专利名称：基于plc带隔离和旁路的数字信号驱动接口卡的制作方法
技术领域：
本实用新型属于自动化控制中的开关量输出控制技术领域，涉及一种基于PLC带隔离和旁路的数字信号驱动接口卡。
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，这就需要对被控设备输出大量的现场驱动信号，实现对各种电磁阀、DC接触器和信号灯等数字量控制设备的控制。特别是在工业领域，模块化、灵活性强的PLC被广泛采用，需要驱动控制现场大量的数字信号，配备多个多通道的数字信号驱动模块。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，同时由于信号通道多，使得布线复杂、不美观，检查维修不便，安装调试维护效率低。
发明内容本实用新型的目的是提供一种基于PLC带隔离和旁路的数字信号驱动接口卡，解决了现有技术中由于信号通道多，存在布线复杂、不美观、检查维修不便、安装调试维护效率低的问题。本实用新型所采用的技术方案是，一种基于PLC带隔离和旁路的数字信号驱动接口卡，包括PLC端输入接口 JUPLC端隔离保护电路、旁路端隔离保护电路、外部信号输出接口 J2和J3、外部信号输入接口 J4，互相连接共同组成PCB板卡，其中的PLC端隔离保护电路输入端通过PLC端输入接口 Jl与PLC数字量输出模块连接，PLC端隔离保护电路同时通过外部信号输出接口 J2和J3与现场级的被控设备连接；另外，外部信号输入接口 J4与旁路应急控制连接，外部信号输入接口 J4与旁路端隔离保护电路输入端连接，旁路端隔离保护电路输出端与PLC端隔离保护电路的输出端连接；所述的PLC端输入接口 Jl的I号端的一端接PLC供电电源的负极，另一端接与二极管D16正端相连的RLYI、RLY2……RLY16继电器的线圈端，其余17、16……2号端接线方式一致，17号端的一端接PLC数字量输出模块的第I路输出，另一端接与二极管Dl负端相连的RLYl继电器的线圈端；16号端的一端接PLC数字量输出模块的第2路输出，另一端接与二极管D2负端相连的RLY2继电器的线圈端；外部信号输出接口 J2的17号端的一端接被控设备的电源正极,另一端接继电器RLYURLY2……RLY16的开关侧对应端依次互连端，其余1、2……16号端接线方式一致，I号端的一端接现场级第I路被控设备的正极，另一端接继电器RLYl的开关侧动触点端；2号端的一端接第2路被控设备的正极，另一端接继电器RLY2的开关侧动触点端；依此类推，外部信号输出接口 J3的17号端接被控设备的电源负极，I号端接第I路被控设备的负极，2号端接第2路被控设备的负极，依此类推，外部信号输出接口 J3的1、2……17另一端依次互连，外部信号输入接口 J4的I号端的一端接24VDC工业电源的24VDC输出端，另一端接继电器RLY1、RLY2……RLY16的开关侧对应端依次互连端；2号端的一端接24VDC工业电源的OVDC输出端，另一端接与二极管D17负端相连的RLY17继电器的线圈端；其余18、17……3号端连接方式一致，18号端的一端接I路旁路应急控制的输出端，另一端接接与二极管D17负端相连的RLY17继电器的线圈端；17号端的一端接2路旁路应急控制的输出端，另一端接接与二极管D18负端相连的RLY18继电器的线圈端；依此类推。本实用新型的有益效果是，该数字信号驱动接口卡具备PLC正常工作模式、旁路应急控制模式的接入功能，实现了现场与PLC控制器、两种控制模式之间的电气隔离，明显减小安装空间，减小控制箱的尺寸，减轻安装接线人员的工作量，提高安装调试工作效率，降低了生产成本，可扩展，使用灵活。
