工业控制信号交换机的制作方法

本实用新型属于信号扩展和驱动技术领域，尤其涉及一种工业控制信号交换机。

背景技术：

随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。现有的工业控制信号交换机中信号扩展需要从同一个输入点连接多条导线进行信号传输，所用导线长短不一且杂乱繁多容易造成干扰，扩展性差，非常不利于归纳整理，不能满足工业上控制信号的网络化方向发展需求。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的是：提供一种工业控制信号交换机，用于解决目前工业控制中信号输入输出线路较多时，理线困难、繁复，多条线路之间易干扰，不易进行功能拓展的技术问题。

本实用新型的技术方案是：一种工业控制信号交换机，包括进纸信号接口、清喷信号接口、卡纸信号接口、光栅信号接口、信号整合模块、光耦隔离模块、第一信号拓展模块、多个第二信号拓展模块、多个第三信号拓展模块及多个输出信号接口；所述进纸信号接口用于输入进纸信号并与所述光耦隔离模块的输入端连接，所述清喷信号接口用于输入清喷信号并与所述光耦隔离模块的输入端连接，所述卡纸信号接口用于输入卡纸信号并与所述光耦隔离模块的输入端连接，所述光栅信号接口用于输入光栅信号并与所述信号整合模块的输入端连接；所述信号整合模块和光耦隔离模块的输出端均与第一信号拓展模块的输入端连接，所述第一信号拓展模块的输出端分别与多个第二信号拓展模块的输入端及多个第三信号拓展模块的输入端连接，所述第二信号拓展模块的输出端和第三信号拓展模块的输出端均与所述输出信号接口的输入端连接。

进一步地，还包括电源接口和变压模块，所述电源接口用于输入外部电源，所述变压模块用于对电源接口输入的电压进行电压变换并分别输出至信号整合模块、第一信号拓展模块、多个第二信号拓展模块及多个第三信号拓展模块。

进一步地，还包括第一滤波模块，所述第一滤波模块分别与信号整合模块、光耦隔离模块、第一信号拓展模块、多个第二信号拓展模块及多个第三信号拓展模块连接。

进一步地，还包括第二滤波模块，所述第二滤波模块与第一信号拓展模块连接。

进一步地，还包括第三滤波模块，所述第三滤波模块与第一信号拓展模块连接。

进一步地，还包括第四滤波模块，所述第四滤波模块分别与进纸信号接口、清喷信号接口、卡纸信号接口、光栅信号接口连接。

进一步地，所述进纸信号接口、清喷信号接口、卡纸信号接口、光栅信号接口、信号整合模块、光耦隔离模块、第一信号拓展模块、多个第二信号拓展模块、多个第三信号拓展模块、多个输出信号接口、电源接口、变压模块、第一滤波模块、第二滤波模块、第三滤波模块及第四滤波模块均集成在同一电路板上。

进一步地，所述第二信号拓展模块设置为5个，每个所述第二信号拓展模块均包括PS2805-4芯片。

进一步地，所述第三信号拓展模块设置为7个，每个所述第三信号拓展模块均包括AM26LV31ID芯片。

进一步地，所述输出信号接口设置为9个，每个所述输出信号接口均包括1-1827873-5连接器。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的工业控制信号交换机通过对输入的光栅信号、进纸信号、卡纸信号和清喷信号等数字信号进行滤波整流、多级驱动和扩展，对输入信号经信号整合模块整合后再一起输出，多路输出使得具有良好的可扩展性，能够最大限度地满足工业上控制信号的网络化方向发展需求，用途更加广阔。

附图说明

图1是本实用新型的工业控制信号交换机结构示意图；

图2是本实用新型实施例中电源接口和变压模块电路结构示意图；

图3是本实用新型实施例中进纸信号接口电路结构示意图；

图4是本实用新型实施例中清喷信号接口电路结构示意图；

图5是本实用新型实施例中卡纸信号接口电路结构示意图；

图6是本实用新型实施例中光栅信号接口电路结构示意图；

图7是本实用新型实施例中信号整合模块电路结构示意图；

图8是本实用新型实施例中光耦隔离模块电路结构示意图；

图9是本实用新型实施例中第一信号拓展模块电路结构示意图；

图10是本实用新型实施例中第二信号拓展模块电路结构示意图；

图11是本实用新型实施例中第三信号拓展模块电路结构示意图；

图12是本实用新型实施例中输出信号接口电路结构示意图；

图13是本实用新型实施例中第一滤波模块电路结构示意图；

图14是本实用新型实施例中第二滤波模块电路结构示意图；

图15是本实用新型实施例中第三滤波模块电路结构示意图；

图16是本实用新型实施例中第四滤波模块电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型所述的一种作进一步说明。

