【技术实现步骤摘要】
调速控制器模拟信号输入采集电路及其功能安全保障方法
本专利技术涉及数字电子调速控制器的
，尤其涉及一种调速控制器模拟信号输入采集电路及其功能安全保障方法。
技术介绍
功能安全是保障核电、石化等安全严苛领域设备及系统运行安全的关键技术，旨在防止安全相关装置因设计缺陷或者设备随机失效所造成的危险事故。数字电子调速控制器作为核电、石化等行业柴油发电机组、透平机组等众多设备的调速控制装置，其功能安全对保障相关设备和系统的安全可靠运行具有十分重要的价值。随着相关行业对功能安全要求的不断提高，传统的调速控制器由于未采用功能安全设计，已越来越难以满足实际应用需求。模拟信号采集是数字电子调速控制器必备的基本功能之一，传统的模拟信号采集只完成基本的数据采集功能，缺乏电路安全性及故障诊断能力，难以识别模拟信号采集电路自身及信号异常故障，给设备安全运行带来隐患。为此只能采取多个模拟信号采集模块构建冗余模拟信号采集子系统，或者直接由多个调速控制器冗余以提高系统的安全性和可靠性，导致系统结构复杂，成本高涨。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种调速控制器模拟信号输入采集电路及其功能安全保障方法，通过模拟信号输入采集电路的安全性及可诊断性设计结合功能安全CPU内置的功能安全软件，对模拟信号采集结果进行运算、判别，实现模拟输入及信号取样与采集电路故障的实时监测，并根据故障严重程度触发安全告警或安全失效保护，保障数字电子调速控制器的功能安全。本专利技术的目的是这样实现的：一种调速...
【技术保护点】
1.一种调速控制器模拟信号输入采集电路，其特征在于：它包括模拟信号输入保护电路、双路冗余信号取样及采集电路、数字隔离电路、功能安全CPU电路，双路冗余信号取样及采集电路包括信号取样及采集电路A和信号取样及采集电路B；所述功能安全CPU电路内置功能安全软件，对接收到的模拟信号输入采集结果进行运算、判别，实现模拟输入故障的实时监测，并根据故障严重性触发报警或安全失效保护，保障数字电子调速控制器的功能安全。/n
【技术特征摘要】
1.一种调速控制器模拟信号输入采集电路，其特征在于：它包括模拟信号输入保护电路、双路冗余信号取样及采集电路、数字隔离电路、功能安全CPU电路，双路冗余信号取样及采集电路包括信号取样及采集电路A和信号取样及采集电路B；所述功能安全CPU电路内置功能安全软件，对接收到的模拟信号输入采集结果进行运算、判别，实现模拟输入故障的实时监测，并根据故障严重性触发报警或安全失效保护，保障数字电子调速控制器的功能安全。
2.根据权利要求1所述的一种调速控制器模拟信号输入采集电路，其特征在于：所述模拟信号输入保护电路包括输入方式配置电阻R7、ESD和EMI保护用电容C1A、C1B、C2A、C2B及C2C、磁珠FB1A、FB1B及TVS二极管TVSA、TVSB、TVSC，输入限流用自恢复保险丝FUSEA、FUSEB，所述配置电阻R7阻值为0，焊接时输入信号为共地接入方式，不焊接时输入信号为浮地接入方式，输入信号SIG+端与电容C1A并联后经串联连接的磁珠FB1A、自恢复保险丝FUSEA与电容C2A及TVS二极管TVSA对地并联后形成受保护的输出信号AI+，输入信号SIG-端与电容C1B并联后经串联连接的磁珠FB1B、自恢复保险丝FUSEB与电容C2B及TVS二极管TVSB对地并联后形成受保护的输出信号AI-，电容C2C和TVS二极管TVSC共同并联连接至AI+和AI-端。
3.根据权利要求1所述的一种调速控制器模拟信号输入采集电路，其特征在于：所述信号取样及采集电路A包括独立的模拟电源A、信号取样及调理电路A和模拟-数字转换电路A，所述信号取样及采集电路B包括独立的模拟电源B、信号取样及调理电路B和模拟-数字转换电路B；输入信号同时接入所述信号取样及调理电路A和信号取样及调理电路B，所述信号取样及调理电路A连接至模拟-数字转换电路A，信号取样及调理电路B连接至模拟-数字转换电路B，为了实现模拟-数字转换电路A和模拟-数字转换电路B的互相监督，模拟-数字转换电路A的工作电源及参考电压取样信号V5_A和REF_A连接至模拟-数字转换电路B，模拟-数字转换电路B的工作电源及参考电压取样信号V5_B和REF_B连接至模拟-数字转换电路A，模拟-数字转换电路A和模拟-数字转换电路B同时对其自身的参考电压REF_A和REF_B进行采集，模拟-数字转换电路A和模拟-数字转换电路B分别通过SPI-A和SPI-B接口与功能安全CPU电路连接，模拟电源A给信号取样及调理电路A和模拟-数字转换电路A提供电源，模拟电源B给信号取样及调理电路B和模拟-数字转换电路B提供电源。
