一种二取二故障安全输出结构检测系统的制作方法
【专利摘要】一种二取二故障安全输出结构检测系统，其包括括第一微处理器、第二微处理器、输出电路、输出驱动电路、输出驱动回采电路以及安全控制器；所述安全控制器连接一电源正极与所述输出驱动电路，所述输出驱动电路控制所述输出电路的通断，所述输出驱动回采电路对所述输出驱动电路回采得到两路回采信号，所述第一微处理器、第二微处理器控制所述输出驱动电路的通断并接收所述回采信号并表决输出一第一反馈控制信号至所述安全控制器，所述安全控制器接收所述第一反馈控制信号并控制自身导通或断开。本发明通过对输出驱动电路进行回采，实现对输出驱动电路开关能力的测试；同时通过对安全继电器与输出继电器的接点进行检测，避免因混线造成的错误输出。
【专利说明】一种二取二故障安全输出结构检测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动化安全控制【技术领域】，尤其涉及一种二取二故障安全输出结构检测系统。
【背景技术】
[0002]目前的安全控制系统绝大多数都是计算机控制系统，一旦系统不能正常工作，有可能向被控设备输出危险的控制信号，从而造成人员伤亡和财产损失。因此铁路、核电、石化等领域都不可避免地会涉及安全输出的问题，安全输出的准确可靠性对于整个控制系统直接起着决定性的作用。
[0003]当前，故障安全输出常见的结构有2取2，3取2结构，普遍只使用组合故障安全技术，安全措施相对单一，缺乏多重保障。
[0004]现有技术中，现场的控制设备存在混线输出的隐患，即线路混联造成错误输出的防护功能非常薄弱，线路一旦混线，如有输出就有风险，造成不应吸起的继电器吸起，造成误动作，如果这种误动作发生在道岔，就会造成道岔误转动，后果非常严重。
[0005]现有技术中，在检测方面存在缺陷，对输出的回采都是自身处理器完成，不能避免微处理器自身的系统错误导致的误采集。同时对自身电路进行自检的设计又缺乏实时性，不能第一时间发现故障的存在。
[0006]所以目前迫切需要一种足够安全且能对自身电路进行实时自检的二取二故障安全输出结构及其检测方法。
【发明内容】
[0007]本发明提供了 一种二取二故障安全输出结构检测系统，其特征在于，包括第一微处理器、第二微处理器、输出电路、输出驱动电路、输出驱动回采电路以及安全控制器；
所述安全控制器连接一电源正极与所述输出驱动电路，所述输出驱动电路与所述输出电路连接并控制所述输出电路的通断；所述第一微处理器、第二微处理器分别连接所述输出驱动电路并控制所述输出驱动电路的通断；
所述输出驱动回采电路连接所述输出驱动电路并对所述输出驱动电路回采得到两路回采信号，所述输出驱动回采电路将所述两路回采信号分别发送至所述第一微处理器、第二微处理器，所述第一微处理器、第二微处理器分别接收所述回采信号并表决输出一第一反馈控制信号至所述安全控制器，所述安全控制器接收所述第一反馈控制信号并控制自身导通或断开。
[0008]较佳地,所述输出电路包括一输出继电器，所述输出驱动电路包括输出线圈负极驱动电路、输出线圈正极驱动电路；
所述线圈负极驱动电路、输出线圈正极驱动电路分别连接所述输出继电器的线圈负极、正极，所述第一微处理器、第二微处理器分别连接所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路并分别向所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路输出一控制信号，所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路接收所述控制信号执行导通或断开。
[0009]较佳地,所述输出驱动回采电路包括正极驱动回采电路与负极驱动回采电路，所述正极驱动回采电路连接所述输出线圈正极驱动电路并对所述输出线圈正极驱动电路回采得到一正极回采信号，所述负极驱动回采电路连接所述输出线圈负极驱动电路并对所述输出线圈负极驱动电路回采得到一负极回采信号。
