CN104535887B - 一种开关量输出回路断线诊断系统和开关量输出模块 - Google Patents

一种开关量输出回路断线诊断系统和开关量输出模块 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种开关量输出回路断线诊断系统和开关量输出模块，该开关量输出回路断线诊断系统包括电压源、二极管和限流电阻，其中：所述二极管的阳极接开关量输出回路的电源端，其阴极接所述开关量输出回路的负载端；所述电压源的正端经所述限流电阻接所述二极管的阴极，所述电压源的负端接地；所述电压源两端电压高于所述开关量输出回路的电源电压减去所述二极管上的压降，从而以较低成本实现了开关量输出回路断线诊断。

Description

一种开关量输出回路断线诊断系统和开关量输出模块
技术领域
本发明涉及自动化技术领域，更具体地说，涉及一种开关量输出回路断线诊断系统和开关量输出模块。
背景技术
开关量输出回路是自动控制系统的重要组成部分，为了保证开关量输出回路处于正常工作状态，需要对开关量输出回路进行断线诊断。
传统的开关量输出回路断线诊断方案是：采集开关量输出回路中的电流信号，将电流信号转换成电压信号，再通过差分放大电路将该电压信号转换成能被比较器识别的信号，从而根据比较器的输出结果来判断开关量输出回路是否发生断线。
但是，开关量输出回路连接的负载阻抗变化范围较大，致使开关量输出回路中的电流值变化范围很大，为避免出现误采样，需要采用高精密器件去完成采样，但这样会大大增加硬件成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种开关量输出回路断线诊断系统和开关量输出模块，从而以较低成本实现开关量输出回路断线诊断。
一种开关量输出回路断线诊断系统，包括电压源、二极管和限流电阻，其中：
所述二极管的阳极接开关量输出回路的电源端，其阴极接所述开关量输出回路的负载端；
所述电压源的正端经所述限流电阻接所述二极管的阴极，所述电压源的负端接地；
所述电压源两端电压高于所述开关量输出回路的电源电压减去所述二极管上的压降。
其中，所述电压源为DC-DC电源。
一种开关量输出模块，包括：开关量输出回路以及上述任一种开关量输出回路断线诊断系统。
从上述的技术方案可以看出，开关量输出回路上电后，若开关量输出回路未断线，则二极管阴极电压等于开关量输出回路的电源电压减去二极管的压降；若开关量输出回路已断线，则二极管阴极电压恒等于电压源两端电压，而电压源两端电压高于开关量输出回路的电源电压减去二极管的压降，因此在检测到二极管阴极电压高于开关量输出回路的电源电压减去二极管的压降时即可判定为断线，该判断阈值较大，对器件的采样精度无严格要求，从而以较低成本实现了开关量输出回路断线诊断。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种开关量输出回路断线诊断系统结构示意图；
图2为现有技术公开的一种开关量输出回路断线诊断系统结构示意图；
图3为图1所述系统应用在发生断线故障的开关量输出回路上的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例公开了一种开关量输出回路断线诊断系统，从而以较低成本实现开关量输出回路断线诊断，包括：电压源US、二极管D和限流电阻R2，其中：
二极管D的阳极接开关量输出回路的电源端，其阴极接所述开关量输出回路的负载端；
电压源US的正端经过限流电阻R2接二极管D的阴极，电压源US的负端接地；
电压源US两端电压高于所述开关量输出回路的电源电压减去二极管D上的压降。
其中，电压源US可采用DC-DC电源，但并不局限。
开关量输出回路包括负载R1和开关K，在开关量输出回路上电后，随着开关K的开通和关断，可得到需要的开关量输出信号。为便于描述，首先设开关量输出回路的电源电压为V1，设电压源US两端电压为V2，设P点电压(即二极管D阴极电压)为V3，设二极管D上的压降为0.6V。
