[实用新型]故障安全的开关量离散输入状态采集电路

说明书

技术领域

本实用新型属于电子电路设计技术领域，具体是指一种应用于工业控制系统、安全信号系统等系统中的故障安全的离散输入信号采集电路。

背景技术

在工业控制系统和安全信号系统（应用于航空电子、铁路信号、核电等行业）中，系统对设备开关量的状态采集通常通过输入通道来完成，控制器通过输入通道实现对外部设备的监控。

外部设备到系统的输入状态往往是开关离散量，即只有导通和断开两种状态。导通时输入正电压，断开时没有电压输入。

如图2所示，是常见的一种开关量离散输入状态采集电路设计结构，由光耦1实现输入通道和逻辑电路的隔离，电阻3实现分压。该方案存在的问题是，当光耦1发生常通或常断的失效时，可能致使系统逻辑电路采集到的外部状态错误，从而可能导致安全系统在计算输出的时候的错误而造成的危险输出。

如图3所示，是另一种开关量离散输入状态采集电路设计结构，由光耦1、光耦2实现和电阻3组成，其中电阻3负责分压。电路中，逻辑电路产生一串校验波形，来控制光耦1的导通和断开。对于输入端为高电平的情况，当光耦1导通时，光耦2的前端被旁路，光耦2断开；当光耦1断开时，光耦1的前端受到输入电压时，导通。如此一来，当光耦2便会输出给逻辑电路一个与光耦1的校验波形相反的回检波形。对于前端为低电平的情况，光耦2始终断开，输出给逻辑电路一个恒定电平。对于安全系统，定义离散输入高电平时为危险侧，离散输入为低电平时为安全侧。（如果系统误将安全侧的输入采集识别为危险侧，则会造成系统风险；如果系统误将危险侧的输入采集识别为安全侧，则不会造成风险），如此一来，当光耦1或光耦2任何一个器件发生常通或常断的失效时，光耦2的后端就不会产生正确的回检波形，使得系统采集到安全侧的输入，这对于系统来说是安全的。

但是该方案存在以下三个缺陷：

1、器件光耦2由于输出端在逻辑电路一侧，可以用3.3V或者5V的TTL或CMOS快速光耦。但光耦1的后端在输入通道一侧，很难使用3.3V或5V的TTL或CMOS快速光耦，这就导致该电路对于校验波形的频率响应较慢，校验波形很难设置在10KHz以上的频率。如果系统对实时性要求较高，该电路较难满足要求。

2、该电路需要由逻辑电路的校验波形输入，离开校验波形的输入则无法独立工作，从而增加了系统逻辑电路部分的复杂性。

3、光耦1的后端往往需要较大的电流（5~10mA）才能达到较好的工作状态，如果输入通道导通时的电压较高，整个电路的功率会比较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种故障安全的开关量离散输入状态采集电路，它可以对开关离散输入量的状态进行安全采集，在确定了安全侧和危险侧的前提下，有较快采集速度、较小功耗以及能够独立工作。

为了解决以上技术问题，本实用新型提供了一种故障安全的开关量离散输入状态采集电路，包括：震荡电路，光耦以及分压电阻；所述震荡电路连接至开关量离散输入端，并通过电阻的分压和光耦的隔离，当输入电平为高时，输出动态震荡脉冲。

本实用新型的有益效果在于：可以对开关离散输入量的状态进行安全采集，在确定了安全侧和危险侧的前提下，有较快采集速度、较小功耗以及能够独立工作。

所述震荡电路采用不同的自激振荡电路实现对恒定的离散输入电平到动态震荡脉冲输出的转换。

所述自激振荡电路由三极管，电容C1、电容C2，电阻R1、R电阻4，电阻R2以及电阻R3组成，电阻R5取震荡电路一端输出的震荡波形，输入给光耦前端，由该光耦经隔离输出给系统逻辑电路。

所述隔离器件为3.3V/5V的TTL或CMOS光耦隔离器件。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1一种常见的多谐自激振荡电路示意图

图2是一种常见的开关量离散输入状态采集电路结构示意图；

图3是另一种开关量离散输入状态采集电路结构示意图；

图4是本实用新型的开关量离散输入状态采集电路的原理图；

图5是本实用新型的一个实施例电路的原理图；

图6是该实例电路的震荡输出的波形图。

图中附图标记说明：

1光耦，2光耦，3分压电阻。

具体实施方式