CN217360606U - 一种用于水电plc的多通道数字量采集板卡结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水力发电控制技术领域，具体为一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，通过相互连接的母板组件和子板组件，其中母板组件负责信号的处理和与外部的中央处理器进行数据交互，子板组件负责现场信号的采集；信号采样类型切换模块与第二底座连接器及外部电源相连接，通过信号采样类型切换模块的通断，以选择板卡支撑的信号类型，即有源信号及无源信号的接入，板卡选择有源时，板卡可以根据外部电源的接入，接入不高于板卡供电电源的不同电平信号。该板卡结构简单，使用方便，能够满足不同类型信号的接入，同时具备数字信号测量和脉冲计数功能。

Description

一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构

技术领域

本实用新型涉及水力发电控制技术领域，具体为一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构。

背景技术

多通道数字量采集板卡应用于水力发电，在电厂实际应用时，多通道数字量采集板卡将通道采集信号经过处理通过通信总线与水力控制器进行交互，是水力系统控制的重要信息来源。多通道数字量采集板卡在接入信号时，基于每个电厂接入的信号电平和接入的信号类型可能不一样，需要测量的信号方式也不一样，一般情况下，是采用不同的多通道数字量采集板卡接入不同类型及不同电平的信号，但此方法成本较高，而且设计板卡种类较多，不便于后期维护升级；电厂输入信号复杂，板卡输入信号在施工误接串入强电，会损坏板卡测量通道。基于满足现场48V的信号测量，多通道板卡集成BOOST升压电路，无需外部升压模块，既满足了板卡的实际应用要求，也降低了成本。为了能够满足复杂的电厂信号测量，设计一种多通道数字量采集板卡，以满足现场不同类型信号的采集，然而现有技术中并没有给出类似的公开。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，该板卡结构简单，使用方便，能够满足不同类型信号的接入，同时具备数字信号测量和脉冲计数功能。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，包括相互连接的母板组件和子板组件；

所述母板组件包括第一底座连接器、电源线路、串口芯片、CAN协议芯片、 MCU芯片和数据接口；第一底座连接器的输出端分别通过电源线路、串口芯片和CAN协议芯片与MCU芯片连接；数据接口连接至MCU芯片的数据传输端；

所述子板组件包括第二底座连接器、16路DI输入模块、信号采样类型切换模块和第一电源监测模块；所述第二底座连接器的输出端分支路设置，一支路经16路DI输入模块与数据接口连接，一支路经信号采样类型切换模块连接至16路DI输入模块，一支路经第一电源监测模块连接至数据接口。

优选的，电源线路包括保险丝、隔离电源和线性电源，所述第一底座连接器的一路输出端依次经保险丝、隔离电源和线性电源连接至MCU芯片。

优选的，第一底座连接器的一路输出端与串口芯片之间设有第一防护模块。

优选的，第一底座连接器的一路输出端与CAN协议芯片之间设有第二防护模块。

优选的，母板组件还包括看门狗、母板指示灯和下载调试模块，所述看门狗、母板指示灯和下载调试模块分别连接至MCU芯片的连接端口。

优选的，第二底座连接器的一路输出端与16路DI输入模块的输入端之间依次设有过压防护模块和过流防护模块。

优选的，第二底座连接器一路输出端与第一电源监测模块之间设有升压模块。

进一步的，升压模块上还设有第二输出端，第二输出端连接至16路DI输入模块。

进一步的，第二底座连接器一路输出端与升压模块之间线路设有分支线路，其中分支线路经第二电源监测模块连接至数据接口。

优选的，子板组件还包括子板指示灯，所述子板指示灯连接至数据接口的输出端。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型提供了一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，通过相互连接的母板组件和子板组件，其中母板组件负责信号的处理和与外部的中央处理器进行数据交互，子板组件负责现场信号的采集；信号采样类型切换模块与第二底座连接器及外部电源相连接，通过信号采样类型切换模块的通断，以选择板卡支撑的信号类型，即有源信号及无源信号的接入，板卡选择有源时，板卡可以根据外部电源的接入，接入不高于板卡供电电源的不同电平信号。

