CN104597822B - 数字输入断线检测的方法和电路 - Google Patents

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    • G01R31/66—Testing of connections, e.g. of plugs or non-disconnectable joints
    • G01R31/67—Testing the correctness of wire connections in electric apparatus or circuits

Abstract

本申请公开了一种数字输入断线检测电路，包括：数字输入电路，包含：传感器/开关；与传感器/开关并联的辅助阻抗器件；以及与传感器/开关串联的电源；该数字输入电路用于将用户设备的传感器/开关输出的数字信号输出到转换电路；转换电路，用于接收来自数字输入电路的数字信号，并将数字信号转换为能够反映传感器/开关的各种状态的预定数字信号；隔离电路，用于将预定数字信号转换为具有第一电平的预定数字信号；和检测电路，用于检测隔离电路输出的具有第一电平的预定数字信号，并输出表示传感器/开关的状态的状态信号。本申请的方法解决了现有技术的技术方案的高成本问题，并且在当前的技术方案中能够节省出更多的PCB空间。

Description

数字输入断线检测的方法和电路
技术领域
本发明涉及一种断线检测的方法，更具体地说，涉及一种利用占空比转换电路用于PLC(Programmable Logic Controller，)数字输入断线检测的方法和电路。
背景技术
PLC在控制各种用户设备时，设备中的各种操作按钮及压力、温度、液位、行程开关等开关量直接与PLC的输入端相连。PLC的内部电路可以扫描到开关信号的有无。也即，当传感器/开关接通时，有信号输入；而当传感器/开关断开时，无信号输入。
但是，如果传感器/开关至PLC的输入端之间的线路发生断线时，无法通过该输入通道进行检测。因此，在现有技术的检测AC数字输入的断线的技术方案中，需要为断线检测反馈添加输入通道，从而成本较高。
图1示出了现有技术的用于数字输入断线检测的电路示意图。
如图1所示，为了检测用户设备侧传感器/开关和所接电源与PLC输入端之间的断线故障，需要在PLC中添加一个用于断线反馈的1个通道。因此，在CPU中需要2个输入管脚，即具有用于数字输入的1个通道，和用于断线反馈的另一个通道。在图1中，数字输入通过光耦合器和滤波器输入到PLC的CPU的一个通道中；并且断线反馈输入通过另一个光耦合器和另一个滤波器输入到PLC的CPU的另一个通道中。
本申请提出了一种低硬件成本方案，不需要为AC数字输入添加输入通道。
发明内容
本发明的另外方面和优点部分将在后面的描述中阐述，还有部分可从描述中明显地看出，或者可以在本发明的实践中得到。
本申请的主旨在于提供一种低成本的方式来对于PLC数字输入检测断线。
本申请提出了一种低硬件成本方案，不需要为AC数字输入添加输入通道。
本申请的方法也可以扩展到DC数字输入。
本申请公开了一种数字输入断线检测电路，包括：数字输入电路，包含：传感器/开关；与传感器/开关并联的辅助阻抗器件；以及与传感器/开关串联的电源；该数字输入电路用于将用户设备的传感器/开关输出的数字信号输出到转换电路；转换电路，用于接收来自数字输入电路的数字信号，并将数字信号转换为能够反映传感器/开关的各种状态的预定数字信号；隔离电路，用于将预定数字信号转换为具有第一电平的预定数字信号；和检测电路，用于检测隔离电路输出的具有第一电平的预定数字信号，并输出表示传感器/开关的状态的状态信号。
本申请还公开了一种数字输入断线检测电路，包括：数字输入电路，包含：传感器/开关；与传感器/开关并联的辅助阻抗器件；以及与传感器/开关串联的交流电源；该数字输入电路用于将用户设备的传感器/开关输出的数字信号输出到隔离电路；隔离电路，用于接收来自数字输入电路的数字信号，并对接收的数字信号进行电平转换处理以输出具有第一电平的占空比数字信号；和检测电路，用于检测隔离电路输出的具有第一电平的占空比数字信号，并输出表示传感器/开关的状态的状态信号。
