CN205983058U - 一种以太网供电的工业控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种以太网供电的工业控制系统，包括主控设备和扩展设备，主控设备的直流电源输入接口接电源模块，并通过保护电路接第二网口的电源引脚，第一网口的数据引脚通过控制模块接第二网口的数据引脚；扩展设备第一网口的数据引脚通过控制模块接第二网口的数据引脚；扩展设备第一网口的电源引脚分别接扩展设备的电源模块备第二网口的电源引脚；主控设备第二网口的数据引脚接扩展设备第一网口的数据引脚，主控设备第二网口的电源引脚接扩展设备第一网口的电源引脚。本实用新型当工业控制系统扩展时使用以太网网线实现远距离同时传输数据和对设备供电，实现设备分布式控制，方便设备安装和维护。
Description
[技术领域]
本实用新型涉及工业控制系统，尤其涉及一种以太网供电的工业控制系统。
[背景技术]
以太网供电(POE)是一种允许在以太网线双绞线上同时传输数据和电能的技术，供电设备在每个供电端口(RJ-45端口)上提供48V直流电源，直接驱动以太网双绞线，使得以太网双绞线在传输数据的同时可以向远端(100m)的网络设备提供电能而正常工作。
目前以太网供电POE技术广泛应用在电压为48V的通讯领域，而在工业控制领域所使用的电压通常为24V，传统的以太网供电POE技术不适合直接应用在工业控制领域；工业控制中设备间的扩展通常使用扁平电缆连接，不能实现远距离传输，只能传输数据而不能传输功率，通常需要外置输入电源给扩展设备供电，配电安装和维护不方便和不灵活。
[发明内容]
本实用新型要解决的技术问题是提供一种以太网供电的工业控制系统，使工业控制系统中扩展连接时使用以太网网线实现远距离同时传输数据和对设备供电，实现设备分布式控制，方便设备安装和维护。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种以太网供电的工业控制系统，包括主控设备和至少一台扩展设备，主控设备包括直流电源输入接口、保护电路、控制模块、电源模块、第一网口和第二网口；主控设备的直流电源输入接口接主控设备的电源模块，并通过保护电路接主控设备第二网口的电源引脚，主控设备第一网口的数据引脚通过主控设备的控制模块接主控设备第二网口的数据引脚；扩展设备包括控制模块、电源模块、第一网口和第二网口，扩展设备第一网口的数据引脚通过扩展设备的控制模块接扩展设备第二网口的数据引脚；扩展设备第一网口的电源引脚分别接扩展设备的电源模块和扩展设备第二网口的电源引脚；主控设备第二网口的数据引脚接扩展设备第一网口的数据引脚，主控设备第二网口的电源引脚接扩展设备第一网口的电源引脚。
以上所述的工业控制系统，包括复数台扩展设备，复数台扩展设备串接；前一台扩展设备第二网口的数据引脚接后一台扩展设备第一网口的数据引脚，前一台扩展设备第二网口的电源引脚接后一台扩展设备第一网口的电源引脚。
以上所述的工业控制系统，扩展设备包括直流电源输入接口和继电器，继电器的输出端分别接扩展设备的电源模块和扩展设备第二网口的电源引脚；继电器的常闭触点接扩展设备第一网口的电源引脚，继电器的常闭触点接和继电器线圈接扩展设备的直流电源输入接口。
以上所述的工业控制系统，保护电路包括微控制器、开关管，电流采样电路和电压采样电路，电压采样电路接主控设备的直流电源输入接口，开关管的控制端接微控制器的控制信号输出端，电流采样电路的信号输出端和电压采样电路的信号输出端分别接微控制器的输入端；开关管与电流采样电路的采样电阻串联后，一端接主控设备的直流电源输入接口，另一端接主控设备第二网口的电源引脚。
以上所述的工业控制系统，开关管包括第一MOS管和第二MOS管，第一MOS管与第二MOS管反向串接，第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极接微控制器的控制信号输出端。
以上所述的工业控制系统，所述的网口是RJ45接口，网口之间用双绞线连接。
以上所述的工业控制系统，所述的工业控制系统是可编程控制系统、PC总线工业电脑、分散型控制系统、现场总线系统和工业一体化控制系统中的一种。
