專利名稱：一種可熱插拔的多通道模擬量輸出模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一種可熱插拔的多通道模擬量輸出模塊，屬于多通道模擬量輸出裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱插拔是指將一個(gè)非上電的電路板嵌入到一個(gè)上電運(yùn)行的系統(tǒng)中，這個(gè)過(guò)程具有潛在的危險(xiǎn)性，有可能對(duì)系統(tǒng)或嵌入式主板造成永 久損壞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或使任意瞬態(tài)系統(tǒng)混亂。在背板式控制裝置的應(yīng)用中，背板上各個(gè)模塊之間功能獨(dú)立，一個(gè)模塊的插入或者拔出會(huì)引起整個(gè)裝置的斷電或者重新上電，造成系統(tǒng)控制功能的中斷，對(duì)生產(chǎn)和安全帶來(lái)隱患；使用傳統(tǒng)的模擬量輸出模塊，輸出信號(hào)一般只有I路、2路、或4路，以4路模擬量輸出模塊為例，如有一個(gè)工程項(xiàng)目需要16個(gè)模擬量輸出點(diǎn)，則需要用4塊模擬量輸出模塊，對(duì)上述工程項(xiàng)目中較多模擬量的處理需要較大的成本。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具備多路模擬量輸出且?guī)岵灏伪Ｗo(hù)功能的PLC模擬量輸出模塊。為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種可熱插拔的多通道模擬量輸出模塊，包括熱插拔電源模塊、MCU單元、模擬量輸出單元、通訊單元和人機(jī)交互單元，所述MCU單元的電源端口與熱插拔電源模塊的電源輸出端相連，所述模擬量輸出單元的輸入端與MCU單元的信號(hào)輸出端相連，所述MCU單元的通訊端口連接有通訊單元，MCU單元連接有人機(jī)交互單元；所述熱插拔電源模塊包括有限流保護(hù)模塊、過(guò)壓保護(hù)模塊、熱插拔控制器模塊、濾波處理模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊，限流保護(hù)模塊的輸出端依次串接過(guò)壓保護(hù)模塊、熱插拔控制器模塊和濾波處理模塊后與電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，所述電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端為熱插拔電源模塊的電源輸出端；所述模擬量輸出單元包括D/A轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)切換電路、電壓處理電路和電流處理電路，所述D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端為模擬量輸出單兀的輸入端,D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端串接開關(guān)切換電路后分別與電壓處理電路和電流處理電路的輸入端相連，所述電壓處理電路和電流處理電路的輸出端為模擬量輸出單兀的輸出端。所述電源轉(zhuǎn)換模塊的電源輸出端包括不同電壓等級(jí)的多個(gè)電源輸出端口。所述通訊單元包括隔離CAN總線、USB總線、隔離RS232總線和隔離RS485總線。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果一、本實(shí)用新型通過(guò)在多通道模擬量輸出模塊中采用熱插拔電源控制技術(shù)，達(dá)到了帶電狀態(tài)下不間斷控制，實(shí)現(xiàn)了多通道模擬量輸出模塊的熱插拔保護(hù)功能；二、本實(shí)用新型中的通訊單元采用完全電氣隔離方式，提高了裝置使用的安全性和抗干擾性；三、本實(shí)用新型中模擬量輸出單元使用兩片8通道16bit高精度DAC8718數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)16路模擬信號(hào)同時(shí)輸出，降低了工程項(xiàng)目中使用模擬量輸出模塊的成本；四、本實(shí)用新型中的模擬量輸出模塊采用多層PCB設(shè)計(jì)，抗干擾性能高，且具有功能擴(kuò)展特性，在不改變硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的控制策略。
以下結(jié)合附圖
