CN1211327A - 有关于可编程逻辑控制器的故障监视技术 - Google Patents

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Abstract

用于在一个有关可编程逻辑控制器的ACI/O组件中的AC端口的一个隔离的故障监视电路被讲述。简单地说,一个桥形电路与一个保险丝和一个光耦合器串接。当与AC输入线相串联的保险丝烧毁时,光耦合器的输出端产生一个为稳态工作时一半的电压,因而使两个比较器中的一个为高电平,它又使一个发光二极管(LED)发光,指示出保险丝烧毁。如果AC输入线未连接或换句话说根本不存在,则光耦合器没有输出使两个光耦合器中的第二个具有高电平输出,从而使两个LEDS中的第二个发光,以显示这种故障状况。在有故障情况下的任何时候,LEDS中只有一个发光,而在稳态工作情况下,没有LED发光。

Description

有关于可编程逻辑控制器的 故障监视技术
本发明的领域
本发明通常涉及一个隔离的故障监视电路，并更为特别地涉及一个采用单个光耦合器的可编程逻辑控制器的故障监视电路，该光耦合器使程控逻辑控制器的逻辑电路一边与外部AC输入相隔离。本发明的背景
可编程逻辑控制器在各种各样不同环境中越来越多地被采用，例如，从一个工厂中的生产过程和设备控制，到当前自动售货机及类似物。因而，必须相互配合的器件的种类必然有很大的不同。关于这一点，可编程逻辑控制器(PLCS)利用通常被称为输入/输出(I/O)的部件。这些组件在其产生和接收的信号的形式上可以有很大的不同，然而它们一般均可归属两类中的一类：数字I/O或模拟I/O。在一个I/O组件中的数字端口由于数字信号本身的特性，例如，一个脉冲数字信号、通断开关及类似情况，相对说来比较容易和简单实现隔离。
然而，在一个I/O组件中的模拟端口，接口非常困难，因为在某些环境下，输入的变化范围实际上可能是大于所希望的，因而常常要求更多信号整修及类似问题。更因为了安全和电路保护原因，AC组件必须与组件本身隔离，这也就是AC I/O端口必须与AC组件本身在电气上是隔离的。
因为如上面所提到的，AC连接线承受更大故障情况或不同变化，因而需要监视这样的AC故障。然而当采用隔离措施后，监视AC连接线上的故障，并通过一个隔离边界传送这样的故障情况就有些困难。到现在为止，完成此任务的很多电路已经采用，但它要求一个复杂的光耦合装置和类似物去检测出一个简单的故障，诸如一个烧毁的保险丝或遗漏了的连接。
因此，本发明的一个目的是提出一种隔离的故障监视电路，它应用于只采用一个光耦合器的PLC(可编程逻辑控制器)的AC I/O组件。
本发明的另一个目的是提出一种隔离的故障监视电路，它可以检出保险丝烧毁或遗漏的AC接线，并对每一种情况给出分别的指示。
本发明还有一个目的是提出一种隔离的故障监视电路，用于可编程逻辑控制器I/O组件中的一个AC端口，可编程逻辑控制器I/O组件包含有一个AC输入和一个DC输出的桥式整流电路，一个过流装置与桥式整流电路的一部分相串接，这样当一个过流情况发生后，桥式整流电路只在AC输入的半个周期内产生DC输出，一个光耦合器连接到桥式整流电路，产生一个表征桥式整流电路DC输出的输出信号，连接的一个第一和一个第二比较器用来接收光耦合器的输出信号，并分别产生第一和第二比较器输出信号，以及至少一个半导体开关器件接到第一和第二比较器输出信号的每一个，至少半导体开关器件的每一个又与一个关联的发光二极管相连接，由此根据过流情况，第一比较器输出信号产生一个使相关联的发光二极管导通的信号，因而产生了一个指示故障的信号，并根据来自AC信号的一个信号的丢失，第二比较器输出信号产生一个使相关联的发光二极管导通的信号，从而产生了一个指示故障的信号。附图的简要说明
现在参见图1，这是一幅本发明的故障监视电路的简化原理图。优选实施例的详细说明