本实用新型的工业控制系统扩展连接时使用以太网网线实现远距离同时传输数据和对设备供电，实现设备分布式控制，方便设备安装和维护。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型实施例以太网供电的工业控制系统的原理框图。
图2是本实用新型实施例100M带宽网线保护电路原理框图。
图3是本实用新型实施例1000M带宽网线保护电路原理框图。
图4是本实用新型实施例继电器工作原理框图。
[具体实施方式]
本实用新型以太网供电的工业控制系统的结构如图1至图4所示，包括主控设备和多台扩展设备，主控设备包括直流电源输入接口、保护电路、控制模块、电源模块、第一网口和第二网口。主控设备的直流电源输入接口接主控设备的电源模块，并通过保护电路接主控设备第二网口的电源引脚，主控设备第一网口的数据引脚通过主控设备的控制模块接主控设备第二网口的数据引脚。扩展设备包括控制模块、电源模块、继电器、第一网口和第二网口，扩展设备第一网口的数据引脚通过扩展设备的控制模块接扩展设备第二网口的数据引脚。继电器的输出端分别接扩展设备的电源模块和扩展设备第二网口的电源引脚。继电器的常闭触点接扩展设备第一网口的电源引脚，继电器的常闭触点接和继电器线圈接扩展设备的直流电源输入接口。主控设备第二网口的数据引脚接扩展设备第一网口的数据引脚，主控设备第二网口的电源引脚接扩展设备第一网口的电源引脚。
其中，网口是RJ45接口，网口之间用双绞线连接。
多台扩展设备串接。前一台扩展设备第二网口的数据引脚接后一台扩展设备第一网口的数据引脚，前一台扩展设备第二网口的电源引脚接后一台扩展设备第一网口的电源引脚。
如图2和图3所示，主控设备的保护电路包括微控制器、开关管，电流采样电路和由电阻R2至R5组成的电压采样电路，电压采样电路的采样端接主控设备的直流电源输入接口，开关管的控制端接微控制器的控制信号输出端，电流采样电路的信号输出端和电压采样电路的信号输出端分别接微控制器的输入端。开关管与电流采样电路的采样电阻R1串联后，一端接主控设备的直流电源输入接口，另一端接主控设备第二网口的电源引脚。继电器的线圈与继电器的输入端并接。
如图2所示，开关管包括MOS管Q1和MOS管Q2，MOS管Q1与MOS管Q2反向串接，第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极接微控制器的控制信号输出端。
本实用新型实施例将工业以太网供电技术应用在24V电压工业控制系统设备上，主控制设备接入24V电源，经过主控制设备内的保护电路给主控制设备本身供电，用一条以太网网线(设备间最远100m距离)分别连接主控制设备和扩展设备上的RJ45接口，主控制设备通过网线向扩展设备传输数据和驱动以太网双绞线对其供电。
用一条以太网网线(设备间最远间隔100m)分别连接扩展设备和下一个扩展设备上的RJ45接口，扩展设备通过这条网线给其自身供电并向下一个扩展设备传输数据和驱动以太网双绞线对下一个设备供电。
随着扩展设备接入的数量增多和过远的传输距离，功率损耗过多，这时再接入24V电源给后续扩展设备补充电能，依次循环，实现设备的远距离传输数据和供电，并且以此实现设备的分布式控制，方便设备的安装和维护，同时节约设备配电。
扩展设备虽然都设有24V电源接口，正常使用以太网网线供电时，扩展设备的电源接口不接入24V电源，当扩展设备接入的数量增多和过远的传输距离，功率损耗过多时，通过继电器切换，这时再接入24V电源给后续扩展设备补充电能。
保护电路有两种，分别为使用100M带宽网线和1000M带宽网线两种情况：
如图2所示，使用100M带宽网线时，+24V的直流电通过保护电路后使用RJ45中的空闲线对传输电能，数据通过隔离变压器后使用RJ45中的数据线对传输数据。当输入电源在没有过压、欠压条件下MOS管打开，在输入电源过压、欠压，输出负载短路、过流的条件下关闭MOS管，起到保护作用，用背靠背的两个MOS管的体内二极管的单向导电特性，起到防反接作用。采样电路分别是过压采样电路和欠压采样电路。
如图3所示，使用1000M带宽网线：+24V的直流电通过保护电路后通过隔离变压器副边的中心抽头后使用RJ45的数据线对传输电能，数据通过隔离变压器隔离后使用RJ45的数据线对传输数据。当输入电源在没有过压、欠压条件下MOS管打开，在输入电源过压、欠压，输出负载短路、过流的条件下关闭MOS管，起到保护作用，用背靠背的两个MOS管的体内二极管的单向导电特性，起到防反接作用。采样电路分别是过压采样电路和欠压采样电路。
