CN2572672Y - 数字量输入电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种数字量输入电路，该电路由限流整流电路、光耦隔离电路、阻容滤波网络、三态门驱动芯片、I²C总线接口扩展芯片、反相器、TTL逻辑电路、地址拨码开关及一组发光二极管组成。通过数据总线与主控制器相连，数字输入电路带有光耦隔离，为了便于外部接线简单化，四路输入为一组，共享公共地，组与组之间相互隔离，组与组之间的隔离电压为交流1500V，输入的数字量与逻辑电路是通过光耦隔离的，输入的信号可以是直流或者交流型数字输入信号，每路输入通过限流电阻调节输入电压范围，来适应非标准的输入信号，满足8路数字量输入。

Description

数字量输入电路

技术领域

本实用新型涉及一种输入电路，特别是指工业过程自动化控制终端设备对现场数字信号采集的输入电路，适用于石化、给排水、电力、冶金等领域的工业过程自动化控制终端设备的数字量输入电路。

背景技术

目前，在我国应用于工业过程自动化领域控制设备中的数字信号量采集电路，电路中没有采取隔离设计，而采集现场又存在信号干扰大的特点，所以不足之处是输入信号失真、测量数据不准确，给控制系统的整体控制造成极大影响，其可扩展能力差，不能满足现场采集信号点增加的需要。

发明内容

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种数字量输入电路，针对上述背景技术中的缺点为工业现场设计的数字信号采集电路，其输入端通过接线端子接现场各阀门的开关状态输入信号以及其它开关量状态输入信号，在输入端采用光耦隔离技术，可以抵抗现场信号的干扰，通过地址拨码开关的设置可进行电路的扩展，最多可扩展连接八个电路。

本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：

一种数字量输入电路，该数字量输入电路由分压整流电路、光耦隔离电路、阻容滤波网络、三态门驱动芯片、总线I²C接口扩展芯片、反相器、TTL逻辑电路、地址拨码开关及一组发光二极管，

数字量输入电路的元器件连接如下：

数字量输入电路有八路输入信号，每四路为一组，分别通过各自并联的输入信号负载电阻Ra和由电阻Rb、二极管CR、电阻Rc组成的分压整流电路后，接入两片光耦芯片TLP521-4的管腿1、3、5、7，两片光耦芯片TLP521-4的管腿2、4、6、8接地及管腿的9、11、13、15接数字地；

两片光耦芯片TLP521-4的管腿10、12、14、16分别通过电阻Rd到电源Vcc和由Ca、Re、Cb组成的П形阻容滤波电路后接入三态门驱动芯片54HC125的控制端，其输入端接数字地，输出端分别接入数据总线I²C接口扩展芯片PCF8574P的管腿4、5、6、7、9、10、11、12和反相器74HC24AP的管腿2、4、6、8、11、13、15、17，扩展芯片PCF8574P的输入端与反相器74HC240AP的输入端4和8、5和6、6和4、7和2、9和17、10和15、11和13、12和11连接；

反相器74HC240AP的管腿20接电源Vcc，；其管腿10接数字地，之间并联电容C1，其管腿9、7、5、3、18、16、14、12通过各自的限流电阻Rg接发光二极管的正端，发光二极管的负端接数字地，其管腿1、19接与非门逻辑电路的U4a输出端；

扩展芯片PCF8574P的管腿1、2、3分别接入下拉电阻Rf与拨码开关SW8的14、15、16相连；其管腿14、15接数据总线，其16腿接拨码开关SW的接脚1、2、3和与非门逻辑电路的U4a的输入端和U4c的输出端，其U4a的另一输入端接U4b输出端，其U4b和U4c的一输入端接电源Vcc，其U4b的另一输入端和U4c的另一输入端通过电阻R1接数据总线，其U4c的另一输入端通过电容C3接电源Vcc，扩展芯片PCF8574P的管腿8接数据地，其管腿8、16并联电容C2。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：数字量输入电路可以对交流、直流型电信号进行测量；通过光耦隔离，可以抵抗现场信号的干扰；主控制器的数据总线通过数字量输入电路上的与门逻辑电路对发光二极管进行使能控制，从而可达到节能的作用。还可根据现场要求，设置电路地址，易于电路的扩展。该电路制成模块，安装方便快捷，安装在7.5mm×35mm的DIN导轨上，连接到系统总线。输入电压超过额定电压的150％也不会损坏电路。由于本实用新型采用的都是工业级元器件，可适应的温度范围为一40℃～70℃，能够在较恶劣的环境下工作。

