(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911241185.4
(22)申请日 2019.12.06
(71)申请人 北京和利时智能技术有限公司
地址 100176 北京市北京经济技术开发区
地盛中路2号院1号楼5层1510-1515
申请人 宁波和利时智能科技有限公司
(72)发明人 肖素委 王辉 关站东 孙任贵
吴波波 刘建军 尹俊杰 陈中川
管邦慧 周东红 雷志军 朱毅明
(74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限
公司 11227
代理人 豆贝贝
(51)Int.Cl.
G05B 19/05(2006.01)
(54)发明名称一种数字量输出冗余电路和PLC控制系统(57)摘要本申请公开了一种数字量输出冗余电路和PLC控制系统，该电路包括与PLC控制系统的处理器连接的两个相互冗余的信号输出电路。信号输出电路还与负载连接，用于将信号输出端输出的数字量信号输送到负载；信号输出电路还连接有通道回读自诊断电路，用于对信号输出电路是否发生异常进行诊断；当全部信号输出电路均正常时，全部信号输出电路同时输送数字量信号，在部分信号输出电路异常时，其余正常的信号输出电路输送数字 量信号。从这里可以看出，由于有相互冗余的信号输出电路，从而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，
提高了PLC控制系统的可靠性。权利要求书1页 说明书5页 附图3页CN 110888390 A 2020.03.17
C N 110888390
A
1.一种数字量输出冗余电路，应用于PLC控制系统，所述PLC控制系统包括处理器，其特征在于，所述数字量输出冗余电路包括与所述处理器的信号输出端连接的至少两个相互冗余的信号输出电路，其中：
所述信号输出电路还与负载连接，用于将所述信号输出端输出的数字量信号输送到所述负载；
所述信号输出电路还连接有通道回读自诊断电路，用于对所述信号输出电路是否发生异常进行诊断；
当全部所述信号输出电路均正常时，全部所述信号输出电路同时输送所述数字量信号，在部分所述信号输出电路异常时，其余正常的所述信号输出电路输送所述数字量信号，在全部所述信号输出电路异常时，任一所述信号输出电路输出安全预设值。
2.如权利要求1所述的数字量输出冗余电路，其特征在于，所述信号输出电路包括DO集成电路和防反二极管，其中：
所述DO集成电路的输入端与所述信号输出端连接、输出端通过导线与所述负载连接；在用于连接所述DO集成电路的输出端的输出端正极的导线上设置有所述防反二极管，所述防反二极管的正极与所述输出端正极连接。
3.如权利要求2所述的数字量输出冗余电路，其特征在于，所有所述信号输出电路的输出端通过背板连接电路并联在一起。
4.如权利要求2所述的数字量输出冗余电路，其特征在于，所述DO集成电路包括故障诊断模块。 5.如权利要求4所述的数字量输出冗余电路，其特征在于，所述故障诊断模块所诊断的故障内容包括系统电源故障、现场电源故障检测、背板通信故障和单片机跑飞故障。
6.如权利要求1所述的数字量输出冗余电路，其特征在于，所述通道回读自诊断电路包括分压电阻、耦合器件、上拉电阻和放大电路，其中：
所述分压电阻的一端与所述信号输出电路连接，用于检测所述信号输出电路上的电压信号；
所述耦合器件用于将所述电压信号输出到所述放大电路的输入端；
所述放大电路的输入端通过上拉电阻与驱动电压输入端连接、输出端作为状态输出端，用于输出所述信号输出电路的输出电平信号，以使所述处理器根据所述输出电平信号判断所述信号输出电路是否发生故障。
7.如权利要求6所述的数字量输出冗余电路，其特征在于，所述耦合器件为光耦元件。
8.如权利要求6所述的数字量输出冗余电路，其特征在于，所述故障的类型包括断线故障、短路故障和通道过热故障。
9.一种PLC控制系统，其特征在于，设置有如权利要求1～8任一项所述的数字量输出冗余电路。
权 利 要 求 书1/1页CN 110888390 A
