專利名稱：一種基于單穩(wěn)態(tài)電路和可編程邏輯器件的安全保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及切紙機(jī)控制系統(tǒng)中的一種安全保護(hù)電路，特別是一種基于單穩(wěn)態(tài)電路的成熟可靠和可編程邏輯器件(CPLD)技術(shù)的安全保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
安全性設(shè)計(jì)是切紙機(jī)控制系統(tǒng)的極端重要環(huán)節(jié)。切紙機(jī)用戶分布廣， 在大中小城市和農(nóng)村地區(qū)均有使用。因此必須考慮因復(fù)雜不規(guī)范的電網(wǎng)環(huán) 境可能帶來的控制系統(tǒng)的電路邏輯混亂，同時(shí)更要注意到缺乏崗前培訓(xùn)、 文化素質(zhì)不高的工人因誤操作出現(xiàn)的裁切損失以及人身安全性問題等突發(fā) 非正常情況。在PC/104工控機(jī)和單片機(jī)中，傳統(tǒng)的硬件看門狗電路WDT(Watchdog Timer)都是通過復(fù)位CPU來解除程序的"死循環(huán)"和"跑飛"等邏輯混亂 現(xiàn)象的。但是因?yàn)樵贑PU復(fù)位過程中所有參數(shù)需要初始化，不能保持現(xiàn)有 狀態(tài)，且時(shí)間較長(zhǎng)，所以在CPU復(fù)位過程中所有輸出信號(hào)處于失控狀態(tài)。 顯然，這樣的處理將造成切紙機(jī)的不確定狀態(tài)，出現(xiàn)可能的安全隱患，這 對(duì)于切紙機(jī)等安全性能要求較高的場(chǎng)合，WDT遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。發(fā)明內(nèi)容對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)和安全性要求較高的切紙機(jī)控制系統(tǒng)，為了克服現(xiàn)有技術(shù) 在CPU復(fù)位過程中所有輸出信號(hào)處于失控狀態(tài)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在 于，提供一種基于單穩(wěn)態(tài)電路和CPLD的安全保護(hù)電路。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案-- 一種基于單穩(wěn)態(tài)電路和可編程邏輯器件的安全保護(hù)電路，其特征在于該電路包括
一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊，用來接收CPU發(fā)出的正常工作循環(huán)脈沖，產(chǎn)生系 統(tǒng)工作正常信號(hào)；其輸入端不斷^C到來自CPU的刷新脈沖，則在輸出端產(chǎn)生 穩(wěn)定的高電平信號(hào)，若脈沖間隔超過設(shè)定范圍，則輸出端產(chǎn)生低電平信號(hào)；一可編程邏輯器件(CPLD)，用于鎖存單穩(wěn)態(tài)模塊的低電平信號(hào)，其內(nèi)部有兩個(gè)D觸發(fā)器，兩個(gè)D觸發(fā)器的輸入端均連接有非門，各個(gè)非門的輸入 端與單穩(wěn)態(tài)模塊的對(duì)應(yīng)的輸出端相連，而兩個(gè)D觸發(fā)器的輸出端連接有或 門；或門的輸出通過連接另一個(gè)或門，該另一個(gè)或門的輸出一方面連接一個(gè) 非門，用于輸出單元的使能控制，另一方面通過光電管連接外部安全繼電器， 安全繼電器連接有一個(gè)開關(guān)，通過輸出單元的使能控制，斷開所有輸出信號(hào)， 并切斷安全繼電器的開關(guān)，控制運(yùn)動(dòng)控制器的輸出繼電器的通斷。報(bào)警時(shí)間由單穩(wěn)態(tài)模塊輸入端的電阻、電容R1、 C1和R2、 C2來設(shè)定。 本實(shí)用新型的基于單穩(wěn)態(tài)電路和可編程邏輯器件CPLD的安全保護(hù)電 路，將成熟可靠的單穩(wěn)態(tài)電路和可編程邏輯器件(CPLD)的邏輯設(shè)計(jì)功能 靈活結(jié)合起來，在系統(tǒng)上電時(shí)，避免了由于信號(hào)電平不確定而引起的輸出 混亂；在CPU處于"死機(jī)"達(dá)到一定時(shí)間后立即切斷所有輸出，并產(chǎn)生報(bào) 警信號(hào)(指示燈，不通過CPU)，報(bào)警后可在操作員的指導(dǎo)下令CPU復(fù)位。 從而大大提高了系統(tǒng)的安全可靠性，消除了可能的安全隱患。


圖l是本實(shí)用新型的切紙機(jī)安全保護(hù)電路原理圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型的基于單穩(wěn)態(tài)電路和CPLD的安全保護(hù)電路，包括一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊，用來接收CPU發(fā)出的正常工作循環(huán)脈沖，產(chǎn)生系 統(tǒng)工作正常信號(hào)；其輸入端不斷收到來自CPU的刷新脈沖，則在輸出端產(chǎn)生
穩(wěn)定的高電平信號(hào)，若脈沖間隔超過設(shè)定范圍，則輸出端產(chǎn)生低電平信號(hào)；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊選用74HC123芯片，該芯片共有2個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，分別 通過來自單片機(jī)的輸出鎖存器的刷新脈沖信號(hào)和PC/104的對(duì)雙端口RAM的讀 寫信號(hào)來觸發(fā)，輸出信號(hào)的脈沖寬度可由RC來調(diào)整，當(dāng)輸出信號(hào)的有效寬度 大于輸入觸發(fā)信號(hào)的周期時(shí)，則輸出信號(hào)保持為高電平。若系統(tǒng)出現(xiàn)異?