一种可配置的工业现场多功能数据采集及控制硬件平台的制作方法

本实用新型属于工业数据采集及控制
技术领域：
，具体涉及一种可配置的工业现场多功能数据采集及控制硬件平台。
背景技术：
：在当前工业数据采集及控制
技术领域：
中，在进行硬件设计时都是设计预定的一个或者几个功能，如果用户还需要其它功能则需要额外购买其它具有该功能的仪器。这样导致工业现场安装的仪器种类特别多，存在诸多专一功能仪器设备相互独立的问题，造成安装调试特别复杂、占用更大的安装空间，且由于不同系统可能都存在相同的功能部分(比如以太网通讯、屏幕显示、电源)，这样导致功能的冗余，并且会带来更高的能源损耗。因此有必要设计一种能够兼容多种功能模块的通用硬件平台，可根据用户需求实现灵活配置目的，使工业现场诸多专一功能仪器设备都工作在同一硬件平台中，进而降低用户成本，节约现场安装空间，降低工业能耗。技术实现要素：为了解决现有工业现场所存在的诸多专一功能仪器设备相互独立、安装调试复杂、安装空间需求大、功能冗余和能耗高等问题，本实用新型目的在于提供一种可配置的工业现场多功能数据采集及控制硬件平台。本实用新型所采用的技术方案为：一种可配置的工业现场多功能数据采集及控制硬件平台，包括壳体、底板和功能模板，其中，所述功能模板包括中央控制模板、电源模板和至少一个工业现场功能模板；所述壳体的侧面设有可插入所述底板和所述功能模板的开口，所述底板和所述功能模板分别可拆卸地插入所述壳体的内部；所述底板上布置有电源线、数据通信总线、控制总线、控制模板插槽、电源模板插槽和若干功能模板插槽，其中，所述控制模板插槽上的多个母座用于插接所述中央控制模板并分别连接所述电源线、所述数据通信总线或所述控制总线，所述电源模板插槽上的多个母座用于插接所述电源模板并连接所述电源线，所述功能模板插槽上的多个母座用于插接所述工业现场功能模板并分别连接所述电源线、所述数据通信总线或所述控制总线，所有功能模板插槽均按照统一规格布局相同数目的母座；所述工业现场功能模板上布置有对应的功能电路和作为对应功能电路对外接口的且可与任意所述功能模板插槽插接配合的插针板；所述中央控制模板插接所述控制模板插槽，所述电源模板插接所述电源模板插槽，所述工业现场功能模板插接所述功能模板插槽。优化的，在所述工业现场功能模板的外露板表面上设置有模块对外输入输出端子的功能指示标签，其中，所述功能指示标签的指示内容为所述功能模板插槽中所有母座功能的一部分。优化的，所述插针板的电源属性插针长于其它属性插针。优化的，在所述功能电路的I/O端与所述插针板的I/O属性插针之间串联有阻值介于500～1000欧姆之间的限流电阻和/或采用总线驱动芯片。进一步优化的，当串联有限流电阻时：在所述功能电路的I/O端与所述限流电阻之间连接有稳压二极管的阴极，所述稳压二极管的阳极接地；或者，在所述功能电路的I/O端与所述限流电阻之间连接有TVS管的阴极，所述TVS二极管的阳极接地。优化的，所述底板或所述功能模板的外露板通过手拉螺丝固定安装在所述壳体上。具体的，所述工业现场功能模板为振动测量功能模板、转速测量功能模板、电流模拟量测量功能模板、电能测量功能模板、数字量转换模拟量功能模板、通用数字输入输出功能模板、热电阻温度测量功能模板、继电器控制功能模板、视频功能模板或音频功能模板。优化的，在所述工业现场功能模板的外露板表面上还设置有若干工作指示灯，所有工业现场功能模板上的多个工作指示灯均按照统一规格布局。本实用新型的有益效果为：(1)本发明创造提供了一种能够兼容多种功能模块的通用硬件平台，通过在底板上布置具有统一规格布局的功能模板插槽，可使工业现场功能模板能够任意插接底板并达成模板间供电、模板间通信以及模板间控制目的，实现各工业现场功能模板在本通用硬件平台中的随意配置，进而既可以根据用户需求实现灵活配置目的，使工业现场诸多专一功能仪器设备都工作在同一硬件平台中，紧凑平台结构，节约安装空间，拓展工业现场适应范围，又可使各工业现场功能模板共用相同的中央控制模板以及电源模板，提升系统资源的利用率，减少能耗；(2)该通用硬件平台可以支持同时插入多个相同的且具有采集功能的工业现场功能模板来灵活扩展采集通道数量，并且由于各工业现场功能模板都挂在同一个数据通信总线上，可以通过硬件来控制各工业现场功能模板的准确同步采样，优于其它通过软件控制的同步精确度；(3)该通用硬件平台还具有可热插拔、I/O端口可限流及瞬间过压保护、安装方便和易于实现等优点，便于实际推广和应用。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本实用新型提供的工业现场多功能数据采集及控制硬件平台的立体结构示意图。图2是本实用新型提供的工业现场多功能数据采集及控制硬件平台的侧视结构示意图。图3是本实用新型提供的插针板与插槽的插接配合结构示意图。