CN113884205A - 一种dcs系统的8通道热电偶采样模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种DCS系统的8通道热电偶采样模块，涉及工业自动化控制技术领域。包括电源模块、控制芯片、通讯数据总线模块、数字隔离模块、LED指示灯模块、ADC模块、多路开关阵列模块。本发明采用自主国产化品牌芯片，并配置有冗余功能，在保证功能和精度的情况下，保证货源，优化生产流程。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化控制技术领域，尤其涉及一种DCS系统的8通道热电偶采样模块。
背景技术
目前，分布式控制系统(distributed control systems,简称DCS)已被广泛应用于电力、石油、化工、钢铁、造纸、水泥、脱硫、除尘、水处理等自动化控制领域中，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。热电偶(thermocouple)是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度，其通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。在现有的技术中，对热电偶的采集的原理电路基本使用进口元器件芯片对其进行采样量化，从而实现对于现场设备温度的测量，且基本不会配置有冗余输入的功能。
分布式控制系统(DCS)的进口非国产化元器件以及芯片，其货源紧张且采购周期较长。且在当今时代，非国产化元器件、芯片受限制形势更为严峻，极有可能面临的断货，生产产品困难等问题。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种DCS系统的8通道热电偶采样模块，采用自主国产化品牌芯片，并配置有冗余功能，在保证功能相同，精度相同的情况下，保证货源，优化生产流程。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是将原系统中各个元器件使用自主国产化品牌，自主国产化元器件替代，保证实现相同功能，解决上述断货缺货生产困难的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种DCS系统的8通道热电偶采样模块，包括电源模块、控制芯片、通讯数据总线模块、数字隔离模块、LED指示灯模块、ADC模块、多路开关阵列模块；
所述电源模块，用于供电；
所述控制芯片，包括FPGA和ARM单片机用于上位机通讯和信号处理；
所述通讯数据总线模块，通过专用的485芯片实现与控制器的通信；
所述数字隔离模块，用于外部供电电路以及外部输入信号与所述控制芯片的之间的隔离；
所述LED指示灯模块，用于输入信号处理后结果的指示；
所述ADC模块，对输入信号模数转换；
所述多路开关阵列模块，用于所述ADC模块与不同输入通道之间的切换轮询。
进一步地，所述电源模块的24V转5V模块为圣邦微公司的SGM6232YPS8G。
进一步地，所述多路开关阵列模块的光继电器为厦门华联公司的HSSR-DA01-2。
进一步地，所述多路开关阵列模块的3-8译码芯片为富满电子的74HC138T芯片。
进一步地，所述ADC模块的ADC为瑞盟科技的MS5193T。
进一步地，所述所述数字隔离模块的数字隔离芯片是斯凯瑞利的ISO1200系列隔离芯片。
进一步地，所述FPGA是高云公司的GW1N-LV4LQ100C6I5。
进一步地，所述ARM单片机是兆易创新公司的GD32E230C8T6单片机。
进一步地，所述通讯数据总线模块是芯力特公司的SIT3088EESA 485芯片。
进一步地，包括板卡和壳体。
在本发明的较佳实施方式中，鉴于现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供全自主国产化芯片的8通道热电偶采样模块。在使用自主化国产芯片的同时，满足此热电偶采样模块可以无扰动地测量现场热电偶设备输出的感应电动势，并具有现场信号冗余功能，以实现工业现场的需要。
作为本发明的一个方面，为冗余热电偶热电动势的输入，本设计标准为8通道热电偶采样模块，即可以有8个热电偶信号可以同时接入模块，进行转换测量。并且配置有冗余功能，现场热电偶信号可以同时进入配置冗余的两块热电偶模块中，以实现部分现场的冗余功能，使得控制信号更加安全稳定。
作为本发明的另一个方面，为使用全自主国产化芯片搭建电路构成模块。
作为本发明，共有1块板卡和1个壳体组成，板卡置于壳体内，起到保护作用。
