CN110824351A - 一种继电器冗余的故障检测电路及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种继电器并联冗余的故障检测电路及检测方法，其中，该电路包括电源、负载、第一继电器和第二继电器、第一光耦、第二光耦和第三光耦、限流电阻、上拉电阻和检测控制单元；所述第一继电器和第二继电器的线圈一端并联后串接到检测控制单元的输出口，线圈另一端并联后串接到信号地，第一继电器和第二继电器的转换触点并联后串接到电源，第一继电器和继电器的常开触点并联后分别串接到负载和第二光耦，负载负端连接到功率地，第一继电器的常闭触点连接到第一光耦，第二继电器的常闭触点连接到第三光耦。本发明公开的并联冗余电磁继电器的故障检测电路通过常闭触点进行检测，避免了通过辅助触点检测而导致误判的可能，同时避免了冷备份对控制时序的影响。

Description

一种继电器冗余的故障检测电路及其检测方法

技术领域

本发明涉及电磁继电器故障检测领域，特别是设计一种继电器并联冗余情况下的故障检测电路及其检测方法。

背景技术

继电器作为一种自动控制中的执行器件，具有结构简单、体积小、控制方便等优点，在国防军事、工业自动化和民用设备等领域成为不可缺少的元器件之一。电磁继电器由于耐环境能力强，广泛应用在航空、航天等可靠性要求高的领域，并在控制系统中承担重要任务。由于继电器的重要作用，往往一个继电器的失效将导致整个系统的失效。因此，为了提高系统的可靠性，实际使用中通常将多个相同型号的电磁继电器串联、并联或串并联混合使用。相关文献指出，继电器并联冗余可将触发指令漏输出概率降低到0.1932×λ²，其中λ为继电器的失效率。

继电器并联冗余可分为冷备份和热备份，冷备份可通过分时吸合断开不同继电器进行故障检测并进行切换，但对于控制时间有一定的延迟，不适用于对控制时序有要求的场合。热备份的故障检测一般通过辅助触点反馈进行间接判断主触点是否卡死或粘连，然而，现有产品对体积和重量的要求越来越严格，很多用于印制板的电磁继电器没有辅助触点，导致该方法不适用；此外，如果辅助触点损坏，则不能反映主触点的状态，容易造成误判。

基于上述方法的不足，有必要设计一种新的电磁继电器并联冗余的故障检测电路及其检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种继电器并联冗余的故障检测电路，用于解决上述现有技术的问题。

本发明一种继电器并联冗余的故障检测电路，其中，包括电源、负载、第一继电器和第二继电器、第一光耦、第二光耦和第三光耦、限流电阻、上拉电阻和检测控制单元；所述第一继电器和第二继电器的线圈一端并联后串接到检测控制单元的输出口，线圈另一端并联后串接到信号地，第一继电器和第二继电器的转换触点并联后串接到电源，第一继电器和继电器的常开触点并联后分别串接到负载和第二光耦，负载负端连接到功率地，第一继电器的常闭触点连接到第一光耦，第二继电器的常闭触点连接到第三光耦。

根据本发明的继电器并联冗余的故障检测电路的一实施例，其中，还包括限流电阻分别连接到第一、第二继电器输出端和第一、第二和第三光耦输入之间。

根据本发明的继电器并联冗余的故障检测电路的一实施例，其中，还包括上拉电阻连接到第一、第二和第三光耦的输出端。

根据本发明的继电器并联冗余的故障检测电路的一实施例，其中，第一、第二以及第三光耦的输出端分别连接到检测控制单元的不同输入口。

根据本发明的继电器并联冗余的故障检测电路的一实施例，其中，电源由28V功率电源/功率地与5V信号电源/信号地组成，两种电源相互隔离。

根据本发明的继电器并联冗余的故障检测电路的一实施例，其中，第一继电器和第二继电器的线圈两端分别并联，其中一端并联后串接到检测控制单元的输出端口，线圈另一端并联后串接到信号地；第一继电器和第二继电器的转换触点并联后串接到28V功率电源；第一继电器和第二继电器的常开触点并联后分别串接到负载正端和第二光耦输入端，第二光耦的输入端连接第二限流电阻，用于限制流过第二光耦的电流，第二光耦的输出端连接到检测控制单元，并通过第五上拉电阻，将光耦的输出信号电平上拉；负载的负端连接到功率地，第一继电器的常闭触点连接到第一光耦的输入端，第一光耦的输入端连接第一限流电阻，用于限制流过第一光耦的电流，第一光耦的输出端连接到检测控制单元的输入口，第一光耦的输出端连接第四上拉电阻，将光耦的输出信号电平上拉；第二继电器的常闭触点连接到第三光耦，第三光耦的输入端连接限流第三电阻，用于限制流过第三光耦的电流，第三光耦的输出端连接到检测控制单元的输入口，第三光耦V3的输出端连接有第六上拉电阻。

