CN113363775B - 一种dcs硬件的io卡件与总线底座连接方式及信号传输方法 - Google Patents

一种dcs硬件的io卡件与总线底座连接方式及信号传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种DCS硬件的IO卡件与总线底座联接方式及信号传输方法，IO卡件包括第一卡板和第二卡板，第二卡板为信号处理板，第一卡板和第二卡板的顶部通过插针进行通讯及信号链接，底部通过U型钣金件固定连接；所述总线底座与第一卡板通过第一连接器电连接，所述总线底座与第二卡板通过第二连接器电连接，第一连接器和第二连接器并排设置，所述第一连接器和第二连接器均为DIN连接器，所述第一连接器用于IO卡件的供电，以及通讯总线和地址总线的通讯，所述第二连接器用于IO卡件的现场信号的输入，现场信号包括两线制信号和三线制信号。该发明的连接方式便于卡件的安装和拆卸，具有很好的电磁屏蔽效果，能够有效防止现场强电信号熔断导线。

Description

一种DCS硬件的IO卡件与总线底座连接方式及信号传输方法
技术领域
本发明涉及工业控制设备，具体是一种DCS硬件的IO卡件与总线底座连接方式及信号传输方法。
背景技术
在工业自动化***中，分散控制***(DCS)模块通常安装在一个或多个机壳中然后机壳与底座配合安装在一起。多个分散控制模块通过相互级连的方式安装在机柜中，当采用多个DCS模块时，现有的DCS模块之间都是通过底座之间的连接来实现DCS模块间的连接。目前的国内外产品，都采用塑料模具开模制成底座及卡件，易老化变形腐蚀，无电磁屏蔽作用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种DCS硬件中的IO卡件、电源总线、通讯总线、现场信号联接方法，结构采用钣金件完成，简单可靠且耐用，具有很好的电磁屏蔽效果，满足工业现场的恶劣环境的要求，并应用到本公司生产的DCS卡件及总线底座产品中去。传统的国内国外产品，都采用塑料模具开模制成底座及卡件，易老化变形腐蚀，无电磁屏蔽作用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种DCS硬件的IO卡件与总线底座连接方式，所述IO卡件包括第一卡板和第二卡板，第二卡板为信号处理板，第一卡板和第二卡板的顶部通过插针通讯，底部通过U型钣金件固定连接；
总线底座的电路板包括4层，底层与顶层为全部敷铜，中间两层采用双冗余布线；
总线底座的两端均设有D-Sub连接器，用于串联IO卡件或外部CPU，D-Sub连接器内相邻的2个管脚定义为同一功能；总线底座的左侧设有接线端子，接线端子的内侧设有保险端子；总线底座的右侧设有至少一个电源端子；总线底座上还设有卡件地址的拨码开关；
所述总线底座与第一卡板通过第一连接器电连接，所述总线底座与第二卡板通过第二连接器电连接，第一连接器和第二连接器并排设置，所述第一连接器和第二连接器均为DIN连接器，所述第一连接器用于IO卡件的供电，以及通讯总线和地址总线的通讯，所述第二连接器用于IO卡件的现场信号的输入，现场信号包括两线制信号和三线制信号。
进一步地，所述第一连接器包括第一插头和第一插座，第一插座安装于总线底座上，第一插头安装于第一卡板上；所述第二连接器包括第二插头和第二插座，第二插座安装于总线底座上，第二插头安装于第二卡板上。
另一方面，本发明还提供了一种DCS硬件的IO卡件与总线底座的信号传输方法，所述现场信号的电流大于0.5A为时，现场信号从接线端子进入总线底座后，经保险端子进入IO卡件的信号处理板；
所述现场信号的电流小于0.5A时，现场信号从接线端子进入总线底座后直接进入IO卡件的信号处理板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的DCS硬件中的IO卡件、电源总线、通讯总线、现场信号联接方法，结构采用钣金件完成，简单可靠且耐用，具有很好的电磁屏蔽效果，满足工业现场的恶劣环境的要求，并应用到本公司生产的DCS卡件及总线底座产品中去，传统的国内国外产品，都采用塑料模具开模制成底座及卡件，易老化变形腐蚀，无电磁屏蔽作用；
2.本发明的总线底座的电路板包括4层，为层叠设计，底层与顶层为全部敷铜，并通过机壳地与大地电气联接形成有效的屏蔽层，提高通讯总线抗干扰能力。中间两层对现场信号采用双冗余布线，有效防止现场强电信号熔断导线；
3.本发明的两个标准D-Sub连接器分别在总线底座两端，不仅方便各种卡件的级联，减小卡件的安装空间，方便卡件的安装和拆卸；而且用于区分地址的拨码开关安放在总线底座上，能够避免工程人员误拨卡件地址，减少工程人员的工作复杂性。
附图说明
图1为IO卡件与总线底座电连接的示意图；
图2为两个总线底座串联的结构示意图；
