CN202351653U - 一种模拟输入输出模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟输入输出模块，包括MCU、与所述MCU相连的AO单元和AI单元。本实用新型中的模拟输入输出模块在具备原有模拟输入功能、模拟输出功能的基础上，实现了温度探测功能，从而提高了模块的功能利用率，节约了设备成本。

Description

一种模拟输入输出模块

技术领域

本实用新型涉及自动控制系统领域，特别是一种模拟输入输出模块。

背景技术

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)是一种应用于工业环境的数字运算操作的电子装置。PLC分为固定式和模块式两种，其中，模块式PLC在通过模拟式的输入和输出来控制机械或生产过程时，需要多种模拟扩展模块，其中模拟输入(Analog Input，AI)/模拟输出(Analog Output，AO)模块是一种常用的模拟扩展模块。

现有的AI/AO模块包括微控制单元(Micro Control Unit，MCU)、与MCU相连的AI单元和AO单元。其中，AI单元可通过AI正线和AI负线与该AI/AO模块外接的设备相连，AO单元可通过AO正线和AO负线与该AI/AO模块外接的设备相连。该AI/AO模块支持AI模式和AO模式，可根据不同应用的需要在MCU的控制下实现AI模式和AO模式的切换。AI模式包括电流输入模式和电压输入模式，AO模式包括电流输出模式和电压输出模式。因此，在MCU的控制下，现有AI/AO模块可以被设置为电流输入模式、电压输入模式、电流输出模式、电压输出模式中任意一种模式。此时，无论选择四种模式中的哪一种，AI单元和AO单元是不同时进行工作的。

现有的AI/AO模块只支持AI模式和AO模式，并不支持其它的模式，例如，电阻温度探测(Resistance Temperature Detection，RTD)模式。但是，在模块式PLC的实际应用过程中，经常会遇到需要进行温度探测的场景。此时，在不增加专用温度探测模块的情况下，利用现有的AI/AO模块无法满足这种温度探测的场景需要。

实用新型内容

本实用新型提供一种模拟输入输出模块，其能够在具备AI功能和AO功能的基础上实现温度探测功能，从而提高模块功能利用率，节约设备成本。

本实用新型提供的模拟输入输出模块，包括MCU、与所述MCU相连的AO单元和AI单元，其中，所述MCU，用于在接收到针对一外接的RTD传感器的温度探测指令时，控制所述AO单元向所述RTD传感器输出模拟电流信号，同时控制所述AI单元接收所述RTD传感器输出的模拟电压信号；并且用于接收所述AI单元输出的数字电压信号，其中，所述数字电压信号对应所述RTD传感器探测得到的温度值；所述AO单元，用于在所述MCU的控制下向所述RTD传感器输出所述模拟电流信号；以及所述AI单元，用于在所述MCU的控制下接收所述RTD传感器输出的所述模拟电压信号，并将所述模拟电压信号转换为所述数字电压信号后传输给所述MCU。该模拟输入输出模块在通用的AI/AO模块原有功能的基础上增加了温度探测功能，利用该模拟输入输出模块可以实现模拟输入功能、模拟输出功能和温度探测功能的一体化，提高了模块功能利用率，节约了设备成本。

为了记录探测得到的数字电压信号，所述MCU还可用于存储所述数字电压信号。

RTD传感器的类型多种多样，不同的RTD传感器的工作电流不同，因此，为了使该模拟输入输出模块在进行温度探测时通用性更强，在外接不同的RTD传感器进行温度探测时能够快速、准确地向外接RTD传感器输出相应的模拟工作电流，所述MCU还可用于预先设置对应关系，所述对应关系包括RTD传感器的类型与模拟电流值的对应关系，且所述温度探测指令中含有外接RTD传感器的类型，在接收到针对外接的RTD传感器的温度探测指令时，所述MCU根据所述对应关系，控制所述AO单元向所述RTD传感器输出具有与所述RTD传感器的类型对应的模拟电流值的所述模拟电流信号。

为了能够快速得到数字电压信号表征的、探测所述RTD传感器所得到的温度值，所述MCU还可用于预先设置对应关系，所述对应关系包括数字电压信号与温度值的对应关系，当接收到所述AI单元输出的所述数字电压信号时，所述MCU进一步根据所述对应关系得到所述RTD传感器探测到的温度值。

