专利名称：一种基于plc带隔离的数字信号采集板卡的制作方法
技术领域：
本发明属于自动化控制中的开关量输入处理技术领域，涉及一种基于PLC带隔离的数字信号采集板卡。
背景技术：
现代科技发生着日新月异的变化，对设备的控制追求自动化、智能化，需要对被控设备采集大量的现场信号，常用的有各种压力开关信号、行程开关信号、接近开关信号等数字量的采集。特别是在工业领域，模块化、灵活性强的PLC被广泛采用，需要采集现场大量的数字信号，配备多个多通道的数字信号采集模块。目前广泛采用的办法是选用大量的接线端子、线槽、导轨实现接线安装，硬件成本高，并且占用的安装空间大，无形中增大了控制柜的体积、重量和占地面积，特别是针对海 洋平台，寸土寸金，减小占地面积和重量是其追求的目标，同时由于信号通道多，布线复杂，不美观，检查维修不便，安装调试维护效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于PLC带隔离的数字信号采集板卡，解决了现有技术中由于信号采集通道多，接线复杂、安装调试维护效率低、占用空间大、不美观、检查维修不便的问题。本发明所采用的技术方案是，一种基于PLC带隔离的数字信号采集板卡，包括隔离保护电路、PLC端输入接口 J1、外部负信号端输入接口 J2和外部正信号端输入接口 J3，隔离保护电路与PLC端输入接口 J1、外部负信号端输入接口 J2对应连接。本发明的有益效果是，该采集板卡实现了现场与PLC控制器的电气隔离，隔离电压高达1000V，有效的保护PLC模块，交流保护防止反向电流造成误触发；可以减小安装空间，减轻安装接线人员的工作量，提高安装调试工作效率，减小控制箱的尺寸，降低了成产成本，通过多个本板卡可扩展，使用灵活。
图I是本发明基于PLC带隔离的数字信号采集板卡的整体电路框图；图2是本发明装置中的隔离保护电路I的示意图；图3是本发明装置中的PLC端输入接口 Jl的结构示意图；图4是本发明装置中的外部负信号端输入接口 J2的结构示意图；图5是本发明装置中的外部正信号端输入接口 J3的结构示意图。图中，I.隔离保护电路，2. PLC数字量输入模块，另外，Jl是PLC端输入接口，J2是外部负信号端输入接口，J3是外部正信号端输入接口 ；RLY1、RLY2......RLY16分别表示16个通道的隔离继电器；
24VSPDT表示继电器为标准24V直流输出型；D1、D2......D32 分别表示 32 个 IN4007 二极管；DIUDI2……DI16分别表示对应PLC的16路数字信号输入信号；DIODE为二极管在元件库中默认的名称；signal I+、signal I-......signal 16+、signal 16-分别表示现场级开关量信号
或控制开关(或按钮)的正负信号端。
具体实施例方式参照图1，本发明基于PLC带隔离的数字信号采集板卡，其结构为标准方式的PCB板卡，如虚线框所示，包括隔离保护电路1、PLC端输入接口 Jl、外部负信号端输入接口 J2和外部正信号端输入接口 J3，隔离保护电路I与PLC端输入接口 Jl、外部负信号端输入接口J2对应连接。PLC端输入接口 Jl用于与PLC数字量输入模块2连接；外部负信号端输入接口 J2用于同时与控制开关信号和现场级开关量信号连接；外部正信号端输入接口 J3也用于同时与控制开关信号和现场级开关量信号连接。上述的PLC端输入接口 Jl、外部负信号端输入接口 J2、外部正信号端输入接口 J3均选用PCB板用标准接线排，上述的三个接口和隔离保护电路I同时集成在标准的PCB板卡(接口卡)中。PLC端输入接口 Jl是PCB板卡与PLC数字量输入模块2的连接接口 ；隔离保护电路I能够实现现场级开关量信号和PLC数字量输入模块之间的电气隔离，交流保护防止反向电流造成信号的误触发；外部负信号端输入接口 J2和外部正信号端输入接口 J3分别是PCB板卡与控制开关信号和现场级开关量信号的连接接口。本发明以下结构的描述，是基于16通道实施例的数量进行设置，实际使用中，通过相应的扩展则能够实现更多通道的采集。PLC数字量输入模块2可选用西门子标准24VDC输入的SM321器件，或其他的PLC数字量输入模块；控制开关信号(或按钮信号)包括各类开关、按钮，现场级开关量信号包括各种压力开关信号、行程开关信号、接近开关信号。参照图2，隔离保护电路I中包括16个REL-MR-24DC/21继电器及对应的32个
IN4007 二极管，即RLYl及其对应的Dl和D17、RLY2及其对应的D2和D18......RLY16及其
对应的D16和D32，各组接线方式及原理一致，以下分别以RLYl及其Dl和D17和RLY2及其D2和D18为例加以说明RLYl选用的是带一路常开和一路常闭的继电器，二极管Dl的两端与继电器RLYl的两端对应相连，与二极管Dl负端相连的继电器RLYl的线圈端与二极管D17负端相连，二极管D17正端接至外部负信号端输入接口 J2的I号端(J2-1)，与二极管Dl正端相连的继电器RLYl的线圈端与另外15个继电器RLY2、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连，并一起接至外部负信号端输入接口 J2的17号端(J2-17);继电器RLYl的开关侧动触点端与另外15个继电器RLY2、RLY3……RLY16的开关侧对应端依次互连，并一起接至PLC端输入接口 Jl的I号端(Jl-I);继电器RLYl的开关侧常开触点端接至PLC端输入接口 Jl的17号端(J1-17)；