，F(xiàn) 象(如死機(jī)、死循環(huán)等)，輸入觸發(fā)信號(hào)的周期將大于輸出信號(hào)的有效寬度， 在1Q端或2Q端會(huì)出現(xiàn)低電平；可編程邏輯器件(CPLD)，用于鎖存單穩(wěn)態(tài)模塊的低電平信號(hào)，其內(nèi)部 有兩個(gè)D觸發(fā)器，兩個(gè)D觸發(fā)器的輸入端均連接有非門，各個(gè)非門的輸入端 與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊的對(duì)應(yīng)的輸出端相連，而兩個(gè)D觸發(fā)器的輸出端連接有或 門；或門的輸出通過連接另一個(gè)或門，該另一個(gè)或門的輸出一方面連接一個(gè) 非門，用于輸出單元的使能控制，另一方面通過光電管連接外部安全繼電器， 安全繼電器連接有一個(gè)開關(guān)，通過輸出單元的使能控制，斷開所有輸出信號(hào)， 并切斷安全繼電器的開關(guān)，控制運(yùn)動(dòng)控制器的輸出繼電器的通斷。報(bào)警時(shí)間由單穩(wěn)態(tài)模塊輸入端的電阻、電容R1、 Cl和R2、 C2來設(shè)定。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊的低電平信號(hào)使得可編程邏輯器件CPLD內(nèi)的兩個(gè)D觸發(fā) 器CP的輸出置低，不但在可編程邏輯器件CPLD內(nèi)通過OE控制切斷所有的輸出 信號(hào)，而且通過外部安全繼電器，將所有輸出繼電器的電源切斷，確保運(yùn)動(dòng) 控制器的輸出繼電器全部斷開。若經(jīng)過一段時(shí)間后，觸發(fā)信號(hào)恢復(fù)正常，但 由于CPLD內(nèi)觸發(fā)器設(shè)計(jì)的時(shí)序性，輸出仍保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，CPU可通過讀取觸 發(fā)器的狀態(tài)，對(duì)操作者進(jìn)行報(bào)警提示，并根據(jù)操作人員的指令來恢復(fù)輸出。在系統(tǒng)上電時(shí)，由于可編程邏輯器件CPLD連接的安全觸發(fā)器處于復(fù)位狀態(tài)，所有輸出均保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)初始化完成并在通訊正確以后，由單 片機(jī)通過脈沖信號(hào)，使安全觸發(fā)器置位，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，當(dāng)通信發(fā) 生錯(cuò)誤或系統(tǒng)響應(yīng)外部(機(jī)床)急停信號(hào)時(shí)，單片機(jī)則可通過將輸出控制信 號(hào)置低，切斷運(yùn)動(dòng)控制器的全部輸出。通過以上措施，有效的保證了輸出控制的安全性和可靠性。 一旦出現(xiàn)不確定狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)切斷電源i/o輸入輸出端子處于截止，保證了控制系統(tǒng)的安全性問題。
權(quán)利要求1.一種基于單穩(wěn)態(tài)電路和可編程邏輯器件的安全保護(hù)電路，其特征在于，該電路包括一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊，用來接收CPU發(fā)出的正常工作循環(huán)脈沖，產(chǎn)生系統(tǒng)工作正常信號(hào)；其輸入端不斷收到來自CPU的刷新脈沖，則在輸出端產(chǎn)生穩(wěn)定的高電平信號(hào)，若脈沖間隔超過設(shè)定范圍，則輸出端產(chǎn)生低電平信號(hào)；一可編程邏輯器件，用于鎖存單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊的低電平信號(hào)，其內(nèi)部有兩個(gè)D觸發(fā)器，兩個(gè)D觸發(fā)器的輸入端均連接有非門，各個(gè)非門的輸入端與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊的對(duì)應(yīng)的輸出端相連，而兩個(gè)D觸發(fā)器的輸出端連接有或門；或門的輸出通過連接另一個(gè)或門，該另一個(gè)或門的輸出一方面連接一個(gè)非門，用于輸出單元的使能控制，另一方面通過光電管連接外部安全繼電器，安全繼電器連接有一個(gè)開關(guān)，通過輸出單元的使能控制，斷開所有輸出信號(hào)，并切斷安全繼電器的開關(guān)，控制運(yùn)動(dòng)控制器的輸出繼電器的通斷。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于單穩(wěn)態(tài)電路和可編程邏輯器件的安全保護(hù) 電路，其特征在于，所述的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)模塊的輸入端還有由R1、 C1和R2、 C2構(gòu)成的報(bào)警時(shí)間。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于單穩(wěn)態(tài)電路和CPLD的安全保護(hù)電路，該電路將成熟可靠的單穩(wěn)態(tài)電路和可編程邏輯器件(CPLD)靈活的邏輯設(shè)計(jì)功能結(jié)合起來，在系統(tǒng)上電時(shí)，避免了由于信號(hào)電平不確定而引起的輸出混亂；在CPU處于“死機(jī)”達(dá)到一定時(shí)間后立即切斷所有輸出，并產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)(指示燈，不通過CPU)，報(bào)警后可在操作員的指導(dǎo)下令CPU復(fù)位。從而大大提高了系統(tǒng)的安全可靠性，消除了可能的安全隱患。
文檔編號(hào)G05B19/048GK201025506SQ20072003129
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者姜歌東, 梅雪松, 許睦旬, 濤 陶 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)