图I是本实用新型的数字信号驱动接口卡的整体模块框图；图2是本实用新型装置中的PLC端隔离保护电路2的电路示意图；图3是本实用新型装置中的旁路端隔离保护电路5的电路示意图；图4是本实用新型装置中的输入输出接口 J1、J2、J3和J4的电路示意图；图5是系统模式切换开关和应急模式控制开关的接线示意图。图中，I. PLC数字量输出模块，2. PLC端隔离保护电路，3.被控设备，4.旁路应急控制，5.旁路端隔离保护电路。另外，Jl是PLC端输入接口，J2和J3均是外部信号输出接口，J4是外部信号输入接口 ；RLY1、RLY2......RLY16分别表示16个通道的PLC端隔离继电器；RLY17、RLY18……RLY32分别表示16个通道的旁路端隔离继电器；24VSPDT表示继电器为标准24V直流输出型；DIODE为二极管在元件库中默认的名称；D1、D2......D32 分别表示 32 个 IN4007 二极管；DOU D02……D016分别表示PLC的16路数字输出信号；OUTPUT I+, OUTPUT I-......0UTPUT16+、OUTPUT 16-分别表示现场级 16 路电磁阀(或
接触器、信号灯)设备正负信号端；SIGNAL1、SIGNAL2……SIGNAL16分别表示16路旁路应急控制(或按钮)信号。SI、S2……S8分别表示8个应急控制开关(或按钮)。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。参照图1，本实用新型是一种基于PLC带隔离和旁路的数字信号驱动接口卡，其模块结构如虚线框所示，包括PLC端输入接口 Jl、PLC端隔离保护电路2、旁路端隔离保护电路5、外部信号输出接口 J2和J3、外部信号输入接口 J4，互相连接共同组成PCB板卡，[0031]其中的PLC端隔离保护电路2输入端通过PLC端输入接口 Jl与PLC数字量输出模块I连接，PLC端隔离保护电路2同时通过外部信号输出接口 J2和J3与现场级的被控设备3连接；另外，外部信号输入接口 J4与旁路应急控制4连接，外部信号输入接口 J4与旁路端隔离保护电路5输入端连接，旁路端隔离保护电路5输出端与PLC端隔离保护电路2的输出端连接。PLC端输入接口 Jl是PCB板卡与PLC数字量输出模块I的连接接口 ；PLC端隔离保护电路2用于实现现场级被控设备3与PLC数字量输出模块I间的电气隔离，保护PLC模块，短路保护防止反向电流造成PLC模块的烧毁和电源短路；旁路端隔离保护电路5用于实现旁路应急控制4的电源与现场级被控设备3电源实现电气隔离，短路保护防止反向电流造成电源短路；两个隔离保护电路对两种工作模式之间也起到了电气隔离的作用；外部信号输出接口 J2和J3是PCB板卡与现场级被控设备3的连接接口，外部信号输入接口 J4是实现旁路应急控制4与PCB板卡的连接接口。本实用新型以下文本的描述，是按照16通道的实施例进行设置，实际使用中，通过相应的扩展则能够实现更多通道的采集。其中的PLC端输入接口 Jl、外部设备输出接口 J2和J3、外部设备输入接口 J4均选用PCB板用标准接线排。PLC数字量输出模块I选用标准24VDC输入的SM322器件，或选用西门子系列其他的PLC数字量输出模块。被控设备3由相关电磁阀、DC接触器和信号灯组成。旁路应急控制4由相关的控制开关、按钮组成。PLC端隔离保护电路2和旁路端隔离保护电路5均由相应数目的继电器REL-MR-24DC/21、IN4007组成，具体结构以下详述。参照图2，PLC端隔离保护电路2中设置有继电器RLY1、RLY2……RLY16及其对应的二极管D1、D2……D16，各组接线方式及原理一致，下面分别以RLYUDl和RLY2、D2为例加以说明RLYl选用的是带一路常开的继电器，二极管Dl的两端与继电器RLYl的两端对应相连，与二极管DI负端相连的继电器的线圈端接至PLC端输入接口 JI的17号端(JI -17 )，与二极管Dl正端相连的继电器的线圈端与另外15个继电器RLY2、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连接至PLC端输入接口 Jl的I号OVDC电源端(J1-1)，继电器RLYl的开关侧动触点端接至外部信号输出接口 J2的I号端(J2-1)，继电器RLYl的开关侧另一端与另外15个继电器RLY2、RLY3……RLY16的开关侧对应端依次互连接至外部信号输出接口 J2的 17 号 24VDC 端(J2-17)。