CN213517978U - 一种多通道通信的plc控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种多通道通信的PLC控制电路，具体涉及PLC控制领域，主要包括主控芯片MCU、数模转换芯片U1和多个缓冲器U2，多个模拟输入电路、模拟输出电路、数字输入电路和数字输出电路，具体为：模拟输入电路接收外部模拟信号，并通过数模转换芯片转换为数字信号，数字输入电路接收数字信号；主控芯片根据数字信号生成控制信号通过数字输出电路输出，或通过模拟输出电路以及缓冲器输出，其中数模转换芯片分为第一和第二数模转换芯片，根据通道数量进行启用数量切换。本实用新型通过将四路、八路和十六路的多通道通信整合在同一电路中，并通过检测器和放大器的运用避免了在通道数切换时对通信排线的切换，同时保证了信号强度并避免了信号干扰。
Description
技术领域
本实用新型涉及PLC控制领域，具体涉及一种多通道通信的PLC控制电路。
背景技术
PLC控制系统是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的远程控制系统。具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。然而现有不同通信通道数的PLC控制电路在四通道、八通道和十六通道的模拟信号数据通路进行切换时，需要对数据接口进行插拔切换，亦或是需要增加额外的元器件，无法通过较为简单的电路结构，实现单个控制电路的多通道通信切换。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种多通道通信的PLC控制电路，其特征在于，包括主控芯片MCU、数模转换芯片U1和多个缓冲器U2，以及数量相同的多个模拟输入电路、模拟输出电路、数字输入电路和数字输出电路；各模拟输出电路、数字输入电路和数字输出电路分别与主控芯片电连接，所述数模转换芯片还分为第一和第二数模转换芯片，其中：
模拟输入电路，用于接收外部模拟信号，并通过数模转换芯片转换为数字信号输出至主控芯片；
数字输入电路，用于将外部数字信号传输入主控芯片；
主控芯片，用于根据数字信号生成相应的控制信号直接输出至数字输出电路输出，并在输出至模拟输出电路时通过缓冲器对控制信号进行缓冲；
所述多个模拟输入电路均含有检测器XH5，用于根据通道的联通检测模拟输入电路电压范围的切换，其中：
模拟信号输入端AINU4通过保险丝F5输入，保险丝F5另一端同时连接电阻R5和电阻R14的一端；所述电阻R5的另一端连接检测器的第一引脚，电阻R14的另一端同时连接电容C8和电阻R22的一端；所述电容C8的另一端和检测器的第二引脚连接并接地，所述电阻R22的另一端连接检测器的第三引脚；所述各模拟输入电路的电阻R14和电阻R22的连接点顺序连接第一数模转换芯片的第一至第八引脚、第二数模数模转换芯片的第一至第八引脚；
所述第一和第二数模转换芯片的引脚连接方式相同，第九和第十四引脚并联接地，第十五引脚同时连接放大器LM1的第二引脚、电容C12和电阻R9的一端；所述放大器LM1的第三引脚和电容C12的另一端连接并接地，电阻R9的另一端接入工作电源VDD；第十六引脚同时连接工作电源VDD、电容C1、电容C2和电容C3的一端，所述电容C1的电容C2的另一端并联接地，电容C3的另一端接地；所述第一和第二数模转换芯片的AI_1至AI_4引脚根据控制电路的通道数与主控芯片AI_U_1至AI_U_8对应连接。
进一步地，当控制电路联通的通道数小于等于八通道时启用第一数模转换芯片，当控制电路联通的通道数大于八通道时启用第一和第二数模转换芯片。
进一步地，所述多个模拟输入电路均含有检测器XH5，用于根据通道的联通检测模拟输入电路电压范围的切换，其中：
