CN108508772B

CN108508772B - 一种信号安全输出技术和识别方法

Info

Publication number: CN108508772B
Application number: CN201810385077.3A
Authority: CN
Inventors: 王琰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2020-08-04
Anticipated expiration: 2038-04-26
Also published as: CN108508772A

Abstract

一种信号安全输出技术和识别方法，在传感信号上叠加动态水印信号，得到叠加水印信号的输出信号，再通过信号线输出至控制系统，控制系统在信号中检测动态水印信号，只有包含动态水印信号的接收信号，才被认为是合法信号，否则信号非法，通过控制动态水印信号的幅度，使动态水印信号的电平不影响输出信号作为合法信号的电平逻辑，因此接收的信号逻辑电平也能表征传感信号的逻辑电平。进一步的还可以分在接收到叠加水印信号的输出信号后得到输入信号，滤除动态水印信号，还原传感信号。本发明信号本身包含动态自检信息，仅一路输出信号就能保证传感器输出信号的安全和可靠性，不仅减少冗余输出线路的配置，而且大大提高了信号传输和使用的安全性和可靠性，抗干扰性更强，失控的风险更低。

Description

一种信号安全输出技术和识别方法

技术领域

本发明涉及一种信号安全输出技术和识别方法，用于安全保护领域及对信号有可靠性和安全性要求的工业领域。

背景技术

随着《中国制造2025》战略的实施，生产线的自动化将会普及。而各种工业传感器是自动化生产线不可或缺的。然而从传感器输出的信号到执行控制系统之间，容易混入各种干扰和不测。在有可靠和安全要求的场合，使用有冗余输出的传感器，即传感器输出两路或多路冗余信号到控制系统，通过比较冗余信号，来识别信号的可靠性和安全性，然而这种方式也有不可克服的缺点：如传感器输出信号上串入直流电平或传感器输出失控输出恒高电平时，该路信号就失控。如果不能马上检测出失控，当另一路也失控时，执行控制系统就不能得到正确的输入信号，整个系统就有失效风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种信号安全输出技术和识别方法，以较为简单的电路实现传感器信号传输的可靠性，以期信号安全输出。

在输出信号上叠加动态水印信号，且水印信号不影响输出信号的电平逻辑。在执行控制系统的接收端加入动态水印识别电路或在执行控制系统中加入水印识别处理程序，就能正确识别出本路接收的信号是的正确输出信号还是非法的信号。

本发明的目的是以如下方式实现的：在传感信号上叠加动态水印信号，得到叠加水印信号的输出信号，再通过信号线输出至控制系统，控制系统在信号中检测动态水印信号，只有包含动态水印信号的接收信号，才被认为是合法信号，否则信号非法，通过控制动态水印信号的幅度，使动态水印信号的电平不影响输出信号作为合法信号的电平逻辑，因此接收的信号逻辑电平也能表征传感信号的逻辑电平；信号接收部分在接收到叠加水印信号的输出信号后得到输入信号，叠加水印信号的输出信号与输入信号为同一信号，滤除动态水印信号，还原传感信号；信号识别方法是将输入信号一路通过水印滤除器和动态水印信号相减，滤除动态水印信号，得到原来的传感信号，传感信号流到开关电路的输入端；另一路输入信号到水印检测器检测动态水印信号，如果信号中包含动态水印信号，则水印检测器输出控制信号打开开关电路，最后输出驱动信号。

信号说明：传感信号，即传感器传感信号，通常为电平逻辑信号；动态水印信号，可以是动态编码信号、正弦信号、方波脉冲等周期性的时间函数信号。

电容器为一种简易的信号叠加器。

输入信号的正极端串接电阻后，电阻后端与输入信号的负极端之间接电容，电阻与电容组成简易水印滤波器。

本发明的安全原理是：动态水印信号是有基本特征的周期性函数，而各种干扰信号是不可能表现出动态水印信号特征的，非法信号中不可能出现动态水印信号，因而叠加水印信号的输出信号是唯一合法的信号。同时，动态水印信号是时间的函数，随时间不断变化，有动态的特性。只有正常受控的输出电路，才能输出叠加水印信号的输出信号，当输出电路故障不受控时，就失去了动态水印信号。

本发明的有益效果是：信号本身包含动态自检信息，仅一路输出信号就能保证传感器输出信号的安全和可靠性，不仅减少冗余输出线路的配置，而且大大提高了信号传输和使用的安全性和可靠性，抗干扰性更强，失控的风险更低。