RLY2同样选用的也是带一路常开的继电器，二极管D2的两端与继电器RLY2的两端对应相连，与二极管D2负端相连的继电器的线圈端接至PLC端输入接口 Jl的16号端(J1-16)，与二极管D2正端相连的继电器的线圈端已经与另外15个继电器RLY1、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连接至PLC端输入接口 Jl的I号OVDC电源端(J1-1)，继电器RLY2的开关侧动触点端接至外部信号输出接口 J2的2号端(J2-2)，继电器RLY2的开关侧另一端已经与另外15个继电器RLY1、RLY3……RLY16的开关侧对应端依次互连接至外部信号输出接口 J2的17号24VDC端(J2-17)。RLY3、RLY4......RLY16 分别与 D3、D4......D16 接线，与 RLYl 及其 DU RLY2 及其 D2
连接方式一致，依此类推。[0040]参照图3，旁路端隔离保护电路5中设置有继电器RLY17、RLY18……RLY32及其对应的二极管D17、D18……D32，各组接线方式及原理一致，下面以RLY17、D17和RLY18、D18为例加以说明RLY17选用的也是带一路常开的继电器，二极管D17的两端与继电器RLY17的两端对应相连，与二极管D17负端相连的继电器的线圈端 接至外部信号输入接口 J4的18号端(J4-18)，与二极管D17正端相连的继电器的线圈端与另外15个继电器RLY18、RLY19……RLY32的线圈的对应端依次互连接至外部信号输入接口 J4的2号工业电源OVDC端(J4-2)，继电器RLY17的开关侧动触点端接至外部信号输出接口 J2的I号端(J2-1)，继电器RLY17的开关侧另一端与另外15个继电器RLY18、RLY19……RLY32的开关侧对应端依次互连接至外部信号输入接口 J4的I号工业电源24VDC端(J4-1)。RLY18同样选用的也是带一路常开的继电器，二极管D18的两端与继电器RLY18的两端对应相连，与二极管D18负端相连的继电器的线圈端接至外部信号输入接口 J4的17号端(J4-17)，与二极管D18正端相连的继电器的线圈端与另外15个继电器RLY17、RLY19……RLY32的线圈的对应端依次互连接至外部信号输入接口 J4的2号工业电源OVDC端(J4-2)，继电器RLY18的开关侧动触点端接至外部信号输出接口 J2的2号端(J2-2)，继电器RLY18的开关侧另一端与另外15个继电器RLY17、RLY19……RLY32的开关侧对应端依次互连接至外部信号输入接口 J4的I号工业电源24VDC端(J4-1)。RLY19、RLY20......RLY32 分别和 D19、D20......D32 的对应接线，与 RLY17 及其 D17、
RLY18及其D18连接方式一致，依此类推。参照图4，PLC端输入接口 Jl的I号端的一端接PLC供电电源的负极(0VDC)，另一端接与二极管D16正端相连的RLYl、RLY2……RLY16继电器的线圈端(Jl-I )，其余17、16……2号端连接方式一致，下面以17、16号端接线为例加以说明17号端的一端接PLC数字量输出模块I的第I路输出(D01 )，另一端接与二极管Dl负端相连的RLYl继电器的线圈端(J1-17) ；16号端的一端接PLC数字量输出模块I的第2路输出(D02)，另一端接与二极管D2负端相连的RLY2继电器的线圈端(J1-16);依此类推。