CN219512540U - 一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工业自动化技术领域，具体提供具体涉及一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统。多路数字量输出系统包括：第一处理模块、第二处理模块、第一隔离模块以及第二隔离模块；所述第一处理模块的第一端电连接于所述第一隔离模块的第一端；所述第二处理模块的第一端电连接于所述第二隔离模块的第一端，所述第二处理模块的第二端电连接于所述第一隔离模块的第二端，用于输出故障状态信号至所述第二隔离模块；所述第二隔离模块的第二端电连接于所述第一处理模块的第二端，用于将故障状态信号经过电气隔离后输出至所述第一处理模块。本申请具有自诊断并保护电路的功能，避免当电路发生故障时烧毁CPU以及电路板上其余元器件。

Description

一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统

技术领域

本申请涉及工业自动化技术领域，具体涉及一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统。

背景技术

随着工业技术的发展，工业自动化领域对可靠性和安全性的要求越来越高。数字量输出模块广泛应用于机床产品设备和自动化产品设备中。

现有的数字量输出模块，一般都是采用光耦隔离和三极管放大来实现驱动功率稍大的电磁阀或继电器等元器件。此类光耦隔离和三极管放大电路仅能简单保护外部电路故障时不会烧毁CPU，但是对于电路板上其余元器件并不能起到有效的保护作用。

因此，发明人认为亟需一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统。

实用新型内容

本申请提供了一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统，具有自诊断并保护电路的功能，避免当电路发生故障时烧毁CPU以及电路板上其余元器件。

本申请提供了一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统，所述多路数字量输出系统包括：第一处理模块、第二处理模块、第一隔离模块以及第二隔离模块；所述第一处理模块的第一端电连接于所述第一隔离模块的第一端；所述第二处理模块的第一端电连接于所述第二隔离模块的第一端，所述第二处理模块的第二端电连接于所述第一隔离模块的第二端，用于输出故障状态信号至所述第二隔离模块；所述第二隔离模块的第二端电连接于所述第一处理模块的第二端，用于将故障状态信号经过电气隔离后输出至所述第一处理模块。

通过上述技术方案，通过采用第一隔离模块和第二隔离模块对电路进行电气隔离，提高多路数字量输出系统的抗电磁干扰能力；第二处理模块通过诊断多路数字量输出系统的故障，并在诊断出故障后输出对应的故障状态信号，经由第二隔离模块电气隔离后至第一处理模块；第二处理模块为高压侧驱动器，具有自动运行保护机制，当检测到多路数字量输出系统温度异常时，第二处理模块自动关断，并当检测到温度回归正常后，第二处理模块自动重新导通；从而使得多路数字量输出系统不易损坏，节省了多路数字量输出系统损坏更换的物料成本和人力成本。

可选的，所述第二处理模块包括：输出单元；所述输出单元的第一端电连接于所述第一隔离模块的第二端。

可选的，所述第二处理模块还包括：诊断单元；所述诊断单元的第一端电连接于所述输出单元的第二端；所述诊断单元的第二端电连接于所述第二隔离模块的第一端。

可选的，所述多路数字量输出系统还包括：指示模块；所述指示模块的一端电连接于所述第一隔离模块的第三端。

可选的，所述指示模块为发光二极管。

可选的，所述第二处理模块为高压侧驱动器。

可选的，所述第一隔离模块包括第一光电耦合器和第二光电耦合器。

可选的，所述第二隔离模块为第三光电耦合器。

综上所述，本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过采用第一隔离模块和第二隔离模块对电路进行电气隔离，提高多路数字量输出系统的抗电磁干扰能力；第二处理模块通过诊断多路数字量输出系统的故障，并在诊断出故障后输出对应的故障状态信号，经由第二隔离模块电气隔离后至第一处理模块；第二处理模块为高压侧驱动器，具有自动运行保护机制，当检测到多路数字量输出系统温度异常时，第二处理模块自动关断，并当检测到温度回归正常后，第二处理模块自动重新导通；从而使得多路数字量输出系统不易损坏，节省了多路数字量输出系统损坏更换的物料成本和人力成本。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统的模块示意图。

