專利名稱：通用型數(shù)字式插件板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及工業(yè)自動控制系統(tǒng)，特別是工業(yè)自動控制系統(tǒng)內(nèi)的插件板。
技術(shù)背景較早的工業(yè)自動控制系統(tǒng)所使用的插件裝置大多是模擬插件板。如圖9所示的是一種工業(yè)自動控制系統(tǒng)模擬插件板，該模擬插件板有五路模擬量輸入，輸入電壓范圍為-10V～+10V；七路開關(guān)量輸入，一路模擬量輸出，輸出電壓范圍為-10V～+10V。其中，七路開關(guān)量是用來控制輸入通道和輸出通道的通斷的。此模擬電路沒有開關(guān)量輸出。不難看出，該模擬插件板是一種求和放大電路，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為u0＝-(u1+u2+3u3+u4)÷3。
模擬插件板的不足之處是由于運算放大器的輸出不僅與輸入值有關(guān)，而且與放大器、電阻、電容等的值有關(guān)，這些器件參數(shù)的誤差會直接影響輸出結(jié)果，從而使得控制精度較低；容易產(chǎn)生零點漂移和溫度漂移，嚴(yán)重時使整個系統(tǒng)無法工作，所以為了避免這些漂移，要求系統(tǒng)技術(shù)人員每隔一定時間要對插件板通調(diào)一次，而且要求這些插件板工作在一種溫度恒定的環(huán)境中，這無疑給維護帶來很大麻煩；輸入信號和輸出信號的值顯示不直觀，因而為了監(jiān)測信號的值，必須用萬用表在插件板座的引腳上測量，既不安全也不方便；可靠性差、壽命短，因為模擬插件板上一般都有電位器、繼電器等接觸式器件，時間久了容易出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象，出現(xiàn)這種現(xiàn)象就必須更換新板，從而增加系統(tǒng)的成本；模擬信號比數(shù)字信號更容易受到干擾，所以模擬插件板的抗干擾能力差，進而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種控制精度高，維護方便，輸入輸出顯示直觀，可靠性高，壽命長，抗干擾能力強的，用于工業(yè)自動控制系統(tǒng)的通用型數(shù)字式插件板，這種插件板尤其適合于對工業(yè)自動控制系統(tǒng)中的模擬插件板進行代換。
本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是它為具有插件板引腳的插件板，插件板引腳包括模擬量輸入引腳、開關(guān)量輸入引腳、模擬量輸出引腳，插件板上還包括CPU、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路；模擬輸入引腳通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入CPU，開關(guān)量輸入引腳輸入CPU，CPU輸出通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路輸出到模擬量輸出引腳；插件板上還具有用于與編程器通訊的通訊口。
本實用新型有多路模擬量輸入，多路開關(guān)量輸入，多路模擬量輸出。它采用了模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路、具有較強的運算功能和控制功能的CPU及其與編程器通訊的通訊口；它輸入、輸出值都為模擬量。模擬輸入值通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在通過CPU運算以后，再將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出；開關(guān)量送給CPU進行邏輯運算，其運算結(jié)果用來控制模擬量輸入輸出的通斷。
本實用新型取消了原模擬插件板上的電位器和繼電器等接觸性器件，插件板的調(diào)整完全由與其相連的編程器來完成，同時在編程器上還可以直觀顯示所有的輸入值和輸出值。
本實用新型插件板為數(shù)字式插件板，因此其控制精度高，維護方便，輸入輸出顯示直觀，可靠性高，壽命長，抗干擾能力強，在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，它將使工業(yè)自動化過程的質(zhì)量得到大大的提高，所以，本實用新型具有較廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本實用新型實施例1的邏輯框圖圖2是本實用新型實施例1的電路原理圖圖3是編程器的電路原理圖圖4-圖8是本實用新型實施例2的電路原理圖圖9是模擬插件板的電路原理圖圖中，1為A/D轉(zhuǎn)換電路，2為微控制器89C52及附屬電路，3為D/A轉(zhuǎn)換電路，4為數(shù)字插件板與編程器的通訊接口，5為電源電路，6為開關(guān)量輸入，7為模擬量輸出，8為模擬量輸入，9為開關(guān)量輸出電路，10為光電耦合電路。
