基于專用cpu的冗余輸出的數(shù)字量輸出模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于專用CPU的冗余輸出的數(shù)字量輸出模塊，屬于工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，數(shù)字量輸出模塊(D0)是PLC工業(yè)控制產(chǎn)品中使用頻率最高的模塊之一。中國國內(nèi)的PLC市場基本被外國產(chǎn)品占領(lǐng)且并未從安全角度考慮到冗余和自診斷的問題。
[0003]例如，申請?zhí)枮镃N201220572296.0的專利公開了一種基于總線的防水型數(shù)字量輸出模塊，包括殼體、殼體內(nèi)包裹的主板和一連接插頭，所述殼體為防水鋁材質(zhì)的外殼體，所述連接插頭為航空插頭，所述殼體內(nèi)還包括一與主板連接并連接一從板的冗余模塊，所述冗余模塊為PCB基板，該防水型數(shù)字量輸出模塊還包括一 LED狀態(tài)指示裝置。本實用防護等級較高，為IP65，可在室外或者環(huán)境較為惡劣的環(huán)境下使用；本實用新型具有硬件冗余功能，當(dāng)主板出現(xiàn)故障，從板可以繼續(xù)工作。
[0004]例如，申請?zhí)枮镃N201220235266.0的專利公開了一種可熱插拔的PLC數(shù)字量輸出模塊，其屬于PLC數(shù)字量輸出裝置技術(shù)領(lǐng)域；所要解決的技術(shù)問題是提供一種帶熱插拔保護功能的PLC數(shù)字量輸出模塊；采用的技術(shù)方案是:一種可熱插拔的PLC數(shù)字量輸出模塊，包括:熱插拔電源模塊、MCU單元、數(shù)字量輸出單元、通訊單元和人機交互單元，所述MCU單元的電源端口與熱插拔電源模塊的電源輸出端相連，所述數(shù)字量輸出單元的輸入端與MCU單元的信號輸出端相連，所述MCU單元的通訊端口連接有通訊單元。
[0005]例如，申請?zhí)枮镃N200820219632.7的專利公開了一種不用CPU的MVB數(shù)字量輸出模塊，包括D0隔離電路和MVB物理接口，其特征在于還包括:內(nèi)部設(shè)有曼徹斯特編解碼單元、邏輯控制單元的FPGA;所述MVB總線通過MVB物理接口將信號傳送給FPGA進行處理后，通過D0隔離電路傳出；另外，還配有MVB地址配置器輸入模塊分配設(shè)備地址和邏輯地址。該MVB數(shù)字量輸出模塊符合IEC-61375的標(biāo)準(zhǔn)，具有高可靠性和高穩(wěn)定性，其中CPU和MVB協(xié)議控制器由一片F(xiàn)PGA完成，簡化了電路結(jié)構(gòu)特別適合在機車領(lǐng)域廣泛使用。
[0006]綜上所述，傳統(tǒng)的現(xiàn)有的數(shù)字量輸出模塊只是確保把CPU模塊送來的開關(guān)量信號正確輸出，外加一些保護電路，比如光電隔離，并沒有冗余和自診斷功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服上述技術(shù)問題的基于專用CPU的冗余輸出的數(shù)字量輸出模塊，本發(fā)明在實現(xiàn)開關(guān)量穩(wěn)定輸出的基礎(chǔ)上增加了冗余輸出并具備自診斷功能。
[0008]本發(fā)明包括:現(xiàn)場10連接座、功率固態(tài)繼電器、光耦隔離器、多路復(fù)用器、主控制器、etherCAT協(xié)議棧芯片、板卡底座連接器。本發(fā)明采用中國產(chǎn)CPU作為主控制器。本發(fā)明所述基于專用CPU的冗余輸出的數(shù)字量輸出模采用貼片式芯片及元器件。
[0009]所述現(xiàn)場10連接座、功率固態(tài)繼電器、多路復(fù)用器、etherCAT協(xié)議棧芯片、板卡底座連接器依次連接，所述主控制器分別與多路復(fù)用器、etherCAT協(xié)議棧芯片連接；所述功率固態(tài)繼電器、多路復(fù)用器通過光耦隔離器耦合。
