CN214122743U - 带以太网传输的高精度铂电阻数据采集转换模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种带以太网传输的高精度铂电阻数据采集转换模块，该数据采集转换模块设置在传感器内，所述铂电阻信号模拟量输入电路包括铂电阻、标准电阻、检测电路、信号转换的电路、以太网控制器电路、电源变换电路和高精度稳压电源，所述检测电路与信号转换电路电连接，所述信号转换电路与以太网控制器电路电连接，所述以太网控制器电路与电源变换电路电连接，所述电源变换电路分别与高精度稳压电源和信号转换电路电性连接，所述高精度稳压电源与信号转换电路电性电路，借此，本实用新型具有解决了传统传感器通讯速度慢、易被干扰及干扰其它信号、输入卡件品种多、数量大、需要铺设大量的线缆、桥架，且存在信号衰减和延时等问题的优点。

Description

带以太网传输的高精度铂电阻数据采集转换模块

技术领域

本实用新型属于工业自动化控制模块技术领域，特别涉及带以太网传输的高精度铂电阻数据采集转换模块。

背景技术

目前，利用远程IO模块，连接工业控制系统中的各种现场装置的温度变送信号，并通过通信网络将采集到的现场信号传送至主站或其它控制系统，广泛用于制造、化工、粮食、汽车、仓储、船舶、纺织、交通、勘探、液位等行业。

现有铂电阻温度变送器输出信号主要是将铂电阻信号转换成4- 20mA电流信号，具体信号流程见图5，这种信号传输所需信号线较多，抗干扰能力差，DCS机柜内输入卡件多等弱点；还有部份温度变送器输出信号采用RS232\RS485信号传输，这种信号存在着通讯速度慢、组网数量有限，容易受到干扰，传输距离有限制。

随着工业的发展和科技的进步，工业现场对于控制系统的要求也越来越高，现代生产环境的规模化和高集成度效应要求在不同区域终端设备都能对现场开关量信号进行采集和输出，现有的远程IO 模块已经无法满足控制距离较远的现场设备的要求。

另外，特别场所如化工企业现场对控制电路要求非常严格，现场控制电路都采用隔爆或本质安全型电路，外接所有信号传感器都必须单独的电缆接到PLC或者DCS机柜，在PLC箱或者DCS机柜内还需要将本质安全信号与非本质安全信号进行光电隔离。隔离后再进入到PLC中进行逻辑及计算处理。如果现场需要采集的数据信息比较多时，每一个传感器、每一个开关都需要一根电缆进入PLC箱或者DCS机柜，这样会有很多缺点：

1.现场电缆多，桥架多，安装工程量大，成本高，安全隐患；

2.每个信号需要光电隔离安全栅，增加了故障点；

3.电缆之间相互干扰，对设备运行的稳定性有影响，维护困难。

针对工业现场采集，专利权人杨子昂、蒋英发明了一种“一种全隔离远程IO数据采集系统(公告号CN108645454A)”，该系统包括mwg1全隔离通讯控制器和IO模块，设有LAN口、MODBUS Master接口、MODBUS Slave接口、供电接口和内置Web Server，模块包括4路触点输入测量模块、带配电的4路电流输入测量模块、 2路电流输出模块、3路温度、毫伏、电阻类输入测量模块、4路4- 20mA电流输出模块和4路触点输出模块，1路万能输入、1路电流输出模块，模块能实现模拟量输入和输出、温度信号输入和输出，数字量输入和输出，内置WebServer方便现场维护和调试。

相对于一般系统而言，该发明能灵活的扩展DCS/PLC的连接方式，可作为独立的输入输出设备，替代PLC用于分散型的数据采集系统，隔离IO模块自由组合灵活搭配，上位机只需通过TCP/IP或 RS485端口直接操作，显著提升了数据采集的响应速度，内置WebServer使上位机对通讯接口的编程更加简洁和直观，各个输入信息通道相互隔离，能大大的提高其抗干扰性和可靠性。

