一种DCS系统热电偶输入模块技术方案

本实用新型专利技术公开了一种DCS系统热电偶输入模块，包括输入电路、PHOTOMOS开关阵列、模数转换器、微处理器、FPGA和电源模块；FPGA用于和DCS系统的上位机通讯，把输入电路、PHOTOMOS开关阵列和模数转换器采集处理过的现场仪表的模拟量和状态参数送DCS系统的操作员站进行处理；FPGA接收PHOTOMOS发送的开关信号并进行译码选择正确的热电偶通道送入模数转换器进行ADC采样；本实用新型专利技术能够有效地提高模拟量输入模块的采集精度以及抗干扰能力，保证现场调试的便利性和生产过程持久稳定的运行。

Thermocouple input module of DCS system

The utility model discloses a thermocouple input module of DCS system, including input circuit, PHOTOMOS switch array, analog-to-digital converter, FPGA microprocessor, and a power supply module; FPGA for PC communication and DCS system, the analog quantity and state parameters of field instrument input circuit, PHOTOMOS switch array and analog-to-digital converter acquisition processed send DCS system operator station for processing; FPGA receiving PHOTOMOS sent the switch signal and choose the right channel decoding thermocouple ADC sampling into ADC; the utility model can effectively improve the analog input module acquisition accuracy and anti-interference ability, ensure the convenience of debugging and production process of durable and stable operation.