作为本发明包括以下模块：电源模块，包括了24VA,24VB用于内部24V转5V DCDC直流电压转换模块转换后给各个芯片供电；控制芯片，包括FPGA和ARM单片机用于上位机通讯和信号处理；通讯数据总线模块，通过专用的485芯片实现与控制器直接有效的通信；数字隔离模块，用于外部供电电路以及外部输入信号与控制芯片的之间的隔离；LED指示灯模块，用于输入信号处理后结果的指示；ADC模块，对输入信号模数转换；多路开关阵列模块，用于ADC模块与不同输入通道之间的切换轮询。
图1是本发明的DCS系统的热电偶输入模块原理框图；
简述其主要的工作原理为：
此8通道热电偶输入模块使用24VA,24VB作为FPGA以及ARM供电。Chn0-7为外部输入信号，其经过多路开关阵列进入ADC模拟前端，经过ADC采样量化后，通过数字隔离芯片输出至FPGA中。监控程序运行于ARM中，直接读取FPGA收到的ADC输出值，经零位、满度标定后直接通过通讯数据总线上传到控制器中后可以被上位机读取。根据ARM单片机的运算结果以及与控制器的通讯状态，使用LED指示灯模块直观表达不同的状态。
电源模块中使用的24V转5V模块为圣邦微公司的SGM6232YPS8G；
多路开关阵列模块使用的光继电器为厦门华联公司的HSSR-DA01-2；使用的3-8译码芯片为富满电子的74HC138T芯片。
ADC模块中采用的ADC为瑞盟科技的MS5193T；
数字隔离芯片使用的是斯凯瑞利的ISO1200系列隔离芯片；
FPGA使用的是高云公司的GW1N-LV4LQ100C6I5；
ARM使用的是兆易创新公司的GD32E230C8T6单片机；
通讯数据总线使用的是芯力特公司的SIT3088EESA 485芯片；
上述主要元器件都为国产自主化品牌。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：
本发明采用自主国产化品牌芯片，并配置有冗余功能，在保证功能相同，精度相同的情况下，保证货源，优化生产流程。本发明使用自主化国产芯片搭建电路构成模块的同时，满足此热电偶采样模块可以无扰动地测量现场热电偶设备输出的感应电动势，并具有现场信号冗余功能，现场热电偶信号可以同时进入配置冗余的两块热电偶模块中，使得控制信号更加安全稳定，实现工业现场的需要。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的DCS系统的热电偶输入模块原理框图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
本发明涉及工业自动化控制技术领域，具体涉及在DCS系统下使用的8通道热电偶采样模块。DCS控制系统下的8通道热电偶采集模块，使用100％国产自主化芯片，以及用所述芯片所搭建出的自主化电路结构。
本发明为用于DCS系统的热电偶采集模块，输入的热电动势信号通过多路开关阵列，进入ADC进行采样量化处理。经过数字隔离后，将数据交由FPGA传输至ARM单片机处理后，再通过通讯数据总线直接上传给控制器。
如图1所示，阐述本模块电路结构的主要关系：
24VA，24VB为两路外部24V直流电源输入，其经过24V转5V DCDC直流电压转换芯片将其转换为5V直流电压信号后，为主逻辑芯片(FPGA、ARM)以及其他芯片(ADC数字隔离等)进行供电。具体使用的直流电压转换芯片为圣邦微公司的SGM6232YPS8G芯片。
Chn0-Chn7为外部输入信号，其标准信号应为热电动势信号0-50mV,其经过多路开关阵列后进入ADC模拟前端，ADC对输入信号进行采样量化，将结果AD值经过数字隔离芯片，转换相对应的信号后输出至FPGA中。数字隔离的目的是为防止外部信号的异常短路对模块内部电路造成冲击损坏。
FPGA将输入的AD值信号传输至ARM芯片中，ARM芯片对输入的AD信号进行零位满度标定处理，将处理后的信号回传给FPGA，FPGA将经过优化后的数据通过通讯数据总线与控制器进行通讯交互。此外，FPGA还辅助控制前端的多路开关阵列，使ADC芯片对输入信号进行轮询采样。
本发明中，微处理器主要负责对于ADC采样量化后的数据进行处理，其采用的是32位的ARM M23芯片，具体为兆易创新公司的GD32E230C8T6单片机，用C语言编程，通过外部总线与FPGA进行数据交换。另外，本发明的微处理器采用的是高速磁介质隔离芯片，其可隔离现场设备对其的干扰，保证其正常工作。
本发明中的FPGA采用的是高云公司GW1N系列中的GW1N-LV4LQ100C6I5芯片，使用Verilog语言编程。主要完成与ADC数据的传输和上位控制器的通讯，此外FPGA还将控制多路开关阵列，并与ARM进行数据交互。
本发明中的ADC采用的是瑞盟科技的24位转换芯片MS5193T。该模数转换器具有内部参考基准，可对输入信号进行快速精确地量化采样。