RLY2选用的是带一路常开和一路常闭的继电器，二极管D2的两端与继电器RLY2的两端对应相连，与二极管D2负端相连的继电器RLY2的线圈端与二极管D18负端相连，二极管D18正端接至外部负信号端输入接口 J2的2号端(J2-2)，与二极管D2正端相连的继电器RLY2的线圈端与另外15个继电器RLY1、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连，并一起接至外部负信号端输入接口 J2的17号端(J2-17);继电器RLY2的开关侧动触点端与另外15个继电器RLY1、RLY3……RLY16的开关侧对应端依次互连，并一起接至PLC端输入接口 Jl的I号端(Jl-I);继电器RLY2的开关侧常开触点端接至PLC端输入接口 Jl的16号端(J1-16)；RLY3分别与D3和D19接线、RLY4分别与D4和D20接线......RLY16分别与D16和
D32接线，分别与RLYl及其Dl和D17、RLY2及其D2和D18接线方式一致，依此类推。参照图3，PLC端输入接口 Jl的结构是，共有17个接口端，其中的I号端的一端接PLC直流供电电源的正极(24VDC)，另一端接16个继电器RLY1、RLY2……RLY16的开关侧动 触点端依次互连端(J1-1)，其余的17、16……2号端接线方式一致，以下以17、16号端接线为例加以说明17号端的一端接PLC数字量输入模块2的第I路输入(DI1)，17号端的另一端接继电器RLYl的开关侧常开触点端(J1-17)；16号端的一端接PLC数字量输入模块2的第2路输入(DI2), 16号端的另一端接继电器RLY2的开关侧常开触点端(J1-16);依此类推。参照图4，外部负信号端输入接口 J2的结构是，共有17个接口端，其中的17号端的一端接PLC直流供电电源的公共负极(0VDC)，17号端的另一端接与二极管D16正端相连的RLY1、RLY2……RLY16继电器的线圈端(J2-17)，其余的1、2……16号端接线方式一致，以下以1、2号端接线为例加以说明；I号端的一端接第一路控制开关信号或现场级开关量信号的负信号端(signal1-)，1号端的另一端接二极管D17正端(J2-1)；2号端的一端接第二路控制开关信号或现场级开关量信号的负信号端(signal2_)，2号端的另一端接二极管D18正端(J2-2);依此类推。参照图5，外部正信号端输入接口 J3的结构是，共有17个接口端，其中的17号端的一端接24V直流工业电源的24V端(24VDC)，17号端的另一端与另外的1、2……16号对应端依次互连，其余的1、2……16号端接线方式一致，以下以1、2号端接线为例加以说明I号端的一端接第一路控制开关信号或现场级开关量信号的正信号端(signal1+)，I号端的另一端与J3接口的2、3……17号对应端依次互连；2号端的一端接第二路控制开关信号或现场级开关量信号的正信号端(signal2+)，2号端的另一端与J3接口的1、3……17号对应端依次互连；依此类推。本发明基于目前广泛采用的PLC控制系统而设计，设计了一种基于PLC带隔离的数字信号采集板卡，以解决采集大量数字量时，接线复杂，占用空间大，安装调试效率低的问题，应用REL-MR-24DC/21实现了数字信号和PLC模块之间的电气隔离，保护PLC模块；利用IN4007实现了现场传感器信号采集的交流保护；通过制作PCB电路板减小了安装空间，并省去了传统过程中中间环节的复杂接线工作，只需要完成PCB板与现实级和PLC端接线即可实现通讯，大大提高了工作效率。解决了采集大量数字量输入时，接线复杂，占用空间大，安装调试效率低的问 题。
权利要求
1.一种基于PLC带隔离的数字信号采集板卡，其特征在于包括隔离保护电路(1)、PLC端输入接口 Jl、外部负信号端输入接口 J2和外部正信号端输入接口 J3，隔离保护电路(I)与PLC端输入接口 J1、外部负信号端输入接口 J2对应连接。
