[发明专利]一种万能信号调理模块

说明书

技术领域

       本发明属于工业现场各种物理信号变送调理数据采集电路技术，具体是一种万能信号调理模块。

背景技术

工控应用领域中需要对外部现场模拟量信号数据采集，并上传显示到上位机监控软件进行各个状态监控显示，达到安全生产的目的。所以外部现场模拟量信号的正确数据采集是整个系统中的重要一环，在许多控制系统中各种模拟量输入的电路功能是一定的，也就是一个电路模板只能采集电压信号，不能采集电流信号或者电阻信号，同时在多通道集成化的模板中如果出现某个通道损坏，就需要拆除更换整个模板并且采集速度过慢而达不到工业现场要求。这为工程维护和升级带来了诸多的不变，如果现场变送仪表变化了，相应的控制系统采集模板和工程软件都要相应的进行升级维护，这样造成了工程系统升级维护成本太大，周期太长。

随着市场和工程现场的需求的发展，迫切需要一种稳定可靠，运行维护成本低，维护简单，多通道模块化的信号采集调理技术。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种万能信号调理模块，包括主控制器、从控制器和数据采集系统，数据采集系统含有I/O模块电路功能，从控制器控制数据采集系统采集16路现场信号数据，主控制器对16个通道进行扫描通讯，完成16路现场信号数据的采集。

进一步的，所述I/O模块包括：I/O模块前端电路、I/O模块选择放大电路和I/O模块双积分电路。

进一步的，所述I/O模块前端电路可以采集电压、电流或电阻。

进一步的，所述I/O模块选择放大电路包括CD4051和CD4053，来控制放大倍数。

进一步的，所述I/O模块双积分电路选择0.47uF的钽电容与运放组合，通过COMP接口去反馈给单片机产生中断处理双积分时间。

进一步的，所述从控制器将数字量化后的电压码值存入相应的数据缓冲区，等待主控制器对通道数据的轮询扫描。

进一步的，所述主控制器得到从控制器上传的采样电压码值存入模板信息缓冲区，等待上位机的数据采集命令。

本发明的万能信号调理模块采用主从模式，主控制器实时控制信号线选择导通线性光耦，实现各个通道从控制器与主控制器URAT通信，从而得到现场信号数据。再将数据上传到CAN总线层供上位机监控显示。模块化的信号采集调理模块通过接插件放置在总线底板上，采集现场信号数据，每一通道隔离，每个通道模块的替换不影响其他通道模块。

附图说明

图1为本发明的万能信号调理模块的总框架图；

图2为I/O模块框架图；

图3为I/O模块前端电路；

图4为I/O模块选择放大电路；

图5为I/O模块双积分原理图；

图6为双积分时间原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的万能信号调理模块在采用模块化结构，I/O模块信号类型可以配置通过接口插件接入系统中。数据采集系统设计采用主从模式采集16路现场信号数据。主控制器负责对16个通道进行扫描通讯，完成16路现场信号数据的采集。模块化结构减少了主控制器对每一个通道进行数据采集的等待时间，将采样任务分配给从控制器提高了采样速率。

I/O模块前端电路：

如图2和3所示，由于本模块采集的信号种类多，工业现场信号分电压，电流，电阻三种物理信号类型，这样不同的信号类型可以通过设置不同的接口位置来区分例如端口有INB、INC、AGND三个，电流信号接入INC、AGND端口，电压信号接入INB、AGND端口，电阻信号接入INB、INC、AGND端口。

当现场物理信号为电流信号时，通过接线接通INC、AGND端口。采样电流通过端口INC流入模块中，在电阻R2上通过I/V转换产生电压，这样我们只需要去采样VX3和VX2点电压就可以算出电流的值。

当现场物理信号为电压信号时，通过接线接通INB、AGND端口，由于是电压信号，这样只需要采样VX1点的电压就可以得到实际电压值。

当现场物理信号为电压信号时，通过接线接通INB、AGND端口，通过采样VX3和VX1的值就可以得到电阻值，这里使用的是三线制恒压方式采样电阻。

I/O模块选择放大电路：

如图4所示，模块支持的信号类型多，各个信号的量程范围也不一样，而且每个信号采样需要采集多个点，所以需要一个模拟选择开关电路和倍数选择放大电路，