CN220651102U - 一种数字量信号输入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数字量信号输入输出控制电路及卡片式总线IO模块，包括适配器控制子电路、第一数字量输入控制子电路及第一数字量输出控制子电路；第一数字量输入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、第一光电隔离模块及数字信号输入模块；数字信号输入模块与第一光电隔离模块电连接，第一光电隔离模块与第一控制模块电连接，第一控制模块与第一通信模块电连接，第一通信模块分别与第一数字量输出控制子电路及适配器控制子电路电连接。本实用新型能够实现数字量信号的输入输出控制；此外，本实用新型能够实现多个数字量输出板卡及数字量输出板卡的扩展，满足大规模工业设备远程控制的使用需求。

Description

一种数字量信号输入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，尤其涉及一种数字量信号输入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，数字量输入板块及数字量输出板卡能够提供丰富的输入输出接口。其中，数字量输入板块用于采集干簧继电器、操作开关、测量器等工业生产设备的数字量输入信号，并将数字量输入信号远程传输到上位机系统，以便工业生产现场相关工作人员能够实时监控工业设备的工作状态，查看相关工作参数以便后续处理，提升工业生产系统的作业效率；使用状态时数字量输出板卡的通讯网口连接到上位机系统，输出接口连接到干簧继电器、操作开关、测量器等工业生产设备；上位机系统发出控制指令到数字量输出板卡，从而实现工业生产现场相关工作人员对工业设备的远程控制。

然而，现有技术的总线IO模块存在以下缺陷：1)由于传输距离过远，数字量输入板块及数字量输出板卡的信号传输不稳定，在传输过程中易受到减损及干扰；2)无法同时实现输入和输出，数字量输入板块及数字量输出板卡需要独立设置，且需要分别搭配一个适配器使用，适配器用于提供板卡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数字量输入板块及数字量输出板卡的扩展以减少布置空间的模拟量电流输入板卡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数字量信号输入输出控制电路及卡片式总线IO模块，本方案中，能够同时实现数字量输入信号的采集和数字量输出信号的控制，使用场景广泛；能够保证信号的可靠传输；能够实现多个数字量输入输出板卡的扩展，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，本申请提供了一种数字量信号输入输出控制电路，包括适配器控制子电路、第一数字量输入控制子电路及第一数字量输出控制子电路；

所述第一数字量输入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、第一光电隔离模块及数字信号输入模块；

所述第一电源模块分别与所述第一控制模块、所述第一通信模块、所述第一光电隔离模块及所述数字信号输入模块电连接；

所述数字信号输入模块与所述第一光电隔离模块电连接，所述第一光电隔离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通信模块电连接，所述第一通信模块分别与所述第一数字量输出控制子电路及所述适配器控制子电路电连接。

优选地，所述第一数字量输出控制子电路包括第二电源模块、第二控制模块、第二通信模块、第二光电隔离模块及数字信号输出模块；

所述第二电源模块分别与所述第二控制模块、所述第二通信模块、所述第二光电隔离模块及所述数字信号输出模块电连接；

所述适配器控制子电路与上位机电连接，所述第二通信模块分别与所述适配器控制子电路及所述第一数字量输入控制子电路电连接，所述第二控制模块与所述第二通信模块电连接，所述光电隔离模块与所述第二控制模块电连接，所述数字信号输出模块与所述光电隔离模块电连接，工业设备与所述数字信号输出模块电连接。

优选地，所述一种数字量信号输入输出控制电路还包括第二数字量输入控制子电路；

所述第二数字量输入控制子电路分别与所述适配器控制子电路、第一数字量输入控制子电路及第一数字量输出控制子电路电连接。

优选地，所述一种数字量信号输入输出控制电路还包括第二数字量输出控制子电路；

所述第二数字量输出控制子电路分别与所述适配器控制子电路、第一数字量输入控制子电路及第一数字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三电源模块、第三控制模块、从站控制模块、输出网口通讯模块、输入网口通讯模块及第三通信模块；