以下是本实用新型所述的的最佳实例，并不因此限定本实用新型的保护范围。

如图1所示，为本实用新型的工业控制信号交换机结构示意图。一种工业控制信号交换机，包括进纸信号接口J3、清喷信号接口J4、卡纸信号接口J5、光栅信号接口J2、信号整合模块M2、光耦隔离模块M1、第一信号拓展模块M3、多个第二信号拓展模块M4、多个第三信号拓展模块M5及多个输出信号接口M6；所述进纸信号接口J3用于输入进纸信号并与所述光耦隔离模块的输入端连接，所述清喷信号接口J4用于输入清喷信号并与所述光耦隔离模块的输入端连接，所述卡纸信号接口J5用于输入卡纸信号并与所述光耦隔离模块的输入端连接，所述光栅信号接口J2用于输入光栅信号并与所述信号整合模块的输入端连接；所述信号整合模块M2和光耦隔离模块M1的输出端均与第一信号拓展模块M3的输入端连接，所述第一信号拓展模块M3的输出端分别与多个第二信号拓展模块M4的输入端及多个第三信号拓展模块M5的输入端连接，所述第二信号拓展模块M4的输出端和第三信号拓展模块M5的输出端均与所述输出信号接口M6的输入端连接。

如图2所示，为本实用新型实施例中电源接口和变压模块电路结构示意图。本实用新型还包括电源接口J1和变压模块W1；变压模块W1采用TPS54360芯片，电源接口J1的端子1接地、端子2分别通过串联的熔断器FU1/FUSE1、二极管VD1、电感L2与变压模块W1的端子2连接。熔断器FU1/FUSE1与二极管VD1两端之间通过FV1接地，电感L2与变压模块W1的端子2之间分别通过电容CU1、电容C2、电容C3、电容C4接地。变压模块W1的端子2还接入24V电源，并分别通过串联的二极管D1、电阻R3、电阻R6及电容C8、电容C9、串联的电阻R2、电阻R7接地；变压模块W1的端子3通过电阻R7接地，端子4分别通过电容C10和电阻R8接地，端子6分别通过电容C11和电容C12接地，端子1通过串联的电容C1、电感L1输出3.3V电压并分别通过电容C5、电容C6、电容C7接地，端子8与电容C1和电感L1的相连端连接并通过二极管VD2接地，端子5通过电阻R1与输出端连接并通过电阻R5接地，端子7接地。本实用新型利用电源接口输入24V电源，再通过变压模块对24V电源进行降压稳压，输出3.3V电压。

如图3-6所示，为本实用新型实施例中光栅信号接口J2、进纸信号接口J3、清喷信号接口J4、卡纸信号接口J5、光栅信号接口J6电路结构示意图。本实用新型的进纸信号接口J3的端子1接地，端子2用于输入进纸信号feeder，端子3接24V电源；清喷信号接口J4的端子1接地，端子2用于输入清喷信号clean，端子3接24V电源；卡纸信号接口J5的端子1接地，端子2用于输入卡纸信号jam，端子3接24V电源；上述数字信号均为PNP输入。光栅信号接口J2的端子1接24V电源，端子6接地，端子2、6、7置空，端子5接入syna0+信号，端子9接入syna0-信号，端子4接入synb+信号，端子8接入synb-信号。如图7所示，为本实用新型实施例中信号整合模块M2电路结构示意图。信号整合模块M2包括主芯片U1，所述主芯片U1采用AM26LV32芯片，其端子2通过电阻R10与光栅信号接口J2的端子5连接，端子1通过电阻R11与光栅信号接口J2的端子9连接，端子6通过电阻R13与光栅信号接口J2的端子4连接，端子7通过电阻R14与光栅信号接口J2的端子8连接，端子9、10、13、14、15置空，端子4、12、16接3.3V电源，端子8接地，端子3输出I_syna0，端子5输出I_synb0，端子11输出I_synz0。本实用新型的信号整合模块M2将输入的syna0+、syna0-、synb+、synb-差分信号整合为I_syna0、I_synb0信号。

