[发明专利]工业控制信号的隔离转换装置

说明书

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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1A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。

发明内容

有鉴于此，本发明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。

为了达到上述发明目的，本发明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转换输出电路。

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。

所述电压V/频率F转换输入电路中的V/F转换芯片的型号是AD654，频率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/I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。本发明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，本发明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。