本實用新型涉及DCS系統(tǒng)，尤其涉及一種DCS系統(tǒng)模擬量輸入模塊。

背景技術(shù)：

目前，分布式控制系統(tǒng)(distributed control systems,簡稱DCS)是一個高可靠性、開放性、靈活性、易于維護、協(xié)調(diào)性、控制功能齊全的系統(tǒng)，已被廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、鋼鐵、造紙、水泥、脫硫、除塵、水處理等自動化控制領(lǐng)域中，它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。新華DCS系統(tǒng)NetPAC是新華新一代的DCS系統(tǒng)。

現(xiàn)有技術(shù)中，DCS系統(tǒng)中的模擬量輸入模塊負責現(xiàn)場4-20mA模擬量信號的采集，多采用異步485通信模式，其采集精度不高，通信速率較慢

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于研究一種DCS系統(tǒng)多通道模擬量輸入模塊，提高模塊的采樣精度和通信速率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實用新型提供一種DCS系統(tǒng)模擬量輸入模塊，采用高性能微處理器(MCU)和可編程邏輯陣列(CPLD)并搭建專用的信號調(diào)理電路進行信號的采樣和處理，采用同步485通信模式與上位機通信，提高模塊的采樣精度和通信速率。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種DCS系統(tǒng)模擬量輸入模塊，其特征在于，所述模擬量輸入模塊包括模擬信號輸入電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、CPLD和微處理器，其中，

所述模擬信號輸入電路與8路不同儀表連接，獲取外部模擬量輸入信號；并將接收到8通道外部模擬信號發(fā)送到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路位于所述模擬信號輸入電路和所述CPLD之間，用于對所述模擬信號輸入電路采集到的外部模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；

所述微處理器用于對采集到的外部模擬量輸入信號進行校準和調(diào)試，與所述CPLD通過總線連接進行通訊；

所述CPLD(Complex programmable logic devices，復(fù)雜可編程邏輯器件)通過譯碼器控制8路模擬通道輸入信號，接收到經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的輸入信號后對所述輸入信號進行處理，和所述微處理器進行交換，并將處理后的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到所述DCS系統(tǒng)的上位機，同時接收所述上位機發(fā)送過來的指令。

在本實用新型的較佳實施方式中，所述模擬信號輸入電路每一個通道都采用MOSFET晶體管為開關(guān)，所述DCS系統(tǒng)的上位機通過所述CPLD可單獨控制各個通道的輸出。

在本實用新型的較佳實施方式中，所述模擬信號輸入電路每一個通道的輸入端都使用了可恢復(fù)保險絲。

在本實用新型的另一較佳實施方式中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字隔離電路，其中，所述信號調(diào)理電路用于外部模擬量信號的處理，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將外部模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述數(shù)字隔離電路用于隔離現(xiàn)場設(shè)備對系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。

在本實用新型的較佳實施方式中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為16位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS8320。

在本實用新型的另一較佳實施方式中，數(shù)字隔離電路采用的是高速磁介質(zhì)隔離芯片ADuM1200和ADuM1201。

在本實用新型的較佳實施方式中，所述微處理器為32位的ARM M0芯片。

在本實用新型的另一較佳實施方式中，所述CPLD為Lattice公司LCMXO2-1200HC-6TG100芯片。

在本實用新型的較佳實施方式中，所述CPLD內(nèi)部包含兩組獨立的RS485接口，通過所述兩組RS485接口與所述DCS系統(tǒng)的上位機進行數(shù)據(jù)交換。

在本實用新型的另一較佳實施方式中，所述每組RS485接口包含時鐘線(CLK)和數(shù)據(jù)線(DAT)，采用同步串行方式與上層控制器通信。

有益效果

本實用新型采用高性能微處理器(MCU)和可編程邏輯陣列(CPLD)并搭建專用的信號調(diào)理電路進行信號的采樣和處理，采用同步485通信模式與上位機通信，可以精確的采樣外部模擬量信號，并快速的將數(shù)據(jù)傳遞給上位機，從而滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。

以下將結(jié)合附圖對本實用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是本實用新型的一個較佳實施例的DCS系統(tǒng)模擬量輸入模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本實用新型的一個較佳實施例的模擬量輸入模塊信號調(diào)理電路的示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種DCS系統(tǒng)模擬量輸入模塊，包括模擬信號輸入電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、CPLD和微處理器。

模擬信號輸入電路與8路不同儀表連接，獲取外部模擬量輸入信號；并將接收到8通道外部模擬信號發(fā)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。模擬信號輸入電路每一個通道都采用MOSFET晶體管為開關(guān)，DCS系統(tǒng)的上位機可通過CPLD單獨控制各個通道的輸出，使整個模擬量輸入模塊的輸入控制更加靈活。同時，在每個通道的輸入端都使用了可恢復(fù)保險絲，從而避免了外部浪涌干擾的沖擊，保證回路安全可靠。

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路位于模擬信號輸入電路和CPLD之間，包括信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字隔離電路，信號調(diào)理電路用于外部模擬量信號的處理，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，保證了系統(tǒng)的可靠性和采樣精度；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將外部模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用的是16位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS8320，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器能達到500k/s轉(zhuǎn)換速率；數(shù)字隔離電路用于隔離現(xiàn)場設(shè)備對系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，CPLD與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的SPI接口數(shù)字隔離電路采用的是高速磁介質(zhì)隔離芯片ADuM1200和ADuM1201，可隔離現(xiàn)場設(shè)備對系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，保證其正常工作。

微處理器用于對采集到的外部模擬量輸入信號進行校準和調(diào)試，完成8通道模擬數(shù)據(jù)的采集，并通過外部總線接口(EBI)與CPLD相連，完與CPLD的通信。。本實施例中微處理器采用的是32位的ARM M0芯片，用C語言編程。

CPLD((Field－Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)通過多路分解器)控制8路模擬通道輸入信號，接收到經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的輸入信號后對輸入信號進行處理，和微處理器進行交換，并將處理后的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到DCS系統(tǒng)的上位機，同時接收上位機發(fā)送過來的指令；控制多路開關(guān)的切換。本實施例中的CPLD采用的是Lattice公司LCMXO2-1200HC-6TG100芯片，并使用Verilog語言編程。。由于DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，有多組數(shù)據(jù)需通訊，故在CPLD中設(shè)置2組獨立的RS485接口與不同的控制器獨立通訊，每組RS485接口包含時鐘線(CLK)和數(shù)據(jù)線(DAT)，采用同步串行方式與上層控制器通信，從而有效的提高了通信速率和容錯能力。

以上詳細描述了本實用新型的較佳具體實施例。應(yīng)當理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本實用新型的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本實用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。