[0010]较佳地，所述第一微处理器、第二微处理器分别发送第一检测电平信号、第二检测电平信号至所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路，所述正极驱动回采电路、负极驱动回采电路分别对所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路进行回采得到正电平回采信号、负电平回采信号，所述第一微处理器、第二微处理器根据所述负电平回采信号、正电平回采信号表决输出一第二反馈控制信号至所述安全控制器，所述安全控制器接收所述第二反馈控制信号并控制自身导通或断开。
[0011]较佳地，其还包括一脉冲信号发生器，所述脉冲信号发生器分别与所述第一微处理器、第二微处理器连接，所述脉冲信号发生器分别向所述第一微处理器、第二微处理器实时发送自检脉冲信号；
所述第一微处理器接收所述自检脉冲信号并输出第一快速短脉冲信号至所述输出线圈正极驱动电路，所述第二微处理器接收所述自检脉冲信号并输出第二快速短脉冲信号至所述输出线圈负极驱动电路，所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路在所述第一快速短脉冲信号、第二快速短脉冲信号的驱动下产生第一快速短脉冲反馈信号、第二快速短脉冲反馈信号，所述负极驱动回采电路、正极驱动回采电路分别回采所述第二快速短脉冲反馈信号、第一快速短脉冲反馈信号并输出给所述第一微处理器、第二微处理器，所述第一微处理器、第二微处理器根据所述第二快速短脉冲反馈信号、第一快速短脉冲反馈信号并表决输出第三反馈控制信号至所述安全控制器，所述安全控制器接收所述第三反馈控制信号并控制自身导通或断开。
[0012]较佳地，所述安全控制器包括一安全继电器，所述安全继电器与输出继电器的一端接点连接所述脉冲信号发生器，所述安全继电器的另一接点分别通过接点回采电路连接所述第一微处理器、第二微处理器，所述输出继电器的另一端接点分别通过接点回采电路连接所述第一微处理器、第二微处理器，所述第一微处理器、第二微处理器根据各接点回采电路回采得到的接点状态表决输出第四反馈控制信号至所述安全控制器。
[0013]较佳地，所述正电驱动电路与负电驱动电路分别为光继电器，所述光继电器包括MOS管与光电二极管，所述光电二极管通过所述第一微处理器或第二微处理器驱动。
[0014]较佳地，所述各回采检测电路包括光电二极管与光敏三极管，所述光敏三极管与所述第一微处理器或第二微处理器连接并输出信号至所述第一微处理器或第二微处理器。
[0015]较佳地，所述安全继电器为重力继电器。
[0016]本发明提供的二取二故障安全输出结构检测系统在能够实现二取二故障安全输出的基础上，通过对输出继电器的线圈两端进行回采，实现了对输出线圈正极驱动电路、负极驱动电路开关能力的测试，极大的提高了输出的可靠性；同时通过对安全继电器与输出继电器的接点进行检测，避免因混线造成的错误输出，对混线有很好的防护功能。
[0017]当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例提供的二取二故障安全输出结构检测系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的二取二故障安全输出结构检测系统静态检测时序图；
图3为本发明实施例提供的二取二故障安全输出结构检测系统动态脉冲示意图；
图4为本发明实施例提供的二取二故障安全输出结构检测系统动态检测时序图。
具体实施例
[0019]本发明实施例提供了一种二取二故障安全输出结构检测系统，其包括第一微处理器、第二微处理器、输出电路、输出驱动电路、输出驱动回采电路以及安全控制器；
所述安全控制器连接一电源正极与所述输出驱动电路，所述输出驱动电路与所述输出电路连接并控制所述输出电路的通断；所述第一微处理器、第二微处理器分别连接所述输出驱动电路并控制所述输出驱动电路的通断；
所述输出驱动回采电路连接所述输出驱动电路并对所述输出驱动电路回采得到两路回采信号，所述输出驱动回采电路将所述两路回采信号分别发送至所述第一微处理器、第二微处理器，所述第一微处理器、第二微处理器分别接收所述回采信号并表决输出一第一反馈控制信号至所述安全控制器，所述安全控制器接收所述第一反馈控制信号并控制自身导通或断开。
