模拟量采集通道保护电路及模拟量采集系统技术方案

本发明专利技术涉及模拟量采集通道保护电路及模拟量采集系统，本发明专利技术的模拟量采集通道保护电路使用了双向箝位电路以及限流电阻，在短路故障和干扰信号故障时均能够起到保护作用，具有成本小、保护和动做可靠等优点，同时具有通道信号故障检测功能，当过程检测的传感器发生故障或信号回路发生短路现象，在保护功能运行的同时，还能报出发生故障的传感器回路（LED指示），并有集中故障接点输出，以便控制系统及时响应和设备维护，极大程度上提高了控制系统的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
模拟量采集通道保护电路及模拟量采集系统
本专利技术涉及模拟量采集通道保护电路及模拟量采集系统，特别适用于直流输电换流阀水冷控制系统过程检测传感器采样保护。
技术介绍
由于高压直流输电(HVDC)具有超长距离和大容量输电、造价低、损耗小等优点，目前在我国及其它国家得到广泛运用。换流阀是直流输电的核心设备，而高压大功率晶闸管又是换流阀的核心设备部件，承担着整流（送端）、逆变（受端）大功率电能的传输，换流阀在传输电能同时，自身也会产生较大的功率损耗，发热量大，需要可靠的冷却设备进行冷却，以使换流阀和直流输电可以稳定运行。作为换流阀冷却最有效的冷却方式，换流阀水冷系统随着直流输电项目也得到广泛应用，目前已完全实现了国产化。换流阀水冷系统是一套结构复杂、控制精度很高的控制系统，其核心设备为CPU和过程检测传感器。需要许多测量精度高的传感器，把系统中的温度、压力、流量、液位、频率等参数转化为低电压信号（如4-20mA电流信号），该信号送至专用的模拟量输入采集模块进行采样、计算、再通过通信方式送至集中监控单元和装置，用来操作和控制系统可靠、稳定运行，同时可在人机接口界面显示参数。传感器输出电压信号，易于受强电压或浪涌电压信号干扰，可能引起采样信号不稳定。传感器输出恒流信号不易受干扰，而目前对于大部分的传感器一般采用4-20mA恒流信号作为输出信号，尤其在需要精密控制的系统中得到广泛应用。采用恒流输出的传感器和信号采集信号如下图1（a），信号依次流经工作电源正端DC24V、传感器的I+、I-、模拟采集模块的AI-、AI+，到工作电源的负端GND；图1（b）接法也使传感器的I+、I-、模拟采集模块的AI-、AI+形成回路，图1（b）与图1（a）接法都使传感器与采集模块之间形成一条电流回路，本质相同。（模拟量采集模块以下简称MAI）。4-20mA模拟量采样处理常用模式见图2（a）、（b）、（c）所示。对于图2（a），直接对传感器的输出信号进行连接，在采样端没有增加抗干扰和保护措施。图2（b），比较简单的在采样端增加防过压或吸收元件，防护等级和可靠性较低。图2（c），对每一路传感器的输出信号增加信号隔离模块，把隔离后的信号再送至模拟量采集模块进行采样。这样能起到一定的抗干扰措施，但成本较高。由于增加了信号隔离模块，传感器输出信号精度会降低，系统的控制精度、稳定可靠性也受到较大影响。以上三种方式，在传感器故障时，均不能可靠保护，当传感器故障或其输出信号之间发生绝缘降低、短接时（如图3），传感器的工作电源（如DC24V）就有可能直接施加在模拟量采集模块的信号输入端，会烧毁模拟量采集模块，从而影响系统的稳定运行，严重时可能造成系统控制错乱和停机故障。另外，如图4，系统之间耦合和感应的强电压干扰信号也不能得到有效防护，可能造成过程检测的信号精度降低、幅值抖动，影响系统的控制精度、稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种模拟量采集通道保护电路及模拟量采集系统，用以解决的现有保护电路不能在短路故障与干扰信息故障时起到保护作用的问题。为实现上述目的，本专利技术的方案是：模拟量采集通道保护电路，包括：一对传感器端子（I+、I-），传感器端子用于与一个输出恒流信号的传感器的信号输出端分别对应连接；一对采集通道端子（AI+、AI-），采集通道端子用于与一个模拟量采集模块的信号输入端分别对应连接；工作电源，用于形成一条使信号流经传感器端子和采集通道端子的恒流输出采样回路；恒流输出采样回路中，串设有限流电阻（R15），采集通道端子两端连接有一个双向箝位电路，该双向箝位电路为采用反并联二极管进行箝位的双向箝位电路。所述模拟量采集通道保护电路还包括一个故障报警支路，该故障报警支路主要由触发器件和报警器件构成，触发器件的触发端与恒流输出采样回路中故障时电压或电流的突变点对应连接。所述触发器件包括稳压管（Z1）和三极管（V1），稳压管（Z1）一端连接到传感器端子的负端（I-）或者限流电阻（R15）的正端，另一端连接三极管（V1）的控制极，三极管的输出极与所述报警器件对应连接；所述限流电阻（R15）的正端为限流电阻（R15）的信号流入端。本专利技术还提供一种模拟量采集系统，包括至少两个模拟量采集通道，每个模拟量采集通道均设有模拟量采集通道保护电路，任一个模拟量采集通道保护电路包括：一对传感器端子（I+、I-），传感器端子用于与对应通道的输出恒流信号的传感器的信号输出端分别对应连接；一对采集通道端子（AI+、AI-），采集通道端子用于与对应通道的模拟量采集模块的信号输入端分别对应连接；工作电源，用于形成一条使信号流经对应通道的传感器端子和采集通道端子的恒流输出采样回路；恒流输出采样回路中，串设有限流电阻（R15），采集通道端子两端连接有一个双向箝位电路，该双向箝位电路为采用反并联二极管进行箝位的双向箝位电路。所述模拟量采集系统还包括一个故障报警支路，该故障报警支路主要由触发器件和报警器件构成，触发器件的触发端用于分别与各通道的恒流输出采样回路中故障时电压或电流的突变点连接。所述各通道的恒流输出采样回路中故障时电压或电流的突变点为传感器端子的负端（I-）或者限流电阻（R15）的正端；所述限流电阻（R15）的正端为限流电阻（R15）的信号流入端。所述触发器件包括稳压管（Z1）和三极管（V1），稳压管（Z1）一端连接到所述各通道的恒流输出采样回路中故障时电压或电流的突变点，另一端连接三极管（V1）的控制极，三极管的输出极与所述报警器件对应连接。所述各通道的恒流输出采样回路中故障时电压或电流的突变点与稳压管（Z1）之间均串设有发光二极管。本专利技术的模拟量采集通道保护电路使用了双向箝位电路以及限流电阻，在短路故障和干扰信号故障时均能够起到保护作用，具有成本小、保护和动做可靠等优点。进一步的，本专利技术还具有通道信号故障检测功能，当过程检测的传感器发生故障或信号回路发生短路现象，在保护功能运行的同时，还能报出发生故障的传感器回路（LED指示），并有集中故障接点输出，以便控制系统及时响应和设备维护，极大程度上提高了控制系统的稳定性和可靠性。附图说明图1（a）、图1（b）分别是2线制传感器和4线制传感器常用接法；图2（a）、图2（b）、图2（c）分别是过程检测传感器三种常用接法；图3是短路或短接故障示意图；图4是干扰信号故障示意图；图5（a）、图5（b）分别是采用本专利技术电路的2线制接法和4线制接法；图6是八路模拟量输入通道保护电路原理图；图7是本专利技术的模拟量采集通道保护电路电路原理图；图8是传感器短路故障时的保护功能原理示意图；图9是4线制传感器回路电气原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。模拟量采集通道保护电路实施例1如图5（a）与图7所示，本实施例中采用2线制的传感器。模拟量采集通道保护电路，包括：一对传感器端子（I+、I-），传感器端子用于与一个输出恒流信号的传感器的信号输出端分别对应连接；一对采集通道端子（AI+、AI-），采集通道端子用于与一个模拟量采集模块的信号输入端分别对应连接；工作电源，工作电源与传感器端子、采集通道端子串联，形成一条信号依次流经工作电源正端、传感器端子、采集通道端子、工作电源负端的恒流输出采样回路；恒流输出采样回路中，串本文档来自技高网...

