CN109062169A - 一种高可靠性的开关量信号采集系统及其采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高可靠性的开关量信号采集系统，包括采集链路，所述采集链路包括依次串联的查询电源、电阻B、被检开关、信号链路、连接器、保护电路、光耦、施密特触发器、CPU，还包括静态诊断链路，所述静态诊断链路包括串联的模数转换器、数字隔离器，所述数字隔离器连接到CPU，模数转换器的输入端连接到光耦的发光二级管的接地端，所述被检开关并联有电阻A，所述电阻A的阻值大于电阻B的阻值；所述动态诊断链路包括诊断电源、开关1和开关2以及电阻C，所述开关1串联在光耦的输入端与保护电路之间，所述电阻C与光耦的发光二级管并联，所述开关2的输入端连接诊断电源，开关2的输出端连接到光耦的输入端。
Description
技术领域
本发明为一种针对系统高安全性，稳定性而设计的开关量信号采集方法，具体说是一种新颖诊断措施的开关量信号采集电路，采用了隔离开关动态切换诊断和静态实时监督状态相结合的方式来实现通道采集的可靠性，可应用于核电站等大型工程领域，能够保证系统的安全性、可靠性、稳定性。
背景技术
在工业控制领域，尤其在核电厂数字化仪控领域，会存在对大量开关量信号的监控。因此一种高可靠性的开关量采集方法是很有必要的。
核电领域是一个对安全性和可靠性要求特别高的领域，因此采集系统必须保证安全性、高可靠性。
一种高可靠性的采集电路，必须具备完善的诊断措施，实时验证采集通路的正确性和下一状态能够正确翻转。同时具备输入通道链路的开路、短路、器件故障等诊断措施。
在工业应用中，无事故的情况下，开关量信号基本为一种持续不变的状态，电路持续采集到一种状态，可能会因为器件故障等原因导致状态应该翻转时，通路无法正常识别到。因此，需要模拟翻转信号让通道实现状态翻转的采集，来保证及时发现事故，并进行相应安全措施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高可靠性的开关量信号采集系统，其目的使得该采集系统具备在静态采集数据的同时实现同步的诊断，同时具备特殊情况下的完成信号翻转的动态诊断。
本发明的具体技术方案为：
一种高可靠性的开关量信号采集系统，包括采集链路，所述采集链路包括依次串联的查询电源、电阻B、被检开关、信号链路、连接器、保护电路、光耦、施密特触发器、CPU，其特征在于，还包括静态诊断链路，所述静态诊断链路包括串联的模数转换器、数字隔离器，所述数字隔离器连接到CPU，所述光耦的发光二级管的接地端连接电阻D后接地，模数转换器的输入端连接到光耦的发光二级管的接地端，所述被检开关并联有电阻A，所述电阻A的阻值大于电阻B的阻值；还包括动态诊断链路，所述动态诊断链路包括诊断电源、开关1和开关2以及电阻C，所述开关1串联在光耦的输入端与保护电路之间，所述电阻C与光耦的发光二级管并联，所述开关2的输入端连接诊断电源，开关2的输出端连接到光耦的输入端，所述CPU均控制连接开关1和开关2。
通过上述内容可以看出，本发明设置了查询电源、电阻B、被检开关、电阻A组成了正常开关量信号产生电路，由于设置了相应的电阻B、电阻A，可实现在采集端对整个链路开路、断路的诊断，其中，当被检开关切换开断2种状态时，其引发电压对应的发生了变化，因此可以通过检测链路中的具体电压值的不同来识别这种状态的变化。同时为了实现静态采集数据的同时实现同步的诊断和完成信号翻转的动态诊断，本发明在原链路上分别设置了静态诊断链路和动态诊断链路，同时静态诊断链路和动态诊断链路又互相配合交叉在一起，都是基于光耦前端进行。其诊断过程为：正常采集时，开关1闭合，开关2断开，经光耦将数据上传至CPU处理器。达到通道与系统之间的隔离要求。在光耦采集的同时，模数转化器也在进行数据采集，并通过SPI总线将数据上传至CPU处理器，CPU将光耦采集的数据与模数转换器采集到的数据进行实时比较，实现通道静态诊断。动态诊断的时间间隔可根据需求进行软件设计，通过开关1断开，开关2闭合切换的方式实现正常采集和动态诊断之间的切换，动态诊断能模拟输入信号，达到验证输入通道能否正常采集目的。动态诊断和正常通道采集可控制在CPU运行的一个周期内完成，在诊断的同时也不影响正常采集。
优选的，所述诊断电源为+24V电源。
优选的，所述保护电路包括静电保护电路、过压保护电路、过流保护电路。
基于一种高可靠性的开关量信号采集系统的采集方法，包括在同一采集周期内进行静态诊断采集：
A1：将被检开关置于正常状态下，开关1闭合，开关2断开，查询电源、电阻B、电阻A、被检开关组成正常开关量信号产生电路并向信号链路传输正常开关量信号，同时转S2、S3；
A2：正常开关量信号依次通过信号链路、连接器、保护电路、开关1、光耦、施密特触发器后被CPU采集；
