CN117420377A - 一种多通道继电器阵列监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道继电器阵列监控方法，首先构建多通道继电器阵列监控电路，包括监测电源、继电器阵列监测电路、信号调理电路、AD采样电路和数据分析电路；通过多通道继电器阵列监控电路采集数据，微控制器MCU对采集数据进行分析，反向推演出继电器控制状态；微控制器MCU将继电器控制状态与实际控制状态对比，如果二者一致，则表明继电器受控状态正常，如果二者不一致，则依据理论值与实际值的差异隔离定位故障通道和不受控继电器。本发明与常规的单路继电器单独设计监测方法相比，大大提高了监测效率，减少了设计资源和成本。

Description

一种多通道继电器阵列监控方法

技术领域

本发明属于工业控制技术领域，具体涉及一种多通道继电器阵列监控方法。

背景技术

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。在对复杂电缆网络、电阻网络状态进行校对和检测时，人工检测方式效率低下，为了提高检测效率和减少人为失误，厂家通常依据需求定制便携式检测设备，能够较可靠地在短时间内完成通道的检测。目前通用的通道切换和适配技术途径是使用体积较小的电磁继电器阵列进行切换，虽然继电器的使用寿命次数高达十万次量级，但不排除个体器件在使用过程中出现故障；由于通过不同层级的多个继电器实现同一个通道的控制，当出现故障时无法在第一时间内定位隔离至某个继电器，需要通过反复测试对比分析或借助于在线仿真排除故障。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多通道继电器阵列监控方法，首先构建多通道继电器阵列监控电路，包括监测电源、继电器阵列监测电路、信号调理电路、AD采样电路和数据分析电路；通过多通道继电器阵列监控电路采集数据，微控制器MCU对采集数据进行分析，反向推演出继电器控制状态；微控制器MCU将继电器控制状态与实际控制状态对比，如果二者一致，则表明继电器受控状态正常，如果二者不一致，则依据理论值与实际值的差异隔离定位故障通道和不受控继电器。本发明与常规的单路继电器单独设计监测方法相比，大大提高了监测效率，减少了设计资源和成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1：构建多通道继电器阵列监控电路；

所述多通道继电器阵列监控电路包括监测电源、继电器阵列监测电路、信号调理电路、AD采样电路和数据分析电路；

所述监测电源为被测信号提供能源；

所述继电器阵列监测电路包括多个并行的继电器；每个继电器包括两个通道，一个通道用于功能电路切换信号，另一个通道用于导通状态监控；在导通状态监控的通道中，继电器的两侧分别接入电阻，每个继电器默认闭合端一侧接入电阻远离继电器的一端连接监测电源的地，每个继电器默认断开端一侧接入电阻远离继电器的一端连接监测电源的正端；将所有继电器导通状态监控通道的中间点连接在一起作为采样信号正端，将监测电源的地作为采样信号负端送入信号调理电路，经信号调理电路的隔离运放调理后送入AD采样电路，完成采样后由数据分析电路读取采样结果；所述数据分析电路包括微控制器MCU；

步骤2：微控制器MCU对采集数据进行分析，反向推演出继电器控制状态；

步骤3：微控制器MCU将继电器控制状态与实际控制状态对比，如果二者一致，则表明继电器受控状态正常，如果二者不一致，则依据理论值与实际值的差异隔离定位故障通道和不受控继电器；

步骤4：如果继电器阵列中继电器的数量用单路AD采样电路无法有效区分各通道，则将被监测的阵列分为多个相同的功能模块，用多个AD采样电路分别进行监测。

优选地，所述继电器为双刀双掷电磁继电器。

本发明的有益效果如下：

1. 本发明的技术方案提供了继电器阵列控制状态监测方法，与常规的单路继电器单独设计监测方法相比，大大提高了监测效率，减少了设计资源和成本。

2. 本发明的技术方案在不借助于外部测试仪器的前提下可以快速隔离定位故障通道和不受控继电器，显著提高了故障排查效率和降低了人力资源成本。

3. 本发明的技术方案采用通用的电子元器件设计，可靠性高，成本低，通用性、可扩展性好，具有较好的工程应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例一个4通道继电器监测的具体实施原理图。

图2 是图1实施原理图中K4导通时的等效阻抗图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的目的是提供一种技术方案，用于监控检测继电器阵列中各个继电器的导通状态，依据理论控制通道和实际监测到的导通通道对比分析，进而评估继电器阵列输出是否正常，如果异常，能够在第一时间依据监测数据反向推算出受控异常的通道，快速隔离故障通道和不受控制的继电器。

为达到上述目的，本发明的技术方案主要由监测电源、继电器阵列监测电路、信号调理电路、AD采样电路、数据分析电路等功能模块组成，监测电源主要为被测信号提供能源，继电器选用双刀双掷的电磁继电器，继电器的一路用于功能电路正常切换信号，另外一路用于导通状态监控。在状态监控的通道中，继电器的两端按照比例关系接入合适的电阻，继电器默认闭合端一侧电阻一端与继电器相连，另外一端所有电阻相连并连接监测电源地；继电器默认断开端一侧电阻一端与继电器相连，另外一端所有电阻相连并连接监测电源正端。再将所有继电器监测通道的中间点连接在一起作为采样信号正端、将监测电源地作为采样信号负端送入信号调理电路，经隔离运放调理后送入AD采样电路，完成采样后微控制器（数据分析电路）读取采样结果，并对采集数据进行分析，反向推演出继电器控制状态，并与实际控制状态对比，如果二者一致，则表明继电器受控状态正常，如果二者不一致，则依据理论值与实际值的差异隔离定位故障通道和不受控继电器。如果继电器阵列非常庞大，增加了状态监测电阻阵列的设计难度，用单路AD采集通道无法有效区分各通道，可将被监测的阵列分为多个相同的功能模块，用多个AD采集通道进行监测。

