CN105974993A - 一种数字量输入回路过流保护电路及方法 - Google Patents

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吴胜华
马伟东
田海波
王鹏
刘斌
杨春瑜
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/569—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection
    • G05F1/573—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection with overcurrent detector

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Abstract

本发明公开了一种数字量输入回路过流保护电路及方法，包括电流检测电路和限流电路；所述电流检测电路连接在限流电路中的三极管放大器Q1的基极与发射极之间，限流电路的输入端用于与数字量输入信号连接，其输出端用于与数字量输入回路连接，电流检测电路利用三极管放大器的工作原理控制限流电路的启动与关闭。本发明有效地保护过程通道的数字量输入回路电不受过电流的损害，并保证在过流状态下数字量输入回路的正常工作，保证了过程通道的可靠性，提高过程控制的控制效果；实现电路简单可行、成本低廉。

Description

一种数字量输入回路过流保护电路及方法
技术领域
本发明属于过程控制技术领域，具体涉及一种数字量输入回路过流保护电路及方法。
背景技术
过程控制也称实时控制，是在连续生产过程中，计算机及时的采集检测数据，按最佳值迅速地对控制对象进行自动控制和自动调节。
为了实现计算机对生产过程的控制，必须在计算机和生产过程之间设置信息传递和变换的连接通道，这个通道称之为过程通道，包括输入通道和输出通道。根据生产过程信号特点，以及对应的过程通道技术的角度分析，可进一步将过程通道信号的信号分为连续变化的模拟量(电压、电流、温度、压力、速度、流量等)和用“0”、“1”表示的数字量(开关量、脉冲量和SOE(Sequence of Event，事件顺序)等)。
输入通道的数字量信号分为有源和无源信号，有源信号又分为直流电压信号和交流电压信号，无源信号通常通过提供电压将无源信号转换成有源信号进行检测。随着过程控制技术在工业应用上的发展，过程通道的性能、可靠性要求尤为重要。在数字量信号采集过程中，由于数字量输入回路电流过大造成的通道设备损坏及采集结果错误造成的影响应极力避免，通常的措施是在输入回路串入热敏电阻、保险丝等保护措施，但当保险丝等熔断后，信号即失效，需要及时发现并等待更换维修通道设备，对工业现场过程控制有较大的隐患
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种数字量输入回路过流保护电路及方法，避免了因为数字量输入回路电流过大造成的输入通道设备损坏、过程控制系统采集结果错误造成的影响。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种数字量输入回路过流保护电路，包括电流检测电路和限流电路；所述电流检测电路连接在限流电路中的三极管放大器Q1的基极与发射极之间，限流电路的输入端用于与数字量输入信号连接，其输出端用于与数字量输入回路连接，电流检测电路利用三极管放大器的工作原理控制限流电路的开、关。
进一步地，所述限流电路包括三极管放大器Q1和第一电阻R1，第一电阻R1为三极管放大器Q1的集电极电阻，三极管放大器Q1通过第一电阻R1与数字量输入信号连接，三极管放大器Q1的基极和集电极还分别与数字量输入回路连接。
进一步地，所述电流检测电路包括第二电阻R2，第二电阻R2的两端分别与三极管放大器Q1的基极和发射极连接。
一种数字量输入回路过流保护电路的保护方法，包括以下步骤：
设定数字量输入回路的保护电流限值Im；
获得数字量输入信号产生的输入电流Iin和流过数字量输入回路的电流I1；
比较输入电流Iin和保护电流限值Im，控制限流电路的开、关，从而保证数字量输入回路正常运行。
进一步地，所述设定数字量输入回路的保护电流限值Im具体包括：根据数字量输入回路的工作参数：额定工作电流为Ia，可通过极限电流Ib，设定保护电流限值Ia≤Im<Ib。
进一步地，所述比较输入电流Iin和保护电流限值Im，控制限流电路的开、关，从而保证数字量输入回路正常运行，具体包括：当Iin≤Im时，三极管放大器Q1工作在截止区，流经限流电路的电流I2＝0，限流电路不启动，数字量输入回路电流Iin不受限制，I1＝Iin，数字量输入回路正常运行。
进一步地，所述比较输入电流Iin和保护电流限值Im，控制限流电路的开、关，从而保证数字量输入回路正常运行，具体包括：当Iin>Im时，三极管放大器Q1工作在放大区，对数字量输入回路进行限流、分流，使流经限流电路的电流I2＝Iin-I1，限流电路启动，数字量输入回路的电流I1保持Im，正常工作。
本发明的有益效果：
本发明提出一种数字量输入回路过流保护电路及方法，有效地保护过程通道的数字量输入回路电不受过电流的损害，并改进以往数字量输入回路使用保险丝保护等方法造成输入回路失效的情况，保证在过流状态下数字量输入回路仍能正常工作，保证了过程通道的可靠性，提高过程控制的控制效果；无需庞杂的检测电路和控制逻辑，实现电路简单可行、成本非常低廉。
附图说明
图1为本发明的过流保护电路原理图。
图2为本发明的过流保护方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，一种数字量输入回路过流保护电路，包括电流检测电路和限流电路；所述电流检测电路连接在限流电路中的三极管放大器Q1的基极与发射极之间，限流电路的输入端用于与数字量输入信号连接，其输出端用于与数字量输入回路连接，电流检测电路利用三极管放大器的工作原理控制限流电路的开、关。
进一步地，所述限流电路包括三极管放大器Q1和第一电阻R1，第一电阻R1为三极管放大器Q1的集电极电阻，三极管放大器Q1通过第一电阻R1与数字量输入信号连接，三极管放大器Q1的基极和集电极还分别与数字量输入回路连接。
进一步地，所述电流检测电路包括第二电阻R2，第二电阻R2的两端分别与三极管放大器Q1的基极和发射极连接。
如图2所示，一种数字量输入回路过流保护电路的保护方法，包括以下步骤：
设定数字量输入回路的保护电流限值Im；进一步地，所述设定数字量输入回路的保护电流限值Im具体包括：根据数字量输入回路的工作参数：额定工作电流为Ia，可通过极限电流Ib，设定保护电流限值Ia≤Im<Ib。
获得数字量输入信号产生的输入电流Iin和流过数字量输入回路的电流I1；通过数字量输入回路的电流I1，经过第二电阻R2，从而产生电压Ur＝I1*R2，Ur随着I1的增大而增大。
比较输入电流Iin和保护电流限值Im，控制限流电路的开关，从而保证数字量输入回路正常运行。
进一步地，所述比较输入电流Iin和保护电流限值Im，控制限流电路的开关，从而保证数字量输入回路正常运行，具体包括：当Iin≤Im时，Ur较小，不足以使限流电路动作，三极管放大器Q1工作在截止区，流经限流电路的电流I2＝0，限流电路不启动，全部电流都由数字量输入回路流过，数字量输入回路电流I1不受限制，I1＝Iin，数字量输入回路正常运行。
进一步地，所述比较输入电流Iin和保护电流限值Im，控制限流电路的开、关，从而保证数字量输入回路正常运行，具体包括：当Iin>Im时，Ur大于限流电路动作阈值，限流电路启动，三极管放大器Q1工作在放大区，集电极电流＝电流放大系数*基极电流，对数字量输入回路进行限流、分流，使流经限流电路的电流I2＝Iin-I1，数字量输入回路的电流I1保持Im，正常工作。
需要说明的是，在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
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的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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 (7)