如图8所示，为本实用新型实施例中光耦隔离模块M1电路结构示意图。本实用新型的光耦隔离模块M1包括主控芯片U3，所述主芯片U3采用PS2805-4芯片，端子1接通过进纸信号接口J3输入的进纸信号feeder，端子2、4、6接地，端子3接通过清喷信号接口J4输入的清喷信号clean，端子5接通过卡纸信号接口J5输入的卡纸信号jam，端子7、8、9、10置空，端子11、13、15接地，端子12光耦隔离输出I_jam0，端子14光耦隔离输出I_clean0，端子16光耦隔离输出I_feeder0。本实用新型的光耦隔离模块M1将多路输入的进纸信号feeder、清喷信号clean、卡纸信号jam光耦隔离输出I_feeder0、I_clean0、I_jam0信号。

如图9所示，为本实用新型实施例中第一信号拓展模块M3电路结构示意图。本实用新型的第一信号拓展模块M3包括主芯片U2，所述主控芯片U2采用SN74LVC16245ADGGR芯片，端子22、23与信号整合模块U1的端子3连接接入I_syna0，经过拓展后通过端子26输出0_syna00、端子27输出0_syna01，端子19、20与信号整合模块U1的端子5连接接入I_synb0，经过拓展后通过端子29输出0_synb00、端子27输出0_synb01，端子16、17与光耦隔离模块U3的端子16连接接入I_feeder0，经过拓展后通过端子32输出0_feeder00、端子33输出0_feeder01，端子9、11、12、13、14与光耦隔离模块U3的端子14连接接入I_clean0，经过拓展后通过端子35输出0_clean00、端子36输出0_clean01、端子37输出0_clean02、端子38输出0_clean03、端子40输出0_clean04，端子2、3、4、5、6与光耦隔离模块U3的端子12连接接入I_jam0，经过拓展后通过端子41输出0_jam00、端子43输出0_jam01、端子44输出0_jam02、端子46输出0_jam03、端子47输出0_jam04，端子4、10、15、21、28、34、39、45、24、1、48、25接地，端子42、31、18、7、24接变压模块输出的3.3V电源。本实用新型的第一信号拓展模块U2将I_syna0扩展成0_syna00-0_syna01、I_synb0扩展成0_synb00-0_synb01、I_feeder0扩展成0_feeder00—0_feeder01、I_clean0扩展成0_clean00—0_clean04、I_jam0扩展成0_jam00—0_jam04。

本实用新型的第二信号拓展模块M4设置为5个，均包括主芯片PS2805-4，5个第二信号拓展模块M4的主芯片编号分别为U4、U5、U6、U7、U8，如图10所示，为本实用新型实施例中含有主芯片U4的第二信号拓展模块M4电路结构示意图，其他4个第二信号拓展模块M4的电路与本第二信号拓展模块M4结构类似，不同之处仅在于，本第二信号拓展模块M4输出的信号为clean1～clean4，而其他4个第二信号拓展模块M4输出的信号分别为clean5～clean8、jam1～clean4、jam5～jam8。针对本第二信号拓展模块M4，其中，主芯片U4的端子1通过电阻R21接3.3V电源，端子2与主芯片U2的端子35连接接入0_clean00，经过拓展后通过端子16输出clean1，端子3通过电阻R26接3.3V电源，端子4与主芯片U2的端子35连接接入0_clean00，经过拓展后通过端子14输出clean2，端子5通过电阻R31接变压模块输出的3.3V电源，端子6与主芯片U2的端子36连接接入0_clean01，经过拓展后通过端子12输出clean3，端子7通过电阻R35接变压模块输出的3.3V电源，端子8与主芯片U2的端子36连接接入0_clean01，经过拓展后通过端子10输出clean4，端子15、13、11、9接地。