专利CN206991088U也公开了一种远程IO模块及使用该远程IO 模块的控制系统，包括：接口电路，分别与远端主控制器、现场设备及上位机连接，进行指令和数据的收发；中央处理器，与所述接口电路连接，进行指令和数据的交互，并对接收到的指令和数据进行处理，以及生成控制信号；电源转换电路，分别与所述接口电路及所述中央处理器连接，对从外界获得的电能进行转换，为整个模块供电；上位机对模块的参数进行配置后，通过与主控制器配合，进行现场数据的采集和控制指令的传递，实现了对远端现场设备的控制。

以上几种方法的共性在于：传感器的数据仍是通过RS485接口等和模块链接，因此，存在问题是：模块体积庞大，无法放在传感器内，需要在生产现场放置机柜，占用空间大，由于采用485/232 通讯，因此，传输速率低，不能实时反映工业现场实际情况，延时较多，功耗高。

实用新型内容

本实用新型提出一种带以太网传输的高精度铂电阻数据采集转换模块，解决了现有技术中体积庞大，无法放置在传感器内，传输速率低，功耗高的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种带以太网传输的高精度铂电阻数据采集转换模块，该数据采集转换模块设置在传感器内，该数据采集转换模块包括铂电阻信号模拟量输入电路、时钟电路、串行通讯电路、寄存器、以太网电路、模数转换电路，铂电阻信号模拟量输入电路包括铂电阻、标准电阻、检测电路、信号转换的电路、以太网控制器电路、电源变换电路和高精度稳压电源，铂电阻与标准电阻均与检测电路电性连接，检测电路与信号转换电路电性连接，信号转换电路与以太网控制器电路电性连接，以太网控制器电路与电源变换电路电性连接，电源变换电路分别与高精度稳压电源和信号转换电路电性连接，高精度稳压电源与信号转换电路电性电路。

作为一种优选的实施方式，数据采集转换模块和上位机之间的信号传输方式为网络最高速率达100M，可实时传输现场情况，延时很小，数据采集转换模块所采用高精度模数转换电路，数据采集转换模块和上位机之间的信号传输方式为网络传输。

作为一种优选的实施方式，铂电阻内产生的铂电阻信号模拟量通过六通道模拟量输入电路与模数转换电路相连，时钟电路为模数转换器和以太网控制器提供时钟，该数据采集转换模块根据输入状态控制输出，利用简单的逻辑式依据输入信号的输出端口的节点控制，该模块每个I/O线都有一个弱上拉电阻器，串行通讯电路与模数转换器电路串行端口均与以太网控制器串行端口连接。

作为一种优选的实施方式，该数据采集转换模块支持时钟数据。

作为一种优选的实施方式，以太网控制器电路与模数转换器 SPI端口信号和I/O口信号连接。

作为一种优选的实施方式，该数据采集转换模块支持I2C/SPI 及SSI通道通讯。

作为一种优选的实施方式，模数转换器为AD7714模数转换器，高精度电源为AD780AN电源模块，以太网控制器为W5500以太网控制器。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：

传统温度变送器通讯速度慢不能实时反映现场实时情况，延时较多、易被干扰、输入卡件品种多、数量大、需要铺设大量的线缆、桥架，且存在信号衰减和延时等问题，本实用新型改变了传统的 DCS组网模式，与现有技术相比，本发明的有益效果是：高通讯速率，可实时反映现场实际情况，抗干扰能力强，简化DCS机柜内的输入卡件，大幅减少电缆的用量，可节约大量的施工成本和硬件成本，可无限数量组网。本发明的使用非常方便灵活，只需简单更换检测电路既与温度、压力、流量、液位、液体等传感器连接，通用性强。精度高，稳定，搞干扰能力强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型功能框图；

图2是传感器测量传输模块框图；

图3是数模转换模块框图；

图4是铂电阻信号采集以太网输出模块；

图5是背景技术框图。

图中，1-铂电阻；2-检测电路；3-信号转换电路；4-以太网控制电路；5-高精度稳压电源；6-电源变换电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～图4所示，一种带以太网传输的高精度铂电阻1数据采集转换模块，该数据采集转换模块设置在传感器内，该数据采集转换模块包括铂电阻1信号模拟量输入电路、时钟电路、串行通讯电路、寄存器、以太网电路、模数转换电路，铂电阻1信号模拟量输入电路包括铂电阻1、标准电阻、检测电路2、信号转换的电路、以太网控制器电路、电源变换电路6和高精度稳压电源5，铂电阻1 与标准电阻均与检测电路2电性连接，检测电路2与信号转换电路 3电性连接，信号转换电路3与以太网控制器电路电性连接，以太网控制器电路与电源变换电路6电性连接，电源变换电路6分别与高精度稳压电源5和信号转换电路3电性连接，高精度稳压电源5 与信号转换电路3电性电路。

