CN111474461B - 一种用于功能安全产品检测开关失效的电路装置 - Google Patents

一种用于功能安全产品检测开关失效的电路装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及功能安全产品技术领域，尤其涉及一种用于功能安全产品检测开关失效的电路装置，包括开关电路、脉冲边沿检测电路和LED校验电路，当脉冲边沿检测电路检测到开关电路发生故障时，切断功能安全产品的供电电源，LED校验电路用于确认开关电路设置的开关值是否正确。本发明采用LED指示灯和异或门的组合诊断开关，上电后用户通过LED指示灯的状态来确认设置的开关值是否正确，当开关发生故障时，脉冲边沿检测电路诊断输出信号为高电平，使功能安全产品失电，可避免因开关值错误所引起的危险事故。

Description

一种用于功能安全产品检测开关失效的电路装置
技术领域
本发明涉及功能安全产品技术领域，尤其涉及一种用于功能安全产品检测开关失效的电路装置。
背景技术
随着工业自动化水平不断的提高，在高效的生产效率下，人们将更多的关注重点放在工业生产安全上，越来越多的功能安全产品被使用在生产设备上。开关作为功能安全产品设计中的组成部分，优点是：体积小、逻辑简单、操作方便、安全可靠。
目前检测开关失效的方式是采用CPU读取、判断开关状态，同时引入了嵌入式软件，但用户无法判断开关的正确性。而CPU外围电路复杂，对于功能安全产品来说，还需要增加CPU的诊断电路，系统成本较高，实现难度较大。
发明内容
本发明提供了一种用于功能安全产品检测开关失效的电路装置，可避免因开关故障导致的危险事故，同时可直观查看开关值设置是否正确。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：一种用于功能安全产品检测开关失效的电路装置，包括开关电路、脉冲边沿检测电路和LED校验电路，当脉冲边沿检测电路检测到开关电路发生故障时，切断功能安全产品的供电电源，LED校验电路用于确认开关电路设置的开关值是否正确。
作为本发明的优化方案，开关电路包括第一开关S1、第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1连接在第一开关S1的第3引脚和地之间，第二电阻R2连接在第一开关S1的第6引脚和地之间。
作为本发明的优化方案，脉冲边沿检测电路包括第二电容C2、第二异或门U2、第十四电阻R14、第三电容C3、第三异或门U3、第十五电阻R15和第一二极管D2，第十四电阻R14连接在第一开关S1的第3引脚和第二异或门U2的第6引脚之间，第二电容C2连接在第二异或门U2的第6引脚和地之间，第二异或门U2的第5引脚与第一开关S1的第3引脚连接，第十五电阻R15连接在第一开关S1的第6引脚和第三异或门U3的第9引脚之间，第三电容C3连接在第三异或门U3的第9引脚和地之间，第三异或门U3的第8引脚与第一开关S1的第6引脚连接，第三异或门U3的第10引脚与第一二极管D2的第2引脚连接，第二异或门U2的第4引脚与第一二极管D2的第1引脚连接。
作为本发明的优化方案，LED校验电路包括第一异或门U1、第一三极管Q1、第一发光二极管D1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4和第五三极管Q5，第一异或门U1的第1引脚连接第一开关S1的第3引脚，第一异或门U1的第2引脚连接第一开关S1的第6引脚，第一三极管Q1的第2引脚与第一异或门U1的第3引脚连接，第一三极管Q1的第3引脚与第一发光二极管D1的第4引脚连接，第二三极管Q2的第3引脚与第一发光二极管D1的第3引脚连接，第三三极管Q3的第3引脚与第二三极管Q2的第1引脚连接，第四三极管Q4的第3引脚与第一发光二极管D1的第2引脚连接，第五三极管Q5的第3引脚与第四三极管Q4的第1引脚连接。
