CN209086749U - 一种功能安全plc诊断电路 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种功能安全PLC诊断电路，包括：主MCU控制芯片和从MCU控制芯片，还包括：过流保护电路；输入端与过流保护电路输出端相连的第一控制开关；输入端与第一控制开关的输出端相连的热插拔电路；输入端与热插拔电路的输出端相连的电源管理电路，与电源管理电路的输出端相连的冗余低速背板通讯电路、DDR接口电路和DDR电源电路；与DDR电源电路相连的DDR终端电路；与电源管理电路输出端相连的冗余PCIE通讯电路和冗余以太网通讯电路；主MCU控制芯片和从MCU控制芯片采用电源管理电路供电，设置在主MCU控制芯片和从MCU控制芯片之间的钥匙开关状态电路，提高了功能安全PLC诊断电路的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，具体涉及一种功能安全PLC诊断电路。
背景技术
现代工业生产逐步向集中化、大型化发展，工业事故对人身、财产及环境的产生的危害，影响越来越巨大。PLC是控制系统的核心设备，广泛适用于石油、天然气、炼油、石化、化工、发电等行业中的过程控制应用和轨道交通应用。
安全控制系统是指能实现一个或多个安全功能的系统，用于监视生产装置或独立单元的操作，如果生产过程超出安全操作范围，可以使其进入安全状态，确保装置或独立单元具有一定的安全度。安全PLC，既能完成普通控制器的控制功能，又具有高可靠性和高可用性。为关键控制和安全保护的应用提供可靠的技术保证。例如，安全仪表系统的逻辑控制器称为功能安全PLC诊断电路。
为了保证生产装置或独立单元处于安全的工作状态，所述功能安全PLC诊断电路必须有极高的可靠性，如何提高所述功能安全PLC诊断电路的可靠性为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供一种，以实现。
为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：
一种功能安全PLC诊断电路，包括：主MCU控制芯片和从MCU控制芯片，还包括：
过流保护电路；
输入端与所述过流保护电路输出端相连的第一控制开关；
输入端与所述第一控制开关的输出端相连的热插拔电路；
输入端与所述热插拔电路的输出端相连的第一电源管理电路；
输入端通过电源总线与所述第一电源管理电路的输出端相连的第二电源管理电路和第三电源管理电路；
输入端与所述过流保护电路的输出端相连的第四电源管理电路；
与所述第二电源管理电路的输出端相连的冗余低速背板通讯电路、DDR接口电路和DDR电源电路，所述冗余低速背板通讯电路用于实现主MCU控制芯片的低速通讯；
与所述DDR电源电路相连的DDR终端电路，所述DDR终端电路用于实现主MCU控制芯片的数据存储；
与所述第三电源管理电路输出端相连的冗余PCIE通讯电路和冗余以太网通讯电路，所述PCIE通讯电路和以太网通讯电路，用于实现主MCU控制芯片的高速通讯和以太网通讯；
所述主MCU控制芯片采用所述第二电源管理电路供电，所述从MCU控制芯片与所述第四电源管理电路输出端相连，所述从MCU控制芯片中的冗余看门狗电路的输出管脚与所述主MCU控制芯片的复位管脚相连；
设置在所述主MCU控制芯片和从MCU控制芯片之间的钥匙开关状态电路。
优选的，上述功能安全PLC诊断电路中，所述第一电源管理电路用于将由所述热插拔电路输入的24V直流电转换为5V直流电；
所述第二电源管理电路用于将由所述第一电源管理电路输出的5V直流电转换为所述低速背板通讯电路、主MCU控制芯片、DDR接口电路和DDR电源电路的额定工作电压；
所述第三电源管理电路用于将由所述PCIE通讯电路和以太网通讯电路的额定工作电压；
所述第四电源管理电路用于将由所述热插拔电路输入的24V直流电转换为3.3V直流电。
