CN220603889U - 一种模拟量电流输出控制电路及卡片式总线io模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟量电流输出控制电路及卡片式总线I O模块，包括：适配器控制子电路及第一模拟量输出控制子电路；第一模拟量输出控制子电路包括第一电源模块、第一控制模块、第一通信模块、第一隔离模块、数模转换模块、电压电流转换模块及模拟量输出模块；适配器控制子电路与第一通信模块电连接，第一通信模块与第一控制模块电连接，第一控制模块与第一隔离模块电连接，第一隔离模块与数模转换模块电连接，数模转换模块与电压电流转换模块电连接，电压电流转换模块与模拟量输出模块电连接。本实用新型能够实现模拟量电流信号的输出控制，实现模拟量信号的稳定传输；此外，本实用新型能够实现多个模拟量电流板卡的扩展。

Description

一种模拟量电流输出控制电路及卡片式总线IO模块

技术领域

本实用新型涉及工业设备控制技术领域，尤其涉及一种模拟量电流输出控制电路及卡片式总线IO模块。

背景技术

总线IO模块是一种专为在工业环境下应用而设计制造的数字运算操作电子系统。它是以微处理器为核心带有指令存储器和输入输出接口，将自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业控制装置。

在实际应用中，模拟量电流输出板卡能够提供丰富的输出接口，变频器、ATE、信号发生器、伺服电机控制器等工业设备连接到输出接口，上位机系统通过模拟量电流输出板卡输出模拟量电流信号，去控制设备的运行参数。

然而，现有技术的模拟量电流输出板卡存在以下缺陷：1)由于传输距离过远，模拟量输出信号传输不稳定，易受干扰；2)模拟量输出信号的接口数量固定，使用场景受限，若想增加接口数量，需要同时增加一个适配器和模拟量输出板卡，其中，适配器用于提供与上位机进行通信的连接网口，占用空间大，降低用户体验。因此，发明一种能够实现信号稳定传输且实现多个模拟量电流输出板卡的扩展以减少布置空间是该领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种模拟量电流输出控制电路及卡片式总线IO模块，本方案中，一方面能够实现模拟量电流信号的输出控制集，保证信号传输的可靠性和稳定性；另一方面，能够实现多个模拟量电流输出板卡的扩展，满足大规模工业设备远程控制的使用需求。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种模拟量电流输出控制电路，包括适配器控制子电路及第一模拟量输出控制子电路；

所述第一模拟量输出控制子电路包括第一电源模块、第一控制模块、第一通信模块、第一隔离模块、数模转换模块、电压电流转换模块及模拟量输出模块；

所述第一电源模块分别与所述第一控制模块、第一通信模块、所述第一隔离模块、所述数模转换模块、所述电压电流转换模块及所述模拟量输出模块电连接；

所述适配器控制子电路与所述第一通信模块电连接，所述第一通信模块与所述第一控制模块电连接，所述第一控制模块与所述第一隔离模块电连接，所述第一隔离模块与所述数模转换模块电连接，所述数模转换模块与所述电压电流转换模块电连接，所述电压电流转换模块与所述模拟量输出模块电连接。

优选地，所述电压电流转换模块包括第一电压电流转换单元；

所述第一电压电流转换单元分别与所述一电源模块、所述数模转换模块及所述模拟量输出模块电连接。

优选地，所述电压电流转换模块包括第二电压电流转换单元；

所述第二电压电流转换单元分别与所述一电源模块、所述数模转换模块及所述模拟量输出模块电连接。

优选地，所述电压电流转换模块包括第三电压电流转换单元；

所述第三电压电流转换单元分别与所述一电源模块、所述数模转换模块及所述模拟量输出模块电连接。

优选地，所述一种模拟量电流输出控制电路还包括第二模拟量输出控制子电路；

所述第二模拟量输出控制子电路分别与所述适配器控制子电路及所述第一模拟量输出控制子电路电连接。

优选地，所述适配器控制子电路包括第二电源模块、第二控制模块、从站控制模块、输出网口通讯模块及第二通信模块；

所述第二电源模块分别与所述第二控制模块、所述从站控制模块、所述输出网口通讯模块及所述第二通信模块电连接；

所述第二控制模块与所述从站控制模块电连接，所述从站控制模块分别与所述输出网口通讯模块电连接，所述输出网口通讯模块均与所述上位机电连接；

所述第二通信模块与所述第一通信模块电连接。

优选地，所述第一电压电流转换单元包括第一电压电流转换子单元、第一开关控制子单元及第一静电防护子单元；

所述第一电压电流转换子单元分别与所述数模转换模块、所述第一开关控制子单元及所述第一静电防护子单元电连接，所述第一开关控制子单元与所述第一静电防护子单元电连接，所述第一静电防护子单元与所述模拟量输出模块电连接。

