CN112130533A - 一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅 - Google Patents

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Abstract

一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，在主机控制器与现场传感器和执行器之间进行485总线通讯，进行现场数据采集或下行控制指令的检测和控制，进行数据传输、自动控制和远程操作，并能进行信号隔离传输和防爆处理，在要求通信距离为几十米到上千米时，能非常方便地用于多点互连，并可以省掉许多信号线，同时进行防爆处理，限制485设备通讯时数据线路上的能量，使之不足以引燃爆炸性混合物。例如一个具有485通讯功能的液位仪表，当电连接非防爆的液位仪表时加入本发明就可以实现可靠的通讯保障。当采用本发明进行设备通讯时，所有数据线路上的能量都不足以引燃爆炸性混合物，因此增强了工业控制网络的抗干扰性和安全性。

Description

一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅
所属技术领域
本发明涉及一种信号隔离装置，具体地说涉及一种能在主机控制器与现场传感器和执行器之间进行485总线通讯，进行现场数据采集或下行控制指令的检测和控制，进行数据传输、自动控制和远程操作，并能进行信号隔离传输和防爆处理，在要求通信距离为几十米到上千米时，能非常方便地用于多点互连，并可以省掉许多信号线的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅。
背景技术
随着工业自动化程度的不断提高，自动控制的应用越来越高，现场传感器和控制器之间通讯通讯必不可少。因485总线具有很好的传输速率和稳定性，许多通信设备都采用这种接口，在通信接口中广泛采用。但是普通的485数据线不能直接在具有爆炸性危险性的场合使用，例如煤炭、石油化工、天然气等领域被禁止直接使用普通的485数据线，当这些这些领域直接使用普通的485数据线进行通讯的时候，就会存在线路打火引燃爆炸性可燃物的危险性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种在主机控制器与现场传感器和执行器之间进行485总线通讯，进行现场数据采集或下行控制指令的检测和控制，进行数据传输、自动控制和远程操作，并能进行信号隔离传输和防爆处理，在要求通信距离为几十米到上千米时，能非常方便地用于多点互连，并可以省掉许多信号线的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，包括本安端485转换芯片U2和非本安端485转换芯片U5以及输入端子U4A和输出端子U4C，输入端子U4A把信号输入到本安端485转换芯片U2，本安端485转换芯片U2控制发射光耦U3的输入端和接收光耦U6的输出端，非本安端485转换芯片控制接收光耦U6的输入端和发射光耦U3的输出端，接收光耦U6输出端电连接非门逻辑芯片U7和本安端485转换芯片U2，发射光耦U3输出端电连接非门逻辑芯片U1和非本安端485转换芯片U5，实现485总线状态的线控，非门逻辑芯片U7控制接收状态指示灯D2，非门逻辑芯片U1控制发送状态指示灯D1。
本发明的有益效果是，本发明提供了一种485隔离电路，同时进行防爆处理，限制485设备通讯时数据线路上的能量，使之不足以引燃爆炸性混合物。例如一个具有485通讯功能的液位仪表，当电连接非防爆的液位仪表时加入本发明就可以实现可靠的通讯保障。当采用一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅进行设备通讯时，所有数据线路上的能量都不足以引燃爆炸性混合物，本发明同时对两个设备进行电气隔离，增强了工业控制网络的抗干扰性。
附图说明
下面结合附图和实施例，进一步说明本发明的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅的结构和特点，附图中：
