专利名称：通用型数字式插件板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工业自动控制系统，特别是工业自动控制系统内的插件板。
技术背景较早的工业自动控制系统所使用的插件装置大多是模拟插件板。如图9所示的是一种工业自动控制系统模拟插件板，该模拟插件板有五路模拟量输入，输入电压范围为-10V～+10V；七路开关量输入，一路模拟量输出，输出电压范围为-10V～+10V。其中，七路开关量是用来控制输入通道和输出通道的通断的。此模拟电路没有开关量输出。不难看出，该模拟插件板是一种求和放大电路，其数学表达式为u0＝-(u1+u2+3u3+u4)÷3。
模拟插件板的不足之处是由于运算放大器的输出不仅与输入值有关，而且与放大器、电阻、电容等的值有关，这些器件参数的误差会直接影响输出结果，从而使得控制精度较低；容易产生零点漂移和温度漂移，严重时使整个系统无法工作，所以为了避免这些漂移，要求系统技术人员每隔一定时间要对插件板通调一次，而且要求这些插件板工作在一种温度恒定的环境中，这无疑给维护带来很大麻烦；输入信号和输出信号的值显示不直观，因而为了监测信号的值，必须用万用表在插件板座的引脚上测量，既不安全也不方便；可靠性差、寿命短，因为模拟插件板上一般都有电位器、继电器等接触式器件，时间久了容易出现接触不良的现象，出现这种现象就必须更换新板，从而增加系统的成本；模拟信号比数字信号更容易受到干扰，所以模拟插件板的抗干扰能力差，进而使系统的稳定性变差。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种控制精度高，维护方便，输入输出显示直观，可靠性高，寿命长，抗干扰能力强的，用于工业自动控制系统的通用型数字式插件板，这种插件板尤其适合于对工业自动控制系统中的模拟插件板进行代换。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是它为具有插件板引脚的插件板，插件板引脚包括模拟量输入引脚、开关量输入引脚、模拟量输出引脚，插件板上还包括CPU、模/数转换电路、数/模转换电路；模拟输入引脚通过模/数转换电路输入CPU，开关量输入引脚输入CPU，CPU输出通过数/模转换电路输出到模拟量输出引脚；插件板上还具有用于与编程器通讯的通讯口。
本实用新型有多路模拟量输入，多路开关量输入，多路模拟量输出。它采用了模/数、数/模转换电路、具有较强的运算功能和控制功能的CPU及其与编程器通讯的通讯口；它输入、输出值都为模拟量。模拟输入值通过模/数转换电路将其转换成数字量，在通过CPU运算以后，再将数字量转换成模拟量输出；开关量送给CPU进行逻辑运算，其运算结果用来控制模拟量输入输出的通断。
本实用新型取消了原模拟插件板上的电位器和继电器等接触性器件，插件板的调整完全由与其相连的编程器来完成，同时在编程器上还可以直观显示所有的输入值和输出值。
本实用新型插件板为数字式插件板，因此其控制精度高，维护方便，输入输出显示直观，可靠性高，寿命长，抗干扰能力强，在工业自动控制系统中，它将使工业自动化过程的质量得到大大的提高，所以，本实用新型具有较广阔的应用前景。
图1是本实用新型实施例1的逻辑框图图2是本实用新型实施例1的电路原理图图3是编程器的电路原理图图4-图8是本实用新型实施例2的电路原理图图9是模拟插件板的电路原理图图中，1为A/D转换电路，2为微控制器89C52及附属电路，3为D/A转换电路，4为数字插件板与编程器的通讯接口，5为电源电路，6为开关量输入，7为模拟量输出，8为模拟量输入，9为开关量输出电路，10为光电耦合电路。
具体实施方案如图1、2所示的本实用新型实施例1，该实施例是替换如图9所示的模拟插件板的一种具体实施方案，它为具有插件板引脚的插件板，插件板引脚包括模拟量输入引脚、开关量输入引脚、模拟量输出引脚、开关量输出引脚；插件板上还包括微控制器、模/数(A/D)转换电路、数/模(D/A)转换电路；模拟量输入引脚通过A/D转换电路输入微控制器，开关量输入引脚输入微控制器，微控制器一部分输出通过D/A转换电路输出到模拟量输出引脚，另一部分输出与开关量输出引脚连接；插件板上还具有用于与编程器通讯的通讯口。
模拟量输入引脚、开关量输入引脚、模拟量输出引脚、开关量输出引脚与微控制器之间均设有光电耦合电路，用以提高抗干扰能力。
本实用新型实施例1，它的核心器件是微控制器(单片机)，微控制器是指在一块硅片上集成了CPU、RAM、ROM、定时/计数器以及各种I/O接口的芯片，其中CPU又是微控制器的核心。
本实用新型实施例1，它最多有八路模拟输入，与U4的9～16脚相连；最多有八路开关量输入，经光电耦合电路以后与U5的21～28脚相连；它由U6的2、3、6、7脚输出四路模拟量；它有四路开关量输出，分别为U11的A1-A2、U12的B1-B2、U13的C1-C2、U14的D1-D2。U4是一种八路输入、串行输出的12位A/D转换器，它的输入电压范围为-10V～+10V；U1是一种隔离型电源模块；U6为串行输入、四路输出的12位D/A转换器，其模拟输出电压范围为-10V～+10V；Z1为与编程器的通讯接口。