所述第三电源模块分别与所述第三控制模块、所述从站控制模块、所述输出网口通讯模块、所述输入网口通讯模块及所述第三通信模块电连接；

所述第三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入网口通讯模块及所述输出网口通讯模块电连接，所述输入网口通讯模块及所述输出网口通讯模块均与所述上位机电连接；

所述第三通信模块分别与所述第一通信模块及所述第一数字量输出控制子电路电连接。

优选地，所述第一光电隔离模块包括第一光电隔离单元；

所述第一光电隔离单元分别与所述第一控制模块、所述第一电源模块及所述数字信号输入模块电连接。

优选地，所述第一光电隔离模块包括第二光电隔离单元；

所述第二光电隔离单元分别与所述第一控制模块、所述第一电源模块及所述数字信号输入模块电连接。

优选地，所述第一光电隔离单元包括第一光电隔离器、第一输入处理单元及第一输出处理单元；

所述第一光电隔离器分别与所述第一输入处理单元及所述第一输出处理单元电连接，所述第一输入处理单元与所述数字信号输入模块电连接，所述第一输出处理单元与所述第一控制模块电连接。

优选地，所述第二光电隔离单元包括第二光电隔离器、第二输入处理单元及第二输出处理单元；

所述第二光电隔离器分别与所述第二输入处理单元及所述第二输出处理单元电连接，所述第二输入处理单元与所述数字信号输入模块电连接，所述第二输出处理单元与所述第一控制模块电连接。

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，包括所述的一种数字量信号输入输出控制电路。

本实用新型的一种数字量信号输入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数字量信号输入输出控制电路包括：适配器控制子电路、第一数字量输入控制子电路及第一数字量输出控制子电路；所述第一数字量输入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、第一光电隔离模块及数字信号输入模块。一方面，适配器控制子电路用于接收上位的远程控制指令，并将远程控制指令传输到第一数字量输出控制子电路，第一数字量输出控制子电路用于将远程控制指令解析成多路数字信号输出，以实现对工业设备的远程控制；另一方面，数字信号输入模块用于接收多路数字输入信号，第一光电隔离模块用于将数字量信号转化为光或者磁信号，并在隔离层中进行处理，再将新的信号第一控制模块，第一控制模块用于控制第一通信模块将多路数字输入信号传输到适配器控制子电路，适配器控制子电路将多路数字输入信号传输到上位机系统，以便相关工作人员进行远程监控。因此，本实用新型能够同时实现数字量输入信号的采集和数字量输出信号的控制，使用场景广泛，并保证信号的可靠传输。

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数字量信号输入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数字量信号输入输出控制电路的原理框示意图；

图3是本实用新型另一较佳实施例的一种数字量信号输入输出控制电路的原理框示意图；

图4是本实用新型较佳实施例的一种数字量信号输入输出控制电路的第一光电隔离单元的电路原理图；

图5是本实用新型较佳实施例的一种数字量信号输入输出控制电路的第二光电隔离单元的电路原理图；

图6是本实用新型较佳实施例的一种数字量信号输入输出控制电路的输出网口通讯模块的电路原理图；

图7是本实用新型较佳实施例的一种数字量信号输入输出控制电路的输入网口通讯模块的电路原理图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种数字量信号输入输出控制电路及卡片式总线IO模块，本方案中，能够同时实现数字量输入信号的采集和数字量输出信号的控制，使用场景广泛；能够保证信号的可靠传输；能够实现多个数字量输入输出板卡的扩展，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数字量信号输入输出控制电路的原理框示意图，包括适配器控制子电路1、第一数字量输入控制子电路2及第一数字量输出控制子电路3；

第一数字量输入控制子电路2包括第一电源模块21、第一控制模块22、第一通信模块23、第一光电隔离模块24及数字信号输入模块25；

第一电源模块21分别与第一控制模块22、第一通信模块23、第一光电隔离模块24及数字信号输入模块25电连接；

数字信号输入模块25与第一光电隔离模块24电连接，第一光电隔离模块24与第一控制模块22电连接，第一控制模块22与第一通信模块23电连接，第一通信模块23分别与第一数字量输出控制子电路3及适配器控制子电路1电连接。