【技术保护点】
模拟量采集通道保护电路，包括：一对传感器端子（I+、I?），传感器端子用于与一个输出恒流信号的传感器的信号输出端分别对应连接；一对采集通道端子（AI+、AI?），采集通道端子用于与一个模拟量采集模块的信号输入端分别对应连接；工作电源，用于形成一条使信号流经传感器端子和采集通道端子的恒流输出采样回路；其特征在于，恒流输出采样回路中，串设有限流电阻（R15），采集通道端子两端连接有一个双向箝位电路，该双向箝位电路为采用反并联二极管进行箝位的双向箝位电路。

【技术特征摘要】
1.模拟量采集通道保护电路，包括：一对传感器端子（I+、I-），传感器端子用于与一个输出恒流信号的传感器的信号输出端分别对应连接；一对采集通道端子（AI+、AI-），采集通道端子用于与一个模拟量采集模块的信号输入端分别对应连接；工作电源，用于形成一条使信号流经传感器端子和采集通道端子的恒流输出采样回路；其特征在于，恒流输出采样回路中，串设有限流电阻（R15），采集通道端子两端连接有一个双向箝位电路，该双向箝位电路为采用反并联二极管进行箝位的双向箝位电路。2.根据权利要求1所述的模拟量采集通道保护电路，其特征在于，所述模拟量采集通道保护电路还包括一个故障报警支路，该故障报警支路主要由触发器件和报警器件构成，触发器件的触发端与恒流输出采样回路中故障时电压或电流的突变点对应连接。3.根据权利要求2所述的模拟量采集通道保护电路，其特征在于，所述触发器件包括稳压管（Z1）和三极管（V1），稳压管（Z1）一端连接到传感器端子的负端（I-）或者限流电阻（R15）的正端，另一端连接三极管（V1）的控制极，三极管的输出极与所述报警器件对应连接；所述限流电阻（R15）的正端为限流电阻（R15）的信号流入端。4.模拟量采集系统，其特征在于，包括至少两个模拟量采集通道，每个模拟量采集通道均设有模拟量采集通道保护电路，任一个模拟量采集通道保护电路包括：一对传感器端子（I+、I-），传感器端子用于与对应通道的输出恒流信...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚为正，张建，景兆杰，马根坡，刘长运，于敏华，
申请(专利权)人：许昌许继晶锐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：