一种可热插拔的高精度模拟量输入模块制造技术

本实用新型专利技术一种可热插拔的高精度模拟量输入模块，属于高精度模拟量输入装置技术领域；所要解决的技术问题是提供一种对信号采集准确且带热插拔保护功能的PLC模拟量输入模块；采用的技术方案是：一种可热插拔的高精度模拟量输入模块，包括：热插拔电源模块、MCU单元、模拟量输入单元、通讯单元和人机交互单元；所述MCU单元的电源端口与热插拔电源模块的电源输出端相连，所述模拟量输入单元的输出端与MCU单元的信号输入端相连，所述MCU单元的通讯端口连接有通讯单元，MCU单元连接有人机交互单元；本实用新型专利技术广泛适用于工业控制领域。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术一种可热插拔的高精度模拟量输入模块，属于高精度模拟量输入装置

技术介绍
热插拔是指将一个非上电的电路板嵌入到一个上电运行的系统中，这个过程具有潜在的危险性，有可能对系统或嵌入式主板造成永久损坏，导致数据丢失或使任意瞬态系统混乱。 在背板式控制装置中，背板上各个模块之间功能独立，一个模块的插入或者拔出会引起整个装置的断电或者重新上电，造成系统控制功能的中断，对生产和安全带来隐患；同时，在我国应用于工业过程自动化领域控制设备中，模拟信号的采集电路，由于电路设计简单，而采集现场又存在信号干扰大的特点，造成目前的模拟量输入模块输入信号失真、测量数据不准确，给控制系统的整体控制造成极大影响；随着控制系统性能要求的不断提高，也对模拟量输入模块的采集精度提出了更高的要求。
技术实现思路
本技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是提供一种对信号采集准确且带热插拔保护功能的PLC模拟量输入模块。为解决上述问题，本技术所采用的技术方案是一种可热插拔的高精度模拟量输入模块，包括热插拔电源模块、MCU单元、模拟量输入单元、通讯单元和人机交互单元；所述MCU单元的电源端口与热插拔电源模块的电源输出端相连，所述模拟量输入单元的输出端与MCU单元的信号输入端相连，所述MCU单元的通讯端口连接有通讯单元，MCU单元连接有人机交互单元；所述热插拔电源模块包括有限流保护模块、过压保护模块、热插拔控制器模块、滤波处理模块和电源转换模块，限流保护模块的输出端依次串接过压保护模块、热插拔控制器模块和滤波处理模块后与电源转换模块的输入端相连，所述电源转换模块的输出端为热插拔电源模块的电源输出端。所述模拟量输入单元包括差分处理电路、开关切换电路、信号处理电路和A/D转换电路，所述差分处理电路的输入端为模拟量输入单元的输入端，差分处理电路的输出端依次串接开关切换电路、信号处理电路后与A/D转换电路的输入端相连，所述A/D转换电路的输出端为模拟量输入单元的输出端。所述电源转换模块的电源输出端包括不同电压等级的多个电源输出端口。所述通讯单元包括隔离CAN总线、USB总线、隔离RS232总线和隔离RS485总线。本技术与现有技术相比具有如下有益效果一、本技术通过在高精度模拟量输入模块中采用热插拔电源控制技术，达到了带电状态下不间断控制，实现了高精度模拟量输入模块的热插拔保护功能；二、本技术中的通讯单元采用完全电气隔离方式，提高了装置使用的安全性和抗干扰性；三、本技术中模拟量输入单元采用16bit分辨率芯片，型号为AD7689的模数转换器进行AD转换，同时采用差分方式处理模拟量，抑制现场的共模干扰信号，提高了模拟信号的采集和转换精度；四、本技术中的模拟量输入模块采用多层PCB设计，抗干扰性能高，且具有功能扩展特性，在不改变硬件平台结构的基础上，能够实现不同的控制策略。附图说明 以下结合附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明图I为本技术的电路结构示意图；图中I为热插拔电源模块、2为MCU单元、3为模拟量输入单元、4为通讯单元、5为人机交互单元、6为限流保护模块、7为过压保护模块、8为热插拔控制器模块、9为滤波处理模块、10为电源转换模块、11为差分处理电路、12为开关切换电路、13为信号处理电路、14为A/D转换电路。具体实施方式如图I所示，本技术一种可热插拔的高精度模拟量输入模块，包括热插拔电源模块1、MCU单元2、模拟量输入单元3、通讯单元4和人机交互单元5 ;所述MCU单元2的电源端口与热插拔电源模块I的电源输出端相连，所述数字量输入单元3的输出端与MCU单元2的信号输入端相连,所述MCU单元2的通讯端口连接有通讯单元4,所述通讯单元4包括隔离CAN总线、USB总线、隔离RS232总线和隔离RS485总线；MCU单元2连接有人机交互单元5 ；所述热插拔电源模块I包括有限流保护模块6、过压保护模块7、热插拔控制器模块8、滤波处理模块9和电源转换模块10，限流保护模块6的输出端依次串接过压保护模块7、热插拔控制器模块8和滤波处理模块9后与电源转换模块10的输入端相连，所述限流保护模块6的输入端可以设置有插座，所述插座可以直接与电源相连，所述电源转换模块10的输出端为热插拔电源模块I的电源输出端，电源转换模块10的电源输出端包括不同电压等级的多个电源输出端口。