同样的，主芯片U5的端子1通过电阻R22接3.3V电源，端子2与主芯片U2的端子37连接接入0_clean02，经过拓展后通过端子16输出clean5，端子3通过电阻R27接变压模块输出的3.3V电源，端子4与主芯片U2的端子37连接接入0_clean02，经过拓展后通过端子14输出clean6，端子5通过电阻R32接变压模块输出的3.3V电源，端子6与主芯片U2的端子38连接接入0_clean03，经过拓展后通过端子12输出clean7，端子7通过电阻R36接变压模块输出的3.3V电源，端子8与主芯片U2的端子38连接接入0_clean03，经过拓展后通过端子10输出clean8，端子15、13、11、9接地。U6的端子1通过电阻R23接变压模块输出的3.3V电源，端子2与主芯片U2的端子40连接接入0_clean04，经过拓展后通过端子16输出clean9，端子3通过电阻R28接变压模块输出的3.3V电源，端子4与主芯片U2的端子47连接接入0_jam04，经过拓展后通过端子14输出jam9，端子5、6、7、8置空，端子15、13、11、9接地。主芯片U7的端子1通过电阻R24接变压模块输出的3.3V电源，端子2与主芯片U2的端子43连接接入0_jam01，经过拓展后通过端子16输出jam4，端子3通过电阻R29接变压模块输出的3.3V电源，端子4与主芯片U2的端子43连接接入0_jam01，经过拓展后通过端子14输出jam3，端子5通过电阻R33接变压模块输出的3.3V电源，端子6与主芯片U2的端子41连接接入0_jam00，经过拓展后通过端子12输出jam2，端子7通过电阻R37接变压模块输出的3.3V电源，端子8与主芯片U2的端子41连接接入0_jam00，经过拓展后通过端子10输出jam1，端子15、13、11、9接地。U8的端子1通过电阻R25接变压模块输出的3.3V电源，端子2与主芯片U2的端子44连接接入0_jam02，经过拓展后通过端子16输出jam5，端子3通过电阻R30接变压模块输出的3.3V电源，端子4与主芯片U2的端子44连接接入0_jam02，经过拓展后通过端子14输出jam6，端子5通过电阻R34接变压模块输出的3.3V电源，端子6与第主芯片U2的端子46连接接入0_jam03，经过拓展后通过端子12输出jam7，端子7通过电阻R38接变压模块输出的3.3V电源，端子8与主芯片U2的端子46连接接入0_jam03，经过拓展后通过端子10输出jam8，端子15、13、11、9接地。

本实用新型采用多个第二信号拓展模块M4将0_clean00扩展成clean1-clean2、0_clean01扩展成clean3-clean4、0_clean02扩展成clean5-clean6、0_clean03扩展成clean7-clean8、0_clean04扩展成clean9、0_jam00扩展成jam1-jam2、0_jam01扩展成jam3-jam4、0_jam02扩展成jam5-jam6、0_jam03扩展成jam7-jam8、0_jam04扩展成jam9。

本实用新型的第三信号拓展模块M5设置为7个，均包括主芯片AM26LV31ID，7个第三信号拓展模块M5的主芯片编号分别为U9、U10、U11、U12、U13、U14、U15。如图11所示，为本实用新型实施例中含有主芯片U9的第三信号拓展模块M5电路结构示意图，其他6个第三信号拓展模块M5的电路与本第三信号拓展模块M5结构类似。针对本第三信号拓展模块M5，其中，主芯片U9的端子4、8、12接地，端子15接入0_feeder01，端子9接入0_synb01，端子7接入0_syna01，端子1接入0_synb01，端子16接变压模块输出的3.3V电源，端子13输出feeder6-，端子14输出feeder6+，端子11输出synb6-，端子10输出synb6+，端子5输出syna7-，端子6输出syna7+，端子3输出synb7-，端子2输出synb7+。