如图4所示，当扩展设备外部电源没有接入时，继电器开关在1和3位置，由RJ45给电源模块供电和将电能传输至下一个RJ45接口。当外部电源接入时，继电器线圈动作，开关移动到2和4位置，RJ45线路断开，由外部电源给电源模块供电和将电能传输至下一个RJ45接口。
本实用新型以上实施例可以应用于以下工业控制系统：
PLC(可编程控制系统)：主控制设备为主模块。扩展设备为I/O扩展模块及特殊功能模块及通讯模块等。
IPC(PC总线工业电脑)：主设备为控制柜式工业PC。扩展设备为嵌入式控制器及总线端子模块等。
DCS(分散型控制系统)：主控制设备为现场控制站。扩展设备为系统网络、分散控制系统及I/O模块等。
FCS(现场总线系统)：主控制设备为现场控制站。扩展设备为数字智能现场装置。
工业一体化控制系统：主控制设备为工业一体机。扩展设备为I/O扩展模块及特殊功能模块等。
Claims (7)
1.一种以太网供电的工业控制系统，其特征在于，包括主控设备和至少一台扩展设备，主控设备包括直流电源输入接口、保护电路、控制模块、电源模块、第一网口和第二网口；主控设备的直流电源输入接口接主控设备的电源模块，并通过保护电路接主控设备第二网口的电源引脚，主控设备第一网口的数据引脚通过主控设备的控制模块接主控设备第二网口的数据引脚；扩展设备包括控制模块、电源模块、第一网口和第二网口，扩展设备第一网口的数据引脚通过扩展设备的控制模块接扩展设备第二网口的数据引脚；扩展设备第一网口的电源引脚分别接扩展设备的电源模块和扩展设备第二网口的电源引脚；主控设备第二网口的数据引脚接扩展设备第一网口的数据引脚，主控设备第二网口的电源引脚接扩展设备第一网口的电源引脚。
2.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于，包括复数台扩展设备，复数台扩展设备串接；前一台扩展设备第二网口的数据引脚接后一台扩展设备第一网口的数据引脚，前一台扩展设备第二网口的电源引脚接后一台扩展设备第一网口的电源引脚。
3.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于，扩展设备包括直流电源输入接口和继电器，继电器的输出端分别接扩展设备的电源模块和扩展设备第二网口的电源引脚；继电器的常闭触点接扩展设备第一网口的电源引脚，继电器的常闭触点接和继电器线圈接扩展设备的直流电源输入接口。
4.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于，保护电路包括微控制器、开关管，电流采样电路和电压采样电路，电压采样电路接主控设备的直流电源输入接口，开关管的控制端接微控制器的控制信号输出端，电流采样电路的信号输出端和电压采样电路的信号输出端分别接微控制器的输入端；开关管与电流采样电路的采样电阻串联后，一端接主控设备的直流电源输入接口，另一端接主控设备第二网口的电源引脚。
5.根据权利要求4所述的工业控制系统，其特征在于，开关管包括第一MOS管和第二MOS管，第一MOS管与第二MOS管反向串接，第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极接微控制器的控制信号输出端。
6.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于，所述的网口是RJ45接口，网口之间用双绞线连接。
7.根据权利要求1所述的工业控制系统，其特征在于，所述的工业控制系统是可编程控制系统、PC总线工业电脑、分散型控制系统、现场总线系统和工业一体化控制系统中的一种。
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|---|---|---|---|---|
| CN111208760A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-29 | 上海掇联电子科技有限公司 | 新能源汽车通用控制器 |
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