一种提高数字量输出可靠性的电路及系统发明专利

专利名称：一种提高数字量输出可靠性的电路及系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410779882.X

专利申请（专利权）人：河南许继继保电气自动化有限公司,许继电气股份有限公司
权利人地址：河南省许昌市城乡一体化示范区魏武大道与永兴东路交叉口向东150米路北

专利发明（设计）人：发明人:李宝伟,马赛,闫志辉,李旭,冯广杰,阳婕,姜自强

专利摘要：本发明涉及一种提高数字量输出可靠性的电路及系统，属于数字量可靠输出领域。该方案每组数字量输出支路中依次串联多个输出芯片，每个芯片具有多个晶体管，前级输出芯片的晶体管与后级芯片的晶体管相连形成多个数字量输出通道，输出芯片通过接收控制器指令打开或闭合晶体管，进而达到接通或关断数字量输出通道的效果。本发明在控制器发出关闭所有数字量输出通道的指令后，即使有一个输出芯片发生故障也不会影响整个数字量输出通道的关断，可以有效的提高数字量输出的可靠性。

主权利要求：
1.一种提高数字量输出可靠性的电路，包括数字电源输入端和数字量输出端，其特征在于，还包括若干组由多个与控制器连接的数字量输出芯片依次串联形成的输出支路；所述输出芯片中包括若干晶体管，所述每组输出支路中的前级数字量输出芯片中的晶体管的输出引脚接入后级数字量输出芯片中对应的晶体管的输入引脚形成与数字量输出端一一对应的数字量输出通道，所述数字电源输入端分别连接各个所述数字量输出通道的输入端，每个输出支路中的数字量输出通道的输出端均连接对应的数字量输出端，所述数字量输出芯片根据控制器发出的指令打开或闭合晶体管，使数字量通道接通或关断。
2.根据权利要求1所述的提高数字量输出可靠性的电路，其特征在于，所述数字量输出通道中串联有导通方向与数字量输出方向相同的防反二极管。
3.根据权利要求1所述的提高数字量输出可靠性的电路，其特征在于，若需要输出数字量，且所述控制器检测到某一输出支路中的某一数字量输出芯片故障时，接通另一输出支路上的所有数字量输出通道。
4.根据权利要求1所述的提高数字量输出可靠性的电路，其特征在于，若需要关闭数字量输出，且所述控制器检测到某一输出支路中的某一数字量输出芯片故障时，关断所有输出支路上的所有数字量输出通道。
5.根据权利要求1所述的提高数字量输出可靠性的电路，其特征在于，所述输出支路还连接有通道回读自诊断电路，所述通道回读自诊断电路用于对输出支路的实际输出是否发生异常进行诊断。
6.一种提高数字量输出可靠性的系统，包括数字电源输入端和数字量输出端，其特征在于，还包括若干组由多个与控制器连接的数字量输出芯片依次串联形成的输出支路；所述输出芯片中包括若干晶体管，所述每组输出支路中的前级数字量输出芯片中的晶体管的输出引脚接入后级数字量输出芯片中对应的晶体管的输入引脚形成与数字量输出端一一对应的数字量输出通道，所述数字电源输入端分别连接各个所述数字量输出通道的输入端，每个输出支路中的数字量输出通道的输出端均连接对应的数字量输出端，所述数字量输出芯片根据控制器发出的指令打开或闭合晶体管，使数字量通道接通或关断。
7.根据权利要求6所述的提高数字量输出可靠性的系统，其特征在于，所述数字量输出通道中串联有导通方向与数字量输出方向相同的防反二极管。
8.根据权利要求6所述的提高数字量输出可靠性的系统，其特征在于，若需要输出数字量，且所述控制器检测到某一输出支路中的某一数字量输出芯片故障时，接通另一输出支路上的所有数字量输出通道。
9.根据权利要求6所述的提高数字量输出可靠性的系统，其特征在于，若需要关闭数字量输出，且所述控制器检测到某一输出支路中的某一数字量输出芯片故障时，关断所有输出支路上的所有数字量输出通道。
10.根据权利要求6所述的提高数字量输出可靠性的系统，其特征在于，所述输出支路还连接有通道回读自诊断电路，所述通道回读自诊断电路用于对输出支路的实际输出是否发生异常进行诊断。 说明书 : 一种提高数字量输出可靠性的电路及系统技术领域[0001] 本发明涉及一种提高数字量输出可靠性的电路及系统，属于数字量可靠输出领域。背景技术[0002] 工业控制现场的设备大多需要长期连续运行，因此控制系统对稳定性及可靠性有着十分严苛的要求。目前的工业控制领域大多已使用PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)设备代替了传统的继电器电路系统，通过数字量实现对设备逻辑及顺序的控制。