CN2896348Y - 用于控制器上的一种通用语言的总线接口远程i/o模块 - Google Patents

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CN2896348Y CNU2005200457507U CN200520045750U CN2896348Y CN 2896348 Y CN2896348 Y CN 2896348Y CN U2005200457507 U CNU2005200457507 U CN U2005200457507U CN 200520045750 U CN200520045750 U CN 200520045750U CN 2896348 Y CN2896348 Y CN 2896348Y
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Abstract

用于控制器上的一种通用语言的总线接口远程I/O模块，连接工业系统现场装置，包括数字量输入、输出模块和模拟量输入、输出模块四个模块；数字量、模拟量输入模块增设了Modbus网络，数字量、模拟量输出模块增设了Modbus网络写入数据；数字量输入经过隔离传入CPU单片机，再到Modbus网络上收发；数字量输出中，Modbus网络传送数据将信号通过光耦传入CPU单片机，经过光耦隔离数字量输出；模拟量输入将信号传至信号放大，模数转换，转换芯片的输入，模数转换为数字量后，传入CPU单片机，到Modbus网络上的数据收发；模拟量输出中，Modbus网络传送数据将信号通过光耦传入CPU单片机，转换芯片MAX525转换10为模拟量后，再进行信号放大、数字量模拟量输出；电源分别向单片机和I/O模块供电。