优选地，所述第二电压电流转换单元包括第二电压电流转换子单元、第二开关控制子单元及第二静电防护子单元；

所述第二电压电流转换子单元分别与所述数模转换模块、所述第二开关控制子单元及所述第二静电防护子单元电连接，所述第二开关控制子单元与所述第二静电防护子单元电连接，所述第二静电防护子单元与所述模拟量输出模块电连接。

优选地，所述第一开关控制子单元包括第一三极管、第一MOS管及第一电阻；

所述第一三极管的集电极分别与所述第一电压电流转换子单元及所述第一MOS管的栅极电连接，所述第一三极管的发射极分别与所述第一电压电流转换子单元及所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第一三极管的基极及所述第一MOS管的漏极电连接，所述第一MOS管的源极与所述第一静电防护子单元电连接。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种卡片式总线IO模块，应用于所述的一种模拟量电流输出控制电路。

本实用新型的一种模拟量电流输出控制电路及卡片式总线IO模块具有如下有益效果，本实用新型公开的一种模拟量电流输出控制电路包括：适配器控制子电路及第一模拟量输出控制子电路；第一模拟量输出控制子电路包括第一电源模块、第一控制模块、第一通信模块、第一隔离模块、数模转换模块、电压电流转换模块及模拟量输出模块；适配器控制子电路与上位机连接，用于接收上位机发出的远程控制指令；第一通信模块与适配器控制子电路连接，用于将远程控制指令传输到第一控制模块，第一控制模块用于将远程控制指令解析成多路数字量电压输出信号后传输到第一隔离模块；第一隔离模块用于将数字量电压输出信号转化为光或者磁信号，并在隔离层中进行处理；数模转换模块用于将多路数字量电压输出信号转换成多路模拟量电压输出信号；电压电流转换模块用于将多路模拟量电压输出信号转换成多路模拟量电流输出信号，模拟量输出模块用于提供与工业设备的连接接口，输出模拟量电流输出信号以实现对工业设备的远程控制。因此，本实用新型能够实现模拟量电流信号的输出控制，实现模拟量信号的稳定传输。

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，下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：

图1是本实用新型较佳实施例的一种模拟量电流输出控制电路的原理框示意图；

图2是本实用新型另一较佳实施例的一种模拟量电流输出控制电路的原理框示意图；

图3是本实用新型较佳实施例的一种模拟量电流输出控制电路的第一电压电流转换单元的电路原理图；

图4是本实用新型较佳实施例的一种模拟量电流输出控制电路的第二电压电流转换单元的电路原理图；

图5是本实用新型较佳实施例的一种模拟量电流输出控制电路的模拟量输出模块的电路原理图；

图6是本实用新型较佳实施例的一种模拟量电流输出控制电路的第一隔离模块的电路原理图；

图7是本实用新型较佳实施例的一种模拟量电流输出控制电路的数模转换模块的电路原理图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种模拟量电流输出控制电路及卡片式总线IO模块，本方案中，一方面能够实现模拟量电流信号的输出控制集，保证信号传输的可靠性和稳定性；另一方面，能够实现多个模拟量电流输出板卡的扩展，满足大规模工业设备远程控制的使用需求。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为本申请提供的一种模拟量电流输出控制电路的结构示意图，包括适配器控制子电路1及第一模拟量输出控制子电路2；

第一模拟量输出控制子电路2包括第一电源模块21、第一控制模块22、第一通信模块23、第一隔离模块24、数模转换模块25、电压电流转换模块26及模拟量输出模块27；

第一电源模块21分别与第一控制模块22、第一通信模块23、第一隔离模块24、数模转换模块25、电压电流转换模块26及模拟量输出模块27电连接；

适配器控制子电路1与第一通信模块23电连接，第一通信模块23与第一控制模块22电连接，第一控制模块22与第一隔离模块24电连接，第一隔离模块24与数模转换模块25电连接，数模转换模块25与电压电流转换模块26电连接，电压电流转换模块26与模拟量输出模块27电连接。

