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IDAS2102维修资料
IDAS-2102系列模拟量前置机
原
理
及
维
修
技
术
无锡市电站仪表厂
无锡阳山仪器仪表厂
无锡贝尔自动化仪器仪表有限公司
IDAS-2102系列模拟量测量前置机防潮、防尘、防水,可直接分布在测控现场,在现场恶劣的环境中,对信号进行高精度、高速率数据采集,它可使用两根互为备用的屏蔽双绞线与测控主机相连,构成冗余网络,基本通讯速率为375Kbps,最高可达1.25Mbps,通讯距离可达1200米。
IDAS-2102型直流模拟量测量前置机可直接在现场了解前置机各通道的参数,并可在线修改,以IDAS-2102型直流量测量前置机为例分析其工作原理及维修技术。
第一章前置机工作原理
一、前置机主要技术指标及简要工作原理
(1)主要技术指标
测量对象:
直流电压、电流、电阻及各种电偶、热电阻、应变(全桥)
输入通道:
20路差分输入
通道开关:
光电开关
输入电压:
10mV、100mV、1000mV、10000mV、自动量程
A/D分辨率:
17位
测量精度:
0.1%级以内
巡测速度:
每个通道80ms
共模拟制比:
120db
串模拟制比:
70db
通道隔离电压:
400峰—峰值
可靠性指标:
MTBF32000
具有1-5次多项式运算、累加运算、一级滤波运算、倒数运算、函数运算等功能引线电阻可通过软件设定进行补偿。
(二)简要工作原理
IDAS-2102型直流模拟量测量前置机采用8位单片微机80C32为主机,采用20路差分输入,光电开关作为采样开关,高档进口芯片进行A/D转换及整形分频,计数后送由主机运算处理,通过80C32的I/O接口电路进行参数显示及参数设置。
另外,再通过80C32的RXD及TXD将处理后的数据或测控主机传送的数据通过通讯电路与测控主机通信。
(基本原理参照原理图)
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第二章前置机原理
根据IDAS-2102直流模拟量前置机的结构和基本原理,可将前置机分为电源、主机、模拟、通道、通讯五部分。
一、电源部分
前置机电源是采用低压模块电偶,具有隔离性能好,纹波干扰小,电源允许波动范围大等特点。
接通电源SP1处对地测量应为5V左右,调整电位器W1,将其调到5.00至5.05V之间,此电压供给
主机部分。
SP2处对地测量应为+14V左右,SP3处对地测量应为-14V左右,5V是有7805和7905串接而得到的电压供模拟部分。
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电源部分三端稳压器引脚见上图
电源原理图如下:
二、模拟放大部分
前置机的模拟放大部分在主板的左侧,它是将采样来的输入信号进入差分运算放大后经UT3将电压信号转变为频率信号,UT3具有良好的线性精度和积分输入等特点,由于V/F转换本身就是一个积分过程,并且用V/F转换器实现A/D转换就是频率计数过程,相当于在计数时间内对频率信号进行积分,因而有较强的抗干扰能力,另采用差分运算放大器,可提高前置机的抗共模干扰能力,可达120db。
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(一)、恒流源
前置机中由UT1提供-2.5V的基准电压,经精密电阻分压后得到2500mV和250mV二档电压,再通过UT4(多路开关)先通至运放(TL062)3脚,由二级运入分别输出1mA、0.1mA激励电流,经光电开关流过负载电阻并产生相对应的电势供主机采样。
(原理图如下)
二、主机部分
前置机的主机部分在主机板的左侧,由80C32单片微机、地址锁存器、程序存储器、数据存储器、复位电路、译码控制电路、计数器和通讯电路组成。
(一)、80C32单片机
整个系统中以80C32单片微机为核心,在一片80C32芯片里由九个部件组成,这九个部件是:
1个8位的中央理器,8KB只读存贮器(ROM),256字节的数据存贮器(RAM),32条I/O口线(四个8位口,P0、P1、P2、P3);3个定时器/计数器;1个具有6个中断源,2个优先级的中断嵌套结构;用于多处理机通讯,I/O扩展或全双工UART(通用异步接收发器)的串行口;特殊功能寄存器SFR;以及一个片内振荡器和时钟电路组成。
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引脚功能如下:
1.主电源引脚Vcc和Vss,Vcc(44脚)接+5V,Vss(22脚)接地
2.外接晶体引脚XTAL1(21脚),XTAL2(20脚)
3.控制或与其它电源复用引脚PST/VPD,ALE/PROG;PSEN和EA/VPP
(1)RST/VPD(10脚)振荡器运行时,若该引脚上出现两个机器周期的高电平将复位,Vcc掉电期间,在此引脚上备用电源,可保持内部RAM的数据不丢失。
(2)ALE/PROG(33脚)当访问外部存储器时,ALE(允许地址锁存)的输出用以锁存地址的低字节,对于EPROM型单片机,在编程期间此引脚用于输入编程脉冲。
(3)PSEN(32脚)外部程序存储器的读选通信号,在从外部程序存储器读取指令期间,每个机器周期两次PSEN有效。
(4)EA/VPP(31脚EA访高电平时访问内部程序存储器,当EA保持低电平时则只访问外部程序存储器。
4.输入/输出(I/O)引脚P0、P1、P2、P3(共32根)
(1)P0口(43-36脚)是双向8位三态I/O口,在外接存储器时与地址总线的低8位数据总线复用。
(2)P1口(2-9脚)是8位准双向I/O口
(3)P2口(24-31脚)是8位准双向I/O口,在访问外部存贮器时,可作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。
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(4)P3口(11-19脚)是8位准双向I/O口,是复用双功能口。
作为第一功能使用时,与普通I/O口(P1口)相同。
作为第二功能使用时,各引脚定义如下:
P3.0(11脚)RXD(串行输入口)P3.1(13脚)RXD(串行输出口)
P3.2(14脚)INT0(外部中断0)P3.3(15脚)INT1(外部中断1)
P3.4(16脚)T0(定时器0外部输入)P3.5(17脚)T1(定时器1外部输入)
P3.6(18脚)WR(外部数据存储器写脉冲)P3.7(19脚)WD(外部数据存储器读脉冲)
地址总(AB):
总线宽度为16位,可直接寻址64K字节,由P0经地址锁存器提供低8位地址(A0-A7),P2口直接提供高8位地址(A8-A15)。
数据总线(DB):
宽度为8位,由P0口提供。
控制总线(CB):
由P3口的第二功能状态和4根独立控制线REST,EA,ALE,PSEN组成。
UT2芯片的功能:
第1:
是保持ROM(IS61C256)中的历史数据,外部电池电压的切换。
第2:
是对门陈电路和8032上电复位于以防干扰复位,复位时间在10ms左右。
原理如下:
(二)、放大部分
前置机放大部分UT5采用的是差分运算放大器,将采样到的输入信号输入差分运算放大器放大后,再由UT3进行A/D转换,放大的倍数完全有UT3来控制。
原理如下:
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三、A/D转换部分
UT3是用来完成V/F转换其内部有一积分器当模拟电压Vin从UT3的14脚输入后,经内部进行处理输出为5根串行口线,外部带有晶体振荡器。
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三、通道部分
通道部分在主板下面排列其中2块光隔为一个通道。
元件分布示意图如下:
光电开关引脚图:
光电开关的4脚为控制脚,由138控制,当138发出一低电平时,则选中某一光电开关,使得该光电开关中的两付开关同时选通。
光电开关内部结构图:
1脚接电源+5V,5脚、8脚为输入脚,6脚、7脚为输出脚。
元件分布图上,同号的光
