CN114336536B - 一种控制信号的安全防护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制信号的安全防护方法，组成比较简单，易于布控，应用持续激励、双重保护和闭环控制，实现了更高安全等级的器件接口控制方案。本发明还公开了一种控制信号的安全防护电路，包括u1主控芯片、U2芯片以及电性连接的U3芯片、U4芯片和激光器，U1主控芯片还与U3芯片、U4芯片均电性连接，U2芯片还与U1主控芯片、U3芯片均电性连接。

Description

一种控制信号的安全防护电路

技术领域

本发明涉及信号关断保护技术领域，尤其涉及一种控制信号的安全防护电路。

背景技术

大功率器件开关光控制的安全防护设计，实现当可编程器件状态不确定时，执行必要的信号关断保护。大功率器件的出光控制，主要由使能信号和功率信号组合进行控制。主控制系统通过IO输出与器件控制信号连接，实现器件的出光、关光以及功率调整的控制。

现有大功率器件的组成比较复杂，器件的电气功率单元和光纤输出末级通常有一定距离，电气系统需要分布式安装，会应用到工业总线的通信节点布局。进而需要针对通信的干扰和故障状态进行冗余和容错设计。

通常在运作时，会由于大功率器件使用不当，能造成人身伤害和设备损坏。因此需要更高安全等级的控制方案，避免因各种故障和意外情况导致的非可控状态发生，造成安全事故。

发明内容

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种控制信号的安全防护电路，组成比较简单，易于布控，应用持续激励、双重保护和闭环控制，实现了更高安全等级的器件接口控制方案。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种控制信号的安全防护电路，包括U1主控芯片、U2芯片以及电性连接的U3芯片、U4芯片和激光器，所述U1主控芯片还与U3芯片、U4芯片均电性连接，所述U2芯片还与U1主控芯片、U3芯片均电性连接，所述U2芯片为看门狗芯片，所述U3芯片为IO扩展芯片，所述U4芯片为2选1开关，所述U2芯片为看门狗芯片，所述U3芯片为IO扩展芯片，所述U4芯片为2选1开关。

在上述防护电路的优选方案中，所述U3芯片用于接收U1主控芯片的第一使能信号并能向U1主控芯片反馈其所接收到的输入信号，所述U4芯片用于接收U1主控芯片的第二使能信号并能向U1主控芯片反馈其所接收到的输出信号，所述第一使能信号和第二使能信号任一发生失效时，所述U1主控芯片、激光器均关闭。

本发明一种控制信号的安全防护电路的有益效果是，实现了更高安全等级的器件接口控制方案，主要通过分立器件电路实现。该电路具有独立的运行状态，可以在脱离外部控制后，自动跳转为初始关闭状态。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构框图；

图2为本发明实施例二的电路图。

图中：

1、U1主控芯片；2、U2芯片；3、U3芯片；4、U4芯片；5、激光器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例一

参见附图1所示，本实施例的一种控制信号的安全防护方法，包括发射端、受控端以及串联在发射端和受控端之间的第一使能控制组件和第二使能控制组件；所述第一使能控制组件用于接收发射端的第一使能信号并能向发射端反馈其所接收到的输入信号，所述第二使能控制组件用于接收发射端的第二使能信号并能向发射端反馈其所接收到的输出信号，所述第一使能信号和第二使能信号任一发生失效时，所述发射端、受控端均关闭。

第一使能信号失效(第一使能控制组件关闭)，第二使能控制组件开启或关闭均可，发射端、受控端均关闭。

第二使能信号失效(发射端会对比发现第二使能控制组件的输出信号与第一使能控制组件反馈的输入信号不符，此时第二使能控制组件关闭)，第一使能控制组件开启或关闭均可，发射端、受控端均关闭。

本实施例主要应用持续激励、双重保护和闭环控制，实现了更高安全等级的器件接口控制方案，可应用于多种不同器件接口控制方案；同时组成比较简单，也易于布控。避免器件在使用不当时，造成人身伤害和设备损坏；以及因各种故障和意外情况导致的非可控状态发生，造成安全事故。