现有技术中，由于传输距离过远，模拟量输出信号传输不稳定，易受干扰。

针对上述缺点，本申请中通过适配器控制子电路1及第一模拟量输出控制子电路2的配合实现了模拟量电流信号的输出控制，实现模拟量信号的稳定传输。

具体地，适配器控制子电路1与上位机连接，用于接收上位机发出的远程控制指令；第一通信模块23与适配器控制子电路连接，用于将远程控制指令传输到第一控制模块22，第一控制模块22用于将远程控制指令解析成多路数字量电压输出信号后传输到第一隔离模块24；第一隔离模块24用于将数字量电压输出信号转化为光或者磁信号，并在隔离层中进行处理；数模转换模块25用于将多路数字量电压输出信号转换成多路模拟量电压输出信号；电压电流转换模块26用于将多路模拟量电压输出信号转换成多路模拟量电流输出信号，模拟量输出模块27用于提供与工业设备的连接接口，输出模拟量电流输出信号以实现对工业设备的远程控制。

具体地，第一控制模块22设置为MCU(Microcontroller Unit)，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。在本实施例中，第一控制模块22的型号不作具体限定。

综上，本申请提供了一种模拟量电流输出控制电路，包括适配器控制子电路1及第一模拟量输出控制子电路2；第一模拟量输出控制子电路2包括第一电源模块21、第一控制模块22、第一通信模块23、第一隔离模块24、数模转换模块25、电压电流转换模块26及模拟量输出模块27；在本方案中，第一模拟量输出控制子电路2用于实现远程控制指令的解析、光电隔离处理、电压电流转换处理及输出；适配器控制子电路1用于与上位机的通信。因此，本实用新型能够实现模拟量电流信号的输出控制，实现模拟量信号的稳定传输。

在上述实施例的基础上：

请参照图2，图2为本申请提供的一种模拟量电流输出控制电路的结构示意图。

作为一个优选地实施例，一种模拟量电流输出控制电路还包括第二模拟量输出控制子电路3；

第二模拟量输出控制子电路3分别与适配器控制子电路1及第一模拟量输出控制子电路2电连接。

作为一个优选地实施例，适配器控制子电路1包括第二电源模块11、第二控制模块12、从站控制模块13、输出网口通讯模块14及第二通信模块15；

第二电源模块11分别与第二控制模块12、从站控制模块13、输出网口通讯模块14及第二通信模块15电连接；

第二控制模块12与从站控制模块13电连接，从站控制模块13分别与输出网口通讯模块14电连接，输出网口通讯模块14均与上位机电连接；

第二通信模块15与第一通信模块23电连接。

现有技术中，模拟量输出信号的接口数量固定，使用场景受限，若想增加接口数量，需要同时增加一个适配器和模拟量输出板卡，其中，适配器用于提供与上位机进行通信的连接网口，占用空间大，降低用户体验。

具体地，在本实施例中，第二模拟量输出控制子电路3的电路原理与第一模拟量输出控制子电路2的电路原理相同，在此不再赘述。

具体地，在本实施例中，适配器与上位机通过工业以太网协议EtherCAT进行通讯数据传输，EtherCAT具有高速和高数据有效率的特点，支持多种设备连接拓扑结构。EtherCAT的从站节点通过从站控制模块13控制，主站使用标准的以太网控制器。可以理解的是，适配器与上位机还可以通过Profinet协议、Ethernet/IP协议、CC-Link IE协议进行通讯，通讯协议的类型在此不作具体限定。

在实际实用时，一个适配器可以同时与多个模拟量电流输出板卡搭配使用。适配器与多个模拟量电流输出板卡之间通过连接结构实现贴合连接，节约布置空间；同时，适配器通过第二通信模块15分别与多个模拟量电流输出板卡内置的通信模块进行通信，通过从站控制模块13及输出网口通讯模块14与上位机通信，将上位机发出的远程控制指令传输到各个模拟量电流输出板卡。因此，本申请能够实现多个模拟量电流输出板卡的扩展，一个适配器可以同时搭配多个模拟量电流输出板卡使用，节约布置空间，满足大规模工业设备远程控制的使用需求。

