CN105425773A - 一种控制系统的继电器输出通道诊断装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制系统的继电器输出诊断装置，包括：第一控制器、第一继电器、第二控制器、第二继电器、第一信号采集电路、第二信号采集电路。通过增加与第一继电器输出端连接的第一信号采集电路和与第二继电器输出端连接的第二信号采集电路以采集第一继电器输出端的第一信号和第二继电器输出端的第二信号。第一控制器和第二控制器相互通讯，第一控制器或第二控制器均通过对第一信号、第一继电器的输出状态、第二信号以及第二继电器的输出状态以诊断输出通道是否故障。相对于只增加冗余通道的方式而言，该装置的改造量小、空间占用小、可靠性高、成本低。

Description

一种控制系统的继电器输出通道诊断装置及方法

技术领域

本发明涉及工业控制技术领域，特别是涉及一种控制系统的继电器输出通道诊断装置及方法。

背景技术

目前，在工业控制技术领域尤其是安全级控制系统中，数字量输出模块作为执行器前的最后一级设备，其安全可靠性尤为重要，对于数字量输出模块，如果发生故障(根据IEC61508，这里的故障指单一故障)，系统应具有关闭输出，进入安全状态的能力。安全级控制系统中的数字量输出模块通常采用继电器输出的方式，继电器输出故障类型有继电器线圈故障、继电器触点粘连、后端断线、后端短路等故障。为了保证继电器输出的安全可靠性。在现有技术中，通过提高冗余度来有效提高系统的安全可靠性。但是冗余通道的增加会造成系统越来越庞大，降低实用性。

由此可见，在诊断继电器输出故障时，如何克服由于冗余通道的增加造成的系统庞大、实用性降低的问题是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制系统的继电器输出通道诊断装置，用于在诊断继电器输出故障时，克服由于冗余通道的增加造成的系统庞大、实用性降低的问题。此外，本发明的目的还提供一种控制系统的继电器输出通道诊断方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种控制系统的继电器输出通道诊断装置，包括：第一控制器、与第一控制器连接的第一继电器、与所述第一控制器连接的第二控制器、与所述第二控制器连接的第二继电器，还包括：

与所述第一控制器和所述第一继电器连接的第一信号采集电路，用于采集所述第一继电器输出通道的第一信号，并将所述第一信号发送至所述第一控制器；

与所述第二控制器和所述第二继电器连接的第二信号采集电路，用于采集所述第二继电器输出通道的第二信号，并将所述第二信号发送至所述第二控制器；

其中，当根据所述第一信号、所述第一继电器的输出状态、所述第二信号和所述第二继电器的输出状态判断出输出通道出现异常时，所述第一控制器用于关闭所述第一继电器的输出；所述第二控制器用于关闭所述第二继电器的输出。

优选地，还包括：

与所述第一继电器和所述第二继电器连接的表决器，用于根据所述第一继电器的输出状态和所述第二继电器的输出状态确定表决结果；

与所述表决器连接的执行器，用于根据所述表决结果执行所述表决结果对应的动作。

优选地，所述第一信号采集电路包括：

与所述第一继电器输出回路串联的第一电阻；

并联接入所述第一继电器输出回路的第一电阻单元，所述第一电阻单元包括依次串联的第三电阻、第四电阻和第五电阻；

与所述第四电阻并联的第一采集芯片；

与所述第一采集芯片和所述第一控制器连接的第一隔离芯片。

优选地，所述第二信号采集电路包括：

与所述第二继电器输出回路串联的第二电阻；

并联接入所述第二继电器输出回路的第二电阻单元，所述第二电阻单元包括依次串联的第六电阻、第七电阻和第八电阻；

与所述第七电阻并联的第二采集芯片；

与所述第二采集芯片和所述第二控制器连接的第二隔离芯片。

优选地，其特征在于，还包括：提供电能的电源。

一种控制系统的继电器输出通道诊断方法，包括：

采集第一继电器输出通道的第一信号，并将所述第一信号发送至第一控制器；

采集第二继电器输出通道的第二信号，并将所述第二信号发送至第二控制器；

当根据所述第一信号、所述第一继电器的输出状态、所述第二信号和所述第二继电器的输出状态判断出输出通道出现异常时，关闭所述第一继电器的输出和关闭所述第二继电器的输出。优选地，还包括：

