一种安全输出电路及控制、检测方法技术

本申请实施例公开了一种安全输出电路及控制、检测方法，所述电路包括：双通道逻辑控制单元、双通道控制命令发生器、磁耦合器和功率输出器，其中，所述双通道逻辑控制单元，与双通道系统总线连接，用于控制双通道系统总线的使能命令的输出；所述双通道控制命令发生器，与所述双通道系统总线连接，用于接收所述双通道系统总线输出的使能命令；基于所述使能命令，输出两路控制条件信号；所述磁耦合器，分别与所述双通道控制命令发生器和所述功率输出器连接，用于基于所述两路控制条件信号，输出一路脉冲驱动信号；所述功率输出器，用于基于所述脉冲驱动信号，输出功率驱动电压。如此，能够提高安全输出电路的安全性。

A safe output circuit and its control and detection method

【技术实现步骤摘要】
一种安全输出电路及控制、检测方法
本专利技术涉及安全控制
，尤其涉及一种安全输出电路及控制、检测方法。
技术介绍
对于轨道交通、核电等有功能安全要求的领域，往往需要安全控制系统达到SIL4(SafetyIntegrityLevel4，安全完整性等级4)这一安全等级的要求。在轨道交通、核电等有功能安全要求的领域中的安全控制系统中，一般都会设置有输出电路，例如看门狗电路、安全数字量输出电路等，而这些输出电路的运行状态常常会直接影响到安全控制系统的系统安全性。例如，看门狗电路一般用于对安全控制系统的整体运行情况进行监控，当检测到影响安全控制系统安全的状态，则需要立即触发关闭看门狗，以关断对外输出回路，而安全数字量输出电路则一般用于直接驱动安全控制系统中的被控对象，当安全控制系统未检测到系统级故障，但安全数字量输出电路或其上级驱动电路却发生故障时，则需要立即触发关断输出电路，以关断对外输出回路。目前，对于诸如看门狗电路、安全数字量输出电路等输出电路来说，其设计思路基本是一致的，通常是由二取二的两通道逻辑电路结构和由不同元器件搭建的逻辑与门电路结构来实现。但是，目前的输出电路实现方案存在以下缺陷：(1)一般单纯靠器件引脚输出的简单方波脉冲作为逻辑与门的使能信号，无法对该使能信号进行安全检查；(2)实现逻辑与门的电路结构复杂，元器件数量较多，故障率较高，过载能力较弱，安全性和可靠性较低；(3)实现方案中含有机械结构，如使用偏极继电器，响应速率较慢，无法及时关断输出电路，影响导向安全功能。可见，目前的输出电路的安全性较低。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供了一种安全输出电路及控制、检测方法，通过双通道逻辑控制单元、双通道控制命令发生器、磁耦合器和功率输出器来实现安全输出电路，能够提高安全输出电路的安全性，而且将该安全输出电路应用到安全控制系统中时，还能够提高安全控制系统的安全性。本申请实施例主要提供如下技术方案：第一方面，本申请实施例提供了一种安全输出电路，所述电路包括：双通道逻辑控制单元、双通道控制命令发生器、磁耦合器和功率输出器，其中，所述双通道逻辑控制单元，与双通道系统总线连接，用于控制双通道系统总线的使能命令的输出；所述双通道控制命令发生器，与所述双通道系统总线连接，用于接收所述双通道系统总线输出的使能命令；基于所述使能命令，输出两路控制条件信号；所述磁耦合器，分别与所述双通道控制命令发生器和所述功率输出器连接，用于基于所述两路控制条件信号，输出一路脉冲驱动信号；所述功率输出器，用于基于所述脉冲驱动信号，输出功率驱动电压。第二方面，本申请实施例提供了一种控制方法，应用于上述的安全输出电路；所述方法包括：所述双通道逻辑控制单元通过控制所述双通道系统总线的使能命令的输出，控制所述双通道控制命令发生器输出相应状态的控制条件信号，其中，所述控制条件信号包括两路，每一路控制条件信号的状态分别包括：有效或无效；当所述双通道逻辑控制单元控制所述双通道控制命令发生器输出的两路控制条件信号的状态均为有效时，所述磁耦合器输出有效的所述脉冲驱动信号。第三方面，本申请实施例提供了一种检测方法，应用于上述的安全输出电路，其中，所述双通道逻辑控制单元，包括：回读检测单元；所述方法包括：所述回读检测单元对所述安全输出电路中的输出信号进行回读检测，其中，所述输出信号包括：所述双通道控制命令发生器输出的所述两路控制条件信号、所述磁耦合器输出的所述脉冲驱动信号、所述功率输出器输出的所述功率驱动电压中的一种或多种；当所述回读检测单元检测到所述输出信号出现错误或异常时，所述回读检测单元向所述双通道逻辑控制单元发送用于关闭所述使能命令的输出的关闭命令；所述双通道逻辑控制单元响应于所述关闭命令，控制所述双通道系统总线关闭输出所述使能命令。