[發明專利]一種電流信號輸出及診斷電路、故障診斷方法及系統

在審

• 申請號: 201711007376.5
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107576903A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 徐士斌;董良健
• 申請（專利權）人: 浙江中控技術股份有限公司
• 主分類號: G01R31/28
• 分類號: G01R31/28
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 王寶筠

技術領域

本發明涉及自動化控制技術領域，特別是涉及一種電流信號輸出及診斷電路、故障診斷方法及系統。

背景技術

在自動化控制技術中，電流輸出電路作為DCS(英文全稱：Distributed Control System，中文全稱：分布式控制系統)、SIS(英文全稱：Safety Instrumented System，中文全稱：安全儀表系統)等工業控制系統中主要的一個輸出組件，通常用于精確控制電機轉速、控制閥門開度、控制加熱器功率等執行設備，電流輸出電路的失效可能會導致設備失控，造成生產事故。

現有技術中，電流信號輸出電路常采用圖1所示的電壓跟隨電路，負載設備R_load串接在電源側，利用運算放大器U1的負反饋實現MCU(Microcontroller Unit，微控制器)控制晶體管U2的輸出，保證DAC(Digital To Analog Converter，數模轉換電路)的輸出端電壓V2與晶體管U2的輸出端電壓V3保持一致，則流經負載設備R_load的電流值與流經電阻R1的電流值一致，具體輸出電流值為V3/R1，即V2/R1，具體實現原理框圖參見圖1，通過該電路可以實現電流信號的控制。但若圖1所示的電路中的任一個器件發生失效，都可能導致輸出電流錯誤，例如，當R1的阻值發生漂移時，輸出電流V2/R1一定會發生漂移，由于該電路不具備故障診斷能力，無法及時的進行故障報警和導向安全，可能導致設備失控，造成生產事故。

發明內容

本發明的目的在于提出一種電流信號輸出及診斷電路、故障診斷方法及系統，以實現對電流信號的故障診斷，及時進行故障報警和導向安全，保證設備的正常運行，避免造成生產事故。

為達到上述目的，本發明提供了以下技術方案：

一種電流信號輸出及診斷電路，包括：微控制器、電流信號輸出電路、電流信號診斷電路、輸出開關以及旁路開關，其中：

所述電流信號輸出電路的電源輸入端作為所述電流信號輸出及診斷電路的輸入端與配電電源相連；

所述輸出開關的第二端作為所述電流信號輸出及診斷電路的輸出端與負載設備相連，所述負載設備的另一端接地；

所述電流信號輸出電路的輸出端與所述電流信號診斷電路的輸入端相連；

所述電流信號診斷電路的第一輸出端分別與所述輸出開關和所述旁路開關相連，所述旁路開關的另一端接地；

所述微控制器的輸出端與所述電流信號輸出電路的輸入端相連，所述微控制器控制所述電流信號輸出電路輸出流向所述負載設備的電流；

所述微控制器的輸入端與所述電流信號診斷電路的第二輸出端相連，所述微控制器實時監測所述輸出電流，當監測到所述輸出電流超出預設精度范圍時，則所述微控制器控制所述輸出開關斷開和/或控制所述旁路開關閉合和/或控制所述電流信號輸出電路進入故障安全狀態。

優選的，所述電流信號輸出電路包括：數模轉換電路、運算放大器、第一電阻以及晶體管，其中：

所述數模轉換電路的輸入端作為所述電流信號輸出電路的輸入端與所述微控制器的輸出端相連；

所述數模轉換電路的輸出端與所述第一電阻的一端相連，其公共端作為所述電流信號輸出電路的電源輸入端與所述配電電源相連；

所述數模轉換電路的輸出端與所述運算放大器的同相輸入端相連，所述運算放大器的反相輸入端與所述晶體管的輸入端相連，所述運算放大器的輸出端與所述晶體管的控制端相連；

所述第一電阻的另一端與所述晶體管的輸入端相連，所述晶體管的輸出端作為所述電流信號輸出電路的輸出端與所述電流信號診斷電路的輸入端相連。

優選的，所述晶體管為半導體開關管。

優選的，所述半導體開關管為PMOS管。

優選的，所述半導體開關管PNP型晶體管。

優選的，所述電流信號診斷電路包括：模數轉換電路、差分放大電路以及第二電阻，其中：

所述第二電阻的第一端作為所述電流信號診斷電路的輸入端與所述電流信號輸出電路的輸出端相連；

所述第二電阻的第二端作為所述電流信號診斷電路的第一輸出端與所述輸出開關和所述旁路開關相連；

所述差分放大電路的正相輸入端與所述第二電阻的第一端相連，所述差分放大電路的反相輸入端與所述第二電阻的第二端相連，所述差分放大電路的輸出端與所述模數轉換電路的輸入端相連；

所述模數轉換電路的輸出端作為所述電流信號診斷電路的第二輸出端與所述微控制器的輸入端相連。