模拟信号输入端AINU1通过保险丝F5输入，保险丝F5另一端同时连接电阻R5和电阻R14的一端；所述电阻R5的另一端连接检测器的第一引脚，电阻R14的另一端同时连接电容C8和电阻R22的一端；所述电容C8的另一端和检测器的第二引脚连接并接地，所述电阻R22的另一端连接检测器的第三引脚；所述各模拟输入电路的电阻R14和电阻R22的连接点顺序连接第一数模转换芯片的第八至第一引脚、第二数模数模转换芯片的第八至第一引脚；
所述第一和第二数模转换芯片的引脚连接方式相同，第九和第十四引脚并联接地，第十五引脚同时连接放大器LM1的第二引脚、电容C12和电阻R9的一端；所述放大器LM1的第三引脚和电容C12的另一端连接并接地，电阻R9的另一端接入工作电源VDD；第十六引脚同时连接工作电源VDD、电容C1、电容C2和电容C3的一端，所述电容C1的电容C2的另一端并联接地，电容C3的另一端接地；所述第一和第二数模转换芯片的AI_1至AI_4引脚根据控制电路的通道数与主控芯片AI_U_1至AI_U_8对应连接。
进一步地，所述多个模拟输出电路中均含有高速光耦U22和运算放大器U12，其中：
模拟输出电路的模拟信号输出端A01同时连接MOS管的第三引脚和电容C35的一端，所述电容C35的另一端与运算放大器的第二引脚并联，并联端接地并连接电容C52的一端，电容C52的另一端接入正向电源VCC+；所述MOS管的第二引脚同时连接电阻R65和电阻R66的一端，电阻R65的另一端接运算放大器的第三引脚，电阻R66的另一端接外部电源VCAout；所述MOS管的第一引脚通过电阻R74同时连接电容C49的一端和运算放大器的第五引脚，电容C49的另一端连接运算放大器的第四引脚；
运算放大器的第一引脚同时连接电容C60和电阻R82的一端，电容C60的另一端接外部电源；第四引脚同时连接电阻R105和电阻R130的一端，所述电阻R105的另一端连接第七引脚，电阻R130的另一端接外部电源；第六引脚接正向电源；第七引脚和第八引脚分别通过电阻R106和电阻R100连接电阻R131的一端，电阻R131的另一端接外部电源；第七引脚还同时连接电容C73和电容C76的一端，电容C76的另一端同时连接电阻R139和电阻R129的一端，电阻R129的另一端连接电容C73的另一端；所述各模拟输出电路中，电阻R139的另一端依次连接多个缓冲器的第三、第六、第八和第十一引脚；
高速光耦的第三引脚接地，第六引脚通过电阻R147接外部电源，第八引脚接外部电源；所述各模拟输出电路中高速光耦的第七引脚依次连接多个缓冲器的第二、第五、第九和第十二引脚；所述各模拟输出电路中高速光耦的第二引脚通过电阻R155依次连接主控芯片的第九十六至第九十九引脚、第一百三十六至第一百三十七、第一百三十九至第一百四十、第八十七至第九十三引脚和第一百三十八引脚。
进一步地，所述数字输入电路包括：
数字信号输入端Din1，通过电阻R1连接光耦E1的第一引脚，光偶的第二引脚接地，第三引脚通过电阻R2接地，第四引脚接入工作电源VDD；所述各数字输入电路中光耦的第三引脚还依次连接主控芯片的第五十八至第六十七引脚、第一百四十一至第一百四十二引脚、第一至第五引脚。
进一步地，所述数字输出电路包括：
数字信号输出端DOUT1，连接继电器J1的第三引脚；所述继电器的第一引脚接同时连接+5V正向电源和二极管D1的正极，所述二极管D1的负极与继电器的第四引脚并联连接三极管Q1的集电极；所述三极管Q1的发射极接地，基极连接电阻R4的一端；所述电阻R4的另一端通过电阻R13接地；所述各数字输出电路中电阻R4的另一端还依次连接主控芯片的第一百三十八引脚、第八十七至第九十三引脚、第五十六至五十七引脚、第一百二十五至第一百三十二引脚。
进一步地，所述主控芯片MCU的型号为STM32F407ZET6，数模转换芯片U1的型号为MCP3208，缓冲器U2的型号为74HC126D。
