工業(yè)控制系統(tǒng)中抑制電磁干擾的模擬量輸入采集電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種工業(yè)控制系統(tǒng)中抑制電磁干擾 的模擬量輸入采集電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)控制系統(tǒng)中，電流輸入模塊主要負(fù)責(zé)把現(xiàn)場的模擬信號（4_20mA)進(jìn)行采 集，轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號，通過RS-485通信傳送給上位機(jī)。由于DCS系統(tǒng)采集信息的就地 設(shè)備大多處在現(xiàn)場有變頻控制設(shè)備、大功率電磁起動、GPS高頻信號無線收發(fā)裝置的場合， 這些電磁干擾疊加在采集信號端上，直接影響測量精度和控制精度。因此，要求在設(shè)計過程 中，應(yīng)充分考慮模擬信號采集過程中的抗電磁干擾能力，有效抑制電磁干擾，提高系統(tǒng)運(yùn)維 的可靠性。
[0003] 目前，常用的實(shí)現(xiàn)方法無外乎通道隔離或者使用儀表放大器采集信號，對輸入端 信號簡單處理，保證采集通道的抗干擾特性?，F(xiàn)有方案一基于線性光耦隔離使用，能起到一 定的抑制EMC作用，但是在光耦的線性化使用或者說在使用線性光耦器件的過程中，其線 性度往往并不能完全令人滿意?，F(xiàn)有方案二使用儀表放大器采集信號，儀表放大器采集信 號經(jīng)簡單處理后，通過儀表放大器適量放大信號，進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號后傳入單片機(jī)內(nèi)，雖然解決了線性化的問題，且做了一定限制EMC電路處理， 但其根本處理并不完全，對EMC中的抑制群脈沖效應(yīng)，浪涌干擾等效果并不明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種工業(yè)控制系統(tǒng)中抑制電磁干擾的 模擬量輸入采集電路，通過在模擬采集信號輸入端加入保護(hù)性元件，并置入帶通濾波器，有 效的抑制電磁干擾帶來信號采集不穩(wěn)、抖動，甚至AD轉(zhuǎn)換器死機(jī)的問題，同時對采集信號 的線性化，采集速度均能得到滿足，成本優(yōu)勢明顯，較好的滿足現(xiàn)有DCS系統(tǒng)應(yīng)用。
[0005] 本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：一種工業(yè)控制系統(tǒng)中抑制電 磁干擾的模擬量輸入采集電路，包括采集信號I/V轉(zhuǎn)換電路、共模扼流圈、高頻噪聲抑制電 路、衰減濾波電路、帶通濾波器，所述采集信號I/V轉(zhuǎn)換電路的輸入端與差分信號輸入端連 接，用于將模擬量輸入電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，所述差分信號輸入端連接有TVS浪涌保 護(hù)電路，所述采集信號I/V轉(zhuǎn)換電路的輸出端與共模扼流圈的輸入端連接，所述共模扼流 圈的輸出端與高頻噪聲抑制電路的輸入端連接，所述高頻噪聲抑制電路的輸出端與衰減濾 波電路的輸入端連接，所述衰減濾波電路的輸出端與帶通濾波器的輸入端連接，帶通濾波 器的輸出端用于信號輸出。
[0006] 所述采集信號I/V轉(zhuǎn)換電路采用精密電阻R1，精密電阻Rl的兩端分別與差分信號 輸入端IN+、IN-連接。