Description

用于控制器上的一种通用语言的总线接口远程I/O模块
技术领域
本实用新型涉及一种总线接口的远程I/O模块，更确切地说涉及用于控制器上的一种通用语言的总线接口远程I/O模块，属于总线接口
技术领域。
背景技术
随着科学技术的发展和现代化工业的不断进步，人们对生产过程控制提出了更高的要求。智能化、网络化、微型化、分散化代表当代自动化控制技术发展的主流方向，而现场总线技术正是促使自动化系统顺应这一发展要求的先进技术。
Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。Modbus协议已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。
VI1TM系列远程输入输出模块，是一个符合Modbus RTU协议的Modbus从站模块，基于RS485物理层，用于连接工业控制系统中的各种现场装置如：传感器、按钮、指示灯、阀门、变送器等现场装置的数字量及模拟量的输入、输出信号，并可把数据传送至Modbus网络。根据数字量信号的应用场合，产品按型号分为数字量输入及数字量输出型；输出方式分晶体管PNP输出，晶体管NPN型输出；继电器输出型等。
国外产品主要有日本爱模系统有限公司的R1系列远程I/O，德国WAGO公司的750系列远程I/O，德国BECKHOFF公司BK系列远程I/O等。国内产品主要有研华公司ADAM-4000系列远程I/O，泓格公司的远程I/O等。
一般来说，国内外产品，均未考虑到产品通用性(产品外形的一致性)和软件涉及的一致性，这就给产品升级、系列化、多样化带来不便。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种优于现有产品性能，考虑到产品通用性、升级换代的带Modbus协议总线接口的远程I/O数字量、模拟量模块。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：其硬件包括模拟量输入、数字量输入和模拟量输出、数字量输出四个模块及供电电源；
其中I/O模拟量输入模块包括：I/O模拟量输入、信号放大电路、AD转换电路、单片机、Modbus网络；I/O模拟量输出模块包括：Modbus网络传送数据、单片机、DA转换、信号放大、I/O模拟量输出。
其中I/O数字量输入模块包括：I/O数字量输入、光藕隔离、单片机、Modbus网络；I/O数字量输出模块包括：Modbus网络传送数据、单片机、光藕隔离、I/O数字量输出。
I/O模拟量、数字量输入、输出模块的供电，采用的方式是RC加场效应管的开关振荡，输出功率大，消耗功率小，输出两路5V和正负14V，5V为主CPU供电，14V为模拟量测量电路供电，另有一路5V由DC-DC转换而得，为通信接口供电。三路电源完全隔离。这样无论供电电源或通信线路对模块有多大干扰，都不会对内都CPU造成损坏。
本实用新型的软件固化在硬件CPU单片机中。
本实用新型的有益效果：在用于连接工业控制系统中的各种现场装置如传感器、按钮、指示灯、阀门、变送器等现场装置的数字量、模拟量的输入、输出信号，能产生有益的效果。
附图说明
图1、为本实用新型的I/O模拟量输入及输出模块的原理框图；
图2为本实用新型的I/O数字量输入及输出模块的原理框图；
图3(包含图3-1、图3-2)为图1、图2中主CPU及外围电路原理图；
图4为图1中模拟量输入模块具体线路原理图；
图5为图2中模拟量输出模块具体线路原理图；
图6为图3中数字量输入模块具体线路原理图；
图7为图4中数字量输出模块具体线路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和一个较佳的实施例对本实用新型作较详细的说明。
I/O模拟量、数字量模块包括两块Pcb：CPU板和输入板、输出板。
CPU板硬件采用统一设计，统一的CPU板接不同的输入板、输出板构成不同的产品，可以用一套软件加拨码选择方式，适应不同的产品。输入板、输出板包括电源部分和输入、输出接口。
参照图1，这是本实用新型的总线接口远程模拟量输入和输出模块的原理框图。
模拟量输入1将信号传至信号放大2，经过模数转换A/D 3把差模转为共模，作为模数转换芯片MAX1270的输入，经过模数转换为数字量后，通过光藕传入CPU单片机4。单片机4收到数字量数据发送到Modbus网络5上，采用光藕隔离保护。
模拟量输出中Modbus网络6传送数据将信号通过光藕传入CPU单片机7，经过D/A转换8数模芯片MAX525转换为模拟量后，经过信号放大9运放LM348放大后，由模拟量输出10输出。
参照图2，这是本实用新型的总线接口远程I/O数字量输入和输出模块的原理框图。
数字量输入11将信号传至光藕隔离12、CPU单片机13，单片机13收到数字量模拟量数据发送到Modbus网络14上的数据收发，采用光藕隔离保护。
数字量输出中，Modbus网络写入数据15将信号传入CPU单片机16，经过光藕隔离17后，再由数字量输出18。
参照图3，这是本实用新型主CPU电路。这里所述的主CPU指的是单片机，在MODBUS网络上收发数据，并控制输入输出板上模拟量、数字量数据的测量或输出。
所述的Modbus网络，主站和从站之间主从的通讯方式，用于系统中单元级和现场通信。
输入板、输出板中的拨盘SW用于测量模拟量电流和电压的切换。
电源电路采用的方式是RC加场效应管的开关振荡，24V直流输入，通过变压器输出二路，是完全隔离的，一路5V为CPU供电；另一路是正负14V，为模拟量输入电路供电。还有一路5V由DC-DC转换而得，为通信电路供电。
模拟量输出模块的输出范围由硬件来实现。
参照图4，这是本实用新型的模拟量输入电路的原理图。它包括四路输入电路、模数转换电路、光电隔离几部分。
参照图5，这是本实用新型的模拟量输出电路的原理图。它包括四路输出电路、数模转换电路和光藕隔离几部分。
参照图6，这是本实用新型的数字量输入电路的原理图。它包括八路数字量输入电路和光电隔离。
参照图7，这是本实用新型的数字量输出电路的原理图。它包括八路数字量输出电路和光藕隔离。
VI1TM远程输入、输出模块主要用于连接工业控制系统中的各种现场装置如：传感器、按钮、指示灯、阀门、变送器等现场装置的数字量及模拟量的输入、输出信号，并可通过Modbus网络进行通信。
主要特点如下：
基于RS485物理层，可适应2.4Kbps-19.2Kbps不同的波特率；完全符合Modbus RTU协议；
模块工作电源及端口电源完全隔离。
输入和输出采用辅助电源供电，确保总线通讯不受负载影响。
具有较高的电磁兼容能力及可靠性。
模块化设计、结构紧凑、使用方便。
防护等级IP20。
VI1TM系列远程输入、输出模块包括9种以上不同点数的数字量输入输出模块，但是它却只有两种不同大小的外壳，具有高度的产品外形一致性，而且不同的模块对应的都是一套软件。