對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖I為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖中I為熱插拔電源模塊、2為MCU單元、3為模擬量輸出單元、4為通訊單元、5為人機(jī)交互單元、6為限流保護(hù)模塊、7為過(guò)壓保護(hù)模塊、8為熱插拔控制器模塊、9為濾波處理模塊、10為電源轉(zhuǎn)換模塊、11為D/A轉(zhuǎn)換電路、12為開關(guān)切換電路、13為電壓處理電路、14為電流處理電路。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型一種可熱插拔的多通道模擬量輸出模塊，包括熱插拔電源模塊1、MCU單元2、模擬量輸出單元3、通訊單元4和人機(jī)交互單元5,所述MCU單元2的電源端口與熱插拔電源模塊I的電源輸出端相連，所述模擬量輸出單兀3的輸入端與MCU單元2的信號(hào)輸出端相連,所述MCU單元2的通訊端口連接有通訊單元4,所述通訊單元4包括隔離CAN總線、USB總線、隔離RS232總線和隔離RS485總線，MCU單元2連接有人機(jī)交互單元5 ；所述熱插拔電源模塊I包括有限流保護(hù)模塊6、過(guò)壓保護(hù)模塊7、熱插拔控制器模塊8、濾波處理模塊9和電源轉(zhuǎn)換模塊10，限流保護(hù)模塊6的輸出端依次串接過(guò)壓保護(hù)模塊7、熱插拔控制器模塊8和濾波處理模塊9后與電源轉(zhuǎn)換模塊10的輸入端相連，所述限流保護(hù)模塊6的輸入端可以設(shè)置有插座，所述插座可以直接與電源相連，所述電源轉(zhuǎn)換模塊10的輸出端為熱插拔電源模塊I的電源輸出端，電源轉(zhuǎn)換模塊10的電源輸出端包括不同電壓等級(jí)的多個(gè)電源輸出端口。所述模擬量輸出單元3包括D/A轉(zhuǎn)換電路11、開關(guān)切換電路12、電壓處理電路13和電流處理電路14，所述D/A轉(zhuǎn)換電路11的輸入端為模擬量輸出單元3的輸入端，D/A轉(zhuǎn)換電路11的輸出端串接開關(guān)切換電路12后分別與電壓處理電路13和電流處理電路14的輸入端相連，所述電壓處理電路13和電流處理電路14的輸出端為模擬量輸出單元3的輸出端。在具體實(shí)施過(guò)程中，本實(shí)用新型可以通過(guò)上述插座和背板式控制裝置的背板電源插槽連接，從背板插槽上取24V直流電，上述熱插拔電源模塊I通過(guò)其內(nèi)部的限流保護(hù)模塊6和過(guò)壓保護(hù)模塊7對(duì)輸入的24V直流電進(jìn)行限流和過(guò)壓保護(hù)，使本實(shí)用新型在熱插拔過(guò)程中產(chǎn)生瞬間尖峰電流和大電壓時(shí)，能夠防止尖峰脈沖進(jìn)入電路引起永久性和短暫性破壞，上述熱插拔控制器模塊8中的控制器具有可編程限制電流、過(guò)流保護(hù)、鎖存和自動(dòng)操作等功能，經(jīng)熱插拔控制器模塊8處理后的24V直流電再經(jīng)濾波處理模塊9濾波后，送入電源轉(zhuǎn)換模塊10，電源轉(zhuǎn)換模塊10將24V電壓轉(zhuǎn)換為各電路和模塊所需要的不同電壓等級(jí)的直流電源，為整個(gè)裝置供電。上述MCU單元2是本實(shí)用新型的核心部分，MCU單元2除了對(duì)各個(gè)采集信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、比較、分析之外，還要滿足控制策略的控制參數(shù)計(jì)算，實(shí)時(shí)采集信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)控制策略的優(yōu)化和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，完成與上層機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，記錄控制運(yùn)行的狀態(tài)以及發(fā)生故障時(shí)的事件記錄。上述模擬量輸出單元3中的開關(guān)切換電路12用來(lái)選擇輸出電壓或者電流，當(dāng)需要輸出電壓信號(hào)時(shí)，開關(guān)選擇電壓處理電路，當(dāng)需要輸出電流信號(hào)時(shí)，開關(guān)選擇電流處理電路，開關(guān)切換電路12實(shí)現(xiàn)了每個(gè)通道的輸出形式可選，可靈活配置輸出信號(hào)的類型；電壓處理電路13包括濾波電路和放大電路；電流處理電 路14包括濾波電路和電壓電流轉(zhuǎn)換電路，帶負(fù)載能力達(dá)300 Ω。上述人機(jī)交互單元5可以通過(guò)一個(gè)嵌入式燈板實(shí)現(xiàn)交互功能，共有24個(gè)LED顯示屏，可顯示觀測(cè)信號(hào)的采集、MCU單元2的運(yùn)行、報(bào)警、狀態(tài)指示等信息。