CN214591379U - 一种分布式控制系统中点点隔离i/o模块电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，包括至少一个通道处理单元、主控制电路，各通道处理单元包括依次连接的信号处理电路、ADC电路、隔离电路，各隔离电路分别与主控制电路连接，主控制电路同时采集所有通道上的信号，对各信号进行处理。信号处理电路包括依次连接的信号选择电路、放大电路、钳位电路、滤波电路、保护电路，本申请通过在各通道设置隔离电路和独立的ADC电路，实现了各通道之间、各通道与主控制电路之间的隔离，提高了各通道的安全性，降低了各通道之间的相互干扰几率。

Description

一种分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路

技术领域

本实用新型涉及自动化控制技术领域，尤其是涉及一种分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路。

背景技术

目前，分布式控制系统（即DCS）应用范围愈来愈广，使用场合也更加多样，因此，对其安全性要求也日益严苛。如现场某个采集点出现故障而导致采集通道损坏时，若该采集模块中各通道间无隔离，或隔离方式较弱，则该模块所有通道信号都会受到影响，甚至会出现整个模块的所有通道均损坏的情况发生，严重影响生产成本及生产安全性。

一般信号输入的I/O模块，各通道间无电气隔离，共用电源或信号处理电路等方案，对信号处理方式为分时采集或分时控制的，因此，会要求对各通道留有一定的采集时间，若增加工频滤波，则一个I/O模块采集轮询时间会更多出很多。在使用小模块方案实现完全隔离后，信号处理及成本又会增加很多。对于I/O模块各通道间实现安全隔离的方案，还需要兼具采集周期，信号采集的抗干扰性能，成本等方面的考虑。

现有部分DCS产品中使用带有独立MCU及AD转换电路的小模块方案， 该方案隔离性能较强，但成本通常较大，且体积较大，影响产品容积性。

因此，对各I/O通道进行相互隔离，是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，在各通道与主控制电路之间设置隔离电路，用于各通道与主控制电路及各通道之间的隔离，防止一个通道的损坏影响到另外的通道，保护了各通道的安全。

本实用新型的上述实用新型目的通过以下技术方案得以实现：

一种分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，包括至少一个通道处理单元、主控制电路，各通道处理单元包括依次连接的信号处理电路、ADC电路、隔离电路，各隔离电路分别与主控制电路连接，主控制电路同时采集所有通道上的信号，对各信号进行处理。

本实用新型进一步设置为：信号处理电路包括依次连接的信号选择电路、放大电路、钳位电路、滤波电路、保护电路，信号选择电路用于在采集信号与内部参考信号之间进行选择，放大电路用于对信号进行放大，钳位电路用于对信号的大小范围进行钳位，滤波电路用于对信号进行滤波，保护电路用于对后级的ADC电路进行本实用新型进一步设置为：信号选择电路包括切换开关，用于在采集信号通道与参考信号通过之间进行切换。

本实用新型进一步设置为：放大电路包括放大器，用于对选择后的信号进行放大。

本实用新型进一步设置为：滤波电路包括滤波电阻、滤波电容，采用RC电路的方式对信号进行滤波。

本实用新型进一步设置为：保护电路包括稳压管及两个二极管，第一二极管的正极连接第二二极管的负极、稳压管负极，第一二极管的负极接电源正端，第二二极管的正极、稳压管的正极接电源地。

本实用新型进一步设置为：隔离电路包括光耦隔离器，用于在通道ADC电路与主控制电路之间进行隔离。

本实用新型进一步设置为：隔离电路还包括通信隔离电路，与光耦隔离器并列连接在通道ADC电路与主控制电路之间，用于进行通信信号的隔离。

本实用新型进一步设置为：还包括电源电路，用于提供正5V电压源、负5V电压源和负0.5V电压源，正5V电压源用于给通道处理单元、隔离电路提供电源，负5V电压源用于给放大电路提供电源，负0.5V电压源用于进行断线检测。

