一种面向功能安全的冗余电流输入模块制造技术

本发明专利技术提供一种面向功能安全的冗余电流输入模块，该电流输入模块支持冗余工作方式，采用冗余方式工作时，可进一步提高诊断覆盖率及整体安全要求。设有两个4-20mA冗余电流输入模块，当两个模块处于冗余工作方式时，两个模块同时对同一4-20mA电流进行采集、转换及处理，测量结果由从模块通过通信单元传送给主模块，再由主模块进行处理，实际电流值由两个模块采集电流值之和表示。当某一模块出现故障时，故障模块会断开与采样电阻相连的开关，输入电流将不会流入故障模块的输入通道，同时故障模块通过通信单元将故障告知正常模块，由正常模块实现主模块相关功能，实际电流值由正常模块采集电流值表示。

【技术实现步骤摘要】

一种面向功能安全的冗余电流输入模块，可广泛应用于具有功能安全要求的模拟量采集、过程控制、自动化控制等领域。
技术介绍
传感器和变送器在仪器仪表和工业自动化领域中起着举足轻重的作用。在工业控制过程中，经常需要对一些参数进行测量，而一般传感器的输出信号较弱，不适合作远距离传输。4-20mA电流回路由于比电压调制信号具有更好的抗干扰性能，信号适合远距离传输，因此成为工业过程控制的标准。所以，标准的4-20mA电流回路在工业过程控制中有着大量的应用。在一般情况下，冗余电流输入模块在冗余状态工作时，采用单独的端子板，使用公共采样电阻，输出两个模块所采集电流平均值，由于端子板无法冗余，因此具有较高的共因失效风险，同时，冗余模块采用主备工作方式，即冗余模块不能完全工作，模块的诊断覆盖率低。在正常工作的情况下，一般电流输入模块输入通道均采用的1002、1002D的架构，其输入通道均采用同一采用电阻，这样会使共因失效问题难于避免。对于SIL3 (安全完整性等级3)产品的架构，在目前状况下，多数厂商的SIL3产品采用1oo2D、2oo2D或2oo3D中的一种架构，在实际工作中，造成表决所需时间较长，过程较为复杂等冋题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种面向功能安全的冗余电流输入模块，保证产品的可靠性及准确性的前提下，提高产品的诊断覆盖率，优化产品电路设计。一种面向功能安全的冗余电流输入模块，其中，两个电流输入模块各自采集电流的一半，通过两个模块进行表决，输出两个输入模块采集电流值之和，某一模块故障，另一模块正常时，可以继续工作，输出正常模块采集电流值。I)两个模块都具有独立采样电阻，可实现采样电阻的冗余，其有益效果是，降低两个电流输入模块关联程度，减少共因失效；2)两个模块在冗余状态运行时，均处于工作状态，区别于主备工作方式，即一个模块工作，另一个模块不工作，其有益效果是，提高诊断覆盖率；3)在某一模块故障时，故障模块输入通道采样电阻会与输入电流断开连接，并告知正常模块，由正常模块完成电流采集，其有益效果是，在某一模块出现故障时，另一模块在降级的情况下还可以正常使用。本专利技术的优点是:一种面向功能安全的冗余电流输入模块，其中，每个模块的输入通道采用1002D的冗余结构设计，并且经过采样电阻输出不同的电压，其有益效果是，有效避免了共因失效。I)在本专利技术的实施方式中，模块内部每个输入通道都具有采样电阻，其有益效果是，避免共因失效；2)相同电流下，模块内部采样电阻输出电压不同，其有益效果是，可提高通道诊断能力。一种面向功能安全的冗余电流输入模块，其中，每个模块的输入通道采用loo2D的冗余架构，逻辑控制单元采用10lD的架构设计；模块逻辑单元的实施采用一个MCU实现模块的控制功能，表决采用10lD的结构，区别于一般安全模块所采用两个或多个MCU的冗余架构，其有益效果是，简化电路设计，减少诊断及表决所消耗的时间。【附图说明】图1电流输入模块硬件结构框图。图2 —组冗余工作状况下电流输入模块结构框图。【具体实施方式】以下，针对用于实施本专利技术的实施方式例，参照附图图1、2进行说明。一种面向功能安全的冗余电流输入模块，包括，两个电流输入模块；两个电流输入模块各自采集电流一半，通过两个电流输入模块进行表决，输出两个电流输入模块采集电流值之和，某一电流输入模块故障，另一电流输入模块正常时，可以继续工作，输出正常电流输入模块采集电流值；I)两个电流输入模块都具有独立采样电阻，实现采样电阻的冗余；2)两个电流输入模块在冗余状态运行时，均处于工作状态，可同时对输入电流进行米集；3)某一电流输入模块故障，故障电流输入模块输入通道米样电阻与输入电流断开连接，并告知正常电流输入模块，由正常电流输入模块完成电流采集。