作为本发明的优化方案，LED校验电路还包括第一电容C1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第十三电阻R13，第一电容C1连接在第一异或门U1的第14引脚和地之间，第三电阻R3连接在第一异或门U1的第2引脚和第一三极管Q1的第1引脚之间，第四电阻R4连接在第一三极管Q1的第1引脚和第2引脚之间，第五电阻R5连接在VCC和第一发光二极管D1的第1引脚连接，第六电阻R6连接在第一开关S1的第3引脚和第二三极管Q2的第1引脚之间，第七电阻R7连接在第二三极管Q2的第1引脚和第2引脚之间，第八电阻R8连接在第一开关S1的第6引脚和第三三极管Q3的第1引脚之间，第九电阻R9连接在第三三极管Q3的第1引脚和第2引脚之间，第十电阻R10连接在第一开关S1的第6引脚和第四三极管Q4的第1引脚之间，第十一电阻R11连接在第四三极管Q4的第1引脚和第2引脚之间，第十二电阻R12连接在第一开关S1的第3引脚和第五三极管Q5的第1引脚之间，第十三电阻R13连接在第五三极管Q5的第1引脚和第五三极管Q5的第2引脚之间。
本发明具有积极的效果：1)本发明采用LED指示灯和异或门的组合诊断开关，上电后用户通过LED指示灯的状态来确认设置的开关值是否正确，当开关发生故障，脉冲边沿检测电路诊断输出信号为高电平，切断电源，使功能安全产品失电，功能安全产品停止工作，可避免因开关值错误所引起的危险事故；
2)本发明使用纯硬件，提高了功能安全产品的可靠性，元器件种类少，而且比较常见，大幅度缩减了设计和生产成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的原理框图；
图2为开关电路的电路连接示意图；
图3为脉冲边沿检测电路的电路连接示意图；
图4为LED校验电路的电路连接示意图。
其中：1、开关电路，2、脉冲边沿检测电路，3、LED校验电路。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种用于功能安全产品检测开关失效的电路装置，包括开关电路1、脉冲边沿检测电路2和LED校验电路3，当脉冲边沿检测电路2检测到开关电路1发生故障时，切断功能安全产品的供电电源，LED校验电路3用于确认开关电路1设置的开关值是否正确。
如图2所示，开关电路1包括第一开关S1、第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1连接在第一开关S1的第3引脚和地之间，第二电阻R2连接在第一开关S1的第6引脚和地之间。用户通过改变第一开关S1的位置，输出不同的数字编码信号，其开关真值表详见表1所示。
表1开关真值表
序号 开关位置 第一开关的3脚 第一开关的6脚
1 0 0 0
2 1 1 0
3 2 0 1
4 3 1 1
如图3所示，脉冲边沿检测电路2包括第二电容C2、第二异或门U2、第十四电阻R14、第三电容C3、第三异或门U3、第十五电阻R15和第一二极管D2，第十四电阻R14连接在第一开关S1的第3引脚和第二异或门U2的第6引脚之间，第二电容C2连接在第二异或门U2的第6引脚和地之间，第二异或门U2的第5引脚与第一开关S1的第3引脚连接，第十五电阻R15连接在第一开关S1的第6引脚和第三异或门U3的第9引脚之间，第三电容C3连接在第三异或门U3的第9引脚和地之间，第三异或门U3的第8引脚与第一开关S1的第6引脚连接，第三异或门U3的第10引脚与第一二极管D2的第2引脚连接，第二异或门U2的第4引脚与第一二极管D2的第1引脚连接。