进一步地，所述高速光耦U22的型号为6N137S(TA)，运算放大器U12的型号为LT1013D。
与现有技术相比，本实用新型至少含有以下有益效果：
(1)本实用新型所述的一种多通道通信的PLC控制电路，通过将四路、八路和十六路的多通道通信整合在同一电路中，避免了在通道数切换时对通信排线的切换，方便了操作人员的实用，减少了操作流程；
(2)通过在模拟输入电路中设置检测器，使得当一个通信通道有信号传输时，数模转换芯片才会对该通信通道对应引脚的输入信号进行转换，从而实现不同通道数的信号输入时避免其他通道的信号干扰；
(3)通过在模拟输入电路中设置放大器，使得只需对放大器进行档位切换，就可以实现四路、八路和十六路的切换，保证信号输出强度，无需对通信排线进行切换。
附图说明
图1为一种多通道通信的PLC控制电路的整体结构示意图；
图2为主控芯片MCU的引脚示意图；
图3为模拟输入电路与数模转换芯片的电路连接示意图；
图4为模拟输出电路与缓冲器的电路连接示意图；
图5为数字输入电路的电路示意图；
图6为数字输出电路的电路示意图。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
为解决现有技术无法通过简单的电路实现模拟信号的多通道信号切换的问题，本实用新型提出可一种多通道通信的PLC控制电路，包括主控芯片MCU(型号为STM32F407ZET6)、数模转换芯片U1(型号为MCP3208)和多个缓冲器U2(型号为74HC126D)，以及数量相同的多个模拟输入电路、模拟输出电路、数字输入电路和数字输出电路；各模拟输出电路、数字输入电路和数字输出电路分别与主控芯片电连接，所述数模转换芯片还分为第一和第二数模转换芯片，其结构关系如图1所示，其中：
模拟输入电路，用于接收外部模拟信号，并通过数模转换芯片转换为数字信号输出至主控芯片；
数字输入电路，用于将外部数字信号传输入主控芯片；
主控芯片，用于根据数字信号生成相应的控制信号直接输出至数字输出电路输出，并在输出至模拟输出电路时通过缓冲器对控制信号进行缓冲；
当控制电路联通的通道数小于等于八通道时启用第一数模转换芯片，当控制电路联通的通道数大于八通道时启用第一和第二数模转换芯片。
所述外部模拟信号和数字信号由外部设备输入。
如图2所示，为主控芯片的引脚示意图。
如图3所示，为单个模拟输入电路与数模转换芯片的电路示意图。所述多个模拟输入电路均含有检测器XH5，用于根据通道的联通检测模拟输入电路电压范围的切换，其中：
模拟信号输入端AINU1通过保险丝F5输入，保险丝F5另一端同时连接电阻R5和电阻R14的一端；所述电阻R5的另一端连接检测器的第一引脚，电阻R14的另一端同时连接电容C8和电阻R22的一端；所述电容C8的另一端和检测器的第二引脚连接并接地，所述电阻R22的另一端连接检测器的第三引脚；所述各模拟输入电路的电阻R14和电阻R22的连接点顺序连接第一数模转换芯片的第一至第八引脚、第二数模数模转换芯片的第一至第八引脚；
所述第一和第二数模转换芯片的引脚连接方式相同，第九和第十四引脚并联接地，第十五引脚同时连接放大器LM1(型号为LM336-Z25 TO-92)的第二引脚、电容C12和电阻R9的一端；所述放大器LM1的第三引脚和电容C12的另一端连接并接地，电阻R9的另一端接入工作电源VDD；第十六引脚同时连接工作电源VDD、电容C1、电容C2和电容C3的一端，所述电容C1的电容C2的另一端并联接地，电容C3的另一端接地；所述第一和第二数模转换芯片的AI_1至AI_4引脚根据控制电路的通道数与主控芯片AI_U_1至AI_U_8对应连接。