附图说明

图1是本发明的信号叠加水印逻辑原理框图。

图2是本发明的信号叠加波形图。

图3是本发明的信号识别检测逻辑原理框图。

图4是本发明的信号识别波形图。

图5是本发明的叠加水印信号一种实例逻辑图。

图6是本发明的信号识别的一种实例逻辑图。

具体实施方式

参照图1，传感器的传感信号S与动态水印信号M(t)通过信号叠加器得到叠加水印信号的输出信号S+M(t)，然后通过信号线输出至控制系统，信号叠加波形如图2所示。通过在传感信号S中叠加动态水印信号M(t)的方法，增加信号传输、接收的可识别性、安全性和可靠性。

合法的叠加水印信号的输出信号S+M(t)即包含了传感信号S，也包含了动态水印信号M(t)，控制系统在信号中检测动态水印信号M(t)，只有包含动态水印信号M(t)的接收信号，才被认为是合法信号，传感器输出线上任何其它不包含含动态水印信号M(t)的S信号都是非法的，控制系统拒绝执行；由于动态水印信号M(t)在系统中是唯一的，任何其它的干扰不可能产生出M(t)，因此叠加动态水印信号M(t)的传感信号S，在接收端能得到安全可靠的接收。而且水印信号M(t)是时间t的函数，随着t不断变化，是活性的信号，非活性的水印信号也是非法的，进一步增强了接收信号的安全可靠。

这里需要控制动态水印信号M(t)的幅度，使动态水印信号M(t)的电平不影响输出信号S作为合法信号的电平逻辑，以使接收的信号逻辑电平也能表征传感信号S的逻辑电平，或者进一步的是在接收信号中滤除水印信号M(t)，还原传感信号S。

信号识别如图3，信号识别方法是将输入信号S+M(t)一路通过水印滤除器和动态水印信号M(t)相减，滤除动态水印信号M(t)，得到原来的传感信号S，传感信号S流到开关电路的输入端；另一路输入信号S+M(t)到水印检测器检测动态水印信号M(t)，如果信号中包含动态水印信号M(t)，则水印检测器输出控制信号打开开关电路，最后输出驱动信号S，识别信号波形如图4。

一种实例逻辑结构：水印信号叠加逻辑结构如图5所示，电容器C构成简易信号叠加器，动态水印信号M(t)通过电容器C叠加到传感信号S上，通过缓冲器B输出叠加水印信号的输出信号S+M(t)。控制M(t)信号的幅度在传感信号S逻辑电平的+/-10%以内，则不影响传感信号S的整体电平逻辑，S+M(t)信号可以代替传感信号S的逻辑。

信号的识别逻辑结构如图6所示，输入信号S+M(t)一路通过电阻R1和电容C1组成简易水印滤波器后，去除水印的传感信号S信号到达电子开关的输入端。电路中也可以省略R1、C1水印滤波器，直接使输入信号S+M(t)连接到电子开关输入端；另一路输入信号经过电容器C2去除信号的直流分量，得到的动态水印信号M(t)到达信号比较器的一个输入端，内置动态水印信号M(t)连接到比较器的另一个参考输入端，比较器的输出端连接到电子开关的控制端。如果比较器的两个输入端的信号相同，则比较器输出开信号，打开电子开关，输出信号S或S+M(t)驱动继电器K。如果比较器比较的信号不同，则不打开电子开关，继电器K就得不到驱动信号。

Claims

1.一种信号安全输出技术和识别方法，其特征在于：在传感信号S上叠加动态水印信号M(t)，得到叠加水印信号的输出信号S+M(t)，再通过信号线输出至控制系统，控制系统在信号中检测动态水印信号M(t)，只有包含动态水印信号M(t)的接收信号，才被认为是合法信号，否则信号非法，通过控制动态水印信号M(t)的幅度，使动态水印信号M(t)的电平不影响输出信号S作为合法信号的电平逻辑，因此接收的信号逻辑电平也能表征传感信号S的逻辑电平；信号接收部分在接收到叠加水印信号的输出信号S+M(t)后得到输入信号S+M(t)，滤除动态水印信号M(t)，还原传感信号S；信号识别方法是将输入信号S+M(t)一路通过水印滤除器和动态水印信号M(t)相减，滤除动态水印信号M(t)，得到原来的传感信号S，传感信号S流到开关电路的输入端；另一路输入信号S+M(t)到水印检测器检测动态水印信号M(t)，如果信号中包含动态水印信号M(t)，则水印检测器输出控制信号打开开关电路，最后输出驱动信号S。

2.根据权利要求1所述的一种信号安全输出技术和识别方法，其特征在于：电容器C为一种简易的信号叠加器。

3.根据权利要求1所述的一种信号安全输出技术和识别方法，其特征在于：输入信号S+M(t)的正极端串接电阻R1后，电阻后端与输入信号S+M(t)的负极端之间接电容C1，电阻R1与电容C1组成简易水印滤波器。