在一示例中，还包括串联在发射端和第一使能控制组件之间的持续激励模块。

实施例二

参见附图2所示，本实施例的一种控制信号的安全防护电路，包括U1主控芯片1、U2芯片2以及电性连接的U3芯片3、U4芯片4和激光器5，所述U1主控芯片1还与U3芯片3、U4芯片4均电性连接，所述U2芯片2还与U1主控芯片1、U3芯片3均电性连接。这种具体电路中，U1主控芯片1作为发射端，激光器5作为受控端，U3芯片3作为第一使能控制组件，U4芯片4作为第二使能控制组件。

该安全防护电路的进一步实施过程，步骤1、U1主控芯片1、U2芯片2、U3芯片3、U4芯片4和激光器5均处于初始关闭状态；步骤2、U1主控芯片1、U2芯片2、U3芯片3、U4芯片4和激光器5均开启；步骤3、监测处于开启状态的U2芯片2、U3芯片3和U4芯片4，

当U2芯片2、U3芯片3和U4芯片4均仍处于开启状态时，进入步骤4；

当U2芯片2、U3芯片3均处于关闭状态时(U4芯片4处于开启或关闭状态都可)，进入步骤5；

当U4芯片4处于关闭状态时(U2芯片2、U3芯片3处于开启或关闭状态都可)，进入步骤6；

步骤4、U1主控芯片1和激光器5均继续维持开启状态；

步骤5、U1主控芯片1、U4芯片4和激光器5均跳转至初始关闭状态(U4芯片4也处于关闭状态时，只有U1主控芯片1和激光器5均跳转至初始关闭状态)；

步骤6、U1主控芯片1、U2芯片2、U3芯片3和激光器5均跳转至初始关闭状态(U2芯片2、U3芯片3均处于关闭状态时，只有U1主控芯片1和激光器5均跳转至初始关闭状态)。

本实施例主要应用持续激励、双重保护和闭环控制，实现了更高安全等级的激光器5接口控制方案；同时组成比较简单，也易于布控。主要通过分立器件电路实现了更高安全等级的激光器5接口控制方案。该安全防护电路具有独立的运行状态，可以在脱离外部控制后，自动跳转为初始关闭状态。避免激光器5在使用不当时，造成人身伤害和设备损坏；以及因各种故障和意外情况导致的非可控状态发生，造成安全事故。

持续激励，指当使能信号输出时，不是只执行开启和关闭两个控制信号，而是在整个使能信号的存续期内，不断重复确认使能信号的状态。持续激励普遍应用在通过通信方式进行分布控制的应用场合。这可以避免当发出开启信号后，由于强干扰或通信线意外断开情况下，无法执行关闭信号的故障情况。当强干扰或通信线意外断开的意外发生时，持续激励中断，使能信号将失效。

双重保护，是指输出信号输出时，经过两级使能控制输出(U3芯片3和U4芯片4实现两级使能控制)。只有U3芯片3和U4芯片4全部开启时，才输出输出信号；当U3芯片3和U4芯片4任一关闭，则输出信号关闭。

闭环控制，是指除了信号输出通道外，还要建立信号输入通道。通过U1主控芯片1的输入端监控U4芯片4的输出端状态，实现信号状态的闭环。当U1主控芯片1接收到的输入信号与预期U4芯片4的输出信号不符时，U1主控芯片1将发出报警信息，提示用户中断操作，进行相应信号通道的故障排查。