每个电流输入模块的输入通道采用loo2D(二取一带诊断表决逻辑结构，该逻辑结构由两个并联通道构成，每个通道都具有诊断电路。)的冗余结构设计，并且经过采样电阻后，输出不同的电压；I)电流输入模块内部每个输入通道都具有各自的采样电阻；2)同一输入电流，电流输入模块内部采样电阻输出电压不同，I通道输出电压为2通道输出电压的两倍。每个电流输入模块的输入通道采用loo2D的冗余架构，逻辑控制单元采用10lD (—取一带诊断表决逻辑结构，该逻辑结构由一个普通通道和一个诊断通道构成)的架构设计。所述电流输入模块具有多条通信传输通路，在冗余状态下，互为冗余的模块之间、冗余模块与其余非冗余模块之间采用不同的、独立的通信传输通路实现通讯。如图1所示，本例描述了一种面向功能安全的冗余电流输入模块，其I通道与2通道均采用独立的采样电阻，采样电阻采用串联结构连接，并且与开关串联，当电流输入模块对4-20mA电流进行采集时，逻辑控制单元会通过隔离单元控制开关闭合，电流通过I通道的采样电阻和2通道的采样电阻，由于两个电阻的串联关系，因此I通道采集的电压与2通道采集的电压不相同，有利于通道间的诊断。信号采集单元采用loo2D的架构，I通道和2通道均具有诊断电路，在电流采集过程中，可以实现通道自身的硬件诊断和通道之间的比较诊断。逻辑单元与信号采集单元采用隔离单元实现电气上的分离。本例选用符合SIL3等级的MCU作为逻辑单元的核心器件，因此在逻辑单元采用10lD表决逻辑结构的情况下，逻辑单元仍能到达SIL3等级。由于本例所选用MCU的特性，因此在保证可靠性及所需安全完整性等级的同时，降低了电路设计的复杂程度。每个采集周期及诊断周期过后，逻辑单元会对采集数据及诊断数据进行处理，通过通信单元将数据传出。冗余模块与非冗余模块的通信通路和互为冗余的模块的通信通路是分开的，冗余模块与非冗余模块采用冗余总线实现通信，而互为冗余的模块之间则是使用高速通信接口完成通信任务。如图2所示，本例描述了一种面向功能安全的冗余电流输入模块，在冗余工作状态下，由互为冗余的两个模块同时对输入电流进行采集。由于两个模块同时采集，因此相比主备模式下工作的冗余模块，即在冗余状态工作时，两个模块不同时工作的模式，具有更高的诊断覆盖率，同时根据本例的结构特点，实际电流值为两个模块所采集到电流值之和。当一个模块诊断出故障时，故障模块会通过与采样电阻串联的开关断开采样电阻与输入电流的联系，同时通过与冗余模块专用的通信通路告知另一模块，若条件允许，另一正常模块可在降级状况下继续使用，此时的电流值，即为正常模块实际的电流值。若两个冗余模块工作时，相互间的通信发生故障时，可以由主模块或从模块告知其余模块故障状况，并进入安全模式。以上，虽然根据图1、图2对本专利技术的实施方式进行了说明，但是本专利技术不局限于上述事实方式例，只要不超出技术方案所记载的本专利技术的主要内容的范围，可以包括各种变形例以及应用例，这是毋庸置疑的。【主权项】1.一种面向功能安全的冗余电流输入模块，其特征在于: 包括，两个电流输入模块；两个电流输入模块各自采集电流一半，通过两个电流输入模块进行表决，输出两个电流输入模块米集电流值之和，某一电流输入模块故障，另一电流输入模块正常时，可以继续工作，输出正常电流输入模块采集电流值； 1)两个电流输入模块都具有独立采样电阻，实现采样电阻的冗余； 2)两个电流输入模块在冗余状态运行时，均处于工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向功能安全的冗余电流输入模块，其特征在于:包括，两个电流输入模块；两个电流输入模块各自采集电流一半，通过两个电流输入模块进行表决，输出两个电流输入模块采集电流值之和，某一电流输入模块故障，另一电流输入模块正常时，可以继续工作，输出正常电流输入模块采集电流值；1)两个电流输入模块都具有独立采样电阻，实现采样电阻的冗余；2)两个电流输入模块在冗余状态运行时，均处于工作状态，可同时对输入电流进行采集；3)某一电流输入模块故障，故障电流输入模块输入通道采样电阻与输入电流断开连接，并告知正常电流输入模块，由正常电流输入模块完成电流采集。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康凯，张彦武，康凯，魏剑嵬，徐仲夫，
申请(专利权)人：沈阳中科博微自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21