数据采集转换模块和上位机之间的信号传输方式为网络传输，数据采集转换模块所采用高精度模数转换电路，数据采集转换模块和上位机之间的信号传输方式为网络传输。铂电阻1内产生的铂电阻1信号模拟量通过六通道模拟量输入电路与模数转换电路相连，时钟电路为模数转换器和以太网控制器提供时钟，该数据采集转换模块根据输入状态控制输出，利用简单的逻辑式依据输入信号的输出端口的节点控制，该模块每个I/O线都有一个弱上拉电阻器，串行通讯电路与模数转换器电路串行端口均与以太网控制器串行端口连接。该数据采集转换模块支持威根数据和时钟数据。寄存器电路与模数转换器SPI端口信号和I/O口信号连接。该数据采集转换模块支持I2C/SPI及SSI通道。模数转换器为AD7714模数转换器，高精度电源为AD780AN电源模块，以太网控制器为W5500以太网控制器。

作为本发明进一步的方案：所述的带以太网传输的高精度铂电阻1信号数据采集转换模块及其工作方法，具体步骤如下：

(1)直接从铂电阻1信号传感器取出信号经模数转换后，用网络端口输出来代替4-20mA电流信号和RS232\RS485输出，减少众多的中间环节，本模块可直接安装在传感器内。

(2)本发明采用高精度A/D转换模块+以太网模块形成一种新的检测和变送传输方法。图4为本发明原理图，是区别于现有产品的地方。通用性表现在只需要改变检测电路2即可完成传感器的更换。

作为本发明进一步的方案：所述模块集成在传感器中，可以将传感器检测到的信号转换成网络信号，直接输出TCP/IP信号，通过网线传输到电脑上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通讯速率高、抗干扰能力强，简化DCS机柜内的输入卡件，大幅减少电缆和桥架等材料用量，可节约大量的施工成本和硬件成本，可无限数量组网。

本发明的使用非常方便灵活，只需简单更换检测电路2既可与温度、压力、流量、液位、液体等传感器连接，通用性强。精度高，稳定，搞干扰能力强。

系统包括铂电阻1信号模拟量输入电路、时钟电路、串行通讯电路、寄存器、以太网电路、模数转换电路、高精度电源电路等；所述数据采集转换模块和上位机之间的信号传输方式为网络传输；所述模块所采用高精度模数转换电路，通过以太网或是因特网提供监视及控制输入与输出端口控制的功能，利用网络可通过当前的节点，在远程任何地点可有效的管理I/O设备。

检测电路2：本例是输入信号为铂电阻1，电阻R5为铂电阻 1、由R1、R2、R3、R4、R5、R6组成，电阻R1R2(10k)、将铂电阻 1的信号接入AD7714第7脚AIN1和第8脚AIN2口。电阻R6为标准电阻、电阻R3R4(10k)、将标准电阻的信号接入AD7714第9脚 AIN3和第10脚AIN4口。

时钟电路1由C6、C7、X1组成，C6(30pF)、C7(30pF)、 X1(2.4578MHZ)接到AD7714第2脚MCLKIN、第3脚MCLKOUT口，为 AD7714提供时钟。

时钟电路2由C11、C12、R8、X2组成，C11(20pF)、C12(20pF)、 R8(1M)、X2(25MHZ)接到W5500第31脚XO,第30脚XL/CLKIN为 W5500提供时钟。

VCC为电源正极接入AD780AN第2脚VIN AD7714第12脚 AVDD口，W5500第4脚、第8脚、第11脚、第15脚、第17脚、第 21脚、第28脚AVDD口。