[0007] 所述TVS浪涌保護(hù)電路包括瞬態(tài)抑制二級管DDl和兩高壓陶瓷電容，所述瞬態(tài)抑 制二級管DDl的一端分別與差分信號輸入端IN+、第一高壓陶瓷電容Cl的一端連接，第一 高壓陶瓷電容Cl的另一端接地，所述瞬態(tài)抑制二級管DDl的另一端分別與差分信號輸入端 IN-、第二高壓陶瓷電容C2的一端連接，第二高壓陶瓷電容C2的另一端接地。
[0008] 所述共模扼流圈采用型號為ACM4532-102-2P的共模扼流圈。
[0009] 所述高頻噪聲抑制電路包括第一電感Ll和第二電感L2,所述第一電感Ll的一端 與共模扼流圈的第一輸出端連接，所述第一電感Ll的另一端與衰減濾波電路的第一輸入 端連接，所述第二電感L2的一端與共模扼流圈的第二輸出端連接，所述第二電感L2的另一 端與衰減濾波電路的第二輸入端連接。
[0010] 所述衰減濾波電路包括跟隨濾波電路、衰減電路，所述跟隨濾波電路的輸入端與 高頻噪聲抑制電路的輸出端連接，所述跟隨濾波電路的輸出端與衰減電路的輸入端連接， 所述衰減電路的輸出端與帶通濾波器的輸入端連接。
[0011] 所述跟隨濾波電路包括第二電阻R2、第三電阻R3、第三電容C3、第四電容C4、第五 電容C5,所述第二電阻R2的一端與高頻噪聲抑制電路的第一輸出端連接，所述第二電阻R2 的另一端分別與第三電容C3的一端、第四電容C4的一端連接，第三電容C3的另一端接地， 所述第三電阻R3的一端與高頻噪聲抑制電路的第二輸出端連接，所述第三電阻R3的另一 端分別與第五電容C5的一端、第四電容C4的另一端連接，第五電容C5的另一端接地，第四 電容C4的兩端分別與衰減電路的兩輸入端連接。
[0012] 所述衰減電路包括第一運(yùn)放A8A、第三運(yùn)放A8C、第四運(yùn)放A8D和若干電阻、電容， 所述第三運(yùn)放A8C的同相輸入端與跟隨濾波電路的第一輸出端連接，所述第三運(yùn)放A8C的 反相輸入端分別與第五電阻R5的一端、第六電阻R6的一端連接，所述第六電阻R6的另一 端與第三運(yùn)放A8C的輸出端連接，所述第四運(yùn)放A8D的同相輸入端與跟隨濾波電路的第二 輸出端連接，所述第四運(yùn)放A8D的反相輸入端分別與第五電阻R5的另一端、第七電阻R7的 一端連接，所述第七電阻R7的另一端與第四運(yùn)放A8D的輸出端連接，所述第三運(yùn)放A8C的 輸出端與第八電阻R8的一端連接，所述第八電阻R8的另一端分別與第十電阻RlO的一端、 第六電容C6的一端、所述第一運(yùn)放A8A的同相輸入端連接，第十電阻RlO的另一端、第六電 容C6的另一端均接地，所述第四運(yùn)放A8D的輸出端與第九電阻R9的一端連接，所述第九電 阻R9的另一端分別與第^ 電阻Rll的一端、第七電容C7的一端、所述第一運(yùn)放A8A的反 相輸入端連接，第i 電阻Rll的另一端、第七電容C7的另一端均與第一運(yùn)放A8A的輸出 端連接。
[0013] 所述帶通濾波器包括第二運(yùn)放A8B和若干電阻、電容，所述第二運(yùn)放A8B的同相輸 入端分別與第十三電阻R13的一端、第十電容ClO的一端連接，所述第十電容ClO的另一端 接地，所述第十三電阻R13的另一端與第十二電阻R12的一端、第^ 電容Cll的一端連 接，第十二電阻R12的另一端與衰減濾波電路的輸出端連接，第十一電容Cll的另一端與第 二運(yùn)放A8B的輸出端連接，所述第二運(yùn)放A8B的反相輸入端經(jīng)第十三電阻R13與第二運(yùn)放 A8B的輸出端連接，第二運(yùn)放A8B的輸出端與第四電阻R4的一端連接，第四電阻R4的另一 端輸出信號，第四電阻R4的另一端經(jīng)第十二電容C12接地。