[0020]如图1所示，所述输出电路包括一输出继电器，所述输出驱动电路包括输出线圈负极驱动电路、输出线圈正极驱动电路；
所述线圈负极驱动电路、输出线圈正极驱动电路分别连接所述输出继电器的线圈负极、正极，所述第一微处理器、第二微处理器分别连接所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路并分别向所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路输出一控制信号，所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路接收所述控制信号执行导通或断开。
[0021 ] 本实施例中，所述输出驱动回采电路包括正极驱动回采电路与负极驱动回采电路，所述正极驱动回采电路连接所述输出线圈正极驱动电路并对所述输出线圈正极驱动电路回采得到一正极回采信号，所述负极驱动回采电路连接所述输出线圈负极驱动电路并对所述输出线圈负极驱动电路回采得到一负极回采信号。
[0022]所述第一微处理器、第二微处理器分别发送第一检测电平信号、第二检测电平信号至所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路，所述正极驱动回采电路、负极驱动回采电路分别对所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路进行回采得到正电平回采信号、负电平回采信号，所述第一微处理器、第二微处理器根据所述负电平回采信号、正电平回采信号表决输出一第二反馈控制信号至所述安全控制器，所述安全控制器接收所述第二反馈控制信号并控制自身导通或断开。
[0023]本实施例中，安全控制器包括一安全继电器、安全线圈正极驱动电路以及安全线圈负极驱动电路，如图1所示，第一微处理器为微处理器A，第二微处理器为微处理器B，输出继电器正电驱动电路与输出继电器负电驱动电路为光继电器U2与光继电器U4，光继电器包括发光二极管与MOS管；当系统需要进行输出时，微处理器A和微处理器B输出一控制信号至安全线圈正极驱动电路、安全线圈负极驱动电路，安全继电器的线圈得电，安全继电器在线圈得电后吸起，同时微处理器A、微处理器B分别两个另一控制信号分别控制光继电器U2、U5的发光二极管发光，使光继电器U2、U5的MOS管导通，此时，正电会通过安全继电器接点以及光继电器U2的MOS管到达继电器线圈，使继电器线圈得电，继电器吸起。
[0024]本实施例中，安全继电器K2为重力继电器，在重力继电器失电时，依靠自身的重力导向安全侧。
[0025]本实施例中，当微处理器A、微处理器B检测到正极回采信号、负极回采信号中的任意一信号有错误时，微处理器A与微处理器B控制安全继电器的线圈失电使安全继电器断开进入安全状态。如微处理器A与微处理器B未检测到正极回采信号、负极回采信号的错误，则微处理器与A微处理器B控制安全继电器的线圈得电使安全继电器处于工作状态。
[0026]本实施例继电器线圈状态回采微处理器A和微处理器B交叉互检，避免微处理器自身的系统错误导致的误采集。
[0027]本实施例提供的检测系统还包括一脉冲信号发生器，所述脉冲信号发生器分别与微处理器A、微处理器B连接，所述脉冲信号发生器分别向微处理器A、微处理器B实时发送自检脉冲信号；
微处理器A接收所述自检脉冲信号并输出第一快速短脉冲信号至所述输出线圈正极驱动电路，微处理器B接收所述自检脉冲信号并输出第二快速短脉冲信号至所述输出线圈负极驱动电路，所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路在所述第一快速短脉冲信号、第二快速短脉冲信号的驱动下产生第一快速短脉冲反馈信号、第二快速短脉冲反馈信号，所述负极驱动回采电路、正极驱动回采电路分别回采所述第二快速短脉冲反馈信号、第一快速短脉冲反馈信号并输出给微处理器A、微处理器B，微处理器A、微处理器B根据所述第二快速短脉冲反馈信号、第一快速短脉冲反馈信号并表决输出第三反馈控制信号至所述安全控制器，所述安全控制器接收所述第三反馈控制信号并控制自身导通或断开。
