CN115981227A - 一种本安防爆的远程冗余io子站装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种本安防爆的远程冗余IO子站装置，包括底板，底板上板载有：主控制器模块，用于在制氢框架内将传感器的模拟量信号转换为数字量信号；AI模拟量信号采集模块，用于将采集到的数据通过SPI传输给主控制器模块；DI数字量输入信号采集模块，用于将采集到的数据通过SPI传输给主控制器模块；DO数字量信号输出模块，用于接收主控制器模块的命令信号并输出开关点信号。本发明可稳定可靠地实现水电解制氢设备的远程IO站功能，并且可以直接布置在水电解制氢设备的防爆区，防爆区和非防爆区间只需要一根网线或485通讯线，大大减少传统的防爆区与非防爆区之间的电缆数量，减少施工及调试的工作量，提高工作效率，方便故障的检修及维护。

Description

一种本安防爆的远程冗余IO子站装置

技术领域

本发明属于可再生能源水电解制氢设备领域，具体涉及一种本安防爆的远程冗余IO子站装置。

背景技术

传统水电解制氢设备主要分为控制柜、整流柜、制氢框架及辅助设备四部分，由于水电解制氢设备为特种设备，设备分为防爆区和非防爆区，非防爆区包含控制柜、整流柜、辅助设备，防爆区包含制氢框架。目前控制柜和制氢框架采用模拟量信号传输，信号电缆使用量大，施工难度高，并且不利于后期的检修及维护。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本申请提出一种本安防爆的远程冗余IO子站装置，包括底板，所述底板上板载有：

主控制器模块，用于在制氢框架内将传感器的模拟量信号转换为数字量信号；

AI模拟量信号采集模块，用于根据不同的使用场景，并将采集到的数据通过SPI传输给所述主控制器模块；

DI数字量输入信号采集模块，用于采集各干接点的通断信号，并将采集到的数据通过SPI传输给所述主控制器模块；

DO数字量信号输出模块，用于通过SPI接收所述主控制器模块的命令信号，并通过继电器输出开关点信号。

进一步的，所述主控制器模块包括：

供电模块，用于为所述主控制器模块内的各组件提供所需的工作电压；

主控MCU芯片，用于根据不同的应用场合作出不同的组合控制；

485通讯接口和TCP通讯接口，用于为所述主控制器模块提供两种接口形式，根据不同场景需求提供Modbus等协议，同上位PLC或DCS系统进行数据交换；

SPI通讯接口，用于实现系统内部通过SPI通讯，所述主控制器模块通过SPI与所述AI模拟量信号采集模块、所述DI数字量输入信号采集模块以及所述DO数字量信号输出模块通讯。

进一步的，所述主控制器模块的数量为两个，其中一个主控制器模块为主工作模块；当作为主工作模块的主控制器模块出现故障时，另一个主控制器模块立即接替当前工作内容并报警。

进一步的，所述冗余IO远程子站采用两个电源模块，分别为两个所述主控制器模块供电。

进一步的，所述AI模拟量采集模块采用高精度AD模数转换芯片。

进一步的，所述DO输出模块采用光耦隔离芯片及MOSFET场效应管电路，通过光耦芯片接收MCU控制信号，进而控制MOSFET场效应管的通断，提高控制电路的电流上限。

进一步的，所述本安防爆的远程冗余IO子站装置布置在正压防爆箱箱内，可直接安装在水电解制氢设备的防爆区域。

本发明提出的本安防爆的远程冗余IO子站装置，与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明可稳定可靠地实现水电解制氢设备的远程IO站功能，并且可以直接布置在水电解制氢设备的防爆区，防爆区和非防爆区间只需要一根网线或485通讯线，大大减少传统的防爆区与非防爆区之间的电缆数量，减少施工及调试的工作量，提高工作效率，方便故障的检修及维护。

附图说明

图1为本发明冗余远程IO站的拓扑图；

图2为本发明冗余远程IO站的接口示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员能够更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

参照图1和图2，本申请提出的本安防爆的远程冗余IO子站装置，冗余远程IO站主要包含以下三部分：第一是底板，第二是主控制模块，第三是其他功能模块。所有的模块都安装在底板上，底板起到给各模块供电、通讯总线的作用，在底板上可按需求扩展不同的功能模块。

主控模块包含两个，主控模块起到承上启下的作用，其通过SPI总线与各功能模块通讯，也可以通过以太网口或485接口与上位PLC通讯。各功能模块包含AI、DI、DO模块，AI模块负责传感器模拟信号的转换，DI负责开关点信号的接收，DO负责驱动中间继电器，给外界干接点的指令。