现有技术中，由于传输距离过远，数字量输入板块及数字量输出板卡的信号传输不稳定，在传输过程中易受到减损及干扰；无法同时实现输入和输出，数字量输入板块及数字量输出板卡需要独立设置，且需要分别搭配一个适配器使用，适配器用于提供板卡与上位机进行通信的连接网口，占用空间大，降低用户体验。

针对上述缺点，本申请中通过适配器控制子电路1、第一数字量输入控制子电路2及第一数字量输出控制子电路3的配合实现了数字量输入信号的采集及数字量输出信号的控制，用户体验高。

具体地，在本实施例中，一方面，适配器控制子电路1用于接收上位的远程控制指令，并将远程控制指令传输到第一数字量输出控制子电路3，第一数字量输出控制子电路3用于将远程控制指令解析成多路数字信号输出，以实现对工业设备的远程控制；另一方面，数字信号输入模块25用于接收多路数字输入信号，第一光电隔离模块24用于将数字量信号转化为光或者磁信号，并在隔离层中进行处理，再将新的信号第一控制模块22，第一控制模块22用于控制第一通信模块23将多路数字输入信号传输到适配器控制子电路1，适配器控制子电路1将多路数字输入信号传输到上位机系统，以便相关工作人员进行远程监控。

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，本申请提供了一种数字量信号输入输出控制电路，在本方案中，包括适配器控制子电路1、第一数字量输入控制子电路2及第一数字量输出控制子电路3；第一数字量输入控制子电路2包括第一电源模块21、第一控制模块22、第一通信模块23、第一光电隔离模块24及数字信号输入模块25；第一数字量输入控制子电路2用于实现数字量输入信号的信号采集、处理及传输；第一数字量输出控制子电路3用于实现远程控制指令的解析、光电隔离处理及输出；适配器控制子电路1用于与上位机的通信。因此，本实用新型能够同时实现数字量输入信号的采集和数字量输出信号的控制，使用场景广泛；能够保证信号的可靠传输；能够实现多个数字量输入输出板卡的扩展，满足大规模工业设备远程控制的使用需求。

在上述实施例的基础上：

请参照图2，图2为本申请提供的另一种数字量信号输入输出控制电路的原理框示意图。

作为一个优选地实施例，第一数字量输出控制子电路3包括第二电源模块31、第二控制模块32、第二通信模块33、第二光电隔离模块34及数字信号输出模块35；

第二电源模块31分别与第二控制模块32、第二通信模块33、第二光电隔离模块34及数字信号输出模块35电连接；

适配器控制子电路1与上位机电连接，第二通信模块33分别与适配器控制子电路1及第一数字量输入控制子电路2电连接，第二控制模块32与第二通信模块33电连接，光电隔离模块与第二控制模块32电连接，数字信号输出模块35与光电隔离模块电连接，工业设备与数字信号输出模块35电连接。

具体地，在本实施例中，第二通信模块33与适配器控制子电路1连接，将远程控制指令传输到第二控制模块32，第二控制模块32用于将远程控制指令解析成多路数字输出信号后传输到第二光电隔离模块34；第二光电隔离模块34用于将数字输出信号转化为光或者磁信号，并在隔离层中进行处理；数字信号输出模块35用于提供与工业设备的连接接口，输出数字信号以实现对工业设备的远程控制。

