CN202583796U - 一种可热插拔的多通道模拟量输出模块 - Google Patents

一种可热插拔的多通道模拟量输出模块 Download PDF

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李玮
吴晓闯
王翠玲
李文泉
宋慧娟
孟郁金
王玉宏
***
田涛
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Beijing rockontrol Information Technology Co.,Ltd.
Rockontrol Technology Group Co ltd
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SHANXI LIANHUA WEIYE TECHNOLOGY CO LTD
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Abstract

本实用新型一种可热插拔的多通道模拟量输出模块，属于多通道模拟量输出装置技术领域；所要解决的技术问题是提供一种具备多路模拟量输出且带热插拔保护功能的PLC模拟量输出模块；采用的技术方案是：一种可热插拔的多通道模拟量输出模块，包括：热插拔电源模块、MCU单元、模拟量输出单元、通讯单元和人机交互单元，所述MCU单元的电源端口与热插拔电源模块的电源输出端相连，所述模拟量输出单元的输入端与MCU单元的信号输出端相连，所述MCU单元的通讯端口连接有通讯单元，MCU单元连接有人机交互单元；本实用新型广泛适用于工业控制领域。

Description

一种可热插拔的多通道模拟量输出模块
技术领域
本实用新型一种可热插拔的多通道模拟量输出模块，属于多通道模拟量输出装置技术领域。 
背景技术
热插拔是指将一个非上电的电路板嵌入到一个上电运行的***中，这个过程具有潜在的危险性，有可能对***或嵌入式主板造成永久损坏，导致数据丢失或使任意瞬态***混乱。 
在背板式控制装置的应用中，背板上各个模块之间功能独立，一个模块的***或者拔出会引起整个装置的断电或者重新上电，造成***控制功能的中断，对生产和安全带来隐患；使用传统的模拟量输出模块，输出信号一般只有1路、2路、或4路，以4路模拟量输出模块为例，如有一个工程项目需要16个模拟量输出点，则需要用4块模拟量输出模块，对上述工程项目中较多模拟量的处理需要较大的成本。 
实用新型内容
本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是：提供一种具备多路模拟量输出且带热插拔保护功能的PLC模拟量输出模块。 
为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种可热插拔的多通道模拟量输出模块，包括：热插拔电源模块、MCU单元、模拟量输出单元、通讯单元和人机交互单元，所述MCU单元的电源端口与热插拔电源模块的电源输出端相连，所述模拟量输出单元的输入端与MCU单元的信号输出端相连，所述MCU单元的通讯端口连接有通讯单元，MCU单元连接有人机交互单元； 
所述热插拔电源模块包括有限流保护模块、过压保护模块、热插拔控制器模块、滤波处理模块和电源转换模块，限流保护模块的输出端依次串接过压保护模块、热插拔控制器模块和滤波处理模块后与电源转换模块的输入端相连，所述电源转换模块的输出端为热插拔电源模块的电源输出端；
所述模拟量输出单元包括：D/A转换电路、开关切换电路、电压处理电路和电流处理电路，所述D/A转换电路的输入端为模拟量输出单元的输入端，D/A转换电路的输出端串接开关切换电路后分别与电压处理电路和电流处理电路的输入端相连，所述电压处理电路和电流处理电路的输出端为模拟量输出单元的输出端。
所述电源转换模块的电源输出端包括不同电压等级的多个电源输出端口。 
所述通讯单元包括：隔离CAN总线、USB总线、隔离RS232总线和隔离RS485总线。 
本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果： 
一、本实用新型通过在多通道模拟量输出模块中采用热插拔电源控制技术，达到了带电状态下不间断控制，实现了多通道模拟量输出模块的热插拔保护功能；
二、本实用新型中的通讯单元采用完全电气隔离方式，提高了装置使用的安全性和抗干扰性；
三、本实用新型中模拟量输出单元使用两片8通道16bit高精度DAC8718数模转换器，可实现16路模拟信号同时输出，降低了工程项目中使用模拟量输出模块的成本；
四、本实用新型中的模拟量输出模块采用多层PCB设计，抗干扰性能高，且具有功能扩展特性，在不改***件平台结构的基础上，能够实现不同的控制策略。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明： 
图1为本实用新型的电路结构示意图；
图中：1为热插拔电源模块、2为MCU单元、3为模拟量输出单元、4为通讯单元、5为人机交互单元、6为限流保护模块、7为过压保护模块、8为热插拔控制器模块、9为滤波处理模块、10为电源转换模块、11为D/A转换电路、12为开关切换电路、13为电压处理电路、14为电流处理电路。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型一种可热插拔的多通道模拟量输出模块，包括：热插拔电源模块1、MCU单元2、模拟量输出单元3、通讯单元4和人机交互单元5，所述MCU单元2的电源端口与热插拔电源模块1的电源输出端相连，所述模拟量输出单元3的输入端与MCU单元2的信号输出端相连，所述MCU单元2的通讯端口连接有通讯单元4，所述通讯单元4包括：隔离CAN总线、USB总线、隔离RS232总线和隔离RS485总线，MCU单元2连接有人机交互单元5； 
所述热插拔电源模块1包括有限流保护模块6、过压保护模块7、热插拔控制器模块8、滤波处理模块9和电源转换模块10，限流保护模块6的输出端依次串接过压保护模块7、热插拔控制器模块8和滤波处理模块9后与电源转换模块10的输入端相连，所述限流保护模块6的输入端可以设置有插座，所述插座可以直接与电源相连，所述电源转换模块10的输出端为热插拔电源模块1的电源输出端，电源转换模块10的电源输出端包括不同电压等级的多个电源输出端口。
所述模拟量输出单元3包括：D/A转换电路11、开关切换电路12、电压处理电路13和电流处理电路14，所述D/A转换电路11的输入端为模拟量输出单元3的输入端，D/A转换电路11的输出端串接开关切换电路12后分别与电压处理电路13和电流处理电路14的输入端相连，所述电压处理电路13和电流处理电路14的输出端为模拟量输出单元3的输出端。 
在具体实施过程中，本实用新型可以通过上述插座和背板式控制装置的背板电源插槽连接，从背板插槽上取24V直流电，上述热插拔电源模块1通过其内部的限流保护模块6和过压保护模块7对输入的24V直流电进行限流和过压保护，使本实用新型在热插拔过程中产生瞬间尖峰电流和大电压时，能够防止尖峰脉冲进入电路引起永久性和短暂性破坏，上述热插拔控制器模块8中的控制器具有可编程限制电流、过流保护、锁存和自动操作等功能，经热插拔控制器模块8处理后的24V直流电再经滤波处理模块9滤波后，送入电源转换模块10，电源转换模块10将24V电压转换为各电路和模块所需要的不同电压等级的直流电源，为整个装置供电。 
上述MCU单元2是本实用新型的核心部分，MCU单元2除了对各个采集信号进行运算、比较、分析之外，还要满足控制策略的控制参数计算，实时采集信号，以实现控制策略的优化和运行状态的实时监控，完成与上层机之间的数据通信，记录控制运行的状态以及发生故障时的事件记录。 
上述模拟量输出单元3中的开关切换电路12用来选择输出电压或者电流，当需要输出电压信号时，开关选择电压处理电路，当需要输出电流信号时，开关选择电流处理电路，开关切换电路12实现了每个通道的输出形式可选，可灵活配置输出信号的类型；电压处理电路13包括滤波电路和放大电路；电流处理电路14包括滤波电路和电压电流转换电路，带负载能力达300Ω。 
上述人机交互单元5可以通过一个嵌入式灯板实现交互功能，共有24个LED显示屏，可显示观测信号的采集、MCU单元2的运行、报警、状态指示等信息。 
上述MCU单元2通过通讯单元4可以实现与上位机完成数据交换，通讯单元4包括隔离CAN总线、USB总线、隔离RS232总线和隔离RS485总线，MCU单元2与上位机进行数据交换时可选择上述四种传输协议中的任意一种，在电路设计时，充分考虑了干扰源的特点，对隔离和滤波进行了特别设计，这些通信电路都采用了隔离技术，可有效隔离干扰，***EMC指标可以完全按照工业A级标准进行设计。 
上述MCU单元2可以采用型号为STM32F107VC的MCU芯片，上述热插拔电源模块1中的热插拔控制器模块8可以采用型号为TPS2491的热插拔控制器，模拟量输出单元3中的数模转换器可以采用型号为DAC8718的数模转换器，本实用新型可以采用多层PCB设计，提高抗干扰性能。 