数字量输出作为控制信号的主要输出部分，其数据对控制行为的实时性和准确性有着尤为关键的作用。[0003] 现有的数字量输出模块，一般采用内部总线通讯来驱动开关芯片中的晶体管，实现数字量输出。此类方式安全快速，但较为依赖输出芯片及总线通讯可靠性，在输出芯片损坏或通讯异常时易发生误出口或拒出口等故障。[0004] 公布号为CN110888390A的中国专利申请公布文件公开了一种数字量输出冗余电路和PLC控制系统。该方案基于控制器连接两个相互冗余的信号输出电路，可以保证在部分信号输出电路发生异常时，依然能够使数字量信号输出到负载上。[0005] 但其并没有解决当输出芯片出现故障，由于例如输出芯片与控制器发生通讯故障，所以输出芯片并不能接收到控制器发出的关闭通道的命令，导致不能够可靠关闭发生故障芯片对应通道的数字量输出，进而输出芯片向负载传输错误的数字量信号。所以，目前亟需一种更加可靠的数字量输出方案。发明内容[0006] 本发明的目的是提供一种提高数字量输出可靠性的电路及系统，用以解决数字量输出芯片发生故障后，向负载传输错误数字量信号的问题。[0007] 为实现上述目的，本发明的方案包括：[0008] 本发明的一种提高数字量输出可靠性的电路，包括数字电源输入端和数字量输出端，其特征在于，还包括若干组由多个与控制器连接的数字量输出芯片依次串联形成的输出支路；输出芯片中包括若干晶体管，每组输出支路中的前级数字量输出芯片中的晶体管的输出引脚接入后级数字量输出芯片中对应的晶体管的输入引脚形成与数字量输出端一一对应的数字量输出通道，数字电源输入端分别连接各个数字量输出通道的输入端，每个输出支路中的数字量输出通道的输出端均连接对应的数字量输出端，数字量输出芯片根据控制器发出的指令打开或闭合晶体管，使数字量通道接通或关断。[0009] 进一步地，数字量输出通道中串联有导通方向与数字量输出方向相同的防反二极管。[0010] 进一步地，若需要输出数字量，且控制器检测到某一输出支路中的某一数字量输出芯片故障时，接通另一输出支路上的所有数字量输出通道。[0011] 进一步地，若需要关闭数字量输出，且控制器检测到某一输出支路中的某一数字量输出芯片故障时，关断所有输出支路上的所有数字量输出通道。[0012] 进一步地，输出支路还连接有通道回读自诊断电路，通道回读自诊断电路用于对输出电路的实际输出是否发生异常进行诊断。[0013] 一种提高数字量输出可靠性的系统，包括数字电源输入端和数字量输出端，其特征在于，还包括若干组由多个与控制器连接的数字量输出芯片依次串联形成的输出支路；输出芯片中包括若干晶体管，每组输出支路中的前级数字量输出芯片中的晶体管的输出引脚接入后级数字量输出芯片中对应的晶体管的输入引脚形成与数字量输出端一一对应的数字量输出通道，数字电源输入端分别连接各个数字量输出通道的输入端，每个输出支路中的数字量输出通道的输出端均连接对应的数字量输出端，数字量输出芯片根据控制器发出的指令打开或闭合晶体管，使数字量通道接通或关断。[0014] 进一步地，数字量输出通道中串联有导通方向与数字量输出方向相同的防反二极管。[0015] 进一步地，若需要输出数字量，且控制器检测到某一输出支路中的某一数字量输出芯片故障时，接通另一输出支路上的所有数字量输出通道。[0016] 进一步地，若需要关闭数字量输出，且控制器检测到某一输出支路中的某一数字量输出芯片故障时，关断所有输出支路上的所有数字量输出通道。[0017] 进一步地，输出支路还连接有通道回读自诊断电路，通道回读自诊断电路用于对输出电路的实际输出是否发生异常进行诊断。[0018] 本发明的有益效果为：本发明是改进型发明创造，本发明在设计数字量输出电路时，通过设置每个输出支路中的数字量输出芯片的多个晶体管的串联的连接关系，使每个输出支路形成与数字量输出端一一对应的多个数字量输出通道，数字电源输入端分别连接各个数字量输出通道的输入端，每个输出支路中的数字量输出通道的输出端均连接对应的数字量输出端。输出芯片在接收到控制器发出的关闭通道的指令后，即使某一个输出芯片发生故障，由于其它数字量输出通道为正常关断状态，所以可以有效地保证输出支路不会传输错误的数字量输出信号。附图说明[0019] 图1是本发明的一种数字量输出电路结构示意图；[0020] 图2是本发明的一种数字量输出芯片电路连接示意图。