4.根据权利要求1所述的一种调速控制器模拟信号输入采集电路，其特征在于：所述信号取样及调理电路A和信号取样及调理电路B通过共用电阻R4与模拟输入信号AI+和AI-相连，实现模拟电流信号至模拟电压信号的转换，当变送器输出信号为模拟电压信号时，共用电阻R4不焊接，经电阻R4的模拟信号分别连接至电阻R1和电阻R9、R8以及电阻R5和电阻R11、R12构成的双重分压电路对模拟信号进行取样，一路取样信号经电阻R2和R6连接至仪表放大器U1形成输出信号SIG_A，另一路取样信号经取样分压电阻R9和R11连接至仪表放大器U2形成输出信号SIG_B，仪表放大器U1和U2正负输入端分别并联电容C4和C7并分别通过电容C3和C5及电容C6和C8对地连接用于滤除共模及差模干扰，仪表放大器U1和U2分别连接有增益设置电阻R3和R10用于设置信号放大倍数，仪表放大器U1和U2的参考电压REF_A和REF_B分别来自后续对应的模拟-数字转换电路A和模拟-数字转换电路B，参考电压REF_A和REF_B的接入用于识别模拟输入信号反接，若仪表放大器U1和U2的输出电压小于参考电压值，则模拟输入信号处于反接状态。
5.根据权利要求1所述的一种调速控制器模拟信号输入采集电路，其特征在于：所述模拟-数字转换电路A和模拟-数字转换电路B电路结构相同，均包括各自的多通道模拟数字转换芯片及其参考电压取样电路，模拟信号SIG_A0至SIG_A3来自信号取样及调理电路A，SIG_A0经电阻R13、R14及电容C9组成的对称输入电路接入多通道模拟数字转换芯片U3，SIG_A1至SIG_A3、信号取样及调理电路A的供电电源取样信号VAI_A、U3自身的参考电压取样信号REF_A以及模拟-数字转换电路B所用多通道模拟数字转换芯片的模拟电源取样信号V5_B和参考电压取样信号REF_B均通过与SIG_A0相同的输入电路接入多通道模拟数字转换芯片U3，所述多通道模拟数字转换芯片U3的参考电压输出信号REFOUT经电容C18接地滤波解耦后通过电阻R23连接至U4A构成的第一级电压跟随电路，U4A之输出经R26和R28分压、电容C20滤波后连接至U4B构成的第二级电压跟随电路生成参考电压取样信号REF_A。
6.根据权利要求1所述的一种调速控制器模拟信号输入采集电路，其特征在于：所述模拟电源A和模拟电源B采用DC-DC隔离电源模块加LDO稳压芯片产生双路冗余信号取样及采集电路所需的模拟信号调理电路电源VAI-A、VAI-B及模拟-数字转换芯片工作电源VCC_A、VCC_B，模拟电源A和模拟电源B产生的输出电源共地以方便模拟-数字转换电路A和模拟-数字转换电路B互相监督对方的工作状态。
7.根据权利要求1所述的一种调速控制器模拟信号输入采集电路，其特征在于：所述数字隔离电路包括数字隔离芯片U5、U7及反相器电路U6、U8，数字隔离芯片U5和反相器电路U6用于模拟-数字转换电路A与功能安全CPU电路的SPIA接口的电气隔离，数字隔离芯片U7和反相器电路U8用于模拟-数字转换电路B与功能安全CPU电路4SPIB接口的电气隔离，所述数字隔离芯片U5三路输入信号INA、INB、INC分别经端接电阻RP1连接至功能安全CPU电路SPIA端口的SPIA_CS#、SPIA_SCK、SPIA_SI信号，所述数字隔离芯片U5输出信号OUTD经端接电阻RP1连接至功能安全CPU电路SPIA端口的SPIA_SO信号，SPIA_CS#信号经反相器U6接入U5的EN1引脚用于保证SP...
【专利技术属性】
技术研发人员：许飞云，刘桂兴，万志云，胡乾隆，刘俊，
申请(专利权)人：江苏利核仪控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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