在发明中，采用富满电子公司的74HC138T逻辑芯片与厦门华联的mos输出光继电器HSSR-DA01-2组合的方式实现多路开关阵列，可以通过FPGA控制使被选中的输入信号通道导通，实现8个通道的输入信号依次进入ADC采样的功能。
在本发明中，采用斯凯瑞利公司的ISO1200系列的隔离芯片，其具有功耗低，体积小，数据传输速率高，以及抗干扰性能高的优良特点。在此发明使用过程中，为实现外部信号与内部电路信号转换的功用。
在本发明中，采用的是芯力特公司的485芯片SIT3088EESA构成通讯数据总线的RS485收发器，其具有低功耗，高通讯速率的特点，满足DCS系统下现场IO与控制器之间的高速实时的数据通讯需求。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种DCS系统的8通道热电偶采样模块，其特征在于，包括电源模块、控制芯片、通讯数据总线模块、数字隔离模块、LED指示灯模块、ADC模块、多路开关阵列模块；
所述电源模块，用于供电；
所述控制芯片，包括FPGA和ARM单片机用于上位机通讯和信号处理；
所述通讯数据总线模块，通过专用的485芯片实现与控制器的通信；
所述数字隔离模块，用于外部供电电路以及外部输入信号与所述控制芯片的之间的隔离；
所述LED指示灯模块，用于输入信号处理后结果的指示；
所述ADC模块，对输入信号模数转换；
所述多路开关阵列模块，用于所述ADC模块与不同输入通道之间的切换轮询。
2.如权利要求1所述的DCS系统的8通道热电偶采样模块，其特征在于，所述电源模块的24V转5V模块为圣邦微公司的SGM6232YPS8G。
3.如权利要求1所述的DCS系统的8通道热电偶采样模块，其特征在于，所述多路开关阵列模块的光继电器为厦门华联公司的HSSR-DA01-2。
4.如权利要求1所述的DCS系统的8通道热电偶采样模块，其特征在于，所述多路开关阵列模块的3-8译码芯片为富满电子的74HC138T芯片。
5.如权利要求1所述的DCS系统的8通道热电偶采样模块，其特征在于，所述ADC模块的ADC为瑞盟科技的MS5193T。
6.如权利要求1所述的DCS系统的8通道热电偶采样模块，其特征在于，所述所述数字隔离模块的数字隔离芯片是斯凯瑞利的ISO1200系列隔离芯片。
7.如权利要求1所述的DCS系统的8通道热电偶采样模块，其特征在于，所述FPGA是高云公司的GW1N-LV4LQ100C6I5。
8.如权利要求1所述的DCS系统的8通道热电偶采样模块，其特征在于，所述ARM单片机是兆易创新公司的GD32E230C8T6单片机。
9.如权利要求1所述的DCS系统的8通道热电偶采样模块，其特征在于，所述通讯数据总线模块是芯力特公司的SIT3088EESA 485芯片。
10.如权利要求1所述的DCS系统的8通道热电偶采样模块，其特征在于，包括板卡和壳体。
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Citations (4)
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| CN206610124U (zh) * | 2017-02-10 | 2017-11-03 | 上海新华控制技术集团科技有限公司 | 一种dcs系统热电偶输入模块 |
| CN109974880A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-07-05 | 重庆川仪控制系统有限公司 | 一种多通道热电偶采集模块 |
| CN213276321U (zh) * | 2020-11-16 | 2021-05-25 | 上海新华控制技术集团科技有限公司 | 一种8通道模拟量输入模块 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN205594443U (zh) * | 2016-04-29 | 2016-09-21 | 朱勇彬 | 一种dcs专用通道测试仪 |
| CN206610124U (zh) * | 2017-02-10 | 2017-11-03 | 上海新华控制技术集团科技有限公司 | 一种dcs系统热电偶输入模块 |
| CN109974880A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-07-05 | 重庆川仪控制系统有限公司 | 一种多通道热电偶采集模块 |
| CN213276321U (zh) * | 2020-11-16 | 2021-05-25 | 上海新华控制技术集团科技有限公司 | 一种8通道模拟量输入模块 |
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