一种基于现场总线的热电偶测量模块制造技术

本实用新型专利技术提供一种基于现场总线的热电偶测量模块，包括处理器、以太网交换机、电源模块和总线隔离单元，处理器分别与以太网交换机、电源模块和总线隔离单元电连接，以太网交换机一路通过隔离变压器后与以太网连接器LINK1电连接，另一路通过隔离变压器后与以太网连接器LINK2电连接，总线隔离单元通过模数转换器与多路模拟开关电连接，多路模拟开关依次通过低通滤波电路、过压保护电路后与IO接口连接器电连接。本模块所有测量端口可以进行热电阻RTD和热电偶TC测量任意配置，集成标准以太网工业协议，特别适用于大数据量传输和实时控制温度测量系统使用，方便工业现场快速组网和系统扩展，满足客户不同需求。

A thermocouple measurement module based on Fieldbus

【技术实现步骤摘要】
一种基于现场总线的热电偶测量模块
本技术涉及工业总线领域，尤其涉及一种基于现场总线的热电偶测量模块。
技术介绍
高精度温度测量是工业自动化应用中的一个关键参数。在工业温度测量应用领域中，设备需要适应恶劣的工况环境，对温度采集要求测温范围广、采样速度快、精度要求高。现场中应用中不同的客户使用不同的温度传感器(TC或RTD传感器)以及不同接线方式(如2/3/4线制)，目前的温度采集模块很难同时满足这些不同测量需求；同时一些产品不具有标准工业总线协议，不满足大数据量的传输、不方便工业组网。因此，研发一种基于现场总线的热电偶测量模块是个亟待解决的问题。
技术实现思路
本技术要解决以上技术问题，提供一种基于现场总线的热电偶测量模块，可以满足不同传感器需求，具备标准工业以太网总线协议，安全可靠、体积小巧的测量模块。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种基于现场总线的热电偶测量模块，包括处理器、以太网交换机、电源模块和总线隔离单元，所述处理器分别与以太网交换机、电源模块和总线隔离单元电连接，所述以太网交换机一路通过隔离变压器后与以太网连接器LINK1电连接，另一路通过隔离变压器后与以太网连接器LINK2电连接，以太网交换机扩展两路以太网接口进行数据传输，所述总线隔离单元通过模数转换器与多路模拟开关电连接，所述多路模拟开关依次通过低通滤波电路、过压保护电路后与IO接口连接器电连接。进一步的，所述处理器还通过IO隔离单元与多路模拟开关电连接，控制多路模拟开关切换实现多通道和切换，实现温度的测量和读取。进一步的，所述电源模块分别与一M8-4芯电源连接器IN管脚和一M8-4芯电源连接器OUT管脚电连接，电源模块将外部DC18～36V转换成内部电路需要3.3V和5V电平，同时电源OUT为下一级模块供电，方便模块级联。进一步的，本控制模块采用IP67防护等级。进一步的，所述以太网连接器LINK1和以太网连接器LINK2分别与外部以太网通信电路连接。IO接口连接器采集温度信号。进一步的，所述处理器型号为STM32F407，所述电源模块包括LM2596和LM1117-3.3，所述以太网交换机型号为LAN9303。所述总线隔离单元为ADuM5401，所述IO隔离单元为ADuM1280，所述模数转换器为AD7193。进一步的，所述以太网连接器为M8-4芯以太网连接器，所述IO接口连接器为M12-5芯IO连接器。本控制模块采用以下方式进行级联：上一级M8-4芯电源连接器OUT接口与下一级M8-4芯电源连接器IN接口电连接，上一级以太网连接器LINK2与下一级以太网连接器LINK1电连接。本技术具有的优点和积极效果是：本模块所有测量端口可以进行热电阻RTD和热电偶TC测量任意配置，集成标准以太网工业协议，特别适用于大数据量传输和实时控制温度测量系统使用，方便工业现场快速组网和系统扩展；结构紧凑小巧，便于安装，特别适应工业现场恶略环境中使用，满足客户不同需求。附图说明图1是本技术原理框图；图2是模块级联系统框图；图3是4线制RTD测量示意图；图4是低通滤波电路图。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施例做详细说明。如图1所示，一种基于现场总线的热电偶测量模块，包括处理器、以太网交换机、电源模块和总线隔离单元，所述处理器分别与以太网交换机、电源模块和总线隔离单元电连接，所述以太网交换机一路通过隔离变压器后与以太网连接器LINK1电连接，另一路通过隔离变压器后与以太网连接器LINK2电连接，以太网交换机扩展两路以太网接口进行数据传输，所述总线隔离单元通过模数转换器与多路模拟开关电连接，所述多路模拟开关依次通过低通滤波电路、过压保护电路后与IO接口连接器电连接。所述处理器还通过IO隔离单元与多路模拟开关电连接，控制多路模拟开关切换实现多通道和切换，实现温度的测量和读取。