CN106770521A - 一种仪表一体化控制器 - Google Patents
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Abstract
一种仪表一体化控制器，包括：可编程控制器和信号调理板；其中信号调理板采集各回路传感器数据并转化为可编程控制器能识别的标准电压信号，可编程控制器的指令库扩充酸碱浓度测量、电导率测量、溶氧浓度测量等不同种类的仪表功能块指令，根据接入信号的不同使用相应的指令实现对不同信号的标定、校准和测量。本申请在PLC的基础上通过外置调理电路将一次表接入PLC，很好的解决了传统仪表设备的传输问题，凭借PLC丰富的I/O资源和强大的通讯功能，大大降低控制系统成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成了测量溶液酸碱浓度、溶解氧浓度和电导率等信号调理的电路，具体说是一种仪表一体化控制器。
背景技术
当今世界经济竞争趋势从早期传统的竞争模式转移到了工业化生产上，国内制造业对自动化仪表与控制系统提出了旺盛的需求，只有发挥各仪器、仪表设备的辅助作用才能实现工业化生产。随着时间的推移,早期使用的仪器、仪表设备已满足不了新时期工业生产的要求。随着计算机技术发展迅猛，带来了仪器、仪表设备产业的一次技术革命。仪器、仪表设备在实现过程自动化、测量结果的数据处理和通讯功能等多方面取得进展。到20世纪90年代，在高精度、多功能的测量仪器中基本上都采用了微处理器技术，这就为智能仪表的发展奠定了良好的基础。
传统的仪表设备输出为模拟量，远距离传输容易受干扰，当节点数量多时，布线难度也随之增加。智能仪表虽然带有微处理器，并且强化了总线通讯功能，但是没有控制功能。微处理器作为仪表的专用设备，其开放性差，也造成了资源的浪费。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本申请提供了一种仪表一体化控制器，其在PLC的基础上通过外置调理电路将一次表接入PLC，很好的解决了传统仪表设备的传输问题，凭借PLC丰富的I/O资源和强大的通讯功能，大大降低控制系统成本。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：一种仪表一体化控制器，包括：可编程控制器和信号调理板；其中信号调理板采集各回路传感器数据并转化为可编程控制器能识别的标准电压信号，可编程控制器的指令库扩充酸碱浓度测量、电导率测量、溶氧浓度测量等不同种类的仪表功能块指令，根据接入信号的不同使用相应的指令实现对不同信号的标定、校准和测量。
进一步的，所述信号调理板，包括：酸碱浓度信号调理板、溶解氧信号调理板、电导率信号调理板。
进一步的，所述酸碱浓度信号调理板，具体包括：隔离DC-DC输出正负15V两组电源，经过整流滤波后送入降压原件，产生一组正负12V电源供给放大电路使用；
PH电极输出的两根信号线直接接在U_PH+、U_PH-上，在电路输入端由稳压管构成保护电路；用高阻绝缘线将PH电极输出信号引入印刷线路板；
进一步的，溶解氧信号调理板，包括三电极电化学传感器；所述三电极电化学传感器，包含工作电极WE，参比电极RE和辅助电极CE；工作电极WE的作用是在电极表面产生化学反应；参比电极RE在没有电流流过的情况下，用来维持工作电极与参比电极间电压的恒定；辅助电极CE用来输出反应产生的电流信号，由I-V转换电路实现信号的转换和放大。
更进一步的，电导率信号调理板，具体为：双极性脉冲对电导池进行激励；通过分压电阻调节双频率幅值的大小，再经过高通滤波器后，脉冲由单极性转换为双极性，运放缓冲后激励电导池。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本申请很好的解决了传统的仪表设备的传输问题。凭借PLC丰富的I/O资源和强大的通讯功能，大大降低控制系统成本；用户可免去安装二次仪表及变送单元，成本低且维护方便。
附图说明
本发明共有附图4幅：
图1为仪表一体化控制器结构示意图；
图2为酸碱浓度信号调理板示意图；
图3为溶解氧信号调理板示意图；
图4为电导率信号调理板示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
酸碱浓度、电导率、氧含量作为水分析领域的重要电化学参数，与人们的生产生活息息相关，如何准确有效地对其测量，具有重要的实际意义。智能传感器具有信号标定、测量、校准以及网络传输等功能，使用方便但成本较高，对于大规模信号采集的现场应用，设备与布线成本巨大。研究仪表控制器一体化技术，在可编程控制器中增加多路信号调理与激励电路，扩展酸碱浓度、电导率、溶氧等仪表功能块指令，实现低成本高精度的多路信号采集。
实施例1
