一种具有自诊断能力的数字量采集装置制造方法及图纸

本发明专利技术的数字量采集装置，是一种能够在运行过程中不断的进行自诊断的采集装置，当硬件发生随机故障后，会不断的产生报警信息，并且将采集值自动变更为预置的安全状态。装置同时具备采集回路自诊断，存储器自诊断，时钟自诊断，通信自诊断，处理器自诊断，电源自诊断的能力。

A digital data acquisition device with self diagnostic capability

Digital data acquisition device of the present invention, is capable of running in the process of continuous self diagnosis acquisition device, when the random hardware failure, it will generate alarm information continuously, and the collection value automatically changes to the preset safety state. The device has the capability of self diagnosis of the collecting circuit, self diagnosis of memory, self diagnosis of clock, self diagnosis of communication, self diagnosis of processor and power self diagnosis.

【技术实现步骤摘要】
一种具有自诊断能力的数字量采集装置
本专利技术的数字量采集装置，可以应用于安全仪表系统的数字量采集，其特点是具有全面的硬件自诊断能力。
技术介绍
由于安全仪表系统需要在运行过程中保持安全完整性等级不降低，因此需要不断的进行系统的自诊断，发现系统发生的随机硬件故障，并提醒维护人员对系统进行维护。系统自诊断的技术包括组件之间的交叉诊断，也包括组件自诊断。而本专利技术涉及的就是数字量采集装置的自诊断。
技术实现思路
本专利技术的数字量采集装置，是一种能够在运行过程中不断的进行自诊断的采集装置，当硬件发生随机故障后，会不断的产生报警信息，并且将采集值自动变更为预置的安全状态。本专利技术的装置，支持同时采集16路直流24伏数字量信号，采集数据的时间精度为1毫秒。信号的采集回路之间相互独立，没有共用的芯片；除供电电源线和接地线外，没有共用电路。外部输入信号与内部的信号采集端口之间，通过光电耦合器进行隔离，防止信号中的脉冲干扰和浪涌干扰。每次信号的采集，会同时保存精度为1毫秒的时间戳。本专利技术的装置，支持CAN总线通信，支持端口指示灯和运行指示灯。CAN总线通信，采用自定义的通信协议，能够传输采集数据，配置数据，诊断数据。端口指示灯能够显示当前端口的采集值，端口的诊断结果；运行指示灯能够显示当前装置的运行状态。本专利技术的装置，采用直流24V电源供电，支持电源冗余连接，即2路不同的24V电源同时连接到本专利技术的装置上，任意1个电源停止供电时，装置仍然能够运行。本专利技术的装置，其特征在于，能够采集数字量数据，并同时具备采集回路自诊断，存储器自诊断，时钟自诊断，通信自诊断，处理器自诊断，电源自诊断，在诊断出故障后发出警报并将采集值设定为预置值。附图说明图1数字量采集装置的硬件逻辑图。图2输入回路。具体实施方式装置的整体设计，参见图1。装置对安全状态的定义，按照安全仪表系统的设计习惯，一般将设备断电时的IO状态，定义为设备的安全状态。因此本装置的数字量输入信号，默认的安全状态为：采集值全部为0，即输入电压为0时的采集值。本装置的自诊断的周期为2小时，按照普通工业级别的机械机构寿命为100000次来计算，装置的机械寿命不低于20年。装置检测出自身存在故障后，将产生诊断信息，并通过通信网络发送给整个系统的控制器或者发送给操作员工作站。同时，装置发生比较严重的故障时，会通过指示灯亮红色显示装置存在故障，提醒装置巡检人员注意更换故障的装置。本装置，需要安装在专用的底板上，外部信号线直接连接到底板或者转接端子板上，最后通过底板的接插件传递到本装置上，16路信号通过32条信号线传递电压信号，每一路信号都是独立传输的。