如图4所示，LED校验电路3包括第一异或门U1、第一三极管Q1、第一发光二极管D1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4和第五三极管Q5，第一异或门U1的第1引脚连接第一开关S1的第3引脚，第一异或门U1的第2引脚连接第一开关S1的第6引脚，第一三极管Q1的第2引脚与第一异或门U1的第3引脚连接，第一三极管Q1的第3引脚与第一发光二极管D1的第4引脚连接，第二三极管Q2的第3引脚与第一发光二极管D1的第3引脚连接，第三三极管Q3的第3引脚与第二三极管Q2的第1引脚连接，第四三极管Q4的第3引脚与第一发光二极管D1的第2引脚连接，第五三极管Q5的第3引脚与第四三极管Q4的第1引脚连接。
LED校验电路3还包括第一电容C1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第十三电阻R13，第一电容C1连接在第一异或门U1的第14引脚和地之间，第三电阻R3连接在第一异或门U1的第2引脚和第一三极管Q1的第1引脚之间，第四电阻R4连接在第一三极管Q1的第1引脚和第2引脚之间，第五电阻R5连接在VCC和第一发光二极管D1的第1引脚连接，第六电阻R6连接在第一开关S1的第3引脚和第二三极管Q2的第1引脚之间，第七电阻R7连接在第二三极管Q2的第1引脚和第2引脚之间，第八电阻R8连接在第一开关S1的第6引脚和第三三极管Q3的第1引脚之间，第九电阻R9连接在第三三极管Q3的第1引脚和第2引脚之间，第十电阻R10连接在第一开关S1的第6引脚和第四三极管Q4的第1引脚之间，第十一电阻R11连接在第四三极管Q4的第1引脚和第2引脚之间，第十二电阻R12连接在第一开关S1的第3引脚和第五三极管Q5的第1引脚之间，第十三电阻R13连接在第五三极管Q5的第1引脚和第五三极管Q5的第2引脚之间。
当第一开关S1的位置为0，此时第一开关S1的第3引脚为低电平，第一开关S1的第6引脚为低电平。第一异或门U1的第1引脚和第2引脚输入为低电平，第一异或门U1的第3引脚输出为低电平，第一三极管Q1的第1引脚为低电平，第一三极管Q1截止，第一发光二极管D1的第4引脚无电流流过。第三三极管Q3的第1引脚为低电平，第三三极管Q3截止，第二二极管Q2的第1引脚为低电平，第二二极管Q2截止，第一发光二极管D1的第3引脚无电流流过。第五三极管Q5的第1引脚为低电平，第五三极管Q5截止，第四三极管Q4的第1引脚为低电平，第四三极管Q4截止，第一发光二极管D1的第2引脚无电流流过。第一发光二极管D1不亮。
第一开关S1的位置为1，此时第一开关S1的第3引脚为高电平，第一开关S1的第6引脚为低电平。第一异或门U1的第1引脚输入为高电平，第一异或门U1的第2引脚输入为低电平，第一异或门U1的第3引脚输出为高电平，第一三极管Q1的第1引脚为高电平，第一三极管Q1截止，第一发光二极管D1的第4引脚无电流流过。第三三极管Q3的第1引脚为低电平，第三三极管Q3截至，第二二极管Q2的第1引脚为高电平，第二二极管Q2导通，VCC经第五电阻R5、第一发光二极管D1的第3引脚、第二三极管Q2的第3引脚、第二三极管Q2的第2引脚到地。第五三极管Q5的第1引脚为高电平，第五三极管Q5导通，第四三极管Q4的第1引脚为低电平，第四三极管Q4截至，第一发光二极管D1的2脚无电流流过。第一发光二极管D1亮绿色。
第一开关S1的位置为2，此时第一开关S1的第3引脚为低电平，第一开关S1的第6引脚为高电平。第一异或门U1的第1引脚输入为低电平，第一异或门U1的第2引脚输入为高电平，第一异或门U1的第3引脚输出为高电平，第一三极管Q1的第1引脚为低电平，第一三极管Q1截止，第一发光二极管D1的第4引脚无电流流过。第三三极管Q3的第1引脚为高电平，第三三极管Q3导通，第二二极管Q2的第1引脚为低电平，第二二极管Q2截至，第一发光二极管D1的第3引脚无电流流过。第五三极管Q5的第1引脚为低电平，第五三极管Q5截至，第四三极管Q4的第1引脚为高电平，第四三极管Q4导通，VCC经第五电阻R5、第一发光二极管D1的第2引脚、第四三极管Q4的第3引脚、第四三极管Q4的第2引脚到地。第一发光二极管D1亮蓝色。
