一种DCS开关量输入检测卡件的制作方法

本发明属于dcs卡件技术领域，具体涉及一种dcs开关量输入检测卡件。

背景技术：

随着现场总线技术和集散控制技术的发展，目前我国大、中、小型发电厂均已完成dcs控制系统数字化改造工作。发电厂dcs系统主要用来完成涉及到发电过程过程中参与生产的锅炉、汽机、电气、化学、热工等工艺流程的实现，起到多系统协调控制，最终实现电力安全、稳定、可靠的送出。开关量作为目前控制领域不可或缺的一部分，主要用来反映各生产系统的运行状态，并在dcs控制组态时可作为工艺逻辑判据或告警提示。无论是新建机组还是老旧机组改造时，各个发电厂均需要大量的开关量卡件，目前大部分开关量卡件均由国外知名厂商供货，导致卡件全寿命周期内需要不断投入维护费、改造费等其他费用，如果厂商断供，将对生产厂商造成非常大的影响，严重将中断正常生产工作。目前公知的dcs开关量卡件购买价格较高，维护成本较大，升级改造选择范围单一。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种dcs开关量输入检测卡件，能够替代现有dcs开关量卡件，实现发电厂dcs开关量信号的采集，并可靠的传输至dcs中央控制单元。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种dcs开关量输入检测卡件，包括开关量输入采集模块、主处理器模块、通信传输模块和电源模块；

所述开关量输入采集模块输入端设置有16路数字量输入通道，输出端与所述主处理器模块数字量输入端口相连，所述开关量输入采集模块用于将外接输入电平信号转换为与所述主处理器模块兼容的电平信号；

所述通信传输模块经通信端口与所述主处理器模块通信端口相连，所述通信传输模块用于将所述主处理器模块采集的开关量信号转换为工业以太网信号信号传输至dcs中央控制单元；

所述主处理器模块通过采集所述开关量输入采集模块各通道输入的电平信号，进一步分析、转换为数字量0或1，并将各通道转换后的数字量信号提供给所述通信传输模块进行编码；

所述电源模块输入端与外接电源连接，将外接电源转换为所述开关量输入采集模块、主处理器模块和通信传输模块需要的额定电压，所述电源模块用于为所述开关量输入采集模块、主处理器模块和通信传输模块供电。

优选的，所述开关量输入采集模块包括接插件电路、光电隔离电路和通道状态显示电路，所述接插件电路为16通道×2排接线端子，奇数编号通道与外接输入正电平信号相连，偶数编号通道与外接输入地相连，所述接插件电路用于将开关量输入信号连接至dcs卡件；所述光电隔离电路采用16个单通道光电隔离芯片，每个光电隔离芯片正极性输入端经电阻与接插件电路奇数编号通道相连，负极性输入端与接插件电路偶数编号通道相连，所述光电隔离电路中光电隔离芯片正极性输出端与所述通道状态显示电路相连，所述光电隔离芯片用于将开关量输入信号转换为与所述主处理器模块兼容的电平信号；所述通道状态显示电路包括发光二级管和电阻，用于显示各开关量输入通道的状态。

优选的，所述主处理器模块包括主处理器、主处理器模块时钟系统和主处理器模块复位系统，所述主处理器模块时钟系统连接至所述主处理器时钟端口，为所述主处理器提供时钟节拍信号，所述主处理器模块复位系统与所述主处理器复位端口相连，用于使所述主处理器装载的程序介质从头开始执行，所述主处理器数字量输入端口与所述开关量输入采集模块中光电隔离芯片正极性输出端相连，所述主处理器用于采集、分析、传输开关量输入采集模块输入开关量信号；所述主处理器设置两路16通道开关量输入通道，其中一路属于备用通道。

进一步的，所述主处理器采用stc89c52芯片，所述主处理器通信端为串行通信端口，所述主处理器数字量p0通道和p1通道同时采集8路开关量输入信号，其中p1通道为备用通道，所述主处理器数字量p2通道和p3通道第8至13引脚、p4通道第17、28引脚同时采集8路开关量输入信号，其中p3通道第8至13引脚、p4通道第17、28引脚为备用通道。