图4是本实用新型提供的I/O端限流及瞬间过压保护电路图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本实用新型的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本实用新型，并且不应当理解为本实用新型限制在本文阐述的实施例中。应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本实用新型的示例实施例的范围。应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本实用新型的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。实施例一如图1～4所示，本实施例提供的所述可配置的工业现场多功能数据采集及控制硬件平台，包括壳体1、底板2和功能模板3，其中，所述功能模板3包括中央控制模板301、电源模板302和至少一个工业现场功能模板303；所述壳体1的侧面设有可插入所述底板2和所述功能模板3的开口，所述底板2和所述功能模板3分别可拆卸地插入所述壳体1的内部；所述底板2上布置有电源线、数据通信总线、控制总线、控制模板插槽、电源模板插槽和若干功能模板插槽4，其中，所述控制模板插槽上的多个母座用于插接所述中央控制模板301并分别连接所述电源线、所述数据通信总线或所述控制总线，所述电源模板插槽上的多个母座用于插接所述电源模板302并连接所述电源线，所述功能模板插槽4上的多个母座用于插接所述工业现场功能模板303并分别连接所述电源线、所述数据通信总线或所述控制总线，所有功能模板插槽4均按照统一规格布局相同数目的母座；所述工业现场功能模板303上布置有对应的功能电路和作为对应功能电路对外接口的且可与任意所述功能模板插槽4插接配合的插针板5；所述中央控制模板301插接所述控制模板插槽，所述电源模板302插接所述电源模板插槽，所述工业现场功能模板303插接所述功能模板插槽4。如图1～3所示，在所述工业现场多功能数据采集及控制硬件平台的具体结构中，所述壳体1用于保护内插的所述底板2和所述功能模板3，其优选采用绝缘透明壳体。所述底板2用于为所述功能模板3提供统一的电源线、数据通信总线、控制总线和方便所述功能模板3直接插接使用的插槽。所述功能模板3为模块化设计的电路板，用于通过对应的功能电路实现相应功能，它们相互独立，模板与模板之间可通过所述底板2上的走线相连，进而完成模板间供电、模板间通信以及模板间控制目的。所述中央控制模板301用于实现对其它模板的控制功能；所述电源模板302用于向其它模板供电；所述工业现场功能模板303用于实现具体的工业现场应用功能，其可以但不限于为振动测量功能模板、转速测量功能模板、电流模拟量测量功能模板(例如4～20mA/0～10V)、电能测量功能模板、数字量转换模拟量功能模板、通用数字输入输出功能模板、热电阻温度测量功能模板、继电器控制功能模板、视频功能模板或音频功能模板等。虽然各种不同工业现场功能模板303接入的传感器型号和数量不一致，导致每个模板的外接信号线数量和接线顺序完全不一样，但是在所述底板2上，由于所有功能模板插槽4均按照统一规格布局相同数目的母座，同时由于所述插针板5与所述功能模板插槽4为成套配件，可确保每个所述功能模板插槽4能够兼容所述工业现场功能模板303的随机插入。例如，设计每个功能模板插槽4均具有20个接线母座，其中，接线母座S1-S16为传感器信号接入端口，可按照如下所示的统一规格表进行母座布局：GDDS1S2S3S4S5S6S7S8GNDGNDS9S10S11S12S13S14S15S16GND由此对于各工业现场功能模板303的且与所述功能模板插槽4对应的插针板5，可按照如下所示的统一规格表进行插针布局(“X”表示在对应位置无效：当对应功能模板插接上去后该端口没有定义功能，其它表示有效：当对应功能模块插接上去后该端口有相应的定义功能，反映工业现场功能模板303所要具体使用的传感器信号接入端口)：(1)第一工业现场功能模板的插针板：GDDS1S2XXXXS7S8GNDGNDS9S10XXXXS15S16GND(2)第二工业现场功能模板的插针板：GDDXS2S3S4S5S6S7XGNDGNDXS10S11S12S13S14S15XGND(3)第三工业现场功能模板的插针板：GDDS1S2XS4S5XS7S8GNDGNDS9S10XS12S13XS15S16GND因此不管是那种工业现场功能模板303，最多所要具体使用的传感器信号接入端口数都在16个内，可以插接任意一个所述功能模板插槽4进行上电使用。