所述模拟量输入单元3包括差分处理电路11、开关切换电路12、信号处理电路13和A/D转换电路14，所述差分处理电路11的输入端为模拟量输入单元3的输入端，差分处理电路11的输出端依次串接开关切换电路12、信号处理电路13后与A/D转换电路14的输入端相连，所述A/D转换电路14的输出端为模拟量输入单元3的输出端。在具体实施过程中，本技术可以通过上述插座和背板式控制装置的背板电源插槽连接，从背板插槽上取24V直流电，上述热插拔电源模块I通过其内部的限流保护模块6和过压保护模块7对输入的24V直流电进行限流和过压保护，使本技术在热插拔过程中产生瞬间尖峰电流和大电压时，能够防止尖峰脉冲进入电路引起永久性和短暂性破坏，上述热插拔控制器模块8中的控制器具有可编程限制电流、过流保护、锁存和自动操作等功能，经热插拔控制器模块8处理后的24V直流电再经滤波处理模块9滤波后，送入电源转换模块10，电源转换模块10将24V电压转换为各电路和模块所需要的不同电压等级的直流电源，为整个装置供电。上述MCU单元2是本技术的核心部分，MCU单元2除了对各个采集信号进行运算、比较、分析之外，还要满足控制策略的控制参数计算，实时采集信号，以实现控制策略的优化和运行状态的实时监控，完成与上层机之间的数据通信，记录控制运行的状态以及发生故障时的事件记录。上述模拟量输入单元3中的差分处理电路11采用差分输入方式采集信号，差分输入可以有效抑制现场共模干扰，提高信号采集的准确性；开关切换电路12实现采集信号的分时切换，实现多路信号的同时采集；信号处理电路13包括滤波器和放大器;A/D转换电路14使用的模数转换器采用单电源供电，具有低功 耗、低温漂、内部电源基准等特点；本技术的模拟量信号采集和处理精度达14位。上述人机交互单元5可以通过一个嵌入式灯板实现交互功能，共有24个LED显示屏，可显示观测信号的采集、MCU单元2的运行、报警、状态指示等信息。上述MCU单元2通过通讯单元4可以实现与上位机完成数据交换，通讯单元4包括隔离CAN总线、USB总线、隔离RS232总线和隔离RS485总线，MCU单元2与上位机进行数据交换时可选择上述四种传输协议中的任意一种，在电路设计时，充分考虑了干扰源的特点，对隔离和滤波进行了特别设计，这些通信电路都采用了隔离技术，可有效隔离干扰，系统EMC指标可以完全按照工业A级标准进行设计。上述MCU单元2可以采用型号为STM32F107VC的MCU芯片，上述热插拔电源模块I中的热插拔控制器模块8可以采用型号为TPS2491的热插拔控制器，模拟量输入单元3中的模数转换器可以采用型号为AD7689的模数转换器，本技术可以采用多层PCB设计，提1 抗干扰性能。权利要求1.一种可热插拔的高精度模拟量输入模块，其特征在于包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可热插拔的高精度模拟量输入模块，其特征在于：包括：热插拔电源模块（1）、MCU单元（2）、模拟量输入单元（3）、通讯单元（4）和人机交互单元（5）；所述MCU单元（2）的电源端口与热插拔电源模块（1）的电源输出端相连，所述模拟量输入单元（3）的输出端与MCU单元（2）的信号输入端相连，所述MCU单元（2）的通讯端口连接有通讯单元（4），MCU单元（2）连接有人机交互单元（5）；所述热插拔电源模块（1）包括有限流保护模块（6）、过压保护模块（7）、热插拔控制器模块（8）、滤波处理模块（9）和电源转换模块（10），限流保护模块（6）的输出端依次串接过压保护模块（7）、热插拔控制器模块（8）和滤波处理模块（9）后与电源转换模块（10）的输入端相连，所述电源转换模块（10）的输出端为热插拔电源模块（1）的电源输出端；所述模拟量输入单元（3）包括：差分处理电路（11）、开关切换电路（12）、信号处理电路（13）和A/D转换电路（14），所述差分处理电路（11）的输入端为模拟量输入单元（3）的输入端，差分处理电路（11）的输出端依次串接开关切换电路（12）、信号处理电路（13）后与A/D转换电路（14）的输入端相连，所述A/D转换电路（14）的输出端为模拟量输入单元（3）的输出端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李玮，吴晓闯，王翠玲，李文泉，王玉宏，王耀华，田涛，
申请(专利权)人：山西联华伟业科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：