CN201716587U - 多通道电流模拟量转换/分配模块 - Google Patents

多通道电流模拟量转换/分配模块 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种多通道电流模拟量转换/分配模块，包括MCU主控单元、电流模拟量输入单元、电流模拟量输出单元和RS-485通信单元，电流模拟量输入单元、电流模拟量输出单元、RS-485通信单元分别与MCU主控单元连接并相互隔离。MCU主控单元依次采集四个电流模拟量输入通道，将其转换为数字量，再根据通信配置参数和通信协议，通过RS-485通信输出，并根据通道配置参数，将数字量通过电流模拟量输出单元转换为标准电流信号，实现多通道电流模拟量的转换、数据输出和电流信号分配。与现有技术相比，本实用新型具有配置灵活、抗干扰能力强、连线简单、维护方便和通用性强的优点，非常适合于工业自动化应用领域。

Description

多通道电流模拟量转换/分配模块
技术领域
本实用新型涉及一种电流模拟量转换/分配模块，更具体地，涉及一种在工业控制***中的多通道电流模拟量转换和电流信号分配模块，属于工业自动化控制技术领域。
背景技术
在许多工业都有反映生产过程的在线检测传感器或者仪器如浓度计、流量计、料位计和各种变送器，这些现场仪表除本地显示外，往往还输出一路标准电流信号(比如4～20mA)，供其它***如PLC、DCS、单机监控***等使用。但是在实际应用中，经常出现现场仪表输出的模拟信号需要供多个监控***使用，一路模拟信号根本满足不了要求。为了解决这个问题，目前采用的办法是用电流信号分配器，将一路电流模拟信号转变为信号相等的两路或多路电流信号，供不同的***使用(见图1)。因此目前的多控制***至少包括电流信号的分配(或分流)和电流信号的模/数转换两个环节。现场仪表输出的电流信号，基本上都是由以计算机或PLC为主的各类监控***使用，在监控***中由PLC模块、模拟量输入模块或模拟量输入卡等进行模拟量/数字量的转换。
采用这种方式，各个电流信号分配器需要配接电源，同时分配后的电流信号还要再连接到不同的控制***中，被分配的电流信号越多，配接线也越复杂，同时信号之间的干扰也越严重，因此导致***复杂、成本高和维护量大等问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型发明的目的是：提供一种能够将4路标准电流模拟信号转换为数字量，再通过RS-485输出，并将电流标准信号转变为与原电流信号相等的多路电流信号，供多个监控***使用的多通道电流模拟量转换/分配模块。
为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：一种多通道电流模拟量转换/分配模块，其特征是：包括MCU主控单元、电流模拟量输入单元、电流模拟量输出单元和RS-485通信单元，电流模拟量输入单元、电流模拟量输出单元、RS-485通信单元通过I/O线与MCU主控单元连接。
本实用新型所述的MCU主控单元包括MCU主控器、复位电路和参数存储电路，复位电路、参数存储电路分别与MCU主控器连接。复位电路起上电复位和看门狗作用，当***因干扰导致程序跑飞或死循环后，复位电路自动产生复位信号使***恢复正常。参数存储电路用于保存本实用新型模块的配置参数。
本实用新型所述的电流模拟量输入单元包括电流模拟量输入接口、多路切换电路、A/D转换电路和隔离电路I，电流模拟量输入接口、多路切换电路、A/D转换电路和隔离电路I依次相连，隔离电路I还与多路切换电路、MCU主控单元的MCU主控器连接。
本实用新型所述的电流模拟量输出单元包括隔离电路II、D/A电路、V/I电路和电流输出接口，隔离电路II与MCU主控单元的MCU主控器连接，MCU主控器的I/O信号通过光电隔离后与D/A电路相连，D/A电路将串行的数字信号转换为模拟的电压信号，再由V/I电路将电压信号转变为0-20mA或4-20mA的标准电流信号，并与电流输出接口连接。所述的电流模拟量输出单元包括四路独立的D/A电路和V/I电路，能同时完成四路独立的串行数字信号到电流模拟量信号的转换。
本实用新型所述的RS-485通信单元包括RS-485总线收发器和RS-485接口，RS-485总线收发器与MCU主控器连接，将MCU主控器具有全双工串行通信口的TTL电平转换为RS-485总线的差分传输数据信号，通过RS-485接口与其它RS-485设备连接，构成RS-485通信网络。
在MCU主控单元参数存储电路的存储器中，保存有如下几种类型的***配置参数，使本实用新型具有不同的功能。
1.通道配置参数
(1)通道类型参数
输入输出通道类型参数为一个字节，主要用于设置输入通道(IN0～IN3)和输出通道(OUT0～OUT3)的电流模拟量类型，字节低四位对应于四个输入通道，字节高四位对应于四个输出通道，某位为0时表示电流模拟量0～20mA，为1时表示4～20mA。
Figure BSA00000199936600021