附图标记说明：1、第一处理模块；2、第二处理模块；21、输出单元；22、诊断单元；3、第一隔离模块；4、第二隔离模块；5、指示模块。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本申请实施例的描述中，“例如”或者“举例来说”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“例如”或者“举例来说”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“例如”或者“举例来说”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个系统是指两个或两个以上的系统，多个屏幕终端是指两个或两个以上的屏幕终端。此外，术语“第一”、“第二”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。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。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“电连接”、“电连接”或“通信电连接”应做广义理解，例如，“电连接”、“电连接”或“通信电连接”除了可以是指物理上的电连接，还可以是指电连接或信号电连接，例如，可以是直接电连接，即物理电连接，也可以通过中间至少一个元件间接电连接，只要达到电路相通即可，还可以是两个元件内部的连通；信号电连接除了可以通过电路进行信号电连接外，也可以是指通过媒体介质进行信号电连接，例如，无线电波。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参照图1，其示出了本申请实施例提供的一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统的模块示意图。其中，多路数字量输出系统包括：第一处理模块1、第二处理模块2、第一隔离模块3以及第二隔离模块4；第一处理模块1的第一端电连接于第一隔离模块3的第一端；第二处理模块2的第一端电连接于第二隔离模块4的第一端，第二处理模块2的第二端电连接于第一隔离模块3的第二端，用于输出故障状态信号至第二隔离模块4；第二隔离模块4的第二端电连接于第一处理模块1的第二端，用于将故障状态信号经过电气隔离后输出至第一处理模块1。

具体来说，第一处理模块1即微处理器，其优选型号采用GD32F303RCT6芯片，这是一款32位的ARM Cortex-M4F微控制器芯片。它采用了高性能的Cortex-M4F内核，其时钟频率可达120MHz，其支持软硬件DSP指令。通过8个GPIO管脚电连接于第一隔离模块3，将输出指令发送至第一隔离模块3。

第一隔离模块3即第一数字隔离电路，其优选采用两个集成4路的光电耦合器，分别为第一集成4路的光电耦合器和第二集成4路的光电耦合器。集成4路光电耦合器是指将4个光电耦合器集成到一个单一的电子元件中。在集成4路光电耦合器中，可以采用不同的电路设计方案。一种常见的方案是采用共用输入光电二极管，然后通过电路将其分配到4个输出电路中。这种方案可以减少元件的数量和空间占用，并提高元件的可靠性和稳定性。第一集成4路的光电耦合器的输出端电连接于第二集成4路的光电耦合器的输入端。第一集成4路的光电耦合器的输入端电连接于第一处理模块1的GPIO管脚。第二集成4路的光电耦合器的输出端电连接于第二处理模块2。第一隔离模块3将第一处理模块1输出的3.3V电压转换为24V信号。

第二处理模块2的优选型号采用VN808芯片，VN808芯片是一种高压侧驱动器芯片。此芯片为内置保护系统与诊断功能的八进制高端驱动器，可以驱动任意接地负载（在本申请中即为功率稍大的电磁阀或继电器等元器件），其工作电源为45V，电流处理能力为0.7A，导通电阻为150MΩ，支持VCC/2输入电压。VN808芯片内置各种保护机制，包括主动式限流、热关断与自动重启电路。此芯片可以在电路发生短路或者过载情况时，判断芯片温度，在超过芯片安全温度后，自动关断。·

第二隔离模块4即第二数字隔离电路，其优选采用单路的光电耦合器。第二隔离模块4的输入端电连接于输出端电连接于第一处理模块1的GPIO管脚。

在一种可能的实施方式中，第二处理模块2包括：输出单元21；输出单元21的第一端电连接于第一隔离模块3的第二端。

具体来说，输出单元21即VN808芯片的数字量输出功能。VN808芯片的输入管脚与第一隔离模块3的输出端电连接。当第一隔离模块3输出24V信号至VN808芯片中时，VN808芯片将输出0V低电平，即本方案只能驱动对地负载。

