一种工业控制信号的隔离转换装置，该装置为金属外壳注塑封装的结构，以增强其抗电磁干扰、防尘、抗震的性能；其控制电路包括：顺序逐级连接的电压Ｖ／频率Ｆ转换输入电路、光电耦合隔离电路、频率Ｆ／电压Ｖ转换电路、以及电压Ｖ／电流Ｉ转换输出电路。其中光电耦合器是选用隔离和耐压性能高、输出线性度好、传输速度快的光耦器件。本发明专利技术的技术效果是很好地解决了现有工业控制信号传输装置存在的抗电磁干扰能力差、线性精度差、体积大和安装复杂的许多问题，具有体积小巧、安装方便、防震、防尘、输出线性的精度高、信号性能稳定、抗干扰能力强等特点，有很好的推广应用前景。
Isolation conversion device for industrial control signal
Isolation and conversion device for industrial control signal, the device structure of the metal shell injection package, in order to enhance the performance of its anti electromagnetic interference, dustproof, earthquake; the control circuit includes a voltage / frequency V order step by step connected F conversion input circuit, photoelectric coupling isolation circuit, voltage frequency conversion circuit, F / V V / I conversion voltage and current output circuit. The photoelectric coupler is a kind of optocoupler which has the advantages of high isolation, high voltage resistance, good linearity and high transmission speed. The technical effect of the invention is a good solution to the existing industrial control signal transmission device is susceptible to electromagnetic interference and linear precision, large volume and complicated installation of many problems, has the advantages of small size, convenient installation, shockproof, dustproof, high precision, linear output signal stable performance, strong anti-interference ability etc. The characteristics, has a very good application prospect.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于工控技术中的信号隔离、变换传送的工业控制信号的 隔离转换装置，属于工控技术中的信号传输
技术介绍
现代工业控制技术中，经常使用单片机对工业生产的操作流程执行自动控 制。在单片机控制的大功率电机的逆变、变频，以及发电、输配电和化工、矿 山、钢铁等其它许多行业的生产场合中，都要使用传感器将单片机不能直接测 量的各种物理量转换成单片机能够识别、处理的模拟量电信号，如电流传感器、 温度传感器、流量传感器等等。由于现在的传感器大多为电压输出型，就是将测量信号转换为0 ~ 5V的电压输出，再通过模/数转换电路将其转换为数字信号 后，提供给单片机读取和控制。但是，当信号需要传输较远的距离，或者在使 用环境中，电磁干扰或电网干扰较大的场合，电压输出型传感器的应用受到了 很大的局限，暴露了其抗干扰性能差、输出的电压信号稳定性差、线性差、以 及传输距离短等许多缺点，这些缺陷都会使单片机产生误判断，从而使得工控 过程出现错误操作，严重时还会损坏设备。近年来，电流输出型传感器以其具有较高的抗干扰能力得到了广泛应用。 电流输出型传感器是将各种物理量直接转换成标准的电流型工业控制信号，其 输出的工业控制信号有两种标准0-20mA和4-20mA。例如将温度信号隔离 转换成4-20mA信号，将直流lA电流信号隔离转换成0-20mA信号。而且能够 保证工业控制信号在整个隔离转换过程中的输出稳定，具有很好的抗干扰能力 和隔离性能，为整个控制系统的采样提供精确数据，保证整个工控系统的稳定。总之，目前的工业控制信号在传输过程中存在的主要缺点是结构复杂、 体积较大、安装困难，应用于交流电网和电磁辐射场合下的抗干扰能力差，输出线性度差、容易产生基准信号偏移现象，在工业场合中应用时防震、防尘性 能差，容易损坏。因此，现在急需尽快研发一种能够很好地解决上述问题的工 业控制信号的隔离转换装置，该课题也自然地成为业内技术人员关注的热点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种结构新颖的工业控制信号的隔离转换 装置，该装置具有体积小、安装方便、防震、防尘、输出线性的精度高、信号 性能稳定、抗干扰能力好等特点。