CN105811357B - 过流保护电路以及设置该过流保护电路的ai模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过流保护电路以及设置该过流保护电路的AI模块，包括用于给现场仪表供电的供电电源，以及多个信号输入通道，各信号输入通道用于分别将各个现场仪表采集的信号传递给CPU模块，用于给各个现场仪表供电的供电回路上均设有过流保护电路，各个过流保护电路的输入端均与供电电源电连接，各个过流保护电路的输出端分别用于与各个现场仪表电连接。采用本发明的过流保护电路可安全有效地对AI模块内的各信号输入通道提供保护，一个信号输入通道出现故障时不会影响其他通道，且当故障解除后，通道可自动恢复。

Description

过流保护电路以及设置该过流保护电路的AI模块

技术领域

本发明涉及DCS控制系统领域，特别是涉及一种过流保护电路以及设置该过流保护电路的AI模块。

背景技术

在DCS控制系统中,会用到许多带配电的4-20mA电流输入模块。当现场仪表发生故障，比如短路，导致电流过大，或负载不匹配导致电流超过指定值时，会导致模块通道和电源损坏。现有方法是对此通道不直接处理,而是在供电电源上加保险丝，参见图6，其存在的缺点是只有现场负载短路导致电流过大时,电源端保险丝才起作用， 同时一个通道故障会影响相邻其它通道的工作。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种过流保护电路以及设置该过流保护电路的AI模块，采用本发明电路可安全有效地对AI模块内的各信号输入通道提供保护，一个信号输入通道出现故障时不会影响其他通道，且当故障解除后，通道可自动恢复。

本发明的目的是这样实现的：一种设有过流保护电路的AI模块，包括用于给现场仪表供电的供电电源，以及多个信号输入通道，各信号输入通道用于分别将各个现场仪表采集的信号传递给CPU模块，用于给各个现场仪表供电的供电回路上均设有过流保护电路，各过流保护电路用于检测各自供电回路的电流，超过设定值时关断回路，各个过流保护电路的输入端均与供电电源电连接，各个过流保护电路的输出端分别用于与各个现场仪表电连接。

所述过流保护电路包括第一三极管VT1、第二三极管VT2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，所述第一三极管VT1的基极分别与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，所述第三电阻R3的另一端分别与第二电阻R2的一端、第二三极管VT2的发射极连接，所述第二电阻R2的另一端与第一三极管VT1的发射极连接，第一三极管VT1的发射极连接供电电源，所述第四电阻R4的另一端与第二三极管VT2的集电极连接，所述第二三极管VT2的集电极用于连接现场仪表，所述第二三极管VT2的基极、第一三极管VT1的集电极均经第五电阻R5接地。

各个过流保护电路的输入端串联有第一二极管D1和保险丝FU1，各第一二极管D1的正极经保险丝FU1与供电电源连接，各第一二极管D1的负极与过流保护电路的输入端连接。第一二极管D1是防止电源接反了,烧毁电路。

所述第一二极管D1的负极设有指示电路，所述指示电路包括第一电阻R1和发光二极管L1，所述第一电阻R1的一端与第一二极管D1的负极连接，第一电阻R1的另一端与发光二极管L1的正极连接，发光二极管L1的负极接地。

各个过流保护电路的输出端串联有第二二极管D2，所述第二二极管D2的正极与第二三极管VT2的集电极连接，第二二极管D2的负极用于连接现场仪表。第二二极管D2的作用是单向导通,防止反向。

一种过流保护电路，包括第一三极管VT1、第二三极管VT2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，所述第一三极管VT1的基极分别与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，所述第三电阻R3的另一端分别与第二电阻R2的一端、第二三极管VT2的发射极连接，所述第二电阻R2的另一端与第一三极管VT1的发射极连接，第一三极管VT1的发射极为电流输入端，所述第四电阻R4的另一端与第二三极管VT2的集电极连接，第二三极管VT2的集电极为电流输出端，所述第二三极管VT2的基极、第一三极管VT1的集电极均经第五电阻R5接地。其一直检测回路电流,当电流值达到设计的值时,电路会关断回路通道。

24V电源接保护电路，然后输出到现场给负载供电,返回模拟信号接到AI模块的处理电路。每个信号输入通道都有放大电路、滤波电路、采样电路等组成。

由于采用了上述方案，由于本发明的AI模块的每个信号输入通道中串接有过流保护电路，可安全有效地对AI模块内的各信号输入通道提供保护，一个信号输入通道出现故障时不会影响其他通道。