本实施例提供一种仪表一体化控制器，包括：可编程控制器和信号调理板；其中信号调理板采集各回路传感器数据并转化为可编程控制器能识别的标准电压信号，可编程控制器的指令库扩充酸碱浓度测量、电导率测量、溶氧浓度测量等不同种类的仪表功能块指令，根据接入信号的不同使用相应的指令实现对不同信号的标定、校准和测量。所述信号调理板，包括：酸碱浓度信号调理板、溶解氧信号调理板、电导率信号调理板。
酸碱浓度信号调理板的实现方法具体为：
隔离DC-DC输出正负15V两组电源，经过整流滤波后送入78L12和79L12，产生一组正负12V电源供给放大电路使用。在这里使用了线性稳压器而没有使用开关电源，虽然开关电源效率高，但由于其工作原理，难免产生较大的开关噪声而且难以消除。一般来说运算放大器的电源抑制比会随频率滚降，所以开关电源的纹波会体现在放大电路的输出端，最终影响测量精度。
PH电极输出的两根信号线直接接在U_PH+、U_PH-上，在电路输入端由稳压管构成的保护电路可有效地保护运放输入端不被外界高压击穿。为消除电极引线漏电，用高阻绝缘线替换普通引线将电极输出信号引入印刷线路板；为了防止线路板上电极引线连接端子漏电，故将电极引线直接焊在了印刷线路板上，从而不需要连接端子连接；为消除印刷电路板引线间漏电对测量电路输入阻抗的影响，布线时在印刷电路板的正反面均用环线将接线端、运放的正输入端和保护元件包围，并与运放的负极输入端相连，利用运放正负两个输入端等电位相等特性，输入信号在线路板上对其他部件的漏电均由绝缘环提供，而对输入信号没有影响，从而有效地提高了线路板的输入阻抗，消除了电路板的绝缘电阻对放大电路输入阻抗的影响。
溶解氧信号调理板的实现方法：
其电源电路与酸碱浓度信号调理板类似，前级为隔离式DC-DC电路，后级经线性稳压输出供电。溶解氧平衡式三电极需要在0.6～0.8V直流激励下进行工作。本申请通过对2.5V基准源MC1403输出分压，得到0.66～0.86V范围可调的直流激励源。
三电极电化学传感器包含工作电极WE、参比电极RE和辅助电极CE。工作电极WE的作用是在电极表面产生化学反应；参比电极RE在没有电流流过的前提下，用来维持工作电极与参比电极间电压的恒定；辅助电极CE用来输出反应产生的电流信号，由I-V转换电路实现信号的转换和放大。
如果直接在工作电极和参比电极间加电压，在电压的作用下，工作电极表面产生化学反应。由于此时工作电极和参比电极间形成回路，反应所产生的电流将通过参比电极输出，随着反应电流的变化，工作电极和参比电极间的电压也会发生改变，无法保持恒定。加入辅助电极，就是要通过反馈作用使工作电极和参比电极间的电压保持恒定，保证参比电极没有电流流过，强迫反应电流全部通过辅助电极输出。
电导率信号调理板的实现方法具体为：
其电源电路与酸碱浓度信号调理板类似，前级为隔离式DC-DC电路，后级经线性稳压输出供电。
频率发生部分由74HC4060及其外围电路构成，通过可编程控制器的DQ输出控制CD4052对74HC4060输出的两个频率进行切换。两个输出频率分别为244Hz和31.250KHz，分别由74HC4060的Q13和Q6分频得到。
为消除电导率测量过程中电容效应对测量结果的影响，须由双极性脉冲对电导池进行激励。通过分压电阻调节双频率幅值的大小，经过高通滤波器后，脉冲由单极性转换为双极性，经过运放缓冲后激励电导池。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种仪表一体化控制器，其特征在于，包括：可编程控制器和信号调理板；其中信号调理板采集各回路传感器数据并转化为可编程控制器能识别的标准电压信号，可编程控制器的指令库扩充酸碱浓度测量、电导率测量、溶氧浓度测量等不同种类的仪表功能块指令，根据接入信号的不同使用相应的指令实现对不同信号的标定、校准和测量。
2.根据权利要求1所述一种仪表一体化控制器，其特征在于，所述信号调理板，包括：酸碱浓度信号调理板、溶解氧信号调理板、电导率信号调理板。
3.根据权利要求1所述一种仪表一体化控制器，其特征在于，所述酸碱浓度信号调理板，具体包括：隔离DC-DC输出正负15V两组电源，经过整流滤波后送入降压原件，产生一组正负12V电源供给放大电路使用；
PH电极输出的两根信号线直接接在U_PH+、U_PH-上，在电路输入端由稳压管构成保护电路；用高阻绝缘线将PH电极输出信号引入印刷线路板。
4.根据权利要求1所述一种仪表一体化控制器，其特征在于，溶解氧信号调理板，包括三电极电化学传感器；所述三电极电化学传感器，包含工作电极WE，参比电极RE和辅助电极CE；工作电极WE的作用是在电极表面产生化学反应；参比电极RE在没有电流流过的情况下，用来维持工作电极与参比电极间电压的恒定；辅助电极CE用来输出反应产生的电流信号，由I-V转换电路实现信号的转换和放大。
5.根据权利要求1所述一种仪表一体化控制器，其特征在于，电导率信号调理板，具体为：双极性脉冲对电导池进行激励；通过分压电阻调节双频率幅值的大小，再经过高通滤波器后，脉冲由单极性转换为双极性，运放缓冲后激励电导池。
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