專利名稱：模擬量輸出電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種輸出電路，特別是指一種工業(yè)過程自動化控制終端設(shè)備對現(xiàn)場需要模擬量控制的模擬量輸出電路，適用于石化、給排水、電力、冶金等領(lǐng)域的工業(yè)過程自動化控制終端設(shè)備，可以控制電動閥門、電機(jī)控制器、溫度控制器以及其它需要模擬信號控制的設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，在我國應(yīng)用于工業(yè)過程自動化領(lǐng)域控制設(shè)備中對模擬量進(jìn)行控制的電路，由于電路設(shè)計簡單，電路沒有采取隔離設(shè)計，而采集現(xiàn)場又存在信號干擾大的特點，所以，不足之處是造成現(xiàn)有模擬信號量的輸出電路，輸出信號失真、測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，給控制系統(tǒng)的整體控制造成極大影響；其可擴(kuò)展能力差，不能滿足現(xiàn)場采集信號點增加的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而為工業(yè)現(xiàn)場設(shè)計的模擬量輸出電路，輸出端通過接線端子與電動閥門、電機(jī)控制器、溫度控制器以及其它需要模擬信號控制的設(shè)備連接使用。4路模擬量輸出；提供4-20mA輸出或0-20mA輸出，輸出范圍可由電路板上的一位撥碼開關(guān)設(shè)定。輸出為12位分辨率。輸出部分同邏輯電路隔離，并有瞬變保護(hù)；將一個負(fù)載電阻接到輸出端可得到電壓輸出，電壓范圍由負(fù)載電阻決定。實際上在電流環(huán)可提供的電壓范圍內(nèi)，可輸出任何電壓值；模擬電路部分電源由外接24V提供；與主控制器通過數(shù)據(jù)總線I2C總線方式通訊；采用光耦隔離技術(shù)，可以抵抗現(xiàn)場信號的干擾；4位地址撥碼，可同時并聯(lián)使用16個此種電路，得到64個模擬量輸出點。
本實用新型的目的可以通過以下措施來達(dá)到一種模擬量輸出電路，該電路由控制部分和輸出部分兩部分組成，該電路構(gòu)成如下控制部分模擬量輸出電路通過數(shù)據(jù)總線與主控電路相連，單片機(jī)PIC U1的管腿13、14、15分別接入一個上拉電阻R1與電源VCC相連，同時通過數(shù)據(jù)總線同主控制器相連，PIC的管腿C2接入數(shù)據(jù)總線P1-10，PIC的管腿SCL接入P1-12，PIC的管腿SDA接入P1-14；P1-16通過電阻R2接入由3個與非門組成的復(fù)位電路，電源Vcc接入與非門U2A的輸入端1和U2C的輸入端9，另一輸入端2通過電阻R2接入數(shù)據(jù)總線P1-16，U2A輸出端3接入U2B的輸入端4，電源VCC通過并聯(lián)的反相二極管CR2、電阻R3接到U2B的輸入端5，U2B輸出端6與與非門U2C的輸入端10相接，U2C輸出端8與單片機(jī)U1的1腿Vpp相連；PIC的25、26、27、28管腿分別接入地址撥碼開關(guān)SW1的16、15、14、13端PIC的22端接入SW1的9端，設(shè)定輸出范圍，SW1的1、2、3、4、8端接地；單片機(jī)U1的9、10腿間并聯(lián)晶體振蕩器Y1、各接電容C16、C17組成的振蕩電路到地，單片機(jī)PIC的8、19腿接地，20腿接電源Vcc；PIC的管腿2、3、4、5通過限流電阻R6分別接入光耦U5B、U5C、U5D、U5E 6N136的管腿D+端，光耦U5B、U5C、U5D、U5E 