外部设备输出接口 J2的17号端的一端接至系统模式切换开关的正常位端，另一端接继电器RLY1、RLY2……RLY16的开关侧对应端依次互连端(J2-17)，其余1、2……16号端连接方式一致，下面以1、2号端接线为例加以说明I号端的一端接现场级第I路被控设备3的正极(0UTPUT1+)，另一端接继电器RLYl的开关侧动触点端(J2-1) ；2号端的一端接第2路被控设备3的正极(0UTPUT2+)，另一端接继电器RLY2的开关侧动触点端(J2-2);依此类推。外部设备输出接口 J3的17号端接至工业电源的电源负极(0VDC)，I号端接第I路被控设备3的负极(0UTPUTl-)，2号端接第2路被控设备3的负极(0UTPUT2-)，依此类推，外部设备输出接口 J3的1、2……17另一端依次互连。外部设备输入接口 J4的I号端的一端接24VDC工业电源的24VDC输出端(工业电源24VDC)，另一端接继电器RLY1、RLY2……RLY16的开关侧对应端依次互连端(J4-1) ;2号端的一端接24VDC工业电源的OVDC输出端(工业电源OVDC)，另一端接与二极管D17负端相连的RLY17继电器的线圈端(J4-2);其余18、17……3号端连接方式一致，下面以18、17号端接线为例加以说明18号端的一端接旁路应急控制4控制开关(或按钮)SI的一路输出端(SIGNAL1)，另一端接接与二极管D17负端相连的RLY17继电器的线圈端(J4-18) ；17号端的一端接旁路应急控制4控制开关(或按钮)SI的另一路输出端(SIGNAL2)，另一端接接与二极管D18负端相连的RLY18继电器的线圈端(J4-17);依此类推。参照图5，是三位系统模式切换开关工作原理示意图，三位系统模式切换开关输入端与24V电源连接，接收到电信号，系统模式切换开关输出端第一路为正常位，接至外部信号输出接口 J2的17号端子，电源的OV端接至外部信号输出接口 J3的17号端子；三位系 统模式切换开关输出端的中间路是停止位；系统模式切换开关输出端的第三路为应急位，接至应急控制开关SI、S2……S8的输入端，应急控制开关SI —路接至外部信号输入接口J4的18号端子，另一路接至外部信号输入接口 J4的17号端子；应急控制开关S2 —路接至外部信号输入接口 J4的16号端子，另一路接至外部信号输入接口 J4的15号端子；S3、S4……S8接线与SI、S2连接方式一致，依次类推。PLC正常工作模式时，三位系统模式切换开关处于正常位，详见图5所示，PLC工作，PLC数字量输出模块I输出接入PLC端输入接口 J1，通过PLC端隔离保护电路2，把开关信号送至外部信号输出接口 J2和J3，实现对现场级电磁阀等被控设备3的控制，此时旁路端隔离保护电路5不供电，处于隔离状态。旁路应急控制模式(PLC故障或检修时)，三位系统模式切换开关处于应急位，详见图5所示，PLC不工作，旁路应急控制4的控制开关(或按钮)通过外部信号输入接口输入J4，经过旁路端隔离保护电路5把信号送至外部信号输出接口 J2和J3，实现对被控设备3的应急控制，此时PLC端隔离保护电路2不供电，处于隔离状态。本实用新型基于PLC带隔离和旁路的数字信号驱动接口卡，基于目前广泛采用的PLC控制系统，解决了输出大量数字量时，接线复杂，占用空间大，安装调试效率低的问题，具备PLC正常工作模式和旁路应急控制模式两种工作模式，通过系统模式切换开关实现两种模式的切换；应用继电器实现了数字信号和PLC模块之间的电气隔离，保护PLC模块，同时一种模式工作时可以对另外一种工作模式实现隔离，利用IN4007可有效的防止出现反向电流时烧毁模块或造成电源短路；通过制作为标准的PCB电路板结构减小了安装空间，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模块端接线即可实现通讯，大大提高了工作效率。
