[发明专利]一种复用AO通道和DO通道的IO模块

说明书

本申请公开了一种复用AO通道和DO通道的IO模块，包括控制电路和输出电路，该IO模块能够实现AO通道和DO通道的复用，既可以输出模拟量电流信号，又可以输出数字量电压信号，增强了DCS系统硬件配置的灵活性和可维护性，减少了系统组建成本及维护管理成本。此外，本申请还提供了一种DCS系统，其技术效果与上述IO模块的技术效果相对应。

技术领域

本申请涉及数字电路技术领域，特别涉及一种复用AO通道和DO通道的IO模块及DCS系统。

背景技术

在DCS系统(Distributed Control System，分布式控制系统)中，IO通道以IO模块的形式接入系统。常规的DCS系统的构成如图1所示，其中AI(Analog Input，模拟量输入)模块、DI(Digtial Input，数字量输入)模块作为DCS系统的输入通道，AO(Analog Out，模拟量输出)模块、DO(Digtial Out，数字量输出)模块作为DCS系统的输出通道。

在实际过程中，AI模块提供模拟量输入通道，将现场的电流信号采集并传送到主控制器；DI模块提供数字量输入通道，将现场的电压信号采集并传送到主控制器；主控制器根据采集得到的数据生成运算结果，运算结果通过AO模块提供的模拟量输出通道，将模拟量电流信号输出到现场设备；DO模块提供数字量输出通道，将数字量电压信号输出到现场设备。

可见，模拟量与数字量的输出通过不同信号类型的输出型IO模块来完成。随着DCS系统规模越来越大，系统所容纳的IO通道也越来越多，需要的IO模块数量也越来越多，由于不同种类的IO模块不能相互替代，不能在同一个IO模块上同时实现AO功能与DO功能，增加了DCS系统的组建成本，且为后期维护管理工作带来不便。

发明内容

本申请的目的是提供一种复用AO通道和DO通道的IO模块及DCS系统，用以解决当前的DCS系统中的IO模块不能复用AO通道和DO通道，导致系统成本高，系统维护工作量大的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种复用AO通道和DO通道的IO模块，包括：控制电路和输出电路，所述输出电路包括DAC芯片、第一运算放大器、NMOS晶体管、VCC、采样电阻、高边电源开关、稳压二极管、负载电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻、反馈通道选择器；

其中，所述控制电路经由所述DAC芯片连接至所述第一运算放大器的正输入端，所述第一运算放大器的输出端与所述NMOS晶体管的栅极连接，所述NMOS晶体管的源极与所述VCC连接，所述NMOS晶体管的漏极经由所述采样电阻与所述高边电源开关连接；所述稳压二极管的正极接地，负极连接至所述采样电阻和所述高边电源开关之间；所述第一反馈电阻一端连接至所述NMOS晶体管的漏极与所述采样电阻之间，另一端连接至所述反馈通道选择器的输入端；所述第二反馈电阻一端连接至所述采样电阻与所述高边电源开关之间，另一端连接至所述反馈通道选择器的输入端；所述反馈通道选择器的输出端连接至所述第一运算放大器的负输入端；

在输出信号类型为模拟量信号时，所述控制电路控制所述DAC芯片输出使得所述NMOS晶体管工作在线性区的第一范围的电压信号，所述反馈通道选择器控制所述第一反馈电阻所在支路和所述第二反馈电阻所在支路导通，且所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻经由所述反馈通道选择器内部的第二运算放大器输出至所述第一运算放大器的负输入端，以保证输出电流稳定；在输出信号类型为数字量信号时，所述控制电路控制所述DAC芯片输出第二范围的电压信号，所述反馈通道选择器控制所述第二反馈电阻所在支路导通，并控制所述第一反馈电阻所在支路断路，以保证输出电压稳定，其中所述第二范围的电压信号的最大值大于所述高边电源开关的驱动电压，所述第二范围的电压信号的最小值小于所述高边电源开关的驱动电压。

优选的，还包括：ADC芯片和采样通道选择器；