一体式EtherCAT总线IO接线扩展电路的制作方法

一体式ethercat总线io接线扩展电路
技术领域
1.本实用新型涉及接线电路技术领域，尤其涉及一种一体式ethercat总线io接线扩展电路。


背景技术：

2.随着工业的发展和科技的进步，工业现场对于控制系统的要求也越来越高，现代生产环境的规模化和高集成度效应要求在不同区域终端设备都能对现场开关量信号进行采集和输出，现有的远程io模块已经无法满足控制距离较远的现场设备的要求。ethercat(control automation technology，以太网自动化技术)作为一种实时的工业以太网已广泛地应用在工业现场环境，ethercat io作为ethercat主要组成部件也在机器人，数控机床，数据采集等领域得到大规模的应用。
3.然而，现有的ethercat总线io电路技术方案中，输入输出接口io直接与外接设备连接，缺少隔离和滤波等电路，导致整体电路容易受到外部电路的干扰，系统的可靠性较差。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种一体式ethercat总线io接线扩展电路。
5.一方面，为实现上述目的，根据本实用新型实施例的一体式ethercat总线io接线扩展电路，所述一体式ethercat总线io接线扩展电路包括：
6.内部信号接口，所述内部信号接口用于连接内部输入输出信号；
7.光耦隔离电路，所述光耦隔离电路用于将所述内部输入输出信号进行隔离；
8.对外信号接口，所述对外信号接口用于将所述光耦隔离后的信号对外输入输出。
9.进一步地，根据本实用新型的一个实施例，所述一体式ethercat总线io接线扩展电路还包括：
10.信号驱动电路，所述内部信号接口通过所述信号驱动电路与所述光耦隔离驱动电路连接，以将所述内部输入输出信号进行信号放大后，传输至所述光耦隔离电路。
11.进一步地，根据本实用新型的一个实施例，所述一体式ethercat总线io接线扩展电路还包括：
12.滤波电路，所述光耦隔离电路通过所述滤波电路与所述对外信号接口连接，以将光耦隔离电路的输入输出信号进行滤波后，传输至所述对外信号接口。
13.进一步地，根据本实用新型的一个实施例，所述一体式ethercat总线io接线扩展电路还包括信号指示灯电路，所述信号指示灯电路与所述信号驱动电路连接，以在所述信号驱动电路的输出信号的控制下，将指示灯进行点亮或熄灭控制，以对信号传输状态进行指示。
14.进一步地，根据本实用新型的一个实施例，所述光耦隔离电路包括：
15.光耦，所述光耦的发光二极管的阳极通过第一电阻与所述信号驱动电路的一信号输出端连接，所述光耦的发光二极管的阴极与参考地连接，所述光耦的三极管的集电极通过第二电阻与上拉电源连接；
16.mos晶体管，所述光耦的三极管的发射极与所述mos晶体管的栅极连接，所述光耦的三极管的发射极还通过第三电阻与所述mos晶体管的源极连接，mos晶体管的漏极与所述滤波电路的一信号输入端连接。
17.进一步地，根据本实用新型的一个实施例，所述光耦和mos晶体管分别设有多个，以将信号驱动电路上的多个信号的光耦隔离输出。
18.进一步地，根据本实用新型的一个实施例，所述信号驱动电路包括：
19.驱动器，所述驱动器的信号输入端分别与所述内部信号接口连接，所述驱动器的一信号输出端通过第一电阻与一所述光耦的发光二极管的阳极连接；
20.下拉电阻，所述下拉电阻的一端与所述驱动器的一信号输入端连接，所述下拉电阻的输出端与参考地连接。
21.进一步地，根据本实用新型的一个实施例，所述驱动器和下拉电阻分别设有多个，以将所述内部信号接口的多路信号进行信号放大后，传输至所述光耦隔离电路。
22.进一步地，根据本实用新型的一个实施例，所述滤波电路包括滤波器，所述滤波器的一端与所述光耦隔离电路的一信号输出端连接，所述滤波器的另一端与所述对外信号接口的一信号端连接；
23.所述滤波器分别设有多个，以将光耦隔离电路与对外信号接口之间的多个信号进行滤波输出。
24.进一步地，根据本实用新型的一个实施例，所述信号指示灯电路包括：
25.限流电阻，所述限流电阻的一端与所述信号驱动电路的一信号输出端连接；
26.发光二极管，所述发光二极管的阳极与所述限流电阻的另一端连接，所述发光二极管的另一端与参考地连接；所述限流电阻和发光二极管分别设有多个，以对多个信号传输状态进行指示。
27.本实用新型实施例提供的一体式ethercat总线io接线扩展电路，通过内部信号接口用于连接内部输入输出信号；光耦隔离电路用于将所述内部输入输出信号进行隔离；对外信号接口用于将所述光耦隔离后的信号对外输入输出。如此，通过所述光耦隔离电路可将内部信号与外部信号进行相互的隔离，以有效隔离外部电路的干扰，以提高系统的可靠性。另外，通过所述滤波电路可将电路上的干扰信号进一步滤除，从而保证干扰信号对对外信号接口的影响，保证对外信号接口上的信号的完整性。通过该一体式ethercat总线io接线扩展电路可方便与多种常用控制卡或plc主机连接，节约成本。