权利要求1.一种基于PLC带隔离和旁路的数字信号驱动接口卡，其特征在于包括PLC端输入接口 J1、PLC端隔离保护电路(2)、旁路端隔离保护电路(5)、外部信号输出接口 J2和J3、夕卜部信号输入接口 J4，互相连接共同组成PCB板卡， 其中的PLC端隔离保护电路(2)输入端通过PLC端输入接口 Jl与PLC数字量输出模块(I)连接，PLC端隔离保护电路(2)同时通过外部信号输出接口 J2和J3与现场级的被控设备(3)连接；另外，外部信号输入接口 J4与旁路应急控制(4)连接，外部信号输入接口 J4与旁路端隔离保护电路(5)输入端连接，旁路端隔离保护电路(5)输出端与PLC端隔离保护电路(2)的输出端连接； 所述的PLC端输入接口 Jl的I号端的一端接PLC供电电源的负极，另一端接与二极管D16正端相连的RLY1、RLY2……RLY16继电器的线圈端，其余17、16……2号端接线方式一致，17号端的一端接PLC数字量输出模块(I)的第I路输出，另一端接与二极管Dl负端相连的RLYl继电器的线圈端；16号端的一端接PLC数字量输出模块(I)的第2路输出，另一端接与二极管D2负端相连的RLY2继电器的线圈端； 外部信号输出接口 J2的17号端的一端接被控设备(3)的电源正极，另一端接继电器RLYURLY2……RLY16的开关侧对应端依次互连端，其余1、2……16号端接线方式一致，I号端的一端接现场级第I路被控设备(3)的正极，另一端接继电器RLYl的开关侧动触点端；2号端的一端接第2路被控设备(3)的正极，另一端接继电器RLY2的开关侧动触点端；依此类推， 外部信号输出接口 J3的17号端接被控设备(3)的电源负极，I号端接第I路被控设备(3)的负极，2号端接第2路被控设备(3)的负极，依此类推，外部信号输出接口 J3的I、2……17另一端依次互连， 外部信号输入接口 J4的I号端的一端接24VDC工业电源的24VDC输出端，另一端接继电器RLY1、RLY2……RLY16的开关侧对应端依次互连端；2号端的一端接24VDC工业电源的OVDC输出端，另一端接与二极管D17负端相连的RLY17继电器的线圈端；其余18、17……3号端接线方式一致，18号端的一端接I路旁路应急控制(4)的输出端，另一端接接与二极管D17负端相连的RLY17继电器的线圈端；17号端的一端接2路旁路应急控制(4)的输出端，另一端接接与二极管D18负端相连的RLY18继电器的线圈端；依此类推。
2.根据权利要求I所述的基于PLC带隔离和旁路的数字信号驱动接口卡，其特征在于所述的PLC端隔离保护电路(2)中设置有继电器RLY1、RLY2……RLY16及其对应的二极管D1、D2……D16，各组接线方式一致， RLYl选用的是带一路常开的继电器，二极管Dl的两端与继电器RLYl的两端对应相连，与二极管Dl负端相连的继电器的线圈端接至PLC端输入接口 Jl的17号端，与二极管Dl正端相连的继电器的线圈端与另外15个继电器此￥2、1 1^3……RLY16的线圈的对应端依次互连接至PLC端输入接口 Jl的I号OVDC电源端，继电器RLYl的开关侧动触点端接至外部信号输出接口 J2的I号端，继电器RLYl的开关侧另一端与另外15个继电器RLY2、RLY3……RLY16的开关侧对应端依次互连接至外部信号输出接口 J2的17号24VDC端， RLY2同样选用的也是带一路常开的继电器，二极管D2的两端与继电器RLY2的两端对应相连，与二极管D2负端相连的继电器的线圈端接至PLC端输入接口 Jl的16号端，与二极管D2正端相连的继电器的线圈端已经与另外15个继电器RLY1、RLY3……RLY16的线圈的对应端依次互连接至PLC端输入接口 Jl的I号OVDC电源端，继电器RLY2的开关侧动触点端接至外部信号输出接口 J2的2号端，继电器RLY2的开关侧另一端已经与另外15个继电器RLY1、RLY3……RLY16的开关侧对应端依次互连接至外部信号输出接口 J2的17号24VDC 端， RLY3、RLY4......RLY16 分别与 D3、D4......D16 接线，与 RLYl 及其 D1、RLY2 及其 D2 连接方式一致，依此类推。