默认值为FFH，即输入通道和输出通道的电流信号范围均为4～20mA。
(2)通道映射参数
输入输出通道映射参数为2个字节，主要用于指明4个输入通道(IN0～IN3)分别映射到哪一个或几个输出通道，也即决定输入电流信号被分配为1路或多路数值相同的电流模拟量。某一位为1时表示从该通道输出，相反为0时表示不能从该通道输出。
Figure BSA00000199936600022
默认值为(84H、21H)，即IN0-OUT0，IN1-OUT1，IN2-OUT2，IN3-OUT3，表示输入的电流模拟量经过A/D转换后，从对应的输出通道再输出同样数值的电流信号，实现1对1的电流分配，具体配置如下。
Figure BSA00000199936600031
2通信配置参数
通信配置参数为2个字节，主要用于设置RS-485通信地址、波特率、是否需要校验和、RS-485输出模拟量数据的格式等等。
Figure BSA00000199936600032
其中，第一字节为RS-485地址(00-FFH)；第二字节的Bit7表示RS-485通信串是否需要校验和(1需要、0不需要)；Bit6～Bit5表示波特率(00-9600，01-19200，10-57600，11-115200)；Bit1～Bit0表示RS-485通信模拟量数据的格式(00-工程量，01-2字节的16进制)；Bit4～Bit2备用。
默认值为(00H、00H)，即模块的RS-485通信地址为00H、不需要校验和、波特率为9600bps、工程量数据输出格式。
为了与模块通信，实现修改***配置参数和读取模块的模拟量数据，应该遵循如下的通信协议。
(1)修改模块配置参数命令
格式：％AANNBBTTMHMLE(％-起始符，AA-2位16进制模块地址，NN-2位16进制模块新地址，BB-2位16进制通信配置参数，TT-2位16进制通道类型参数，MH-2位16进制通道映射参数高字节，ML-2位16进制通道映射参数低字节，E-回车结束符cr或ODH)
返回：！AA(cr)修改有效；？AA(cr)修改无效；其中！和？为起始符。
(2)读模块配置参数命令
格式：$AAE($-起始符，AA-2位16进制模块地址，E-回车结束符cr)
返回：！AABBTTMHML(cr)读有效；？AA(cr)读无效。
(3)读模块模拟量命令
格式：#AAE(#-起始符，AA-2位16进制模块地址，E-回车结束符cr)
返回：＞(D0)(D1)(D2)(D3)(cr)，通信错误则不返回信息。其中＞为起始符，D0、D1、D2和D3为模拟量数据，格式与设定的数据格式有关。
本实用新型多通道电流模拟量转换/分配模块的工作过程是，MCU主控器依次采集四个输入通道的电流模拟量信号，将其分别转换为数字量；然后根据通道配置参数，将数字量通过电流模拟量输出单元转换为0-20mA或4-20mA的电流信号，由电流输出接口输出；同时根据RS-485通信配置参数和通信协议，将电流模拟信号的数字量通过RS-485通信输出。
本实用新型多通道电流模拟量转换/分配模块的优点在于：在同一模块实现多通道电流模拟量的模/数转换、模拟量数据的RS-485通信输出和按配置进行多路电流的分配；电流模拟量输入、RS-485通信、多路电流的分配输出和MCU主控器之间相互隔离，抗干扰能力强；同时连线简单，更换维护方便，成本低。
附图说明
图1为背景技术中使用电流分配器的多控制***示意图；
图2为使用本实用新型多通道电流模拟量转换/分配模块的多控制***示意图；
图3为本实用新型多通道电流模拟量转换/分配模块的结构原理图；
图4为本实用新型多通道电流模拟量转换/分配模块的外形结构图；
图中：1、MCU主控单元，2、电流模拟量输入单元，3、电流模拟量输出单元，4、RS-485通信单元，5、电流分配器
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步的详细说明。
图2为使用本实用新型多通道电流模拟量转换/分配模块的多控制***示意图，在集控***的基础上，再增加DCS等控制***变得容易。传感器或仪表输出的电流信号连接本实用新型多通道电流模拟量转换/分配模块的输入端，RS-485输出连接DCS***的工控计算机的485接口，工控计算机根据485通信协议直接读取本实用新型模块中的模拟量数据，本实用新型多通道电流模拟量转换/分配模块的输出连接集控***的PLC模拟量模块。使用本实用新型后，***配接线少，维护方便，抗干扰能力强。
图3为本实用新型多通道电流模拟量转换/分配模块的结构原理图。如图3所示，一种多通道电流模拟量转换/分配模块，包括MCU主控单元1、电流模拟量输入单元2、电流模拟量输出单元3和RS-485通信单元4，电流模拟量输入单元2、电流模拟量输出单元3、RS-485通信单元4通过I/O线与MCU主控单元1连接。