[0028]所述安全控制器包括一安全继电器，所述安全继电器与输出继电器的一端接点连接所述脉冲信号发生器，所述安全继电器的另一接点分别通过接点回采电路连接微处理器A、微处理器B，所述输出继电器的另一端接点分别通过接点回采电路连接微处理器A、微处理器B，微处理器A、微处理器B根据各接点回采电路回采得到的接点状态表决输出第四反馈控制信号至所述安全控制器。
[0029]微处理器A和微处理器B分别回采安全继电器的接点状态，任一接点状态与安全继电器输出不一致，单个微处理器就能控制系统进入安全态，微处理器A和微处理器B同时也都回采输出继电器的前、后接点状态，任一接点状态与继电器输出不一致，单个微处理器就能控制系统进入安全态。
[0030]本发明提供的动态脉冲信号发生器Φ I可以产生4种信号，PHII, PHI2, PHIIR,PHI2R，其中PHIl和PHI2信号占空比均为25%，两者相位相差180度，PHIIR和PHI2R信号占空比均为50%，两者相位相差180度，PHIlR与PHIl相位相同，PHI2R与PHI2相位相同；
脉冲信号PHIlR分别与微处理器A和微处理器B相连，脉冲信号PHI2R分别与微处理器A和微处理器B相连，当微处理器检测到PHIlR和PHI2R的幅值与预期存储的幅值偏差超过一定范围的时候，系统进入安全状态。
[0031]安全继电器与输出继电器的前、后接点回米中均串入动态脉冲信号，脉冲信号PHIl串入前接点，脉冲信号PHI2串入后接点，当微处理器回采到常为高即开路、常为低即短路，正常的信号应该是一个编码值，前后接点的编码值不同，避免因混线造成的错误输出，对混线有很好的防护功能。
[0032]本实施例中，自检脉冲信号可以是PHI1R，也可以是PHI2R，本实施例中PHIlR和PHI2R信号占空比均为50%，脉冲信号PHIlR分别与微处理器A和微处理器B相连，脉冲信号PHI2R分别与微处理器A和微处理器B相连，当微处理器检测到PHIlR和PHI2R的幅值与预期存储的幅值偏差超过一定范围的时候，通过控制安全继电器的线圈失电进入安全状态。当然本实施例还提供的用于微处理器A与微处理器B自检的信号并不限定为脉冲信号，也可以为其他种类的信号，如正弦波信号、锯齿信号等，本实施例仅为本发明的一较佳的实施方式。
[0033]本实施例，通过微处理器A与微处理器B发送检测电平信号检测为静台检测，静态检测时序如图2所示，
输出继电器状态描述:
1、输出继电器失电，测试周期依次打开输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路，并且回读到正确的状态；
2、输出继电器得电，输出继电器负极回采、输出继电器正极回采和输出继电器的接点回米正确；
3、输出线圈正极驱动电路与输出线圈负极驱动电路没有输出，但是回采检测到输出线圈正极驱动电路输出.错误原因:
-输出线圈正极驱动电路常态 -正极驱动回采电路只能检测使能状态
4、输出线圈正极驱动电路与输出线圈负极驱动电路没有输出，但是回采检测到输出线圈正极驱动电路与输出线圈负极驱动电路有输出，输出继电器没有吸合；
错误原因:
-输出线圈正极驱动电路与输出线圈负极驱动电路常闭，正极驱动回采电路与负极驱动回采电路检测到开关状态
-正极驱动回采电路与负极驱动回采电路仅仅检测了输出线圈正极驱动电路与输出线圈负极驱动电路的状态
5、输出线圈正极驱动电路的测试电平有一个输出，但是没有相对应的反馈。
[0034]错误原因:
-输出线圈正极驱动电路不能开关 -正极驱动回采电路不能识别开关状态。
[0035]6、输出继电器应该吸合，回读只检测到一个输出线圈负极驱动电路导通，输出继电器落下；
错误原因:输出线圈正极驱动电路失效
7、没有输出控制信号至输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路，但是回采检测到输出继电器有输出，输出继电器接点回读检测到励磁状态