【技术实现步骤摘要】
一种DCS系统热电偶输入模块
本技术涉及DCS系统，尤其涉及一种DCS系统热电偶输入模块。
技术介绍
目前，分布式控制系统(distributedcontrolsystems,简称DCS)是一个高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、协调性、控制功能齐全的系统，已被广泛应用于电力、石油、化工、钢铁、造纸、水泥、脱硫、除尘、水处理等自动化控制领域中，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。新华DCS系统NetPAC是新华新一代的DCS系统。分布式控制系统(distributedcontrolsystems,简称DCS)它是一个高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、协调性、控制功能齐全的系统。分布式控制系统大多数应用现场恶劣的电力、石油、化工、钢铁、造纸、水泥、脱硫、除尘、水处理环境下，对现场控制及采集，一般模拟量输入模块的通道基本为4通道或8通道，通道较少，所采集的仪表有限，往往需要很多独立输入模块来实现对现场信号采集，而现场仪表传感器往往与采集模块距离较远，现场调试差错需要远距离配合往往使用对讲机，而对讲机对模拟量信号一般都存在较大干扰，使得现场传感器与模块实际数据误差的确定难以进行。因此，本领域的技术人员致力于研究一种DCS系统热电偶输入模块，有效的提高模拟量输入模块的采集精度以及抗干扰能力。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本技术提供一种DCS系统热电偶输入模块，能够有效地提高模拟量输入模块的采集精度以及抗干扰能力，保证现场调试的便利性和生产过程持久稳定的运行。为实现上述目的，本技术提供了一种DCS系统热电偶输入模块，具有8路热电偶信号输入通道，其特征在于，所述热电偶输入模块包括输入电路、PHOTOMOS开关阵列、模数转换器、微处理器、FPGA和电源模块，其中，所述输入电路包含8个通道，用于8路热电偶信号输入；所述PHOTOMOS开关阵列位于所述输入电路与所述FPGA之间，对所述输入电路进行隔离；所述模数转换器位于所述PHOTOMOS开关阵列和所述FPGA之间，对经过PHOTOMOS开关阵列隔离之后的热电偶信号进行模数转换，并将转换后的热电偶信号发送给所述FPGA，所述模数转换器和所述FPGA之间通过隔离SPI总线进行通讯；所述微处理器负责热电偶数据的预处理、数据封装和采样控制指令以及校验参数的存储，通过并行总线与FPGA交换数据和命令；所述FPGA用于和所述DCS系统的上位机通讯，把现场仪表的模拟量和状态参数送给所述DCS系统的操作员站进行处理；所述FPGA接收PHOTOMOS发送的开关信号并进行译码选择正确的热电偶通道送入所述模数转换器进行ADC采样；所述电源模块将系统24V直流供电电源转换为5V和3.3V直流电源为各个模块供电。在本技术的较佳实施方式中，所述热电偶输入模块还包括LED指示灯，用于显示热电偶通道的状态，所述FPGA根据热电偶通道的状态，驱动LED指示灯显示对应的提示状态。在本技术的另一较佳实施方式中，所述模数转换器为集成FPGA的24位A/D转换芯片ADS1248。在本技术的较佳实施方式中，所述微处理器为ST公司32位的ARM7MO516LAN芯片。在本技术的另一较佳实施方式中，所述FPGA为Lattice公司LCMXO2-1200HC-6TG100芯片。在本技术的较佳实施方式中，所述FPGA设置有两个RS485通讯接口，实现和所述DCS系统上位机的双冗余数据交换。在本技术的另一较佳实施方式中，所述FPGA内部包含一个双口RAM，所述FPGA通过所述双口RAM与外部交换数据。本技术具有8路热电偶信号输入通道、使用带数字隔离PHOTOMOS切换通道、采用放大器与ADC集成为一体的高集成度高精度芯片ADS1248进行信号采样，高性能的FPGA和ARMCPU驱动采样芯片采样，能够有效地提高模拟量输入模块的采集精度以及抗干扰能力，保证现场调试的便利性和生产过程持久稳定的运行。以下将结合附图对本技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本技术的一个较佳实施例的DCS系统热电偶输入模块的结构框图。具体实施方式如图1所示，一种DCS系统热电偶输入模块，具有8路热电偶信号输入通道，包括输入电路、PHOTOMOS开关阵列、模数转换器、FPGA、微处理器和电源模块。输入电路包含8个通道，用于8路热电偶信号输入，输入范围为0～50mV模拟信号。PHOTOMOS开关阵列位于输入电路与FPGA之间，对输入电路进行隔离；PHOTOMOS开关阵列带有数字隔离功能，能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，具有响应速度较快、寿命长、体积小、耐冲击等优点。模数转换器位于PHOTOMOS开关阵列和FPGA之间，对经过PHOTOMOS开关阵列隔离之后的热电偶信号进行模数转换，并将转换后的热电偶信号发送给FPGA,模数转换器和FPGA之间通过隔离SPI总线进行通讯；模数转换器采用放大器与ADC集成为一体的高集成度高精度芯片ADS1248进行信号采样，该模数转换器体积小精度高外围电路简单抗干扰能力强、SPI接口使用方便，是模块性能的基础。微处理器负责热电偶数据的预处理、数据封装和采样控制指令以及校验参数的存储，；采用的是ST公司32位的ARM7MO516LAN芯片，用C语言编程，通过并行总线与FPGA交换数据和命令。FPGA用于和DCS系统的上位机通讯，把现场仪表的模拟量和状态参数送给DCS系统的操作员站进行处理；FPGA还需要进行PHOTOMOS开关信号的接受和译码以选择正确的热电偶通道送入ADC采样；FPGA将根据采样数据以及采样周期判断热电偶通道连接状态，以驱动通道指示灯显示对应的通道状态，以及驱动运行指示灯显示通信状态。FPGA包括2个独立的同步RS485接口与不同的DCS系统的控制器独立通讯，并分别用不同的电缆与控制器相连，从而有效的提高了系统的容错能力。FPGA将根据两路RS485数据状态来决定采用其中的某一路接口作为主通讯链路，其中的判断逻辑能够保证在某一链路出现错误时，最快在一个数据周期内切换到备用数据链路，其原理框图见图1。一种DCS系统热电偶输入模块还包括LED指示灯，用于显示热电偶通道的状态，FPGA根据采集的模拟量数据，判断热电偶通道状态，驱动通道LED指示灯显示对应的提示状态，这样不经便于现场调试观察，而且速度更快几乎不占用MCU时间，提高了实时性能，原理框图如图1所示。电源模块将系统24V直流供电电源转换为5V和3.3V直流电源为各个模块供电。具有很宽的输入容限，以保证系统运行的稳定性。微处理器和FPGA都通过DC/DC单独供电，数模转换器ADS1248通过单独的隔离电源独立供电，SPI通信部分也采用隔离芯片隔开，实现了系统与通道间的隔离，减小干扰的同时大大提高了系统的安全性。以上详细描述了本技术的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DCS系统热电偶输入模块，具有8路热电偶信号输入通道，其特征在于，所述热电偶输入模块包括输入电路、PHOTOMOS开关阵列、模数转换器、微处理器、FPGA和电源模块，其中，所述输入电路包含8个通道，用于8路热电偶信号输入；所述PHOTOMOS开关阵列位于所述输入电路与所述FPGA之间，对所述输入电路进行隔离；所述模数转换器位于所述PHOTOMOS开关阵列和所述FPGA之间，对经过PHOTOMOS开关阵列隔离之后的热电偶信号进行模数转换，并将转换后的热电偶信号发送给所述FPGA，所述模数转换器和所述FPGA之间通过隔离SPI总线进行通讯；所述微处理器负责热电偶数据的预处理、数据封装和采样控制指令以及校验参数的存储，通过并行总线与FPGA交换数据和命令；所述FPGA用于和所述DCS系统的上位机通讯，把现场仪表的模拟量和状态参数送给所述DCS系统的操作员站进行处理；所述FPGA接收PHOTOMOS发送的开关信号并进行译码选择正确的热电偶通道送入所述模数转换器进行ADC采样；所述电源模块将系统24V直流供电电源转换为5V和3.3V直流电源为各个模块供电。

【技术特征摘要】
1.一种DCS系统热电偶输入模块，具有8路热电偶信号输入通道，其特征在于，所述热电偶输入模块包括输入电路、PHOTOMOS开关阵列、模数转换器、微处理器、FPGA和电源模块，其中，所述输入电路包含8个通道，用于8路热电偶信号输入；所述PHOTOMOS开关阵列位于所述输入电路与所述FPGA之间，对所述输入电路进行隔离；所述模数转换器位于所述PHOTOMOS开关阵列和所述FPGA之间，对经过PHOTOMOS开关阵列隔离之后的热电偶信号进行模数转换，并将转换后的热电偶信号发送给所述FPGA，所述模数转换器和所述FPGA之间通过隔离SPI总线进行通讯；所述微处理器负责热电偶数据的预处理、数据封装和采样控制指令以及校验参数的存储，通过并行总线与FPGA交换数据和命令；所述FPGA用于和所述DCS系统的上位机通讯，把现场仪表的模拟量和状态参数送给所述DCS系统的操作员站进行处理；所述FPGA接收PHOTOMOS发送的开关信号并进行译码选择正确的热电偶通道送入所述模数转换器进行ADC采样；所述电源模块将系统24V直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡柏林，蒋杰，王维建，
申请(专利权)人：上海新华控制技术集团科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31