优选的，上述功能安全PLC诊断电路中，所述第二电源管理电路和第三电源管理电路采用LM26420芯片；
所述第一电源管理电路和第四电源管理电路采用LM22678芯片。
优选的，上述功能安全PLC诊断电路中，还包括：
与所述从MCU控制芯片相连的电源监控电路再诊断电路、第一电源监控电路和第二电源监控电路；
所述第一电源监控电路和第二电源监控电路ADM12914采用芯片。
优选的，上述功能安全PLC诊断电路中，所述热插拔电路采用LT4256热插拔芯片。
优选的，上述功能安全PLC诊断电路中，所述低速背板通讯电路为RS485电路，所述PCIE通讯电路为PCIE SWITCH电路。
基于上述技术方案，本实用新型实施例提供的上述功能安全PLC诊断电路通过采用过流保护电路、热插拔电路以及各个电源管理电路辅助所述主MCU控制芯片和从MCU控制芯片工作，提高了功能安全PLC诊断电路的可靠性，通过冗余低速背板通讯电路、冗余PCIE通讯电路和冗余以太网通讯电路，实现了主MCU控制芯片和从MCU控制芯片通讯的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例公开的功能安全PLC诊断电路得结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1，本申请公开了一种功能安全PLC诊断电路，包括：
过流保护电路10，所述过流保护电路与所述功能安全PLC诊断电路的DC24V供电电源相连，用于对所述功能安全PLC诊断电路进行过流保护；
输入端与所述过流保护电路10输出端相连的第一控制开关K，所述第一控制开关K的控制端与从MCU控制芯片140的输出端相连，依据所述从MCU控制芯片140的输出信号控制自身的通断；
输入端与所述第一控制开关K的输出端相连的热插拔电路20，所述热插拔电路可以Liner公司的采用LT4256热插拔芯片：
输入端与所述热插拔电路20的输出端相连的第一电源管理电路30，所述第一电源管理电路30的使能端与所述从MCU控制芯片140的使能信号输出端相连，用于获取所述从MCU控制芯片140输出的使能信号；
输入端通过电源总线与所述第一电源管理电路30的输出端相连的第二电源管理电路40和第三电源管理电路50；
输入端与所述过流保护电路10的输出端相连的第四电源管理电路60；
与所述第二电源管理电路40的输出端相连的冗余的低速背板通讯电路70、主MCU控制芯片80、DDR接口电路90和DDR电源电路100，所述低速背板通讯电路70用于实现主MCU控制芯片80进行数据交互；
与所述DDR电源电路100相连的DDR终端电路110，所述DRR终端电路110与所述主MCU控制芯片80相连，用于实现主MCU控制芯片80的数据存储；
与所述第三电源管理电路50输出端相连的冗余PCIE通讯电路120和冗余以太网通讯电路130，所述PCIE通讯电路120用于实现主MCU控制芯片80的高速通讯，所述以太网通讯电路130用于通过以太网实现主MCU控制芯片与其他设备之间的通讯；
与所述第四电源管理电路60输出端相连的从MCU控制芯片140，所述从MCU控制芯片140中的冗余看门狗电路的输出管脚与所述主MCU控制芯片80的复位管脚相连；
设置在所述主MCU控制芯片80和从MCU控制芯片140之间的钥匙开关状态电路。
冗余看门狗电路，具有独立时基带时间窗的看门狗，硬件上采用冗余电路，连接到主CPU不同的复位管脚，提高看门狗电路输出的可靠性。