本发明一种基于权利要求1-6所述电路的继电器冗余的故障检测方法，其中，包括：S1:检测控制单元控制并联冗余的电磁继电器吸合；S2:检测控制单元分别检测第一、第二以及第三光耦的输出电平值；S3:根据第一、第二以及第三光耦的输出状态即可得到并联冗余的继电器是否单个卡死或全部卡死的检测结果并定位卡死的继电器，及时上报故障检测结果；S4:待负载功能执行完毕后，检测控制单元控制并联冗余的电磁继电器断开；S5:检测控制单元分别检测第一、第二以及第三光耦的输出电平值；S6:根据第一、第二以及第三光耦的输出状态得到并联冗余的继电器是否单个粘连或全部粘连的检测结果并定位粘连的继电器，及时上报故障检测结果。

本发明的一种电磁继电器并联冗余的故障检测电路及其检测方法，所述检测电路及其检测方法能够对并联冗余的电磁继电器主触点直接检测，有效克服了现有技术的缺陷。

附图说明

图1所示为本发明一种继电器并联冗余的故障检测电路示意图；

图2为本发明的继电器冗余的故障检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1所示为本发明一种继电器并联冗余的故障检测电路示意图，如图1所示，本发明一种继电器并联冗余的故障检测电路，包括电源、负载、相同类型的电磁继电器K1和K2、限流电阻、上拉电阻和检测控制单元。

如图1所示，所述继电器K1和继电器K2的线圈一端并联后串接到检测控制单元的输出口，线圈另一端并联后串接到信号地，继电器K1和继电器K2的转换触点并联后串接到功率电源，继电器K1和继电器K2的常开触点并联后分别串接到负载和光耦V2，负载负端连接到功率地。继电器K1的常闭触点连接到光耦V1，继电器K2的常闭触点连接到光耦V3。

如图1所示，各光耦的输出端分别连接到检测控制单元的不同输入口。

如图1所示，所述限流电阻分别连接到继电器输出端和光耦输入之间，限流电阻用于限制各光耦的输入电流，保证各光耦不会因流过大电流而损坏。

如图1所示，所述上拉电阻连接到各光耦的输出端，上拉电阻用于将光耦的输出端电平上拉到信号电源，保证各光耦导通时输出为低电平，各光耦关闭时输出为高电平。

图2为本发明的继电器冗余的故障检测方法的流程图，如图2所示，本发明还提供一种继电器冗余的故障检测方法，其包括以下步骤：

S1:检测控制单元控制并联冗余的电磁继电器吸合与断开；

S2:检测控制单元实时采集光耦的输出电压；

S3:根据继电器开关状态与采集到的光耦输出电压来判断继电器是否故障，若继电器存在故障则对故障的继电器定位并上报故障。

本发明公开的继电器冗余的故障检测电路及其检测方法，通过光耦采集两个继电器的常闭触点和冗余后常开触点的电压状态，避免了采用辅助触点出现误判的情况。此外，若光耦损坏不会有能量输出到负载端，避免了误触发负载的风险，具备结构简单、实用性强等优点。

结合图1，对本发明的并联冗余电磁继电器的故障检测电路进行详细说明，如图1所示，其包括电源、负载、相同类型的电磁继电器K1和K2、限流电阻、上拉电阻和检测控制单元。电源由28V功率电源/功率地与5V信号电源/信号地组成，两种电源相互隔离。负载用于完成最终的控制目标。

如图1所示，继电器K1和继电器K2的线圈两端分别并联，其中一端并联后串接到检测控制单元的输出端口，线圈另一端并联后串接到信号地；继电器K1和继电器K2的转换触点并联后串接到28V功率电源；继电器K1和继电器K2的常开触点并联后分别串接到负载正端和光耦V2输入端，光耦V2的输入端连接限流电阻R2，用于限制流过光耦V2的电流，光耦V2的输出端连接到检测控制单元，并通过上拉电阻R5，将光耦的输出信号电平上拉；负载的负端连接到功率地。继电器K1的常闭触点连接到光耦V1的输入端，光耦V1的输入端连接限流电阻R1，用于限制流过光耦V1的电流，光耦V1的输出端连接到检测控制单元的输入口，光耦V1的输出端连接上拉电阻R4，将光耦的输出信号电平上拉；继电器K2的常闭触点连接到光耦V3，光耦V3的输入端连接限流电阻R3，用于限制流过光耦V3的电流，光耦V3的输出端连接到检测控制单元的输入口，光耦V3的输出端连接有上拉电阻R6，用于将光耦的输出信号电平上拉。

正常工作情况下，功率电源通过并联冗余的继电器控制负载的运行，当继电器断开时负载不工作，当继电器吸合时，负载两端有28V电压，负载正常工作。由于继电器长期处于大电流状态，且吸合与断开瞬间还会出现电弧等现象，长时间使用经常导致继电器触点粘连或卡死，因此，对并联冗余的电磁继电器进行实时故障检测可以保证在单个继电器故障时及时上报故障预警但不影响任务的执行，极大提高了任务可靠性。

