本發明屬于工業過程控制和安全儀表系統的技術領域，尤其涉及一種一取一加診斷的功能安全數字量輸入模塊。

背景技術：

目前針對功能安全數字量輸入通路的設計結合IEC61508要求，需要如下：

1、電磁兼容滿足IEC61131-2和IEC61326的要求；

2、診斷電路需要診斷I/O通路的DC fault，漂移和振動故障，DC fault包含stuck-at 0故障，stuck-at 1故障以及任意信號線之間的短路故障；

3、診斷電路可以實現通路間的串擾診斷；

4、診斷電路與采集通路的獨立性；

5、滿足低需求模式和高需求模式對診斷測試間隔的要求；

6、需要診斷外部開關連線短路或者連線斷路的故障。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種一取一加診斷的功能安全數字量輸入模塊，其電磁兼容滿足IEC61131-2和IEC61326的要求，診斷電路需要診斷I/O通路的DC fault，漂移和振動故障，DC fault包含stuck-at 0故障，stuck-at 1故障以及任意信號線之間的短路故障，診斷電路可以實現通路間的串擾診斷，診斷電路與采集通路具有獨立性，滿足低需求模式和高需求模式對診斷測試間隔的要求，能夠診斷外部開關連線短路或者連線斷路的故障。

解決上述問題的技術方案是：這種一取一加診斷的功能安全數字量輸入模塊，其包括信號采樣電路、通路保護電路、模擬開關、信號調理電路、A/D轉換電路、診斷電路，信號采樣電路、通路保護電路、模擬開關、信號調理電路、A/D轉換電路依次電連接后接入微處理器MCU，診斷電路連接到模擬開關。

本發明不僅采集了外部信號，同時可以判斷外部開關連線故障，簡單易行，電磁兼容滿足IEC61131-2和IEC61326的要求，診斷電路需要診斷I/O通路的DC fault，漂移和振動故障，DC fault包含stuck-at 0故障，stuck-at 1故障以及任意信號線之間的短路故障，診斷電路可以實現通路間的串擾診斷，診斷電路與采集通路具有獨立性，滿足低需求模式和高需求模式對診斷測試間隔的要求，能夠診斷外部開關連線短路或者連線斷路的故障。

附圖說明

圖1是根據本發明的一取一加診斷的功能安全數字量輸入模塊的電路方框圖。

圖2是外部開關串并電阻示意圖。

圖3是信號采樣電路的電路圖。

圖4是診斷電路的電路圖。

具體實施方式

如圖1所示，這種一取一加診斷的功能安全數字量輸入模塊，其包括信號采樣電路、通路保護電路、模擬開關、信號調理電路、A/D轉換電路、診斷電路，信號采樣電路、通路保護電路、模擬開關、信號調理電路、A/D轉換電路依次電連接后接入微處理器MCU，診斷電路連接到模擬開關。

本發明不僅采集了外部信號，同時可以判斷外部開關連線故障，簡單易行，電磁兼容滿足IEC61131-2和IEC61326的要求，診斷電路需要診斷I/O通路的DC fault，漂移和振動故障，DC fault包含stuck-at 0故障，stuck-at 1故障以及任意信號線之間的短路故障，診斷電路可以實現通路間的串擾診斷，診斷電路與采集通路具有獨立性，滿足低需求模式和高需求模式對診斷測試間隔的要求，能夠診斷外部開關連線短路或者連線斷路的故障。

另外，信號采樣電路、通路保護電路還連接一個開關，開關屬于雙端輸入的觸點，該一取一加診斷的功能安全數字量輸入模塊采集外部干接點開關量信號。

另外，外部干接點開關量信號的組態為四種狀態，分別為正常采集常開觸點、正常采集常閉觸點、帶外部連線診斷的常開觸點、帶外部連線的常閉觸點，這幾種不同組態方式下，信號采樣電路根據采集電壓判斷外部開關狀態以及外部連線是否存在連線的危險失效。

另外，信號調理電路由運放和分壓電阻組成，提高信號穩定性并且滿足A/D電路采集范圍的要求。

另外，A/D轉換電路通過一片12bit分辨率的A/D轉換芯片實現，通過MCU來處理各種信號。

另外，如圖2所示，組態為并聯一個電阻或者串聯一個電阻的方式。

另外，如圖3所示，信號采樣電路包括第一電阻(R1)、第二電阻

(R2)，通路保護電路包括第一保險管(F1)、第一二極管(D1)，第一保險管(F1)、第一電阻(R1)、第二電阻(R2)串聯后接地，第一二極管

(D1)的負極連接在第一保險管和第一電阻之間且正極接地。

另外，第一電阻(R1)的兩端的電壓分別為VA、VB，如果VA/VB的范圍是則信號采樣電路是沒有故障的。

另外，如圖4所示，診斷電路由六個測試模式組成，模擬開關、信號調理電路、A/D轉換電路的診斷，通過這六個診斷電壓的診斷，滿足采集電路全量程診斷的要求，包括DC-fault、漂移和振動。

在本發明中還包含了采集電壓的過壓、欠壓監控電路，這些故障避免模式為產品的功能安全提供了基礎，同時滿足功能安全提出的多項EMC技術指標。

通過合理的PCB布線，分別讓各個通路之間不交叉，盡量避免PCB走線帶來的信號串擾故障。

本發明的功能安全用數字量輸入模塊的采集，根據不同組態方式，判斷外部開關的狀態和外部連線是否存在故障，考慮采集通路中可能存在的精度誤差和線纜的誤差，總結采集電壓范圍如表1所示。

表1

本發明的功能安全用數字量輸入量信號的采集電路，通路間串擾的診斷方法是，其中一個通路從“0”到“1”變化，判斷其他7個通道是否受到影響。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何形式上的限制。本領域的普通技術人員應該理解，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發明技術方案的保護范圍。