模擬量信號轉換隔離模塊的製作方法
2023-06-30 12:58:41 1
專利名稱：模擬量信號轉換隔離模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種隔離器件，具體地說是一種在工業環境下，為PLC提供更高安全保障的模擬量信號轉換隔離模塊。
背景技術：
隨著自動化技術的發展，信號的採集和處理逐漸從自動化儀表技術中獨立形成一類產品，叫信號處理模塊，這類模塊解決了各類標準信號相互轉換的問題，但輸入信號與輸出信號是不隔離的。在發電、冶金、化工、煤礦等行業的重要部門，現場條件複雜，環境和人為幹擾強，而且其重要性又不允許其出故障，為適應這些惡劣環境，人們研製了信號隔離傳輸模塊，目前市場上的隔離型信號模塊主要的隔離方式是變壓器隔離和光電隔離，變壓器隔離因其差異大，線性差，體積難以減小而逐漸被淘汰；光電隔離由於其響應快，可靠性強，輸入與輸出耐壓高(近幹伏)是理想的信號隔離方式。但是，光電傳輸固有的非線性特性，成為利用它設計模擬量信號隔離模塊的極大障礙。
目前市場上的產品，有一種方法是將模擬電壓信號通過集成電路轉換為頻率信號，讓頻率信號通過傳輸到輸出部分再將頻率信號轉變為模擬電壓信號；還有一種方法是將模擬信號變為數位訊號經單片機程序用計算方式校正光電隔離器的非線性。以上兩種方法共同的缺點是線路複雜，調試困難，故障多，體積大。
發明內容本實用新型的技術任務是針對現有技術的不足，提供一種體積小、安裝方便，不僅可將輸入信號和輸出信號隔離，使兩者之間沒有電的聯繫，還能保證輸出信號跟蹤輸入信號在全範圍內不失真，在工業環境下能可靠工作的模擬量信號轉換隔離模塊。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是該模擬量信號轉換隔離模塊，是由輸入信號處理電路A、信號隔離及線性校正電路B、信號變換和放大電路C、電源隔離電路D構成，特點是輸入信號處理電路A依次與信號隔離及線性校正電路B、信號變換和放大電路C相接，電源隔離電路D分別與信號隔離及線性校正電路B、信號變換和放大電路C相接為其供電。
上述模擬量信號轉換隔離模塊，其輸入信號處理電路A由電阻R01、R02、R03、R04、R05組成，信號隔離及線性校正電路B由線性放大器T1、電晶體T5、光電耦合器GG1和GG2組成，信號變換和放大電路C由電壓/電流變換電路T2和放大器T3組成；各類電流、電壓標準信號經輸入信號處理電路A變為微電壓信號，微電壓信號再經與輸入信號處理電路A相接的信號隔離及線性校正電路B轉換為電流信號，並進入兩個光電耦合器GG1，GG2，進入光電耦合器GG1的電流信號輸出作為相似非線性信號反相反饋輸入放大器T1，進入光電耦合器GG2的電流信號得到線性良好的並且完全隔離的電壓信號，從光電耦合器GG2輸出的電壓信號分為兩路進入信號變換和放大電路C的電壓/電流變換電路T2和放大器T3，進入電壓/電流變換電路T2的電壓信號產生4-20MA的電流輸出信號，進入放大器T3的電壓信號產生2-10V的電壓輸出信號。
上述模擬量信號轉換隔離模塊，其電源隔離電路D是由集成電路T4和電晶體T41組成的振蕩電路、變壓器B、電晶體T42、T43組成的整流電路、T44，T45，C45，C46組成的穩壓電路構成，外接電源通過振蕩電路、變壓器B、整流電路和穩壓電路產生兩組相互隔離的直流電源V1，V2分別給輸入部分信號隔離及線性校正電路B、輸出部分信號變換和放大電路C供電，隔離兩部分可耐壓500伏以上。
上述模擬量信號轉換隔離模塊，為了解決適應現場信號的多樣性問題，設計了可以有4-20mA，0-20mA、2-10V，1-10V、1-5V和0-5V等多種標準信號輸入，不論哪種信號輸入都有4-20mA，2-10V兩種輸出的功能。
該隔離模塊解決了光電耦合器模擬量傳輸中的非線性難題，它利用光電偶合本來的非線性特性反過來作深度負反饋信號，從而得到線性良好放大器。
本實用新型通過光電耦合器隔離並傳輸模擬信號，同時通過電源隔離設計將輸入和輸出電源分別隔離供電，徹底做到輸入輸出之間沒有電的聯繫，並保證了信號傳輸的線性。
本實用新型的模擬量信號轉換隔離模塊與現有技術相比，所產生的有益效果是1)隔離模塊使自動控制系統在更加安全的環境中工作，極大地提高了自動控制系統的可靠性。
2)隔離模塊可以將各種標準信號1-20mA、4-20mA、2-10V、1-5V轉變為4-20mA、2-10V，它可以同時進行電壓和電流兩種輸出。
3)如果沒有隔離模塊，現場來的信號直接和PLC輸入端相連，一旦發生短路，誤接等故障，則首先燒壞PLC模塊。隔離模塊將現場可能出現的故障和控制核心PLC、CPU部分分離，輸入信號和模擬量輸出信號相互隔離又很好的防止了幹擾。
附圖1為實用新型的原理結構框圖；附圖2為實用新型的原理結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖1、2對本實用新型的模擬量信號轉換隔離模塊作以下詳細地說明。