优选的，所述通信传输模块包括通信处理器模块和工业以太网传输模块，所述通信处理器模块包括通信处理器、通信处理器模块时钟系统、通信处理器模块复位系统和ram系统，所述通信处理器模块时钟系统与所述通信处理器时钟端口相连，所述通信处理器模块复位系统与所述通信处理器复位端口相连，所述ram系统8路输入信号经锁存器与所述通信处理器数字量端口相连，剩余8路输入信号直接与所述通信处理器数字量端口相连，所述通信处理器与所述主处理器模块的主处理器通过通信端口相连，所述通信处理器用于收集所述主处理器模块采集的开关量信号，并传输至所述工业以太网传输模块；所述工业以太网传输模块包括以太网控制器、网络变压器、以太网接口，所述以太网控制器与所述通信处理器模块输出信号相连，所述以太网控制器输出经网络变压器与所述以太网接口相连，所述以太网控制器用于将开关量信号转换为工业以太网信号进行传输至dcs中央控制单元。

进一步的，所述通信处理器采用stc89c54芯片，所述锁存器采用74als573芯片，所述ram系统采用ram62256芯片，所述太网控制器采用rtl8019芯片，所述网络变压器采用20f001芯片，所述以太网接口为rj45网络接口。

优选的，所述电源模块包括电源接插件、一级电压转换模块、滤波电路和电源指示电路，所述电源接插件正、负端输入端与外接电源正、负端相连，所述电源接插件输出端与所述一级电压转换模块输入端相连，所述一级电压转换模块输出端分别经滤波电路、电源指示电路后与所述开关量输入采集模块、主处理器模块、通信传输模块相连并供电；所述一级电压转换模块用于将外接电源电压进行降压至额定电压，所述滤波电路用于降低纹波含量，所述电源指示电路用于指示电源工作状态。

进一步的，所述一级电压转换模块采用lm2596芯片，将外接电源电压转换为5v电压。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过开关量输入采集模块将16路数字量信号传输至主处理模块，主处理器在辅助系统的配合下根据设定程序，将输入采集模块传输的高电平数字量信号转换为较低电平的0、1信号，并利用串行通信协议传输至通信传输模块，通信传输模块的通信处理对传输的串行协议信号进行解码，进一步编码转换为工业以太网信号，经过以太网控制器、网络变压器和以太网接口传输至上级dcs中央控制单元。

进一步的，本发明主处理器、通信处理器、以太网控制器采用性价比高的芯片，该类型芯片应用范围广泛，易于半导体生产厂家生产，改善目前市面dcs开关量输入检测卡件价格较高、供货商单一的局势。

进一步的，本发明主处理器设置有两路开关量输入通道，实现一用一备功能，增强卡件的可靠性和使用时间，在主处理一路数字量采集出现故障的情况下，立刻切换至备用采集通道，减轻对dcs产生的干扰。

进一步的，本发明开关量输入采集模块各通道相互独立，无电气联系，避免了各通道间相互的影响，提升了卡件各通道的抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明dcs开关量输入检测卡件系统原理框图。

图2为本发明开关量输入采集模块电路图。

图3为本发明主处理器模块电路图。

图4a为本发明通信处理器模块电路图。

图4b为本发明工业以太网传输模块电路图。

图5为本发明电源模块电路图。

图中：1—开关量输入采集模块；2—主处理器模块；3—通信传输模块；4—电源模块。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明能够解决dcs开关量卡件购买价格较高，维护成本较大，升级改造选择范围单一问题，提供一种性价比高、应用范围广、可靠性高的dcs开关量输入检测卡件。

本发明一种dcs开关量输入检测卡件，如图1所示，包括开关量输入采集模块1、主处理器模块2、通信传输模块3和电源模块4；

所述开关量输入采集模块1输入端设置有16路数字量输入通道，输出端与所述主处理器模块2数字量输入端口相连，所述开关量输入采集模块1用于将外接输入电平信号转换为与所述主处理器模块2兼容的电平信号；

所述通信传输模块3经通信端口与所述主处理器模块2通信端口相连，所述通信传输模块3用于将所述主处理器模块2采集的开关量信号转换为工业以太网信号信号传输至dcs中央控制单元；

所述主处理器模块2通过采集所述开关量输入采集模块1各通道输入的电平信号，进一步分析、转换为数字量0或1，并将各通道转换后的数字量信号提供给所述通信传输模块3进行编码；

所述电源模块4输入端与外接电源连接，将外接电源转换为所述主处理器模块2和通信传输模块3需要的额定电压，所述电源模块4用于为所述开关量输入采集模块1、主处理器模块2和通信传输模块3供电。