实施例：

图1所示的是以4路继电器监控为例的技术方案原理框图，U1为监测电源，K1、K2、K3、K4构成继电器阵列，R11至R14、R21至R24分别为继电器监测通道两端连接的电阻；U2为隔离运放，进行采样信号调理；U3为AD采集电路，完成信号采集；U4为微控制器，完成数据分析。

继电器两端参考电阻网络原理使用8、4、2、1的比例关系接入电阻，R11至R14的阻值分别为1k、2k、4k、8k，R21至R24的阻值分别为1k、2k、4k、8k。R11至R14的一端分别与继电器连接，另一端均连接至检测电源正端，R21至R24一端分别与继电器连接，另一端均连接至检测电源负端。所有继电器监测通道的中间点连接在一起作为采样信号正端、监测电源地作为采样信号负端输入隔离运放U2进行信号调理，调理完成的信号进入AD采样芯片U3，微控制器U4控制采样芯片U3完成采样和数据读取，并对数据进行分析，评估继电器的受控状态。

当继电器未被控制接通R11至R14时，AD采集回路断路，等效电压为0。

当K1、K2、K3处于关闭状态，K4处于导通状态，等效电阻网络如图2所示，R21、R22、R23的等效阻值为4/7Ω，因此等效电压V为：

以此类推，等效电压V工作真值表如表1所示，其中0表示继电器接地，1表示继电器接电阻。

表1 等效电压V工作真值表

K1	K2	K3	K4	电阻网络/kΩ	等效电压/VDC
						0	0	0	0	1//2//4//8	0
0	0	0	1	8+1//2//4	1/15
						0	0	1	0	4+1//2//8	2/15
0	0	1	1	1//2+4//8	3/15
						0	1	0	0	2+1//4//8	4/15
0	1	0	1	1//4+2//8	5/15
						0	1	1	0	2//4//8+1	6/15
0	1	1	1	1//8+2//4	7/15
						1	0	0	0	2//8+1//4	8/15
1	0	0	1	1//4//8+2	9/15
						1	0	1	0	2//8+1//4	10/15
1	0	1	1	1//4//8+2	11/15
						1	1	0	0	4//8+1//2	12/15
1	1	0	1	1//2//4+4	13/15
						1	1	1	0	1//2//4+8	14/15
1	1	1	1	1//2//4//8	15/15

当VDC与AD参考电压一致时，AD采集到的二进制码值即为多路继电器的开闭状态。考虑到AD转换的精度，所有VDC可适当小于ADC参考电压。此设计可以大量减少引脚占用、减少状态查询时间、省去状态解析过程。

以继电器控制状态1010为例，如果微控制器采集到的电压值为10/15VDC，则表明继电器状态正常，如果采集到的电压值为8/15VDC，则查表对比可知此时K3继电器未受控导通，第一时间定位故障通道，并隔离至故障的继电器。

如果继电器阵列非常庞大，可将被监测的阵列分为多个相同的功能模块，假设系统具有M个模拟量采集通道，每通道可以监测判别N个继电器的受控状态，那么该系统则可以监测M*N个继电器，如果M取值为16，N取值为8，则可同时监测128个继电器，满足大部分的应用需求。

Claims (2)

1.一种多通道继电器阵列监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：构建多通道继电器阵列监控电路；

所述多通道继电器阵列监控电路包括监测电源、继电器阵列监测电路、信号调理电路、AD采样电路和数据分析电路；

所述监测电源为被测信号提供能源；

所述继电器阵列监测电路包括多个并行的继电器；每个继电器包括两个通道，一个通道用于功能电路切换信号，另一个通道用于导通状态监控；在导通状态监控的通道中，继电器的两侧分别接入电阻，每个继电器默认闭合端一侧接入电阻远离继电器的一端连接监测电源的地，每个继电器默认断开端一侧接入电阻远离继电器的一端连接监测电源的正端；将所有继电器导通状态监控通道的中间点连接在一起作为采样信号正端，将监测电源的地作为采样信号负端送入信号调理电路，经信号调理电路的隔离运放调理后送入AD采样电路，完成采样后由数据分析电路读取采样结果；所述数据分析电路包括微控制器MCU；

步骤2：微控制器MCU对采集数据进行分析，反向推演出继电器控制状态；

步骤3：微控制器MCU将继电器控制状态与实际控制状态对比，如果二者一致，则表明继电器受控状态正常，如果二者不一致，则依据理论值与实际值的差异隔离定位故障通道和不受控继电器；

步骤4：如果继电器阵列中继电器的数量用单路AD采样电路无法有效区分各通道，则将被监测的阵列分为多个相同的功能模块，用多个AD采样电路分别进行监测。

2.根据权利要求1所述的一种多通道继电器阵列监控方法，其特征在于，所述继电器为双刀双掷电磁继电器。