[发明专利]一种电流信号输出及诊断电路、故障诊断方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，特别是涉及一种电流信号输出及诊断电路、故障诊断方法及系统。

背景技术

在自动化控制技术中，电流输出电路作为DCS(英文全称：Distributed Control System，中文全称：分布式控制系统)、SIS(英文全称：Safety Instrumented System，中文全称：安全仪表系统)等工业控制系统中主要的一个输出组件，通常用于精确控制电机转速、控制阀门开度、控制加热器功率等执行设备，电流输出电路的失效可能会导致设备失控，造成生产事故。

现有技术中，电流信号输出电路常采用图1所示的电压跟随电路，负载设备R_load串接在电源侧，利用运算放大器U1的负反馈实现MCU(Microcontroller Unit，微控制器)控制晶体管U2的输出，保证DAC(Digital To Analog Converter，数模转换电路)的输出端电压V2与晶体管U2的输出端电压V3保持一致，则流经负载设备R_load的电流值与流经电阻R1的电流值一致，具体输出电流值为V3/R1，即V2/R1，具体实现原理框图参见图1，通过该电路可以实现电流信号的控制。但若图1所示的电路中的任一个器件发生失效，都可能导致输出电流错误，例如，当R1的阻值发生漂移时，输出电流V2/R1一定会发生漂移，由于该电路不具备故障诊断能力，无法及时的进行故障报警和导向安全，可能导致设备失控，造成生产事故。

发明内容

本发明的目的在于提出一种电流信号输出及诊断电路、故障诊断方法及系统，以实现对电流信号的故障诊断，及时进行故障报警和导向安全，保证设备的正常运行，避免造成生产事故。

为达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种电流信号输出及诊断电路，包括：微控制器、电流信号输出电路、电流信号诊断电路、输出开关以及旁路开关，其中：

所述电流信号输出电路的电源输入端作为所述电流信号输出及诊断电路的输入端与配电电源相连；

所述输出开关的第二端作为所述电流信号输出及诊断电路的输出端与负载设备相连，所述负载设备的另一端接地；

所述电流信号输出电路的输出端与所述电流信号诊断电路的输入端相连；

所述电流信号诊断电路的第一输出端分别与所述输出开关和所述旁路开关相连，所述旁路开关的另一端接地；

所述微控制器的输出端与所述电流信号输出电路的输入端相连，所述微控制器控制所述电流信号输出电路输出流向所述负载设备的电流；

所述微控制器的输入端与所述电流信号诊断电路的第二输出端相连，所述微控制器实时监测所述输出电流，当监测到所述输出电流超出预设精度范围时，则所述微控制器控制所述输出开关断开和/或控制所述旁路开关闭合和/或控制所述电流信号输出电路进入故障安全状态。

优选的，所述电流信号输出电路包括：数模转换电路、运算放大器、第一电阻以及晶体管，其中：

所述数模转换电路的输入端作为所述电流信号输出电路的输入端与所述微控制器的输出端相连；

所述数模转换电路的输出端与所述第一电阻的一端相连，其公共端作为所述电流信号输出电路的电源输入端与所述配电电源相连；

所述数模转换电路的输出端与所述运算放大器的同相输入端相连，所述运算放大器的反相输入端与所述晶体管的输入端相连，所述运算放大器的输出端与所述晶体管的控制端相连；

所述第一电阻的另一端与所述晶体管的输入端相连，所述晶体管的输出端作为所述电流信号输出电路的输出端与所述电流信号诊断电路的输入端相连。

优选的，所述晶体管为半导体开关管。

优选的，所述半导体开关管为PMOS管。

优选的，所述半导体开关管PNP型晶体管。

优选的，所述电流信号诊断电路包括：模数转换电路、差分放大电路以及第二电阻，其中：

所述第二电阻的第一端作为所述电流信号诊断电路的输入端与所述电流信号输出电路的输出端相连；

所述第二电阻的第二端作为所述电流信号诊断电路的第一输出端与所述输出开关和所述旁路开关相连；

所述差分放大电路的正相输入端与所述第二电阻的第一端相连，所述差分放大电路的反相输入端与所述第二电阻的第二端相连，所述差分放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端相连；

所述模数转换电路的输出端作为所述电流信号诊断电路的第二输出端与所述微控制器的输入端相连。