CN115158405A - 一种全电子联锁系统qm-sio零散板卡 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全电子联锁系统QM‑SIO零散板卡，包括安全输出电路、安全电源电路、继电器控制电路、输入采集电路。其工作过程如下：CPU核心模块控制安全电源电路产生安全电源，给继电器控制电路提供工作安全电源；同时通过继电器控制电路操作安全继电器的动作，通过安全输出电路给外部接口提供继电器触点。输入采集电路通过识别外部数字量电压信号，转换为数字信息，通过通信接口发送给联锁主机。
Description
技术领域
本发明涉及一种电路模块产品，具体是一种全电子联锁系统QM-SIO零散板卡。
背景技术
零散板卡的输入电路部分为数字量信号输入，输入通道采用动态检测和二取二机制，保证采集通道的故障不影响到输入信号的安全性。其主要功能为完成现场数字量信号的采集，并将采集的结果上报联锁机。
零散板卡主要特点如下：
利用符合欧标的小型安全继电器搭建核心安全电路，利用电子元器件完成辅助电路，设计集成化程度较高的模块电路；
核心安全电路采用“故障-安全”原理，和2取2的安全设计架构。
零散板卡的功能包括：
1、与联锁机通信功能
零散板卡具有与联锁机通信功能。板卡接收联锁机下发的输出命令，应答输入通道采
集状态、输出状态和报警信息。
2、输出控制功能
零散板卡具有输出继电器控制功能。零散板卡收到联锁机下发的输出命令后，驱动对
应的安全继电器，从而控制外部信号的通断。
3、输入采集功能
零散板卡具有输入数字量电压采集功能。零散板卡实时采集输入通道的数字量电压状态信息发送给联锁机。
现有技术的缺点如下：
在板卡设计中，零散板卡主要考虑故障-安全逻辑。主回路控制部分是板卡的核心之一，控制部分的损坏，有可能造成信号错误输出。必须采用故障－安全设计，当任何元件故障时，零散板卡不得向其它系统提供输出信号。而现有技术没有上述功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全电子联锁系统QM-SIO零散板卡，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种全电子联锁系统QM-SIO零散板卡，包括安全输出电路、安全电源电路、继电器控制电路、输入采集电路；所述安全电源电路的前端与CPU核心模块连接，下端与继电器控制电路连接；所述继电器控制电路的前端与CPU核心模块连接，后端与安全输出电路连接；所述安全输出电路的右端与对外接口直接连接；所述输入采集电路的前端与CPU核心模块连接，后端与对外接口直接连接；所述CPU核心模块内部设置有CPUA和CPUB共两个CPU，每个CPU均连接一个通信接口。
其工作过程如下：
CPU核心模块控制安全电源电路产生安全电源，给继电器控制电路提供工作安全电源；同时通过继电器控制电路操作安全继电器的动作，通过安全输出电路给外部接口提供继电器触点。输入采集电路通过识别外部数字量电压信号，转换为数字信息，通过通信接口发送给联锁主机。
本专利的优点在于：
1、控制模块控制主回路采用两级控制，以提高板卡的安全性。由于采用了两级控制元件，所以不会因为一个外因(比如瞬间高压)引起两级控制元件发生同一个故障(比如击穿)，从而导致控制模块错误向控制对象送电的故障；
2、控制模块由2个CPU并行工作，各自单独运行程序，采用2取2的控制模式；
3、主动作电路串连分级控制，由安全继电器两级同时控制生效，做为板卡有效输出的条件；
4、安全继电器动作由2个CPU分别控制，两个CPU同时有效输出做为继电器吸起的条件；
5、继电器驱动电压由一个安全电源电路产生。在没有安全电源时，动作继电器没有驱动电源，降低了误动作和驱动电路击穿导致继电器吸合输出的可能性；
6、输出信号控制由两只安全继电器串联双断控制，降低了继电器由于粘连输出的可
能性；
7、采用双CPU模式，每个CPU分别接收联锁主机发送的控制命令，并比较命令的一致性，命令一致时输出控制命令，命令不一致时关闭命令；
8、输入电路动态检测，保证采集通道的故障不影响到输入信号的安全性。
附图说明
图1为一种全电子联锁系统QM-SIO零散板卡的总体结构示意图
图2为一种全电子联锁系统QM-SIO零散板卡中安全输出电路的结构示意图
图3为一种全电子联锁系统QM-SIO零散板卡中安全电源电路的结构示意图
图4为一种全电子联锁系统QM-SIO零散板卡中继电器控制电路的结构示意图
图5为一种全电子联锁系统QM-SIO零散板卡中输入采集电路的结构示意图
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下将结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有说明书特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
请参阅图1，本发明实施例中，一种全电子联锁系统QM-SIO零散板卡，包括安全输出电路、安全电源电路、继电器控制电路、输入采集电路；所述安全电源电路的前端与CPU核心模块连接，下端与继电器控制电路连接；所述继电器控制电路的前端与CPU核心模块连接，后端与安全输出电路连接；所述安全输出电路的右端与对外接口直接连接；所述输入采集电路的前端与CPU核心模块连接，后端与对外接口直接连接；所述CPU核心模块内部设置有CPUA和CPUB共两个CPU，每个CPU均连接一个通信接口。