3.根据权利要求I所述的基于PLC带隔离和旁路的数字信号驱动接口卡，其特征在于所述的旁路端隔离保护电路(5)中设置有继电器RLY17、RLY18……RLY32及其对应的二极管D17、D18……D32，各组接线方式一致， RLY17选用的也是带一路常开的继电器，二极管D17的两端与继电器RLY17的两端对应相连，与二极管D17负端相连的继电器的线圈端接至外部信号输入接口 J4的18号端，与二极管D17正端相连的继电器的线圈端与另外15个继电器RLY18、RLY19……RLY32的线圈的对应端依次互连接至外部信号输入接口 J4的2号工业电源OVDC端，继电器RLY17的开关侧动触点端接至外部信号输出接口 J2的I号端，继电器RLY17的开关侧另一端与另外15个继电器RLY18、RLY19……RLY32的开关侧对应端依次互连接至外部信号输入接口 J4的I号工业电源24VDC端， RLY18同样选用的也是带一路常开的继电器，二极管D18的两端与继电器RLY18的两端对应相连，与二极管D18负端相连的继电器的线圈端接至外部信号输入接口 J4的17号端，与二极管D18正端相连的继电器的线圈端与另外15个继电器RLY17、RLY19……RLY32的线圈的对应端依次互连接至外部信号输入接口 J4的2号工业电源OVDC端，继电器RLY18的开关侧动触点端接至外部信号输出接口 J2的2号端，继电器RLY18的开关侧另一端与另外15个继电器RLY17、RLY19……RLY32的开关侧对应端依次互连接至外部信号输入接口 J4的I号工业电源24VDC端， RLY19、RLY20......RLY32 分别和 D19、D20......D32 的对应接线，与 RLY17 及其 D17、RLY18及其D18连接方式一致，依此类推。
4.根据权利要求I所述的基于PLC带隔离和旁路的数字信号驱动接口卡，其特征在于还包括三位系统模式切换开关，三位系统模式切换开关输入端与24V电源连接， 系统模式切换开关输出端第一路为正常位，接至外部信号输出接口 J2的17号端子，电源的OV端接至外部信号输出接口 J3的17号端子； 三位系统模式切换开关输出端的中间路是停止位； 系统模式切换开关输出端的第三路为应急位，接至应急控制开关S1、S2……S8的输入端，应急控制开关SI —路接至外部信号输入接口 J4的18号端子，另一路接至外部信号输入接口 J4的17号端子；应急控制开关S2 —路接至外部信号输入接口 J4的16号端子，另一路接至外部信号输入接口 J4的15号端子； S3、S4……S8接线与SI、S2连接方式一致，依次类推。
专利摘要本实用新型公开了一种基于PLC带隔离和旁路的数字信号驱动接口卡，包括PLC端输入接口J1、PLC端隔离保护电路、旁路端隔离保护电路、外部信号输出接口J2和J3、外部信号输入接口J4。本实用新型装置具备PLC正常工作模式和旁路应急控制模式两种工作模式；应用继电器实现了数字信号和PLC模块之间的电气隔离，同时一种模式工作时可以对另外一种工作模式实现隔离，利用IN4007可有效的防止出现反向电流时烧毁模块或造成电源短路；PCB电路板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模块端接线即可实现通讯，大大提高了工作效率。
文档编号G05B19/05GK202720483SQ20122032957
公开日2013年2月6日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者张鹏飞, 丛万生, 林康, 梁卫斌, 李庆福 申请人:宝鸡石油机械有限责任公司