其中，上述方案中所述主MCU控制芯片80和从MCU控制芯片140可直接采用现有技术中功能安全PLC诊断电路中主MCU控制芯片和从MCU控制芯片，所述主MCU控制芯片负责模块逻辑控制运算、冗余以太网通讯、钥匙开关状态电路和安全协议的处理，所述主MCU控制芯片对自身运行的程序，进行程序的顺序监视，采用“独立时基带时间窗的看门狗”的诊断方法，看门狗是冗余看门狗。主CPU有两个复位管脚，分别连接不同的看门狗电路。提高看门狗电路的可靠性。所述主MCU控制芯片对其DDR电路安全诊断措施为：进行软失效和硬件失效的诊断。软失效采用ECC的方法进行功能诊断，硬失效(包括存储单元的DC故障，以及地址线和数据线的DC故障)，采用March的方法进行诊断，提高DDR电路的可靠性。所述主MCU控制芯片对其Flash电路进行软失效和硬件失效的诊断，硬失效诊断采用32位CRC的诊断。硬失效(包括存储单元的DC故障，以及地址线和数据线的DC故障)，采用March的方法进行诊断，提高Flash电路的可靠性。所述主MCU控制芯片对其MRAM电路的安全诊断措施为：进行软失效和硬件失效的诊断。软失效采用ECC的方法进行功能诊断，硬失效(包RAM单元的DC故障，以及地址线和数据线的DC故障)，采用March的方法进行诊断。提高MRAM电路的可靠性。所述主MCU控制芯片对其时钟的诊断措施包括：进行错误的频率和周期频率抖动诊断。使用“Temporal monitoring with on-line check”的诊断方法进行诊断。使用两个时钟，一个是主时钟，另外一个是独立的监控时钟，在主CPU中，对两个时钟分别进行计数，在规定时间内比较结果，进而判断主CPU的主时钟是否失效。
上述方案中，所述通过采用过流保护电路、热插拔电路以及各个电源管理电路辅助所述主MCU控制芯片和从MCU控制芯片工作，提高了功能安全PLC诊断电路的可靠性，通过冗余低速背板通讯电路、冗余PCIE通讯电路和冗余以太网通讯电路，实现了主MCU控制芯片和从MCU控制芯片通讯的可靠性。
具体的，在本申请上述实施例公开的技术方案中，所述第一电源管理电路用于将由所述热插拔电路输入的24V直流电转换为5V直流电；所述第二电源管理电路用于将由所述第一电源管理电路输出的5V直流电转换为所述低速背板通讯电路、主MCU控制芯片、DDR接口电路和DDR电源电路的额定工作电压；所述第三电源管理电路用于将由所述PCIE通讯电路和以太网通讯电路的额定工作电压；所述第四电源管理电路用于将由所述热插拔电路输入的24V直流电转换为3.3V直流电。所述第二电源管理电路和第三电源管理电路采用TI(Texas Instruments)公司的LM26420芯片，所述LM26420电源芯片输出可调，且具有2路输出；所述第一电源管理电路和第四电源管理电路采用TI公司的LM22678芯片。
与所述从MCU控制芯片140相连的电源监控电路再诊断电路、第一电源监控电路和第二电源监控电路；其中，所述第一电源监控电路和第二电源监控电路，可以采用ADI公司的ADM12914芯片实现，ADM12914内部集成高精度基准源，阈值精度高达0.8％，通过所述电源电压监控电路实现各个电源管理电路的高压、欠压电压监控。
其中，所述电源电压监控电路再诊断电路用于功能安全PLC诊断电路是否失效故障，确保功能安全PLC诊断电路的输出的可靠性。通过将各个电源管理电路的输出电压与设定值进行对比的方式，检测功能安全PLC诊断电路是否失效。
所述从MCU控制芯片是功能安全PLC诊断电路的核心，第一电源监控电路和第二电源监控电路的输出结果的处理、看门狗电路的冗余输出、再诊断电路的输入，都受从MCU控制芯片的控制。所述从MCU控制芯片和主MCU控制芯片之间的通讯，硬件上也是冗余通讯，软件上进行数据CRC校验，确保从MCU控制芯片和主MCU控制芯片直接可靠通讯。从MCU控制芯片有单独的电源监控电路，确保从MCU控制芯片可靠性。通过心跳信号，主MCU控制芯片和从MCU控制芯片进行相互诊断。确保主MCU控制芯片和从MCU控制芯片工作的可靠性。如果诊断出主MCU控制芯片失效故障，功能安全PLC诊断电路导向安全状态，如果诊断出从MCU控制芯片失效故障，功能安全PLC诊断电路继续工作，并将检测结果上报HMI。