附图说明

图1.数字量输入电路电原理图。

具体实施方式

下面结合图1数字量输入电路电原理图，对本实用新型作进一步说明。

数字量输入电路由限流整流电路、光耦隔离电路、阻容滤波网络、三态门驱动芯片、I²C总线接口扩展芯片、反相器、TTL逻辑电路、地址拨码开关及一组发光二极管组成。可通过16芯插座的数据总线与主控制器相连。

数字量输入电路由八路输入信号，每四路为一组，分别通过各自并联的输入信号负载电阻Ra和由电阻Rb、二极管CR、电阻Rc组成的分压整流电路后，接入两片光耦芯片TLP521-4，通过阻容滤波电路后接入三态门驱动芯片54HC125的控制端，其输入端接数字地，输出端分别接入I²C总线接口扩展芯片PCF8574P和反相器74HC240AP的输入端，I²C总线接口扩展芯片PCF8574P的管腿1、2、3分别接入下拉电阻Rf与拨码开关SW8的14、15、16相连；其管腿14(SCL串行时钟端)、15(SDA串行数据端)接数据总线，其16腿(Vcc电源端)接拨码开关SW的接脚1、2、3和与非门逻辑电路的U4a的输入端和U4c的输出端，其U4a的另一输入端接U4b输出端，其U4b和U4c的一输入端接电源Vcc，其U4b的另一输入端和U4c的另一输入端通过电阻R1接数据总线，其U4c的另一输入端通过电容C3接电源Vcc，扩展芯片PCF8574P的管腿8接数据地，其管腿8、16并联电容C2。当输入端输入的信号为高电平时，该信号使光耦导通，后端即受控端电路导通，输出低电平信号，信号通过阻容滤波电路控制三态门，使三态门导通，则三态门的输出端由高电平转为低电平，与I²C接口扩展芯片相连的输入端电平也被拉低，I²C接口扩展芯片将八个输入端口的信号进行收集转换成串行数据，通过数据总线将串行数据传给主控制器。

I²C总线接口扩展芯片PCF8574P的管腿1、2、3分别接入下拉电阻Rf与拨码开关SW8的14、15、16相连，接入拨码开关的作用就是控制扩展芯片的地址位，从而决定了这个电路在总线中的地址，从而实现电路的扩展；另外在此电路上还设计了一个与非门逻辑电路，由54HC132芯片加一个电容、电阻组成，一端同数据总线相连，另一端分别与反相器的1G、2G管腿相连，使控制器可以控制发光二极管的使能作用，当数据总线的P1-15、P1-16均为低时，发光二极管才能工作，从而可达到节能的效果。通过拨码开关的地址选择来决定总线中的地址实现电路的扩展，最多可扩展到八个电路。

数字量输入电路在总线中的地址由三位拨码开关来选择地址。

该数字量输入电路已制成模块，本厂型号及名称为E102数字量输入电路，其采用B型盒(115mm×110mm)封装，安装在7.5mm×35mm的DIN导轨上，连接到系统I/OBUS总线上。

E102字量输入电路提供了8路数字量输入点，数字量输入点可以向控制器提供AC或DC输入。其电压范围在出厂时被设置。当使用DC输入时应特别注意信号的极性。模块使用接线端子与外围电路连接，推荐使用22～12AWG的标准电线。

