[发明专利]一种具有动态诊断故障能力的数字量采集电路

说明书

本发明提供一种具有动态诊断故障能力的数字量采集电路，其使用动态回读信号来实现更全面的通道自诊断。该电路应用于核电安全级DCS系统，包括光耦信号采集电路和光继电器动态诊断电路；所述的光耦信号采集电路应用于双FPGA架构系统，其中的一路通道连接处理FPGA，另一路通道连接诊断FPGA；本发明的故障诊断是根据能否收到读回来的方波进行判断的，只有FPGA先从光耦输出端读到通道是在得电或者失电状态下，再进行动态诊断测试，并能读回去相应的高低电平脉冲，那么才认为诊断通过。本发明的电路不仅能判断数字量信号采集的电路是否采集有故障，而且能实时将状态信息上送。

技术领域

本发明属于工业控制领域，具体涉及一种具有动态诊断故障能力的数字量采集电路。

背景技术

在工业控制领域，核电DCS系统是其一个重要的分支。核电DCS系统针对现场到DCS系统的数字信号，如温度、压力限位开关、电机运行状态、备妥信号、故障信号、就地/远程切换信号等重要信号输入会专门设计相应的模块进行采集，然后将采集来的信号上送给控制站进行处理。由于核电站的特性，现场信号对于DCS系统需进行隔离，保证在某一部分特殊损坏的情况下，不影响整个主控制站安全运行。目前国内外针对DCS系统数字量输入使用最多且较为稳定的方案是通过光耦或者光继等隔离器件来实现的。其原理有两种，本文讲述的采用的是其中一种，通过三个电阻串联，其中一个电阻与光耦的前级二极管并联，另两个作分压使用，当外施加了查询电压后，与光耦二极管的前级输入端并联的电阻分压会瞬间增大，增大到足以将光耦的二极管导通时，光耦后级的三极管输出电路也会导通，从而采集到相应的高电平或低电平(跟后级上下拉相关)；若不足以导通，则采集一个相应相反的状态。这种方法的较另一种方法的优势是可设置相应的打开关断阈值，缺点是功耗相较于另一种较高。

但是上述采用的方案有可能因现场不可预测的风险或事件导致其采集的通道失效，如采集电路的电阻虚焊或者光耦的前级输入损坏等等。那么一旦出现这些问题也就意味着现场设备的开关量输入状态已不能获取，也无法对现场做出相应的控制，这些问题对于核电安全级系统来说是不可接受的。工业上有采用静态相反状态诊断，其原理是将输入端的查询电压取反后用另一通道的光耦采集，以判断当前光耦通道好坏。但是仍不能避免若两通道光耦同时损坏系统并不能判断的情况。

发明内容

为解决现阶段核电DCS数字量输入采集电路的完全诊断问题，本发明提供一种具有动态诊断故障能力的数字量采集电路，其使用动态回读信号来实现更全面的通道自诊断。

本发明的技术方案如下：

一种具有动态诊断故障能力的数字量采集电路，该电路应用于核电安全级DCS系统，包括光耦信号采集电路和光继电器动态诊断电路；

所述的光耦信号采集电路包含两路通道，其中一路为处理FPGA通道与处理FPGA连接，该通道包括第二电阻、第七电阻和第四电阻以及光耦中的第四二极管和第一三极管；另一路为诊断FPGA通道与诊断FPGA连接，该通道包括第三电阻、第八电阻和第五电阻以及光耦中的第五二极管和第二三极管；

所述的光继电器动态诊断电路包括第一光继电器和第二光继电器，其中第一光继电器内第二二极管的正极连接管脚1，负极连接管脚2，两个金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极连在一起，漏极分别与管脚3和管脚4连接；第二光继电器内第三二极管的正极连接管脚1，负极连接管脚2，两个金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极连在一起，漏极分别与管脚3和管脚4连接；

其中，上述的第二电阻和第三电阻并联后的一端与现场数字量信号输入的正极连接，另一端与第七电阻和第八电阻并联后的一端连接，第七电阻和第八电阻并联后的另一端与第四电阻和第五电阻并联后的一端连接，第四电阻和第五电阻并联后的另一端与现场数字量信号输入的负极连接并接地，在现场数字量信号输入的正负极之间并联一个TVS管用来防止过压；