CN214954593U - 一种工业自动化模拟信号隔离模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种工业自动化模拟信号隔离模块，用于将传感器或变送器输出到该模块的4‑20mA模拟信号隔离后安全的输入到控制系统；该模块包括依次连接的拨码开关、APC、光电耦合器、PAC和信号调理电路，以及对输入电源起隔离作用的变压器；其中，4‑20mA模拟信号从拨码开关进入，经APC的作用后变换为PWM信号，通过光电耦合器的隔离作用，再经过PAC的作用后还原成模拟信号并经过信号调理电路调理输出。该模块具有以下优点：1、在实现同等功能的基础上，原理简单、稳定可靠、价格低；2、可同时兼容两线制、三线制和四线制传感器或变送器；3、体型小巧，引脚较少，便于接线使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及信号隔离技术领域，具体涉及一种工业自动化模拟信号隔离模块。
背景技术
目前，工控领域所使用的绝大多数传感器或变送器的输出信号形式为标准4-20mA模拟信号，工业现场设备的控制系统在采集这些模拟信号时，通常不希望将这些模拟信号直接接入到系统中。这是因为一般工业现场的环境比较复杂，存在很多干扰信号，如果直接将传感器或变送器的输出信号接入到控制系统中会导致信号采集错误，甚至对控制系统造成破坏。为了解决这个问题，一般都是将传感器或变送器的输出信号先经过一个隔离模块，然后在输入到控制系统中。但是现有的隔离模块普遍存在两个问题，一是价格较高，当隔离模块的使用数量较多时，设备的成本无法承受；二是目前常用的隔离模块无法同时兼容两线制、三线制、四线制的传感器或变送器，很多时候需要在同一个设备上使用多个不同型号的隔离模块才能满足需求。因此，有必要研究一种价格便宜，还能适应目前所有形式传感器或变送器的通用隔离模块。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，针对现有技术的缺陷，提供一种工业自动化模拟信号隔离模块。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种工业自动化模拟信号隔离模块，用于将传感器或变送器输出到该模块的4-20mA模拟信号隔离后安全的输入到控制系统；该模块包括依次连接的拨码开关、APC、光电耦合器、PAC和信号调理电路，以及对输入电源起隔离作用的变压器；其中，4-20mA模拟信号经拨码开关后进入APC，经过APC的作用后变换为PWM信号，该PWM信号通过光电耦合器的隔离作用后进入PAC，经过PAC的作用后还原成模拟信号，该模拟信号再经过信号调理电路进行调理后输出。
进一步的，所述变压器用于对24V输入电源进行隔离，将经过隔离作用的24V电源分别供给APC、光电耦合器、PAC和信号调理电路以及拨码开关。
进一步的，所述拨码开关用于实现切换功能，当传感器或变送器为三线制或四线制输出时，拨码开关切换到1挡，此时4-20mA模拟信号直接从输入引脚进入，处理后输出给APC；当传感器或变送器为两线制输出时，拨码开关切换到2挡，此时24V电源经由输入引脚连接到传感器或变送器，为其供电并使其产生4-20mA模拟信号，经由拨码开关处理后输出给APC。
进一步的，APC芯片型号为GP9303，光电耦合器型号为TLP1488，PAC芯片型号为GP8102，变压器型号为VPT87DDF01B，拨码开关型号为MSK-1153，信号调理电路以运算放大器LM321为主要器件。
从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：
1、在实现同等功能的基础上，该隔离模块原理简单、稳定可靠，价格要明显低于目前市场上常用的隔离模块；
2、该隔离模块可同时兼容目前常用的两线制、三线制和四线制传感器或变送器；
3、该隔离模块体型小巧，引脚较少，非常便于接线使用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本实用新型一个实施例提供的工业自动化模拟信号隔离模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
下面通过具体实施例，进行详细的说明。
本实用新型的目的在于提供一种专门用于工控领域的工业自动化模拟信号隔离模块。该模块用于将传感器或变送器输出的4-20mA模拟信号隔离后安全的输入到控制系统中。