作为一个优选地实施例，电压电流转换模块26包括第一电压电流转换单元261；

第一电压电流转换单元261分别与一电源模块21、数模转换模块25及模拟量输出模块27电连接。

具体地，在本实施例中，第一电压电流转换单元261用于将数模转换模块25输出的第一路模拟量电压输出信号转换成第一路模拟量电流输出信号。

作为一个优选地实施例，电压电流转换模块26包括第二电压电流转换单元262；

第二电压电流转换单元262分别与一电源模块21、数模转换模块25及模拟量输出模块27电连接。

具体地，在本实施例中，第二电压电流转换单元262用于将数模转换模块25输出的第二路模拟量电压输出信号转换成第二路模拟量电流输出信号。

作为一个优选地实施例，电压电流转换模块26包括第三电压电流转换单元263；

第三电压电流转换单元263分别与一电源模块21、数模转换模块25及模拟量输出模块27电连接。

具体地，在本实施例中，第三电压电流转换单元263用于将数模转换模块25输出的第三路模拟量电压输出信号转换成第三路模拟量电流输出信号。

值得说明的是，本申请的电压电流转换模块26还可以包括第四电压电流转换单元，第四电压电流转换单元用于将数模转换模块25输出的第四路模拟量电压输出信号转换成第四路模拟量电流输出信号。可以理解的是，电压电流转换单元的数量可以根据模拟量电压输出信号的数量设置，在此不作具体限定。

请参照图3，图3为本申请提供的一种第一电压电流转换单元的电路原理图。

作为一个优选地实施例，第一电压电流转换单元261包括第一电压电流转换子单元611、第一开关控制子单元612及第一静电防护子单元613；

第一电压电流转换子单元611分别与数模转换模块25、第一开关控制子单元612及第一静电防护子单元电连接，第一开关控制子单元612与第一静电防护子单元613电连接，第一静电防护子单元613与模拟量输出模块27电连接。

具体地，在本实施例中，第一电压电流转换子单元611用于实现第一路模拟量电压输出信号的电流转换，第一开关控制子单元612用于实现第一路模拟量电流输出信号的输出开关控制；第一静电防护子单元613用于实现第一路模拟量电流输出信号输出的静电抑制。

请参照图4，图4为本申请提供的一种第二电压电流转换单元的电路原理图。

请参照图5，图5为本申请提供的一种模拟量输出模块的电路原理图。

作为一个优选地实施例，第二电压电流转换单元262包括第二电压电流转换子单元621、第二开关控制子单元622及第二静电防护子单元623；

第二电压电流转换子单元621分别与数模转换模块25、第二开关控制子单元622及第二静电防护子单元623电连接，第二开关控制子单元622与第二静电防护子单元623电连接，第二静电防护子单元623与模拟量输出模块27电连接。

具体地，第二电压电流转换单元262、第三电压电流转换单元263的工作原理与第一电压电流转换单元261的相同，在此不再赘述。

作为一个优选地实施例，第一开关控制子单元612包括第一三极管Q1、第一MOS管Q3及第一电阻R1；

第一三极管Q1的集电极分别与第一电压电流转换子单元及第一MOS管Q3的栅极电连接，第一三极管Q1的发射极分别与第一电压电流转换子单元611及第一电阻R1的第一端电连接，第一电阻R1的第二端分别与第一三极管Q1的基极及第一MOS管Q3的漏极电连接，第一MOS管Q3的源极与第一静电防护子单元613电连接。

具体地，第一电压电流转换子单元611转换第一路模拟量电流输出信号后，第一三极管Q1及第一MOS管Q3导通，第一路模拟量电流输出信号通过第一静电防护子单元613实现静电抑制后输出到模拟量输出模块27。

请参照图6，图6为本申请提供的一种第一隔离模块的电路原理图。

具体地，第一隔离模块24通过隔离器U8将数字量电压输出信号转化为光或者磁信号，并在隔离层中进行处理。在本实施例中，第一隔离模块24的芯片型号不作居然限定。

请参照图7，图7为本申请提供的一种数模转换模块的电路原理图。

具体地，数模转换模块25通过数模转换器U12将第一控制模块11解析的多路数字量电压输出信号转换成多路模拟量电压输出信号。在本实施例中，数模转换模块25的芯片型号不作具体限定。

具体地，本申请中输出网口通讯模块14及输入网口通讯模块15设置为以太网连接器，由从站控制模块13进行控制。在另一个优选地实施例中，当适配器与上位机通过其他通讯协议进行通信时，输出网口通讯模块14及输入网口通讯模块15配置为相应的网口连接器，在此不作具体限定。