第四方面，本申请实施例提供了一种检测方法，应用于上述安全输出电路，其中，所述双通道逻辑控制单元，包括：回读检测单元；所述方法包括：所述双通道逻辑控制单元通过控制所述双通道系统总线向所述双通道控制命令发生器发送主动故障检测命令，控制所述安全输出电路基于所述主动故障检测命令产生输出信号，其中，所述主动故障检测命令用于对安全输出电路进行故障检测，所述输出信号包括：所述双通道控制命令发生器输出的所述两路控制条件信号、所述磁耦合器输出的所述脉冲驱动信号、所述功率输出器输出的所述功率驱动电压中的一种或多种；所述回读检测单元对所述输出信号进行回读检测；当所述回读检测单元检测到所述输出信号正常时，所述回读检测单元向所述双通道逻辑控制单元发送用于指示所述安全输出电路发生故障的故障指示信息。本申请实施例提供的安全输出电路及控制、检测方法，主要由双通道逻辑控制单元、双通道控制命令发生器、磁耦合器、功率输出器四部分构成，其中，双通道逻辑控制单元，与双通道系统总线连接，用于控制双通道系统总线的使能命令的输出；双通道控制命令发生器，与双通道系统总线连接，用于接收双通道系统总线输出的使能命令；基于使能命令，输出两路控制条件信号；磁耦合器，分别与双通道控制命令发生器和功率输出器连接，用于基于两路控制条件信号，输出一路脉冲驱动信号；功率输出器，用于基于脉冲驱动信号，输出功率驱动电压。如此，通过双通道逻辑控制单元控制双通道系统总线的使能命令的输出，并通过双通道控制命令发生器与系统总线关联，将双通道控制命令发生器输出的两路控制条件信号作为磁耦合器的使能信号，而不是单纯靠器件引脚输出的简单方波脉冲来作为逻辑与门的使能信号，能够对控制条件信号进行安全检查；而使用磁耦合器单一器件来实现逻辑与门电路结构，电路结构简洁，元器件数量较少，占用板卡面积较小，使用寿命较长，过载能力较强，故障率较低，安全性和可靠性相对较高；此外安全输出电路中不含有机械结构，能够提高响应速率，及时关断输出电路，在器件故障时不影响导向安全功能。这样，就提高了安全输出电路的安全性。从而，将该安全输出电路应用到安全控制系统中时，还能够提高安全控制系统的安全性。本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构、所描述的方案来实现和获得。附图说明附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。图1为本申请实施例中的安全输出电路的结构示意图一；图2为本申请实施例中的安全输出电路的结构示意图二；图3为本申请实施例中的磁耦合器的结构示意图；图4A为本申请实施例中的负电压源的结构示意图一；图4B为本申请实施例中的负电压源的结构示意图二；图5为本申请实施例中的功率输出器的结构示意图；图6为本申请实施例中的控制方法的流程示意图；图7为本申请实施例中的检测方法的流程示意图一；图8为本申请实施例中的检测方法的流程示意图二。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种安全输出电路，其特征在于，所述电路包括：双通道逻辑控制单元、双通道控制命令发生器、磁耦合器和功率输出器，其中，/n所述双通道逻辑控制单元，与双通道系统总线连接，用于控制双通道系统总线的使能命令的输出；/n所述双通道控制命令发生器，与所述双通道系统总线连接，用于接收所述双通道系统总线输出的使能命令；基于所述使能命令，输出两路控制条件信号；/n所述磁耦合器，分别与所述双通道控制命令发生器和所述功率输出器连接，用于基于所述两路控制条件信号，输出一路脉冲驱动信号；/n所述功率输出器，用于基于所述脉冲驱动信号，输出功率驱动电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种安全输出电路，其特征在于，所述电路包括：双通道逻辑控制单元、双通道控制命令发生器、磁耦合器和功率输出器，其中，
所述双通道逻辑控制单元，与双通道系统总线连接，用于控制双通道系统总线的使能命令的输出；
所述双通道控制命令发生器，与所述双通道系统总线连接，用于接收所述双通道系统总线输出的使能命令；基于所述使能命令，输出两路控制条件信号；
所述磁耦合器，分别与所述双通道控制命令发生器和所述功率输出器连接，用于基于所述两路控制条件信号，输出一路脉冲驱动信号；
所述功率输出器，用于基于所述脉冲驱动信号，输出功率驱动电压。