一种数字量输出冗余电路和PLC控制系统
技术领域
[0001]本申请涉及自动控制技术领域，更具体地说，涉及一种数字量输出冗余电路和PLC 控制系统。
背景技术
[0002]随着工业自动化技术的发展，PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制系统的冗余设计越来越引起重视。冗余设计能够提高整个系统可靠性、降低系统的失效率并提高了系统的平均无故障时间(MTBF)，保证系统的不间断运行，能够避免停产引起的经济损失。
[0003]目前的PLC控制系统上专注于控制、电源、通信的冗余设计，对于其IO冗余特别是数字量输出冗余的设计基本上没有，导致PLC控制系统在实际应用场景的输出可靠性较差，从而降低了系统的可靠性。
发明内容
[0004]有鉴于此，本申请提供一种数字量输出冗余电路和PLC控制系统，用于提高PLC控制系统的可靠性。
[0005]为了实现上述目的，现提出的方案如下：
[0006]一种数字量输出冗余电路，应用于PLC控制系统，所述PLC控制系统包括处理器，所述数字量输出冗余电路包括与所述处理器的信号输出端连接的至少两个相互冗余的信号输出电路，其中：
[0007]所述信号输出电路还与负载连接，用于将所述信号输出端输出的数字量信号输送到所述负载；
[0008]所述信号输出电路还连接有通道回读自诊断电路，用于对所述信号输出电路是否发生异常进行诊断；
[0009]当全部所述信号输出电路均正常时，全部所述信号输出电路同时输送所述数字量信号，在部分所述信号输出电路异常时，其余正常的所述信号输出电路输送所述数字量信号，在全部所述信号输出电路异常时，任一所述信号输出电路输出安全预设值。
[0010]可选的，所述信号输出电路包括DO集成电路和防反二极管，其中：
[0011]所述DO集成电路的输入端与所述信号输出端连接、输出端通过导线与所述负载连接；
[0012]在用于连接所述DO集成电路的输出端的输出端正极的导线上设置有所述防反二极管，所述防反二极管的正极与所述输出端正极连接。
[0013]可选的，所有所述信号输出电路的输出端通过背板连接电路并联在一起。[0014]可选的，所述DO集成电路包括故障诊断模块。
[0015]可选的，所述故障诊断模块所诊断的故障内容包括系统电源故障、现场电源故障检测、背板通信故障和单片机跑飞故障。
[0016]可选的，所述通道回读自诊断电路包括分压电阻、耦合器件、上拉电阻和放大电路，其中：
[0017]所述分压电阻的一端与所述信号输出电路连接，用于检测所述信号输出电路上的电压信号；
[0018]所述耦合器件用于将所述电压信号输出到所述放大电路的输入端；
[0019]所述放大电路的输入端通过上拉电阻与驱动电压输入端连接、输出端作为状态输出端，用于输出所述信号输出电路的输出电平信号，以使所述处理器根据所述输出电平信号判断所述信号输出电路是否发生故障。
[0020]可选的，所述耦合器件为光耦元件。
[0021]可选的，所述故障的类型包括断线故障、短路故障和通道过热故障。
[0022]一种PLC控制系统，设置有如上所述的数字量输出冗余电路。
[0023]从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种数字量输出冗余电路和PLC控制系统，该电路包括与PLC控制系统的处理器连接的两个相互冗余的信号输出电路。信号输出电路还与负载连接，用于将信号输出端输出的数字量信号输送到负载；信号输出电路还连接有通道回读自诊断电路，用于对信号输出电路是否发生异常进行诊断；当全部信号输出电路均正常时，全部信号输出电路同时输送数字量信号，在部分信号输出电路异常时，其余正常的信号输出电路输送数字量信号。从这里可以看出，由于有相互冗余的信号输出电路，从而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，提高了PLC控制系统的可靠性。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本申请实施例的一种数字量输出冗余电路的示意图；