如上所述的电路，当通道数为四时，放大器处于一档，信号经过前置检测器的检测，第一数模转换芯片的第一至第四引脚导通；当通道数为八时，放大器处于二档，信号经过前置检测器的检测，第一数模转换芯片的第一至第八引脚导通；当通道数为十六时，放大器处于三档，信号经过前置检测器的检测，第一和第二数模转换芯片的第一至第八引脚均导通。上述所述数模转换芯片，当通道导通后，数模转换，转换后的数字信号均由AI_1至AI_4输出至主控芯片MCU，其中第一数模转换芯片输出至主控芯片的AI_U_5至AI_U_8，第二数模转换芯片输出至主控芯片的AI_U_1至AI_U_4。
如图4所示，为单个模拟输出电路与缓冲器的电路连接图。所述多个模拟输出电路中均含有高速光耦U22(型号为6N137S(TA))和运算放大器U12(型号为LT1013D)，其中：
模拟输出电路的模拟信号输出端A01同时连接MOS管的第三引脚和电容C35的一端，所述电容C35的另一端与运算放大器的第二引脚并联，并联端接地并连接电容C52的一端，电容C52的另一端接入正向电源VCC+；所述MOS管的第二引脚同时连接电阻R65和电阻R66的一端，电阻R65的另一端接运算放大器的第三引脚，电阻R66的另一端接外部电源VCAout；所述MOS管的第一引脚通过电阻R74同时连接电容C49的一端和运算放大器的第五引脚，电容C49的另一端连接运算放大器的第四引脚；
运算放大器的第一引脚同时连接电容C60和电阻R82的一端，电容C60的另一端接外部电源；第四引脚同时连接电阻R105和电阻R130的一端，所述电阻R105的另一端连接第七引脚，电阻R130的另一端接外部电源；第六引脚接正向电源；第七引脚和第八引脚分别通过电阻R106和电阻R100连接电阻R131的一端，电阻R131的另一端接外部电源；第七引脚还同时连接电容C73和电容C76的一端，电容C76的另一端同时连接电阻R139和电阻R129的一端，电阻R129的另一端连接电容C73的另一端；所述各模拟输出电路中，电阻R139的另一端依次连接多个缓冲器的第三、第六、第八和第十一引脚；
高速光耦的第三引脚接地，第六引脚通过电阻R147接外部电源，第八引脚接外部电源；所述各模拟输出电路中高速光耦的第七引脚依次连接多个缓冲器的第二、第五、第九和第十二引脚；所述各模拟输出电路中高速光耦的第二引脚通过电阻R155依次连接主控芯片的第九十六至第九十九引脚、第一百三十六至第一百三十七、第一百三十九至第一百四十、第八十七至第九十三引脚和第一百三十八引脚。
如上所述的电路，当主控芯片处理完数字信号，输出的控制信号需要转换为模拟信号时，控制信号先经由高速光耦进行光电隔离减少信号干扰，再经由缓冲器，对输出信号进行数据协调和缓冲，从而达到主控芯片与外设的数据同步，缓冲后的信号再经由运算放大器进行信号放大通过模拟信号输出端输出。需要说明的是，因为单个缓冲器只能实现四组高速光耦和运算放大器的连接，因此，为了实现十六通道的数据通信，本电路中设有四个缓冲器，分别对应16个模拟输出电路，并在进行不同通道数通信时启用不同个数的缓冲器。
如图5所示，所述数字输入电路包括：
数字信号输入端Din1，通过电阻R1连接光耦E1(型号为EL357)的第一引脚，光偶的第二引脚接地，第三引脚通过电阻R2接地，第四引脚接入工作电源VDD；所述各数字输入电路中光耦的第三引脚还依次连接主控芯片的第五十八至第六十七引脚、第一百四十一至第一百四十二引脚、第一至第五引脚。
如上所述电路，数字信号经由光耦光电隔离输入主控芯片，并根据导通通道数的不同，启用不同数量的数字输入电路。
如图6所示，所述数字输出电路包括：
数字信号输出端DOUT1，连接继电器J1(Relay)的第三引脚；所述继电器的第一引脚接同时连接+5V正向电源和二极管D1的正极，所述二极管D1的负极与继电器的第四引脚并联连接三极管Q1的集电极；所述三极管Q1的发射极接地，基极连接电阻R4的一端；所述电阻R4的另一端通过电阻R13接地；所述各数字输出电路中电阻R4的另一端还依次连接主控芯片的第一百三十八引脚、第八十七至第九十三引脚、第五十六至五十七引脚、第一百二十五至第一百三十二引脚。