在监测到所述U2芯片2、U3芯片3均处于关闭状态，还包括如下步骤：步骤(1)、U2芯片2持续输出脉冲激励；步骤(2)、U2芯片2产生中断脉冲并能跳转至初始关闭状态，同时U3芯片3能接收U2芯片2发送的复位信号并跳转至初始关闭状态；步骤(3)、U2芯片2和U3芯片3均处于关闭状态时，进入步骤5。在软件宕机、通信中断等故障情况发生时，U2芯片2的计时器超时、并发出中断脉冲，持续激励信号消失、信号断路，U2芯片2跳转至初始关闭状态。U2芯片2关闭后，会发送复位信号至U3芯片3，U3芯片3也跳转至初始关闭状态。U3芯片3作为第一使能控制组件关闭，U1主控芯片1、U4芯片4和激光器5也跳转至初始关闭状态。同时U1主控芯片1可以外接通信指示灯，通过通信指示灯反馈异常、实现报警。

在监测到所述U4芯片4处于关闭状态，还包括如下步骤：步骤(1)、U4芯片4短路，U4芯片4跳转至初始关闭状态；步骤(2)、U4芯片4处于关闭状态时，进入步骤6；步骤(3)、U1主控芯片1实时监测U4芯片4，并能在U4芯片4短路时、发出报警信息。在硬件短路、硬件断路等故障情况发生时，U4芯片4的输出端会短路到高电平，U4芯片4关闭。同时U1主控芯片1会监测到U4芯片4输出端的异常，最终U1主控芯片1发出报警信息。

在一示例中，所述U2芯片2为看门狗芯片。看门狗芯片作为持续激励模块，起持续激励作用。U2芯片2为看门狗芯片，可作为持续激励的定时器。当看门狗芯片在复位周期内，会持续输出WDI脉冲，则看门狗芯片保持RESET信号正常输出。当出现WDI脉冲中断或超时，则触发RESET复位，U2芯片2关闭。U3芯片3接收到RESET发出的复位信号，跳转至初始关闭状态，此时U3芯片3的IO输出全部恢复到高电阻，U3芯片3关闭，U3芯片3的输出信号由默认的上下拉电阻决定状态。

在一示例中，所述U3芯片3为IO扩展芯片。U3芯片3的IO接口可以通过内部寄存器配置。

在一示例中，所述U4芯片4为2选1开关。U4芯片4作为第二使能控制组件。U4芯片4由U1主控芯片1直接控制，U1主控芯片1实现U4芯片4输出端的状态反馈和监控；在U4芯片4关闭时，第二使能信号是失效的。既能实现双重保护功能，也可以作为末级输出的精确时间控制信号。U4芯片4的两路输入，1路作为激光器5信号，另1路可以加上拉或下拉电阻，作为默认信号电平输出(输出端)。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种控制信号的安全防护电路，其特征在于，包括：

U1主控芯片、U2芯片以及电性连接的U3芯片、U4芯片和激光器；

所述U1主控芯片与所述U3芯片、U4芯片均电性连接，所述U2芯片与所述U1主控芯片、U3芯片均电性连接；

其中，所述U1主控芯片作为发射端，所述U2芯片作为持续激励模块，所述U3芯片作为第一使能控制组件，所述U4芯片作为第二使能控制组件，所述激光器作为受控端，

所述U3芯片为IO扩展芯片，所述U3芯片用于接收所述U1主控芯片的第一使能信号并能向所述U1主控芯片反馈其所接收到的输入信号，

所述U4芯片为2选1开关，所述U4芯片具有两路输入和一路输出，所述U4芯片的一路输入与所述U3芯片电性连接，所述U4芯片的另一路输入用于接收所述U1主控芯片的第二使能信号并能向所述U1主控芯片反馈其所接收到的输出信号，所述第一使能信号和第二使能信号任一发生失效时，所述U1主控芯片、激光器均关闭，所述U4芯片的一路输出作为激光器信号，或者能够上拉或下拉电阻，作为默认信号电平输出；

所述U2芯片为看门狗芯片，所述U2芯片用于不断重复确认所述U3芯片发出的所述第一使能信号的状态，以当电路出现故障时，所述U2芯片重置所述U3芯片和U1主控芯片、U4芯片、激光器。

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