同样的，主芯片U10的端子4、8、12接地，端子15接入0_syna01，端子9接入0_synb01，端子7接入0_feeder01，端子1接入0_feeder01，端子16接变压模块输出的3.3V电源，端子13输出syna8-，端子14输出syna8+，端子11输出synb8-，端子10输出synb8+，端子5输出feeder7-，端子6输出feeder7+，端子3输出feeder8-，端子2输出feeder8+。主芯片U11的端子4、8、12接地，端子15接入0_syna01，端子9接入0_synb01，端子7接入0_feeder01，端子1、2、3置空，端子16接变压模块输出的3.3V电源，端子13输出syna9-，端子14输出syna9+，端子11输出synb9-，端子10输出synb9+，端子5输出feeder9-，端子6输出feeder9+。主芯片U12的端子4、8、12接地，端子15接入0_feeder00，端子9接入0_synb00，端子7接入0_syna00，端子1接入0_syna00，端子16接变压模块输出的3.3V电源，端子13输出feeder1-，端子14输出feeder1+，端子11输出synb1-，端子10输出synb1+，端子5输出syna1-，端子6输出syna1+，端子3输出syna2-，端子2输出syna2+。主芯片U13的端子4、8、12接地，端子15接入0_feeder00，端子9接入0_synb00，端子7接入0_syna00，端子1接入0_syna00，端子16接变压模块输出的3.3V电源，端子13输出feeder2-，端子14输出feeder2+，端子11输出synb2-，端子10输出synb2+，端子5输出syna3-，端子6输出syna3+，端子3输出synb3-，端子2输出synb3+。主芯片U14的端子4、8、12接地，端子15接入0_feeder00，端子9接入0_synb00，端子7接入0_feeder00，端子1接入0_syna00，端子16接变压模块输出的3.3V电源，端子13输出feeder4-，端子14输出feeder4+，端子11输出synb4-，端子10输出synb4+，端子5输出feeder3-，端子6输出feeder3+，端子3输出syna4-，端子2输出syna4+。主芯片U15的端子4、8、12接地，端子15接入0_feeder01，端子9接入0_synb01，端子7接入0_syna01，端子1接入0_syna01，端子16接变压模块输出的3.3V电源，端子13输出feeder5-，端子14输出feeder5+，端子11输出synb5-，端子10输出synb5+，端子5输出syna5-，端子6输出syna5+，端子3输出syna6-，端子2输出syna6+。

本实用新型采用多个第三信号拓展模块M5将0_feeder00扩展成feeder1+与feeder1-、feeder4+与feeder4-、0_feeder01扩展成feeder5+与feeder5-—feeder9+与feeder9-、0_syna00扩展成syna1+与syna1-—syna4+与syna4-等差分信号、0_syna01扩展成syna5+与syna5-—syna9+与syna9-等差分信号、0_synb00扩展成synb1+与synb1-—synb4+与synb4-等差分信号、0_synb01扩展成synb5+与synb5-—synb9+与synb9-等差分信号。本实用新型采用多级扩展方式使得能够具有足够的驱动能力。

本实用新型的输出信号接口M6设置为9个，均包括1-1827873-5连接器，9个输出信号接口M6的连接器编号分别为J7、J8、J9、J10、J11、J12、J13、J14、J15，能够方便快捷进行信号传输且多路输出使生产效率更快。如图12所示，为本实用新型实施例中含有连接器J7的输出信号接口M6电路结构示意图，其他输出信号接口M6与本输出信号接口M6的电路结构类似。针对本输出信号接口M6，其中，连接器J7的端子1接入syna1+，端子3接入synb1+，端子5接入feeder1+，端子7接入clean1，端子9接入jam1，端子2输出syna1-，端子4输出synb1-，端子6输出feeder1-，端子8、10、11、12接地。

