这样结构的反相加法器322的操作时，在R3＝R4和R5＝2R4的情况下，反相加法器322的输出电压V3根据等式2判定。
[等式2]
因此，当噪声判定目标电压V1大于零(0)时，V2＝0，并且V3＝-V1。另外，当噪声判定目标电压V1小于零(0)时，V2＝-V1，并且V3＝V1。
总之，反相加法器322的输出电压V3输出为与噪声判定目标电压V1相同数值的负(-)的波形。
尽管参考这里的许多示例性实施例描述了根据本发明的用于检测PLC模拟输入/输出模块的电源的噪声的装置，但是应当知道本领域技术人员可以设计出落入本发明原理的精神和范围的许多其它改进和替代实施例。更特别地，在本发明说明书、附图和附带权利要求范围的组件和/或主体的组合配置中的各种变化和改进是可能的。除了在组件和/或配置上的变化和改进之外，可替代使用对于本领域技术人员也是显而易见的。
因此，上述示例性实施例和附图是为了阐述，不是为了限制权利要求的范围。本发明的保护范围由权利要求来解释，并且应当解释为将在本发明范围的等同范围内的所有技术观点都包含于内。

Claims (4)

1.一种用于检测在PLC模拟输入/输出模块的电源中的噪声的装置，其包括：
电容，其配置为从所述电源输出的驱动电压中提取噪声判定目标电压；
电压转换单元，其配置为转换所述电容输出的噪声判定目标电压，并输出转换后的噪声判定目标电压；
比较单元，其配置为将所述电压转换单元转换的噪声判定目标电压与参考电压比较；和
判定单元，其配置为基于所述比较单元的比较结果，判定所述噪声判定目标电压是否为噪声，
其中所述电压转换单元包括：
半波整流器，其配置为对电容输出的噪声判定目标电压进行半波整流；
反相加法器，其配置为对经过所述半波整流器进行半波整流后的噪声判定目标电压进行反相和累加；
反相放大器，其配置为以相同大小的反相形式输出经过所述反相加法器进行反相和累加后的噪声检测判定目标电压；和
低通滤波器，其配置为对经过反相放大器反相后的噪声判定目标电压进行低通滤波，
其中所述半波整流器包括第一电阻、第二电阻、运算放大器、第一二极管和第二二极管，并且
其中所述运算放大器的负极(-)输入端子连接到所述电容并且正极(+)输入端子接地，所述第一电阻连接在所述运算放大器的负极(-)输入端子与所述电容之间，所述第一二极管的阳极连接在所述运算放大器的所述负极(-)输入端子与所述第一电阻之间，所述第一二极管的阴极连接到所述运算放大器的输出端子，所述第二二极管的阳极连接到所述运算放大器的输出端子，所述第二二极管的阴极连接到所述半波整流器的输出侧，所述第二电阻的一端连接在所述第一电阻与所述运算放大器之间，并且所述第二电阻的另一端连接到所述半波整流器的输出侧。
2.如权利要求1所述的装置，其中当噪声判定目标电压高于参考电压时，所述比较单元输出正电压或负电压；或当所述噪声判定目标电压低于参考电压时，所述比较单元输出负电压或正电压。
3.如权利要求1所述的装置，其中当判定所述噪声判定目标电压为噪声时，所述判定单元输出高电平电压或低电平电压；或当判定所述噪声判定目标电压不是噪声时，所述判定单元输出低电平电压或高电平电压。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述判定单元为NMOS(N沟道金属氧化半导体)FET(场效应晶体管)或PMOS(P沟道MOS)FET，其配置为根据比较单元输出的比较结果而导通或关断。
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