图1是本发明的实施例一的电路图。
图2是本发明的实施例一的方框电路原理图。
图中：U1.输出侧非门逻辑芯片，U2.本安端485转换芯片，U5.非本安端485转换芯片，U4A.输入端子，U4C.输出端子，U3.发射光耦，U6.接收光耦，U7.输入侧非门逻辑芯片，D17.电源状态指示灯，D1.发送状态指示灯，D2.接收状态指示灯。
具体实施方式
在图1所示实施例中，设置有输出侧非门逻辑芯片(U1)，本安端485转换芯片(U2)，非本安端485转换芯片(U5)，输入端子(U4A)，输出端子(U4C)，发射光耦(U3)，接收光耦(U6)，输入侧非门逻辑芯片(U7)，电源状态指示灯(D17)，发送状态指示灯(D1)，接收状态指示灯(D2)。
在图2所示实施例中，标注了本发明的电路原理如下：信号由危险侧485总线输入到防爆处理电路，信号经过防爆处理后，输入到485电平转TTL电平电路，再经光耦隔离后，安全的信号输入到TTL电平转485电平，最后该安全的信号由安全侧485总线输出。
实施本发明的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，包括本安端485转换芯片(U2)和非本安端485转换芯片(U5)以及输入端子(U4A)和输出端子(U4C)，输入端子(U4A)把信号输入到本安端485转换芯片(U2)，本安端485转换芯片(U2)控制发射光耦(U3)的输入端和接收光耦(U6)的输出端，非本安端485转换芯片控制接收光耦(U6)的输入端和发射光耦(U3)的输出端，接收光耦(U6)输出端电连接输入侧非门逻辑芯片(U7)和本安端485转换芯片(U2)，发射光耦(U3)输出端电连接输出侧非门逻辑芯片(U1)和非本安端485转换芯片(U5)，实现485总线状态的线控，输入侧非门逻辑芯片(U7)控制接收状态指示灯(D2)，输出侧非门逻辑芯片(U1)控制发送状态指示灯(D1)。
实施本发明的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，本安端485转换芯片(U2)第8脚电连接本安端电源正极(Vi)，本安端485转换芯片(U2)第7脚B电连接电阻(R7)和电阻(R6)，电阻(R7)另一端电连接本安端电源负极(Gi)，电阻(R6)另一端电连接保险丝(F1)，保险丝(F1)另一端电连接齐纳二极管(D5)负极端、齐纳二极管(D4)负极端、齐纳二极管(D3)负极端、电阻(R5)，电阻(R5)另一端电连接输入端子(U4A)第2脚，本安端485转换芯片(U2)的第6脚A电连接电阻(R12)和电阻(R10)，电阻(R10)另一端电连接本安端电源正极(Vi)，本安端484转换芯片(U2)第5脚GND电连接本安端电源负极(Gi)，电阻(R12)另一端电连接保险(F2)，保险(F2)另一端电连接齐纳二极管(D12)负极端、齐纳二极管(D11)负极端、齐纳二极管(D9)负极端、电阻(R11)，电阻(R11)另一端电连接输入端子(U4A)第1脚，齐纳二极管(D5)正极端电连接齐纳二极管(D4)正极端、齐纳二极管(D3)正极端、齐纳二极管(D12)正极端、齐纳二极管(D11)正极端、齐纳二极管(D9)正极端。
实施本发明的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，本安端485转换芯片(U2)第1脚RO电连接电阻(R8)，电阻(R8)另一端电连接发射光耦(U3)的第3脚，发射光耦(U3)的第2脚电连接本安端电源正极(Vi)，本安端485转换芯片(U2)的第2脚RE电连接本安端485转换芯片(U2)的第3脚DE、电容(C2)、二极管(D14)负极端、电阻(R16)，电阻(R16)另一端电连接二极管(D14)正极端、电阻(R20)、输入侧非门逻辑芯片(U7)的第9脚A4和输入侧非门逻辑芯片(U7)的第10脚Y5，电阻(R20)另一端电连接本安端电源正极(Vi)，本安端485转换芯片(U2)第4脚DI电连接电阻(R17)、接收光耦(U6)的第6脚、输入侧非门逻辑芯片(U7)第11脚A5，电阻(R17)的另一端电连接本安端电源正极(Vi)，接收光耦(U6)第5脚电连接本安端电源