如附圖1所示，本實用新型的模擬量信號轉換隔離模塊，其結構是由輸入信號處理電路A、信號隔離及線性校正電路B、信號變換和放大電路C、電源隔離電路D構成，輸入信號處理電路A依次與信號隔離及線性校正電路B、信號變換和放大電路C相接，電源隔離電路D分別與信號隔離及線性校正電路B、信號變換和放大電路C相接為其供電。
如附圖2所示，輸入信號處理電路A由電阻R01、R02、R03、R04、R05組成，信號隔離及線性校正電路B由線性放大器T1、電晶體T5、光電耦合器GG1和GG2組成，信號變換和放大電路C由電壓/電流變換電路T2和放大器T3組成；各類電流、電壓標準信號經輸入信號處理電路A變為微電壓信號，微電壓信號再經與輸入信號處理電路A相接的信號隔離及線性校正電路B轉換為電流信號，並進入兩個光電耦合器GG1，GG2，進入光電耦合器GG1的電流信號輸出作為相似非線性信號反相反饋輸入放大器T1，進入光電耦合器GG2的電流信號得到線性良好的並且完全隔離的電壓信號，從光電耦合器GG2輸出的電壓信號分為兩路進入信號變換和放大電路C的電壓/電流變換電路T2和放大器T3，進入電壓/電流變換電路T2的電壓信號產生4-20MA的電流輸出信號，進入放大器T3的電壓信號產生2-10V的電壓輸出信號。
電源隔離電路D是由集成電路T4和電晶體T41組成的振蕩電路、變壓器B、電晶體T42、T43組成的整流電路、T44，T45，C45，C46組成的穩壓電路構成，外接電源通過振蕩電路、變壓器B、整流電路和穩壓電路產生兩組相互隔離的直流電源V1，V2分別給輸入部分信號隔離及線性校正電路B、輸出部分信號變換和放大電路C供電。
上述各類電流、電壓標準信號是指4-20mA，2-10V，1-5V。
本實用新型的模擬量信號轉換隔離模塊其加工製作簡單方便，按說明書附圖所示加工製作即可。集成電路T1的型號為LM358，集成電路T2的型號為AD648J，集成電路T3的型號也為LM358，集成電路T4為555晶片。
除說明書所述的技術特徵外，均為本專業技術人員的已知技術。
權利要求1.模擬量信號轉換隔離模塊，其特徵在於，該隔離模塊包括輸入信號處理電路A、信號隔離及線性校正電路B、信號變換和放大電路C、電源隔離電路D，輸入信號處理電路A依次與信號隔離及線性校正電路B、信號變換和放大電路C相接，電源隔離電路D分別與信號隔離及線性校正電路B、信號變換和放大電路C相接為其供電。
2.根據權利要求1所述的模擬量信號轉換隔離模塊，其特徵在於，輸入信號處理電路A由電阻R01、R02、R03、R04、R05組成，信號隔離及線性校正電路B由線性放大器T1、電晶體T5、光電耦合器GG1和GG2組成，信號變換和放大電路C由電壓/電流變換電路T2和放大器T3組成；各類電流、電壓標準信號經輸入信號處理電路A變為微電壓信號，微電壓信號再經與輸入信號處理電路A相接的信號隔離及線性校正電路B轉換為電流信號，並進入兩個光電耦合器GG1，GG2，進入光電耦合器GG1的電流信號輸出作為相似非線性信號反相反饋輸入放大器T1，進入光電耦合器GG2的電流信號得到線性良好的並且完全隔離的電壓信號，從光電耦合器GG2輸出的電壓信號分為兩路進入信號變換和放大電路C的電壓/電流變換電路T2和放大器T3，進入電壓/電流變換電路T2的電壓信號產生4-20MA的電流輸出信號，進入放大器T3的電壓信號產生2-10V的電壓輸出信號。
3.根據權利要求1所述的模擬量信號轉換隔離模塊，其特徵在於，電源隔離電路D是由集成電路T4和電晶體T41組成的振蕩電路、變壓器B、電晶體T42、T43組成的整流電路、T44，T45，C45，C46組成的穩壓電路構成，外接電源通過振蕩電路、變壓器B、整流電路和穩壓電路產生兩組相互隔離的直流電源V1，V2分別給輸入部分信號隔離及線性校正電路B、輸出部分信號變換和放大電路C供電。
4.根據權利要求1所述的模擬量信號轉換隔離模塊，其特徵在於，各類電流、電壓標準信號是指4-20mA，2-10V和1-5V。
專利摘要本實用新型提供一種模擬量信號轉換隔離模塊，其結構由輸入信號處理電路A、信號隔離及線性校正電路B、信號變換和放大電路C、電源隔離電路D構成，各類電流/電壓標準信號先經輸入信號處理電路A變為微電壓信號，再經信號隔離及線性校正電路B轉換為電流信號，並進入光電偶合器GG1、GG2，進入GG1的電流信號輸出作為相似非線性信號反相反饋輸入放大器T1，進入GG2的電流信號得到線性良好的並且完全隔離的電壓信號，從GG2輸出的電壓信號分為兩路進入電壓/電流變換電路T2和放大器T3，進入T2的電壓信號產生4－20mA的電流輸出信號，進入T3的電壓信號產生2－10V的電壓輸出信號。本實用新型與現有技術相比，具有電路簡明、易於調試、工作可靠等優點，廣泛適用於冶金、發電、化工、煤礦、水泥等行業。
文檔編號G08C19/02GK2872495SQ20052012660
公開日2007年2月21日 申請日期2005年12月27日 優先權日2005年12月27日
發明者李斌 申請人:李斌