本实施例中，所述开关量输入采集模块1包括接插件电路、光电隔离电路和通道状态显示电路，所述接插件电路为16通道×2排接线端子，奇数编号通道与外接输入正电平信号相连，偶数编号通道与外接输入地相连，所述接插件电路用于将开关量输入信号连接至dcs卡件；所述光电隔离电路采用16个单通道光电隔离芯片，每个光电隔离芯片正极性输入端经电阻与接插件电路奇数编号通道相连，负极性输入端与接插件电路偶数编号通道相连，所述光电隔离电路中光电隔离芯片正极性输出端与所述通道状态显示电路相连，所述光电隔离芯片用于将开关量输入信号转换为与所述主处理器模块2兼容的电平信号；所述通道状态显示电路包括发光二级管和电阻，用于显示各开关量输入通道的状态；如图2所示，所述开关量输入采集模块1包括接插件p2、电阻r1至电阻r16、电阻r19至电阻r34、通道显示电阻r35至电阻r50、光电隔离芯片op1至光电隔离芯片op16和发光二级管d1至发光二级管d16；所述插件电路为接插件p2，所述光电隔离电路包括电阻r1至电阻r16、电阻r19至电阻r34、光电隔离芯片op1至光电隔离芯片op16，所述通道状态显示电路包括电阻r35至电阻r50，发光二级管d1至发光二级管d16；所述光电隔离芯片op1至光电隔离芯片op16输入正极性端均分别经过电阻r1至电阻r16与对应连接至所述接插件p2的奇数通道1至31，所述电阻r1至电阻r16阻值均为5.1k，所述光电隔离芯片op1至光电隔离芯片op16输入负极性端均分别对应连接至所述接插件p2的偶数通道2至32，所述光电隔离芯片op1至光电隔离芯片op16输出正极性端均分别经10k电阻r19至电阻r34与所述电源模块4输出5v电源相连，所述光电隔离芯片op1至光电隔离芯片op16输出负极性端均与地相连；所述发光二级管d1至发光二级管d16、通道显示电阻r35至电阻r50组成通道状态显示电路，所述通道显示电阻r35至电阻r50一端与所述电源模块4输出5v电源相连，另一端分别经发光二级管d1至发光二级管d16中的一个对应连接至光电隔离芯片op1至光电隔离芯片op16输出正极性端，所述电阻r35至电阻r50阻值均为1k。

本实施例中，所述主处理器模块2包括主处理器、时钟系统和复位系统，所述时钟系统连接至所述主处理器时钟端口，为所述主处理器提供时钟节拍信号，所述复位系统与所述主处理器复位端口相连，用于使所述主处理器装载的程序介质从头开始执行，所述主处理器数字量输入端口与所述开关量输入采集模块1中光电隔离芯片正极性输出端相连，所述主处理器用于采集、分析、传输开关量输入采集模块1输入开关量信号；所述主处理器设置两路16通道开关量输入通道，其中一路属于备用通道；如图3所示，所述主处理器模块2包括主处理器芯片ic2、排阻con1、通信接插件p3、电容c6至c8、复位按键s1、电阻r51和晶体振荡器y2；所述主处理器包括主处理器芯片ic2、排阻con1和通信接插件p3，所述主处理器模块时钟系统包括电容c7、电容c8和晶体振荡器y2，所述主处理器模块复位系统包括复位按键s1、电阻r51和电容c6；所述排阻con1第1引脚、主处理器芯片ic2第38和29引脚均与所述电源模块4输出5v电源相连，所述主处理器芯片ic2第16引脚与地相连，所述排阻con1第2至9引脚分别与所述主处理器芯片ic2定37至30引脚相连；所述通信接插件p3第1引脚与所述主处理器芯片ic2第7引脚相连，所述通信接插件p3第2引脚与所述主处理器芯片ic2第5引脚相连；所述电容c7和电容c8串联后与晶体振荡器y2并联连接至所述主处理器芯片ic2第14引脚和15引脚，所述电容c7和电容c8之间的公共点与地相连；所述复位按键s1与电容c6并联后一端与所述电源模块4输出5v电源相连，另一端经电阻r51后接地，所述主处理器芯片ic2第4引脚与所述电容c6和电阻r51之间的公共点相连；所述主处理器芯片ic2数字量p0通道8个引脚分别与所述p1通道8个引脚相连，所述主处理器芯片ic2数字量p0、p2通道共16个引脚分别与所述光电隔离芯片op1至光电隔离芯片op16输出正极性端相连，所述主处理器芯片ic2数字量p3通道的第8至13引脚、所述主处理器芯片ic2数字量p4通道的第17、28引脚分别与所述主处理器芯片ic2数字量p2通道的第18至25引脚相连。