进一步的，板卡可以根据实际现场信号灵活进行配置，灵活性高，另外，在工作时，通过MCU芯片对采集到的数字量信号进行测量，且MCU芯片与外部的中央处理器相连接，以具备数字信号测量的功能，结构简单，操作方便，应用灵活，实用性极强，便于推广及应用。

进一步的，通过第一过压防护模块、第二过压防护模块及第一过流防护模块对通信芯片、隔离器件和测量通道进行过压、过流防护，防止现场误接强电，过流损坏板卡，提高系统的稳定性及安全性。

进一步的，MCU芯片对采集到的数字量信号进行处理和上送，有效的提高了数据处理和传输工作。

进一步的，信号采样类型切换模块可以实现外部对外部有源可无源信号的测量。

进一步的，板卡可以通过第一电源监测模块和第二电源监测模块的输出端通过数据接口与MCU芯片相连接，实现子板电源的实时监视。

附图说明

图1为本实用新型中用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构示意图。

图中：1-第一底座连接器；2-保险丝；3-隔离电源；4-线性电源；5-看门狗； 6-母板指示灯；7-串口芯片；8第一防护模块；9-第二防护模块；10-CAN协议芯片；11-MCU芯片；12-下载调试模块；13-数据接口；14-第二底座连接器；15-过压防护模块；16-过流防护模块；17-16路DI输入模块；18-子板指示灯； 19-信号采样类型切换模块；20-升压模块；21-第一电源监测模块；22-第二电源监测模块；23-母板组件；24-子板组件。

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。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1，本实用新型一个实施例中，提供了一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，该板卡结构简单，使用方便，能够满足不同类型信号的接入，同时具备数字信号测量和脉冲计数功能。

具体的，该用于水电LCU控制器的多通道数字量采集板卡结构，包括相互连接的母板组件23和子板组件24；

所述母板组件23包括第一底座连接器1、电源线路、串口芯片7、CAN协议芯片10、MCU芯片11和数据接口13；第一底座连接器1的输出端分别通过电源线路、串口芯片7和CAN协议芯片10与MCU芯片11连接；数据接口13 连接至MCU芯片11的数据传输端；

所述子板组件24包括第二底座连接器14、16路DI输入模块17、信号采样类型切换模块19和第一电源监测模块21；所述第二底座连接器14的输出端分支路设置，一支路经16路DI输入模块17与数据接口13连接，一支路经信号采样类型切换模块19连接至16路DI输入模块17，一支路经第一电源监测模块21连接至数据接口13。

具体的，电源线路包括保险丝2、隔离电源3和线性电源4，所述第一底座连接器1的一路输出端依次经保险丝2、隔离电源3和线性电源4连接至MCU 芯片11。

具体的，第一底座连接器1的一路输出端与串口芯片7之间设有第一防护模块8；第一底座连接器1的一路输出端与CAN协议芯片10之间设有第二防护模块9，通过第一过压防护模块、第二过压防护模块及第一过流防护模块对通信芯片、隔离器件和测量通道进行过压、过流防护，防止现场误接强电，过流损坏板卡，提高系统的稳定性及安全性。

具体的，母板组件23还包括看门狗5、母板指示灯6和下载调试模块12，所述看门狗5、母板指示灯6和下载调试模块12分别连接至MCU芯片11的连接端口。

具体的，第二底座连接器14的一路输出端与16路DI输入模块的输入端之间依次设有过压防护模块15和过流防护模块16。

具体的，第二底座连接器14一路输出端与第一电源监测模块21之间设有升压模块20。

其中，升压模块20上还设有第二输出端，第二输出端连接至16路DI输入模块17；第二底座连接器14一路输出端与升压模块20之间线路设有分支线路，其中分支线路经第二电源监测模块22连接至数据接口13。