作为一个优选地实施例，一种数字量信号输入输出控制电路还包括第二数字量输入控制子电路4；

第二数字量输入控制子电路4分别与适配器控制子电路1、第一数字量输入控制子电路2及第一数字量输出控制子电路3电连接。

具体地，在本实施例中，第二数字量输入控制子电路4的电路原理与第一数字量输入控制子电路2的电路原理相同，在此不再赘述。

作为一个优选地实施例，一种数字量信号输入输出控制电路还包括第二数字量输出控制子电路5；

第二数字量输出控制子电路5分别与适配器控制子电路1、第一数字量输入控制子电路2及第一数字量输出控制子电路3电连接。

具体地，在本实施例中，第二数字量输出控制子电路5的电路原理与第一数字量输出控制子电路3的电路原理相同，在此不再赘述。

请参照图3，图3为本申请提供的另一种数字量信号输入输出控制电路的原理框示意图。

作为一个优选地实施例，适配器控制子电路1包括第三电源模块11、第三控制模块12、从站控制模块13、输出网口通讯模块14、输入网口通讯模块15及第三通信模块16；

第三电源模块11分别与第三控制模块12、从站控制模块13、输出网口通讯模块14、输入网口通讯模块15及第三通信模块16电连接；

第三控制模块12与从站控制模块13电连接，从站控制模块13分别与输入网口通讯模块15及输出网口通讯模块14电连接，输入网口通讯模块15及输出网口通讯模块14均与上位机电连接；

第三通信模块16分别与第一通信模块23及第一数字量输出控制子电路3电连接。

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数字量输出板卡及数字量输入板卡搭配使用。适配器与多个数字量输出板卡及数字量输入板卡之间通过连接结构实现贴合连接，节约布置空间；适配器通过第三通信模块16分别与多个数字量输出板卡及数字量输入板卡内置的通信模块进行数据交换；同时，适配器通过输入网口通讯模块15与上位机连接，将多路数字输入信号传输到上位机系统；适配器通过输出网口通讯模块14与上位机连接，将上位机发出的远程控制指令传输到数字量输出板卡。因此，本申请能够实现多个数字量输入输出板卡的扩展，满足大规模工业设备远程控制的使用需求。

请参照图4，图4为本申请提供的一种第一光电隔离单元的电路原理图。

作为一个优选地实施例，第一光电隔离模块24包括第一光电隔离单元241；

第一光电隔离单元241分别与第一控制模块22、第一电源模块21及数字信号输入模块25电连接。

作为一个优选地实施例，第一光电隔离单元241包括第一光电隔离器U5、第一输入处理单元411及第一输出处理单元412；

第一光电隔离器U5分别与第一输入处理单元411及第一输出处理单元412电连接，第一输入处理单元411与数字信号输入模块25电连接，第一输出处理单元412与第一控制模块22电连接。

具体地，第一输入处理单元411用于对多路数字信号输入引脚进行分压及滤波处理；第一光电隔离器U5用于将数字量信号转化为光或者磁信号，并在隔离层中进行处理，最后再将新的信号通过第一输出信号处理子单元412输出，实现光电隔离保护；第一输出信号处理子单元412用于对第一光电隔离输出单元241的输出引脚进行分压，保证信号的可靠传输。

请参照图5，图5为本申请提供的一种第二光电隔离单元的电路原理图。

作为一个优选地实施例，第一光电隔离模块24包括第二光电隔离单元242；

第二光电隔离单元242分别与第一控制模块22、第一电源模块21及数字信号输入模块25电连接。

作为一个优选地实施例，第二光电隔离单元242包括第二光电隔离器U6、第二输入处理单元421及第二输出处理单元422；

第二光电隔离器U6分别与第二输入处理单元421及第二输出处理单元422电连接，第二输入处理单元421与数字信号输入模块25电连接，第二输出处理单元422与第一控制模块22电连接。

具体地，第二光电隔离输出单元242的原理与第一光电隔离输出单元241的原理相同，在此不再赘述。

具体地，在本实施例中，第一光电隔离器U5及第二光电隔离器U6的芯片型号不作具体限定。

请参照图6，图6为本申请提供的一种输出网口通讯模块的电路原理图。

请参照图7，图7为本申请提供的一种输入网口通讯模块的电路原理图。

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，包括所述的一种数字量信号输入输出控制电路。

对于本申请提供的一种数字量信号输入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，并不排除在包括所述要素的过程、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)