现在参照图(1)，这是一个在供一个程控逻辑控制器用的I/O组件中的AC端口的故障监示电路的简化原理图。可以理解，这个电路必须与一个特定通道一起使用，以及有多个端口或通道的I/O组件对每一个端口或通道有完全一样的电路。此外，使用具有可编程逻辑控制器的AC I/O组件为本专业技术人员所周知和理解，因此它们之间的互相作用和在PLC中的使用在这里将不再详细描述。
一个I/O组件的端口一般地示于10，与AC信号的相互作用由具有如图所示的边线和中线的AC端组成。这AC边线有电阻R1的一端和连接到这点的保险丝。电阻R1的剩余一端连接到电阻R2的一端，电阻R2的剩余一端连接到电阻R3的一端和包含在光耦合器OC1内一个LED的一端。电阻3的剩余一端连接到电阻4的一端，电阻R4的剩余一端连接到AC I/O的中线和二极管D4的一端，所以允许电流通过R4流到二极管D4。二极管D4的剩余一端连接到电阻R6的一端，而电阻R6的剩余一端接电阻R5的一端和包含在光耦合器OC1中的LED)的剩余一端。
电阻R5的剩余一端连接到二极管D3的一端，而二极管D3的剩余一端连接到保险丝的剩余端，这样，电流将流过保险丝、二极管D3然后通过电阻R5。保险丝的剩余一端在本发明的优选实施例中还连接到一个三端双向可控硅开关，这是为了产生或接收通过AC通道被传送的信号。这是很典型的因此对精通PLC I/O组件的本专业技术人员是已经了解的，并将直接同I/O组件逻辑部分(未示)相互作用以及之后直接同PLC(未示)相互作用。
光耦合器OC1的光检波器部分有一个与+5V电源相连的集电极，另一端与电阻R7和R8的一端相接。电阻R8的剩余一端与电容C1一端和运算放大器OP1和OP2的负输入端和正输入端分别相接。电阻R7和电容C1的剩余一端都接地。
在本发明的优选实施例中，OP1和OP2用作比较器。电阻R9的一端接+5V电源而剩余一端接电阻R10的一端和运算放大器OP1的输入端。电阻R10的剩余一端接电阻R11一端和运算放大器OP2的负输入端。电阻R11的剩余一端接地。
运算放大器OP1和OP2优选电源为如图所示的+5V和地。运算放大器OP1的输出连接到电阻R12的一端和二极管D2的一端(这样从运算放大器OP1输出的电流将流过二极管D1)，电阻R12的剩余一端接+5V。二极管D2的一端接运算放大器OP2的输出端(这样从运算放大器OP2流出的电流不流过二极管D2)，还连接到电阻R13的一端。电阻R13的剩余一端接到电阻R14的一端和晶体管Q2的基极。电阻R14的剩余一端连接到+5V和电阻R15一端和晶体管Q2的发射极。晶体管Q2的集电极接电阻R16的一端而电阻R16的剩余一端接LED)一端，这样使电流流过电阻R16和二极管LED2。LED2的剩余一端接地，以延续电流的通路。
二极管D1的剩余一端接电阻R15的一端和晶体管Q1的基极。晶体管Q1的发射极接地，Q1的集电极接LED1的一端，这样电流流过LED1后又流入Q1的集电极。LED1与电阻R17相接，R17的剩余一端接+5V电源。如以下将更充分描述的那样，下列LED和LED2将认为是内部故障(Fint)以及外部故障(Fext)。
关于本电路的运行，可看到光耦合器OC1的LED部分(它的作用为一个隔离边界)在包含电阻R1,R2,R3和R4的电压分压器和整流二极管D3,D4之间被接在伪电桥电路中，如果当EC线上的电压产生一个快速瞬变、瞬息间烧毁二极管D3或者二极管D4时，电阻R5和R6用来限制通过二极管D3和D4的雪崩电流。保险丝的作用好像桥路中的一条连接线，这样，当保险丝存在时，AC线上电压在正半周期间电流将流过二极管D3、电阻R5、光耦合OC1的LED、电阻R3以及电阻R4。同样地，AC线上电压在负半周期间，电流将流过二极管D4、电阻R6、光耦合OC1的LED、电阻R1以及电阻R2。这个伪电桥电路有效地在光耦合器OC1产生一个全波检波LED电流，因此在光耦合器OC1的发射极产生一个脉动的直流(DC)电压，它又传送到由电阻R1和电容C1组成的低通滤波器。在本发明的优选实施例中，当保险丝已安装并导通电流时，电容器C1上电压的DC分量通常将大于3V(由于采用了5V电源)。