根据所述第一继电器的输出状态和所述第二继电器的输出状态确定表决结果；

根据所述表决结果执行所述表决结果对应的动作。

本发明所提供的控制系统的继电器输出通道诊断装置，通过增加与第一继电器输出端连接的第一信号采集电路和与第二继电器输出端连接的第二信号采集电路以采集第一继电器输出端的第一信号和第二继电器输出端的第二信号。第一控制器和第二控制器相互通讯，第一控制器或第二控制器均通过对第一信号、第一继电器的输出状态、第二信号以及第二继电器的输出状态以诊断输出通道是否故障。相对于只增加冗余通道的方式而言，该装置的改造量小、空间占用小、可靠性高、成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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为本发明提供的一种控制系统的继电器输出通道诊断装置的结构图；

图2为本发明提供的另一种控制系统的继电器输出通道诊断装置的结构图；

图3为本发明提供的一种控制系统的继电器输出通道诊断方法的流程图；

图4为本发明提供的另一种控制系统的继电器输出通道诊断方法的流程图。

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，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种控制系统的继电器输出通道诊断装置及方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

图1为本发明提供的一种控制系统的继电器输出通道诊断装置的结构图。控制系统的继电器输出通道诊断装置，包括：第一控制器10、与第一控制器连接的第一继电器11、与第一控制器10连接的第二控制器12、与第二控制器12连接的第二继电器13，还包括：

与第一控制器10和第一继电器11连接的第一信号采集电路14，用于采集第一继电器输出通道的第一信号，并将第一信号发送至第一控制器10；

与第二控制器12和第二继电器13连接的第二信号采集电路15，用于采集第二继电器输出通道的第二信号，并将第二信号发送至第二控制器；

其中，当根据第一信号、所述第一继电器11的输出状态、第二信号和第二继电器13的输出状态判断出输出通道出现异常时，第一控制器10用于关闭第一继电器11的输出；第二控制器12用于关闭第二继电器13的输出。

在具体实施中，第一控制器10控制第一继电器11输出信号；第二控制器12控制第一继电器13输出信号。为了诊断第一继电器11的输出或者第二继电器13的输出是否出现问题，则第一信号采集电路14采集第一继电器输出通道的第一信号，并将第一信号发送至第一控制器10。第二信号采集电路15采集第二继电器输出通道的第二信号，并将第二信号发送至第二控制器12。由于第一控制器10和第二控制器12二者相互通讯，因此，第一控制器10也能够获取第二信号和第二继电器13的输出状态。

第一控制器10根据获取的第一信号、第一继电器11的输出状态、第二信号和第二继电器13的输出状态诊断输出通道是否出现异常。

同理，第二控制器12根据获取的第一信号、第一继电器11的输出状态、第二信号和第二继电器13的输出状态诊断输出通道是否出现异常。

当诊断出第一继电器11的输出通道出现异常，或诊断出第二继电器13的输出通道出现异常时，第一控制器10关闭第一继电器的输出，第二控制器12关闭第二继电器的输出。

本实施例提供的控制系统的继电器输出通道诊断装置，通过增加与第一继电器输出通道连接的第一信号采集电路和与第二继电器输出通道连接的第二信号采集电路以采集第一继电器输出通道的第一信号和第二继电器输出通道的第二信号。第一控制器和第二控制器相互通讯，第一控制器或第二控制器均通过对第一信号、第一继电器的输出状态、第二信号以及第二继电器的输出状态以诊断输出通道是否故障。相对于只增加冗余通道的方式而言，该装置的改造量小、空间占用小、可靠性高、成本低。

图2为本发明提供的另一种控制系统的继电器输出通道诊断装置的结构图。如图2所示，作为一种优选的实施方式，还包括：

与第一继电器11和第二继电器13连接的表决器16，用于根据第一继电器11的输出状态和第二继电器13的输出状态确定表决结果；

与表决器16连接的执行器17，用于根据表决结果执行表决结果对应的动作。

在本发明中表决器16采用1oo2D的表决方式，根据第一继电器11的输出状态和第二继电器的输出状态确定表决结果，输出至执行器17。执行器17根据表决结果执行相应的动作。