具体的，子板组件24还包括子板指示灯18，所述子板指示灯18连接至数据接口13的输出端。

本实用新型中，在母板组件23中，看门狗5与MCU芯片11相连接、母板指示灯6与MCU芯片11相连接作为母板中信号指示灯、串口芯片7与MCU 芯片11相连接与外部处理器进行数据交互，线性电源4与MCU芯片相连接，给MCU供电；CAN协议芯片10与MCU芯片相连接作为板卡CAN通讯接口与外设进行通信。第一防护模块8、第二防护模块9与第一底座连接器1连接，作为串口芯片7和CAN协议芯片10的接口防护。通过隔离电源3和线性电源 4将输入的24V电压转换为母板所需的电压类型；MCU芯片11控制指示灯6 状态，同时控制信号经子板接口13控制子板状态指示灯18的工作状态，根据板卡的工作状态和外部接线情况实时显示每个通道和板卡当前工作的状态。

在子板组件24中，信号采样类型切换模块19通过第二底座连接器14与外部电源相连接，当板卡工作为有源模式下通过子板底座连接器14可将外部电源引入子板作为子板通道工作的内部电源；信号采样类型切换模块19的输出端与输入模块17的输入端相连接作为通道工作电源；通过过压防护模块15、过流防护模块16对整个通道及16路DI输入模块17进行强电压误接所引起的过压过流保护，不仅起到保护通道作用，也可防护卡件通道因误接强电而损坏。第一电源监测模块21、第二电源监测模块22的输出端经数据接口13与MCU 芯片11的输入端相连接，实现子板电源的实时监测；升压模块20将24V电压转换为48V电压供子板通道进行信号采集。

信号采样类型切换模块19可配置板卡工作在有源模式和无源模式，可将板卡配置为不同的测量模式，无源模式下，测量通道的电源由子板第二电源芯片提供；当板卡切换为无源模式时，测量通道的电源由外部有源信号提供。将通道输入的数字信号与16路DI输入模块17输入端相连，16路DI输入模块17 输出端通过数据接口13然后发送至MCU芯片11中，MCU芯片11对采集到的外部数字信号进行测量和脉冲计数，中央处理器即可通过信芯片获取MCU 芯片11中经过运算后的数字信号测量及脉冲计数结果。

另外，在工作时，通过过压防护模块15和过流防护模块16对16路DI输入模块17进行过压保护，通过第一过压防护模块对通信芯片进行过压保护，同时通过状态指示灯15和LED可直观反映1-16通道测量信号的状态、母板组件23及子板组件24的供电状态、通信芯片的状态以及MCU芯片4的工作状态等。

本实用新型的原理为：

信号采样类型切换模块19，当板卡通过上位机选择切换为无源状态时，1- 16通道供电全部采用通过第二电源模块升压得到的48V电源供电；当选择有源方式时，1-16通道供电全部采用外部信号供电，可接入24V/48V不同电平的有源信号。

板卡上设有两个电源监视模块，第一电源监测模块21、第二电源监测模块 22，两个电源监视模块可实时的监测板卡的电源，进行实时的报警，方便出现问题时测量故障排查。板卡还设有SOE功能，可通过上位机进行参数配置，可随机实时的选择每个通道的工作状态和模式。方便板卡在实际应用时的灵活性，减少实际板卡的种类，方便工程人员的现场维护。

本实用新型在通道输入端加了防护器件，可以有效的避免现场因强电误接导致板卡被损坏的现象，经实际测试，板卡测量通道可长时间串接220V交流电，且对板卡无损，可适应各种现场信号环境恶劣的条件。