1.一种数字量信号输入输出控制电路，其特征在于，包括适配器控制子电路、第一数字量输入控制子电路及第一数字量输出控制子电路；

所述第一数字量输入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、第一光电隔离模块及数字信号输入模块；

所述第一电源模块分别与所述第一控制模块、所述第一通信模块、所述第一光电隔离模块及所述数字信号输入模块电连接；

所述数字信号输入模块与所述第一光电隔离模块电连接，所述第一光电隔离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通信模块电连接，所述第一通信模块分别与所述第一数字量输出控制子电路及所述适配器控制子电路电连接。

2.根据权利要求1所述的一种数字量信号输入输出控制电路，其特征在于，所述第一数字量输出控制子电路包括第二电源模块、第二控制模块、第二通信模块、第二光电隔离模块及数字信号输出模块；

所述第二电源模块分别与所述第二控制模块、所述第二通信模块、所述第二光电隔离模块及所述数字信号输出模块电连接；

所述适配器控制子电路与上位机电连接，所述第二通信模块分别与所述适配器控制子电路及所述第一数字量输入控制子电路电连接，所述第二控制模块与所述第二通信模块电连接，所述光电隔离模块与所述第二控制模块电连接，所述数字信号输出模块与所述光电隔离模块电连接，工业设备与所述数字信号输出模块电连接。

3.根据权利要求1所述的一种数字量信号输入输出控制电路，其特征在于，所述一种数字量信号输入输出控制电路还包括第二数字量输入控制子电路；

所述第二数字量输入控制子电路分别与所述适配器控制子电路、第一数字量输入控制子电路及第一数字量输出控制子电路电连接。

4.根据权利要求1所述的一种数字量信号输入输出控制电路，其特征在于，所述一种数字量信号输入输出控制电路还包括第二数字量输出控制子电路；

所述第二数字量输出控制子电路分别与所述适配器控制子电路、第一数字量输入控制子电路及第一数字量输出控制子电路电连接。

5.根据权利要求2所述的一种数字量信号输入输出控制电路，其特征在于，所述适配器控制子电路包括第三电源模块、第三控制模块、从站控制模块、输出网口通讯模块、输入网口通讯模块及第三通信模块；

所述第三电源模块分别与所述第三控制模块、所述从站控制模块、所述输出网口通讯模块、所述输入网口通讯模块及所述第三通信模块电连接；

所述第三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入网口通讯模块及所述输出网口通讯模块电连接，所述输入网口通讯模块及所述输出网口通讯模块均与所述上位机电连接；

所述第三通信模块分别与所述第一通信模块及所述第一数字量输出控制子电路电连接。

6.根据权利要求1所述的一种数字量信号输入输出控制电路，其特征在于，所述第一光电隔离模块包括第一光电隔离单元；

所述第一光电隔离单元分别与所述第一控制模块、所述第一电源模块及所述数字信号输入模块电连接。

7.根据权利要求6所述的一种数字量信号输入输出控制电路，其特征在于，所述第一光电隔离模块包括第二光电隔离单元；

所述第二光电隔离单元分别与所述第一控制模块、所述第一电源模块及所述数字信号输入模块电连接。

8.根据权利要求6所述的一种数字量信号输入输出控制电路，其特征在于，所述第一光电隔离单元包括第一光电隔离器、第一输入处理单元及第一输出处理单元；

所述第一光电隔离器分别与所述第一输入处理单元及所述第一输出处理单元电连接，所述第一输入处理单元与所述数字信号输入模块电连接，所述第一输出处理单元与所述第一控制模块电连接。

9.根据权利要求7所述的一种数字量信号输入输出控制电路，其特征在于，所述第二光电隔离单元包括第二光电隔离器、第二输入处理单元及第二输出处理单元；

所述第二光电隔离器分别与所述第二输入处理单元及所述第二输出处理单元电连接，所述第二输入处理单元与所述数字信号输入模块电连接，所述第二输出处理单元与所述第一控制模块电连接。

10.一种卡片式总线IO模块，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的一种数字量信号输入输出控制电路。