负极(Gi)，接收光耦(U6)第8脚电连接电阻(R13)，电阻(R13)另一端电连接本安端电源正极(Vi)，输入侧非门逻辑芯片(U7)第13脚A6电连接本安端电源负极(Gi)，输入侧非门逻辑芯片(U7)第14脚VCC电连接本安端电源正极(Vi)，非门逻辑芯片第1脚A1电连接本安端电源负极(Gi)，非门逻辑芯片第3脚A2电连接本安端电源负极(Gi)，非门逻辑芯片第5脚A3电连接本安端电源负极(Gi)、非门逻辑芯片第7脚GND电连接本安端电源负极(Gi)，本安端电源负极(Gi)电连接电容(C6)一端，电容(C6)另一端电连接本安端电源正极(Vi)。
实施本发明的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，非本安端485转换芯片(U5)的第1脚RO电连接电阻(R18)，电阻(R18)的另一端电连接接收光耦(U6)的第3脚，接收光耦(U6)的第2脚电连接非本安端电源正极(Vo)，非本安端485转换芯片(U5)第2脚RE电连接非本安端485转换芯片(U5)第3脚DE、电容(C3)、电阻(R15)和二极管(D8)负极端，电容(C3)另一端电连接非本安端电源负极(Go)，二极管(D8)正极端电连接电阻(R15)另一端、电阻(R4)、输出侧非门逻辑芯片(U1)第2脚Y1和非门逻辑芯片第3脚Y2，电阻(R4)另一端电连接非本安端电源正极(Vo)，非本安端485转换芯片(U5)第4脚DI电连接发射光耦(U3)第6脚、电阻(R3)和输出侧非门逻辑芯片(U1)第1脚A1，电阻(R3)另一端电连接非本安端电源正极(Vo)，发射光耦(U3)第8脚电连接电阻(R2)，电阻(R2)另一端电连接非本安端电源正极(Vo)，非本安端485转换芯片(U5)第5脚GND电连接非本安端电源负极(Go)，非本安端485转换芯片(U5)第6脚A电连接电阻(R9)和输出端子(U4C)第5脚，电阻(R9)的另一端连非本安端电源正极(Vo)，非本安端485转换芯片(U5)第7脚B电连接电阻(R14)和输出端子(U4C)的第6脚，电阻(R14)另一端电连接非本安端电源负极(Go)，非本安端电源负极(Go)电连接电容(C5)一端，电容(C5)另一端电连接非本安端电源负极(Go)，非本安端电源负极(Go)电连接输出侧非门逻辑芯片(U1)第5脚A3、输出侧非门逻辑芯片(U1)第7脚GND、输出侧非门逻辑芯片(U1)第9脚A4、输出侧非门逻辑芯片(U1)第11脚A5、输出侧非门逻辑芯片(U1)第13脚A6，输出侧非门逻辑芯片(U1)第14脚VCC电连接非本安端电源正极(Vo)，非本安端电源正极(Vo)电连接电容(C1)，电容(C1)另一端电连接非本安端电源负极(Go)。
实施本发明的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，发送状态指示灯(D1)正极端电连接非本安端电源正极(Vo)，发送状态指示灯(D1)负极端电连接电阻(R26)，电阻(R26)另一端电连接输出侧非门逻辑芯片(U1)第4脚Y2的(TX)端，非本安端电源正极(Vo)电连接电阻(R39)，电阻(R39)另一端电连接电源指示灯(D17)正极端，电源指示灯(D17)负极端电连接非本安端电源负极(Go)，接收状态指示灯(D2)正极端电连接本安端电源正极(Vi)，接收状态指示灯(D2)负极端电连接电阻(R25)，电阻(R25)另一端电连接输入侧非门逻辑芯片(U7)的第8脚Y4的(RX)端，非本安端电源正极(Vo)电连接电阻(R39)，电阻(R39)电连接电源指示灯(D17)正极端，电源指示灯(D17)负极端电连接非本安端电源负极(Go)。
实施本发明的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，本安端485转换芯片(U2)通过三极管和电阻电连接的发射光耦(U3)，本安端485转换芯片(U2)电连接输入侧非门逻辑芯片(U7)，本安端485转换芯片(U2)通过上拉电阻电连接接收接收光耦(U6)，本安端485转换芯片(U2)通过防爆处理电路电连接非本安端485转换芯片(U5)。本发明可以让任意一款带有485接口的控制货物检测设备进行安全区和危险区之间的数据传输，并且可以实现电气隔离的功能。本发明可以为危险区的设备提供本安端的485接口，保护易燃易爆环境下的生产作业安全。把安全栅和危险区隔离开来，把传输线路上的能量限制在安全的范围内，非常方便和实用。