附图说明
28.图1为本实用新型实施例提供的一体式ethercat总线io接线扩展电路框图；
29.图2为本实用新型实施例提供的内部信号接口电路图；
30.图3为本实用新型实施例提供的信号驱动电路图；
31.图4为本实用新型实施例提供的光耦隔离电路图；
32.图5为本实用新型实施例提供的滤波电路图；
33.图6为本实用新型实施例提供的对外信号接口电路图；
34.图7为本实用新型实施例提供的信号指示灯电路图；
35.图8为本实用新型实施例提供的具有一体式ethercat总线io接线扩展电路的ethercat总线设备。
36.附图标记：
37.ethercat壳体10；
38.第一以太网接口20；
39.第二以太网接口30；
40.对外信号接口40。
41.本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
42.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
43.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
44.参阅图1，本实用新型实施例提供一种一体式ethercat总线io接线扩展电路，包括：内部信号接口jp401、光耦隔离电路和对外信号接口40(p400)，所述内部信号接口jp401用于连接内部输入输出信号；如图2中所示，通过所述内部信号接口jp401内连接内部输入输出信号，例如图2中的32位输出信号。
45.所述光耦隔离电路用于将所述内部输入输出信号进行隔离；为了减少内部信号和外部信号的相互干扰，通过所述光耦隔离电路可将内部信号与外部信号进行相互的隔离，以有效隔离外部电路的干扰，以提高系统的可靠性。
46.所述对外信号接口40(p400)用于将所述光耦隔离后的信号对外输入输出。如图6中所示，所述对外信号接口40(p400)用于与外部设备连接，例如plc控制器。也就是说，一体式ethercat总线io接线扩展电路可用于与ethercat总线协议的plc、控制卡和控制器配套使用。例如研华、固高、雷赛等ethercat协议的控制卡。以及欧姆龙、倍福、汇川等ethercat协议的plc主站，通过该一体式ethercat总线io接线扩展电路可方便与上述常用控制卡或plc主机连接，节约成本。
47.参阅图1，所述一体式ethercat总线io接线扩展电路还包括：信号驱动电路，所述内部信号接口通过所述信号驱动电路与所述光耦隔离驱动电路连接，以将所述内部输入输出信号进行信号放大后，传输至所述光耦隔离电路。由于所述内部信号接口jp401的输入输出信号相对较弱，可能无法驱动后端的光耦隔离电路或其他电路。通过所述信号驱动电路内部输入输出信号进行功率放大后输出，可更好地对后端电路进行驱动。
48.参阅图1，所述一体式ethercat总线io接线扩展电路还包括：滤波电路，所述光耦隔离电路通过所述滤波电路与所述对外信号接口40(p400)连接，以将光耦隔离电路的输入输出信号进行滤波后，传输至所述对外信号接口40(p400)。通过所述滤波电路可将电路上的干扰信号进一步滤除，从而保证干扰信号对对外信号接口40(p400)的影响，保证对外信号接口40(p400)上的信号的完整性。
49.参阅图1，所述一体式ethercat总线io接线扩展电路还包括信号指示灯电路，所述信号指示灯电路与所述信号驱动电路连接，以在所述信号驱动电路的输出信号的控制下，将指示灯进行点亮或熄灭控制，以对信号传输状态进行指示。通过所述信号指示灯电路可对所述内部信号接口jp401输出的信号进行指示。在其他实施例中，也可以对由对外信号接口40(p400)引入的信号进行指示。这样，用户通过观察信号指示灯电路的点亮或熄灭状态，即可获取ethercat内部电路是否处于正常工作状态。由于ethercat内部电路处于正常工作状态时，由于输入输出信号状态的改变，使得所述信号指示灯电路通常处于闪烁状态，而当信号出现故障时，于输入输出信号状态将不在出现快速的改变，使得信号指示灯电路处于熄灭状态。如此，用户通过信号指示灯电路的状态，则可以判断ethercat内部电路是否出现故障。