[0010]本發(fā)明數(shù)字量輸出的數(shù)據(jù)源來自板卡底座連接器，通過EBUS進入etherCAT協(xié)議棧芯片；所述EBUS是德國倍福公司使用的低壓差分信號即LVDS標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)；etherCAT協(xié)議桟芯片與主控制器通過SPI進行數(shù)據(jù)通信；所述SPI (Serial PeripheralInterface)是串行外設(shè)接口，是一種高速的、全雙工、同步的通信總線；所述主控制器讀取所述etherCAT協(xié)議桟芯片內(nèi)的D0數(shù)據(jù)，并通過所述主控制器的GP1(General-PurposeInput/Output Ports,通用I/O端口)輸出。本發(fā)明將所述主控制器和所述etherCAT協(xié)議棧芯片的D0數(shù)據(jù)都輸出到所述多路復(fù)用器，所述D0即數(shù)字量輸出。當(dāng)所述主控制器正常運行時，所述多路復(fù)用器輸出所述主控制器的GP1 (General-Purpose Input/Output Ports,通用I/O端口 )傳來的DO數(shù)據(jù)；當(dāng)所述主控制器出現(xiàn)異常時，通過邏輯控制，輸出信號源自動切換，直接輸出所述etherCAT協(xié)議棧芯片的D0數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)冗余輸出，大大提高了可靠性。本發(fā)明的這種數(shù)據(jù)冗余機制有效地避免了數(shù)字量輸出模塊不及時輸出控制造成的損失，大大提高了自主可控的能力，同時也降低了成本。
[0011]本發(fā)明通過多路復(fù)用器經(jīng)過光耦隔離器驅(qū)動功率固態(tài)繼電器工作，將開關(guān)量信號輸出給現(xiàn)場10連接座再通過接線端子連接到現(xiàn)場設(shè)備。功率固態(tài)繼電器具有負(fù)載短路保護，過溫保護，欠壓關(guān)斷的功能。同時，功率固態(tài)繼電器的過溫診斷信號連接到主控制器使主控制器能通過讀取過溫診斷信號的數(shù)據(jù)以查看芯片是否異常并通過程序控制外接LED燈來顯示為何種異常情況。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點是具有冗余輸出、負(fù)載短路保護、過溫保護、欠壓關(guān)斷的功能，本發(fā)明采用工業(yè)級高可靠防雷擊抗強電磁高頻干擾電路設(shè)計、成本低、散熱良好、性能穩(wěn)定可靠、采用貼片式芯片及元器件，能夠適應(yīng)各種電磁干擾大、環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，在引弧電流、焊接電流、變頻器的工作場合均可穩(wěn)定使用。且數(shù)據(jù)雙重保護功能，冗余輸出。即使電路內(nèi)部CPU當(dāng)機也能輸出D0數(shù)據(jù)，確保重要控制信號的輸出。同時本發(fā)明能夠進行自檢測以方便及時發(fā)現(xiàn)異常并更換設(shè)備，因此，本發(fā)明具有較強的實用價值和現(xiàn)實意義。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明所述基于專用CPU的冗余輸出的數(shù)字量輸出模塊的電路原理框圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明包括:現(xiàn)場10連接座、功率固態(tài)繼電器、光耦隔離器、多路復(fù)用器、主控制器、etherCAT協(xié)議棧芯片、板卡底座連接器。所述現(xiàn)場10連接座、功率固態(tài)繼電器、多路復(fù)用器、etherCAT協(xié)議棧芯片、板卡底座連接器依次連接，所述主控制器分別與多路復(fù)用器、etherCAT協(xié)議棧芯片連接；所述功率固態(tài)繼電器、多路復(fù)用器通過光耦隔離器耦合。本發(fā)明采用中國產(chǎn)CPU作為主控制器。
[0015]本發(fā)明數(shù)字量輸出的數(shù)據(jù)源來自板卡底座連接器，通過EBUS進入etherCAT協(xié)議棧芯片；所述EBUS是德國倍福公司使用的低壓差分信號即LVDS標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)；etherCAT協(xié)議桟芯片與主控制器通過SPI進行數(shù)據(jù)通信；所述SPI (Serial PeripheralInterface)是串行外設(shè)接口，是一種高速的、全雙工、同步的通信總線；所述主控制器讀取所述etherCAT協(xié)議桟芯片內(nèi)的DO數(shù)據(jù)，并通過所述主控制器的GP1 (General-PurposeInput/Output Ports,通用I/O端口)輸出。本發(fā)明將所述主控制器和所述etherCAT協(xié)議棧芯片的DO數(shù)據(jù)都輸出到所述多路復(fù)用器，所述DO即數(shù)字量輸出。