冗余远程IO站的拓扑图如图1所示，主控制模块A为主工作模块，通过SPI总线与AI、DI、DO模块通讯，主控制模块B实时监控总线是否正常，当B模块监测总线故障时，主控制器B及时接替并报警。

当使用以太网接口工作时：

主控制器A模块设定一个IP地址，主控制器B模块采用A的IP地址末尾加1的为其IP地址，如A地址为192.168.0.100，B地址为192.168.0.101。当A控制器错误时，B控制器会转变为A控制器的IP地址。

当使用485通讯接口时：

主控制器A模块设定一个子站号，B控制器的A子站号加1，如A的子站号为0，则B的子站号为1。当A控制器错误时，B控制器会转变为A控制器的子站号。

PLC可切换冗余IO远程子站的两个主控制器模块的主备角色。冗余IO远程子站采用两个电源模块为两个主控制器模块分别供电。AI模拟量采集模块采用高精度AD模数转换芯片。DO输出模块采用光耦隔离芯片及MOSFET场效应管电路，通过光耦芯片接收MCU控制信号，进而控制MOSFET场效应管的通断，提高控制电路的电流上限。

实际应用时，将冗余远程IO站布置在正压防爆箱内，防爆箱安装在水电解制氢设备框架上，各传感器、执行机构的线均接入防爆接线内，从防爆接线箱甩出两个网线，接到控制柜的交换机上，PLC也有一根网线接入交换机，冗余远程IO站与PLC在一个局域网内。

本申请在通上电后，PLC通过网线或485线，读取冗余远程IO站主控制模块A的信息，主控制模块A通过SPI总线，与各功能模块及主控制模块B通讯，主控模块B实时监控SPI总线，当发现主控模块A故障时，实现无缝接替A工作，并发出报警，实现热备冗余的功能，保证整个制氢设备的稳定工作。

综上，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (7)

1.一种本安防爆的远程冗余IO子站装置，包括底板，其特征在于，所述底板上板载有：

主控制器模块，用于在制氢框架内将传感器的模拟量信号转换为数字量信号；

AI模拟量信号采集模块，用于根据不同的使用场景，并将采集到的数据通过SPI传输给所述主控制器模块；

DI数字量输入信号采集模块，用于采集各干接点的通断信号，并将采集到的数据通过SPI传输给所述主控制器模块；

DO数字量信号输出模块，用于通过SPI接收所述主控制器模块的命令信号，并通过继电器输出开关点信号。

2.根据权利要求1所述的本安防爆的远程冗余IO子站装置，其特征在于，所述主控制器模块包括：

供电模块，用于为所述主控制器模块内的各组件提供所需的工作电压；

主控MCU芯片，用于根据不同的应用场合作出不同的组合控制；

485通讯接口和TCP通讯接口，用于为所述主控制器模块提供两种接口形式，根据不同场景需求提供Modbus等协议，同上位PLC或DCS系统进行数据交换；

SPI通讯接口，用于实现系统内部通过SPI通讯，所述主控制器模块通过SPI与所述AI模拟量信号采集模块、所述DI数字量输入信号采集模块以及所述DO数字量信号输出模块通讯。

3.根据权利要求1所述的本安防爆的远程冗余IO子站装置，其特征在于：所述主控制器模块的数量为两个，其中一个主控制器模块为主工作模块；当作为主工作模块的主控制器模块出现故障时，另一个主控制器模块立即接替当前工作内容并报警。

4.根据权利要求3所述的本安防爆的远程冗余IO子站装置，其特征在于：所述冗余IO远程子站采用两个电源模块，分别为两个所述主控制器模块供电。

5.根据权利要求1所述的本安防爆的远程冗余IO子站装置，其特征在于：所述AI模拟量采集模块采用高精度AD模数转换芯片。

6.根据权利要求1所述的本安防爆的远程冗余IO子站装置，其特征在于：所述DO输出模块采用光耦隔离芯片及MOSFET场效应管电路，通过光耦芯片接收MCU控制信号，进而控制MOSFET场效应管的通断，提高控制电路的电流上限。

7.根据权利要求1所述的本安防爆的远程冗余IO子站装置，其特征在于：所述本安防爆的远程冗余IO子站装置布置在正压防爆箱箱内，可直接安装在水电解制氢设备的防爆区域。

Images