进一步的，上述实施例公开的所述低速背板通讯电路和PCIE通讯电路的电路类型可以依据用户需求自行选择，例如所述低速背板通讯电路可以为RS485电路，所述PCIE通讯电路可以为PCIE SWITCH电路。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种功能安全PLC诊断电路，包括：主MCU控制芯片和从MCU控制芯片，其特征在于，还包括：
过流保护电路；
输入端与所述过流保护电路输出端相连的第一控制开关；
输入端与所述第一控制开关的输出端相连的热插拔电路；
输入端与所述热插拔电路的输出端相连的第一电源管理电路；
输入端通过电源总线与所述第一电源管理电路的输出端相连的第二电源管理电路和第三电源管理电路；
输入端与所述过流保护电路的输出端相连的第四电源管理电路；
与所述第二电源管理电路的输出端相连的冗余低速背板通讯电路、DDR接口电路和DDR电源电路，所述冗余低速背板通讯电路用于实现主MCU控制芯片的低速通讯；
与所述DDR电源电路相连的DDR终端电路，所述DDR终端电路用于实现主MCU控制芯片的数据存储；
与所述第三电源管理电路输出端相连的冗余PCIE通讯电路和冗余以太网通讯电路，所述PCIE通讯电路和以太网通讯电路，用于实现主MCU控制芯片的高速通讯和以太网通讯；
所述主MCU控制芯片采用所述第二电源管理电路供电，所述从MCU控制芯片与所述第四电源管理电路输出端相连，所述从MCU控制芯片中的冗余看门狗电路的输出管脚与所述主MCU控制芯片的复位管脚相连；
设置在所述主MCU控制芯片和从MCU控制芯片之间的钥匙开关状态电路。
2.根据权利要求1所述的功能安全PLC诊断电路，其特征在于，所述第一电源管理电路用于将由所述热插拔电路输入的24V直流电转换为5V直流电；
所述第二电源管理电路用于将由所述第一电源管理电路输出的5V直流电转换为所述低速背板通讯电路、主MCU控制芯片、DDR接口电路和DDR电源电路的额定工作电压；
所述第三电源管理电路用于将由所述PCIE通讯电路和以太网通讯电路的额定工作电压；
所述第四电源管理电路用于将由所述热插拔电路输入的24V直流电转换为3.3V直流电。
3.根据权利要求1所述的功能安全PLC诊断电路，其特征在于，所述第二电源管理电路和第三电源管理电路采用LM26420芯片；
所述第一电源管理电路和第四电源管理电路采用LM22678芯片。
4.根据权利要求1所述的功能安全PLC诊断电路，其特征在于，还包括：
与所述从MCU控制芯片相连的电源监控电路再诊断电路、第一电源监控电路和第二电源监控电路；
所述第一电源监控电路和第二电源监控电路ADM12914采用芯片。
5.根据权利要求1所述的功能安全PLC诊断电路，其特征在于，所述热插拔电路采用LT4256热插拔芯片。
6.根据权利要求1所述的功能安全PLC诊断电路，其特征在于，所述低速背板通讯电路为RS485电路，所述PCIE通讯电路为PCIE SWITCH电路。
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|---|---|---|---|---|
| CN112685348A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-04-20 | 云淡风轻(广州)智能科技有限公司 | 一种适用于低速单片机的高速单线通信系统及方法 |
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| CN112685348B (zh) * | 2021-01-11 | 2023-08-08 | 云淡风轻(广州)智能科技有限公司 | 一种适用于低速单片机的高速单线通信系统及方法 |
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