CN201097175Y - 模拟量电压电流独立的输入装置 - Google Patents

Abstract

一种工业控制系统模拟量输入模块的输入装置，包括：输入电压信号的电压输入端子；输入电流信号的电流输入端子；公共端子；第一、二、三电阻器，其中，第一电阻器连接在电压输入端子和后级的输入处理电路的输入端子之间，第二电阻器连接在电流输入端子和所述的输入处理电路的输入端子之间，第三电阻器连接在电流输入端子与公共端之间。

Description

模拟量电压电流独立的输入装置

技术领域

本实用新型涉及一种工业控制系统中的模拟量输入装置，更具体地，涉及一种在工业控制系统模拟量输入模块的既输入电压信号、又输入电流信号的模拟量输入通道中的使电压信号和电流信号能够分别独立输入的输入装置。

背景技术

通常，在在工业控制系统模拟量输入模块中，同一通道既可输入电压信号、又可输入电流信号。在这样的模拟量输入模块中，输入装置大部分采用具有三个输入端子的电路结构，即：电压输入端子、电流输入端子和公共端。图1示出了现有技术的模拟量输入模块中常用的具有三个输入端子的输入装置的典型电路结构。

如图1所示，输入装置1包括电压输入端子VIN、电流输入端子IIN、公共端子COM以及在电流输入端子IIN与公共端COM之间连接的电流采样电阻器R。其中电压输入端子VIN直接连接到模拟量输入通道的输入处理电路2，电流输入端子IIN与公共端之间连接的电流采样电阻器R，用于将经由电流输入端子IIN输入的电流信号转换成相应的电压信号。

在通常的应用中，在输入电流信号时需要在硬件上通过短接线或开关元件等形式将电流输入端子IIN短接至电压输入端子VIN(参见图1虚线所示)，从而将与输入电流信号相应的电压信号输入到输入处理电路2。电压输入信号或经由电流输入端子IIN输入的电流信号所转换成的相应电压信号被输入处理电路2进行处理然后输出到后续的电路级，如模数转换器3。

图1中的输入装置在本质上是电压输入和电流输入采用了相同的输入端，即均经由电压输入端子VIN被输入到输入处理电路2。

但是，在很多工业控制系统应用中，在经由电流输入端子IIN输入电流信号的情况下，不希望使用短接线或开关元件等辅助手段。因此期待设计出一种新的模拟量输入模块的输入装置，使得模拟量输入模块的既输入电压信号、又输入电流信号的模拟量输入通道中的电压输入信号和电流输入信号能够分别独立地被输入。

实用新型内容

本实用新型的目的是基本解决至少上述问题和/或缺点，并提供至少下面的优点。

因此，本实用新型的目的是提供一种工业控制系统模拟量输入模块的输入装置，包括：输入电压信号的电压输入端子；输入电流信号的电流输入端子；公共端子；第一、二、三电阻器，其中，第一电阻器连接在电压输入端子和后级的输入处理电路的输入端子之间，第二电阻器连接在电流输入端子和所述的输入处理电路的输入端子之间，第三电阻器连接在电流输入端子与公共端之间。

根据本实用新型的模拟量输入模块的输入装置，使得模拟量输入模块的既输入电压信号、又输入电流信号的模拟量输入通道中的电压输入信号和电流输入信号能够分别独立地被输入。

附图说明

通过下面参照附图进行详细描述，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显，其中：

图1示出了现有技术的模拟量输入模块中的输入装置的典型电路结构；

图2示出了根据本实用新型的第一实施例的、模拟量输入模块中的输入装置的电路结构；

图3示出了根据本实用新型的第二实施例的、模拟量输入模块中的输入装置的电路结构。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行说明。附图中相同的附图标记指代相同的电路元件。

图2示出了根据本实用新型的第一实施例的、模拟量输入模块中的输入装置的电路结构。在第一实施例中，输入装置1向后级电路提供单端输入信号，并且在经由电流输入端子IIN输入电流信号的情况下，不需要使用短接线或开关元件等辅助手段。

如图2所示，输入装置1包括电压输入端子VIN、电流输入端子IIN、公共端子COM以及电阻器R1、R2和R3。其中，电阻器R1连接在电压输入端子VIN和后级的输入处理电路2之间，电阻器R2连接在电流输入端子IIN和后级的输入处理电路2之间，电阻器R3连接在电流输入端子IIN与公共端COM之间。

当输入电压信号V时，在输入处理电路2的输入端U1的电压由下面等式(1)来近似计算：

输入端U1的电压＝V×(R2+R3)/(R1+R2+R3)    ......(1)

由于输入处理电路2中一般存在阻抗隔离缓冲器，因此在上述计算中认为输入处理电路2的等效输入阻抗无限大。

当输入电流信号I时，在输入处理电路2的输入端U1的电压由下面等式(2)来计算：

输入端U1的电压＝I×R3    ......(2)

