[發明專利]一種混合架構的功能安全開關量輸入模塊

在審

• 申請號: 201711143963.7
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107831726A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 安長武;周衛鳴;翁興友;馬云標;喬俊福;吳濤;渠進濤;張瑞卿;趙銳;何磊;劉麗;商晨
• 申請（專利權）人: 中石化石油工程技術服務有限公司;中石化勝利石油工程有限公司;中石化勝利石油工程有限公司海洋鉆井公司
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司37107
• 代理人: 侯玉山

技術領域

本發明涉及PLC產品的自動化安全控制技術領域，尤其涉及一種混合架構的功能安全開關量輸入模塊。

背景技術

隨著現代化工業的快速發展，工業生產過程的控制規模在不斷擴大，復雜程度不斷增加，工藝過程不斷強化，對控制系統的安全要求也越來越高。在生產過程中，用于監視生產過程，在危險條件下采取相應措施防止危險事件發生的安全PLC開始逐步得到應用。

開關量是工業自動化領域中最常用的信號量，開關量輸入模塊也是安全PLC中用量最大的IO模塊。傳統具有SIL3安全等級的開關量輸入模塊均采用的1oo2D或2OO3架構中的一種，這兩種架構設計復雜度高，開發難度大，導致產品成本居高不下，阻礙了功能安全產品的進一步推廣應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種保證產品的可靠性及安全性的前提下，提高產品的診斷覆蓋率，優化產品電路設計的一種混合架構的功能安全開關量輸入模塊。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種混合架構的功能安全開關量輸入模塊，連接至PLC的背板總線接口，包括微處理器，所述微處理器的輸入端通過第一隔離模塊連接有兩個并行輸入的開關量輸入串行化單元，兩所述開關量輸入串行化單元采集外部開關量輸入信號，所述微處理器還通過第二隔離模塊連接至診斷模塊，所述診斷模塊分別連接至兩所述開關量輸入串行化單元的輸入端，所述微處理器的輸出端通過通訊模塊連接至所述背板總線接口，所述通訊模塊的輸出端與所述微處理器之間還連接有地址檢測模塊。

作為優選的技術方案，兩所述開關量輸入串行化單元并聯至外部輸入開關K，所述外部輸入開關K兩端并聯有上拉電阻R1，兩所述開關量輸入串行化單元設置為開關量輸入串行化單元A和開關量輸入串行化單元B，所述開關量輸入串行化單元A設有開關量輸入串行器A，所述開關量輸入串行化單元B設有開關量輸入串行器B。

作為優選的技術方案，所述診斷模塊包括，

串聯設置的供電端開關S1、輸入端開關S0和二極管D0，所述供電端開關S1和所述二極管D0對應連接在所述上拉電阻R1的兩端，所述供電端開關S1與所述上拉電阻R1之間還連接有供電電源，所述輸入端開關S0與所述供電端開關S1之間并聯有模數轉換器ADC和所述開關量輸入串行器A；

串聯設置的供電端開關S11、輸入端開關S01和二極管D01，所述供電端開關S11和所述二極管D01對應連接在所述上拉電阻R1的兩端，所述供電端開關S11與所述上拉電阻R1之間還連接有供電電源，所述輸入端開關S01與所述供電端開關S11之間并聯有模數轉換器ADC1和所述開關量輸入串行器B。

作為優選的技術方案，所述供電電源的電壓為+24V。

作為對上述技術方案的改進，所述地址檢測模塊包括電壓采集模塊，所述電壓采集模塊連接至PLC的各槽位電壓檢測端。

由于采用了上述技術方案，一種混合架構的功能安全開關量輸入模塊，連接至PLC的背板總線接口，包括微處理器，所述微處理器的輸入端通過第一隔離模塊連接有兩個并行輸入的開關量輸入串行化單元，兩所述開關量輸入串行化單元采集外部開關量輸入信號，所述微處理器還通過第二隔離模塊連接至診斷模塊，所述診斷模塊分別連接至兩所述開關量輸入串行化單元的輸入端，所述微處理器的輸出端通過通訊模塊連接至所述背板總線接口，所述通訊模塊的輸出端與所述微處理器之間還連接有地址檢測模塊；本發明的有益效果是：采用相同的兩組開關量輸入串行化單元，由同一個微處理器進行采集、診斷、表決，能夠實現以下功能：

1、兩組開關量輸入串行化單元均處于工作狀態，微處理器對其實時比較；

2、當兩組數據不一致時，如果微處理器能夠發現其中一組單元故障，微處理器輸出正確的數據，同時上傳故障信息；

3、當兩組數據不一致且無法發現單元故障時，經過一段時間后，微處理器將開關量輸入狀態設置為無效，同時上傳故障信息；

由此可見與單純1OO2D及2OO3架構相比，本發明實現了1OO2D+1OO1D混合架構，采用微處理器就實現了SIL3安全等級，減少了微處理器數量，提高了可靠性、降低了成本、降低了開發難度，避免了微處理器間的通信，減少了診斷及表決所消耗的時間。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。其中：

圖1是本發明實施例的結構框圖；

圖2是本發明實施例診斷模塊的電路原理圖。

具體實施方式