[0014] 本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案的有益效果為：本實(shí)用新型的模擬采集通道無需 隔離，通過置入有效的保護(hù)性元件，如貼片高壓陶瓷電容、瞬態(tài)抑制二級管、共模扼流圈、電 感、帶通濾波器等，有效抑制信號輸入端帶來的群脈沖、浪涌、共模、射頻、串模等帶來的電 磁干擾，性能好，提高了控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；
[0016] 圖2為本實(shí)用新型的前半部分電路圖；
[0017] 圖3為本實(shí)用新型的后半部分電路圖。
[0018] 附圖中，1為TVS浪涌保護(hù)電路，2為采集信號I/V轉(zhuǎn)換電路，3為共模扼流圈，4為 高頻噪聲抑制電路，5為跟隨濾波電路，6為衰減電路，7為帶通濾波器。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：
[0020] 參見圖1至圖3, 一種工業(yè)控制系統(tǒng)中抑制電磁干擾的模擬量輸入采集電路的實(shí) 施例，一種工業(yè)控制系統(tǒng)中抑制電磁干擾的模擬量輸入采集電路，包括采集信號I/V轉(zhuǎn)換 電路2、共模扼流圈3、高頻噪聲抑制電路4、衰減濾波電路、帶通濾波器7,所述采集信號1/ V轉(zhuǎn)換電路的輸入端與差分信號輸入端連接，用于將模擬量輸入電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號， 所述差分信號輸入端連接有TVS浪涌保護(hù)電路1，所述采集信號I/V轉(zhuǎn)換電路的輸出端與共 模扼流圈的輸入端連接，所述共模扼流圈的輸出端與高頻噪聲抑制電路的輸入端連接，所 述高頻噪聲抑制電路的輸出端與衰減濾波電路的輸入端連接，所述衰減濾波電路的輸出端 與帶通濾波器的輸入端連接，帶通濾波器的輸出端用于信號輸出。
[0021] 所述采集信號I/V轉(zhuǎn)換電路采用精密電阻R1，精密電阻Rl的兩端分別與差分信號 輸入端IN+、IN-連接。
[0022] 所述TVS浪涌保護(hù)電路包括瞬態(tài)抑制二級管DDl和兩高壓陶瓷電容，所述瞬態(tài)抑 制二級管DDl的一端分別與差分信號輸入端IN+、第一高壓陶瓷電容Cl的一端連接，第一 高壓陶瓷電容Cl的另一端接地，所述瞬態(tài)抑制二級管DDl的另一端分別與差分信號輸入端 IN-、第二高壓陶瓷電容C2的一端連接，第二高壓陶瓷電容C2的另一端接地。
[0023] 所述共模扼流圈采用型號為ACM4532-102-2P的共模扼流圈。
[0024] 所述高頻噪聲抑制電路包括第一電感Ll和第二電感L2,所述第一電感Ll的一端 與共模扼流圈的第一輸出端連接，所述第一電感Ll的另一端與衰減濾波電路的第一輸入 端連接，所述第二電感L2的一端與共模扼流圈的第二輸出端連接，所述第二電感L2的另一 端與衰減濾波電路的第二輸入端連接。
[0025] 所述衰減濾波電路包括跟隨濾波電路5、衰減電路6,所述跟隨濾波電路的輸入端 與高頻噪聲抑制電路的輸出端連接，所述跟隨濾波電路的輸出端與衰減電路的輸入端連 接，所述衰減電路的輸出端與帶通濾波器的輸入端連接。
[0026] 所述跟隨濾波電路包括第二電阻R2、第三電阻R3、第三電容C3、第四電容C4、第五 電容C5,所述第二電阻R2的一端與高頻噪聲抑制電路的第一輸出端連接，所述第二電阻R2 的另一端分別與第三電容C3的一端、第四電容C4的一端連接，第三電容C3的另一端接地， 所述第三電阻R3的一端與高頻噪聲抑制電路的第二輸出端連接，所述第三電阻R3的另一 端分別與第五電容C5的一端、第四電容C4的另一端連接，第五電容C5的另一端接地，第四 電容C4的兩端分別與衰減電路的兩輸入端連接。
[0027] 所述衰減電路包括第一運(yùn)放A8A、第三運(yùn)放A8C、第