其中，第一信号采集电路14包括：

与第一继电器输出回路串联的第一电阻R1；

并联接入第一继电器输出回路的第一电阻单元140，第一电阻单元140包括依次串联的第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5；

与第四电阻并联的第一采集芯片141；

与第一采集芯片140和第一控制器11连接的第一隔离芯片142。

第二信号采集电路15包括：

与第二继电器13输出回路串联的第二电阻R2；

并联接入第二继电器输出回路的第二电阻单元150，第二电阻单元150包括依次串联的第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；

与第七电阻R7并联的第二采集芯片151；

与第二采集芯片151和第二控制器12连接的第二隔离芯片152。

如图2所示，对于输出通道的诊断，其实是根据第一信号、第一继电器的输出状态、第二信号和第二继电器的输出状态来判断输出通道是否出现异常：

具体的，可以取R1＝R2，R3＝R6，R4＝R7，R5＝R8。其中，R1、R2为采样电阻，相对负载电阻R_LOAD足够小，确保采样电阻对正常输出功能不产生影响；R3～R8为旁路电阻，相对R_LOAD足够大，确保旁路电阻对正常输出功能不产生影响，在输出关断时，产生的旁路电流足够小，执行器17不动作。通过在继电器输出通路中并联一组电阻，作为旁路电阻，在继电器输出关闭时为诊断信号提供通路，此组电阻需足够大，避免在输出关断时此通路产生的电流使执行器动作，同时此组电阻还有分压的作用，保证采集芯片输入端口处的电压不超过其能承受的最大值。

假设第一信号的电压为VA，第二信号的电压VB，电源的电压为V_SUP，则VA和VB的值应该为以下四个值中的一个，分别为V1＝0V；V4＝V_SUP。第一控制器10和第二控制器12通过判断第一信号和第一继电器的输出状态、第二信号和第二继电器的输出状态确定输出通道是否故障。

具体的判断逻辑为：

1)第一继电器的输出状态为导通，第二继电器的输出状态为导通时，VA＝V2，VB＝V2；

2)第一继电器的输出状态为导通，第二继电器的输出状态为断开时，VA＝V1，VB＝V4；

3)第一继电器的输出状态为断开，第二继电器的输出状态为导通时，VA＝V4，VB＝V1；

4)第一继电器的输出状态为断开，第二继电器的输出状态为断开时，VA＝V3，VB＝V3。

如果符合上述4种情况，则说明第一继电器所在的输出通道和第二继电器所在的输出通道正常，否则第一继电器所在的输出通道或第二继电器所在的输出通道故障，此时需要将两个输出通道都关闭。

作为一种优选的实施方式，如图2所示，还包括提供电能的电源，其电压值为V_SUP。

需要说明的是，图2中各个部件的连接方式有很多种，例如，第一控制器10和第一隔离芯片142之间采用IIC总线连接，第一隔离芯片142和第一采集芯片141采用IIC总线连接。第二控制器12和第二隔离芯片152之间采用IIC总线连接，第二隔离芯片152和第二采集芯片151采用IIC总线连接。

第一控制器10或第二控制器12可以采用RM48L952型号安全级微控制器，该控制器器能够达到ICE61508SIL3安全等级标准，并且，该系列安全级处理器在硬件上均具备自检功能、处理器输出比较器、内部存储器ECC逻辑等，所有的RAM均可使用硬件自检功能来获得较高的诊断覆盖率。本发明中的第一继电器11或第二继电器13可以采用G6E-134P-US型号继电器，该型号继电器具有高灵敏度、低功耗等特点。本发明中的第一采集芯片141或第二采集芯片151可以采用MAX9611型号芯片，该芯片采用IIC通信接口，是内部含有12位ADC的差分运放，能精确采集差分电压，并且该芯片输入端共模电压能够达到60V。本发明中的第一隔离芯片142或第二隔离芯片152采用ISO1540，该隔离芯片采用硅隔离工艺的隔离方式，最高速度为1MHZ。