2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述双通道控制命令发生器，包括：检查单元和输出单元，其中，
所述检查单元，用于基于所述两路控制条件信号，检查所述双通道系统总线的安全完整性；
所述输出单元，用于当所述检查单元检查到所述双通道系统总线的安全完整性为正常状态，输出所述两路控制条件信号。


3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述输出单元还包括：输出使能器，其中，
所述输出使能器，用于当所述检查单元检查到所述双通道系统总线的安全完整性为异常状态，关闭输出所述两路控制条件信号；或者，用于当所述检查单元检查到所述双通道系统总线的安全完整性为正常状态，且所述使能命令为用于指示关闭输出的关闭命令，关闭输出所述两路控制条件信号。


4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述双通道控制命令发生器，包括：第一通道脉冲源、第二通道脉冲源、恒流源和脉冲宽度调制PWM发生器，其中，
所述第一通道脉冲源，用于输出第一通道脉冲序列；
所述第二通道脉冲源，用于输出第二通道脉冲序列；
所述恒流源，与所述第一通道脉冲源连接，用于接收所述第一通道脉冲源输出的所述第一通道脉冲序列；基于所述第一通道脉冲序列，输出恒流控制信号，并将所述恒流控制信号作为第一通道控制条件信号发送至所述磁耦合器；
所述PWM发生器，与所述第二通道脉冲源连接，用于接收所述第二通道脉冲源输出的第二通道脉冲序列；基于所述第二通道脉冲序列，输出PWM信号，并将所述PWM信号作为第二通道控制条件信号发送至所述磁耦合器；
所述磁耦合器，分别与所述恒流源和所述PWM发生器连接，用于接收所述恒流控制信号和所述PWM信号；基于所述恒流控制信号和所述PWM信号，输出所述脉冲驱动信号。


5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述磁耦合器包括：输入侧和输出侧，其中，
所述输入侧包括：直流控制端和交流控制端，其中，所述直流控制端用于接收所述恒流控制信号，所述交流控制端用于接收所述PWM信号；
所述输出侧为一个驱动线圈，其中，所述驱动线圈用于当所述直流控制端所接收到的所述恒流控制信号的状态为有效，且所述交流控制端所接收到的所述PWM信号的状态为有效时，所述驱动线圈输出有效的所述脉冲驱动信号。


6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：负电压源，其中，
所述负电压源分别与所述磁耦合器和所述功率输出器连接；
所述负电压源，用于接收所述磁耦合器输出的所述脉冲驱动信号；基于所述脉冲驱动信号，输出负电压控制信号；
所述功率输出器，用于基于所述负电压控制信号，输出所述功率驱动电压。


7.一种控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6任一项所述的安全输出电路；
所述方法包括：
所述双通道逻辑控制单元通过控制所述双通道系统总线的使能命令的输出，控制所述双通道控制命令发生器输出相应状态的控制条件信号，其中，所述控制条件信号包括两路，每一路控制条件信号的状态分别包括：有...

【专利技术属性】
技术研发人员：李贺，汪小亮，黄亮，朱爱华，鲍正华，冯震，
申请(专利权)人：北京和利时系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11