如图1所示为本实用新型一个实施例提供的一种工业自动化模拟信号隔离模块的整体结构框图，该模块设有输入引脚和输出引脚，包括从输入引脚到输出引脚依次连接的拨码开关01、APC 02、光电耦合器03、PAC 04和信号调理电路05，以及对输入电源起隔离作用的变压器06。其中，APC是（Analog-PWM Convert，模拟信号转脉冲宽度调制信号）的简称，PAC是（PWM-Analog Convert，脉冲宽度调制信号转模拟信号），本实用新型利用APC芯片和PAC芯片实现模拟信号和脉冲宽度调制信号的转换。
本实施例中，APC、光电耦合器、PAC、信号调理电路共同配合实现4-20mA信号的隔离输出。首先，从输入引脚进入的4-20mA模拟信号经拨码开关后进入APC，经过APC的作用后变换为PWM信号；然后该PWM信号通过光电耦合器的隔离作用后进入PAC，隔离后的该PWM信号进入PAC后还原成模拟信号，该模拟信号再经过信号调理电路进行调理后，通过输出引脚输出给下游元件，例如输入到控制系统。可选的，APC芯片型号为GP9303，光电耦合器型号为TLP1488，PAC芯片型号为GP8102，调理电路主要由运算放大器LM321及一些电阻电容等器件组成。
本实施例中，该模块的供电是外部输入的24V电源，变压器用于实现24V输入电源隔离的作用，可配合芯片VPS8701共同实现。外部输入的24V电源经变压器隔离后又产生一路24V电源。变压器用来将经过隔离的24V电源分别输出给APC、光电耦合器、PAC、信号调理电路以及拨码开关。可选的，变压器型号为VPT87DDF01B。
本实施例中，拨码开关主要用于实现切换功能。当传感器或变送器为三线制或四线制输出时，拨码开关切换到1挡，此时4-20mA模拟信号直接从输入引脚进入，经过处理后输出给APC；当传感器或变送器为两线制输出时，拨码开关切换到2挡，此时24V电源经由输入引脚连接到传感器或变送器，为其供电并使其产生4-20mA模拟信号，然后该模拟信号经由拨码开关处理后输出给APC。可选的，拨码开关型号为MSK-1153。
以上，本实用新型实施例公开了一种专门用于工控领域的工业自动化模拟信号隔离模块，给出了该模块的电路形式和结构。
该模块具有以下优点：
1、在实现同等功能的基础上，该隔离模块原理简单、稳定可靠，价格要明显低于目前市场上常用的隔离模块；
2、该隔离模块可同时兼容目前常用的两线制、三线制和四线制传感器或变送器；
3、该隔离模块体型小巧，引脚较少，非常便于接线使用。
以上，通过具体实施例对本实用新型的技术方案进行了详细说明。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
应当理解，上述各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员，可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和保护范围。
Claims (4)
1.一种工业自动化模拟信号隔离模块，其特征在于，用于将传感器或变送器输出到该模块的4-20mA模拟信号隔离后安全的输入到控制系统；
该模块包括依次连接的拨码开关、APC、光电耦合器、PAC和信号调理电路，以及用于对输入电源起隔离作用的变压器；其中，4-20mA模拟信号经拨码开关后进入APC，经过APC的作用后变换为PWM信号，该PWM信号通过光电耦合器的隔离作用后进入PAC，经过PAC的作用后还原成模拟信号，该模拟信号再经过信号调理电路进行调理后输出。
2.根据权利要求1所述的工业自动化模拟信号隔离模块，其特征在于，
所述变压器用于对24V输入电源进行隔离，将经过隔离作用的24V电源分别供给APC、光电耦合器、PAC和信号调理电路以及拨码开关。
3.根据权利要求2所述的工业自动化模拟信号隔离模块，其特征在于，
所述拨码开关用于实现切换功能，当传感器或变送器为三线制或四线制输出时，拨码开关切换到1挡，此时4-20mA模拟信号直接从输入引脚进入，处理后输出给APC；当传感器或变送器为两线制输出时，拨码开关切换到2挡，此时24V电源经由输入引脚连接到传感器或变送器，为其供电并使其产生4-20mA模拟信号，经由拨码开关处理后输出给APC。
4.根据权利要求1所述的工业自动化模拟信号隔离模块，其特征在于，
其中，APC芯片型号为GP9303，光电耦合器型号为TLP1488，PAC芯片型号为GP8102，变压器型号为VPT87DDF01B，拨码开关型号为MSK-1153，信号调理电路以运算放大器LM321为主要器件。
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