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隔后号为已通激励电流,前号的光电开关将产生的电势供主机采样。
(元件分布图上光电开
关的排列顺序分别对应于接线盒中相应的通道)
(一)、接线柱
线柱中,通道的排列顺序从左到右排列,最右边两个接线柱A(+,-,S)及B(+,-,S)用来连接两根通讯电缆,将前置机挂入IDAS的双网(A网,B网)中,A、B的上下两排分别对应A网及B网一进一出两根电缆。
两个变压器分别用在A网及B网中,可有效地隔离前置机、通讯电缆和主机之间的相互干扰,提高了整个系统的抗干扰能力,使得被测对象和整个网络的工作安全得到了保证。
接线柱CH01(I,H,L,G)为第一通道,“I”,“G”分别对应通道板中右边#2光电开关的输入脚8脚和5脚。
“H”,“L”分别通过通道板中左边#1光电开关边上的两个1K电阻后再接左边#1光电开关的输入脚8脚和5脚。
第二章前置机故障处理
IDAS系列前置机的线路板根据不同用途为主机电源、模拟、通道、通讯部分。
当前置机发生故障,需要维修时,首先必须熟悉前置机的原理,依据其原理进行维修。
如盲目地进行维修,则势必会损坏更多的元器件,在修理前置机时插拔芯片要注意芯片方向。
电烙铁必须是专用烙铁,拆装线路板时要注意不要碰坏元器件,安装线路板时要注意线路板焊点不要与外壳或其它线路板相碰,造成人为故障。
现根据以往调试及维修前置机的经验并结合前置机的原理,把前置机的维修方法作一总结,以供参考。
一、主机检测不到某一台前置机,即错误标志E%=-3
原因:
1.有可能是前置机未上电
2.前置机地址号设置重复或非法(0#或大于100#)
3.通讯电缆未接好或在接线端子处短路
4.通讯电缆接线极性接错
5.网络匹配电阻是否连接得不当(包括位置、大小)
6.通讯卡九针D型插头接线错
7.前置机接线盒与主体电路的扁平电缆未连接
8.用户应用程序错,用随机配置的调度程序执行一遍,以确认是否是用户应用程序的问题。
若均非以上原因,则有可能是该前置机内部发生故障,则可将前置机从网上取下,打开前置机上盖,并上电,首先看看前置机的电源部分,用万用表量量电源板输出的几档电压(+5V、+12V、-12V、+5V、-5V)是否正常,若不正常,则前置机的电源部分发生问题,否则问题可能出在主板的主机部分或通讯部分,依照原理一步一步进行检查。
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二、前置机向主机返回通讯出错标志E%=-2
原因:
1.前置机供电电源的接地极未接地
2.前置机地址号设置重复或非法
3.网络匹配电阻接法不正确或位置不当
4.通讯电缆特性不一致(网络可能有多种不同规格的电缆)
5.网络有不合规定的分支
若均非以上原因,则检查前置机主机的通讯部分,有可能是通讯部分发生故障。
三、全部通道数据均不正确或精度不够
原因:
1.前置机接本板与主体电路相连扁平电缆未连接
2.前置机工作模式设置错误
3.前置机供电电源接地极未接地或接地不良、
4.通道采样时间太短
5.检查接线端子“G”。
“L”端连接是否正确,接触是否良好
6.精度不够,则按精度校正方法进行校正
若均非以上原因,则检查前置机恒流源的放大部分或A/D转换部分,依照恒源原
理因测试各测试点的电压是否正常用高精度万用表负表棒接模拟地,正表棒接测试点。
先用电阻箱接第一通道输入100电阻值,然后用命令打入1002和ME1进行测试,TL062的3脚2.5V、2脚2.5V、1脚4.5V、5脚11V、7脚9.5V。
A/D转换部分
用一台双踪示波器对UT3的各引脚进行测试,首先检测5脚和6脚波形是否频率达到32.768KHz,再用万用表测试18脚电压为640mV,对P0、P1、P2、P3口的控制UT4、UT5的电平是否正常,积分电容是否损坏。
四、个别通道数据有跳动或不正确
原因:
1.接线端子的“G”端没有与“L”端子短接,或接触不良
2.通道工作模式设置错误
3.前置机供电电源接地极未接地或接地不良、
4.前置机接线错误或接触不良
5.输入信号受到强烈干
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