[0026]图2为本申请实施例的一种信号输出电路的电路图；
[0027]图3为本申请实施例的一种通道回读自诊断电路的电路图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0029]实施例一
[0030]图1为本申请实施例的一种数字量输出冗余电路的电路图。
[0031]如图1所示，本实施例的数值量输出冗余电路应用于PLC控制系统，用于将PLC控制系统中处理器10通过其信号输出端输出的数字量信号输出到负载100，以实现PLC控制系统的控制功能。该数字量输出冗余电路包括两个相互冗余的信号输出电路20。
[0032]两个相互冗余的信号输出电路分别与处理器的相应信号输出端连接，且还与该PLC控制系统的负载连接，以便该处理器向负载输送数字量信号。
[0033]且，每个信号输出电路还设置有通道回读自诊断电路30，用于对信号输出电路的工作状态进行检测，以确定该信号输出电路是否发生异常，这里的异常包括断线故障、短路故障和通道过热故障。
[0034]本实施例中当所有信号输出电路都正常工作时，即没有上述的故障，则通过所有信号输出电路向相应负载输出数字量信号；如果部分信号输出电路发生异常，即发生上述故障，则将发生异常的信号输出电路予以屏蔽，只控制依然正常的信号输出电路向负载输出该数字量信号。
[0035]如果所有信号输出电路都发生异常，则将部分或全部的信号输出电路输出安全预设值。这样即使所有信号输出电路均发生故障，也能时PLC控制系统以一定的安全参数运行。
[0036]从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种数字量输出冗余电路，该电路应用于PLC控制系统，PLC控制系统包括处理器，数字量输出冗余电路包括与PLC控制系统的处理器连接的两个相互冗余的信号输出电路。信号输出电路还与负载连接，用于将信号输出端输出的数字量信号输送到负载；信号输出电路还连接有通道回读自诊断电路，用于对信号输出电路是否发生异常进行诊断；当全部信号输出电路均正常时，全部信号输出电路同时输送数字量信号，在部分信号输出电路异常时，其余正常的信号输出电路输送数字量信号。从这里可以看出，由于有相互冗余的信号输出电路，从而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，提高了PLC控制系统的可靠性。
[0037]本实施例中，每个信号输出电路包括DO集成电路21和防反二极管22，如图2所示。DO集成电路的输入端与处理器连接，输出端则通过导线与负载连接，防反二极管设置在该导线上，具体来说设置于与该输出端的输出端正极连接的导线上，且该防反二极管的正极与该输出端正极连接。
[0038]另外，与每个DO集成电路的输出端连接的导线通过板间连接器23并联在一起，即该板间连接器设置有两个接线端子，接线端子分别与上述DO集成电路连接的导线连接，并通过导线将该导线并联，接线端子则用于连接负载。
[0039]这里的DO集成电路包括有故障诊断模块，故障诊断模块用于对系统电源故障、现场电源故障检测、背板通信故障和单片机跑飞故障进行诊断。
[0040]系统电源故障，DO集成电路自诊断电路提前诊断系统电源故障，本机模块所有通道不输出，并通过冗余通讯电路将故障信息传送到正常对机模块。正常的对机模块所有通道正常输出。如果冗余的两个DO集成电路都发生系统电源故障，DO集成电路输出安全预设值。
[0041]现场电源故障、背板通讯故障及单片机跑飞故障，DO集成电路自诊断电路检测出相应的故障模式，本机模块所有通道不输出，通过冗余通讯电路将故障信息传送给对机模块。对机模块所有通道正常输出。冗余的两个DO集成电路都发生现场电源故障或者背板通讯故障火灾单片机跑飞故障，DO集成电路输出安全预设值。
[0042]且还可以进行详细诊断，详细诊断可以诊断通道断线、通道短路、通过过热。通道断线诊断，当通道输出低电平时，输出电压大于7.35V，通道判断断线，否则判断正常。当通
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