由此通过在所述底板2上布置具有统一规格布局的功能模板插槽4，可使工业现场功能模板能够任意插接所述底板2并达成模板间供电、模板间通信以及模板间控制目的，实现各工业现场功能模板303在本通用硬件平台中的随意配置，进而既可以根据用户需求实现灵活配置目的，使工业现场诸多专一功能仪器设备都工作在同一硬件平台中，紧凑平台结构，节约安装空间，拓展工业现场适应范围，又可使各工业现场功能模板303共用相同的中央控制模板301以及电源模板302，提升系统资源的利用率，减少能耗；同时该通用硬件平台可以支持同时插入多个相同的且具有采集功能的工业现场功能模板303来灵活扩展采集通道数量，并且由于各工业现场功能模板303都挂在同一个数据通信总线上，可以通过硬件来控制各工业现场功能模板303的准确同步采样，优于其它通过软件控制的同步精确度。优化的，在所述工业现场功能模板303的外露板表面上设置有模块对外输入输出端子的功能指示标签6，其中，所述功能指示标签6的指示内容为所述功能模板插槽4中所有母座功能的一部分。如图2所示，考虑通信、控制及电源等相关内部功能的插针无需对外指示，只有相应功能模板对外(此处“对外”是指在功能模板插槽4上再引出到外部接线端子，而不是直接在所述功能模板插槽4上，每个功能模板的插槽位预留的外部接线端子都是一样的，这样就可以保证功能模板可以插接到任意功能模板插槽中)的功能端子才需要指示，使得不同的功能模板在插入到某插槽后，对应插槽的接线端子功能将发生相应变化。此时就可以根据在模板外露表面上设置的所述功能指示标签6来指示端子的功能，保障功能模板的随意插入。优化的，所述插针板5的电源属性插针501长于其它属性插针。如图3所示，由于所述功能模板3中具有多种规格的电源供电，若电源上电时序出现错误，可能影响模板的正常工作甚至损坏模板，因此通过设计先通电的电源属性插针501具有最大长度，可保证在模板插入时母座首先与该插针接触，确保电源最先提供给模板，实现热插拔目的。优化的，在所述功能电路的I/O端与所述插针板5的I/O属性插针I/Ox之间串联有阻值介于500～1000欧姆之间的限流电阻R和/或采用总线驱动芯片。如图4所示，由于所述工业现场功能模板303在插入时，所述功能电路还没有正常工作，所述I/O属性插针I/Ox的输入/输出电平具有不确定性，因此必须对所述功能电路的I/O端进行限流及瞬间过压保护，确保在反复地拔插过程中I/O端不被损坏，因此通过所述限流电阻R可以实现限流保护。另外，如果在通讯接口之间使用总线驱动芯片，还可以增加多功能模板接入时总线驱动的可靠性。进一步地，为了实现瞬间过压保护，在所述功能电路的I/O端与所述限流电阻R之间连接有稳压二极管D5的阴极，所述稳压二极管D5的阳极接地。当然也可以在所述功能电路的I/O端与所述限流电阻R之间连接有TVS管(TransientVoltageSuppressor，又称为瞬态抑制二极管，是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有亚纳秒级的响应时间和相当高的浪涌吸收能力)的阴极，所述TVS二极管的阳极接地，实现相似的保护功能。优化的，所述底板2或所述功能模板3的外露板通过手拉螺丝7固定安装在所述壳体1上。如图1和2所示，通过引入所述手拉螺丝7，可在工业现场安装时徒手操作不使用其它安装工具也能实现所述底板2或所述功能模板3的可拆卸式安装或拆卸，方便现场安装。优化的，在所述工业现场功能模板303的外露板表面上还设置有若干工作指示灯8，所有工业现场功能模板303上的多个工作指示灯8均按照统一规格布局。通过前述设计，可以方便全局查看各功能模板的工作状态，便于实际使用。综上，采用本实施例所提供的可配置的工业现场多功能数据采集及控制硬件平台，具有如下技术效果：(1)本实施例提供了一种能够兼容多种功能模块的通用硬件平台，通过在底板上布置具有统一规格布局的功能模板插槽，可使工业现场功能模板能够任意插接底板并达成模板间供电、模板间通信以及模板间控制目的，实现各工业现场功能模板在本通用硬件平台中的随意配置，进而既可以根据用户需求实现灵活配置目的，使工业现场诸多专一功能仪器设备都工作在同一硬件平台中，紧凑平台结构，节约安装空间，拓展工业现场适应范围，又可使各工业现场功能模板共用相同的中央控制模板以及电源模板，提升系统资源的利用率，减少能耗；(2)该通用硬件平台可以支持同时插入多个相同的且具有采集功能的工业现场功能模板来灵活扩展采集通道数量，并且由于各工业现场功能模板都挂在同一个数据通信总线上，可以通过硬件来控制各工业现场功能模板的准确同步采样，优于其它通过软件控制的同步精确度；(3)该通用硬件平台还具有可热插拔、I/O端口可限流及瞬间过压保护、安装方便和易于实现等优点，便于实际推广和应用。本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。当前第1页1 2 3