具體實施方案如圖1、2所示的本實用新型實施例1，該實施例是替換如圖9所示的模擬插件板的一種具體實施方案，它為具有插件板引腳的插件板，插件板引腳包括模擬量輸入引腳、開關(guān)量輸入引腳、模擬量輸出引腳、開關(guān)量輸出引腳；插件板上還包括微控制器、模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換電路；模擬量輸入引腳通過A/D轉(zhuǎn)換電路輸入微控制器，開關(guān)量輸入引腳輸入微控制器，微控制器一部分輸出通過D/A轉(zhuǎn)換電路輸出到模擬量輸出引腳，另一部分輸出與開關(guān)量輸出引腳連接；插件板上還具有用于與編程器通訊的通訊口。
模擬量輸入引腳、開關(guān)量輸入引腳、模擬量輸出引腳、開關(guān)量輸出引腳與微控制器之間均設(shè)有光電耦合電路，用以提高抗干擾能力。
本實用新型實施例1，它的核心器件是微控制器(單片機)，微控制器是指在一塊硅片上集成了CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器以及各種I/O接口的芯片，其中CPU又是微控制器的核心。
本實用新型實施例1，它最多有八路模擬輸入，與U4的9～16腳相連；最多有八路開關(guān)量輸入，經(jīng)光電耦合電路以后與U5的21～28腳相連；它由U6的2、3、6、7腳輸出四路模擬量；它有四路開關(guān)量輸出，分別為U11的A1-A2、U12的B1-B2、U13的C1-C2、U14的D1-D2。U4是一種八路輸入、串行輸出的12位A/D轉(zhuǎn)換器，它的輸入電壓范圍為-10V～+10V；U1是一種隔離型電源模塊；U6為串行輸入、四路輸出的12位D/A轉(zhuǎn)換器，其模擬輸出電壓范圍為-10V～+10V；Z1為與編程器的通訊接口。
圖3是本實用新型的手掌式編程器部分的一種具體電路，LCD為點陣式液晶顯示器，Z為與數(shù)字插件板的通訊接口，這種編程器采用了4×4簡易鍵盤。
本實用新型實施例1的開關(guān)量輸入在通過隔離電路隔離以后，送給微控制器進行邏輯運算，其結(jié)果(開關(guān)量)用來對模擬輸入輸出信號進行通斷控制。本實施例中的開關(guān)量沒有被采用，因為圖9模擬插件板電路中沒有開關(guān)量輸出，所以，A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2沒有接到插件板引腳，開關(guān)量輸出被閑置。
如圖4、5、6、7、8所示的本實用新型實施例2，其中，圖4為電源電路，圖5為模擬量輸入電路，圖6中包括A/D轉(zhuǎn)換電路1、微控制器89C52及附屬電路2、D/A轉(zhuǎn)換電路3、數(shù)字插件板與編程器之間的通訊接口4，圖7為開關(guān)量輸入電路，圖8為模擬量輸出電路。
本實用新型實施例2有八路模擬量輸入，分別與圖5中的兩片DG201的2、6、10、14腳相連；有八路開關(guān)量輸入，分別與圖7中的兩片TLP521-4的2、4、6、8腳相連。在圖5中，來自圖6中微控制器的控制信號S1、S2、S3經(jīng)54HC138譯碼后，再經(jīng)過光電耦合電路隔離，對兩片DG201進行控制，每次接通一路開關(guān)，并由微控制器適時采樣一次，以獲取每個通道模擬量的值。S4為54HC138的片選信號。在圖7中，來自圖6中微控制器89C52的控制信號M0、M1、M2對模擬開關(guān)CD4051進行控制，每次接通一路開關(guān)，并由微控制器適時采樣一次，以獲取每個通道開關(guān)量的狀態(tài)值；圖8為三路模擬量輸出電路，來自圖6的單路模擬輸出信號OUT在經(jīng)模擬開關(guān)DG201的控制后分三路輸出。來自圖6的微控制器的控制信號K1、K2、K3，在經(jīng)過光電耦合電路隔離后，對DG201進行掃描控制，適時地將不同的輸出信號送到不同的輸出通道。由TLE2022與電容、電感組成的電路，起信號保持和濾波的作用。
圖6中的AD574是一種單路輸入、并行輸出的12位A/D轉(zhuǎn)換器，它的輸入電壓范圍為-10V～+10V；圖6中的AD7849為串行輸入、單路輸出的16位D/A轉(zhuǎn)換器，其模擬輸出電壓范圍為-10V～+10V。