图3为设有32位现场信号接线端子的总线底座结构示意图；
图4为设有64位现场信号接线端子的总线底座结构示意图；
图5为设有现场信号DB25接线端子的总线底座结构示意图。
图中：1-IO卡件；11-第一卡板；12-第二卡板；2-总线底座；21-D-Sub连接器；22-接线端子；23-保险端子；24-电源端子；25-卡件地址的拨码开关；3-第一连接器；31-第一插头；32-第一插座；4-第二连接器；41-第二插头；42-第二插座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，本发明中，还需要说明的是，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如可以固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是机械连接，也可以是通过中间媒介间接连接，也可以电连接可以通过具体情况理解术语在本发明中的具体含义。
实施例1
请参阅图1～5，本发明实施例中，一种DCS硬件的IO卡件与总线底座连接方式，所述IO卡件1包括第一卡板11和第二卡板12，第二卡板12为信号处理板，第一卡板11和第二卡板12的顶部通过插针通讯，底部通过U型钣金件固定连接。
总线底座2的电路板包括4层，为层叠设计，底层与顶层为全部敷铜，并通过机壳地与大地电气联接形成有效的屏蔽层，提高通讯总线抗干扰能力。中间两层对现场信号采用双冗余布线，有效防止现场强电信号熔断导线。
总线底座2的两端均设有D-Sub连接器21，用于串联IO卡件或外部CPU，D-Sub连接器21内相邻的2个管脚定义为同一功能；总线底座21的左侧设有接线端子22，接线端子22的内侧设有保险端子23；总线底座2的右侧设有至少一个电源端子24；总线底座2上还设有卡件地址的拨码开关25；
所述总线底座2与第一卡板11通过第一连接器3电连接，所述总线底座2与第二卡板12通过第二连接器4电连接，第一连接器3和第二连接器4并排设置，所述第一连接器3和第二连接器4均为DIN连接器，所述第一连接器3用于IO卡件1的供电，以及通讯总线和地址总线的通讯，所述第二连接器4用于IO卡件1的现场信号的输入，现场信号包括两线制信号和三线制信号。
具体的，所述第一连接器3包括第一插头31和第一插座32，第一插座32安装于总线底座2上，第一插头31安装于第一卡板11上；所述第二连接器4包括第二插头41和第二插座42，第二插座42安装于总线底座2上，第二插头41安装于第二卡板12上。
在设计中考虑到信号的特征及数量、卡件的安装方式、冗余备份等，第一连接器3选用HARTING公司的09062486835的48芯DIN连接器，第二连接器4选用HARTING公司的09061486901的48芯DIN连接器。
为了避免现场信号与IO卡件1内部的信号相互干扰，将现场信号与IO卡件1内部的信号分开，即第一连接器3的信号为通信总线信号和电源总线；第二连接器4为现场信号。2个连接器并排在总线底座2的电路板上，用于通讯的第一连接器3设置在右边，用于现场信号的输入的第二连接器4设置在左边。
第一连接器3的主要是IO卡件的电源和通信总线，以及地址总线。
第二连接器4是IO卡件的现场信号的输入。现场信号分为两线制信号和三线制信号，由此来定义第二连接器4的管脚定义分为2种。
第一连接器3的管脚定义如表1所示，两线制现场信号第二连接器4的管脚定义如表2所示，三线制现场信号的第二连接器4的管脚定义如表3所示。
表1 第一连接器3的管脚定义
Figure BDA0003101536010000051
Figure BDA0003101536010000061
表2 两线制现场信号第二连接器4的管脚定义
Figure BDA0003101536010000062
Figure BDA0003101536010000071
表3 三线制现场信号的第二连接器4的管脚定义
Figure BDA0003101536010000072
Figure BDA0003101536010000081
需要说明的是，总线底座的级联方式为：
DPU控制器与IO卡件通信采用位总线结构，IO卡件之间属于串联关系，每一个IO卡件由总线底座2上的拨码开关选择身份地址。总线底座2两边分别采用标准D-Sub连接器21的插头插座与DPU和其他IO卡件级联。
两个标准D-Sub连接器21分别在总线底座2两端，不仅方便各种卡件的级联，减小卡件的安装空间，方便卡件的安装和拆卸；而且用于区分地址的拨码开关25安放在总线底座2上，能够避免工程人员误拨卡件地址，减少工程人员的工作复杂性。
总线底座2的级联在设计时考虑信号冗余备份，D-Sub连接器21中，将相邻的2个管脚定义为同一功能，这样提高了***的可靠性，D-Sub连接器管脚定义如表4所示。
表4 D-Sub连接器管脚定义