所述的MCU主控单元1包括MCU主控器、复位电路和参数存储电路，复位电路、参数存储电路分别与MCU主控器连接。在本实施例中所述的MCU主控器为89C52单片机；复位电路使用微处理器监控芯片MAX813，起上电复位和看门狗作用，当***因干扰导致程序跑飞或死循环后，MAX813自动产生复位信号，使***恢复正常；参数存储电路使用EEPROM的24C02，用于保存本实用新型模块的配置参数。
所述的电流模拟量输入单元2包括电流模拟量输入接口、多路切换电路、A/D转换电路和隔离电路I，电流模拟量输入接口、多路切换电路、A/D转换电路和隔离电路I依次相连，隔离电路I还与多路切换电路、MCU主控单元的MCU主控器连接。在本实施例中所述的多路切换电路为ADG508，A/D转换电路选用具有差分输入的ADS8325。
所述的电流模拟量输出单元3包括隔离电路II、D/A电路、V/I电路和电流输出接口，隔离电路II与MCU主控单元的MCU主控器连接，MCU主控器的I/O信号通过光电隔离后与D/A电路相连，D/A电路将串行的数字信号转换为模拟的电压信号，再由V/I电路将电压信号转变为0-20mA或4-20mA的电流信号，并与电流输出接口连接。所述的电流模拟量输出单元包括四路独立的D/A电路和V/I电路，能同时完成四路独立的串行数字信号到电流模拟量信号的转换。在本实施例中所述的D/A电路为DAC7513，输出的电压信号再由OPA277和2N3904实现V/I的变换。
所述的RS-485通信单元4包括RS-485总线收发器和RS-485接口，RS-485总线收发器与MCU主控器连接，将MCU主控器具有全双工串行通信口的TTL电平转换为RS-485总线的差分传输数据信号，通过RS-485接口与其它RS-485设备连接，构成RS-485通信网络。在本实施例中所述的RS-485总线收发器为带三通道隔离的增强型RS-485收发器ADM2483。
MCU主控器与电流模拟量输入单元2、电流模拟量输出单元3和RS-485通信单元4之间均采用隔离技术，提高了模块的抗干扰能力。
本实用新型多通道电流模拟量转换/分配模块通过设置不同的配置参数可以实现多种功能，举例如下。
Figure BSA00000199936600051
图4为本实用新型多通道电流模拟量转换/分配模块的外形结构图，图中，+V和GND为12V、15V或24V直流供电电源，IN0+和IN0-、IN1+和IN1-、IN2+和IN2-、IN3+和IN3-分别为四个电流模拟量输入通道的连接端，485+和485-为RS-485通信的连接端，OUT0+和OUT0-、OUT1+和OUT1-、OUT2+和OUT2-、OUT3+和OUT3-分别为四个电流模拟量输出通道的连接端，模块上还有电源指示。在使用时，两个或两个以上的多通道电流模拟量转换/分配模块的+V与GND、485+与485-可以相互串联连接。
以上所描述的具体实施例只是对本实用新型精神作举例说明，显然本实用新型不限于以上实施例，所属技术人员对所描述的具体实施例所做的各种形式的修改、补充或采用类似的方式替代，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种多通道电流模拟量转换/分配模块，其特征在于：包括MCU主控单元、电流模拟量输入单元、电流模拟量输出单元和RS-485通信单元，电流模拟量输入单元、电流模拟量输出单元、RS-485通信单元分别与MCU主控单元连接，并相互隔离。
2.根据权利要求1所述的多通道电流模拟量转换/分配模块，其特征在于：所述的MCU主控单元包括MCU主控器、复位电路和参数存储电路，复位电路、参数存储电路分别与MCU主控器连接。
3.根据权利要求1所述的多通道电流模拟量转换/分配模块，其特征在于：所述的电流模拟量输入单元包括电流模拟量输入接口、多路切换电路、A/D转换电路和隔离电路I，电流模拟量输入接口、多路切换电路、A/D转换电路和隔离电路I依次相连，隔离电路I还与多路切换电路、MCU主控单元的MCU主控器连接。
4.根据权利要求1所述的多通道电流模拟量转换/分配模块，其特征在于：所述的电流模拟量输出单元包括隔离电路II、D/A电路、V/I电路和电流输出接口，隔离电路II与MCU主控单元的MCU主控器连接，MCU主控器的I/O信号通过光电隔离后与D/A电路相连，D/A电路将串行的数字信号转换为模拟的电压信号，再由V/I电路将电压信号转变为标准电流信号，并与电流输出接口连接。
5.根据权利要求1所述的多通道电流模拟量转换/分配模块，其特征在于：所述的RS-485通信单元包括RS-485总线收发器和RS-485接口，RS-485总线收发器与MCU主控器连接，将所述的MCU主控器的TTL电平转换为RS-485总线的差分传输数据信号，通过RS-485接口与其它RS-485设备连接，构成RS-485通信网络。
6.根据权利要求5所述的多通道电流模拟量转换/分配模块，其特征在于：所述的RS-485总线收发器为带三通道隔离的增强型RS-485收发器ADM2483。
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