本发明还公开了一种上述继电器冗余故障检测电路的检测方法，包括以下步骤：

S1:检测控制单元控制并联冗余的电磁继电器吸合；

S2:检测控制单元分别检测光耦V1、V2、V3的输出电平值；

S3:根据三个光耦的输出状态即可得到并联冗余的继电器是否单个卡死或全部卡死的检测结果并定位卡死的继电器，及时上报故障检测结果。故障判断逻辑如下：

S4:待负载功能执行完毕后，检测控制单元控制并联冗余的电磁继电器断开；

S5:检测控制单元分别检测光耦V1、V2、V3的输出电平值；

S6:根据三个光耦的输出状态即可得到并联冗余的继电器是否单个粘连或全部粘连的检测结果并定位粘连的继电器，及时上报故障检测结果。故障判断逻辑如下：

本发明的一种继电器冗余的故障检测电路及其检测方法，该电路主要包括：并联冗余的电磁继电器、光耦以及检测控制单元。其中，并联冗余的电磁继电器为两个同类型电磁继电器，其线圈两端分别并联，其转换触点并联；光耦用于检测两个继电器的常闭触点输出电压以及转换触点并联后的输出电压；检测控制单元控制冗余继电器的通断并采集光耦的输出电压。该方法是：检测控制单元根据光耦的采集结果以及继电器的开关状态判断两个并联冗余的继电器是否存在卡死或粘连故障，定位故障并及时上报故障信息。本发明能够避免两个继电器都失效而影响任务的执行，同时也避免通过辅助触点间接检测而导致误判的情况。

应当强调的是，并联冗余继电器通常在前端或后端再串联一个继电器冗余，以进一步提高任务可靠性，但这并不影响本发明的使用。

本发明公开的并联冗余电磁继电器的故障检测电路通过常闭触点进行检测，避免了通过辅助触点检测而导致误判的可能，同时避免了冷备份对控制时序的影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种继电器并联冗余的故障检测电路，其特征在于，包括电源、负载、第一继电器和第二继电器、第一光耦、第二光耦和第三光耦、限流电阻、上拉电阻和检测控制单元；

所述第一继电器和第二继电器的线圈一端并联后串接到检测控制单元的输出口，线圈另一端并联后串接到信号地，第一继电器和第二继电器的转换触点并联后串接到电源，第一继电器和继电器的常开触点并联后分别串接到负载和第二光耦，负载负端连接到功率地，第一继电器的常闭触点连接到第一光耦，第二继电器的常闭触点连接到第三光耦。

2.如权利要求1所述的继电器并联冗余的故障检测电路，其特征在于，还包括限流电阻分别连接到第一、第二继电器输出端和第一、第二和第三光耦输入之间。

3.如权利要求1所述的继电器并联冗余的故障检测电路，其特征在于，还包括上拉电阻连接到第一、第二和第三光耦的输出端。

4.如权利要求1所述的继电器并联冗余的故障检测电路，其特征在于，第一、第二以及第三光耦的输出端分别连接到检测控制单元的不同输入口。

5.如权利要求1所述的继电器并联冗余的故障检测电路，其特征在于，电源由28V功率电源/功率地与5V信号电源/信号地组成，两种电源相互隔离。

6.如权利要求5所述的继电器并联冗余的故障检测电路，其特征在于，第一继电器和第二继电器的线圈两端分别并联，其中一端并联后串接到检测控制单元的输出端口，线圈另一端并联后串接到信号地；第一继电器和第二继电器的转换触点并联后串接到28V功率电源；第一继电器和第二继电器的常开触点并联后分别串接到负载正端和第二光耦输入端，第二光耦的输入端连接第二限流电阻，用于限制流过第二光耦的电流，第二光耦的输出端连接到检测控制单元，并通过第五上拉电阻，将光耦的输出信号电平上拉；负载的负端连接到功率地，第一继电器的常闭触点连接到第一光耦的输入端，第一光耦的输入端连接第一限流电阻，用于限制流过第一光耦的电流，第一光耦的输出端连接到检测控制单元的输入口，第一光耦的输出端连接第四上拉电阻，将光耦的输出信号电平上拉；第二继电器的常闭触点连接到第三光耦，第三光耦的输入端连接限流第三电阻，用于限制流过第三光耦的电流，第三光耦的输出端连接到检测控制单元的输入口，第三光耦V3的输出端连接有第六上拉电阻。

7.一种基于权利要求1-6所述电路的继电器冗余的故障检测方法，包括：

S1:检测控制单元控制并联冗余的电磁继电器吸合；

S2:检测控制单元分别检测第一、第二以及第三光耦的输出电平值；

S3:根据第一、第二以及第三光耦的输出状态即可得到并联冗余的继电器是否单个卡死或全部卡死的检测结果并定位卡死的继电器，及时上报故障检测结果；

S4:待负载功能执行完毕后，检测控制单元控制并联冗余的电磁继电器断开；

S5:检测控制单元分别检测第一、第二以及第三光耦的输出电平值；

S6:根据第一、第二以及第三光耦的输出状态得到并联冗余的继电器是否单个粘连或全部粘连的检测结果并定位粘连的继电器，及时上报故障检测结果。

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