当主控芯片根据数字信号生成控制信号，并需要以数字信号的形式输出时，控制信号(本身即为数字信号)经由继电器，继电器导通并输出信号至外部设备，并根据输出通道数的不同，启用不同数量的数字输出电路。
综上所述，本实用新型所述的一种多通道通信的PLC控制电路，通过将四路、八路和十六路的多通道通信整合在同一电路中，避免了在通道数切换时对通信排线的切换，方便了操作人员的实用，减少了操作流程。
通过在模拟输入电路中设置检测器，使得当一个通信通道有信号传输时，数模转换芯片才会对该通信通道对应引脚的输入信号进行转换，从而实现不同通道数的信号输入时避免其他通道的信号干扰；通过在模拟输入电路中设置放大器，使得只需对放大器进行档位切换，就可以实现四路、八路和十六路的切换，保证信号输出强度，无需对通信排线进行切换。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (7)
1.一种多通道通信的PLC控制电路，其特征在于，包括主控芯片MCU、数模转换芯片U1和多个缓冲器U2，以及数量相同的多个模拟输入电路、模拟输出电路、数字输入电路和数字输出电路；各模拟输出电路、数字输入电路和数字输出电路分别与主控芯片电连接，所述数模转换芯片还分为第一和第二数模转换芯片，其中：
模拟输入电路，用于接收外部模拟信号，并通过数模转换芯片转换为数字信号输出至主控芯片；
数字输入电路，用于将外部数字信号传输入主控芯片；
主控芯片，用于根据数字信号生成相应的控制信号直接输出至数字输出电路输出，并在输出至模拟输出电路时通过缓冲器对控制信号进行缓冲；
所述多个模拟输入电路均含有检测器XH5，用于根据通道的联通检测模拟输入电路电压范围的切换，其中：
模拟信号输入端AINU1通过保险丝F5输入，保险丝F5另一端同时连接电阻R5和电阻R14的一端；所述电阻R5的另一端连接检测器的第一引脚，电阻R14的另一端同时连接电容C8和电阻R22的一端；所述电容C8的另一端和检测器的第二引脚连接并接地，所述电阻R22的另一端连接检测器的第三引脚；所述模拟输入电路的电阻R14和电阻R22的连接点顺序连接第一数模转换芯片的第一至第八引脚、第二数模转换芯片的第一至第八引脚；
所述第一和第二数模转换芯片的引脚连接方式相同，第九和第十四引脚并联接地，第十五引脚同时连接放大器LM1的第二引脚、电容C12和电阻R9的一端；所述放大器LM1的第三引脚和电容C12的另一端连接并接地，电阻R9的另一端接入工作电源VDD；第十六引脚同时连接工作电源VDD、电容C1、电容C2和电容C3的一端，所述电容C1的电容C2的另一端并联接地，电容C3的另一端接地；所述第一和第二数模转换芯片的AI_1至AI_4引脚根据控制电路的通道数与主控芯片AI_U_1至AI_U_8对应连接。
2.如权利要求1所述的一种多通道通信的PLC控制电路，其特征在于，当控制电路联通的通道数小于等于八通道时启用第一数模转换芯片，当控制电路联通的通道数大于八通道时启用第一和第二数模转换芯片。
3.如权利要求1所述的一种多通道通信的PLC控制电路，其特征在于，所述多个模拟输出电路中均含有高速光耦U22和运算放大器U12，其中：
模拟输出电路的模拟信号输出端A01同时连接MOS管的第三引脚和电容C35的一端，所述电容C35的另一端与运算放大器的第二引脚并联，并联端接地并连接电容C52的一端，电容C52的另一端接入正向电源VCC+；所述MOS管的第二引脚同时连接电阻R65和电阻R66的一端，电阻R65的另一端接运算放大器的第三引脚，电阻R66的另一端接外部电源VCAout；所述MOS管的第一引脚通过电阻R74同时连接电容C49的一端和运算放大器的第五引脚，电容C49的另一端连接运算放大器的第四引脚；
