一种DCS系统模拟量输入模块技术方案

本实用新型专利技术公开了一种DCS系统模拟量输入模块，包括模拟信号输入电路、模数转换电路、CPLD和微处理器。模拟信号输入电路与8路不同仪表连接，获取外部模拟量输入信号；微处理器用于对采集到的外部模拟量输入信号进行校准和调试，与所述CPLD通过总线连接进行通讯；CPLD通过译码器控制8路模拟通道输入信号，对接收到输入信号进行处理，处理后的数据通过串口发送到DCS系统的上位机，同时接收上位机发送过来的指令。本实用新型专利技术可以精确的采样外部模拟量信号，并快速的将数据传递给上位机，从而满足工业现场的需要。

Analog input module of DCS system

The utility model discloses a analog input module of DCS system, which comprises analog signal input circuit, analog digital conversion circuit, CPLD and microprocessor. The analog signal input circuit with 8 different instruments connected to obtain external analog input signal; the microprocessor for external acquisition of the analog input signal for calibration and debugging, and the CPLD are connected via bus communication; CPLD control 8 analog input signal through the channel decoder for processing the received input signal processing. After the data is sent to the DCS system through the PC serial port, while receiving instructions sent by PC. The external analog signal can be accurately sampled by the utility model, and the data can be transmitted to the upper computer quickly, so as to meet the needs of the industrial field.

【技术实现步骤摘要】
一种DCS系统模拟量输入模块
本技术涉及DCS系统，尤其涉及一种DCS系统模拟量输入模块。
技术介绍
目前，分布式控制系统(distributedcontrolsystems,简称DCS)是一个高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、协调性、控制功能齐全的系统，已被广泛应用于电力、石油、化工、钢铁、造纸、水泥、脱硫、除尘、水处理等自动化控制领域中，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。新华DCS系统NetPAC是新华新一代的DCS系统。现有技术中，DCS系统中的模拟量输入模块负责现场4-20mA模拟量信号的采集，多采用异步485通信模式，其采集精度不高，通信速率较慢因此，本领域的技术人员致力于研究一种DCS系统多通道模拟量输入模块，提高模块的采样精度和通信速率。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本技术提供一种DCS系统模拟量输入模块，采用高性能微处理器(MCU)和可编程逻辑阵列(CPLD)并搭建专用的信号调理电路进行信号的采样和处理，采用同步485通信模式与上位机通信，提高模块的采样精度和通信速率。为实现上述目的，本技术提供了一种DCS系统模拟量输入模块，其特征在于，所述模拟量输入模块包括模拟信号输入电路、模数转换电路、CPLD和微处理器，其中，所述模拟信号输入电路与8路不同仪表连接，获取外部模拟量输入信号；并将接收到8通道外部模拟信号发送到所述模数转换电路；所述模数转换电路位于所述模拟信号输入电路和所述CPLD之间，用于对所述模拟信号输入电路采集到的外部模拟信号进行模数转换；所述微处理器用于对采集到的外部模拟量输入信号进行校准和调试，与所述CPLD通过总线连接进行通讯；所述CPLD(Complexprogrammablelogicdevices，复杂可编程逻辑器件)通过译码器控制8路模拟通道输入信号，接收到经过模数转换后的输入信号后对所述输入信号进行处理，和所述微处理器进行交换，并将处理后的数据通过串口发送到所述DCS系统的上位机，同时接收所述上位机发送过来的指令。在本技术的较佳实施方式中，所述模拟信号输入电路每一个通道都采用MOSFET晶体管为开关，所述DCS系统的上位机通过所述CPLD可单独控制各个通道的输出。在本技术的较佳实施方式中，所述模拟信号输入电路每一个通道的输入端都使用了可恢复保险丝。在本技术的另一较佳实施方式中，所述模数转换电路包括信号调理电路、模数转换器和数字隔离电路，其中，所述信号调理电路用于外部模拟量信号的处理，所述模数转换器将外部模拟信号转换为数字信号，所述数字隔离电路用于隔离现场设备对系统内部的干扰。在本技术的较佳实施方式中，所述模数转换器为16位A/D转换芯片ADS8320。在本技术的另一较佳实施方式中，数字隔离电路采用的是高速磁介质隔离芯片ADuM1200和ADuM1201。在本技术的较佳实施方式中，所述微处理器为32位的ARMM0芯片。在本技术的另一较佳实施方式中，所述CPLD为Lattice公司LCMXO2-1200HC-6TG100芯片。在本技术的较佳实施方式中，所述CPLD内部包含两组独立的RS485接口，通过所述两组RS485接口与所述DCS系统的上位机进行数据交换。在本技术的另一较佳实施方式中，所述每组RS485接口包含时钟线(CLK)和数据线(DAT)，采用同步串行方式与上层控制器通信。有益效果本技术采用高性能微处理器(MCU)和可编程逻辑阵列(CPLD)并搭建专用的信号调理电路进行信号的采样和处理，采用同步485通信模式与上位机通信，可以精确的采样外部模拟量信号，并快速的将数据传递给上位机，从而满足工业现场的需要。以下将结合附图对本技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本技术的一个较佳实施例的DCS系统模拟量输入模块的结构框图。图2是本技术的一个较佳实施例的模拟量输入模块信号调理电路的示意图。具体实施方式如图1所示，一种DCS系统模拟量输入模块，包括模拟信号输入电路、模数转换电路、CPLD和微处理器。模拟信号输入电路与8路不同仪表连接，获取外部模拟量输入信号；并将接收到8通道外部模拟信号发送到模数转换电路。模拟信号输入电路每一个通道都采用MOSFET晶体管为开关，DCS系统的上位机可通过CPLD单独控制各个通道的输出，使整个模拟量输入模块的输入控制更加灵活。同时，在每个通道的输入端都使用了可恢复保险丝，从而避免了外部浪涌干扰的冲击，保证回路安全可靠。模数转换电路位于模拟信号输入电路和CPLD之间，包括信号调理电路、模数转换器和数字隔离电路，信号调理电路用于外部模拟量信号的处理，其结构如图2所示，保证了系统的可靠性和采样精度；模数转换器将外部模拟信号转换为数字信号，模数转换器采用的是16位A/D转换芯片ADS8320，该模数转换器能达到500k/s转换速率；数字隔离电路用于隔离现场设备对系统内部的干扰，CPLD与模数转换器(ADC)的SPI接口数字隔离电路采用的是高速磁介质隔离芯片ADuM1200和ADuM1201，可隔离现场设备对系统内部的干扰，保证其正常工作。微处理器用于对采集到的外部模拟量输入信号进行校准和调试，完成8通道模拟数据的采集，并通过外部总线接口(EBI)与CPLD相连，完与CPLD的通信。。本实施例中微处理器采用的是32位的ARMM0芯片，用C语言编程。CPLD((Field－ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)通过多路分解器)控制8路模拟通道输入信号，接收到经过模数转换后的输入信号后对输入信号进行处理，和微处理器进行交换，并将处理后的数据通过串口发送到DCS系统的上位机，同时接收上位机发送过来的指令；控制多路开关的切换。本实施例中的CPLD采用的是Lattice公司LCMXO2-1200HC-6TG100芯片，并使用Verilog语言编程。。由于DCS系统的结构特点，有多组数据需通讯，故在CPLD中设置2组独立的RS485接口与不同的控制器独立通讯，每组RS485接口包含时钟线(CLK)和数据线(DAT)，采用同步串行方式与上层控制器通信，从而有效的提高了通信速率和容错能力。以上详细描述了本技术的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本技术的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本
中技术人员依本技术的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DCS系统模拟量输入模块，其特征在于，所述模拟量输入模块包括模拟信号输入电路、模数转换电路、CPLD和微处理器，其中，所述模拟信号输入电路与8路不同仪表连接，获取外部模拟量输入信号；并将接收到8通道外部模拟信号发送到所述模数转换电路；所述模数转换电路位于所述模拟信号输入电路和所述CPLD之间，用于对所述模拟信号输入电路采集到的外部模拟信号进行模数转换；所述微处理器用于对采集到的外部模拟量输入信号进行校准和调试，与所述CPLD通过总线连接进行通讯；所述CPLD通过译码器控制8路模拟通道输入信号，接收到经过模数转换后的输入信号后对所述输入信号进行处理，和所述微处理器进行交换，并将处理后的数据通过串口发送到所述DCS系统的上位机，同时接收所述上位机发送过来的指令。