实施本发明的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，可以克服现有技术的不足之处，提供一种在主机控制器与现场传感器和执行器之间进行485总线通讯，进行现场数据采集或下行控制指令的检测和控制，进行数据传输、自动控制和远程操作，并能进行信号隔离传输和防爆处理，在要求通信距离为几十米到上千米时，能非常方便地用于多点互连，并可以省掉许多信号线。
实施本发明的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，同时进行防爆处理，限制485设备通讯时数据线路上的能量，使之不足以引燃爆炸性混合物。例如一个具有485通讯功能的液位仪表，当电连接非防爆的液位仪表时加入本发明就可以实现可靠的通讯保障。当采用一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅进行设备通讯时，所有数据线路上的能量都不足以引燃爆炸性混合物，本发明同时对两个设备进行电气隔离，增强了工业控制网络的抗干扰性。
实施本发明，效果很好。

Claims (5)

1.一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，包括本安端485转换芯片(U2)和非本安端485转换芯片(U5)以及输入端子(U4A)和输出端子(U4C)，其特征在于，在所述输入端子(U4A)把信号输入到本安端485转换芯片(U2)，本安端485转换芯片(U2)控制发射光耦(U3)的输入端和接收光耦(U6)的输出端，非本安端485转换芯片控制接收光耦(U6)的输入端和发射光耦(U3)的输出端，接收光耦(U6)输出端电连接输入侧非门逻辑芯片(U7)和本安端485转换芯片(U2)，发射光耦(U3)输出端电连接输出侧非门逻辑芯片(U1)和非本安端485转换芯片(U5)，实现485总线状态的线控，输入侧非门逻辑芯片(U7)控制接收状态指示灯(D2)，输出侧非门逻辑芯片(U1)控制发送状态指示灯(D1)。
2.根据权利要求1所述的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，其特征在所述本安端485转换芯片(U2)第8脚电连接本安端电源正极(Vi)，本安端485转换芯片(U2)第7脚B电连接电阻(R7)和电阻(R6)，电阻(R7)另一端电连接本安端电源负极(Gi)，电阻(R6)另一端电连接保险丝(F1)，保险丝(F1)另一端电连接齐纳二极管(D5)负极端、齐纳二极管(D4)负极端、齐纳二极管(D3)负极端、电阻(R5)，电阻(R5)另一端电连接输入端子(U4A)第2脚，本安端485转换芯片(U2)的第6脚A电连接电阻(R12)和电阻(R10)，电阻(R10)另一端电连接本安端电源正极(Vi)，本安端484转换芯片(U2)第5脚GND电连接本安端电源负极(Gi)，电阻(R12)另一端电连接保险(F2)，保险(F2)另一端电连接齐纳二极管(D12)负极端、齐纳二极管(D11)负极端、齐纳二极管(D9)负极端、电阻(R11)，电阻(R11)另一端电连接输入端子(U4A)第1脚，齐纳二极管(D5)正极端电连接齐纳二极管(D4)正极端、齐纳二极管(D3)正极端、齐纳二极管(D12)正极端、齐纳二极管(D11)正极端、齐纳二极管(D9)正极端。