具体实施方式[0021] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。[0022] 本发明的构思在于，采用多组数字量输出支路共同驱动同一出口，每组数字量输出支路具有依次串联的多个数字量输出芯片，每个数字量输出芯片具有多个晶体管。考虑任意一个芯片在发生故障时，依然要保证其不会发生误出口或拒出口的情况，所以设置每个输出支路中的数字量输出芯片的多个晶体管的串联的连接关系，使每个输出支路形成与数字量输出端一一对应的多个数字量输出通道，数字电源输入端分别连接各个所述数字量输出通道的输入端，每个输出支路中的数字量输出通道的输出端均连接对应的数字量输出端。在控制器发出关闭所有数字量输出通道时，即使某一个数字量输出芯片发生故障，由于其它数字量输出通道为正常关断状态，数字量输出支路不会输出错误的数字量信号。[0023] 电路实施例：[0024] 本实施例提供了一种提高数字量输出可靠性的电路，如图1所示：[0025] 图中展示了本实施例中一种典型的提高数字量输出可靠性的电路结构，包括两组并联的数字量输出芯片，其中每组的前级数字量输出芯片与后级数字量输出芯片串联，电源同时接入A组前级数字量输出芯片VDD(VoltageDrainDrain，漏极电源电压)公共端与B组前级数字量输出芯片VDD公共端，形成两组输出支路，每组的前级数字量输出芯片的输出引脚接入后级数字量输出芯片的输入引脚；外部负载与两个后级数字量输出芯片的输出引脚相连，驱动电流经负载后回到直流电源负，控制器通过内部总线同时与A组前级数字量输出芯片、A组后级数字量输出芯片、B组前级数字量输出芯片以及B组后级数字量输出芯片连接并保持通讯，控制器可以通过总线通讯对数字量输出芯片进行故障诊断，控制每个数字量输出芯片的晶体管的打开或者闭合。整个电路中还包括了通道回读自诊断电路，用于判断数字量输出通道的实际输出是否发生异常。[0026] 在图2所示的芯片电路连接图中，每个输出芯片包括四个晶体管，VDD分别接入A组前级输出芯片每个晶体管的输入引脚，A组前级输出芯片每个晶体管的输出引脚分别对应接入A组后级输出芯片每个晶体管的输入引脚，A组后级输出芯片每个晶体管的输出引脚分别一一对应接入的数字量输出端(DigitalOutput)；VDD分别接入B组前级输出芯片每个晶体管的输入引脚，B组前级输出芯片每个晶体管的输出引脚分别对应接入B组后级输出芯片每个晶体管的输入引脚，B组后级输出芯片每个晶体管的输出引脚分别一一对应接入的数字量输出端，其中每个数字量输出芯片的每个晶体管都具有驱动(DRIVE)和监控(MONITOR)模块，其通过驱动模块控制晶体管导通与关断，通过监控模块达到对晶体管的监测功能。[0027] 当某一个输出芯片异常时，以A组前级数字量输出芯片故障为例：[0028] 控制器通过总线通讯发出接通全部通道的命令，由于此时A组前级数字量输出芯片发生故障，所以A组前级数字量输出芯片晶体管通断情况未知，A组后级数字量输出芯片晶体管打开，B组数字量输出芯片的所有晶体管打开，B组所有的数字量输出通道接通，控制器通过monitor功能，检测到A组前级输出芯片发生故障，所以电源电压可通过B组通道正常传输至负载。[0029] 控制器通过总线通讯发出关闭全部通道的命令，此时，A组前级数字量输出芯片晶体管通断情况未知，A组后级数字量输出芯片晶体管通道关断，B组数字量输出芯片的所有晶体管关断，所以两组的数字量输出通道全部关断，因此即使A组前级数字量输出芯片继续传输信号，依然无法到达A组后级输出芯片，此时两组输出支路不会将电源电压传输至负载。[0030] 同理，其它任意一个数字量输出芯片异常时，输出支路亦不会发生误出口或拒出口。同时，控制器可通过总线MONITOR功能确认数字量输出芯片故障情况，并回读数字量输出端口电压，与输入到电路中的电压进行比较，以确认输出电路运行正常，在单一数字量输出芯片异常或输出电路异常时能快速察觉并定位故障。[0031] 系统实施例：[0032] 该实施例提供了一种提高数字量输出可靠性的系统，该系统中设置了如方法实施例中介绍的提高数字量输出可靠性的电路，由于对该方法的介绍以足够清楚，故这里不再赘述。[0033] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

专利地区：河南

专利申请日期：2024-06-17

专利公开日期：2024-10-08

专利公告号：CN118746955A