本申请还公开了一种数字输入断线检测的方法，包括步骤：接收通过辅助阻抗器件耦合的、来自用户设备的传感器/开关的数字信号；将接收的数字信号转换成能够反映传感器/开关的不同状态的预定数字信号；对预定数字信号进行电平转换处理；检测电平转换后的预定数字信号，并输出表示传感器/开关的状态的状态信号。
本申请的方法解决了现有技术的技术方案的高成本问题，并且在当前的技术方案中能够节省出更多的PCB空间。
与现有技术相比，本申请具有如下优点：
1）低硬件成本。
2）小的PCB空间。
3）在相同的PCB空间中对于用户具有更多的输入通道。
附图说明
通过结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述和其他目的、特性和优点将会变得更加清楚，其中相同的标号指定相同结构的单元，并且在其中：
图1示出了现有技术的用于数字输入断线检测的电路示意图。
图2示出了根据本发明实施例的数字输入断线检测电路的示意性方框图。
图3示出了根据本发明实施例的数字输入断线检测电路的第一方框图。
图4示出了根据本发明实施例的采用交流电源的数字输入断线检测电路的第二方框图。
图5示出了根据本发明实施例的数字输入断线检测电路的第三方框图。
图6示出了根据本发明实施例的数字输入断线检测的方法。
具体实施方式
下面将参照示出本发明实施例的附图充分描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件或部分在不背离本发明教学的前提下可以称为第二元件、组件或部分。
图2示出了根据本发明实施例的数字输入断线检测电路的示意性方框图。
如图2所示，数字输入断线检测电路包括：数字输入电路201、转换电路202、隔离电路203、和检测电路204。
数字输入电路201将用户设备的传感器/开关输出的数字信号输出到转换电路202。
转换电路202接收来自数字输入电路201的数字信号，并将数字信号转换为预定数字信号，预定数字信号能够反映传感器/开关的不同状态，即，导通、断开、断线状态。
当传感器/开关导通时，转换电路202输出第一预定数字信号；当传感器/开关断开时，转换电路202输出第二预定数字信号；当传感器/开关断线时，转换电路202输出第三预定数字信号。因此，不同的预定数字信号表示传感器/开关的不同状态。
从转换电路202输出的预定数字信号输入到隔离电路203。隔离电路203是用于将现场电平(如DC24V、AC220V等)转换成内部逻辑电平(如DC5V、DC3.3V等)的电路。隔离电路203基本能保证数字信号的占空比和频率不变，从而将表示传感器/开关的不同状态传送到检测电路204。也即，隔离电路203用于对来自转换电路202的预定数字信号进行电平转换处理，以输出具有第一电平的预定数字信号。
预定数字信号可以很容易通过诸如光隔离、磁隔离、电容隔离等的隔离电路。这样传感器/开关2011的三种状态通过一个隔离器件就可以到达PLC的内部芯片CPU。
隔离电路203将具有第一电平的预定数字信号输出到检测电路204。
检测电路204通过检测这个预定数字信号的是第一至第三预定数字信号中的哪一个，输出表示传感器/开关2011的状态的状态信号。检测电路204例如是PLC中的内部芯片或定制芯片。该内部芯片或定制芯片可以是例如MCU（微控制器）、CPU或ASIC（特定用途集成电路）。
因此，可以仅通过一路通道就可以进行数字输入的断线检测。
图3示出了根据本发明实施例的数字输入断线检测电路的第一方框图。
如图3所示，数字输入断线检测电路包括：数字输入电路301、占空比转换电路302、隔离电路303、和检测电路304。
在数字输入电路301中包括：传感器/开关3011；与传感器/开关3011并联的辅助阻抗器件3013；以及与传感器/开关3011串联的电源3012。辅助阻抗器件3013包括电阻器、电容器或阻容元件RC之一。