又由于所述过流保护电路包括第一三极管VT1、第二三极管VT2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二二极管D2，所述第一三极管VT1的基极分别与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，所述第三电阻R3的另一端分别与第二电阻R2的一端、第二三极管VT2的发射极连接，所述第二电阻R2的另一端与第一三极管VT1的发射极连接，第一三极管VT1的发射极连接电源电路，所述第四电阻R4的另一端与第二三极管VT2的集电极连接，所述第二三极管VT2的集电极与第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的负极连接负载，所述第二三极管VT2的基极、第一三极管VT1的集电极均经第五电阻R5接地，当正常工作时，VT2的基极因为通过R5接地，所以VT2是饱和导通的，而VT1可以恰当设计R2，R3，R4的参数而使其截止关断。而当现场短路或其它原因使电流急剧增大时，回路电流在R2上产生的电压差将使VT1饱和导通，这时R5上产生的电压会使VT2关断，从而达到关闭通道回路的目的，本发明的过流保护电路的这种结构使得当现场条件恢复正常后，通道可自动恢复，且本过流保护电路一直检测通道回路电流,当电流值达到设定的值时,电路会关断回路通道，只要现场负载发生故障，导致通道回路电流变大，本发明的过流保护电路都可以起作用，保护信号输入通道。

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AI模块的原理框图；

图2为本发明的AI模块的过流保护示意图；

图3为本发明的一个信号输入通道的示意图；

图4为本发明的供电电源的电路图；

图5为本发明的过流保护电路的电路图。

图6为传统的AI模块的过流保护示意图。

具体实施方式

参见图1至图5，一种设有过流保护电路的AI模块，一种设有过流保护电路的AI模块，包括用于给现场仪表供电的供电电源，以及多个信号输入通道，各信号输入通道用于分别将各个现场仪表采集的信号传递给CPU模块，各个现场仪表的供电回路上均设有过流保护电路，各个过流保护电路的输入端均与供电电源电连接，各个过流保护电路的输出端分别与各个现场仪表电连接，所述过流保护电路包括第一三极管VT1、第二三极管VT2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，所述第一三极管VT1的基极分别与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，所述第三电阻R3的另一端分别与第二电阻R2的一端、第二三极管VT2的发射极连接，所述第二电阻R2的另一端与第一三极管VT1的发射极连接，第一三极管VT1的发射极连接供电电源，所述第四电阻R4的另一端与第二三极管VT2的集电极连接，所述第二三极管VT2的集电极连接现场仪表，所述第二三极管VT2的基极、第一三极管VT1的集电极均经第五电阻R5接地。

各个过流保护电路的输入端串联有第一二极管D1和保险丝FU1，各第一二极管D1的正极经保险丝FU1与供电电源连接，各第一二极管D1的负极与过流保护电路的输入端连接。第一二极管D1是防止电源接反了,烧毁电路。

所述第一二极管D1的负极设有指示电路，所述指示电路包括第一电阻R1和发光二极管L1，所述第一电阻R1的一端与第一二极管D1的负极连接，第一电阻R1的另一端与发光二极管L1的正极连接，发光二极管L1的负极接地。

各个过流保护电路的输出端串联有第二二极管D2，所述第二二极管D2的正极与第二三极管VT2的集电极连接，第二二极管D2的负极连接现场仪表。第二二极管D2的作用是单向导通,防止反向。

一种过流保护电路，包括第一三极管VT1、第二三极管VT2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，所述第一三极管VT1的基极分别与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，所述第三电阻R3的另一端分别与第二电阻R2的一端、第二三极管VT2的发射极连接，所述第二电阻R2的另一端与第一三极管VT1的发射极连接，第一三极管VT1的发射极为电流输入端，所述第四电阻R4的另一端与第二三极管VT2的集电极连接，第二三极管VT2的集电极为电流输出端，所述第二三极管VT2的基极、第一三极管VT1的集电极均经第五电阻R5接地。本过流保护电路可以用于各种电流回路中，起过流保护的作用。

24V电源经过流保护电路后给现场仪表供电。每个现场仪表有两个接线头。每个现场仪表的一个接线头经对应的信号输入通道的过流保护电路后与24V电源正极连接，另一个接线头经返回线与24V电源的负极连接，构成供电回路。现场仪表把现场信号叠加到返回线上送回给AI模块的信号处理电路。AI模块的信号处理电路设有放大电路、滤波电路、采样电路等。DCS系统的AI模块一般都是8个或16个信号输入通道做在一个模块里。

DCS系统的AI模块包括CPU模块、通信模块、EEPROM存取电路、电源以及多个信号输入通道，所述电源用于给整个模块供电，所述CPU模块通过通信模块与DCS系统的控制站保持通讯。该通信模块与CPU模块之间设有隔离电路。通信模块核心是采用的通信芯片，比如SP485等。它一边接外边的485总线，一边接隔离电路。所述CPU模块通过信号输入通道采集现场仪表的现场信号，且给现场仪表供电。CPU模块与信号输入通道之间也设有隔离电路。CPU模块与EEPROM存取电路连接,可以实时的存取数据并保存。