本实用新型进一步设置为：主控制电路包括主控芯片。

与现有技术相比，本申请的有益技术效果为：

1.本申请通过设置隔离电路，实现了各通道之间、各通道与主控制电路之间的隔离，提高了各通道的安全性，降低了各通道之间的相互干扰几率；

2.进一步地，本申请通过设置光耦隔离器与通信隔离电路，实现了各通道信号的隔离；

3.进一步地，本申请的各通道具有独立的ADC控制电路,优化信号采集抗干扰性能。

附图说明

图1是本申请的一个具体实施例的点点隔离I/O模块电路结构示意图；

图2是本申请的一个具体实施例的信号选择电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本申请的一种分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，如图1所示，包括8个通道处理单元、主控制电路、电源电路，每个通道包括依次连接的信号处理电路、ADC电路、隔离电路，各通道隔离电路的输出分别与主控制电路连接，主控制电路同时采集所有通道上的信号，对各信号进行处理。电源电路用于对各通道处理单元、主控制电路提供电源。

隔离电路包括隔离DC-DC电源，用于进行电源隔离。

信号处理电路,如图2所示,包括依次连接的信号选择电路、放大电路、钳位电路、滤波电路、保护电路，其中，信号选择电路用于在采集信号与内部参考信号之间进行选择，放大电路用于对信号进行放大，钳位电路用于对信号的大小范围进行钳位，滤波电路用于对信号进行滤波，保护电路用于对后级的ADC电路进行保护。

信号选择电路包括切换开关，用于在采集信号通道与参考信号通过之间进行切换。

信号选择电路包括切换开关，切换开关包括二个输入端，用于与参考信号、采集信号连接，在需要采集信号时，切换开关切换到采集信号端，在需要采集参考电压信号时，切换到参考信号端。

放大电路用于对信号选择电路的输出信号进行放大，放大电路包括放大器，在本实施例中，放大器连接成跟随器模式，也就是说本实施例中的放大倍数为1。

钳位电路用于对放大电路的输出信号进行钳位，包括三个电阻，三个电阻的一端同时连接在一起，作为钳位电路的输出端，其中，第一电阻的另一端连接放大电路的输出，第二电阻的另一端连接参考电压REFA，第三电阻的另一端连接电源地，钳位电路的输出信号为RESA。

滤波电路用于对钳位输出信号RESA进行滤波处理，包括滤波电阻、滤波电容，采用RC电路的方式对信号进行滤波。

具体地，滤波电路包括第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第三电容，第四电阻的一端连接钳位电路的输出端，另一端连接第一电容的一端、第三电容的一端，并做为滤波电路的一个输出端；第四电阻的一端连接电源地GNDA端，另一端连接第二电容的一端、第三电容的另一端，并做为滤波电路的另一个输出端；第一电容的另一端、第二电容的另一端连接电源地GNDA端。

参考电压电路包括稳压二极管，用于输出参考电压REFA。

保护电路包括稳压管及两个二极管，第一二极管的正极连接第二二极管的负极、稳压管负极，第一二极管的负极接电源正端，第二二极管的正极、稳压管的正极接电源地。

隔离电路包括光耦隔离器、通信隔离电路，光耦隔离器用于在通道ADC电路与主控制电路之间进行隔离，光耦隔离电路的输入侧连接3.3V电源信号，其输出侧连接5V电源信号。

光耦隔离电路包括三路，用于SA/SB/SW信号的隔离。

通信隔离电路，与光耦隔离器并列连接在通道ADC电路与主控制电路之间，用于进行通信信号的隔离。

通信隔离电路包括通信隔离芯片，用于在5V电源与3.3V电源之间进行通信信号SDA/SCL的隔离。

电源电路用于提供正5V电压源、负5V电压源和负0.5V电压源，正5V电压源用于给通道处理单元、隔离电路提供电源，负5V电压源用于给放大电路提供电源，负0.5V电压源用于进行断线检测。