该模拟输入输出模块，在支持RTD模式的同时，也支持传统的模拟电流输出模式、模拟电压输出模式、模拟电流输入模式和模拟电压输入模式，以体现该模拟输入输出模块的多模式化。因此，所述MCU还可用于在接收到针对一外接设备的模拟电流信号输出指令时，控制所述AO单元向所述外接设备输出模拟电流信号，此时所述AO单元还用于在所述MCU的控制下向所述外接设备输出模拟电流信号；所述MCU还可用于在接收到针对一外接设备的模拟电压信号输出指令时，控制所述AO单元向所述外接设备输出模拟电压信号，此时所述AO单元还用于在所述MCU的控制下向所述外接设备输出模拟电压信号；所述MCU还可用于在接收到针对一外接设备的模拟电流信号输入指令时，控制所述AI单元接收所述外接设备输出的模拟电流信号，此时所述AI单元还用于在所述MCU的控制下接收所述外接设备输出的模拟电流信号；所述MCU还可用于在接收到针对一外接设备的模拟电压信号输入指令时，控制所述AI单元接收所述外接设备输出的模拟电压信号，此时所述AI单元还用于在所述MCU的控制下接收所述外接设备输出的模拟电压信号。

本实用新型还提供一种PLC，包括上述任意一种模拟输入输出模块。在PLC的实际应用中，通过一个模拟输入输出模块就可以同时具备AI功能、AO功能和RTD功能，提高了模块的功能利用率，节约了设备成本。

本实用新型还提供一种利用模拟输入输出模块进行温度探测的方法，所述模拟输入输出模块包括MCU、与所述MCU相连的AO单元和AI单元，该方法包括：所述MCU在接收到针对一外接的RTD传感器的温度探测指令时，控制AO单元向所述RTD传感器输出模拟电流信号，同时控制AI单元接收所述RTD传感器输出的模拟电压信号；所述AO单元在所述MCU的控制下，向所述RTD传感器输出模拟电流信号；所述AI单元接收所述RTD传感器输出的所述模拟电压信号，将所接收到的所述模拟电压信号转换为所述数字电压信号，并传输给所述MCU，其中，所述数字电压信号对应所述RTD传感器探测得到的温度值；以及所述MCU从所述AI单元接收所述数字电压信号。利用该方法，可以使通用的AI/AO模块在原有功能的基础上增加温度探测功能，提高模块功能利用率，节约设备成本。

为了记录探测得到的数字电压信号，接收到所述数字电压信号的MCU还存储所述数字电压信号。

RTD传感器的类型多种多样，不同的RTD传感器的工作电流不同，因此，为了使该模拟输入输出模块在进行温度探测时通用性更强，在外接不同的RTD传感器进行温度探测时能够快速、准确地向外接RTD传感器输出相应的模拟工作电流，所述MCU还可预先设置对应关系，所述对应关系包括RTD传感器的类型与模拟电流值的对应关系，且所述温度探测指令中含有外接RTD传感器的类型，在接收到针对外接的RTD传感器的温度探测指令时，所述MCU根据所述对应关系，控制所述AO单元向所述RTD传感器输出具有与所述RTD传感器的类型相对应的模拟电流值的所述模拟电流信号。

为了能够快速得到数字电压信号表征的、探测所述RTD传感器所得到的温度值，所述MCU还可预先设置对应关系，所述对应关系包括数字电压信号与温度值的对应关系，当接收到所述AI单元输出的所述数字电压信号时，所述MCU进一步根据所述对应关系得到所述RTD传感器探测到的温度值。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本实用新型的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本实用新型实施例的模拟输入输出模块的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的模拟输入输出模块外接RTD传感器的示意图；

图3为本实用新型实施例中的温度探测方法的流程示意图。

附图标记说明：

100模拟输入输出模块

11 MCU

12 AO单元

13 AI单元

14 AO正线

15 AO负线

16 AI正线

17 AI负线

21 RTD传感器

S301～S304流程图的步骤

具体实施方式

本实用新型实施例提供的模拟输入输出模块，包括MCU、与所述MCU相连的AO单元和AI单元。

该模拟输入输出模块能够支持AO模式、AI模式和RTD模式。具体地，该模拟输入输出模块在被设置为AO模式时，可通过AI单元为其外接的设备提供模拟电流信号或模拟电压信号；该模拟输入输出模块在被设置为AI模式时，可通过AO单元接收其外接的设备输出的模拟电流信号或模拟电压信号；同时在本实用新型中，该模拟输入输出模块在被设置为RTD模式时，其AI单元和AO单元可同时工作，并通过外接一RTD传感器进行温度探测。

