[發明專利]一種具有動態診斷故障能力的數字量采集電路

有效

• 申請號: 201611187259.7
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN107065716B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 冷強;王冬
• 申請（專利權）人: 中核控制系統工程有限公司
• 主分類號: G05B19/048
• 分類號: G05B19/048;G08C19/36
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 任超

本發明提供一種具有動態診斷故障能力的數字量采集電路，其使用動態回讀信號來實現更全面的通道自診斷。該電路應用于核電安全級DCS系統，包括光耦信號采集電路和光繼電器動態診斷電路；所述的光耦信號采集電路應用于雙FPGA架構系統，其中的一路通道連接處理FPGA，另一路通道連接診斷FPGA；本發明的故障診斷是根據能否收到讀回來的方波進行判斷的，只有FPGA先從光耦輸出端讀到通道是在得電或者失電狀態下，再進行動態診斷測試，并能讀回去相應的高低電平脈沖，那么才認為診斷通過。本發明的電路不僅能判斷數字量信號采集的電路是否采集有故障，而且能實時將狀態信息上送。

技術領域

本發明屬于工業控制領域，具體涉及一種具有動態診斷故障能力的數字量采集電路。

背景技術

在工業控制領域，核電DCS系統是其一個重要的分支。核電DCS系統針對現場到DCS系統的數字信號，如溫度、壓力限位開關、電機運行狀態、備妥信號、故障信號、就地/遠程切換信號等重要信號輸入會專門設計相應的模塊進行采集，然后將采集來的信號上送給控制站進行處理。由于核電站的特性，現場信號對于DCS系統需進行隔離，保證在某一部分特殊損壞的情況下，不影響整個主控制站安全運行。目前國內外針對DCS系統數字量輸入使用最多且較為穩定的方案是通過光耦或者光繼等隔離器件來實現的。其原理有兩種，本文講述的采用的是其中一種，通過三個電阻串聯，其中一個電阻與光耦的前級二極管并聯，另兩個作分壓使用，當外施加了查詢電壓后，與光耦二極管的前級輸入端并聯的電阻分壓會瞬間增大，增大到足以將光耦的二極管導通時，光耦后級的三極管輸出電路也會導通，從而采集到相應的高電平或低電平(跟后級上下拉相關)；若不足以導通，則采集一個相應相反的狀態。這種方法的較另一種方法的優勢是可設置相應的打開關斷閾值，缺點是功耗相較于另一種較高。

但是上述采用的方案有可能因現場不可預測的風險或事件導致其采集的通道失效，如采集電路的電阻虛焊或者光耦的前級輸入損壞等等。那么一旦出現這些問題也就意味著現場設備的開關量輸入狀態已不能獲取，也無法對現場做出相應的控制，這些問題對于核電安全級系統來說是不可接受的。工業上有采用靜態相反狀態診斷，其原理是將輸入端的查詢電壓取反后用另一通道的光耦采集，以判斷當前光耦通道好壞。但是仍不能避免若兩通道光耦同時損壞系統并不能判斷的情況。

發明內容

為解決現階段核電DCS數字量輸入采集電路的完全診斷問題，本發明提供一種具有動態診斷故障能力的數字量采集電路，其使用動態回讀信號來實現更全面的通道自診斷。

本發明的技術方案如下：

一種具有動態診斷故障能力的數字量采集電路，該電路應用于核電安全級DCS系統，包括光耦信號采集電路和光繼電器動態診斷電路；

所述的光耦信號采集電路包含兩路通道，其中一路為處理FPGA通道與處理FPGA連接，該通道包括第二電阻、第七電阻和第四電阻以及光耦中的第四二極管和第一三極管；另一路為診斷FPGA通道與診斷FPGA連接，該通道包括第三電阻、第八電阻和第五電阻以及光耦中的第五二極管和第二三極管；

所述的光繼電器動態診斷電路包括第一光繼電器和第二光繼電器，其中第一光繼電器內第二二極管的正極連接管腳1，負極連接管腳2，兩個金屬-氧化物半導體場效應晶體管的源極連在一起，漏極分別與管腳3和管腳4連接；第二光繼電器內第三二極管的正極連接管腳1，負極連接管腳2，兩個金屬-氧化物半導體場效應晶體管的源極連在一起，漏極分別與管腳3和管腳4連接；

其中，上述的第二電阻和第三電阻并聯后的一端與現場數字量信號輸入的正極連接，另一端與第七電阻和第八電阻并聯后的一端連接，第七電阻和第八電阻并聯后的另一端與第四電阻和第五電阻并聯后的一端連接，第四電阻和第五電阻并聯后的另一端與現場數字量信號輸入的負極連接并接地，在現場數字量信號輸入的正負極之間并聯一個TVS管用來防止過壓；