A3：正常开关量信号依次通过信号链路、连接器、保护电路、开关1、光耦的发光二级管、模数转换器、数字隔离器后被CPU采集；
A4：CPU比较径由施密特触发器的正常开关量信号与径由模数转换器的正常开关量信号，将两组正常开关量信号进行静态比较，两组正常开关量信号代表的状态相同，则表明采集通路正常；两组正常开关量信号代表的状态不同，则表明采集通路异常。
优选的，还包括每间隔N小时时进行一次动态诊断采集：
B1：断开开关1，连通开关2，让光耦前级的正常开关量信号动态翻转为诊断电源的信号；
B2：诊断电源的信号依次通过开关2、光耦、施密特触发器后被CPU采集；
B3：CPU识别光耦后的信号是否满足由正常开关量信号动态翻转为诊断电源的信号的正常翻转状态，若满足则表明采集通路正常，否则为异常状态。
优选的，所述将被检开关置于正常状态下的具体方法为：将被检开关闭合或断开。
优选的，所述CPU为并行处理模式。
优选的，所述CPU根据获得径由模数转换器的正常开关量信号的电压值判定其处于开路或断路。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：该方法可以快速诊断开关量输入链路，同时保证能在一个周期内完成通道诊断和通道正常采集功能，以达到诊断的实时性和数据采集的可靠性，设计高诊断覆盖率的开关量信号采集电路。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明的系统链路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例一
如图1所示：
一种高可靠性的开关量信号采集系统，包括采集链路，所述采集链路包括依次串联的查询电源、电阻B、被检开关、信号链路、连接器、保护电路、光耦、施密特触发器、CPU，其特征在于，还包括静态诊断链路，所述静态诊断链路包括串联的模数转换器、数字隔离器，所述数字隔离器连接到CPU，所述光耦的发光二级管的接地端连接电阻D后接地，模数转换器的输入端连接到光耦的发光二级管的接地端，所述被检开关并联有电阻A，所述电阻A的阻值大于电阻B的阻值；还包括动态诊断链路，所述动态诊断链路包括诊断电源、开关1和开关2以及电阻C，所述开关1串联在光耦的输入端与保护电路之间，所述电阻C与光耦的发光二级管并联，所述开关2的输入端连接诊断电源，开关2的输出端连接到光耦的输入端，所述CPU均控制连接开关1和开关2。
通过上述内容可以看出，本发明设置了查询电源、电阻B、被检开关、电阻A组成了正常开关量信号产生电路，由于设置了相应的电阻B、电阻A，可实现在采集端对整个链路开路、断路的诊断，其中，当被检开关切换开断2种状态时，其引发电压对应的发生了变化，因此可以通过检测链路中的具体电压值的不同来识别这种状态的变化。同时为了实现静态采集数据的同时实现同步的诊断和完成信号翻转的动态诊断，本发明在原链路上分别设置了静态诊断链路和动态诊断链路，同时静态诊断链路和动态诊断链路又互相配合交叉在一起，都是基于光耦前端进行。其诊断过程为：正常采集时，开关1闭合，开关2断开，经光耦将数据上传至CPU处理器。达到通道与系统之间的隔离要求。在光耦采集的同时，模数转化器也在进行数据采集，并通过SPI总线将数据上传至CPU处理器，CPU将光耦采集的数据与模数转换器采集到的数据进行实时比较，实现通道静态诊断。动态诊断的时间间隔可根据需求进行软件设计，通过开关1断开，开关2闭合切换的方式实现正常采集和动态诊断之间的切换，动态诊断能模拟输入信号，达到验证输入通道能否正常采集目的。动态诊断和正常通道采集可控制在CPU运行的一个周期内完成，在诊断的同时也不影响正常采集。
其采集的具体过程为：
步骤1、通过CPU控制开关1闭合，开关2断开，让电路工作于正常采集开关量信号的状态。
步骤2、正常开关量信号经光耦隔离后送到CPU处理器，与此同时正常开关量信号经模数转换器化为电压信号，由模数转换器进行采集，也将此数据送到CPU处理器。
步骤3、CPU得到光耦采集的数据和模数转换器采集的数据后，将两组数据进行静态比较，数据代表的状态相同，则表明采集通路正常；数据代表的状态不同，则表明采集通路异常。
步骤4、每隔8小时(间隔时间，软件可配)，可以对采集电路进行动态诊断，断开开关1，通断开关2，让光耦前级的信号进行动态翻转。
步骤5、CPU识别光耦隔离后的信号是否满足正常翻转状态，若满足则表明采集通路正常，否则为异常状态。
步骤6、经步骤5后，断开开关2，闭合开关1，恢复正常采集和静态诊断状态。
优选的，所述诊断电源为+24V电源。
优选的，所述保护电路包括静电保护电路、过压保护电路、过流保护电路。
基于一种高可靠性的开关量信号采集系统的采集方法，包括在同一采集周期内进行静态诊断采集：