图1为本实用新型实施例的模拟输入输出模块的结构示意图。

参见图1所示，本实用新型实施例提供的模拟输入输出模块100包括：MCU 11、与所述MCU 11相连的AO单元12和AI单元13，其中，

MCU 11，在接收到针对一外接的RTD传感器的温度探测指令时，控制AO单元12向所述RTD传感器输出模拟电流信号，同时控制AI单元13接收所述RTD传感器输出的模拟电压信号；并且，MCU 11接收AI单元13输出的数字电压信号，其中，所述数字电压信号对应所述RTD传感器探测得到的温度值；

AO单元12，在所述MCU 11的控制下向所述RTD传感器输出模拟电流信号；

AI单元13，在所述MCU 11的控制下接收所述RTD传感器输出的模拟电压信号，并将所述模拟电压信号转换为数字电压信号传输给所述MCU 11。

这里，为了记录探测得到的数字电压信号，所述MCU 11还可用于存储所述数字电压信号。

所述AO单元12通过AO正线和AO负线向所述RTD传感器输出模拟电流信号，所述AI单元13通过AI正线和AI负线接收所述RTD传感器输出的模拟电压信号。

RTD传感器的类型多种多样，不同的RTD传感器的工作电流不同，因此，为了使该模拟输入输出模块在进行温度探测时通用性更强，在外接不同的RTD传感器进行温度探测时能够快速、准确地向外接RTD传感器输出相应的模拟工作电流，所述MCU 11可预先设置对应关系，所述对应关系包括RTD传感器的类型与模拟电流值的对应关系，且所述温度探测指令中含有外接RTD传感器的类型，在接收到针对外接的RTD传感器的温度探测指令时，所述MCU11根据所述对应关系，控制所述AO单元12向所述RTD传感器输出具有与所述RTD传感器的类型对应的模拟电流值的所述模拟电流信号。

为了能够快速得到数字电压信号表征的、探测所述RTD传感器所得到的温度值，所述MCU 11还可预先设置对应关系，所述对应关系包括数字电压信号与温度值的对应关系，当接收到所述AI单元13输出的所述数字电压信号时，所述MCU 11进一步根据所述对应关系得到所述RTD传感器探测到的温度值。

本实用新型实施例提供的模拟输入输出模块在通用的AI/AO模块原有功能的基础上增加了温度探测功能，利用该模拟输入输出模块可以实现模拟输入功能、模拟输出功能和温度探测功能一体化。那么，该模拟输入输出模块，在支持RTD模式的同时，也支持传统的模拟电流输出模式、模拟电压输出模式、模拟电流输入模式和模拟电压输入模式以体现该模拟输入输出模块的多模式化，下面结合图1对该模拟输入输出模块在实现上述四种传统模式时的原理进行阐述：

所述MCU 11，还可用于在接收到针对一外接设备的模拟电流信号输出指令时，控制AO单元12向所述外接设备输出模拟电流信号，此时所述AO单元12还用于在所述MCU 11的控制下向所述外接设备输出模拟电流信号；

所述MCU 11，还可用于在接收到针对一外接设备的模拟电压信号输出指令时，控制AO单元12向所述外接设备输出模拟电压信号，此时所述AO单元12还用于在所述MCU 11的控制下向所述外接设备输出模拟电压信号；

所述MCU 11，还可用于在接收到针对一外接设备的模拟电流信号输入指令时，控制AI单元13接收所述外接设备输出的模拟电流信号，此时所述AI单元13还用于在所述MCU 11的控制下接收所述外接设备输出的模拟电流信号；

所述MCU 11，还可用于在接收到针对一外接设备的模拟电压信号输入指令时，控制AI单元13接收所述外接设备输出的模拟电压信号，此时所述AI单元13还用于在所述MCU 11的控制下接收所述外接设备输出的模拟电压信号。