错误原因:输出线圈正极驱动电路与输出线圈负极驱动电路常闭。(光继电器粘连) 8、输出继电器应该吸合，但是回采检测到继电器没有吸合。
[0036]错误原因:
-缺少24V电源
-或者输出线圈正极驱动电路与输出线圈负极驱动电路不能闭合。
[0037]9、输出线圈正极驱动电路与输出线圈负极驱动电路没有输出，输出回读正确，但是输出继电器的接点回读是负的。
[0038]错误原因:
-输出继电器接点保持粘连 -输出继电器接点回采的电源线断路
动态检测特指输出继电器吸起状态下的检测；输出继电器(主要是机械继电器)线圈得电状态下，接点吸起。由于机械继电器寿命没有光继电器长，这就要求在光继电器自检时机械继电器一定不能吸起(如果此时吸起，一是影响机械继电器寿命，二是可能造成误动作)。光继电器的检测原理是:光继电器的响应时间比机械继电器要快的多，当光继电器导通时，机械继电器并未导通，可以令输出系统只在快于机械继电器的响应时间的短暂时间内(4ms左右)输出自检信号，而此时机械继电器是不会动作的，这时检测光继电器的交叉回采信号就可以对光继电器的状态做出判断。
[0039]动态检测时微处理器A和微处理器B在外部PHIlR的上升沿和下降沿同步输出动态脉冲，动态脉冲示意图如图3所示,动态检测时序图如图4所示；
动态检测时序继电器状态描述:
1、输出继电器得电，输出线圈正极驱动电路和输出线圈负极驱动电路同时周期性输出动态脉冲，输出继电器线圈的两端回采和输出继电器接点回采正确；
2、输出线圈正极驱动电路输出有效驱动脉冲，但是正极驱动回采电路没有回采到相应的反馈(输出线圈负极驱动电路同理);
错误原因:
-输出线圈正极驱动电路不能开关 -输出线圈负极驱动电路不能识别开关状态。
[0040]3、输出线圈正极驱动电路和输出线圈负极驱动电路均输出有效驱动脉冲，但是都没有相对应的反馈；
错误原因:
-缺少24V电源
-或者输出线圈正极驱动电路与输出线圈负极驱动电路不能闭合。
[0041]4、两个输入回采电路都检测输出开关保持导通常态，输出继电器吸合；
错误原因:
-输出线圈正极驱动电路与输出线圈负极驱动电路常闭(光继电器粘连)，输入回采到开关状态
-输入回采仅仅检测了开关状态
本发明提供的二取二故障安全输出结构检测系统在能够实现二取二故障安全输出的基础上，通过对输出继电器的两端进行回采，实现对输出驱动电路开关能力的测试，极大的提高了输出的可靠性；同时通过对安全继电器与输出继电器的接点进行检测，避免因混线造成的错误输出，对混线有很好的防护功能。
[0042]以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的【具体实施方式】。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属【技术领域】技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
【权利要求】
1.一种二取二故障安全输出结构检测系统,其特征在于，包括第一微处 理器、第二微处理器、输出电路、输出驱动电路、输出驱动回采电路以及安全控制器； 所述安全控制器连接一电源正极与所述输出驱动电路，所述输出驱动电路与所述输出电路连接并控制所述输出电路的通断；所述第一微处理器、第二微处理器分别连接所述输出驱动电路并控制所述输出驱动电路的通断； 所述输出驱动回采电路连接所述输出驱动电路并对所述输出驱动电路回采得到两路回采信号，所述输出驱动回采电路将所述两路回采信号分别发送至所述第一微处理器、第二微处理器，所述第一微处理器、第二微处理器分别接收所述回采信号并表决输出一第一反馈控制信号至所述安全控制器，所述安全控制器接收所述第一反馈控制信号并控制自身导通或断开。