事實上，以上兩種應(yīng)用實例電路均為通用電路，只要輸入和輸出的路數(shù)及輸入輸出的電壓值不超出其規(guī)定范圍，所有模擬插件板電路，都可以用這種電路取代，當(dāng)然，為微控制器編制一種相應(yīng)的軟件是必須的。有了這種基本電路，只要規(guī)定好輸入和輸出的引腳，再根據(jù)其數(shù)學(xué)表達(dá)式來編制一種軟件就可以了。
有些微控制器還在其內(nèi)部集成了A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路，如ADμc812、C8051F005，但這類芯片允許模擬輸入或輸出的電壓范圍一般為0～+5V。在本實用新型的應(yīng)用中，A/D轉(zhuǎn)換之前和D/A轉(zhuǎn)換之后，必須對模擬信號進行處理，即在進行A/D轉(zhuǎn)換之前，必須將輸入電壓范圍為-10V～+10V的模擬信號轉(zhuǎn)換成輸入電壓范圍為0～+5V的信號；在D/A轉(zhuǎn)換之后，必須將輸出電壓范圍為0～+5V的模擬信號轉(zhuǎn)換成輸出電壓范圍為-10V～+10V的信號。
本實用新型有M路模擬輸入，L路開關(guān)量輸入，N路模擬量輸出，K路開關(guān)量輸出。由于它具有較強的算術(shù)運算和邏輯運算功能，所以，本實用新型具有較廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.通用型數(shù)字式插件板，它為具有插件板引腳的插件板，插件板引腳包括模擬量輸入引腳、開關(guān)量輸入引腳、模擬量輸出引腳，其特征在于插件板上還包括CPU、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路；模擬輸入引腳通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入CPU，開關(guān)量輸入引腳輸入CPU，CPU輸出通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路輸出到模擬量輸出引腳；插件板上還具有用于與編程器通訊的通訊口。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字式插件板，其特征在于插件板引腳還包括開關(guān)量輸出引腳，CPU的開關(guān)量輸出與開關(guān)量輸出引腳連接。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)字式插件板，其特征在于模擬量輸入引腳、開關(guān)量輸入引腳、模擬量輸出引腳、開關(guān)量輸出引腳與微控制器之間設(shè)有光電耦合電路。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的數(shù)字式插件板，其特征在于模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路的輸入輸出電壓范圍為-10V～+10V。
專利摘要本實用新型涉及通用型數(shù)字式插件板，它為具有插件板引腳的插件板，插件板引腳包括模擬量輸入引腳、開關(guān)量輸入引腳、模擬量輸出引腳；插件板上還包括CPU、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路；模擬輸入引腳通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入CPU，開關(guān)量輸入引腳輸入CPU，CPU輸出通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路輸出到模擬量輸出引腳；插件板上還具有用于與編程器通訊的通訊口。本實用新型插件板為數(shù)字式插件板，因此其控制精度高，維護方便，輸入輸出顯示直觀，可靠性高，壽命長，抗干擾能力強，在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，它將使工業(yè)自動化過程的質(zhì)量得到大大的提高，所以，本實用新型具有較廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號G05B19/04GK2676256SQ20042001722
公開日2005年2月2日 申請日期2004年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者田玉 申請人:田玉, 郭斌