6N136的管腿D-端接地，PIC的管腿7通過電阻R5接入光耦片U5的D-端，五個光耦U5A-E的管腿D接入24V+，管腿E接19V，光耦U5A的D+端接電源Vcc，光耦U5A的管腿C接入三態(tài)門U6A的使能端，24V+通過上拉電阻R7和濾波電容C6也接入三態(tài)門U6A-D的使能端，其它四個光耦的管腿C分別接入三態(tài)門U6B-D的輸入端，電源24V通過上拉電阻R8分別接入三態(tài)門U6B-D的輸入端，三態(tài)門U6B-D的輸出端形成四路輸出脈寬信號A、B、C、D；輸出部分四路輸出脈寬信號A、B、C、D分別經(jīng)過由電阻R9、電容C7組成的三階積分電路，分別接入比例運算放大器U8的正輸入端，24V+通過電阻10、R11接入運放器U8的負(fù)輸入端，其運放器U8的輸出端通過一個電位器R12和電阻R11接入其負(fù)輸入端，29V電壓分別接入運放器U8、U9的電源輸入端，三階積分電路的電容公共端接至輸出端；U8輸出端通過由電阻R13、R14組成的分壓網(wǎng)絡(luò)接入運放器U9的負(fù)輸入端，U9的輸出端通過電容C11接入U9的負(fù)輸入端，同時通過電阻R15接入場效應(yīng)管Q1的g極，場效應(yīng)管Q1的s極通過電阻R17接入24V+，U9的正輸入端通過電阻R16接入Q1的s極，場效應(yīng)管Q1的D極與地之間形成四路輸出端，并在其輸出端之間并聯(lián)電容CR5。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點模擬量輸出電路可以提供4-20mA輸出或0-20mA輸出，輸出范圍可由電路板上的一位撥碼開關(guān)設(shè)定；輸出為12位分辨率；輸出部分同邏輯電路通過光耦隔離，可以抵抗現(xiàn)場信號的干擾；根據(jù)現(xiàn)場要求，設(shè)置電路地址，易于電路的擴(kuò)展；安裝方便快捷，安裝在7.5mm×35mm的DIN導(dǎo)軌上，連接到系統(tǒng)總線；在25℃，250Ω負(fù)載時，精度為0.05％×滿量程，在整個溫度范圍內(nèi)，0-1000Ω負(fù)載時，精度為0.2％×滿量程。在每個通路都設(shè)有瞬變抑制器，實現(xiàn)瞬間保護(hù)；由于本實用新型采用的都是工業(yè)級元器件，可適應(yīng)的溫度范圍為-40℃～70℃，能夠在較惡劣的環(huán)境下工作。


圖1.模擬量輸出電路的方塊圖；圖2.模擬量輸出電路的控制部分；
圖3.模擬量輸出電路的輸出部分。
具體實施方式
請參考圖1模擬量輸出電路的方塊圖，該電路由控制部分和輸出部分兩部分組成，控制部分由單片機(jī)PIC、光耦片、振蕩電路、地址撥碼開關(guān)、三端穩(wěn)壓電路、復(fù)位電路等構(gòu)成，輸出部分由積分電路、運放器控制的場效應(yīng)管、電源電路等組成。
請參考圖2模擬量輸出電路的控制部分，模擬量輸出電路通過數(shù)據(jù)總線與主控電路相連，單片機(jī)PIC U1的管腿13、14、15分別接入一個上拉電阻R1與電源VCC相連，同時通過數(shù)據(jù)總線同主控制器相連。PIC的管腿C2接入數(shù)據(jù)總線P1-10，PIC的管腿SCL接入P1-12，PIC的管腿SDA接入P1-14；P1-16通過電阻R2接入由3個與非門組成的復(fù)位電路后，接入PIC的1腿VPP，PIC的25、26、27、28管腿分別接入地址撥碼開關(guān)SW1的16、15、14、13端；PIC的22端接入SW1的9端，設(shè)定輸出范圍，SW1的1、2、3、4、8端接地；由一個晶體與兩個電容組成的晶體振蕩電路接入單片機(jī)PIC的9、10管腿，為單片機(jī)PIC提供工作頻率；PIC的管腿2、3、4、5通過限流電阻R6分別接入光耦U5 6N136的管腿D+端，PIC的管腿7通過電阻R5接入光耦片U5的D-端，通過PIC的管腿7 A5輸出使能信號，通過光耦控制三態(tài)門U6 54HC126的使能端，五個光耦U5A-E的管腿D接入24V電源，管腿E接19V電源，光耦U5A的管腿C接入三態(tài)門U6A的使能端。其它四個光耦的管腿C分別接入三態(tài)門U6B-D的輸入端。