其输入端通过接线端子接现场各阀门的开关状态输入信号以及其它开关量状态输入信号，数字输入电路带有光耦隔离，为了便于外部接线简单化，四路输入为一组，组与组之间相互隔离，组与组之间的隔离电压为交流1500V，输入的数字量与逻辑电路是通过光耦隔离的，输入的信号可以是直流或者交流型数字输入信号，每路输入通过限流电阻调节输入电压范围，这些电阻可以改变来适应非标准的输入信号，满足8路数字量输入，数字量输入电压24V(交流或直流)，该模块将八个输入端口的信号进行收集转换成串行数据，通过数据总线将串行数据传给主控制器。主控制器对各种输入量的数据进行数据采集、处理和存储，实现相应的控制功能。该模块与主控制通过I²C总线通讯，三位地址拨码，可同时并联8个电路。

E102上的发光二极管显示每一路输入端口的状态。

现以ECHO水源井远程终端控制器为例，对数字量输入电路在本产品的控制过程及作用进行阐述。ECHO水源井远程终端控制器是一种应用于油田自动化的远程控制装置。其主要目的是通过远程终端控制来监测现场数据并通过分析计算来控制远端现场水源井的电机和阀门向油井内注水，具有检测、控制、报警、通讯等功能。它是由主控制器电路、模拟量输入电路、E102数字量输入电路、数字量输出电路、24V电源电路、电台电源电路、电台、220V/24V变压器、显示屏及键盘、空气开关和接线端子组成。

在现场应用中，泵状态及阀门开关状态信号直接输入到E102数字量输入电路，通过I²C总线以串行数据流方式传送到主控制器，主控制器对各种输入量的数据进行数据采集、处理和存储，完成报警功能和操作控制。

现场应用表明，数字量输入电路具有抗干扰能力强，可靠性高，兼容性好，应用灵活，操作方便等特点，且能够适应恶劣的现场环境。

Claims (1)

1.一种数字量输入电路，其特征在于：

该数字量输入电路由分压整流电路、光耦隔离电路、阻容滤波网络、三态门驱动芯片、总线I²C接口扩展芯片、反相器、TTL逻辑电路、地址拨码开关及一组发光二极管，

数字量输入电路的元器件连接如下：

数字量输入电路有八路输入信号，每四路为一组，分别通过各自并联的输入信号负载电阻Ra和由电阻Rb、二极管CR、电阻Rc组成的分压整流电路后，接入两片光耦芯片TLP521-4的管腿1、3、5、7，两片光耦芯片TLP521-4的管腿2、4、6、8接地及管腿的9、11、13、15接数字地；

两片光耦芯片TLP521-4的管腿10、12、14、16分别通过电阻Rd到电源Vcc和由Ca、Re、Cb组成的П形阻容滤波电路后接入三态门驱动芯片54HC125的控制端，其输入端接数字地，输出端分别接入数据总线I²C接口扩展芯片PCF8574P的管腿4、5、6、7、9、10、11、12和反相器74HC24AP的管腿2、4、6、8、11、13、15、17，扩展芯片PCF8574P的输入端与反相器74HC240AP的输入端4和8、5和6、6和4、7和2、9和17、10和15、11和13、12和11连接；

反相器74HC240AP的管腿20接电源Vcc，；其管腿10接数字地，之间并联电容C1，其管腿9、7、5、3、18、16、14、12通过各自的限流电阻Rg接发光二极管的正端，发光二极管的负端接数字地，其管腿1、19接与非门逻辑电路的U4a输出端；

扩展芯片PCF8574P的管腿1、2、3分别接入下拉电阻Rf与拨码开关SW8的14、15、16相连；其管腿14、15接数据总线，其16腿接拨码开关SW的接脚1、2、3和与非门逻辑电路的U4a的输入端和U4c的输出端，其U4a的另一输入端接U4b输出端，其U4b和U4c的一输入端接电源Vcc，其U4b的另一输入端和U4c的另一输入端通过电阻R1接数据总线，其U4c的另一输入端通过电容C3接电源Vcc，扩展芯片PCF8574P的管腿8接数据地，其管腿8、16并联电容C2。