运算放大器的第一引脚同时连接电容C60和电阻R82的一端，电容C60的另一端接外部电源；第四引脚同时连接电阻R105和电阻R130的一端，所述电阻R105的另一端连接第七引脚，电阻R130的另一端接外部电源；第六引脚接正向电源；第七引脚和第八引脚分别通过电阻R106和电阻R100连接电阻R131的一端，电阻R131的另一端接外部电源；第七引脚还同时连接电容C73和电容C76的一端，电容C76的另一端同时连接电阻R139和电阻R129的一端，电阻R129的另一端连接电容C73的另一端；所述各模拟输出电路中，电阻R139的另一端依次连接多个缓冲器的第三、第六、第八和第十一引脚；
高速光耦的第三引脚接地，第六引脚通过电阻R147接外部电源，第八引脚接外部电源；所述各模拟输出电路中高速光耦的第七引脚R147依次连接多个缓冲器的第二、第五、第九和第十二引脚；所述各模拟输出电路中高速光耦的第二引脚通过电阻R155依次连接主控芯片的第九十六至第九十九引脚、第一百三十六至第一百三十七、第一百三十九至第一百四十、第八十七至第九十三引脚和第一百三十八引脚。
4.如权利要求1所述的一种多通道通信的PLC控制电路，其特征在于，所述数字输入电路包括：
数字信号输入端Din1，通过电阻R1连接光耦E1的第一引脚，光偶的第二引脚接地，第三引脚通过电阻R2接地，第四引脚接入工作电源VDD；所述数字输入电路中光耦的第三引脚还依次连接主控芯片的第五十八至第六十七引脚、第一百四十一至第一百四十二引脚、第一至第五引脚。
5.如权利要求1所述的一种多通道通信的PLC控制电路，其特征在于，所述数字输出电路包括：
数字信号输出端DOUT1，连接继电器J1的第三引脚；所述继电器的第一引脚接同时连接+5V正向电源和二极管D1的正极，所述二极管D1的负极与继电器的第四引脚并联连接三极管Q1的集电极；所述三极管Q1的发射极接地，基极连接电阻R4的一端；所述电阻R4的另一端通过电阻R13接地；所述数字输出电路中电阻R4的另一端还依次连接主控芯片的第一百三十八引脚、第八十七至第九十三引脚、第五十六至五十七引脚、第一百二十五至第一百三十二引脚。
6.如权利要求1所述的一种多通道通信的PLC控制电路，其特征在于，所述主控芯片MCU的型号为STM32F407ZET6，数模转换芯片U1的型号为MCP3208，缓冲器U2的型号为74HC126D。
7.如权利要求3所述的一种多通道通信的PLC控制电路，其特征在于，所述高速光耦U22的型号为6N137STA，运算放大器U12的型号为LT1013D。
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2020
- 2020-10-16 CN CN202022306551.4U patent/CN213517978U/zh active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240528 Address after: Room 1703-2, No. 189 Panhuo Road, Yinzhou District, Ningbo City, Zhejiang Province, 315100 Patentee after: Brantu Smart Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: Room 601-8, No. 6 and 7, building 5, Kexin building, Shounan street, Yinzhou District, Ningbo City, Zhejiang Province, 315100 Patentee before: Ningbo Tiande IOT Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |
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