50.参阅图4，在本实用新型的一个实施例中，所述光耦隔离电路包括：光耦ic624和mos晶体管,所述mos晶体管可集成在ic712芯片内，所述光耦ic624的发光二极管的阳极通过第一电阻r728与所述信号驱动电路的一信号输出端out_24连接，所述光耦ic624的发光二极管的阴极与参考地连接，所述光耦ic624的三极管的集电极通过第二电阻r768与上拉电源24v_out1连接；所述光耦ic624的三极管的发射极与所述mos晶体管的栅极(ic712芯片的g1引脚)连接，所述光耦ic624的三极管的发射极还通过第三电阻r788与所述mos晶体管的源极(ic712芯片的s1引脚)连接，mos晶体管的漏极(ic712芯片的d1引脚)与所述滤波电路的一信号输入端out24连接。
51.具体地，其工作过程为，通过所述内部信号接口jp401的o_18信号端可引出一路数字信号，该数字信号通过信号驱动电路进行功率放大后，通过out_24信号端输出至所述第一电阻r728的一端，并通过所述第一电阻r728输出到所述光耦ic624的发光二极管的阳极。当out_24信号为高电平信号时，所述发光二极管导通，并发光，使得光耦ic624的三极管也导通。此时，上拉电源24v_out1作用在mos晶体管的栅极(ic712芯片的g1引脚)，使得mos晶体管的源极和漏极之间相互导通，上拉电源24v_out1的高电平通过电阻r788及mos晶体管的源极和漏极，并通过out24信号输出。这样，可实现一路数字信号的隔离输出。将内部信号与外部进行隔离，从而有效减少内部和外部信号的相互干扰，通过隔离书输出的高信号电平信号由上拉电源24v_out1产生，信号完整性更好，从而提高系统的可靠性。
52.参阅图4，所述光耦和mos晶体管分别设有多个，以将信号驱动电路上的多个信号的光耦隔离输出。如图4中所示，多个所述mos晶体管分别封装在多个集成电路内(ic712至ic715)，每个集成电路可封装2个mos晶体管，通过图4中的4个集成电路可封装有8个mos晶体管，与8个mos晶体管相对对应的是8个光耦(ic624至ic631)。这样，可实现8路信号的隔离输出。在本实用新型的其他实施例中，可将所述光耦和mos晶体管分别设有32个，以实现32路信号的隔离输出。其他光耦和mos晶体管的电路结构与图4相同。在此不重复赘述。
53.参阅图2和图3，在本实用新型的一个实施例中，所述信号驱动电路包括：驱动器和
下拉电阻，所述驱动器的信号输入端分别与所述内部信号接口连接，所述驱动器的一信号输出端通过第一电阻与一所述光耦的发光二极管的阳极连接；所述下拉电阻的一端与所述驱动器的一信号输入端连接，所述下拉电阻的输出端与参考地连接。如图3中所示，所述驱动器和下拉电阻分别设有多个，以将所述内部信号接口的多路信号进行信号放大后，传输至所述光耦隔离电路。在本实用新型的一个实施例中，所述驱动器可设有四个(ic800至ic803)，每个所述驱动器可实现8路信号的放大，这样可实现32信号的放大输出。所述下拉电阻也设有32个(r640至r647，r740至r755)，这样，可为所述驱动器的各输入端提供一个初始下拉电平，保证信号的稳定性。
54.参阅图5和图6，在本实用新型的一个实施例中，所述滤波电路包括滤波器，所述滤波器的一端与所述光耦隔离电路的一信号输出端连接，所述滤波器的另一端与所述对外信号接口40(p400)的一信号端连接；所述滤波器分别设有多个，以将光耦隔离电路与对外信号接口40之间的多个信号进行滤波输出。如图5中所示，所述滤波器分别设有32个(f600z至f631)，每个所述滤波器的一端分别与一所述光耦隔离电路的一端连接，每个所述滤波器的另一端分别与所述对外信号接口40(p400)的信号端连接，这样，可实现32路信号的滤波输出，保证隔离信号的稳定性。
55.参阅图3、图6和图7，所述信号指示灯电路包括：限流电阻和发光二极管，所述限流电阻的一端与所述信号驱动电路的一信号输出端连接；所述发光二极管的阳极与所述限流电阻的另一端连接，所述发光二极管的另一端与参考地连接；所述限流电阻和发光二极管分别设有多个，以对多个信号传输状态进行指示。如图7中所示，所述发光二极管可分别设有16个(led600至led615)，对应地，所述限流电阻也设有16个(r600至r615)，每个所述限流电阻与一个发光二极管连接，以对各发光二极管进行限流，调节发光二极管的发光亮度。当信号驱动电路的各路输出信号(out_16至out_32)中一路为高电平时，可将连接在该路信号上的led等点亮，当该路信号为低电平或没有信号输出时，连接在该路信号上的led为熄灭状态。由于电路正常工作时各路输出信号(out_16至out_32)上的信号的高低压交替变化，使得各发光二极管为闪烁状态，通过获取发光二极管为闪烁状态或熄灭状态，可判断ethercat电路是都正常工作。
56.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
57.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。