專利名稱：一種基于plc帶隔離的數字信號采集板卡的制作方法
技術領域：
本發明屬于自動化控制中的開關量輸入處理技術領域，涉及一種基于PLC帶隔離的數字信號采集板卡。
背景技術：
現代科技發生著日新月異的變化，對設備的控制追求自動化、智能化，需要對被控設備采集大量的現場信號，常用的有各種壓力開關信號、行程開關信號、接近開關信號等數字量的采集。特別是在工業領域，模塊化、靈活性強的PLC被廣泛采用，需要采集現場大量的數字信號，配備多個多通道的數字信號采集模塊。目前廣泛采用的辦法是選用大量的接線端子、線槽、導軌實現接線安裝，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，同時由于信號通道多，布線復雜，不美觀，檢查維修不便，安裝調試維護效率低。

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


圖I是本發明基于PLC帶隔離的數字信號采集板卡的整體電路框圖；圖2是本發明裝置中的隔離保護電路I的示意圖；圖3是本發明裝置中的PLC端輸入接口 Jl的結構示意圖；圖4是本發明裝置中的外部負信號端輸入接口 J2的結構示意圖；圖5是本發明裝置中的外部正信號端輸入接口 J3的結構示意圖。圖中，I.隔離保護電路，2. PLC數字量輸入模塊，另外，Jl是PLC端輸入接口，J2是外部負信號端輸入接口，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表示繼電器為標準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PLC的16路數字信號輸入信號；DIODE為二極管在元件庫中默認的名稱；signal I+、signal I-......signal 16+、signal 16-分別表示現場級開關量信號
或控制開關(或按鈕)的正負信號端。
具體實施例方式參照圖1，本發明基于PLC帶隔離的數字信號采集板卡，其結構為標準方式的PCB板卡，如虛線框所示，包括隔離保護電路1、PLC端輸入接口 Jl、外部負信號端輸入接口 J2和外部正信號端輸入接口 J3，隔離保護電路I與PLC端輸入接口 Jl、外部負信號端輸入接口J2對應連接。PLC端輸入接口 Jl用于與PLC數字量輸入模塊2連接；外部負信號端輸入接口 J2用于同時與控制開關信號和現場級開關量信號連接；外部正信號端輸入接口 J3也用于同時與控制開關信號和現場級開關量信號連接。上述的PLC端輸入接口 Jl、外部負信號端輸入接口 J2、外部正信號端輸入接口 J3均選用PCB板用標準接線排，上述的三個接口和隔離保護電路I同時集成在標準的PCB板卡(接口卡)中。PLC端輸入接口 Jl是PCB板卡與PLC數字量輸入模塊2的連接接口 ；隔離保護電路I能夠實現現場級開關量信號和PLC數字量輸入模塊之間的電氣隔離，交流保護防止反向電流造成信號的誤觸發；外部負信號端輸入接口 J2和外部正信號端輸入接口 J3分別是PCB板卡與控制開關信號和現場級開關量信號的連接接口。本發明以下結構的描述，是基于16通道實施例的數量進行設置，實際使用中，通過相應的擴展則能夠實現更多通道的采集。PLC數字量輸入模塊2可選用西門子標準24VDC輸入的SM321器件，或其他的PLC數字量輸入模塊；控制開關信號(或按鈕信號)包括各類開關、按鈕，現場級開關量信號包括各種壓力開關信號、行程開關信號、接近開關信號。參照圖2，隔離保護電路I中包括16個REL-MR-24DC/21繼電器及對應的32個
IN4007 二極管，即RLYl及其對應的Dl和D17、RLY2及其對應的D2和D18......RLY16及其
對應的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的兩端對應相連，與二極管Dl負端相連的繼電器RLYl的線圈端與二極管D17負端相連，二極管D17正端接至外部負信號端輸入接口 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的線圈的對應端依次互連，并一起接至外部負信號端輸入接口 J2的17號端(J2-17);繼電器RLYl的開關側動觸點端與另外15個繼電器RLY2、RLY3……RLY16的開關側對應端依次互連，并一起接至PLC端輸入接口 Jl的I號端(Jl-I);繼電器RLYl的開關側常開觸點端接至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的兩端對應相連，與二極管D2負端相連的繼電器RLY2的線圈端與二極管D18負端相連，二極管D18正端接至外部負信號端輸入接口 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的線圈的對應端依次互連，并一起接至外部負信號端輸入接口 J2的17號端(J2-17);繼電器RLY2的開關側動觸點端與另外15個繼電器RLY1、RLY3……RLY16的開關側對應端依次互連，并一起接至PLC端輸入接口 Jl的I號端(Jl-I);繼電器RLY2的開關側常開觸點端接至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的結構是，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的開關側動 觸點端依次互連端(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的開關側常開觸點端(J1-17)；16號端的一端接PLC數字量輸入模塊2的第2路輸入(DI2), 16號端的另一端接繼電器RLY2的開關側常開觸點端(J1-16);依此類推。參照圖4，外部負信號端輸入接口 J2的結構是，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信號或現場級開關量信號的負信號端(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信號或現場級開關量信號的負信號端(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的結構是，共有17個接口端，其中的17號端的一端接24V直流工業電源的24V端(24VDC)，17號端的另一端與另外的1、2……16號對應端依次互連，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信號或現場級開關量信號的正信號端(signal1+)，I號端的另一端與J3接口的2、3……17號對應端依次互連；2號端的一端接第二路控制開關信號或現場級開關量信號的正信號端(signal2+)，2號端的另一端與J3接口的1、3……17號對應端依次互連；依此類推。