为了达到上述专利技术目的，本专利技术提供了一种工业控制信号的隔离转换装置，该装置为金属外壳注塑封装的结构，以增强其抗电磁干扰、防尘、抗震的性能； 其特征在于所述装置的控制电路包括顺序逐级连接的电压V/频率F转换输 入电路、光电耦合隔离电路、频率F/电压V转换电路、以及电压V/电流I转换專lr出电路。所述光电耦合隔离电路中的光电耦合器是选用隔离和耐压性能好、输出线 性度高、传输速度快的光耦器件。所述光电耦合隔离电路中的光电耦合器的型号为6N135、 6N136、 6N137、 或6N138。所述装置设有电流信号输入端和电压信号输入端，其中电流信号输入端是 通过在电压V/频率F转换输入电路的输入端设置一个电阻，以便在该电阻上对 输入的电流信号进行电压采样而将其转换为电压输入信号。所述电压V/电流I转换输出电路中设有一个偏置电阻，用于控制其输出的 电流信号有两种0-20mA或4-20mA。率F/电压V转换电路中的F/V转换芯片的型号是LM331,电压V/电流I转换 输出电路中的V /1转换芯片的型号是AD694。所述频率F/电压V转换电路中的F/V转换芯片外接有电位器，用于调节转 换前后的信号精准度。众所周知，对于既包括弱电控制部分，又包括强电控制部分的工业生产过 程的应用测控系统，采用光耦作为隔离器件能够很好地实现弱电和强电的隔离， 实现抵抗交流电网干扰和电磁辐射干扰的目的。本专利技术工业控制信号的隔离转 换装置也是以光信号为媒介、采用光耦来实现电信号的隔离、耦合与传递，并使其输入与输出两端实现电气上的完全隔离；而且，本专利技术装置选用高性能的 光耦，使得装置除了抗干扰性能强以外，还具有信号传输速度快、线形精度好、 隔离耐压高的优异综合性能。由于光电耦合器受到器件结构和性能的局限，存在有非线性的工作区域， 其直接用于隔离传输模拟量电信号时精度较差；而且在较强的电磁场中传输时， 模拟量电信号很容易受到电磁辐射干扰和交流电网干扰。本专利技术装置的主要创 新之处是采用电压频率转换VFC方式，将生产现场传感器输出的;f莫拟量电信号 (例如电压或电流信号)采用电压频率转换器芯片将其转换成以脉冲序列形式 的频率信号，然后经由光耦隔离输出信号。再在主机侧，通过一个频率电压转 换电路将脉沖序列的频率信号还原成模拟电信号。这样，由于光耦隔离的是开 关形式的数字信号，不仅在隔离传输过程中，具有很好的抗电磁辐射干扰和交 流电网干扰的性能，而且，还可以很好地消除光耦器件的非线性影响。这种简 单易行、切实有效的隔离传输脉冲序列电信号的方式，使本专利技术装置具有电路 结构简单，工作可靠，成本较低、线形精度高、体积小巧和使用方便的特点。采用光耦隔离数字信号设计控制系统时，光电耦合器的传输特性，即传输 速率或响应速度，往往成为制约系统最大数据传输速率的决定因素。在许多总 线架构的工业测控系统中，为了防止各模块之间的相互干扰，同时不降低传输 波特率，通常采用高速、线性光耦来实现各个控制模块之间的相互隔离。目前， 常用的高速、线性光耦的产品信号有6N135、 6N136、 6N137、 6N138。虽然， 目前的高速、线性光耦价格还比较高，导致系统的设计成本提高。但是，随着 微电子技术的迅速发展，光耦器件的价格下降，越来越便宜而物美价廉将是这 些高性能光耦的发展趋势。总之，本专利技术装置的技术效果是很好地解决了现有工业控制信号传输装置存在的抗电磁干扰能力差、线性精度差、传输速度慢、体积大和安装复杂的许 多问题。附图说明图1是本专利技术工业控制信号的隔离转换装置的控制电路结构方框图。 图2是本专利技术工业控制信号的隔离转换装置的控制电路的电原理图。图3是本专利技术工业控制信号的隔离转换装置的控制电路的另一电原理图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作 进一步的详细描述。参见图l,介绍本专利技术工业控制信号的隔离转换装置的控制电路，包括顺 序逐级连接的电压V/频率F转换输入电路、光电耦合隔离电路、频率F/电压V转 换电路、以及电压V/电流I转换输出电路。其中，电压V/频率F转换输入电路将 输入信号转换为频率信号，然后进行光电耦合隔离，再由后级的F/V转换电路将 频率信号转换为电压信号，再由v/ I转换输出电路将电压信号转换为电流信号输 出。因为是各级电路逐一进行信号传输，能够保证信号不失真地传输，即保证 信号的一致性，并使输出信号的精度和稳定性都得到提高。该装置的控制电路 采用表面贴装型印制板的模块化结构，体积小，再用金属外壳注塑封装，能够 增强该装置的抗电^f兹干扰和电网干扰，防尘，防震的特点。本专利技术装置的工作原理是输入信号在第一级电路由V/F转换芯片将电压 信号转换为频率信号。第二级电路利用线性、高速光电耦合器进行隔离传送。 因为采用输出线性好、精度高，传输速度快，隔离和耐压参数高的光电耦合器 (推荐型号为6N135、 6N136、 6N137、或6N138),能够实现频率的平稳传送 和线性一致。第三级电路再由F/V转换芯片将频率信号转换为电压本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种工业控制信号的隔离转换装置，该装置为金属外壳注塑封装的结构，以增强其抗电磁干扰、防尘、抗震的性能；其特征在于：所述装置的控制电路包括：顺序逐级连接的电压Ｖ／频率Ｆ转换输入电路、光电耦合的频率隔离电路、频率Ｆ／电压Ｖ转换电路、以及电压Ｖ／电流Ｉ转换输出电路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘立君，
申请(专利权)人：北京合康亿盛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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