在一种可能的实施方式中，第二处理模块2还包括：诊断单元22；诊断单元22的第一端电连接于输出单元21的第二端；诊断单元22的第二端电连接于第二隔离模块4的第一端。

具体来说，诊断单元22即VN808芯片的诊断功能。VN808芯片的STATUS管脚电连接于第二隔离模块4的输入端。VN808芯片将根据不同故障情况输出不同的标志位信号。VN808芯片可以在短路或者过载情况时，检测芯片的温度，并判断芯片温度是否超过芯片安全温度；当超过芯片安全温度后，VN808芯片自动关断。当VN808芯片诊断出第一处理模块1的8个GPIO管脚对应的输出通道中的某输出一通道出现故障并自动关断后，根据故障的状态不同自行由STATUS管脚输出故障状态信号至第二隔离模块4。

第二隔离模块4在接收到上述STATUS管脚输出的故障状态信号后，经由电气隔离输出到第一处理模块1内，以使第一处理模块1可以根据此故障状态信号判断当前电路的状态。

在一种可能的实施方式中，多路数字量输出系统还包括：指示模块5；指示模块5的一端电连接于第一隔离模块3的第三端。

具体来说，指示模块5为发光二极管，用来指示第一处理模块1的8个GPIO管脚对应的输出通道的输出信号状态，利于第一处理模块1的输出状态检测和故障排查。

在一种可能的实施方式中，指示模块5为发光二极管。

在一种可能的实施方式中，第二处理模块2为高压侧驱动器。

在一种可能的实施方式中，第一隔离模块3包括第一光电耦合器和第二光电耦合器。

具体来说，第一光电耦合器和第二光电耦合器均优选为集成4路的光电耦合器。

在一种可能的实施方式中，第二隔离模块4为第三光电耦合器。

具体来说，第三光电耦合器优选为单路光电耦合器。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统，其特征在于，所述多路数字量输出系统包括：第一处理模块(1)、第二处理模块(2)、第一隔离模块(3)以及第二隔离模块(4)；

所述第一处理模块(1)的第一端电连接于所述第一隔离模块(3)的第一端；

所述第二处理模块(2)的第一端电连接于所述第二隔离模块(4)的第一端，所述第二处理模块(2)的第二端电连接于所述第一隔离模块(3)的第二端，用于输出故障状态信号至所述第二隔离模块(4)；

所述第二隔离模块(4)的第二端电连接于所述第一处理模块(1)的第二端，用于将故障状态信号经过电气隔离后输出至所述第一处理模块(1)。

2.根据权利要求1所述的一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统，其特征在于，所述第二处理模块(2)包括：输出单元(21)；

所述输出单元(21)的第一端电连接于所述第一隔离模块(3)的第二端。

3.根据权利要求2所述的一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统，其特征在于，所述第二处理模块(2)还包括：诊断单元(22)；

所述诊断单元(22)的第一端电连接于所述输出单元(21)的第二端；

所述诊断单元(22)的第二端电连接于所述第二隔离模块(4)的第一端。

4.根据权利要求1所述的一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统，其特征在于，所述多路数字量输出系统还包括：指示模块(5)；

所述指示模块(5)的一端电连接于所述第一隔离模块(3)的第三端。

5.根据权利要求4所述的一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统，其特征在于，所述指示模块(5)为发光二极管。

6.根据权利要求1所述的一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统，其特征在于，所述第二处理模块(2)为高压侧驱动器。

7.根据权利要求1所述的一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统，其特征在于，所述第一隔离模块(3)包括第一光电耦合器和第二光电耦合器。

8.根据权利要求1所述的一种带自诊断和保护机制的多路数字量输出系统，其特征在于，所述第二隔离模块(4)为第三光电耦合器。