本申请还提供了一种卡片式总线IO模块，应用于的一种模拟量电流输出控制电路。

对于本申请提供的一种模拟量电流输出控制电路的介绍，请参照上述实施例，本申请此处不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种模拟量电流输出控制电路，其特征在于，包括适配器控制子电路及第一模拟量输出控制子电路；

所述第一模拟量输出控制子电路包括第一电源模块、第一控制模块、第一通信模块、第一隔离模块、数模转换模块、电压电流转换模块及模拟量输出模块；

所述第一电源模块分别与所述第一控制模块、第一通信模块、所述第一隔离模块、所述数模转换模块、所述电压电流转换模块及所述模拟量输出模块电连接；

所述适配器控制子电路与所述第一通信模块电连接，所述第一通信模块与所述第一控制模块电连接，所述第一控制模块与所述第一隔离模块电连接，所述第一隔离模块与所述数模转换模块电连接，所述数模转换模块与所述电压电流转换模块电连接，所述电压电流转换模块与所述模拟量输出模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟量电流输出控制电路，其特征在于，所述电压电流转换模块包括第一电压电流转换单元；

所述第一电压电流转换单元分别与所述一电源模块、所述数模转换模块及所述模拟量输出模块电连接。

3.根据权利要求1所述的一种模拟量电流输出控制电路，其特征在于，所述电压电流转换模块包括第二电压电流转换单元；

所述第二电压电流转换单元分别与所述一电源模块、所述数模转换模块及所述模拟量输出模块电连接。

4.根据权利要求1所述的一种模拟量电流输出控制电路，其特征在于，所述电压电流转换模块包括第三电压电流转换单元；

所述第三电压电流转换单元分别与所述一电源模块、所述数模转换模块及所述模拟量输出模块电连接。

5.根据权利要求1所述的一种模拟量电流输出控制电路，其特征在于，所述一种模拟量电流输出控制电路还包括第二模拟量输出控制子电路；

所述第二模拟量输出控制子电路分别与所述适配器控制子电路及所述第一模拟量输出控制子电路电连接。

6.根据权利要求1所述的一种模拟量电流输出控制电路，其特征在于，所述适配器控制子电路包括第二电源模块、第二控制模块、从站控制模块、输出网口通讯模块及第二通信模块；

所述第二电源模块分别与所述第二控制模块、所述从站控制模块、所述输出网口通讯模块及所述第二通信模块电连接；

所述第二控制模块与所述从站控制模块电连接，所述从站控制模块分别与所述输出网口通讯模块电连接，所述输出网口通讯模块均与上位机电连接；

所述第二通信模块与所述第一通信模块电连接。

7.根据权利要求2所述的一种模拟量电流输出控制电路，其特征在于，所述第一电压电流转换单元包括第一电压电流转换子单元、第一开关控制子单元及第一静电防护子单元；

所述第一电压电流转换子单元分别与所述数模转换模块、所述第一开关控制子单元及所述第一静电防护子单元电连接，所述第一开关控制子单元与所述第一静电防护子单元电连接，所述第一静电防护子单元与所述模拟量输出模块电连接。

8.根据权利要求3所述的一种模拟量电流输出控制电路，其特征在于，所述第二电压电流转换单元包括第二电压电流转换子单元、第二开关控制子单元及第二静电防护子单元；

所述第二电压电流转换子单元分别与所述数模转换模块、所述第二开关控制子单元及所述第二静电防护子单元电连接，所述第二开关控制子单元与所述第二静电防护子单元电连接，所述第二静电防护子单元与所述模拟量输出模块电连接。

9.根据权利要求7所述的一种模拟量电流输出控制电路，其特征在于，所述第一开关控制子单元包括第一三极管、第一MOS管及第一电阻；

所述第一三极管的集电极分别与所述第一电压电流转换子单元及所述第一MOS管的栅极电连接，所述第一三极管的发射极分别与所述第一电压电流转换子单元及所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第一三极管的基极及所述第一MOS管的漏极电连接，所述第一MOS管的源极与所述第一静电防护子单元电连接。

10.一种卡片式总线IO模块，其特征在于，应用于权利要求1至9任一项所述的一种模拟量电流输出控制电路。