本实施例中，所述主处理器采用stc89c52芯片，所述主处理器通信端为串行通信端口，所述主处理器数字量p0通道和p1通道同时采集8路开关量输入信号，其中p1通道为备用通道，所述主处理器数字量p2通道和p3通道第8至13引脚、p4通道第17、28引脚同时采集8路开关量输入信号，其中p3通道第8至13引脚、p4通道第6、17、28、39引脚为备用通道。

本实施例中，所述通信传输模块3包括通信处理器模块和工业以太网传输模块，所述通信处理器模块包括通信处理器、通信处理器模块时钟系统、通信处理器模块复位系统和ram系统，所述通信处理器模块时钟系统与所述通信处理器时钟端口相连，所述通信处理器模块复位系统与所述通信处理器复位端口相连，所述ram系统8路输入信号经锁存器与所述通信处理器数字量端口相连，剩余8路输入信号直接与所述通信处理器数字量端口相连，所述通信处理器与所述主处理器模块2的主处理器通过通信端口相连，所述通信处理器用于收集所述主处理器模块2采集的开关量信号，并传输至所述工业以太网传输模块；所述工业以太网传输模块包括以太网控制器、网络变压器、以太网接口，所述以太网控制器与所述通信处理器模块输出信号相连，所述以太网控制器输出经网络变压器与所述以太网接口相连，所述以太网控制器用于将开关量信号转换为工业以太网信号进行传输至dcs中央控制单元；如图4a所示，所述通信传输模块3包括通信处理器ic1、排阻j1、排阻j2、通信接插件p1、电容c1至c5、电容c14、电容c16、电容c21至c30、晶体振荡器y1、晶体振荡器y3、复位按键sw1、电阻r17、电阻r18、电阻r52、电阻r55、电阻r57、二极管diode、锁存器u1、ram芯片u2、以太网控制器u4、网络变压器u6和以太网接口u7；所述通信处理器包括通信处理器ic1、排阻j1、排阻j2和通信接插件p1，所述通信处理器模块时钟系统包括电容c1、电容c2和晶体振荡器y1，所述通信处理器模块复位系统包括电容c3、电阻r17、电阻r18和复位按键sw1，所述ram系统包括锁存器u1、ram芯片u2、电容c4和电容c5；所述排阻j1和排阻j2第1引脚、所述通信处理器ic1第38和29引脚均与所述电源模块4输出5v电源相连，所述通信处理器ic1第16引脚与地相连，所述排阻j1第2至9引脚分别与通信处理器ic1第40至44引脚、第1至3引脚相连，所述排阻j2第2至9引脚分别与通信处理器ic1第30至37引脚相连，通信接插件p1第1引脚和2引脚并联连接至通信处理器ic1第5淫家和7引脚，所述电容c1和c2串联后与晶体振荡器y1并联连接至通信处理器ic1第14引脚和15引脚，所述电容c1和电容c2之间的公共点与地相连，所述复位按键sw1与电阻r18串联后再与电容c3并联后，一端与所述电源模块4输出5v电源相连，另一端与所述通信处理器ic1第4引脚相连，所述电阻r17一端与地相连，另一端与所述通信处理器ic1第4引脚相连；所述锁存器u1第20引脚与所述电源模块4输出5v电源相连，所述电容c4一端与所述锁存器u1第20引脚相连，另一端与地相连，所述锁存器u1第1和10引脚与地相连，所述锁存器u1第2至9引脚分别与所述通信处理器ic1第37至30引脚相连，所述锁存器u1第11引脚与所述通信处理器ic1第27引脚相连；所述ram芯片u2第28引脚与电源模块4输出5v电源相连，所述电容c5一端与所述ram芯片u2第28引脚相连，另一端与地相连，所述ram芯片u2第14引脚与地相连，所述ram芯片u2第3至10引脚分别与所述锁存器u1第12至19相连。如图4b所示，所述工业以太网传输模块包括以太网控制器、网络变压器和以太网接口，所述以太网控制器包括太网控制器u4、二极管diode、电阻r52、电阻r55、晶体振荡器y3、电容c14和电容c16；所述网络变压器包括电容c21、电容c22、电容c28、电容c30、电阻r57、电容c23、电容c24、电容c25、电容c26、电容c27、电容c29和网络变压器u6；所述以太网接口为以太网接口u7；所述以太网控制器u4第6、17、31、32、47、57、65、70、82、84、89引脚均与所述电源模块4输出5v电源相连，所述以太网控制器u4第14、24、25、26、27、28、34、44、52、83引脚均与地相连，所述以太网控制器u4第5、7、8、9、10、11、12、13、15、23、18、19、20、21、22引脚分别与所述ram芯片u2第10、9、8、7、6、5、4、3、25、24、21、23、2、26、1、20引脚相连，所述以太网控制器u4第29、30引脚分别与所述ram芯片u2第22引脚、27引脚相连，所述以太网控制器u4第33引脚与所述通信处理器ic1第4引脚相连，所述以太网控制器u4第36、37、38、39、40、41、42、43分别与所述ram芯片u2第11、12、13、14、15、16、17、18、19引脚相连；电容c14、c16串联后与晶体振荡器y3并联连接在所述以太网控制器u4第50和51引脚，所述电容c14、c16之间的公共点与地相连，二极管diode一端与所述电源模块4输出5v电源相连，另一端经电阻r55与所述以太网控制器u4第62引脚相连，电阻r52一端与所述以太网控制器u4第96引脚相连，另一端与地相连；网络变压器u6第1、3、4、6引脚分别与所述以太网控制器u4第45、46、59、58相连，所述网络变压器u6第2引脚经电容c22与地相连，所述网络变压器u6第5引脚经电容c21与地相连，电阻r57并联连接在所述网络变压器u6第6引脚和4引脚，所述网络变压器u6第7、9、10、12引脚分别与以太网接口u7第6、3、2、1引脚相连，所述网络变压器u6第8引脚经电容c30与地相连，所述网络变压器u6第11引脚经电容28与地相连；电容c23、c24、c25、c26、c27、c29并联后一端与所述电源模块4输出5v电源相连，另一端与地相连。