由于输入处理电路2中一般存在阻抗隔离缓冲器，因此在上述计算中认为输入处理电路2的等效输入阻抗无限大；且由于作为电流取样电阻器的电阻器R3电阻值一般要求较小，所以认为输入电流I近似地均流过电阻器R3。

从等式(1)或(2)可以看出：分别与电压输入信号V或电流输入信号成比例转换的电压信号，即输入端U1的电压信号，可以直接被输入处理电路2进行处理，然后输出到后续的电路级，如单端输入的模数转换器3。不需要现有技术中针对电流输入信号所使用的短接线或开关元件等辅助手段。

图3示出了根据本实用新型的第二实施例的、模拟量输入模块中的输入装置的电路结构。在第二实施例中，输入装置1向后级电路提供双端差分输入信号，并且在经由电流输入端子IIN输入电流信号的情况下，不需要使用短接线或开关元件等辅助手段。

如图3所示，输入装置1包括电压输入端子VIN、电流输入端子IIN、公共端子COM以及电阻器R1、R2、R3和R4。其中，电阻器R1连接在电压输入端子VIN和后级的输入处理电路2的输入端U1之间，电阻器R2连接在电流输入端子IIN和后级的输入处理电路2的输入端U1之间，电阻器R3连接在电流输入端子IIN与公共端COM之间，电阻器R4连接在公共端COM与输入处理电路2的另一输入端U2之间。

当输入电压信号V时，在输入处理电路2的输入端U1的电压由下面等式(3)来计算：

输入端U1的电压＝V×(R2+R3)/(R1+R2+R3)  ......(3)

输入端U2的电压＝0......(4)

由于输入处理电路中一般存在阻抗隔离缓冲器，因此在上述计算中认为输入处理电路2的等效输入阻抗无限大。

当输入电流信号I时，在输入处理电路2的输入端U1的电压由下面等式(4)来计算：

输入端U1的电压＝I×R3......(5)

输入端U2的电压＝0......(6)

由于输入处理电路2中一般存在阻抗隔离缓冲器，因此在上述计算中认为输入处理电路2的等效输入阻抗无限大；且由于作为电流取样电阻器的电阻器R3电阻值一般要求较小，所以认为输入电流I近似地均流过电阻器R3。

从等式(3)、(4)或(5)、(6)可以看出：与电压输入信号V或电流输入信号I成比例转换的电压信号(即输入端U1的电压信号)以及输入端U2的电压信号作为差分信号，分别可以直接被输入处理电路2进行处理然后输出到后续的电路级，如双端差动输入的模数转换器3。不需要现有技术中针对电流输入信号所使用的短接线或开关于元件等辅助手段。

输入处理电路包括滤波电路，阻抗匹配电路。如果模数转换器是单输入通道的，输入处理电路还包括多路选择开关。

在大部分应用中，模拟量输入阻抗一般要求：

电压输入模式：10KΩ～500KΩ

电流输入模式：20Ω～300Ω

由于输入处理电路中通常存在阻抗隔离缓冲器，则本实用新型第一、第二实施例的输入阻抗可以如下取值：

电压输入模式：10KΩ＜R1+R2+R3＜500KΩ

电流输入模式：20Ω＜R3＜300Ω

根据模数转换器的量程范围，选择合适的精密电阻器R1、R2和R3，就可以得到转换后的电压输入U1或U1、U2给后续电路。

为了方便电路阻抗的匹配实现，在第二实施例中可以选取R4＝R2＝R1。

虽然已参照本实用新型的某些优选实施例示出并描述了本实用新型，但本领域技术人员应当明白，在不背离由所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上对其做出各种变化。

Claims (4)

1. 一种模拟量电压电流独立的的输入装置，包括：

输入电压信号的电压输入端子；

输入电流信号的电流输入端子；

公共端子；

其特征在于：

所述输入装置还包括第一、二、三电阻器，其中，第一电阻器连接在电压输入端子和后级的输入处理电路的输入端子之间，第二电阻器连接在电流输入端子和所述的输入处理电路的输入端子之间，第三电阻器连接在电流输入端子与公共端之间。

2. 如权利要求1所述的模拟量电压电流独立的输入装置，其特征在于：

还包括第四电阻器，连接在公共端与输入处理电路的另一输入端。

3. 如权利要求1或2所述的模拟量电压电流独立的输入装置，其特征在于：

在输入电压信号时，第一、二、三电阻器的电阻值之和大于10KΩ、小于500KΩ；

在输入电流信号时，第三电阻器的电阻值大于20Ω、小于300Ω。

4. 如权利要求2所述的模拟量电压电流独立的输入装置，其特征在于：

第一、二、四电阻器的电阻值相等。

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