输入信号为15V～24V时，定义采集值为1，输入信号为0V～5V时，定义采集值为0，通过改变信号串接电阻的阻值，使得光电耦合器输出端的阻抗跳变发生在输入信号为5V～15V的范围内。本装置的输入电路保护，并联稳压二极管，减弱浪涌和高压脉冲对电路的影响；串联自恢复保险，降低大电流对电路的影响；串联二极管，避免反向电流对电路的影响；通过光电耦合器，将外部输入的电压信号，转换为光的亮暗信号，再转换为阻抗的跳变信号，最终再次变成电压信号，实现内部电路和外部信号的隔离。信号采集的时间精度，通过快速的采集实现。主控芯片采用工业级ARM7处理器，主频可以调整到32MHz，每个周期完成数据采集、数据打包、自诊断、刷新指示灯、响应通信所需要的软件步不超过3000，每个软件步需要的平均时钟频率为3，那么每个周期需要的平均时钟频率为9000，按照主频为32MHz来计算，每次主循环需要的时间不超过0.3毫秒。因此可以保证数据采集的时间精度能够达到1毫秒。本装置的CAN总线通信，通信协议是参照IEC61784-3制定的，对于数据完整性的校验措施包括：报文的标识符，报文分段序号，时间戳，CRC校验，数据冗余。本装置电源，外部接入的2路电源信号，负极直接连接到一起，正极各串接一个二极管，然后再连接在一起，实现外部电源的冗余。装置内部，使用DCDC模块，将电压降低到5V。表1数字量采集装置的诊断覆盖率评估表。本装置的诊断方法，参见表1。诊断措施的说明如下。1)模拟输入信号通过继电器将现场信号与装置的输入回路切断，并且将诊断回路切入输入回路，主控芯片控制诊断回路产生一个模拟的输入电压，经过输入回路读取输入值，从而诊断输入回路。2)看门狗设置主控芯片内部的独立硬件看门狗，当一定时间内，软件没有进行看门狗初始化操作，就对芯片进行自动软重启的操作，而软件中在程序启动的时候，会读取看门狗的标志位，如果发生了看门狗重启的情况，则将装置设置为安全状态。3)读写测试向固定的地址写入5A，然后读取该地址的值，判断是否为5A，再次写入A5，然后去读，判断是否为A5。如果写入与读取不一致，则判定存储器或者寄存器故障，并将装置设置为安全状态。4)CRC校验在向Flash中写入数据时，对数据计算16bit的CRC码，并且将CRC码与数据同时写入Flash中，在读取数据时，再次计算数据的CRC码，并且与Flash中存储的CRC码进行比较，不一致则抛弃这些数据。如果是对固件计算的CRC码，如果在校验时发现不一致，则将装置设置为安全状态。5)中断监视将所有没有使用的中断向量，全部指向一个默认的中断子函数，该函数中对中断故障进行计数，当计数超过一定值时，将装置设置为安全状态。6)电压比较使用外部直接提供的24V，驱动检测电路，检查DCDC输出的5V电压，当5V的电压波动超过10%的时候，检测电路切断5V电压的供电，实现装置进入安全状态。当检测电路失电的时候，自动切断5V电压的供电，当检测电路再次检测到5V电压波动不超过10%时，自动恢复5V电压的供电。7)数据对比将数据复制一份，存储在不同的地址空间，使用数据时，比较原始数据和复制的数据，数据不一致时，将抛弃数据。8)通信协议校验将通信的物理通道，看成黑通道，用报文文段序号，确定数据接收完整，通过CRC校验，确定数据的正确。9)时钟比较主控芯片使用2个时钟源，由这两个时钟源配置两个单位时间相同的计数器，同时开始计数，经过一定时间后，比较两个计数器的计数值，相差超过5%时，判定时钟故障，将装置设置为安全状态。本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术的装置，其特征在于，能够采集数字量数据，并同时具备采集回路自诊断，存储器自诊断，时钟自诊断，通信自诊断，处理器自诊断，电源自诊断，在诊断出故障后发出警报并将采集值设定为预置值。

【技术特征摘要】
1.本发明的装置，其特征在于，能够采集数字量数据，并同时具备采集回路自诊断，存储器自诊断，时...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建平，薛晓，刘晓亮，
申请(专利权)人：苏州时代华理电气有限公司，北京昊图科技有限公司，刘建平，
类型：发明
国别省市：江苏,32