图3是本实用新型的手掌式编程器部分的一种具体电路，LCD为点阵式液晶显示器，Z为与数字插件板的通讯接口，这种编程器采用了4×4简易键盘。
本实用新型实施例1的开关量输入在通过隔离电路隔离以后，送给微控制器进行逻辑运算，其结果(开关量)用来对模拟输入输出信号进行通断控制。本实施例中的开关量没有被采用，因为图9模拟插件板电路中没有开关量输出，所以，A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2没有接到插件板引脚，开关量输出被闲置。
如图4、5、6、7、8所示的本实用新型实施例2，其中，图4为电源电路，图5为模拟量输入电路，图6中包括A/D转换电路1、微控制器89C52及附属电路2、D/A转换电路3、数字插件板与编程器之间的通讯接口4，图7为开关量输入电路，图8为模拟量输出电路。
本实用新型实施例2有八路模拟量输入，分别与图5中的两片DG201的2、6、10、14脚相连；有八路开关量输入，分别与图7中的两片TLP521-4的2、4、6、8脚相连。在图5中，来自图6中微控制器的控制信号S1、S2、S3经54HC138译码后，再经过光电耦合电路隔离，对两片DG201进行控制，每次接通一路开关，并由微控制器适时采样一次，以获取每个通道模拟量的值。S4为54HC138的片选信号。在图7中，来自图6中微控制器89C52的控制信号M0、M1、M2对模拟开关CD4051进行控制，每次接通一路开关，并由微控制器适时采样一次，以获取每个通道开关量的状态值；图8为三路模拟量输出电路，来自图6的单路模拟输出信号OUT在经模拟开关DG201的控制后分三路输出。来自图6的微控制器的控制信号K1、K2、K3，在经过光电耦合电路隔离后，对DG201进行扫描控制，适时地将不同的输出信号送到不同的输出通道。由TLE2022与电容、电感组成的电路，起信号保持和滤波的作用。
图6中的AD574是一种单路输入、并行输出的12位A/D转换器，它的输入电压范围为-10V～+10V；图6中的AD7849为串行输入、单路输出的16位D/A转换器，其模拟输出电压范围为-10V～+10V。
事实上，以上两种应用实例电路均为通用电路，只要输入和输出的路数及输入输出的电压值不超出其规定范围，所有模拟插件板电路，都可以用这种电路取代，当然，为微控制器编制一种相应的软件是必须的。有了这种基本电路，只要规定好输入和输出的引脚，再根据其数学表达式来编制一种软件就可以了。
有些微控制器还在其内部集成了A/D和D/A转换电路，如ADμc812、C8051F005，但这类芯片允许模拟输入或输出的电压范围一般为0～+5V。在本实用新型的应用中，A/D转换之前和D/A转换之后，必须对模拟信号进行处理，即在进行A/D转换之前，必须将输入电压范围为-10V～+10V的模拟信号转换成输入电压范围为0～+5V的信号；在D/A转换之后，必须将输出电压范围为0～+5V的模拟信号转换成输出电压范围为-10V～+10V的信号。
本实用新型有M路模拟输入，L路开关量输入，N路模拟量输出，K路开关量输出。由于它具有较强的算术运算和逻辑运算功能，所以，本实用新型具有较广阔的应用前景。
权利要求1.通用型数字式插件板，它为具有插件板引脚的插件板，插件板引脚包括模拟量输入引脚、开关量输入引脚、模拟量输出引脚，其特征在于插件板上还包括CPU、模/数转换电路、数/模转换电路；模拟输入引脚通过模/数转换电路输入CPU，开关量输入引脚输入CPU，CPU输出通过数/模转换电路输出到模拟量输出引脚；插件板上还具有用于与编程器通讯的通讯口。
2.如权利要求1所述的数字式插件板，其特征在于插件板引脚还包括开关量输出引脚，CPU的开关量输出与开关量输出引脚连接。
3.如权利要求2所述的数字式插件板，其特征在于模拟量输入引脚、开关量输入引脚、模拟量输出引脚、开关量输出引脚与微控制器之间设有光电耦合电路。
4.如权利要求1或2或3所述的数字式插件板，其特征在于模/数转换电路和数/模转换电路的输入输出电压范围为-10V～+10V。
专利摘要本实用新型涉及通用型数字式插件板，它为具有插件板引脚的插件板，插件板引脚包括模拟量输入引脚、开关量输入引脚、模拟量输出引脚；插件板上还包括CPU、模/数转换电路、数/模转换电路；模拟输入引脚通过模/数转换电路输入CPU，开关量输入引脚输入CPU，CPU输出通过数/模转换电路输出到模拟量输出引脚；插件板上还具有用于与编程器通讯的通讯口。本实用新型插件板为数字式插件板，因此其控制精度高，维护方便，输入输出显示直观，可靠性高，寿命长，抗干扰能力强，在工业自动控制系统中，它将使工业自动化过程的质量得到大大的提高，所以，本实用新型具有较广阔的应用前景。
文档编号G05B19/04GK2676256SQ20042001722
公开日2005年2月2日 申请日期2004年2月23日 优先权日2004年2月23日
发明者田玉 申请人:田玉, 郭斌