所述电源模块分别与一M8-4芯电源连接器IN管脚和一M8-4芯电源连接器OUT管脚电连接，电源模块将外部DC18～36V转换成内部电路需要3.3V和5V电平，同时电源OUT为下一级模块供电，方便模块级联。所述以太网连接器LINK1和以太网连接器LINK2分别与外部以太网通信电路连接。IO接口连接器采集温度信号。所述以太网连接器为M8-4芯以太网连接器，所述IO接口连接器为M12-5芯IO连接器。所述处理器型号为STM32F407，所述电源模块包括LM2596和LM1117-3.3，所述以太网交换机型号为LAN9303。所述总线隔离单元为ADuM5401，所述IO隔离单元为ADuM1280，所述模数转换器为AD7193。所述多路模拟开关为ADG714。如图4所示，低通滤波电路采用RC滤波设计。过压保护通过在输入回路中串联限流电阻以保证在DC30V过压时输入电流限制在器件的工作范围内。所述低通滤波电路、过压保护电路均采用常规电路设计，在此不进行过多赘述。如图2所示，本控制模块采用以下方式进行级联：上一级M8-4芯电源连接器OUT接口与下一级M8-4芯电源连接器IN接口电连接，上一级以太网连接器LINK2与下一级以太网连接器LINK1电连接。电源模块LM2596将外部DC18～36V电源输入转换成5V电平，LM1117-3.3将5V电平转换将成内部电路需要3.3V电平，同时电源OUT为下一级模块供电，方便模块级联。过压保护电路实现对内部测量电路的保护，防止意外损坏；低通滤波电路通过滤除测量信号中高频干扰；多路模拟开关实现不同回路、不同传感器的测量功能；ADC根据外部传感器的不同采用不同的PGA增益，并且经过内部SINC4数字滤波器滤波处理。模块内部采用高性能ARMCortex-M4STM32F407处理器通过MII接口与三端口管理以太网交换机LAN9303通信，LAN9303扩展两路以太网接口LINK1和LINK2进行高速数据交换，处理器同时也将相关网络数据打包通过LINK2口发送给下一个模块实现数据交换功能。为了适应工业现场应用的需要，模块电路进行专门的硬件保护设计：电源模块具有过压和欠压保护保护电路，电源接口可以承受500V浪涌冲击；通信接口采用了隔离变压器设计，通过2kV快速脉冲群测试，通信功能正常；测量端口采用过压保护电路，可以经受最高DC30V电压。本模块所有测量端口可以进行热电阻RTD和热电偶TC测量任意配置：RTD测量支持PT100、PT200、PT500、PT1000多种传感器同时支持2/3/4线制任意配置，TC测量支持B/E/J/K/N/R/S/T传感器；集成标准以太网工业协议(EtherCAT、Modbus/TCP、EtherNet/IP、ProfiNet),特别适用于大数据量传输和实时控制温度测量系统使用，方便工业现场快速组网和系统扩展；结构紧凑小巧，外形尺寸为155x40x35mm，便于安装；全灌封结构设计、IP67防护等级，特别适应工业现场恶略环境中使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于现场总线的热电偶测量模块，其特征在于：包括处理器、以太网交换机、电源模块和总线隔离单元，所述处理器分别与以太网交换机、电源模块和总线隔离单元电连接，所述以太网交换机一路通过隔离变压器后与以太网连接器LINK1电连接，另一路通过隔离变压器后与以太网连接器LINK2电连接，所述总线隔离单元通过模数转换器与多路模拟开关电连接，所述多路模拟开关依次通过低通滤波电路、过压保护电路后与IO接口连接器电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于现场总线的热电偶测量模块，其特征在于：包括处理器、以太网交换机、电源模块和总线隔离单元，所述处理器分别与以太网交换机、电源模块和总线隔离单元电连接，所述以太网交换机一路通过隔离变压器后与以太网连接器LINK1电连接，另一路通过隔离变压器后与以太网连接器LINK2电连接，所述总线隔离单元通过模数转换器与多路模拟开关电连接，所述多路模拟开关依次通过低通滤波电路、过压保护电路后与IO接口连接器电连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于现场总线的热电偶测量模块，其特征在于：所述处理器还通过IO隔离单元与多路模拟开关电连接。


3.根据权利要求1或2所述的一种基于现场总线的热电偶测量模块，其特征在于：所述电源模块分别与一M8-4芯电源连接器IN管脚和一M8-4芯电源连接器OUT管脚电连接。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李武库，高海涛，李涛，林波，
申请(专利权)人：天津吉诺科技有限公司，
类型：新型
国别省市：天津;12