2.根据权利要求I所述的基于PLC带隔离的数字信号采集板卡，其特征在于所述的隔离保护电路(I)中包括16个REL-MR-24DC/21型号的继电器及对应的32个型号的IN4007二极管，即RLYl及其对应的Dl和D17、RLY2及其对应的D2和D18......RLY16及其对应的D16和D32，各组接线方式一致，以下以RLYl及其Dl和D17、RLY2及其D2和D18为例加以说明 RLYl选用的是带一路常开和一路常闭的继电器，二极管Dl的两端与继电器RLYl的两端对应相连，与二极管Dl负端相连的继电器RLYl的线圈端与二极管D17负端相连，二极管D17正端接至外部负信号端输入接口 J2的I号端(J2-1)，与二极管Dl正端相连的继电器RLYl的线圈端与另外15个继电器RLY2、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连，并一起接至外部负信号端输入接口 J2的17号端(J2-17);继电器RLYl的开关侧动触点端与另外15个继电器RLY2、RLY3……RLY16的开关侧对应端依次互连，并一起接至PLC端输入接口Jl的I号端(Jl-I);继电器RLYl的开关侧常开触点端接至PLC端输入接口 Jl的17号端(J1-17)； RLY2选用的是带一路常开和一路常闭的继电器，二极管D2的两端与继电器RLY2的两端对应相连，与二极管D2负端相连的继电器RLY2的线圈端与二极管D18负端相连，二极管D18正端接至外部负信号端输入接口 J2的2号端(J2-2)，与二极管D2正端相连的继电器RLY2的线圈端与另外15个继电器RLY1、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连，并一起接至外部负信号端输入接口 J2的17号端(J2-17);继电器RLY2的开关侧动触点端与另外15个继电器RLYl、RLY3……RLY16的开关侧对应端依次互连，并一起接至PLC端输入接口Jl的I号端(Jl-I);继电器RLY2的开关侧常开触点端接至PLC端输入接口 Jl的16号端(J1-16)； RLY3分别与D3和D19接线、RLY4分别与D4和D20接线......RLY16分别与D16和D32接线，与RLYl及其Dl和D17、RLY2及其D2和D18，依此类推。
3.根据权利要求I所述的基于PLC带隔离的数字信号采集板卡，其特征在于所述的PLC端输入接口 Jl用于与PLC数字量输入模块(2)连接， PLC端输入接口 Jl的结构是，共有17个接口端，其中的I号端的一端接PLC直流供电电源的正极，即24VDC，I号端的另一端接16个继电器RLY1、RLY2……RLY16的开关侧动触点端依次互连端(J1-1)，其余的17、16……2号端接线方式一致，以下以17、16号端接线为例加以说明 17号端的一端接PLC数字量输入模块(2)的第I路输入(DI1)，17号端的另一端接继电器RLYl的开关侧常开触点端(J1-17)； 16号端的一端接PLC数字量输入模块(2)的第2路输入(DI2),16号端的另一端接继电器RLY2的开关侧常开触点端(J1-16)； 其他各端依此类推。
4.根据权利要求I所述的基于PLC带隔离的数字信号采集板卡，其特征在于所述的外部负信号端输入接口 J2用于同时与控制开关信号和现场级开关量信号连接，外部负信号端输入接口 J2的结构是，共有17个接口端，其中的17号端的一端接PLC直流供电电源的公共负极(0VDC)，17号端的另一端接与二极管D16正端相连的RLY1、RLY2……RLY16继电器的线圈端(J2-17)，其余的1、2……16号端接线方式一致，以下以I、2号端接线为例加以说明 I号端的一端接第一路控制开关信号或现场级开关量信号的负信号端(signal 1-),1号端的另一端接二极管D17正端(J2-1)； 2号端的一端接第二路控制开关信号或现场级开关量信号的负信号端(signal 2-),2号端的另一端接二极管D18正端(J2-2)； 其他各端依此类推。
5.根据权利要求I所述的基于PLC带隔离的数字信号采集板卡，其特征在于所述的外部正信号端输入接口 J3用于同时与控制开关信号和现场级开关量信号连接， 外部正信号端输入接口 J3的结构是，共有17个接口端，其中的17号端的一端接24V直流工业电源的24V端(24VDC)，17号端的另一端与另外的1、2……16号对应端依次互连，其余的1、2……16号端接线方式一致，以下以1、2号端接线为例加以说明 I号端的一端接第一路控制开关信号或现场级开关量信号的正信号端(signal 1+),1号端的另一端与J3接口的2、3……17号对应端依次互连； 2号端的一端接第二路控制开关信号或现场级开关量信号的正信号端(signal 2+),2号端的另一端与J3接口的1、3……17号对应端依次互连； 其他各端依此类推。
全文摘要
本发明公开了一种基于PLC带隔离的数字信号采集板卡，包括隔离保护电路、PLC端输入接口J1、外部负信号端输入接口J2和外部正信号端输入接口J3，隔离保护电路与PLC端输入接口J1、外部负信号端输入接口J2对应连接。本发明制作，实现了数字信号和PLC模块之间的电气隔离，保护PLC模块；利用IN4007实现了现场传感器信号采集的交流保护；通过制作PCB电路板减小了安装空间，并省去了传统过程中中间环节的复杂接线工作，只需要完成PCB板与现实级和PLC端接线即可实现通讯，大大提高了工作效率。
文档编号G05B19/05GK102854835SQ20121034190
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者张鹏飞, 于兴军, 刘启蒙, 董兴华, 郭振东 申请人:宝鸡石油机械有限责任公司