Claims (8)

1、用于控制器上的一种通用语言的总线接口远程I/O模块，连接工业控制系统中的各种现场装置；
包括模拟量、数字量输入和模拟量、数字量输出四个模块及供电电源；
其中I/O模拟量输入模块包括：I/O模拟量输入(1)、信号放大电路(2)、AD转换电路(3)、单片机(4)；I/O模拟量输出模块包括：单片机(7)、D/A转换(8)、信号放大(9)、I/O模拟量输出(10)；
其中I/O数字量输入模块包括：I/O数字量输入(11)、光藕隔离(12)、单片机(13)；I/O数字量输出模块包括：单片机(16)、光藕隔离(17)、I/O模拟量输出(18)；其特征在于：
所述的模拟量、数字量输入模块增设了Modbus网络；模拟量、数字量输出模块增设了Modbus网络传送数据；
模拟量输入(1)将信号传至信号放大(2)，经过模数转换A/D(3)把差模转为共模，作为模数转换芯片MAX1270的输入，经过模数转换为数字量后，通过光藕传入CPU单片机(4)，单片机(4)收到数字量数据发送到Modbus网络(5)上，采用光藕隔离保护；
模拟量输出中Modbus网络(6)传送数据将信号通过光藕传入CPU单片机(7)，经过D/A转换(8)数模芯片MAX525转换为模拟量后，经过信号放大(9)运放LM348放大后，由模拟量输出(10)输出；
数字量输入(11)将信号传至光藕隔离(12)、CPU单片机(13)，单片机(13)收到数字量模拟量数据发送到Modbus网络(14)上的数据收发，采用光藕隔离保护；
数字量输出中，Modbus网络写入数据(15)将信号传入CPU单片机(16)，经过光藕隔离(17)后，再由数字量输出(18)；
电源分别向单片机和输入输出模块供电；
所述的I/O模拟量、数字量模块，在硬件CPU单片机中固化本实用新型的软件。
2、如权利要求1所述的用于控制器上的一种通用语言的总线接口远程I/O模块，其特征在于：
所述的I/O数字量输入(11)，包含八路输入电路，光电隔离电路。
3、如权利要求1所述的用于控制器上的一种通用语言的总线接口远程I/O模块，其特征在于：
所述的I/O数字量输出(18)，包含八路输出电路、光电隔离电路。
4、如权利要求1所述的用于控制器上的一种通用语言的总线接口远程I/O模块，其特征在于：
所述的I/O模拟量输入(1)，包含四路输入电路、A/D转换电路、光电隔离电路。
5、如权利要求1所述的用于控制器上的一种通用语言的总线接口远程I/O模块，其特征在于：
所述的I/O模拟量输出(10)，包含四路输出电路、D/A转换电路、光电隔离电路。
6、如权利要求1所述的用于控制器上的一种通用语言的总线接口远程I/O模块，其特征在于：
所述的Modbus网络(5)，主站和从站之间主从通讯方式，用于系统中单元级和现场通信。
7、如权利要求1所述的用于控制器上的一种通用语言的总线接口远程I/O模块，其特征在于：
所述的数字量、模拟量模块的电源，采用的方式是RC加场效应管，输出5V和正负14V，一路为主cpu供电，另一路为测量电路供电；另有一路5V电源由24V经DC-DC转换而得，为通信接口电路供电；三路电源完全隔离。
8、如权利要求1所述的用于控制器上的一种通用语言的总线接口远程I/O模块，其特征在于：
所述的模拟量输入模块，其运放输入前设有滤波电路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109634228A (zh) * 2018-11-16 2019-04-16 美钻深海能源科技研发（上海）有限公司 一种用于远程控制与信号采集的系统及其方法

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