第一开关S1位置3，此时第一开关S1的第3引脚为高电平，第一开关S1的第6引脚为高电平。第一异或门U1的第1引脚和第2引脚输入为高电平，第一异或门U1的第3引脚输出为低电平，第一三极管Q1的第1引脚为高电平，第一三极管Q1导通，VCC经第五电阻R5、第一发光二极管D1的第4引脚、第一三极管Q1的第3引脚、第一三极管Q1的第2引脚、第一三极管Q1的第7引脚到地。第三三极管Q3的第1引脚为高电平，第三三极管Q3导通，第三三极管Q3的第3引脚为低电平，第二二极管Q2的第1引脚为低电平，第二二极管Q2截止，第一发光二极管D1的第3引脚无电流流过。第五三极管Q5的第1引脚为高电平，第五三极管Q5导通，第五三极管Q5的第3引脚为低电平，第四三极管Q4的第1引脚为低电平，第四三极管Q4截止，第一发光二极管D1的第2引脚无电流流过。第一发光二极管D1亮红色。
表2LED状态指示表
序号 开关位置 LED状态指示
1 0 不亮
2 1 亮-绿色
3 2 亮-蓝色
4 3 亮-红色
当用户设置完成第一开关S1后，设备上电，此时第一发光二极管D1指示状态如表2LED状态指示表所示。第二异或门U2的第5引脚和第6引脚信号一致，第二异或门U2的第4引脚输出低电平，当第一开关S1的第3引脚信号发生改变时，第二异或门U2的第5引脚信号也立刻发生改变，而受到第二电容C2充放电及第十四电阻R14的影响，第二异或门U2的第6引脚的信号会延时改变，在这段时间内，第二异或门U2的第4引脚输出高电平，Output信号由低电平变为高电平，可切断电源，使设备失电，保护设备，达到了检测第一开关S1的第3引脚失效的目的。同样，第三异或门U3的第8引脚和第9引脚信号一致，第三异或门U3的第10引脚输出低电平，当第一开关S1的第6引脚信号发生改变时，第二异或门U2的第8引脚信号也立刻发生改变，而受到第三电容C3充放电及第十五电阻R15的影响，第三异或门U3的第9引脚的信号会延时改变，在这段时间内，第三异或门U3的第10引脚输出高电平，Output信号由低电平变为高电平，可切断电源，使设备失电，保护设备，达到了检测第一开关S1的第6引脚失效的目的。
以上所述的具体实施例，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例而已，并不用于限制本发明，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 (2)

1.一种用于功能安全产品检测开关失效的电路装置，其特征在于：包括开关电路(1)、脉冲边沿检测电路(2)和LED校验电路(3)，当所述的脉冲边沿检测电路(2)检测到开关电路(1)发生故障时，切断功能安全产品的供电电源，所述的LED校验电路(3)用于确认开关电路(1)设置的开关值是否正确；
所述的脉冲边沿检测电路(2)检测到开关电路(1)发生故障时，切断功能安全产品的供电电源，包括：当开关发生故障，脉冲边沿检测电路诊断输出信号为高电平，切断电源，使功能安全产品失电，功能安全产品停止工作；
所述的开关电路(1)包括第一开关S1、第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1连接在第一开关S1的第3引脚和地之间，第一开关S1的第3引脚与脉冲边沿检测电路（2）连接，第一开关S1的第3引脚与LED校验电路（3）中的R6，R12和第一异或门U1的第1引脚连接，第二电阻R2连接在第一开关S1的第6引脚和地之间，第一开关S1的第6引脚与脉冲边沿检测电路（2）连接，第一开关S1的第6引脚与LED校验电路（3）中的R8，R10，第一异或门U1的第2引脚和R3连接；
第一开关S1的第一引脚和第四引脚悬空，不做任何连接，第一开关S1的第二引脚和第五引脚为公共端与VCC相连，第一开关S1的第三引脚和第六引脚为输出；