电源负极接入AD780AN第4脚GND AD7714第18脚AGND第 24脚DGND口，W5500第3脚、第9脚、第14脚、第16脚第19脚、第29脚GND。

AD7714第19脚的CS接地，使AD7714始终工作在SPI接口模式

C1(1μF)滤波电容接在AD780第2脚VCC与第4脚GND之间，

AD780第8脚RANGE与第4脚GND连接，使得AD780第6脚输出2.5VDC电源，供AD7714第15脚REFIN高精度电源。

C2(100nF)滤波电容接在AD780AN TEMP与GND之间

C3(1μF)滤波电容接在AD780AN OUT与GND之间。

AD7114SPI通讯口第1脚SCLK第22脚DIN第21脚DOUTRUV 接到W5500第35脚MOSI第34脚MOSO第33脚SCLK口。

R9(10K)、R10(10K)、R11(10K)为上拉电阻接W5500第 38、39、40、41、42、43、44、45脚RSV PMODE口，另一端接GND

W5500网络通讯端口第1脚TXN第2脚TXP接R12(50欧姆)、 R13(50欧姆)、RJ-45 1、2口R12、R13另一端口接VCC,C14

C14另一端口接GND

W5500网络通讯端口第5脚RXP、第6脚RXN接R14(150欧姆)、 R15(150欧姆)RJ-453、6口，R14、R15另一端口接C15和 VCC，C15另一端口接GND

W5500第10脚EXRES1接R7(12.4K1％)

R7另一端口接GND

W5500第7脚RSTN接开关RESET口作为复位开关。

开关RESET另一端口接GND。

本发明解决了传统温度变送器通讯速度慢、易被干扰、输入卡件品种多、数量大、需要铺设大量的线缆、桥架，且存在信号衰减和延时等问题，改变了传统的DCS组网模式。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种带以太网传输的高精度铂电阻数据采集转换模块，其特征在于，该数据采集转换模块设置在传感器内，该数据采集转换模块包括铂电阻信号模拟量输入电路、时钟电路、串行通讯电路、寄存器、以太网电路、模数转换电路，所述铂电阻信号模拟量输入电路包括铂电阻、标准电阻、检测电路、信号转换的电路、以太网控制器电路、电源变换电路和高精度稳压电源，所述铂电阻与标准电阻均与检测电路电性连接，所述检测电路与信号转换电路电性连接，所述信号转换电路与以太网控制器电路电性连接，所述以太网控制器电路与电源变换电路电性连接，所述电源变换电路分别与高精度稳压电源和信号转换电路电性连接，所述高精度稳压电源与信号转换电路电性连接。

2.根据权利要求1所述的带以太网传输的高精度铂电阻数据采集转换模块，其特征在于，述数据采集转换模块所采用高精度模数转换电路，所述数据采集转换模块和以太网控制之间的信号传输方式为SPI高速通讯，所述以太网控制器和上位机之间的信号传输方式为网络传输。

3.根据权利要求1所述的带以太网传输的高精度铂电阻数据采集转换模块，其特征在于，所述铂电阻内产生的铂电阻信号模拟量通过六通道模拟量输入电路与模数转换电路相连，所述时钟电路为所述模数转换电路和以太网控制器提供时钟，该数据采集转换模块根据输入状态控制输出，利用简单的逻辑式依据输入信号的输出端口的节点控制，该模块每个I/O线都有一个弱上拉电阻器，所述串行通讯电路与所述模数转换电路串行端口均与以太网控制器串行端口连接。

4.根据权利要求1所述的带以太网传输的高精度铂电阻数据采集转换模块，其特征在于，所述以太网控制器电路与所述模数转换电路SPI端口信号和I/O口信号连接。

5.根据权利要求1所述的带以太网传输的高精度铂电阻数据采集转换模块，其特征在于，该数据采集转换模块支持I2C/SPI及SSI通道通讯。

6.根据权利要求1所述的带以太网传输的高精度铂电阻数据采集转换模块，其特征在于，所述模数转换电路为AD7714模数转换器，所述高精度电源为AD780AN电源模块，所述以太网控制器为W5500以太网控制器。

Images