本实用新型的创新点在于：

通过上位机对信号采样类型切换模块19的选择，可以灵活的选择板卡支持信号类型，即有源和无源的信号接入；

通过上位机对信号采样类型切换模块19的选择，板卡在有源模式下能够根据外部电源的连接，接入不同的电平信号，能够根据实际现场信号灵活进行配置，使用灵活性高；

另外，本实用新型使用MCU芯片11，通过中央处理器可以对板卡测量模式进行灵活配置，实现通道测量、脉冲计数和SOE功能的无扰切换，实现现场信号的实时报警。

本实用新型中MCU芯片11采用GD32F450型号；信号采样类型切换模块 19是接插件、MOS管、电阻、电容和光耦所组合而成的逻辑电路；串口芯片采用TPT481型号；CAN协议芯片采用C1901型号；母板指示灯、子板指示灯采用三脚双色灯；第一电源监测模块和第二电源监测模块分别通过光耦、电阻、电容、三极管和稳压管搭的检测电路；升压模块采用MP3910型号；过流防护模块为TVS、二极管、可恢复保险丝搭建的逻辑电路；看门狗采用74HC123D 型号；第一防护模块和第二防护模块分别为气体放电管、TVS和压敏电阻所组成的电路；下载调试模块为接插件和上下拉电阻；数据接口为22N8552-50M10B。

本实用新型提供了一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，通过相互连接的母板组件和子板组件，其中母板组件负责信号的处理和与外部的中央处理器进行数据交互，子板组件负责现场信号的采集；信号采样类型切换模块与第二底座连接器及外部电源相连接，通过信号采样类型切换模块的通断，以选择板卡支撑的信号类型，即有源信号及无源信号的接入，板卡选择有源时，板卡可以根据外部电源的接入，接入不高于板卡供电电源的不同电平信号。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，其特征在于，包括相互连接的母板组件(23)和子板组件(24)；

所述母板组件(23)包括第一底座连接器(1)、电源线路、串口芯片(7)、CAN协议芯片(10)、MCU芯片(11)和数据接口(13)；第一底座连接器(1)的输出端分别通过电源线路、串口芯片(7)和CAN协议芯片(10)与MCU芯片(11)连接；数据接口(13)连接至MCU芯片(11)的数据传输端；

所述子板组件(24)包括第二底座连接器(14)、16路DI输入模块(17)、信号采样类型切换模块(19)和第一电源监测模块(21)；所述第二底座连接器(14)的输出端分支路设置，一支路经16路DI输入模块(17)与数据接口(13)连接，一支路经信号采样类型切换模块(19)连接至16路DI输入模块(17)，一支路经第一电源监测模块(21)连接至数据接口(13)。

2.根据权利要求1所述的一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，其特征在于，所述电源线路包括保险丝(2)、隔离电源(3)和线性电源(4)，所述第一底座连接器(1)的一路输出端依次经保险丝(2)、隔离电源(3)和线性电源(4)连接至MCU芯片(11)。

3.根据权利要求1所述的一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，其特征在于，所述第一底座连接器(1)的一路输出端与串口芯片(7)之间设有第一防护模块(8)。

4.根据权利要求1所述的一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，其特征在于，所述第一底座连接器(1)的一路输出端与CAN协议芯片(10)之间设有第二防护模块(9)。

5.根据权利要求1所述的一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，其特征在于，所述母板组件(23)还包括看门狗(5)、母板指示灯(6)和下载调试模块(12)，所述看门狗(5)、母板指示灯(6)和下载调试模块(12)分别连接至MCU芯片(11)的连接端口。

6.根据权利要求1所述的一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，其特征在于，所述第二底座连接器(14)的一路输出端与16路DI输入模块的输入端之间依次设有过压防护模块(15)和过流防护模块(16)。

7.根据权利要求1所述的一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，其特征在于，所述第二底座连接器(14)一路输出端与第一电源监测模块(21)之间设有升压模块(20)。

8.根据权利要求7所述的一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，其特征在于，所述升压模块(20)上还设有第二输出端，第二输出端连接至16路DI输入模块(17)。

9.根据权利要求7所述的一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，其特征在于，所述第二底座连接器(14)一路输出端与升压模块(20)之间线路设有分支线路，其中分支线路经第二电源监测模块(22)连接至数据接口(13)。

10.根据权利要求1所述的一种用于水电PLC的多通道数字量采集板卡结构，其特征在于，所述子板组件(24)还包括子板指示灯(18)，所述子板指示灯(18)连接至数据接口(13)的输出端。

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