在利用图1所示的模拟输入输出模块在进行温度探测时，需要外接一个RTD传感器，如图2所示，与AO单元12相连的AO正线14和AO负线15分别连接RTD传感器21的两端，使AO单元12输出的模拟电流信号流经RTD传感器21；同时RTD传感器21的两端分别连接与AI单元13连接的AI正线16和AI负线17，则在模拟电流信号流经RTD传感器21时，RTD传感器21两端出现压降。AI单元13通过AI正线16和AI负线17检测到RTD传感器21两端的压降，获得一模拟电压信号，并将该模拟电压信号转换为数字电压信号传输给MCU11，该数字电压信号表征RTD传感器21所探测到的温度值。此时，MCU 11获得该数字电压信号，根据预先设置的数字电压信号与温度值的对应关系，就可以获得通过RTD传感器21所探测得到的温度值。为了记录探测得到的数字电压信号，可以将所述数字电压信号存储在所述MCU 11或模拟输入输出模块外部的存储装置中。

图3为本实用新型实施例中的温度探测方法的流程示意图。

参见图3所示，本实用新型实施例提供的一种利用模拟输入输出模块进行温度探测的方法，所述模拟输入输出模块包括MCU、与所述MCU相连的AO单元和AI单元，该方法包括以下几个步骤：

S301：所述MCU在接收到针对一外接的RTD传感器的温度探测指令时，控制AO单元向所述RTD传感器输出模拟电流信号，同时控制AI单元接收所述RTD传感器输出的模拟电压信号。

这里，所述模拟输入输出模块中与AO单元连接的AO正线和AO负线分别连接所述RTD传感器的两端，使AO单元输出的模拟电流信号通过AO正线和AO负线流经所述RTD传感器；所述模拟输入输出模块中与AI单元相连的AI正线和AI负线同时分别连接所述RTD传感器的两端，在有电流信号流经所述RTD传感器并且所述RTD传感器产生的压降时，根据该压降输出一模拟电压信号，并通过AI正线和AI负线传输给AI单元。

S302：所述AO单元在所述MCU的控制下，向所述RTD传感器输出模拟电流信号。

RTD传感器的类型多种多样，不同的RTD传感器的工作电流不同，因此，为了使该模拟输入输出模块在进行温度探测时通用性更强，在外接不同的RTD传感器进行温度探测时能够快速、准确地向外接RTD传感器输出相应的模拟工作电流，所述MCU可预先设置对应关系，所述对应关系包括RTD传感器的类型与模拟电流值的对应关系，且所述温度探测指令中含有外接RTD传感器的类型，在接收到针对外接的RTD传感器的温度探测指令时，所述MCU根据所述对应关系，控制所述AO单元向所述RTD传感器输出具有与所述RTD传感器的类型对应的模拟电流值的所述模拟电流信号。

这里，根据MCU所设置的对应关系中RTD传感器类型与模拟电流值的对应关系，AO单元通过分别连接在所述RTD传感器两端的AO正线和AO负线，向所述RTD传感器输出具有与所外接RTD传感器类型对应的模拟电流值的模拟电流信号，使AO单元所输出的模拟电流信号通过AO正线和AO负线流经所述RTD传感器。

S303：所述AI单元将接收到的模拟电压信号转换为数字电压信号传输给所述MCU，其中，所述数字电压信号表征所述RTD传感器探测得到的温度值。

这里，在有模拟电流信号流经所述RTD传感器时，所述RTD传感器的两端将产生压降，因此，将输出一模拟电压信号，所述AI单元通过AI正线和AI负线接收所述RTD传感器输出的模拟电压信号。

S304：MCU从AI单元接收到所述数字电压信号。

这里，MCU可以存储所述数字电压信号，也可以将数字电压信号存储在模拟输入输出模块外部的存储装置中。

为了能够快速得到数字电压信号表征的、探测所述RTD传感器所得到的温度值，所述MCU还可预先设置对应关系，所述对应关系包括数字电压信号与温度值的对应关系，当接收到所述AI单元输出的所述数字电压信号时，所述MCU进一步根据所述对应关系得到所述RTD传感器探测到的温度值。

本实用新型实施例提供的模拟输入输出模块不但可以实现温度探测功能，还可以实现模拟电流信号输出功能、模拟电流信号输入功能、模拟电压信号输出功能和模拟电压信号输入功能，在实现上述四种功能时，与现有技术中AI/AO模块的实现方法相同。

本实用新型实施例同时提供一种PLC，包括上述任意一项实施例中的模拟输入输出模块，则在PLC的实际应用中，通过一个模拟输入输出模块就可以同时具备AI功能、AO功能和RTD功能，扩展了通用的AI/AO模块的功能，提高了模块利用率，降低了生产成本。