在开关量输出回路上电后，若开关量输出回路未断线，则P点电压等于开关量输出回路的电源电压减去二极管D的压降，即V3＝V1-0.6V；若开关量输出回路发生断线故障，则P点电压恒等于电压源US两端电压，即V3＝V2，而V2＞V1-0.6V，因此当检测到V3＞V1-0.6V时即可判定为开关量输出回路断线。
下面，结合具体数据来分析本发明相较于现有技术的优越之处。
在PLC、SIS等自动控制系统中，开关量输出回路的电源电压V1通常为24V，负载R1的阻抗变化范围通常为24Ω～2.4kΩ。
现有的开关量输出回路断线诊断系统如图2所示，包括采样电阻R3、差分放大电路和比较器，其中，采样电阻R3基于压降、电阻功率等因素考量，通常取值为0.2Ω，则：
当负载R1＝24Ω，流经负载R1和采样电阻R3的电流为V1/(R1+R3)，约1A，采样电阻R3两端压降约为0.2V；当负载R1＝2.4kΩ，流经负载R1和采样电阻R3的电流约为10mA，采样电阻R3两端压降约为0.002V。可见，由于负载R1的阻抗变化范围较大，使得开关量输出回路中的电流值从10mA～1A变化，变化范围很大，进而造成采样电阻R3上的电压从0.002V～0.2V变化，会出现0.002V这样极低的电压值。
比较器以0.002V作为判断阈值，当采样电阻R3两端电压不低于0.002V时判定为不断线，当采样电阻R3两端电压低于0.002V时判定为断线。但是0.002V这一电压值极低，需要采用高精度的采样电阻R3、高精度的差分放大电路以及高精度的比较器才能尽量避免出现误采样，致使开关量输出回路断线诊断结果的可靠性较差，且硬件成本较高。
而在本实施例中，电压源V2的输出电压可设置为28V，那么：
1)参见图3，当开关量输出回路断线时，假设断点为Q点，P点电压V3＝V2＝28V。
2)当开关量输出回路不断线时，P点电压V3＝V1-0.6V＝23.4V。
当负载R1＝24Ω时，流经负载R1的电流等于23.4V/24Ω，约为1A；当负载R1＝2.4kΩ时，流经负载R1的电流等于23.4V/2.4kΩ，约为10mA；可见，即便开关量输出回路中的电流在从10mA～1A的大范围内变化时，本实施例仍是以23.4V这样较大的电压值作为判断阈值，当V3＞23.4V时即可判定为开关量输出回路断线，对器件的精度无严格要求，因此不会出现现有技术存在的问题。
此外，本发明实施例还公开了一种开关量输出模块，包括开关量输出回路以及上述公开的任一种开关量输出回路断线诊断系统。
综上所述，开关量输出回路上电后，若开关量输出回路未断线，则二极管阴极电压等于开关量输出回路的电源电压减去二极管的压降；若开关量输出回路已断线，则二极管阴极电压恒等于电压源两端电压，而电压源两端电压高于开关量输出回路的电源电压减去二极管的压降，因此在检测到二极管阴极电压高于开关量输出回路的电源电压减去二极管的压降时即可判定为断线，该判断阈值较大，对器件的采样精度无严格要求，从而以较低成本实现了开关量输出回路断线诊断。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种开关量输出回路断线诊断系统，其特征在于，包括电压源、二极管和限流电阻，其中：
所述二极管的阳极接开关量输出回路的电源端，其阴极接所述开关量输出回路的负载端；
所述电压源的正端经所述限流电阻接所述二极管的阴极，所述电压源的负端接地；
所述电压源两端电压高于所述开关量输出回路的电源电压减去所述二极管上的压降。
2.根据权利要求1所述的开关量输出回路断线诊断系统，其特征在于，所述电压源为DC-DC电源。
3.一种开关量输出模块，其特征在于，包括：开关量输出回路以及权利要求1或2所述的开关量输出回路断线诊断系统。
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