本实施例中，所述通信处理器采用stc89c54芯片，所述锁存器采用74als573芯片，所述ram系统采用ram62256芯片，所述太网控制器采用rtl8019芯片，所述网络变压器采用20f001芯片，所述以太网接口为rj45网络接口。

本实施例中，所述电源模块4包括电源接插件、一级电压转换模块、滤波电路和电源指示电路，所述电源接插件正、负端输入端与外接电源正、负端相连，所述电源接插件输出与所述一级电压转换模块输入相连，所述一级电压转换模块输出分别经滤波电路、电源指示电路后与所述开关量输入采集模块1、主处理器模块2、通信传输模块3相连并供电；所述一级电压转换模块用于将外接电源电压进行降压至额定电压，所述滤波电路用于降低纹波含量，所述电源指示电路用于指示电源工作状态；如图5所述，所述电源模块4包括接插件p4，二极管d19至d21，电容c12、c13、c15、c17至c20，电阻r56、电感l1和一级电压转换芯片u5；所述电源接插件为电源接插件p4，所述一级电压转换模块包括二极管d19、电容c13、一级电压转换芯片u5、二极管d20、电感l1，所述滤波电路电容c12、电容c15、电容c17、电容c18、电容c19和电容c20，所述电源指示电路包括电阻r56、二极管d21；所述接插件p4第1引脚经二极管d19与所述一级电压转换芯片u5第1引脚相连，所述接插件p4第1引脚与地相连，所述电容c13一端与所述一级电压转换芯片u5第1引脚相连，另一端与地相连，所述一级电压转换芯片u5第3和5引脚与地相连，所述一级电压转换芯片u5第4经电容c20与地相连，所述电感l1并联至所述一级电压转换芯片u5第4和2引脚，所述二极管d20一端与地相连，另一端与所述一级电压转换芯片u5第2引脚相连，所述电容c12、电容c15、电容c17、电容c18、c19并联后一端与所述一级电压转换芯片u5第4引脚相连，另一端与地相连；所述电阻r56一端与所述一级电压转换芯片u5第4引脚相连，另一端经电感d21与地相连。

本实施例中，所述一级电压转换模块采用lm2596芯片，将外接电源电压转换为5v电压。

以上所述，仅是本发明专利的较佳实施例，并非对本发明专利作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。