2.如权利要求1所述的二取二故障输出结构检测系统，其特征在于，所述输出电路包括一输出继电器，所述输出驱动电路包括输出线圈负极驱动电路、输出线圈正极驱动电路； 所述线圈负极驱动电路、输出线圈正极驱动电路分别连接所述输出继电器的线圈负极、正极，所述第一微处理器、第二微处理器分别连接所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路并分别向所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路输出一控制信号，所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路接收所述控制信号执行导通或断开。
3.如权利要求2所述的二取二故障输出结构检测系统，其特征在于，所述输出驱动回采电路包括正极驱动回采电路与负极驱动回采电路，所述正极驱动回采电路连接所述输出线圈正极驱动电路并对所述输出线圈正极驱动电路回采得到一正极回采信号，所述负极驱动回采电路连接所述输出线圈负极驱动电路并对所述输出线圈负极驱动电路回采得到一负极回采信号。
4.如权利要求3所述的二取二故障安全输出系统，其特征在于，所述第一微处理器、第二微处理器分别发送第一检测电平信号、第二检测电平信号至所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路，所述正极驱动回采电路、负极驱动回采电路分别对所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路进行回采得到正电平回采信号、负电平回采信号，所述第一微处理器、第二微处理器根据所述负电平回采信号、正电平回采信号表决输出一第二反馈控制信号至所述安全控制器，所述安全控制器接收所述第二反馈控制信号并控制自身导通或断开。
5.如权利要求4所述的二取二故障安全输出系统，其特征在于，其还包括一脉冲信号发生器，所述脉冲信号发生器分别与所述第一微处理器、第二微处理器连接，所述脉冲信号发生器分别向所述第一微处理器、第二微处理器实时发送自检脉冲信号； 所述第一微处理器接收所述自检脉冲信号并输出第一快速短脉冲信号至所述输出线圈正极驱动电路，所述第二微处理器接收所述自检脉冲信号并输出第二快速短脉冲信号至所述输出线圈负极驱动电路，所述输出线圈正极驱动电路、输出线圈负极驱动电路在所述第一快速短脉冲信号、第二快速短脉冲信号的驱动下产生第一快速短脉冲反馈信号、第二快速短脉冲反馈信号，所述负极驱动回采电路、正极驱动回采电路分别回采所述第二快速短脉冲反馈信号、第一快速短脉冲反馈信号并输出给所述第一微处理器、第二微处理器，所述第一微处理器、第二微处理器根据所述第二快速短脉冲反馈信号、第一快速短脉冲反馈信号并表决输出第三反馈控制信号至所述安全控制器，所述安全控制器接收所述第三反馈控制信号并控制自身导通或断开。
6.如权利要求5所述的二取二故障安全输出系统，其特征在于，所述安全控制器包括一安全继电器，所述安全继电器与输出继电器的一端接点连接所述脉冲信号发生器，所述安全继电器的另一接点分别通过接点回采电路连接所述第一微处理器、第二微处理器，所述输出继电器的另一端接点分别通过接点回采电路连接所述第一微处理器、第二微处理器，所述第一微处理器、第二微处理器根据各接点回采电路回采得到的接点状态表决输出第四反馈控制信号至所述安全控制器。
7.如权利要求1-6中任一项所述的二取二故障安全输出系统,其特征在于,所述正电驱动电路与负电驱动电路分别为光继电器，所述光继电器包括MOS管与光电二极管，所述光电二极管通过所述第一微处理器或第二微处理器驱动。
8.如权利要求1-6中任一项所述的二取二故障安全输出系统,其特征在于,所述各回米检测电路包括光电二极管与光敏三极管，所述光敏三极管与所述第一微处理器或第二微处理器连接并输出信号至所述第一微处理器或第二微处理器。
9.如权利要求6中任一项所述的二取二故障安全输出系统，其特征在于，所述安全继电器为重力继电器。
【文档编号】G05B23/02GK103941718SQ201410050090
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年2月13日 优先权日:2014年2月13日
【发明者】姜雪明, 陈志华, 卢志强, 谭平, 赵鸿鸣 申请人:浙江网新中控信息技术有限公司