实施例二

图3为本发明提供的一种控制系统的继电器输出通道诊断方法的流程图。控制系统的继电器输出通道诊断方法，包括：

S10：采集第一继电器输出通道的第一信号，并将第一信号发送至第一控制器；

S11：采集第二继电器输出通道的第二信号，并将第二信号发送至第二控制器；

S12：当根据所述第一信号、所述第一继电器的输出状态、所述第二信号和所述第二继电器的输出状态判断出输出通道出现异常时，关闭所述第一继电器的输出和关闭所述第二继电器的输出。

本实施例提供的控制系统的继电器输出通道诊断方法，通过采集第一继电器输出端的第一信号和第二继电器输出端的第二信号，使得第一控制器和第二控制器相互通讯，第一控制器或第二控制器均通过对第一信号、第一继电器的输出状态、第二信号以及第二继电器的输出状态以诊断输出通道是否故障。相对于只增加冗余通道的方式而言，该装置的改造量小、空间占用小、可靠性高、成本低。

图4为本发明提供的另一种控制系统的继电器输出通道诊断方法的流程图。作为一种优选的实施方式，还包括：

控制系统的继电器输出通道诊断方法还包括：

S13：根据第一继电器的输出状态和第二继电器的输出状态确定表决结果；

S14：根据表决结果执行表决结果对应的动作。

由于实施例二与实施例一具有相同的内容，因此具体的实施方式的描述请参见实施例一，这里暂不赘述。

以上对本发明所提供的控制系统的继电器输出通道诊断装置及方法进行了详细介绍。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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (7)

1.一种控制系统的继电器输出通道诊断装置，包括：第一控制器、与第一控制器连接的第一继电器、与所述第一控制器连接的第二控制器、与所述第二控制器连接的第二继电器，其特征在于，还包括：

与所述第一控制器和所述第一继电器连接的第一信号采集电路，用于采集所述第一继电器输出通道的第一信号，并将所述第一信号发送至所述第一控制器；

与所述第二控制器和所述第二继电器连接的第二信号采集电路，用于采集所述第二继电器输出通道的第二信号，并将所述第二信号发送至所述第二控制器；

其中，当根据所述第一信号、所述第一继电器的输出状态、所述第二信号和所述第二继电器的输出状态判断出输出通道出现异常时，所述第一控制器用于关闭所述第一继电器的输出；所述第二控制器用于关闭所述第二继电器的输出。

2.根据权利要求1所述的控制系统的继电器输出通道诊断装置，其特征在于，还包括：

与所述第一继电器和所述第二继电器连接的表决器，用于根据所述第一继电器的输出状态和所述第二继电器的输出状态确定表决结果；

与所述表决器连接的执行器，用于根据所述表决结果执行所述表决结果对应的动作。

3.根据权利要求2所述的控制系统的继电器输出通道诊断装置，其特征在于，所述第一信号采集电路包括：

与所述第一继电器输出回路串联的第一电阻；

并联接入所述第一继电器输出回路的第一电阻单元，所述第一电阻单元包括依次串联的第三电阻、第四电阻和第五电阻；

与所述第四电阻并联的第一采集芯片；

与所述第一采集芯片和所述第一控制器连接的第一隔离芯片。

4.根据权利要求2所述的控制系统的继电器输出通道诊断装置，其特征在于，所述第二信号采集电路包括：

与所述第二继电器输出回路串联的第二电阻；

并联接入所述第二继电器输出回路的第二电阻单元，所述第二电阻单元包括依次串联的第六电阻、第七电阻和第八电阻；

与所述第七电阻并联的第二采集芯片；

与所述第二采集芯片和所述第二控制器连接的第二隔离芯片。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的控制系统的继电器输出通道诊断装置，其特征在于，还包括：提供电能的电源。

6.一种控制系统的继电器输出通道诊断方法，其特征在于，包括：

采集第一继电器输出通道的第一信号，并将所述第一信号发送至第一控制器；

采集第二继电器输出通道的第二信号，并将所述第二信号发送至第二控制器；

当根据所述第一信号、所述第一继电器的输出状态、所述第二信号和所述第二继电器的输出状态判断出输出通道出现异常时，关闭所述第一继电器的输出和关闭所述第二继电器的输出。

7.根据权利要求6所述的控制系统的继电器输出通道诊断方法，其特征在于，还包括：

根据所述第一继电器的输出状态和所述第二继电器的输出状态确定表决结果；

根据所述表决结果执行所述表决结果对应的动作。