請參考圖3.模擬量輸出電路的輸出部分，四路輸出脈寬信號，通過三態(tài)門U6經(jīng)過由電阻R9、電容C7組成的三階積分電路，形成一個直流電壓信號(根據(jù)脈寬信號的寬度來變化)，分別接入比例運算放大器U8的正輸入端，24V電源通過電阻接入運放器U8的負(fù)輸入端，其運放器U8的輸出端通過一個電位器和一個電阻接入其負(fù)輸入端，運放器U8的電源由倍壓電路提供。輸出端通過由電阻R13組成的分壓網(wǎng)絡(luò)和運放器U9控制場效應(yīng)管Q1的導(dǎo)通，在R17與Q1的接口處，產(chǎn)生一個電壓，電壓是由負(fù)輸入端電壓值決定的，在電阻R17上產(chǎn)生一個電流值，此電流通過場效應(yīng)管Q1輸出。此電路中需要24V和19V、5V的供電，通過一個三端穩(wěn)壓電路輸出一個19V的電壓，19V電壓通過倍壓電路產(chǎn)生29V電壓給運放器提供電源，同時通過可調(diào)5V穩(wěn)壓器，在U4的2、3兩端之間產(chǎn)生5V的電壓，為三態(tài)門供電。
下面結(jié)合線路圖，對本實用新型作進(jìn)一步說明。
模擬量輸出用16位帶符號數(shù)。將少于16位分辨率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為16位數(shù)據(jù)。四路模擬量輸出電路有一個12位、無極性的A/D轉(zhuǎn)換器。在輸出信號范圍內(nèi)共有4096個A/D計數(shù)點。
0-20mA、4-20mA輸出范圍

模擬量輸出電路將4路模擬量輸出添加到I/O系統(tǒng)中。I/O總線上可安裝16塊E106模塊，得到64個模擬量輸出點。可以提供4-20mA輸出或0-20mA輸出，輸出范圍可由電路板上的一位撥碼開關(guān)設(shè)定。輸出為12位分辨率。輸出部分同邏輯電路隔離，并有瞬變保護(hù)。將一個負(fù)載電阻接到輸出端可得到電壓輸出，電壓范圍由負(fù)載電阻決定。實際上在電流環(huán)可提供的電壓范圍內(nèi)，可輸出任何電壓值。
下表列出電壓范圍的設(shè)定

該用于自動化控制終端的模擬量輸出電路，已制成模塊，本廠編號和名稱為E106模擬量輸出模塊，E106模擬量輸出電路采用B型盒，尺寸為(長)118mm×(寬)108mm×(高)44mm，安裝在7.5mm×35mm的DIN導(dǎo)軌上，連接到系統(tǒng)I/OBUS總線上。
E106模擬輸出模塊提供20mA模擬量輸出，輸出信號與I/O總線的5V電源是隔離的。這些輸出彼此是不隔離的，它們有公共地。
E106模塊用接線端子與外圍電路連接。推薦使用22～12AWG的標(biāo)準(zhǔn)電線?？梢钥刂齐妱娱y門、電機(jī)控制器、溫度控制器以及其它需要模擬信號控制的設(shè)備。
現(xiàn)說明該E106模擬量輸出模塊應(yīng)用實例，現(xiàn)以ECHO鍋爐干度控制儀為例，說明E106模擬量輸出模塊的控制過程及作用，ECHO高壓直流式蒸汽鍋爐的干度控制儀，其主要目的是通過調(diào)節(jié)變頻器來調(diào)節(jié)水量或通過電氣轉(zhuǎn)換器來調(diào)節(jié)火量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)干度值的目的，它由主控模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊(E106)、溫度調(diào)理模塊、熱電偶調(diào)理模塊、信號調(diào)理模塊等組成。
E106模擬量輸出模塊有四路模擬量輸出，信號類型為4～20mA。模塊輸出的模擬信號用來控制變頻器的給定頻率和鍋爐火量大小。
現(xiàn)場應(yīng)用表明，E106模擬量輸出電路具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、兼容性好、應(yīng)用靈活、操作方便等特點，且能夠適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境。