Claims (3)

1.一种可热插拔的多通道模拟量输出模块，其特征在于：包括：热插拔电源模块（1）、MCU单元（2）、模拟量输出单元（3）、通讯单元（4）和人机交互单元（5），所述MCU单元（2）的电源端口与热插拔电源模块（1）的电源输出端相连，所述模拟量输出单元（3）的输入端与MCU单元（2）的信号输出端相连，所述MCU单元（2）的通讯端口连接有通讯单元（4），MCU单元（2）连接有人机交互单元（5）；
所述热插拔电源模块（1）包括有限流保护模块（6）、过压保护模块（7）、热插拔控制器模块（8）、滤波处理模块（9）和电源转换模块（10），限流保护模块（6）的输出端依次串接过压保护模块（7）、热插拔控制器模块（8）和滤波处理模块（9）后与电源转换模块（10）的输入端相连，所述电源转换模块（10）的输出端为热插拔电源模块（1）的电源输出端；
所述模拟量输出单元（3）包括：D/A转换电路（11）、开关切换电路（12）、电压处理电路（13）和电流处理电路（14），所述D/A转换电路（11）的输入端为模拟量输出单元（3）的输入端，D/A转换电路（11）的输出端串接开关切换电路（12）后分别与电压处理电路（13）和电流处理电路（14）的输入端相连，所述电压处理电路（13）和电流处理电路（14）的输出端为模拟量输出单元（3）的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种可热插拔的多通道模拟量输出模块，其特征在于：所述电源转换模块（10）的电源输出端包括不同电压等级的多个电源输出端口。
3.根据权利要求2所述的一种可热插拔的多通道模拟量输出模块，其特征在于：所述通讯单元（4）包括：隔离CAN总线、USB总线、隔离RS232总线和隔离RS485总线。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108731705A (zh) * 2018-02-07 2018-11-02 大连理工大学 一种并行多路Modbus通信协议的传感器模拟装置
TWI647554B (zh) * 2018-02-09 2019-01-11 凱立自動化有限公司 Tandem signal transmission control module

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