專利名稱：一種AS-i高精度模擬量輸出模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，具體涉及一種AS-i高精度模擬量輸出模塊。
背景技術(shù)：
在一些廠礦的大型儀器設(shè)備上、在一些企業(yè)的現(xiàn)代化生產(chǎn)線中、在工業(yè)控制領(lǐng)域、儀器儀表領(lǐng)域等，通常都需要進(jìn)行大量數(shù)字量、模擬量等各種 數(shù)據(jù)的采集、傳輸和交換，系統(tǒng)通過對這些數(shù)據(jù)的處理、分析、判斷來完成整個(gè)系統(tǒng)得運(yùn)行和控制。那怎樣實(shí)現(xiàn)對模擬量信號(hào)的處理呢，底層模擬量信號(hào)處理模塊應(yīng)運(yùn)而生，它負(fù)責(zé)對各種底層現(xiàn)場的電壓，電流等模擬量信號(hào)進(jìn)行采集，處理、傳輸和輸出等。在工業(yè)領(lǐng)域，負(fù)責(zé)信息處理的模擬量模塊種類很多，有電壓型，電流型的、有輸入輸出型的、也有基于各類總線傳輸?shù)牡雀鞣N類模塊，而且普遍精度不高。AS-i模擬量輸出模塊就是這樣一種基于新型現(xiàn)代化工業(yè)控制AS-i總線來傳輸信號(hào)的高精度模擬量輸出模塊。它是AS-i總線類模塊產(chǎn)品中的一種模擬量從站，在AS-i系統(tǒng)中主要實(shí)現(xiàn)將AS-i主機(jī)的模擬量信號(hào)進(jìn)行編解碼，然后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)模擬電壓或電流進(jìn)行輸出，并確保系統(tǒng)精度。相對于AS-i其他數(shù)字量模塊，其在編碼方式，模擬量傳輸方面都較為復(fù)雜，因此現(xiàn)有的AS-i模擬量輸出模塊技術(shù)還不成熟。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種基于AS-i總線的模擬量數(shù)據(jù)輸出，從而完成對自動(dòng)化現(xiàn)場一些執(zhí)行和傳輸設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)交換的AS-i高精度模擬量輸出模塊。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種AS-i高精度模擬量輸出模塊，包括AS-i信號(hào)濾波電路，對AS-i總線傳遞來的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，去除AS-i總線上的噪音和諧波干擾；AS-i信號(hào)編解碼電路，接收AS-i總線數(shù)上的正弦波電壓信號(hào)，分析數(shù)據(jù)包，將AS-i總線發(fā)送的數(shù)值信號(hào)分離并傳遞給后級(jí)控制電路，同時(shí)向AS-i總線發(fā)送從站需求信號(hào)，進(jìn)行回碼確認(rèn)；主控電路模塊，將AS-i解碼電路傳遞過來的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行組合，分析處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際所要輸出的數(shù)據(jù)，通過信號(hào)隔離電路傳遞給數(shù)模轉(zhuǎn)換器；信號(hào)隔離電路，實(shí)現(xiàn)主控電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號(hào)隔離，以及對AS-i數(shù)字和模擬信號(hào)進(jìn)行隔離；D/A轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；電源模塊，提供穩(wěn)定的電源。進(jìn)一步的，所述電源模塊包括4-20mA輸出電路、電源濾波和保護(hù)電路以及傳感器電源切換電路。進(jìn)一步的，所述AS-i信號(hào)濾波電路包括模扼制電感線圈、電阻、穩(wěn)壓管、電容和瞬態(tài)抑制二極管，通過共模扼制電感線圈濾除總線上的高頻電流干擾，然后再通過電阻、穩(wěn)壓管、電容進(jìn)行低頻信號(hào)濾波，去除總線上的低頻電流干擾。進(jìn)一步的，所述AS-i信號(hào)編解碼電路包括ASI4U芯片。進(jìn)一步的，所述主控電路模塊包括單片機(jī)控制芯片和濾波器件。進(jìn)一步的，所述信號(hào)隔離電路為兩種，一種是采用高速光耦以及電阻、電容構(gòu)成的隔離電路；另一種是采用開關(guān)電源模塊構(gòu)成的隔離電路。進(jìn)一步的，所述D/A轉(zhuǎn)換電路為16位DA轉(zhuǎn)換芯片。進(jìn)一步的，所述電源濾波和保護(hù)電路是TVS管、共模濾波電感、反向保護(hù)二極管、差模濾波電感、電容和三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路組成的限流保護(hù)電路。該模擬量從站主要實(shí)現(xiàn)將總線傳遞來的數(shù)值信號(hào)，轉(zhuǎn)換處理后，然后將數(shù)值信號(hào)通過一定的接口電路轉(zhuǎn)換成模擬4-20mA電流輸出信號(hào)。同時(shí)，模塊可以給下級(jí)傳感器提供一定負(fù)載能力的電源支持，并且可以實(shí)現(xiàn)AS-i系統(tǒng)電源和外部輔助24V電源之間自由切換，該電源電路具備短路和限流等保護(hù)功能。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是本使用新型把AS-i電纜上的信號(hào)轉(zhuǎn)換成傳感器和執(zhí)行器等設(shè)備所能夠識(shí)別的電壓信號(hào)，以及把傳感器和執(zhí)行器的信號(hào)轉(zhuǎn)成AS-i主站可識(shí)別的信號(hào)，并反饋到AS-i電纜上，使傳感器和執(zhí)行器等設(shè)備得以通過AS-i總線與主站通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。另外，該模塊輸出電流分辨率高，系統(tǒng)反應(yīng)速度快，應(yīng)用環(huán)境溫度較寬，抗干擾性能較強(qiáng)，而且其防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67的標(biāo)準(zhǔn)。