LED校验电路(3)包括第一异或门U1、第一三极管Q1、第一发光二极管D1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4和第五三极管Q5，第一异或门U1的第1引脚连接第一开关S1的第3引脚，第一异或门U1的第2引脚连接第一开关S1的第6引脚，第一三极管Q1的第2引脚与第一异或门U1的第3引脚连接，第一三极管Q1的第3引脚与第一发光二极管D1的第4引脚连接，第二三极管Q2的第3引脚与第一发光二极管D1的第3引脚连接，第三三极管Q3的第3引脚与第二三极管Q2的第1引脚连接，第四三极管Q4的第3引脚与第一发光二极管D1的第2引脚连接，第五三极管Q5的第3引脚与第四三极管Q4的第1引脚连接；
第一异或门U1的第2引脚和第3引脚为输入端，第3引脚为输出端；
第一三极管Q1的第1引脚为基极，第2引脚为发射极，第3引脚为集电极；
第二三极管Q2的第1引脚为基极，第2引脚为发射极，第3引脚为集电极；
第三三极管Q3的第1引脚为基极，第2引脚为发射极，第3引脚为集电极；
第四三极管Q4的第1引脚为基极，第2引脚为发射极，第3引脚为集电极；
第五三极管Q5的第1引脚为基极，第2引脚为发射极，第3引脚为集电极；
第一发光二极管D1的第1引脚为正极，第2引脚，第3引脚和第4引脚均为负极；
LED校验电路(3)还包括第一电容C1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第十三电阻R13，第一电容C1连接在第一异或门U1的第14引脚和地之间，且第一异或门U1的第14引脚连接VCC，第三电阻R3连接在第一异或门U1的第2引脚和第一三极管Q1的第1引脚之间，第四电阻R4连接在第一三极管Q1的第1引脚和第2引脚之间，第五电阻R5连接在VCC和第一发光二极管D1的第1引脚连接，第六电阻R6连接在第一开关S1的第3引脚和第二三极管Q2的第1引脚之间，第七电阻R7连接在第二三极管Q2的第1引脚和第2引脚之间，且第二三极管Q2的第2引脚接地，第八电阻R8连接在第一开关S1的第6引脚和第三三极管Q3的第1引脚之间，第九电阻R9连接在第三三极管Q3的第1引脚和第2引脚之间，且第三三极管Q3的第2引脚接地，第十电阻R10连接在第一开关S1的第6引脚和第四三极管Q4的第1引脚之间，第十一电阻R11连接在第四三极管Q4的第1引脚和第2引脚之间，且第四三极管Q4的第2引脚接地，第十二电阻R12连接在第一开关S1的第3引脚和第五三极管Q5的第1引脚之间，第十三电阻R13连接在第五三极管Q5的第1引脚和第五三极管Q5的第2引脚之间，且第五三极管Q5的第2引脚接地。
2.根据权利要求1所述的一种用于功能安全产品检测开关失效的电路装置，其特征在于：所述的脉冲边沿检测电路(2)包括第二电容C2、第二异或门U2、第十四电阻R14、第三电容C3、第三异或门U3、第十五电阻R15和第一二极管D2，第十四电阻R14连接在第一开关S1的第3引脚和第二异或门U2的第6引脚之间，第二电容C2连接在第二异或门U2的第6引脚和地之间，第二异或门U2的第5引脚与第一开关S1的第3引脚连接，第十五电阻R15连接在第一开关S1的第6引脚和第三异或门U3的第9引脚之间，第三电容C3连接在第三异或门U3的第9引脚和地之间，第三异或门U3的第8引脚与第一开关S1的第6引脚连接，第三异或门U3的第10引脚与第一二极管D2的第2引脚连接，第二异或门U2的第4引脚与第一二极管D2的第1引脚连接；
第二异或门U2的第5引脚和第6引脚为输入端，第4引脚为输出端；
第三异或门U3的第8引脚和第9引脚为输入端，第10引脚为输出端；
第一二极管D2的第1引脚和第2引脚为正极，第3引脚为负极；第1引脚正极连接第二异或门U2的第4引脚，第2引脚正极连接第三异或门U3的第10引脚。
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