3.根据权利要求1所述的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，其特征在所述本安端485转换芯片(U2)第1脚RO电连接电阻(R8)，电阻(R8)另一端电连接发射光耦(U3)的第3脚，发射光耦(U3)的第2脚电连接本安端电源正极(Vi)，本安端485转换芯片(U2)的第2脚RE电连接本安端485转换芯片(U2)的第3脚DE、电容(C2)、二极管(D14)负极端、电阻(R16)，电阻(R16)另一端电连接二极管(D14)正极端、电阻(R20)、输入侧非门逻辑芯片(U7)的第9脚A4和输入侧非门逻辑芯片(U7)的第10脚Y5，电阻(R20)另一端电连接本安端电源正极(Vi)，本安端485转换芯片(U2)第4脚DI电连接电阻(R17)、接收光耦(U6)的第6脚、输入侧非门逻辑芯片(U7)第11脚A5，电阻(R17)的另一端电连接本安端电源正极(Vi)，接收光耦(U6)第5脚电连接本安端电源负极(Gi)，接收光耦(U6)第8脚电连接电阻(R13)，电阻(R13)另一端电连接本安端电源正极(Vi)，输入侧非门逻辑芯片(U7)第13脚A6电连接本安端电源负极(Gi)，输入侧非门逻辑芯片(U7)第14脚VCC电连接本安端电源正极(Vi)，非门逻辑芯片第1脚A1电连接本安端电源负极(Gi)，非门逻辑芯片第3脚A2电连接本安端电源负极(Gi)，非门逻辑芯片第5脚A3电连接本安端电源负极(Gi)、非门逻辑芯片第7脚GND电连接本安端电源负极(Gi)，本安端电源负极(Gi)电连接电容(C6)一端，电容(C6)另一端电连接本安端电源正极(Vi)。
4.根据权利要求1所述的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，其特征在所述非本安端485转换芯片(U5)的第1脚RO电连接电阻(R18)，电阻(R18)的另一端电连接接收光耦(U6)的第3脚，接收光耦(U6)的第2脚电连接非本安端电源正极(Vo)，非本安端485转换芯片(U5)第2脚RE电连接非本安端485转换芯片(U5)第3脚DE、电容(C3)、电阻(R15)和二极管(D8)负极端，电容(C3)另一端电连接非本安端电源负极(Go)，二极管(D8)正极端电连接电阻(R15)另一端、电阻(R4)、输出侧非门逻辑芯片(U1)第2脚Y1和非门逻辑芯片第3脚Y2，电阻(R4)另一端电连接非本安端电源正极(Vo)，非本安端485转换芯片(U5)第4脚DI电连接发射光耦(U3)第6脚、电阻(R3)和输出侧非门逻辑芯片(U1)第1脚A1，电阻(R3)另一端电连接非本安端电源正极(Vo)，发射光耦(U3)第8脚电连接电阻(R2)，电阻(R2)另一端电连接非本安端电源正极(Vo)，非本安端485转换芯片(U5)第5脚GND电连接非本安端电源负极(Go)，非本安端485转换芯片(U5)第6脚A电连接电阻(R9)和输出端子(U4C)第5脚，电阻(R9)的另一端连非本安端电源正极(Vo)，非本安端485转换芯片(U5)第7脚B电连接电阻(R14)和输出端子(U4C)的第6脚，电阻(R14)另一端电连接非本安端电源负极(Go)，非本安端电源负极(Go)电连接电容(C5)一端，电容(C5)另一端电连接非本安端电源负极(Go)，非本安端电源负极(Go)电连接输出侧非门逻辑芯片(U1)第5脚A3、输出侧非门逻辑芯片(U1)第7脚GND、输出侧非门逻辑芯片(U1)第9脚A4、输出侧非门逻辑芯片(U1)第11脚A5、输出侧非门逻辑芯片(U1)第13脚A6，输出侧非门逻辑芯片(U1)第14脚VCC电连接非本安端电源正极(Vo)，非本安端电源正极(Vo)电连接电容(C1)，电容(C1)另一端电连接非本安端电源负极(Go)。
5.根据权利要求1所述的一种仪表通讯485半双工信号隔离式安全栅，其特征在所述发送状态指示灯(D1)正极端电连接非本安端电源正极(Vo)，发送状态指示灯(D1)负极端电连接电阻(R26)，电阻(R26)另一端电连接输出侧非门逻辑芯片(U1)第4脚Y2的(TX)端，非本安端电源正极(Vo)电连接电阻(R39)，电阻(R39)另一端电连接电源指示灯(D17)正极端，电源指示灯(D17)负极端电连接非本安端电源负极(Go)，接收状态指示灯(D2)正极端电连接本安端电源正极(Vi)，接收状态指示灯(D2)负极端电连接电阻(R25)，电阻(R25)另一端电连接输入侧非门逻辑芯片(U7)的第8脚Y4的(RX)端，非本安端电源正极(Vo)电连接电阻(R39)，电阻(R39)电连接电源指示灯(D17)正极端，电源指示灯(D17)负极端电连接非本安端电源负极(Go)。
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