CN102768505A - 一种基于plc带隔离和旁路的数字信号驱动接口卡 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于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。本发明装置具备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。

Description

一种基于PLC带隔离和旁路的数字信号驱动接口卡

技术领域

本发明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

本发明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。

本发明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，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J1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。

本发明的有益效果是，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。

附图说明

图1是本发明的数字信号驱动接口卡的整体模块框图；

图2是本发明装置中的PLC端隔离保护电路2的电路示意图；

图3是本发明装置中的旁路端隔离保护电路5的电路示意图；

图4是本发明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，1.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，J1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；

DO1、DO2……DO16分别表示PLC的16路数字输出信号；

OUTPUT1+、OUTPUT1-……OUTPUT16+、OUTPUT16-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。

S1、S2……S8分别表示8个应急控制开关（或按钮）。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1，本发明是一种基于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、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2输入端通过PLC端输入接口J1与PLC数字量输出模块1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J1是PCB板卡与PLC数字量输出模块1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1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。

本发明以下文本的描述，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J1、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1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RLY1、D1和RLY2、D2为例加以说明：

RLY1选用的是带一路常开的继电器，二极管D1的两端与继电器RLY1的两端对应相连，与二极管D1负端相连的继电器的线圈端接至PLC端输入接口J1的17号端（J1-17），与二极管D1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J1的1号0VDC电源端（J1-1），继电器RLY1的开关侧动触点端接至外部信号输出接口J2的1号端（J2-1），继电器RLY1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J1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J1的1号0VDC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RLY1及其D1、RLY2及其D2连接方式一致，依此类推。

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0VDC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1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1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0VDC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1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J1的1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RLY1、RLY2……RLY16继电器的线圈端（J1-1），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1的第1路输出（DO1），另一端接与二极管D1负端相连的RLY1继电器的线圈端（J1-17）；16号端的一端接PLC数字量输出模块1的第2路输出（DO2），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：

1号端的一端接现场级第1路被控设备3的正极（OUTPUT1+），另一端接继电器RLY1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（OUTPUT2+），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），1号端接第1路被控设备3的负极（OUTPUT1-），2号端接第2路被控设备3的负极（OUTPUT2-），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1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0VDC输出端（工业电源0VDC），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）S1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）S1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0V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S1一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S2一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S1、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1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。

本发明基于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。

Claims (5)

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、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（2）输入端通过PLC端输入接口J1与PLC数字量输出模块（1）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。

2.根据权利要求1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，

RLY1选用的是带一路常开的继电器，二极管D1的两端与继电器RLY1的两端对应相连，与二极管D1负端相连的继电器的线圈端接至PLC端输入接口J1的17号端，与二极管D1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J1的1号0VDC电源端，继电器RLY1的开关侧动触点端接至外部信号输出接口J2的1号端，继电器RLY1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J1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J1的1号0VDC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RLY1及其D1、RLY2及其D2连接方式一致，依此类推。

3.根据权利要求1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0VDC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1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1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0VDC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1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1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端输入接口J1的1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号端连接方式一致，17号端的一端接PLC数字量输出模块（1）的第1路输出，另一端接与二极管D1负端相连的RLY1继电器的线圈端；16号端的一端接PLC数字量输出模块（1）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RLY1、RLY2……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，1号端的一端接现场级第1路被控设备（3）的正极，另一端接继电器RLY1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，1号端接第1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1、2……17另一端依次互连，

外部信号输入接口J4的1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0VDC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1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。

5.根据权利要求1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0V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S1一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S2一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S1、S2连接方式一致，依次类推。

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