其工作过程如下：
CPU核心模块控制安全电源电路产生安全电源，给继电器控制电路提供工作安全电源；同时通过继电器控制电路操作安全继电器的动作，通过安全输出电路给外部接口提供继电器触点。输入采集电路通过识别外部数字量电压信号，转换为数字信息，通过通信接口发送给联锁主机。
本专利中的各个子电路的设计思路及工作方法如下：
1、安全输出电路，见图2
在板卡设计中，电子设备主要考虑“故障-安全”逻辑。主回路控制部分是板卡核心之一，控制部分的损坏，有可能导致继电器的误动作，给出错误输出信号，必须采用“故障-安全”设计，当任何元件故障时，板卡不得向外部提供输出信号。
零散板卡主输出回路采用两级控制，以提高板卡的安全性。两个安全继电器双断串联输出，在软件驱动的时候采用逐级启动，保证在输出短路的时候，即使发生继电器节点粘连，也不至于两个继电器节点同时粘连，这样提高电路的的可靠性。
当执行输出命令时，AO和BO两个安全继电器动作，O1+信号经过AO继电器的第一组常开节点和BO继电器的第一组常开节点到达O1-；O2+信号经过AO继电器的第二组常开节点和BO继电器的第二组常开节点到达O2-,达到向外部提供1组双断信号的目的。
2、安全电源电路，见图3
为了提高电路的安全性，安全电源来自两个CPU，每次动作命令的执行，都要由两个CPU各自产生一个安全电源，每个安全电源给一组安全输出继电器提供动作电源，以保证系统不会错误输出，从而提高输出驱动的安全性及可靠性。该安全电源电路采用故障安全设计思想，当电路中任何一元器件故障时，DZDY都不会有继电器工作的电压。
当DZG与GND间有电压时，场效应管N1导通，场效应管N2截止，电容C2上存在的电荷通过D1、N1、D4给电容C3充电。
当DZG与GND间电压为0时，场效应管N1截止，场效应管N2导通，24V电源通过N2、D3给电容C2充电。
因此，当DZG与GND间施加交替变换的电压时，电容C3两端就会产生一个相对稳定的直流电压。
3、继电器控制电路，见图4
继电器的动作电源即安全电源电路产生的电压DZDY，在没有安全电源的时候，任何命令都无法导致继电器的动作。在没有接收到动作命令的时候，所有安全型继电器没有工作电源，一方面避免干扰信号导致继电器动作，另一方面将驱动电路完全断开，从而避免了驱动电路遭到破坏的可能，从而大大提高了驱动电路的安全性和可靠性。
当ADC+与ADC-间导通时，PNP三极管T1导通，安全电源DZDY给安全继电器J1供电，继电器动作吸起；当ADC+与ADC-间关断时，PNP三极管T1截止，安全继电器J1失去供电，继电器断开。D1为安全继电器J1的续流二极管，防止继电器关断时产生反向电动势电压；LED为继电器的供电指示灯。
4、输入采集电路，见图5
输入采集电路用于采集外部数字量电压信号，输入电压信号典型值是DC24V，范围是DC10～30V，CPU核心模块通过光耦隔离采集转换后的电压信号。
当外部电压信号DC24V加载到I+和I-之间时，双CPU通过电阻R1和R2的分压AI+、BI+采集到该电压信号，表示外部有输入信号。此时发光二极管D1点亮，指示有外部输入信号。TVS1用于防护外部浪涌干扰，保护采集元器件。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种全电子联锁系统QM-SIO零散板卡，其特征在于，包括安全输出电路、安全电源电路、继电器控制电路、输入采集电路；所述安全电源电路的前端与CPU核心模块连接，下端与继电器控制电路连接；所述继电器控制电路的前端与CPU核心模块连接，后端与安全输出电路连接；所述安全输出电路的右端与对外接口直接连接；所述输入采集电路的前端与CPU核心模块连接，后端与对外接口直接连接；所述CPU核心模块内部设置有CPUA和CPUB共两个CPU，每个CPU均连接一个通信接口。
2.一种全电子联锁系统QM-SIO零散板卡的工作方法，其特征在于，其工作过程如下：
CPU核心模块控制安全电源电路产生安全电源，给继电器控制电路提供工作安全电源；同时通过继电器控制电路操作安全继电器的动作，通过安全输出电路给外部接口提供继电器触点。输入采集电路通过识别外部数字量电压信号，转换为数字信息，通过通信接口发送给联锁主机。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117113914A (zh) * | 2023-10-25 | 2023-11-24 | 中国移动紫金(江苏)创新研究院有限公司 | 基于数字孪生的电路板可靠性预测方法、系统及存储介质 |
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| CN117113914A (zh) * | 2023-10-25 | 2023-11-24 | 中国移动紫金(江苏)创新研究院有限公司 | 基于数字孪生的电路板可靠性预测方法、系统及存储介质 |
| CN117113914B (zh) * | 2023-10-25 | 2024-02-13 | 中国移动紫金(江苏)创新研究院有限公司 | 基于数字孪生的电路板可靠性预测方法、系统及存储介质 |
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