A1：将被检开关置于正常状态下，开关1闭合，开关2断开，查询电源、电阻B、电阻A、被检开关组成正常开关量信号产生电路并向信号链路传输正常开关量信号，同时转S2、S3；
A2：正常开关量信号依次通过信号链路、连接器、保护电路、开关1、光耦、施密特触发器后被CPU采集；
A3：正常开关量信号依次通过信号链路、连接器、保护电路、开关1、光耦的发光二级管、模数转换器、数字隔离器后被CPU采集；
A4：CPU比较径由施密特触发器的正常开关量信号与径由模数转换器的正常开关量信号，将两组正常开关量信号进行静态比较，两组正常开关量信号代表的状态相同，则表明采集通路正常；两组正常开关量信号代表的状态不同，则表明采集通路异常。
优选的，还包括每间隔N小时时进行一次动态诊断采集：
B1：断开开关1，连通开关2，让光耦前级的正常开关量信号动态翻转为诊断电源的信号；
B2：诊断电源的信号依次通过开关2、光耦、施密特触发器后被CPU采集；
B3：CPU识别光耦后的信号是否满足由正常开关量信号动态翻转为诊断电源的信号的正常翻转状态，若满足则表明采集通路正常，否则为异常状态。
优选的，所述将被检开关置于正常状态下的具体方法为：将被检开关闭合或断开。
优选的，所述CPU为并行处理模式。
优选的，所述CPU根据获得径由模数转换器的正常开关量信号的电压值判定其处于开路或断路。
另外，此设计满足隔离要求的设计，隔离耐压要求1500VAC@1min<5mA。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高可靠性的开关量信号采集系统，包括采集链路，所述采集链路包括依次串联的查询电源、电阻B、被检开关、信号链路、连接器、保护电路、光耦、施密特触发器、CPU，其特征在于，
还包括静态诊断链路，所述静态诊断链路包括串联的模数转换器、数字隔离器，所述数字隔离器连接到CPU，所述光耦的发光二级管的接地端连接电阻D后接地，模数转换器的输入端连接到光耦的发光二级管的接地端，所述被检开关并联有电阻A，所述电阻A的阻值大于电阻B的阻值；
还包括动态诊断链路，所述动态诊断链路包括诊断电源、开关1和开关2以及电阻C，所述开关1串联在光耦的输入端与保护电路之间，所述电阻C与光耦的发光二级管并联，所述开关2的输入端连接诊断电源，开关2的输出端连接到光耦的输入端，所述CPU均控制连接开关1和开关2。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠性的开关量信号采集系统，其特征在于，所述诊断电源为+24V电源。
3.根据权利要求1所述的一种高可靠性的开关量信号采集系统，其特征在于，所述保护电路包括静电保护电路、过压保护电路、过流保护电路。
4.基于一种高可靠性的开关量信号采集系统的采集方法，其特征在于，包括在同一采集周期内进行静态诊断采集：
A1：将被检开关置于正常状态下，开关1闭合，开关2断开，查询电源、电阻B、电阻A、被检开关组成正常开关量信号产生电路并向信号链路传输正常开关量信号，同时转S2、S3；
A2：正常开关量信号依次通过信号链路、连接器、保护电路、开关1、光耦、施密特触发器后被CPU采集；
A3：正常开关量信号依次通过信号链路、连接器、保护电路、开关1、光耦的发光二级管、模数转换器、数字隔离器后被CPU采集；
A4：CPU比较径由施密特触发器的正常开关量信号与径由模数转换器的正常开关量信号，将两组正常开关量信号进行静态比较，两组正常开关量信号代表的状态相同，则表明采集通路正常；两组正常开关量信号代表的状态不同，则表明采集通路异常。
5.根据权利要求4所述的采集方法，其特征在于，包括每间隔N小时时进行一次动态诊断采集：
B1：断开开关1，连通开关2，让光耦前级的正常开关量信号动态翻转为诊断电源的信号；
B2：诊断电源的信号依次通过开关2、光耦、施密特触发器后被CPU采集；
B3：CPU识别光耦后的信号是否满足由正常开关量信号动态翻转为诊断电源的信号的正常翻转状态，若满足则表明采集通路正常，否则为异常状态。
6.根据权利要求4所述的采集方法，其特征在于，所述将被检开关置于正常状态下的具体方法为：将被检开关闭合或断开。
7.根据权利要求4所述的采集方法，其特征在于，所述CPU为并行处理模式。
8.根据权利要求4所述的采集方法，其特征在于，所述CPU根据获得径由模数转换器的正常开关量信号的电压值判定其处于开路或断路。
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| GR01 | Patent grant | ||
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