传感器/开关3011例如可以是用户设备方的各种传感器或者开关等。电源3012根据需要可以是DC电源或者是AC电源。当电源3012是DC电源时，辅助阻抗器件3013是电阻器；而当电源3012是AC电源时，辅助阻抗器件3013是电阻器或电容器或阻容元件RC。
占空比转换电路302接收来自数字输入电路301的数字输入信号，并将数字输入信号转换为占空比信号，能够反映传感器/开关3011的不同状态(即，导通、断开、断线)的不同数字输入信号对应于不同的占空比信号如下：
a)当传感器/开关导通时，占空比转换电路302得到占空比信号1；
b)当传感器/开关断开时，占空比转换电路302得到占空比信号2；
c)当传感器/开关断线时，占空比转换电路302得到占空比信号3。
也即，当传感器/开关导通时，占空比转换电路302将反映该导通状态的数字输入信号转换为占空比信号1；当传感器/开关断开时，占空比转换电路302将反映该断开状态的数字输入信号转换为占空比信号2；当传感器/开关断线时，占空比转换电路302将反映该断线状态的数字输入信号转换为占空比信号3。因此，不同的占空比信号表示传感器/开关3011的不同状态。
从占空比转换电路302输出的占空比信号输入到隔离电路303。隔离电路303是用于将现场电平(如DC24V、AC220V等)转换成内部逻辑电平(如DC5V、DC3.3V等)的电路。隔离电路203基本能保证数字信号的占空比和频率不变，从而将表示传感器/开关的不同状态传送到检测电路304。也即，隔离电路303用于对来自占空比转换电路302的占空比信号进行电平转换处理，以输出具有第一电平的占空比信号。
因此，占空比信号可以很容易通过诸如光隔离、磁隔离、电容隔离等的隔离电路。这样三种状态通过一个隔离器件就可以到达PLC的内部芯片CPU。
隔离电路303将具有第一电平的占空比信号输出到检测电路304。
检测电路304通过检测这个信号的占空比，输出表示传感器/开关2011的状态的状态信号。检测电路304例如是PLC中的内部芯片或定制芯片。该内部芯片或定制芯片可以是例如MCU（微控制器）、CPU或ASIC（特定用途集成电路）。
当检测电路304检测到占空比信号1，则说明传感器/开关3011导通，于是输出第一状态信号；
当检测电路304检测到占空比信号2，则说明传感器/开关3011断开，于是输出第二状态信号；
当检测电路304检测到占空比信号3，则说明传感器/开关3011断线，于是输出第三状态信号。
因此，可以仅通过一路通道就可以进行数字输入的断线检测。
图4示出了根据本发明实施例的采用交流电源的数字输入断线检测电路的第二方框图。
当图3中的电源3012仅仅是交流电源时，可以很容易地形成占空比转换电路。也即，由于隔离电路403基本能保证数字信号的占空比和频率不变，因此，从隔离电路403输出的信号即是占空比信号。如图4所示，通过辅助阻抗器件4013耦合后从数字输入电路401输出的交流数字信号通过RC元件输入到隔离电路403。在隔离电路403的输出端就能够形成不同的占空比信号(0电平即为占空比为0)。隔离电路403将占空比信号输出到检测电路404（例如，PLC中的内部芯片或定制芯片）中，通过检测这个信号的占空比就能够知道传感器/开关4011的三种状态。辅助阻抗器件3013包括电阻器、电容器或阻容元件RC之一。
图5示出了根据本发明实施例的数字输入断线检测电路的第三方框图。
如图5所示，数字输入断线检测电路包括：数字输入电路501、频率转换电路502、隔离电路503、和检测电路504。
数字输入电路501包括：传感器/开关5011；与传感器/开关5011并联的辅助阻抗器件5013；以及与传感器/开关5011串联的电源5012。辅助阻抗器件5013包括电阻器、电容器或阻容元件RC之一。
传感器/开关5011例如可以是用户设备方的各种传感器或者开关等。电源5012根据需要可以是DC电源或者是AC电源。当电源5012是DC电源时，辅助阻抗器件5013是电阻器；而当电源5012是AC电源时，辅助阻抗器件是电阻器或电容器或阻容元件RC。
频率转换电路502接收来自数字输入电路501的数字输入信号，并将数字输入信号转换为频率信号，能够反映传感器/开关5011的不同状态(即，导通、断开、断线)的不同数字输入信号对应于不同的频率信号如下：