權(quán)利要求1.一種模擬量輸出電路，其特征在于該電路由控制部分和輸出部分兩部分組成，該電路構(gòu)成如下控制部分模擬量輸出電路通過數(shù)據(jù)總線與主控電路相連，單片機(jī)PIC U1的管腿13、14、15分別接入一個上拉電阻R1與電源VCC相連，同時通過數(shù)據(jù)總線同主控制器相連，PIC的管腿C2接入數(shù)據(jù)總線P1-10，PIC的管腿SCL接入P1-12，PIC的管腿SDA接入P1-14；P1-16通過電阻R2接入由3個與非門組成的復(fù)位電路，電源Vcc接入與非門U2A的輸入端1和U2C的輸入端9，另一輸入端2通過電阻R2接入數(shù)據(jù)總線P1-16，U2A輸出端3接入U2B的輸入端4，電源VCC通過并聯(lián)的反相二極管CR2、電阻R3接到U2B的輸入端5，U2B輸出端6與與非門U2C的輸入端10相接，U2C輸出端8與單片機(jī)U1的1腿Vpp相連；PIC的25、26、27、28管腿分別接入地址撥碼開關(guān)SW1的16、15、14、13端；PIC的22端接入SW1的9端，設(shè)定輸出范圍，SW1的1、2、3、4、8端接地；單片機(jī)U1的9、10腿間并聯(lián)晶體振蕩器Y1、各接電容C16、C17組成的振蕩電路到地，單片機(jī)PIC的8、19腿接地，20腿接電源Vcc；PIC的管腿2、3、4、5通過限流電阻R6分別接入光耦U5B、U5C、U5D、U5E 6N136的管腿D+端，光耦U5B、U5C、U5D、U5E 6N136的管腿D-端接地，PIC的管腿7通過電阻R5接入光耦片U5的D-端，五個光耦U5A-E的管腿D接入24V+，管腿E接19V，光耦U5A的D+端接電源Vcc，光耦U5A的管腿C接入三態(tài)門U6A的使能端，24V+通過上拉電阻R7和濾波電容C6也接入三態(tài)門U6A-D的使能端，其它四個光耦的管腿C分別接入三態(tài)門U6B-D的輸入端，電源24V通過上拉電阻R8分別接入三態(tài)門U6B-D的輸入端，三態(tài)門U6B-D的輸出端形成四路輸出脈寬信號A、B、C、D；輸出部分四路輸出脈寬信號A、B、C、D分別經(jīng)過由電阻R9、電容C7組成的三階積分電路，分別接入比例運算放大器U8的正輸入端，24V+通過電阻10、R11接入運放器U8的負(fù)輸入端，其運放器U8的輸出端通過一個電位器R12和電阻R11接入其負(fù)輸入端，29V電壓分別接入運放器U8、U9的電源輸入端，三階積分電路的電容公共端接至輸出端；U8輸出端通過由電阻R13、R14組成的分壓網(wǎng)絡(luò)接入運放器U9的負(fù)輸入端，U9的輸出端通過電容C11接入U9的負(fù)輸入端，同時通過電阻R15接入場效應(yīng)管Q1的g極，場效應(yīng)管Q1的s極通過電阻R17接入24V+，U9的正輸入端通過電阻R16接入Q1的s極，場效應(yīng)管Q1的D極與地之間形成四路輸出端，并在其輸出端之間并聯(lián)電容CR5。
專利摘要本實用新型涉及一種模擬量輸出電路，電路提供了4路模擬量輸出，用接線端子與外圍電路連接。外部24V電源給輸出電路供電，通過數(shù)據(jù)總線接入主控電路，從主控制器傳來的控制信號通過單片機(jī)PIC輸出四路脈寬信號，PIC的使能信號通過光耦控制三態(tài)門的使能端，經(jīng)過三階積分電路，根據(jù)脈寬的寬度變化來形成一個直流電壓信號，經(jīng)過比例放大器輸出，經(jīng)過分壓網(wǎng)絡(luò)、運放器控制場效應(yīng)管的導(dǎo)通，從而使(4－20mA輸出或0－20mA)電流信號從場效應(yīng)管輸出。通過調(diào)節(jié)地址撥碼開關(guān)，可以設(shè)置地址，實現(xiàn)電路的擴(kuò)展，最多可擴(kuò)展到16個電路，得到64個模擬量輸出點。輸出部分同邏輯電路采用光耦隔離，可以抵抗現(xiàn)場信號的干擾，安裝方便快捷。
文檔編號H03K19/00GK2590282SQ0228939
公開日2003年12月3日 申請日期2002年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月3日
發(fā)明者俞凌, 莊貴林 申請人:北京安控科技發(fā)展有限公司