當(dāng)所述主控制器正常運行時，所述多路復(fù)用器輸出所述主控制器的GP1 (General-Purpose Input/Output Ports,通用I/O端口 )傳來的DO數(shù)據(jù)；當(dāng)所述主控制器出現(xiàn)異常時，通過邏輯控制，輸出信號源自動切換，直接輸出所述etherCAT協(xié)議棧芯片的DO數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)冗余輸出，大大提高了可靠性。本發(fā)明的這種數(shù)據(jù)冗余機制有效地避免了數(shù)字量輸出模塊不及時輸出控制造成的損失，大大提高了自主可控的能力，同時也降低了成本。本發(fā)明通過多路復(fù)用器經(jīng)過光耦隔離器驅(qū)動功率固態(tài)繼電器工作，將開關(guān)量信號輸出給現(xiàn)場10連接座再通過接線端子連接到現(xiàn)場設(shè)備。功率固態(tài)繼電器具有負(fù)載短路保護，過溫保護，欠壓關(guān)斷的功能。同時，功率固態(tài)繼電器的過溫診斷信號連接到主控制器使主控制器能通過讀取過溫診斷信號的數(shù)據(jù)以查看芯片是否異常并通過程序控制外接LED燈來顯示為何種異常情況。
[0016]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明公開的范圍內(nèi)，能夠輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.基于專用CPU的冗余輸出的數(shù)字量輸出模塊，其特征在于，包括:現(xiàn)場10連接座、功率固態(tài)繼電器、光耦隔離器、多路復(fù)用器、主控制器、etherCAT協(xié)議棧芯片、板卡底座連接器; 所述現(xiàn)場10連接座、功率固態(tài)繼電器、多路復(fù)用器、etherCAT協(xié)議棧芯片、板卡底座連接器依次連接，所述主控制器分別與多路復(fù)用器、etherCAT協(xié)議棧芯片連接；所述功率固態(tài)繼電器、多路復(fù)用器通過光耦隔離器耦合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于專用CPU的冗余輸出的數(shù)字量輸出模塊，其特征在于，所述主控制器采用中國產(chǎn)CPU。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于專用CPU的冗余輸出的數(shù)字量輸出模塊，其特征在于，所述etherCAT協(xié)議棧芯片與主控制器通過SPI進行數(shù)據(jù)通信。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于專用CPU的冗余輸出的數(shù)字量輸出模塊，其特征在于，所述基于專用CPU的冗余輸出的數(shù)字量輸出模采用貼片式芯片及元器件。
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于專用CPU的冗余輸出的數(shù)字量輸出模塊,包括：現(xiàn)場IO連接座、功率固態(tài)繼電器、光耦隔離器、多路復(fù)用器、主控制器、etherCAT協(xié)議棧芯片、板卡底座連接器。本發(fā)明采用中國產(chǎn)CPU作為主控制器；本發(fā)明的優(yōu)點是具有冗余輸出、負(fù)載短路保護、過溫保護、欠壓關(guān)斷的功能，本發(fā)明采用工業(yè)級高可靠防雷擊抗強電磁高頻干擾電路設(shè)計、成本低、散熱良好、性能穩(wěn)定可靠、采用貼片式芯片及元器件，能夠適應(yīng)各種電磁干擾大、環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，在引弧電流、焊接電流、變頻器的工作場合均可穩(wěn)定使用。且數(shù)據(jù)雙重保護功能，冗余輸出，即使電路內(nèi)部CPU當(dāng)機也能輸出DO數(shù)據(jù)，確保重要控制信號的輸出。
【IPC分類】G05B9/03
【公開號】CN105404140
【申請?zhí)枴緾N201510927662
【發(fā)明人】豐大軍, 燕瑋, 邢計元, 秦巖
【申請人】中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司第六研究所
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月14日