a)当传感器/开关导通时，转换电路502得到频率信号1；
b)当传感器/开关断开时，转换电路502得到频率信号2；
c)当传感器/开关断线时，转换电路502得到频率信号3。
也即，当传感器/开关导通时，频率转换电路502将反映该导通状态的数字输入信号转换为频率信号1；当传感器/开关断开时，频率转换电路502将反映该断开状态的数字输入信号转换为频率信号2；当传感器/开关断线时，频率转换电路502将反映该断线状态的数字输入信号转换为频率信号3。因此，不同的频率信号表示传感器/开关5011的不同状态。
从频率转换电路502输出的频率信号输入到隔离电路503。隔离电路503是用于将现场电平(如DC24V、AC220V等)转换成内部逻辑电平(如DC5V、DC3.3V等)的电路。隔离电路503基本能保证数字信号的占空比和频率不变，从而将表示传感器/开关的不同状态传送到检测电路504。也即，隔离电路503用于对来自频率转换电路502的频率信号进行电平转换处理，以输出具有第一电平的频率信号。
因此，频率信号可以很容易通过诸如光隔离、磁隔离、电容隔离等的隔离电路503。这样三种状态通过一个隔离器件就可以到达PLC的内部芯片CPU。
隔离电路503将具有第一电平的频率信号输出到检测电路204。检测电路204通过检测这个信号的频率，输出表示传感器/开关2011的状态的状态信号。检测电路204例如是PLC中的内部芯片或定制芯片。该内部芯片或定制芯片可以是例如MCU（微控制器）、CPU或ASIC（特定用途集成电路）。
当检测电路304检测到频率信号1，则说明传感器/开关3011导通，于是输出第一状态信号；
当检测电路304检测到频率信号2，则说明传感器/开关3011断开，于是输出第二状态信号；
当检测电路304检测到频率信号3，则说明传感器/开关3011断线，于是输出第三状态信号。
因此，可以仅通过一路通道就可以进行数字输入的断线检测。
图6示出了根据本发明实施例的数字输入断线检测的方法。
如图6所示，根据本申请的方法包括：
在步骤601，接收通过辅助阻抗器件耦合的、来自用户设备的传感器/开关的数字信号。辅助阻抗器件包括电阻器、电容器或阻容元件RC之一。
在步骤602，将接收的数字信号转换成能够反映传感器/开关的不同状态的预定数字信号。根据实际情况，该预定数字信号可以是占空比数字信号、频率数字信号、或者其他能反映信号的不同状态的数字信号。并且根据接收的数字信号的特征，该转换可以采用具体的转换电路执行，也可以不采用转换电路。
当传感器/开关导通时，该预定数字信号为第一预定数字信号；当传感器/开关断开时，该预定数字信号为第二预定数字信号；当传感器/开关断线时，该预定数字信号为第三预定数字信号。因此，不同的预定数字信号表示传感器/开关的不同状态。
在步骤603，对预定数字信号通过隔离电路处理以输出具有第一电平的预定数字信号并将其输入PLC的内部芯片。该内部芯片也可以是定制芯片，例如是MCU（微控制器）、CPU或ASIC（特定用途集成电路）等。
在步骤604，通过检测具有第一电平的预定数字信号是第一至第三预定数字信号中的哪一个来判断传感器/开关的不同状态。
上面是对本发明的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本发明的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本发明的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本发明范围内。应当理解，上面是对本发明的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本发明由权利要求书及其等效物限定。

Claims (15)

1.一种数字输入断线检测电路，包括：
数字输入电路，包含：传感器/开关；与传感器/开关并联的辅助阻抗器件；以及与传感器/开关串联的电源；该数字输入电路用于将用户设备的传感器/开关输出的数字信号输出到转换电路；