1.一种数字量输入回路过流保护电路，其特征在于：包括电流检测电路和限流电路；所述电流检测电路连接在限流电路中的三极管放大器Q1的基极与发射极之间，限流电路的输入端用于与数字量输入信号连接，其输出端用于与数字量输入回路连接，电流检测电路利用三极管放大器的工作原理控制限流电路的开、关。
2.根据权利要求1所述的一种数字量输入回路过流保护电路：所述限流电路包括三极管放大器Q1和第一电阻R1，第一电阻R1为三极管放大器Q1的集电极电阻，三极管放大器Q1通过第一电阻R1与数字量输入信号连接，三极管放大器Q1的基极和集电极还分别与数字量输入回路连接。
3.根据权利要求2所述的一种数字量输入回路过流保护电路：所述电流检测电路包括第二电阻R2，第二电阻R2的两端分别与三极管放大器Q1的基极和发射极连接。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种数字量输入回路过流保护电路的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
设定数字量输入回路的保护电流限值Im；
获得数字量输入信号产生的输入电流Iin和流过数字量输入回路的电流I1；
比较输入电流Iin和保护电流限值Im，控制限流电路的开、关，从而保证数字量输入回路正常运行。
5.根据权利要求4所述的一种数字量输入回路过流保护电路的保护方法，其特征在于：所述设定数字量输入回路的保护电流限值Im具体包括：根据数字量输入回路的工作参数：额定工作电流为Ia，可通过极限电流Ib，设定保护电流限值Ia≤Im<Ib。
6.根据权利要求4所述的一种数字量输入回路过流保护电路的保护方法，其特征在于：所述比较输入电流Iin和保护电流限值Im，控制限流电路的开、关，从而保证数字量输入回路正常运行，具体包括：当Iin≤Im时，三极管放大器Q1工作在截止区，流经限流电路的电流I2＝0，限流电路不启动，数字量输入回路电流Iin不受限制，I1＝Iin，数字量输入回路正常运行。
7.根据权利要求4所述的一种数字量输入回路过流保护电路的保护方法，其特征在于：所述比较输入电流Iin和保护电流限值Im，控制限流电路的开、关，从而保证数字量输入回路正常运行，具体包括：当Iin>Im时，三极管放大器Q1工作在放大区，对数字量输入回路进行限流、分流，使流经限流电路的电流I2＝Iin-I1，限流电路启动，数字量输入回路的电流I1保持Im，正常工作。
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