通过以上技术方案可知，本实用新型实施例提供的一种模拟输入输出模块是在通用的AI/AO模块的基础上增加了温度探测功能，在该模拟输入输出模块被设置为RTD模式时，所述模拟输入输出模块的MCU在接收到针对一外接的RTD传感器的温度探测指令，控制AO单元通过AO正线和AO负线向所述RTD传感器输出模拟电流信号，同时控制AI单元通过AI正线和AI负线接收所述RTD传感器输出的模拟电压信号，所述AI单元将所述模拟电压信号转换为数字电压信号传输给所述MCU，其中，所述数字电压信号表征所述RTD传感器探测得到的温度值。因此，本实用新型实施例提供的模拟输入输出模块同时具备了AI功能、AO功能和温度探测功能，提高了模块的功能利用率，节约了设备成本。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种模拟输入输出模块，包括微控制单元MCU(11)、与所述MCU(11)相连的模拟输出AO单元(12)和模拟输入AI单元(13)，其特征在于，

所述MCU(11)，用于在接收到针对一外接的电阻温度探测RTD传感器(21)的温度探测指令时，控制所述AO单元(12)向所述RTD传感器(21)输出模拟电流信号，同时控制所述AI单元(13)接收所述RTD传感器(21)输出的模拟电压信号；并且用于接收所述AI单元(13)输出的数字电压信号，其中，所述数字电压信号对应所述RTD传感器(21)探测得到的温度值；

所述AO单元(12)，用于在所述MCU(11)的控制下向所述RTD传感器(21)输出所述模拟电流信号；以及所述AI单元(13)，用于在所述MCU(11)的控制下接收所述RTD传感器(21)输出的所述模拟电压信号，并将所述模拟电压信号转换为所述数字电压信号后传输给所述MCU(11)。

2.如权利要求1所述的模拟输入输出模块，其特征在于，所述MCU(11)还用于存储所述数字电压信号。

3.如权利要求1所述的模拟输入输出模块，其特征在于，所述MCU(11)还用于预先设置对应关系，所述对应关系包括RTD传感器的类型与模拟电流值的对应关系，且所述温度探测指令中含有外接RTD传感器(21)的类型，在接收到针对外接的RTD传感器(21)的所述温度探测指令时，所述MCU(11)根据所述对应关系，控制所述AO单元(12)向所述RTD传感器(21)输出具有与所述RTD传感器(21)的类型相对应的模拟电流值的所述模拟电流信号。

4.如权利要求1所述的模拟输入输出模块，其特征在于，所述MCU(11)还用于预先设置对应关系，所述对应关系包括数字电压信号与温度值的对应关系，当接收到所述AI单元(13)输出的所述数字电压信号时，所述MCU(11)进一步根据所述对应关系得到所述RTD传感器(21)探测到的温度值。

5.如权利要求1所述的模拟输入输出模块，其特征在于，所述MCU(11)还用于在接收到针对一外接设备的模拟电流信号输出指令时，控制所述AO单元(12)向所述外接设备输出模拟电流信号，所述AO单元(12)还用于在所述MCU(11)的控制下向所述外接设备输出模拟电流信号。

6.如权利要求1所述的模拟输入输出模块，其特征在于，所述MCU(11)还用于在接 收到针对一外接设备的模拟电压信号输出指令时，控制所述AO单元(12)向所述外接设备输出模拟电压信号，所述AO单元(12)还用于在所述MCU(11)的控制下向所述外接设备输出模拟电压信号。

7.如权利要求1所述的模拟输入输出模块，其特征在于，所述MCU(11)还用于在接收到针对一外接设备的模拟电流信号输入指令时，控制所述AI单元(13)接收所述外接设备输出的模拟电流信号，所述AI单元(13)还用于在所述MCU(11)的控制下接收所述外接设备输出的模拟电流信号。

8.如权利要求1所述的模拟输入输出模块，其特征在于，所述MCU(11)还用于在接收到针对一外接设备的模拟电压信号输入指令时，控制所述AI单元(13)接收所述外接设备输出的模拟电压信号，所述AI单元(13)还用于在所述MCU(11)的控制下接收所述外接设备输出的模拟电压信号。

9.一种可编程逻辑控制器，其特征在于，包括权利要求1～8中任意一项所述的模拟输入输出模块。 

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