【技术特征摘要】
1.一种DCS系统模拟量输入模块，其特征在于，所述模拟量输入模块包括模拟信号输入电路、模数转换电路、CPLD和微处理器，其中，所述模拟信号输入电路与8路不同仪表连接，获取外部模拟量输入信号；并将接收到8通道外部模拟信号发送到所述模数转换电路；所述模数转换电路位于所述模拟信号输入电路和所述CPLD之间，用于对所述模拟信号输入电路采集到的外部模拟信号进行模数转换；所述微处理器用于对采集到的外部模拟量输入信号进行校准和调试，与所述CPLD通过总线连接进行通讯；所述CPLD通过译码器控制8路模拟通道输入信号，接收到经过模数转换后的输入信号后对所述输入信号进行处理，和所述微处理器进行交换，并将处理后的数据通过串口发送到所述DCS系统的上位机，同时接收所述上位机发送过来的指令。2.如权利要求1所述的DCS系统模拟量输入模块，其特征在于，所述模拟信号输入电路每一个通道都采用MOSFET晶体管为开关，所述DCS系统的上位机通过所述CPLD可单独控制各个通道的输出。3.如权利要求1所述的DCS系统模拟量输入模块，其特征在于，所述模拟信号输入电路每一个通道的输入端都使用了可恢复保险丝。4.如权利要求1所述的DCS系统模拟量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张进奇，蒋杰，王维建，
申请(专利权)人：上海新华控制技术集团科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31