本发明的过流保护电路的原理为：24V电源先经过二极管和保险丝。起到对电源保护的作用。同时加了一个电阻和发光二极管串接在24V和地之间。当有电时发光二极管灯亮，起到指示作用。经过处理的电源PD+进入过流保护电路的左端，如图3所示。 当正常工作时，VT2的基极因为通过R5接地，所以VT2是饱和导通的，而VT1可以恰当设计R2，R3，R4的参数(根据需要保护起作用的回路电流值而计算)而使其截止关断。而当现场短路或其它原因使电流急剧增大时，回路电流在R2上产生的电压差将使VT1饱和导通，这时R5上产生的电压会使VT2关断，从而达到关闭通道回路的目的。

当现场条件恢复正常,回路电流较小,R2两端电压很小不足以维持VT1的导通,从而VT1截止,导致R5上电压变小，VT2导通，电路恢复正常。

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 (5)

1.一种设有过流保护电路的AI模块，其特征在于：AI模块为4-20mA电流输入模块，其是与现场仪表连接，用于采集现场仪表的数据；AI模块包括CPU模块、通信模块、EEPROM存取电路、用于给整个模块以及现场仪表供电的供电电源，以及多个信号输入通道，所述CPU模块通过通信模块与DCS系统的控制站保持通讯，该通信模块与CPU模块之间设有隔离电路，通信模块一边接外边的485总线，一边接隔离电路，所述CPU模块通过信号输入通道采集现场仪表的现场信号，且给现场仪表供电，CPU模块与信号输入通道之间也设有隔离电路，CPU模块与EEPROM存取电路连接,可以实时的存取数据并保存；各信号输入通道用于分别将各个现场仪表采集的信号传递给CPU模块，用于给各个现场仪表供电的供电回路上均设有过流保护电路，各过流保护电路用于检测各自供电回路的电流，超过设定值时关断回路，当现场条件恢复正常即回路电流正常，控制回路恢复正常；各个过流保护电路的输入端均与供电电源电连接，各个过流保护电路的输出端分别用于与各个现场仪表电连接；

供电电源经过流保护电路后给现场仪表供电，每个现场仪表有两个接线头，每个现场仪表的一个接线头经对应的信号输入通道的过流保护电路后与供电电源正极连接，另一个接线头经返回线与供电电源的负极连接，构成供电回路，现场仪表把现场信号叠加到返回线上送回给AI模块的信号处理电路，AI模块的信号处理电路设有放大电路、滤波电路、采样电路。

2.根据权利要求1所述的AI模块，其特征在于：所述过流保护电路包括第一三极管（VT1）、第二三极管（VT2）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5），所述第一三极管（VT1）的基极分别与第三电阻（R3）的一端、第四电阻（R4）的一端连接，所述第三电阻（R3）的另一端分别与第二电阻（R2）的一端、第二三极管（VT2）的发射极连接，所述第二电阻（R2）的另一端与第一三极管（VT1）的发射极连接，第一三极管（VT1）的发射极连接供电电源，所述第四电阻（R4）的另一端与第二三极管（VT2）的集电极连接，所述第二三极管（VT2）的集电极用于连接现场仪表，所述第二三极管（VT2）的基极、第一三极管（VT1）的集电极均经第五电阻（R5）接地；当正常工作时，VT2的基极因为通过R5接地，所以VT2是饱和导通的，而VT1设计R2，R3，R4的参数而使其截止关断，而当现场短路或其它原因使电流急剧增大时，回路电流在R2上产生的电压差将使VT1饱和导通，这时R5上产生的电压会使VT2关断，从而达到关闭通道回路的目的；当现场条件恢复正常，回路电流较小，R2两端电压很小不足以维持VT1的导通,从而VT1截止,导致R5上电压变小，VT2导通，电路恢复正常。

3.根据权利要求1所述的AI模块，其特征在于：各个过流保护电路的输入端串联有第一二极管（D1）和保险丝（FU1），各第一二极管（D1）的正极经保险丝（FU1）与供电电源连接，各第一二极管（D1）的负极与过流保护电路的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的AI模块，其特征在于：所述第一二极管（D1）的负极设有指示电路，所述指示电路包括第一电阻（R1）和发光二极管（L1），所述第一电阻（R1）的一端与第一二极管（D1）的负极连接，第一电阻（R1）的另一端与发光二极管（L1）的正极连接，发光二极管（L1）的负极接地。

5.根据权利要求1所述的AI模块，其特征在于：各个过流保护电路的输出端串联有第二二极管（D2），所述第二二极管（D2）的正极与第二三极管（VT2）的集电极连接，第二二极管（D2）的负极用于连接现场仪表。