專利名稱：一種基于plc帶隔離的數(shù)字信號采集板卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動化控制中的開關(guān)量輸入處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于PLC帶隔離的數(shù)字信號采集板卡。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代科技發(fā)生著日新月異的變化，對設(shè)備的控制追求自動化、智能化，需要對被控設(shè)備采集大量的現(xiàn)場信號，常用的有各種壓力開關(guān)信號、行程開關(guān)信號、接近開關(guān)信號等數(shù)字量的采集。特別是在工業(yè)領(lǐng)域，模塊化、靈活性強(qiáng)的PLC被廣泛采用，需要采集現(xiàn)場大量的數(shù)字信號，配備多個多通道的數(shù)字信號采集模塊。目前廣泛采用的辦法是選用大量的接線端子、線槽、導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)接線安裝，硬件成本高，并且占用的安裝空間大，無形中增大了控制柜的體積、重量和占地面積，特別是針對海 洋平臺，寸土寸金，減小占地面積和重量是其追求的目標(biāo)，同時由于信號通道多，布線復(fù)雜，不美觀，檢查維修不便，安裝調(diào)試維護(hù)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于PLC帶隔離的數(shù)字信號采集板卡，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于信號采集通道多，接線復(fù)雜、安裝調(diào)試維護(hù)效率低、占用空間大、不美觀、檢查維修不便的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于PLC帶隔離的數(shù)字信號采集板卡，包括隔離保護(hù)電路、PLC端輸入接口 J1、外部負(fù)信號端輸入接口 J2和外部正信號端輸入接口 J3，隔離保護(hù)電路與PLC端輸入接口 J1、外部負(fù)信號端輸入接口 J2對應(yīng)連接。本發(fā)明的有益效果是，該采集板卡實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場與PLC控制器的電氣隔離，隔離電壓高達(dá)1000V，有效的保護(hù)PLC模塊，交流保護(hù)防止反向電流造成誤觸發(fā)；可以減小安裝空間，減輕安裝接線人員的工作量，提高安裝調(diào)試工作效率，減小控制箱的尺寸，降低了成產(chǎn)成本，通過多個本板卡可擴(kuò)展，使用靈活。


圖I是本發(fā)明基于PLC帶隔離的數(shù)字信號采集板卡的整體電路框圖；圖2是本發(fā)明裝置中的隔離保護(hù)電路I的示意圖；圖3是本發(fā)明裝置中的PLC端輸入接口 Jl的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明裝置中的外部負(fù)信號端輸入接口 J2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明裝置中的外部正信號端輸入接口 J3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I.隔離保護(hù)電路，2. PLC數(shù)字量輸入模塊，另外，Jl是PLC端輸入接口，J2是外部負(fù)信號端輸入接口，J3是外部正信號端輸入接口 ；RLY1、RLY2......RLY16分別表示16個通道的隔離繼電器；
24VSPDT表示繼電器為標(biāo)準(zhǔn)24V直流輸出型；D1、D2......D32 分別表示 32 個 IN4007 二極管；DIUDI2……DI16分別表示對應(yīng)PLC的16路數(shù)字信號輸入信號；DIODE為二極管在元件庫中默認(rèn)的名稱；signal I+、signal I-......signal 16+、signal 16-分別表示現(xiàn)場級開關(guān)量信號
或控制開關(guān)(或按鈕)的正負(fù)信號端。
具體實(shí)施例方式參照圖1，本發(fā)明基于PLC帶隔離的數(shù)字信號采集板卡，其結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)方式的PCB板卡，如虛線框所示，包括隔離保護(hù)電路1、PLC端輸入接口 Jl、外部負(fù)信號端輸入接口 J2和外部正信號端輸入接口 J3，隔離保護(hù)電路I與PLC端輸入接口 Jl、外部負(fù)信號端輸入接口J2對應(yīng)連接。PLC端輸入接口 Jl用于與PLC數(shù)字量輸入模塊2連接；外部負(fù)信號端輸入接口 J2用于同時與控制開關(guān)信號和現(xiàn)場級開關(guān)量信號連接；外部正信號端輸入接口 J3也用于同時與控制開關(guān)信號和現(xiàn)場級開關(guān)量信號連接。