以下結(jié)合附圖
及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述圖I為本實(shí)用新型的AS-i高精度模擬量輸出模塊電路原理框圖。圖2為AS-i信號(hào)濾波電路。圖3為AS_i /[目號(hào)編解碼電路。圖4為模塊主控電路。圖5為信號(hào)電源隔離、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換、4_20mA輸出電路原理框圖。圖6電源濾波和保護(hù)電路。圖7傳感器電源切換電路。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例如圖I所示的AS-i高精度模擬量輸出模塊由結(jié)構(gòu)件和電路部分組成，電氣部分安裝在結(jié)構(gòu)件內(nèi)部。電氣部分包括以下幾部分電路:AS-i信號(hào)濾波電路、AS-i信號(hào)編解碼電路、模塊主控電路、信號(hào)電源隔離電路、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路、4-20mA輸出電路、電源濾波和保護(hù)電路、傳感器電源切換電路等。該模擬量從站主要實(shí)現(xiàn)將總線傳遞來的數(shù)值信號(hào)，轉(zhuǎn)換處理后，然后將數(shù)值信號(hào)通過一定的接口電路轉(zhuǎn)換成模擬4-20mA電流輸出信號(hào)。同時(shí)，模塊可以給下級(jí)傳感器提供一定負(fù)載能力的電源支持，并且可以實(shí)現(xiàn)AS-i系統(tǒng)電源和外部輔助24V電源之間自由切換，該電源電路具備短路和限流等保護(hù)功能。AS-i信號(hào)濾波后，信號(hào)直接進(jìn)入AS-i信號(hào)編解碼電路。AS-i信號(hào)編解碼電路采用解碼專用芯片ASI4U，由其控制全部信號(hào)處理，將數(shù)據(jù)分時(shí)傳送給主控電路。主控電路單片機(jī)控制時(shí)序接收數(shù)據(jù)，然后通過信號(hào)隔離電路將數(shù)據(jù)發(fā)送給D A轉(zhuǎn)換器。是DA轉(zhuǎn)換器將隔離電路傳遞來的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出給4-20mA電路轉(zhuǎn)換成電流。如圖2所示的AS-i信號(hào)濾波電路主要由共模扼制電感線圈、電阻、穩(wěn)壓管、電容等濾波器件和瞬態(tài)抑制二極管組成，通過共模扼制電感線圈濾除總線上的高頻電流干擾，然后再通過電阻穩(wěn)壓管電容等組成低頻信號(hào)濾波，去除總線上的低頻電流干擾。瞬態(tài)抑制二極管主要完成對總線上的突發(fā)瞬態(tài)脈沖的抑制，濾波后的信號(hào)直接傳輸給解碼電路，完成
信號(hào)處理。如圖3所示的AS-i信號(hào)編解碼電路主要由AS-i專用芯片ASI4U及其附屬電路組成，該芯片首先實(shí)現(xiàn)對AS-i數(shù)據(jù)楨信號(hào)的接收確認(rèn)和對波形故障的判斷處理，而后對接收的數(shù)據(jù)地址和本模塊地址進(jìn)行比較，確認(rèn)是和本地址通信后，然后對主機(jī)進(jìn)行回碼確認(rèn)，表示該數(shù)據(jù)接收正確。ASI4U芯片將接收來的數(shù)據(jù)直接分配到相應(yīng)的數(shù)據(jù)線輸出，傳遞給主控 電路。如圖4所示的模塊主控是由單片機(jī)控制芯片和濾波器件組成，該電路結(jié)合其內(nèi)部軟件控制著整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)組合和數(shù)據(jù)輸出的時(shí)序。接收編解碼電路的傳輸信號(hào)，軟件根據(jù)一定的數(shù)學(xué)算法來完成數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)換，同時(shí)，將數(shù)據(jù)通過軟件模擬方式與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的通信。如圖5所示的信號(hào)電源隔離電路主要包括兩部分，一部分是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的隔離，主要由高速光耦HCPL0631和電阻電容等分立器件組成；另一部分是實(shí)現(xiàn)數(shù)字和模擬部分的電源隔離，主要是通過高性能、紋波小、各種保護(hù)齊全開關(guān)電源模塊構(gòu)成。通過這個(gè)隔離電路主要是防止數(shù)字部分和電源部分對模擬電路帶來的諧波干繞，使電路更加可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路主要由高精度，高分辨率，轉(zhuǎn)換速度快的16位DA轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，主要實(shí)現(xiàn)將單片機(jī)傳遞來的數(shù)字量轉(zhuǎn)換相應(yīng)模擬量電壓信號(hào)，然后作為4-20mA電路的輸入，通過其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)得電流輸出。輸出電路主要由失調(diào)小、低飄逸、高精度運(yùn)算放大器和精密電阻構(gòu)成，同時(shí)通過溫度漂移小的場效應(yīng)管來完成4-20mA的驅(qū)動(dòng)輸出，該電路精度等級(jí)高，工作溫度寬，可以達(dá)至IJ零下25攝氏度到零上85攝氏度，在其溫度范圍內(nèi)都可以達(dá)到0. 5級(jí)的精度。如圖6所示的電源濾波和保護(hù)電路、如圖7所示的傳感器電源切換電路等兩部分電路分別由TVS管，共模濾波電感，反向保護(hù)二極管，差模濾波電感，電容和LM317組成的限流保護(hù)電路，及電源自動(dòng)切換二極管等器件組成。電源濾波和保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)對電源線和電源自身所帶來的干擾進(jìn)行抑制，以保證后級(jí)工作電路的正常，同時(shí)實(shí)現(xiàn)過流，短路等保護(hù)；傳感器電源切換電路主要實(shí)現(xiàn)外部輔助24V電源和AS-i供電電源的自動(dòng)切換，提供更加靈活的供電方式。當(dāng)外部接入輔助電源時(shí)，傳感器供電采用輔助24V，當(dāng)輔助24V電源撤銷時(shí)，AS-I電源將為傳感器提供供電支持。