主控制电路包括主控芯片，主控制电路同时采集所有通道上的信号，对各信号进行处理。

ADC电路包括ADC芯片。其输入端分别连接滤波电路的二个输出端、参考电压REFA，其输出端用于输出SDA、SCL通信信号。

信号采集还包括信号采集电路，用于对传感器传输的电流、电压信号进行初处理。

当输入信号为电压信号时，采集电路包括开关管，电压信号经过第六电阻后连接到开关管Q的输入端，开关管的输出端通过第七电阻接电源地GNDA，开关管的控制端接信号SW的输出端。

具体地，第六电阻由二个电阻串联组成，在串联电路的串联接点处，连接第三电容，用于对信号进行滤波。

在采集信号的输入端，还连接到地的第一双向稳压管，用于对采集信号进行钳位。

对于二线制电流信号，电流信号的大小在4-20mA之间，信号的一端接第三二极管的负极，第三二极管的正极作为一个输出端，信号的另一端接第二双向稳压管的一端、第八电阻的一端，第八电阻的另一端接第四二极管的正极、第四电容的一端，第四二极管的负极作为另一个输出端，第二双向稳压管的另一端接电源地GNDA，第四电容的另一端接电源地。

对于四线制的电流信号，电流信号的大小在0-10mA之间，或二线制电流信号，电流信号的大小在4-20mA之间的电流信号，信号的一端接第二双向稳压管的一端、第八电阻的一端，第八电阻的另一端接第四二极管的正极，第四二极管的负极接开关管Q的输入端，开关管的输出端通过第七电阻接电源地GNDA，开关管的控制端接信号SW的输出端；信号的另一端通过第九电阻接电源地GNDA。

在开关管的输入端，还连接有第十电阻的一端，十电阻的另一端作为采集信号的一个输出端。在采集信号的输出端与电源地GNDA之间，并联稳压管与滤波电容，用于对采集信号进行稳压与滤波。

本实施例的实施原理为：在各通道中设置光耦隔离电子与通信隔离芯片，进行通信与信号的隔离，阻止了各通道之间的干扰。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，其特征在于：包括至少一个通道处理单元、主控制电路，各通道处理单元包括依次连接的信号处理电路、ADC电路、隔离电路，各隔离电路分别与主控制电路连接，主控制电路同时采集所有通道上的信号，对各信号进行处理。

2.根据权利要求1所述的分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，其特征在于：信号处理电路包括依次连接的信号选择电路、放大电路、钳位电路、滤波电路、保护电路，信号选择电路用于在采集信号与内部参考信号之间进行选择，放大电路用于对信号进行放大，钳位电路用于对信号的大小范围进行钳位，滤波电路用于对信号进行滤波，保护电路用于对后级的ADC电路进行保护。

3.根据权利要求2所述的分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，其特征在于：信号选择电路包括切换开关，用于在采集信号通道与参考信号通过之间进行切换。

4.根据权利要求2所述的分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，其特征在于：放大电路包括放大器，用于对选择后的信号进行放大；钳位电路包括电阻，用于对放大电路的输出信号进行钳位。

5.根据权利要求2所述的分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，其特征在于：滤波电路包括滤波电阻、滤波电容，采用RC电路的方式对信号进行滤波。

6.根据权利要求2所述的分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，其特征在于：保护电路包括稳压管及两个二极管，第一二极管的正极连接第二二极管的负极、稳压管负极，第一二极管的负极接电源正端，第二二极管的正极、稳压管的正极接电源地。

7.根据权利要求1所述的分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，其特征在于：隔离电路包括光耦隔离器，用于在通道ADC电路与主控制电路之间进行隔离。

8.根据权利要求7所述的分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，其特征在于：隔离电路还包括通信隔离电路，与光耦隔离器并列连接在通道ADC电路与主控制电路之间，用于进行通信信号的隔离。

9.根据权利要求1所述的分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，其特征在于：还包括电源电路，用于提供正5V电压源、负5V电压源和负0.5V电压源，正5V电压源用于给通道处理单元、隔离电路提供电源，负5V电压源用于给放大电路提供电源，负0.5V电压源用于进行断线检测。

10.根据权利要求1所述的分布式控制系统中点点隔离I/O模块电路，其特征在于：主控制电路包括主控芯片。

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