上述的PLC端輸入接口 Jl、外部負(fù)信號端輸入接口 J2、外部正信號端輸入接口 J3均選用PCB板用標(biāo)準(zhǔn)接線排，上述的三個接口和隔離保護(hù)電路I同時集成在標(biāo)準(zhǔn)的PCB板卡(接口卡)中。PLC端輸入接口 Jl是PCB板卡與PLC數(shù)字量輸入模塊2的連接接口 ；隔離保護(hù)電路I能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場級開關(guān)量信號和PLC數(shù)字量輸入模塊之間的電氣隔離，交流保護(hù)防止反向電流造成信號的誤觸發(fā)；外部負(fù)信號端輸入接口 J2和外部正信號端輸入接口 J3分別是PCB板卡與控制開關(guān)信號和現(xiàn)場級開關(guān)量信號的連接接口。本發(fā)明以下結(jié)構(gòu)的描述，是基于16通道實(shí)施例的數(shù)量進(jìn)行設(shè)置，實(shí)際使用中，通過相應(yīng)的擴(kuò)展則能夠?qū)崿F(xiàn)更多通道的采集。PLC數(shù)字量輸入模塊2可選用西門子標(biāo)準(zhǔn)24VDC輸入的SM321器件，或其他的PLC數(shù)字量輸入模塊；控制開關(guān)信號(或按鈕信號)包括各類開關(guān)、按鈕，現(xiàn)場級開關(guān)量信號包括各種壓力開關(guān)信號、行程開關(guān)信號、接近開關(guān)信號。參照圖2，隔離保護(hù)電路I中包括16個REL-MR-24DC/21繼電器及對應(yīng)的32個
IN4007 二極管，即RLYl及其對應(yīng)的Dl和D17、RLY2及其對應(yīng)的D2和D18......RLY16及其
對應(yīng)的D16和D32，各組接線方式及原理一致，以下分別以RLYl及其Dl和D17和RLY2及其D2和D18為例加以說明RLYl選用的是帶一路常開和一路常閉的繼電器，二極管Dl的兩端與繼電器RLYl的兩端對應(yīng)相連，與二極管Dl負(fù)端相連的繼電器RLYl的線圈端與二極管D17負(fù)端相連，二極管D17正端接至外部負(fù)信號端輸入接口 J2的I號端(J2-1)，與二極管Dl正端相連的繼電器RLYl的線圈端與另外15個繼電器RLY2、RLY3……RLY16的線圈的對應(yīng)端依次互連，并一起接至外部負(fù)信號端輸入接口 J2的17號端(J2-17);繼電器RLYl的開關(guān)側(cè)動觸點(diǎn)端與另外15個繼電器RLY2、RLY3……RLY16的開關(guān)側(cè)對應(yīng)端依次互連，并一起接至PLC端輸入接口 Jl的I號端(Jl-I);繼電器RLYl的開關(guān)側(cè)常開觸點(diǎn)端接至PLC端輸入接口 Jl的17號端(J1-17)；
RLY2選用的是帶一路常開和一路常閉的繼電器，二極管D2的兩端與繼電器RLY2的兩端對應(yīng)相連，與二極管D2負(fù)端相連的繼電器RLY2的線圈端與二極管D18負(fù)端相連，二極管D18正端接至外部負(fù)信號端輸入接口 J2的2號端(J2-2)，與二極管D2正端相連的繼電器RLY2的線圈端與另外15個繼電器RLY1、RLY3……RLY16的線圈的對應(yīng)端依次互連，并一起接至外部負(fù)信號端輸入接口 J2的17號端(J2-17);繼電器RLY2的開關(guān)側(cè)動觸點(diǎn)端與另外15個繼電器RLY1、RLY3……RLY16的開關(guān)側(cè)對應(yīng)端依次互連，并一起接至PLC端輸入接口 Jl的I號端(Jl-I);繼電器RLY2的開關(guān)側(cè)常開觸點(diǎn)端接至PLC端輸入接口 Jl的16號端(J1-16)；RLY3分別與D3和D19接線、RLY4分別與D4和D20接線......RLY16分別與D16和
D32接線，分別與RLYl及其Dl和D17、RLY2及其D2和D18接線方式一致，依此類推。參照圖3，PLC端輸入接口 Jl的結(jié)構(gòu)是，共有17個接口端，其中的I號端的一端接PLC直流供電電源的正極(24VDC)，另一端接16個繼電器RLY1、RLY2……RLY16的開關(guān)側(cè)動 觸點(diǎn)端依次互連端(J1-1)，其余的17、16……2號端接線方式一致，以下以17、16號端接線為例加以說明17號端的一端接PLC數(shù)字量輸入模塊2的第I路輸入(DI1)，17號端的另一端接繼電器RLYl的開關(guān)側(cè)常開觸點(diǎn)端(J1-17)；16號端的一端接PLC數(shù)字量輸入模塊2的第2路輸入(DI2), 16號端的另一端接繼電器RLY2的開關(guān)側(cè)常開觸點(diǎn)端(J1-16);依此類推。