电容器C1上的电压被窗口比较器所检测，窗口比较器由比较器或运算放大器OP1和OP2组成。在本发明的优选实施例中，这些比较器采用的型号为LM339，它很容易从不同公司买到，如伊利诺斯州的Motorola公司。由电阻R9、R10和R11组成的参考分压器从5V直流电源电压分压产生3V和1V的直流参考电压分别供给比较器OP1和OP2。如果电容器C1上的电压大于3V直流电压，则比较器OP1输出低电平而下面一个比较器OP2输出高电平。其结果，比较器OP1和OP2上二极管逻辑使晶体管Q1和Q2都截止，随此故障指示LED1和LED2(内部和外部故障)断开。
作为一个例子如果由于过大的电流使输出保险丝烧毁，光耦合器OC1的LED电流只在交流电源电压的负半周流过，也就是流过二极管D4、电阻R6、光耦合器的LED、电阻R2和电阻R1。因此，这样在一个运行周期内在光耦合器输出端上产生的直流脉动电压的占空因数等于当保险丝存在时的一半，因为如此原因，低通滤波器的电压值通常在1V和3V直流电压之间(因此小于上面描述的3V直流电压正常值)。在这些条件下，上面一个比较器OP1输出转变到高电平，使晶体管Q1经过电阻R12和阻塞二极管D1接通，因而，点亮内部故障LED1(Fint)。在此条件下，下面比较器OP2的输出仍保持在高电平态，使外部故障LED2(Fext)将仍保持在断开位置。
当AC线或中线连线不存在时，当然就没有电流流过光耦器OC1中的LED。因此，C1两端的电压为零(0)。这情况使得下面一个比较器输出OP2转换到低电平，继而传递到晶体管Q2，使LED2(Fext)点亮，指出了一个外部故障。同时，连接在比较器OP1与OP2之间的二极管D2使上面一个比较器OP1的电压为低电平，因而在这“未觉察导线故障情况”期间，阻止了内部指示器LED1(Fint)导通。这样，用户就能容易地确定到底是AC导线连接得不恰当还是有过大的电流已流过AC线。最后，我们可以看到，本电路使AC线与提供清楚和明确指示其状态或故障情况的显示部分是完全相隔离的。
可以理解：本发明的很多变形可以被实现而不脱离本发明的精神和范围。例如，当故障情况Fint和Fext指示器采用不同的器件而不是发光二极管(LED)耒显示时，可以采用不同电压的电源。另外，可重复使用的保险丝或对过流情况能作出反应的其它型式元件可被采用而不是仅仅如图所示的保险丝。
还可以理解：本发明不受这里说明的限制，而只受所附权利要求所限制。

Claims (1)

1.在一个可编程的逻辑控制器I/O组件中，一个用于AC端口的隔离故障监视电路的特征在于：
一个具有一AC输入口和一DC输出口的桥式整流电路；
一个过流装置与所说桥式整流电路的一部分相串接，这样，在一个过流情况发生后，只在AC输入的半周内，所说桥式整流电路产生一个DC输出；
一个光耦合器与所说桥式整流电路相连接，用于产生一个表征所说桥式整流电路DC输出的输出信号；
一个连接的第一和一个第二比较器，用来接收所说光耦合器的所说输出信号，并分别产生第一和第二比较器的输出信号；和
至少一个半导体开关器件连接所说第一和第二比较器输出信号的每一个，所说的至少一个半导体开关器件中的每一个连接到一个相关的发光二极管，根据所说过流情况，所说第一比较器输出信号产生一个使所说相关发光二极管导通的输出信号，因而产生一个指示故障信号，以及根据从所说AC信号得到的一个信号的丢失，所说第二比较器输出信号产生一个使所说相关发光二极管导通的输出信号，并因而产生一个指示故障信号。
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