管脚编号 管脚定义 备注
1，14 CLK2- 第二路通讯时钟-
2，15 CLK2+ 第二路通讯时钟+
3，16 DATA2- 第二路通讯数据-
4，17 DATA2+ 第二路通讯数据+
5，18 CLK1- 第一路通讯时钟-
6，19 CLK1+ 第一路通讯时钟+
7，20 DATA1- 第一路通讯数据-
8，21 DATA1+ 第一路通讯数据+
9，22 24V1+ 第一路24V电源+
10，23 24V1- 第一路24V电源-
11，24 24V2+ 第二路24V电源+
12，25 24V2- 第二路24V电源-
13 GROUND 机壳地
实施例2
一种DCS硬件的IO卡件与总线底座的信号传输方法，所述现场信号的电流大于0.5A时，现场信号从接线端子22进入总线底座2后，经保险端子23进入IO卡件1的信号处理板。这种设计可以防止现场错误接线导致大电流烧坏卡件，起保护卡件作用。
所述现场信号的电流小于0.5A时，现场信号从接线端子22进入总线底座2后直接进入IO卡件1的信号处理板，保险端子与IO卡件电连接。
总线底座2的2个连接器的左右排列，并将现场信号配置在第二连接器4，DCS的通信及电源配置在第一连接器3；保证现场低频信号与高速通信信号相互隔离，提高了DCS***的抗干扰能力，并保护了原始的现场信号。总线底座2通过MKKDS1.5/2-5.08双层四位接线端子、MKDS1.5/2-5.08单层两位接线端子2种接口与所有现场信号联接；为方便现场接线，现场电流小于0.5A的24V开关信号可通过DB25A/F(直，孔)这种接口与底座2联接。总线底座为32位位接线端子的定义如表5所示，总线底座为64位接线端子的定义如表6所示，表7总线底座DB25接线端子的定义如表7所示。
表5 总线底座为32位接线端子的定义
Figure BDA0003101536010000101
Figure BDA0003101536010000111
表6 总线底座为64位接线端子的定义
Figure BDA0003101536010000112
Figure BDA0003101536010000121
表7 总线底座DB25接线端子的定义
Figure BDA0003101536010000122
Figure BDA0003101536010000131
需要说明的是，本申请中英文字母对应的中文名称如下：
DCS：分散控制***；
IO：输入输出；
D-Sub：D-sub是D-subminiature的简称，是一种接口形状、结构的标准，是一种模拟信号接口，按需求有不同的接口数；
DIN连接器：由德国标准化学会所制定的一项连接器标准。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种DCS硬件的IO卡件与总线底座连接方式，其特征在于，IO卡件(1)包括第一卡板(11)和第二卡板(12)，第二卡板(12)为信号处理板，第一卡板(11)和第二卡板(12)的顶部通过插针进行通讯及信号连接，底部通过U型钣金件固定连接；
总线底座(2)的电路板包括4层，底层与顶层为全部敷铜，中间两层采用双冗余布线；
总线底座(2)的两端均设有D-Sub连接器(21)，用于串联IO卡件或外部CPU，D-Sub连接器(21)内相邻的2个管脚定义为相同功能；总线底座(2)的左侧设有接线端子(22)，接线端子(22)的内侧设有保险端子(23)；总线底座(2)的右侧设有至少一个电源端子(24)；总线底座(2)上还设有卡件地址的拨码开关(25)；
所述总线底座(2)与第一卡板(11)通过第一连接器(3)电连接，所述总线底座(2)与第二卡板(12)通过第二连接器(4)电连接，第一连接器(3)和第二连接器(4)并排设置，所述第一连接器(3)和第二连接器(4)均为DIN连接器，所述第一连接器(3)用于IO卡件(1)的供电，以及通讯总线和地址总线的通讯，所述第二连接器(4)用于IO卡件(1)的现场信号的输入，现场信号包括两线制信号和三线制信号；
所述现场信号的电流大于0.5A时，现场信号从接线端子(22)经保险端子(23)后直接进入IO卡件(1)的信号处理板；所述现场信号的电流小于0.5A时，现场信号从接线端子(22)直接进入总线底座(2)后直接进入IO卡件(1)的信号处理板。
2.根据权利要求1所述DCS硬件的IO卡件与总线底座连接方式，其特征在于，所述第一连接器(3)包括第一插头(31)和第一插座(32)，第一插座(32)安装于总线底座(2)上，第一插头(31)安装于第一卡板(11)上；所述第二连接器(4)包括第二插头(41)和第二插座(42)，第二插座(42)安装于总线底座(2)上，第二插头(41)安装于第二卡板(12)上。
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