參照圖4，外部負(fù)信號端輸入接口 J2的結(jié)構(gòu)是，共有17個接口端，其中的17號端的一端接PLC直流供電電源的公共負(fù)極(0VDC)，17號端的另一端接與二極管D16正端相連的RLY1、RLY2……RLY16繼電器的線圈端(J2-17)，其余的1、2……16號端接線方式一致，以下以1、2號端接線為例加以說明；I號端的一端接第一路控制開關(guān)信號或現(xiàn)場級開關(guān)量信號的負(fù)信號端(signal1-)，1號端的另一端接二極管D17正端(J2-1)；2號端的一端接第二路控制開關(guān)信號或現(xiàn)場級開關(guān)量信號的負(fù)信號端(signal2_)，2號端的另一端接二極管D18正端(J2-2);依此類推。參照圖5，外部正信號端輸入接口 J3的結(jié)構(gòu)是，共有17個接口端，其中的17號端的一端接24V直流工業(yè)電源的24V端(24VDC)，17號端的另一端與另外的1、2……16號對應(yīng)端依次互連，其余的1、2……16號端接線方式一致，以下以1、2號端接線為例加以說明I號端的一端接第一路控制開關(guān)信號或現(xiàn)場級開關(guān)量信號的正信號端(signal1+)，I號端的另一端與J3接口的2、3……17號對應(yīng)端依次互連；2號端的一端接第二路控制開關(guān)信號或現(xiàn)場級開關(guān)量信號的正信號端(signal2+)，2號端的另一端與J3接口的1、3……17號對應(yīng)端依次互連；依此類推。本發(fā)明基于目前廣泛采用的PLC控制系統(tǒng)而設(shè)計，設(shè)計了一種基于PLC帶隔離的數(shù)字信號采集板卡，以解決采集大量數(shù)字量時，接線復(fù)雜，占用空間大，安裝調(diào)試效率低的問題，應(yīng)用REL-MR-24DC/21實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號和PLC模塊之間的電氣隔離，保護(hù)PLC模塊；利用IN4007實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場傳感器信號采集的交流保護(hù)；通過制作PCB電路板減小了安裝空間，并省去了傳統(tǒng)過程中中間環(huán)節(jié)的復(fù)雜接線工作，只需要完成PCB板與現(xiàn)實(shí)級和PLC端接線即可實(shí)現(xiàn)通訊，大大提高了工作效率。解決了采集大量數(shù)字量輸入時，接線復(fù)雜，占用空間大，安裝調(diào)試效率低的問 題。
權(quán)利要求
1.一種基于PLC帶隔離的數(shù)字信號采集板卡，其特征在于包括隔離保護(hù)電路(1)、PLC端輸入接口 Jl、外部負(fù)信號端輸入接口 J2和外部正信號端輸入接口 J3，隔離保護(hù)電路(I)與PLC端輸入接口 J1、外部負(fù)信號端輸入接口 J2對應(yīng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于PLC帶隔離的數(shù)字信號采集板卡，其特征在于所述的隔離保護(hù)電路(I)中包括16個REL-MR-24DC/21型號的繼電器及對應(yīng)的32個型號的IN4007二極管，即RLYl及其對應(yīng)的Dl和D17、RLY2及其對應(yīng)的D2和D18......RLY16及其對應(yīng)的D16和D32，各組接線方式一致，以下以RLYl及其Dl和D17、RLY2及其D2和D18為例加以說明 RLYl選用的是帶一路常開和一路常閉的繼電器，二極管Dl的兩端與繼電器RLYl的兩端對應(yīng)相連，與二極管Dl負(fù)端相連的繼電器RLYl的線圈端與二極管D17負(fù)端相連，二極管D17正端接至外部負(fù)信號端輸入接口 J2的I號端(J2-1)，與二極管Dl正端相連的繼電器RLYl的線圈端與另外15個繼電器RLY2、RLY3……RLY16的線圈的對應(yīng)端依次互連，并一起接至外部負(fù)信號端輸入接口 J2的17號端(J2-17);繼電器RLYl的開關(guān)側(cè)動觸點(diǎn)端與另外15個繼電器RLY2、RLY3……RLY16的開關(guān)側(cè)對應(yīng)端依次互連，并一起接至PLC端輸入接口Jl的I號端(Jl-I);繼電器RLYl的開關(guān)側(cè)常開觸點(diǎn)端接至PLC端輸入接口 Jl的17號端(J1-17)； RLY2選用的是帶一路常開和一路常閉的繼電器，二極管D2的兩端與繼電器RLY2的兩端對應(yīng)相連，與二極管D2負(fù)端相連的繼電器RLY2的線圈端與二極管D18負(fù)端相連，二極管D18正端接至外部負(fù)信號端輸入接口 J2的2號端(J2-2)，與二極管D2正端相連的繼電器RLY2的線圈端與另外15個繼電器RLY1、RLY3……RLY16的線圈的對應(yīng)端依次互連，并一起接至外部負(fù)信號端輸入接口 J2的17號端(J2-17);繼電器RLY2的開關(guān)側(cè)動觸點(diǎn)端與另外15個繼電器RLYl、RLY3……RLY16的開關(guān)側(cè)對應(yīng)端依次互連，并一起接至PLC端輸入接口Jl的I號端(Jl-I);繼電器RLY2的開關(guān)側(cè)常開觸點(diǎn)端接至PLC端輸入接口 Jl的16號端(J1-16)； RLY3分別與D3和D19接線、RLY4分別與D4和D20接線......RLY16分別與D16和D32接線，與RLYl及其Dl和D17、RLY2及其D2和D18，依此類推。