權(quán)利要求1.一種AS-i高精度模擬量輸出模塊，包括 AS-i信號(hào)濾波電路，對AS-i總線傳遞來的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，去除AS-i總線上的噪音和諧波干擾； AS-i信號(hào)編解碼電路，接收AS-i總線數(shù)上的正弦波電壓信號(hào)，分析數(shù)據(jù)包，將AS-i總線發(fā)送的數(shù)值信號(hào)分離并傳遞給后級(jí)控制電路，同時(shí)向AS-i總線發(fā)送從站需求信號(hào)，進(jìn)行回碼確認(rèn)； 主控電路模塊，將AS-i解碼電路傳遞過來的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行組合，分析處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際所要輸出的數(shù)據(jù)，通過信號(hào)隔離電路傳遞給數(shù)模轉(zhuǎn)換器； 信號(hào)隔離電路，實(shí)現(xiàn)主控電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號(hào)隔離，以及對AS-i數(shù)字和模擬信號(hào)進(jìn)行隔離； D/A轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)； 電源模塊，提供穩(wěn)定的電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的AS-i高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述電源模塊包括4-20mA輸出電路、電源濾波和保護(hù)電路以及傳感器電源切換電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的AS-i高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述AS-i信號(hào)濾波電路包括模扼制電感線圈、電阻、穩(wěn)壓管、電容和瞬態(tài)抑制二極管，通過共模扼制電感線圈濾除總線上的高頻電流干擾，然后再通過電阻、穩(wěn)壓管、電容進(jìn)行低頻信號(hào)濾波，去除總線上的低頻電流干擾。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的AS-i高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述AS-i信號(hào)編解碼電路包括ASI4U芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的AS-i高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述主控電路模塊包括單片機(jī)控制芯片和濾波器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的AS-i高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述信號(hào)隔離電路為兩種，一種是采用高速光耦以及電阻、電容構(gòu)成的隔離電路；另一種是采用開關(guān)電源模塊構(gòu)成的隔離電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的AS-i高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述D/A轉(zhuǎn)換電路為16位DA轉(zhuǎn)換芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的AS-i高精度模擬量輸出模塊，其特征在于，所述電源濾波和保護(hù)電路是TVS管、共模濾波電感、反向保護(hù)二極管、差模濾波電感、電容和三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路組成的限流保護(hù)電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種AS-i高精度模擬量輸出模塊，由結(jié)構(gòu)件和電路部分組成，電氣部分安裝在結(jié)構(gòu)件內(nèi)部。電氣部分包括以下幾部分電路AS-i信號(hào)濾波電路、AS-i信號(hào)編解碼電路、模塊主控電路、信號(hào)電源隔離電路、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路、4-20mA輸出電路、電源濾波和保護(hù)電路、傳感器電源切換電路等。該模擬量從站主要實(shí)現(xiàn)將總線傳遞來的數(shù)值信號(hào)，轉(zhuǎn)換處理后，然后將數(shù)值信號(hào)通過一定的接口電路轉(zhuǎn)換成模擬4-20mA電流輸出信號(hào)。同時(shí)，模塊可以給下級(jí)傳感器提供一定負(fù)載能力的電源支持，并且可以實(shí)現(xiàn)AS-i系統(tǒng)電源和外部輔助24V電源之間自由切換，該電源電路具備短路和限流等保護(hù)功能。
文檔編號(hào)G05B19/418GK202512413SQ20112043896
公開日2012年10月31日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者陳柏志 申請人:伊瑪精密電子(蘇州)有限公司