本發明基于目前廣泛采用的PLC控制系統而設計，設計了一種基于PLC帶隔離的數字信號采集板卡，以解決采集大量數字量時，接線復雜，占用空間大，安裝調試效率低的問題，應用REL-MR-24DC/21實現了數字信號和PLC模塊之間的電氣隔離，保護PLC模塊；利用IN4007實現了現場傳感器信號采集的交流保護；通過制作PCB電路板減小了安裝空間，并省去了傳統過程中中間環節的復雜接線工作，只需要完成PCB板與現實級和PLC端接線即可實現通訊，大大提高了工作效率。解決了采集大量數字量輸入時，接線復雜，占用空間大，安裝調試效率低的問 題。
權利要求
1.一種基于PLC帶隔離的數字信號采集板卡，其特征在于包括隔離保護電路(1)、PLC端輸入接口 Jl、外部負信號端輸入接口 J2和外部正信號端輸入接口 J3，隔離保護電路(I)與PLC端輸入接口 J1、外部負信號端輸入接口 J2對應連接。
2.根據權利要求I所述的基于PLC帶隔離的數字信號采集板卡，其特征在于所述的隔離保護電路(I)中包括16個REL-MR-24DC/21型號的繼電器及對應的32個型號的IN4007二極管，即RLYl及其對應的Dl和D17、RLY2及其對應的D2和D18......RLY16及其對應的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的兩端對應相連，與二極管Dl負端相連的繼電器RLYl的線圈端與二極管D17負端相連，二極管D17正端接至外部負信號端輸入接口 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的線圈的對應端依次互連，并一起接至外部負信號端輸入接口 J2的17號端(J2-17);繼電器RLYl的開關側動觸點端與另外15個繼電器RLY2、RLY3……RLY16的開關側對應端依次互連，并一起接至PLC端輸入接口Jl的I號端(Jl-I);繼電器RLYl的開關側常開觸點端接至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的兩端對應相連，與二極管D2負端相連的繼電器RLY2的線圈端與二極管D18負端相連，二極管D18正端接至外部負信號端輸入接口 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的線圈的對應端依次互連，并一起接至外部負信號端輸入接口 J2的17號端(J2-17);繼電器RLY2的開關側動觸點端與另外15個繼電器RLYl、RLY3……RLY16的開關側對應端依次互連，并一起接至PLC端輸入接口Jl的I號端(Jl-I);繼電器RLY2的開關側常開觸點端接至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.根據權利要求I所述的基于PLC帶隔離的數字信號采集板卡，其特征在于所述的PLC端輸入接口 Jl用于與PLC數字量輸入模塊(2)連接， PLC端輸入接口 Jl的結構是，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的開關側動觸點端依次互連端(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的開關側常開觸點端(J1-17)； 16號端的一端接PLC數字量輸入模塊(2)的第2路輸入(DI2),16號端的另一端接繼電器RLY2的開關側常開觸點端(J1-16)； 其他各端依此類推。
4.根據權利要求I所述的基于PLC帶隔離的數字信號采集板卡，其特征在于所述的外部負信號端輸入接口 J2用于同時與控制開關信號和現場級開關量信號連接，外部負信號端輸入接口 J2的結構是，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信號或現場級開關量信號的負信號端(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信號或現場級開關量信號的負信號端(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.根據權利要求I所述的基于PLC帶隔離的數字信號采集板卡，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信號和現場級開關量信號連接， 外部正信號端輸入接口 J3的結構是，共有17個接口端，其中的17號端的一端接24V直流工業電源的24V端(24VDC)，17號端的另一端與另外的1、2……16號對應端依次互連，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信號或現場級開關量信號的正信號端(signal 1+),1號端的另一端與J3接口的2、3……17號對應端依次互連； 2號端的一端接第二路控制開關信號或現場級開關量信號的正信號端(signal 2+),2號端的另一端與J3接口的1、3……17號對應端依次互連； 其他各端依此類推。
全文摘要
本發明公開了一種基于PLC帶隔離的數字信號采集板卡，包括隔離保護電路、PLC端輸入接口J1、外部負信號端輸入接口J2和外部正信號端輸入接口J3，隔離保護電路與PLC端輸入接口J1、外部負信號端輸入接口J2對應連接。本發明制作，實現了數字信號和PLC模塊之間的電氣隔離，保護PLC模塊；利用IN4007實現了現場傳感器信號采集的交流保護；通過制作PCB電路板減小了安裝空間，并省去了傳統過程中中間環節的復雜接線工作，只需要完成PCB板與現實級和PLC端接線即可實現通訊，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 優先權日2012年9月14日
發明者張鵬飛, 于興軍, 劉啟蒙, 董興華, 郭振東 申請人:寶雞石油機械有限責任公司