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于PLC帶隔離的數(shù)字信號采集板卡，其特征在于所述的PLC端輸入接口 Jl用于與PLC數(shù)字量輸入模塊(2)連接， PLC端輸入接口 Jl的結(jié)構(gòu)是，共有17個接口端，其中的I號端的一端接PLC直流供電電源的正極，即24VDC，I號端的另一端接16個繼電器RLY1、RLY2……RLY16的開關(guān)側(cè)動觸點(diǎn)端依次互連端(J1-1)，其余的17、16……2號端接線方式一致，以下以17、16號端接線為例加以說明 17號端的一端接PLC數(shù)字量輸入模塊(2)的第I路輸入(DI1)，17號端的另一端接繼電器RLYl的開關(guān)側(cè)常開觸點(diǎn)端(J1-17)； 16號端的一端接PLC數(shù)字量輸入模塊(2)的第2路輸入(DI2),16號端的另一端接繼電器RLY2的開關(guān)側(cè)常開觸點(diǎn)端(J1-16)； 其他各端依此類推。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于PLC帶隔離的數(shù)字信號采集板卡，其特征在于所述的外部負(fù)信號端輸入接口 J2用于同時與控制開關(guān)信號和現(xiàn)場級開關(guān)量信號連接，外部負(fù)信號端輸入接口 J2的結(jié)構(gòu)是，共有17個接口端，其中的17號端的一端接PLC直流供電電源的公共負(fù)極(0VDC)，17號端的另一端接與二極管D16正端相連的RLY1、RLY2……RLY16繼電器的線圈端(J2-17)，其余的1、2……16號端接線方式一致，以下以I、2號端接線為例加以說明 I號端的一端接第一路控制開關(guān)信號或現(xiàn)場級開關(guān)量信號的負(fù)信號端(signal 1-),1號端的另一端接二極管D17正端(J2-1)； 2號端的一端接第二路控制開關(guān)信號或現(xiàn)場級開關(guān)量信號的負(fù)信號端(signal 2-),2號端的另一端接二極管D18正端(J2-2)； 其他各端依此類推。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于PLC帶隔離的數(shù)字信號采集板卡，其特征在于所述的外部正信號端輸入接口 J3用于同時與控制開關(guān)信號和現(xiàn)場級開關(guān)量信號連接， 外部正信號端輸入接口 J3的結(jié)構(gòu)是，共有17個接口端，其中的17號端的一端接24V直流工業(yè)電源的24V端(24VDC)，17號端的另一端與另外的1、2……16號對應(yīng)端依次互連，其余的1、2……16號端接線方式一致，以下以1、2號端接線為例加以說明 I號端的一端接第一路控制開關(guān)信號或現(xiàn)場級開關(guān)量信號的正信號端(signal 1+),1號端的另一端與J3接口的2、3……17號對應(yīng)端依次互連； 2號端的一端接第二路控制開關(guān)信號或現(xiàn)場級開關(guān)量信號的正信號端(signal 2+),2號端的另一端與J3接口的1、3……17號對應(yīng)端依次互連； 其他各端依此類推。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于PLC帶隔離的數(shù)字信號采集板卡，包括隔離保護(hù)電路、PLC端輸入接口J1、外部負(fù)信號端輸入接口J2和外部正信號端輸入接口J3，隔離保護(hù)電路與PLC端輸入接口J1、外部負(fù)信號端輸入接口J2對應(yīng)連接。本發(fā)明制作，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號和PLC模塊之間的電氣隔離，保護(hù)PLC模塊；利用IN4007實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場傳感器信號采集的交流保護(hù)；通過制作PCB電路板減小了安裝空間，并省去了傳統(tǒng)過程中中間環(huán)節(jié)的復(fù)雜接線工作，只需要完成PCB板與現(xiàn)實(shí)級和PLC端接線即可實(shí)現(xiàn)通訊，大大提高了工作效率。
文檔編號G05B19/05GK102854835SQ20121034190
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者張鵬飛, 于興軍, 劉啟蒙, 董興華, 郭振東 申請人:寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司