同样的，连接器J8的端子1接入syna2+，端子3接入synb2+，端子5接入feeder2+，端子7接入clean2，端子9接入jam2，端子2输出syna2-，端子4输出synb2-，端子6输出feeder2-，端子8、10、11、12接地。连接器J9的端子1接入syna3+，端子3接入synb3+，端子5接入feeder3+，端子7接入clean3，端子9接入jam3，端子2输出syna3-，端子4输出synb3-，端子6输出feeder3-，端子8、10、11、12接地。连接器J10的端子1接入syna4+，端子3接入synb4+，端子5接入feeder4+，端子7接入clean4，端子9接入jam4，端子2输出syna4-，端子4输出synb4-，端子6输出feeder4-，端子8、10、11、12接地。连接器J11的端子1接入syna5+，端子3接入synb5+，端子5接入feeder5+，端子7接入clean5，端子9接入jam5，端子2输出syna5-，端子4输出synb5-，端子6输出feeder5-，端子8、10、11、12接地。连接器J12的端子1接入syna6+，端子3接入synb6+，端子5接入feeder6+，端子7接入clean6，端子9接入jam6，端子2输出syna6-，端子4输出synb6-，端子6输出feeder6-，端子8、10、11、12接地。连接器J13的端子1接入syna7+，端子3接入synb7+，端子5接入feeder7+，端子7接入clean7，端子9接入jam7，端子2输出syna7-，端子4输出synb7-，端子6输出feeder7-，端子8、10、11、12接地。连接器J14的端子1接入syna8+，端子3接入synb8+，端子5接入feeder8+，端子7接入clean8，端子9接入jam8，端子2输出syna8-，端子4输出synb8-，端子6输出feeder8-，端子8、10、11、12接地。连接器J15的端子1接入syna9+，端子3接入synb9+，端子5接入feeder9+，端子7接入clean9，端子9接入jam9，端子2输出syna9-，端子4输出synb9-，端子6输出feeder9-，端子8、10、11、12接地。输出信号接口上的syna1+与syna1-、synb1+与synb1-、feeder1+与feeder1-等差分信号使用双绞线连接，减少干扰；clean1与GND、jam1与GND等信号同样使用双绞线连接，GND线相当于屏蔽线，减少干扰。J8-15与J7类似。

本实用新型还包括第一滤波模块M7、第二滤波模块M8、第三滤波模块M9及第四滤波模块M10；图13至16分别为本实用新型实施例中第一滤波模块M7、第二滤波模块M8、第三滤波模块M9、第四滤波模块M10电路结构示意图。第一滤波模块M7包括并联的电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电容C25、电容C26、电容C27、电容C28；第一滤波模块M7的一端接变压模块输出的3.3V电源，另一端接地，并分别与信号整合模块M2、光耦隔离模块M1、第一信号拓展模块M3、多个第二信号拓展模块M4及多个第三信号拓展模块M5连接，为芯片U1-U15滤波。第二滤波模块M8包括并联的电阻R39、电容C40串联支路和电阻R40、电容C41串联支路，两电阻的相邻端接变压模块输出的3.3V电源，两电容的相邻端接地，并与第一信号拓展模块M3连接，为信号0_feeder00-01滤波，实际使用中，适当增大C40-41电容值，滤波效果更好。第三滤波模块M9包括并联的电容CU2、电容C13；第三滤波模块M9一端接变压模块输出的3.3V电源，另一端接地，为主芯片SN74LVC16245ADGGR再次滤波，减少干扰。第四滤波模块M10包括并联的电容CU3、电容CU4、电容CU5、电容CU6；第四滤波模块M10一端接变压模块输出的3.3V电源，另一端接地，与第一信号拓展模块M3连接，为J2-J5滤波。

本实用新型的工业控制信号交换机通过对输入的光栅信号、进纸信号、卡纸信号和清喷信号等数字信号进行滤波整流、多级驱动和扩展，将所有信号全部整合在一起输出，光栅信号、进纸信号差分输出，卡纸信号和清喷信号采用一根信号线及一根地线方式输出，大大增强了抗干扰能力，电路更加稳定，多路输出使得具有良好的可扩展性；同时将进纸信号接口J3、清喷信号接口J4、卡纸信号接口J5、光栅信号接口J2、信号整合模块M2、光耦隔离模块M1、第一信号拓展模块M3、多个第二信号拓展模块M4、多个第三信号拓展模块M5、多个输出信号接口M6、电源接口J1、变压模块W1、第一滤波模块M7、第二滤波模块M8、第三滤波模块M9及第四滤波模块M10中的电阻、电感、电容和芯片等元器件均集成在同一电路板上，大大增加了集成度，能够最大限度地满足工业上控制信号的网络化方向发展需求，用途更加广阔。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。