上述MCU單元2通過(guò)通訊單元4可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)完成數(shù)據(jù)交換，通訊單元4包括隔離CAN總線、USB總線、隔離RS232總線和隔離RS485總線，MCU單元2與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)可選擇上述四種傳輸協(xié)議中的任意一種，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮了干擾源的特點(diǎn)，對(duì)隔離和濾波進(jìn)行了特別設(shè)計(jì)，這些通信電路都采用了隔離技術(shù)，可有效隔離干擾，系統(tǒng)EMC指標(biāo)可以完全按照工業(yè)A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。上述MCU單元2可以采用型號(hào)為STM32F107VC的MCU芯片，上述熱插拔電源模塊I中的熱插拔控制器模塊8可以采用型號(hào)為TPS2491的熱插拔控制器，模擬量輸出單元3中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以采用型號(hào)為DAC8718的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，本實(shí)用新型可以采用多層PCB設(shè)計(jì)，提聞抗干擾性能。
權(quán)利要求1.一種可熱插拔的多通道模擬量輸出模塊，其特征在于包括熱插拔電源模塊(I)、MCU單元(2)、模擬量輸出單元(3)、通訊單元(4)和人機(jī)交互單元(5)，所述MCU單元(2)的電源端口與熱插拔電源模塊(I)的電源輸出端相連，所述模擬量輸出單元(3)的輸入端與MCU單元(2)的信號(hào)輸出端相連，所述MCU單元(2)的通訊端口連接有通訊單元(4)，MCU單元(2)連接有人機(jī)交互單元(5)； 所述熱插拔電源模塊(I)包括有限流保護(hù)模塊(6)、過(guò)壓保護(hù)模塊(7)、熱插拔控制器模塊(8)、濾波處理模塊(9)和電源轉(zhuǎn)換模塊(10)，限流保護(hù)模塊(6)的輸出端依次串接過(guò)壓保護(hù)模塊(7)、熱插拔控制器模塊(8)和濾波處理模塊(9)后與電源轉(zhuǎn)換模塊(10)的輸入端相連，所述電源轉(zhuǎn)換模塊(10)的輸出端為熱插拔電源模塊(I)的電源輸出端； 所述模擬量輸出單元(3)包括D/A轉(zhuǎn)換電路(11)、開關(guān)切換電路(12)、電壓處理電路(13)和電流處理電路(14)，所述D/A轉(zhuǎn)換電路(11)的輸入端為模擬量輸出單元(3)的輸入端，D/A轉(zhuǎn)換電路(11)的輸出端串接開關(guān)切換電路(12)后分別與電壓處理電路(13)和電流處理電路(14)的輸入端相連，所述電壓處理電路(13)和電流處理電路(14)的輸出端為 模擬量輸出單元(3)的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可熱插拔的多通道模擬量輸出模塊，其特征在于所述電源轉(zhuǎn)換模塊(10)的電源輸出端包括不同電壓等級(jí)的多個(gè)電源輸出端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可熱插拔的多通道模擬量輸出模塊，其特征在于所述通訊單元(4)包括隔離CAN總線、USB總線、隔離RS232總線和隔離RS485總線。
專利摘要本實(shí)用新型一種可熱插拔的多通道模擬量輸出模塊，屬于多通道模擬量輸出裝置技術(shù)領(lǐng)域；所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具備多路模擬量輸出且?guī)岵灏伪Ｗo(hù)功能的PLC模擬量輸出模塊；采用的技術(shù)方案是一種可熱插拔的多通道模擬量輸出模塊，包括熱插拔電源模塊、MCU單元、模擬量輸出單元、通訊單元和人機(jī)交互單元，所述MCU單元的電源端口與熱插拔電源模塊的電源輸出端相連，所述模擬量輸出單元的輸入端與MCU單元的信號(hào)輸出端相連，所述MCU單元的通訊端口連接有通訊單元，MCU單元連接有人機(jī)交互單元；本實(shí)用新型廣泛適用于工業(yè)控制領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G05B19/05GK202583796SQ20122023525
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者李瑋, 吳曉闖, 王翠玲, 李文泉, 宋慧娟, 孟郁金, 王玉宏, 王耀華, 田濤 申請(qǐng)人:山西聯(lián)華偉業(yè)科技有限公司