转换电路，用于接收来自数字输入电路的数字信号，并将数字信号转换为能够反映传感器/开关的各种状态的预定数字信号；
隔离电路，用于将预定数字信号转换为具有第一电平的预定数字信号；和
检测电路，用于检测隔离电路输出的具有第一电平的预定数字信号，并输出表示传感器/开关的状态的状态信号，
所述转换电路是占空比转换电路，用于将接收的数字信号转换为占空比数字信号。
2.如权利要求1所述的电路，
当传感器/开关导通时，占空比转换电路输出第一占空比信号；
当传感器/开关断开时，占空比转换电路输出第二占空比信号；
当传感器/开关断线时，占空比转换电路输出第三占空比信号。
3.如权利要求1所述的电路，其中，所述转换电路是频率转换电路，用于将接收的数字信号转换为频率数字信号；
当传感器/开关导通时，频率转换电路输出第一频率信号；
当传感器/开关断开时，频率转换电路输出第二频率信号；
当传感器/开关断线时，频率转换电路输出第三频率信号。
4.如权利要求2所述的电路，其中，
当检测电路检测到具有第一电平的第一占空比信号时，输出第一状态信号；
当检测电路检测到具有第一电平的第二占空比信号时，输出第二状态信号；
当检测电路检测到具有第一电平的第三占空比信号时，输出第三状态信号。
5.如权利要求3所述的电路，其中，
当检测电路检测到具有第一电平的第一频率信号时，输出第一状态信号；
当检测电路检测到具有第一电平的第二频率信号时，输出第二状态信号；
当检测电路检测到具有第一电平的第三频率信号时，输出第三状态信号。
6.如权利要求4或5所述的电路，其中，所述隔离电路是光耦合器。
7.如权利要求6所述的电路，其中，所述检测电路是PLC中的内部芯片或定制芯片。
8.如权利要求7所述的电路，其中，所述电源是DC电源，所述辅助阻抗器件是电阻器。
9.如权利要求7所述的电路，其中，所述电源是AC电源，所述辅助阻抗器件是电阻器或电容器或阻容元件RC。
10.一种数字输入断线检测电路，包括：
数字输入电路，包含：传感器/开关；与传感器/开关并联的辅助阻抗器件；以及与传感器/开关串联的交流电源；该数字输入电路用于将用户设备的传感器/开关输出的数字信号输出到隔离电路；
隔离电路，用于接收来自数字输入电路的数字信号，并对接收的数字信号进行电平转换处理以输出具有第一电平的占空比数字信号；和
检测电路，用于检测隔离电路输出的具有第一电平的占空比数字信号，并输出表示传感器/开关的状态的状态信号。
11.如权利要求10所述的电路，其中，
当传感器/开关导通时，隔离电路输出具有第一电平的第一占空比数字信号；
当传感器/开关断开时，隔离电路输出具有第一电平的第二占空比数字信号；
当传感器/开关断线时，隔离电路输出具有第一电平的第三占空比数字信号。
12.如权利要求11所述的电路，其中，
当检测电路检测到第一占空比信号时，输出第一状态信号；
当检测电路检测到第二占空比信号时，输出第二状态信号；
当检测电路检测到第三占空比信号时，输出第三状态信号。
13.一种数字输入断线检测的方法，包括步骤：
接收通过辅助阻抗器件耦合的、来自用户设备的传感器/开关的数字信号；
将接收的数字信号转换成能够反映传感器/开关的不同状态的预定数字信号；
对预定数字信号进行电平转换处理；
检测电平转换后的预定数字信号，并输出表示传感器/开关的状态的状态信号，
其中，该预定数字信号是占空比数字信号。
14.如权利要求13所述的方法，
当传感器/开关导通时，该占空比数字信号为具有第一占空比的数字信号；
当传感器/开关断开时，该占空比数字信号为具有第二占空比的数字信号；
当传感器/开关断线时，该占空比数字信号为具有第三占空比的数字信号。
15.如权利要求14所述的方法，其中，该预定数字信号是频率数字信号；
当传感器/开关导通时，该频率数字信号为具有第一频率的数字信号；
当传感器/开关断开时，该频率数字信号为具有第二频率的数字信号；
当传感器/开关断线时，该频率数字信号为具有第三频率的数字信号。
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