基于專(zhuān)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]本實(shí)用新型涉及基于專(zhuān)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(DO)是PLC工業(yè)控制產(chǎn)品中使用頻率最高的模塊之一。中國(guó)國(guó)內(nèi)的PLC市場(chǎng)基本被外國(guó)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(wèn)題。
[0003]例如，申請(qǐng)?zhí)枮镃N201220572296.0的專(zhuān)利公開(kāi)了一種基于總線(xiàn)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(shí)用防護(hù)等級(jí)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(shí)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(qǐng)?zhí)枮镃N201220235266.0的專(zhuān)利公開(kāi)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(wèn)題是提供一種帶熱插拔保護(hù)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、M⑶單元、數(shù)字量輸出單元、通訊單元和人機(jī)交互單元，所述M⑶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(hào)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(qǐng)?zhí)枮镃N200820219632.7的專(zhuān)利公開(kāi)了一種不用CPU的MVB數(shù)字量輸出模塊，包括DO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(xiàn)通過(guò)MVB物理接口將信號(hào)傳送給FPGA進(jìn)行處理后，通過(guò)DO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(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)特別適合在機(jī)車(chē)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CHJ模塊送來(lái)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)正確輸出，外加一些保護(hù)電路，比如光電隔離，并沒(méi)有冗余和自診斷功能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠克服上述技術(shù)問(wèn)題的基于專(zhuān)用CPU的冗余輸出的數(shù)字量輸出模塊，本實(shí)用新型在實(shí)現(xiàn)開(kāi)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]本實(shí)用新型包括:現(xiàn)場(chǎng)1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。本實(shí)用新型采用中國(guó)產(chǎn)CPU作為主控制器。本實(shí)用新型所述基于專(zhuān)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(chǎng)1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(guò)光耦隔離器耦合。
[0010]本實(shí)用新型數(shù)字量輸出的數(shù)據(jù)源來(lái)自板卡底座連接器，通過(guò)EBUS進(jìn)入etherCAT協(xié)議棧芯片；所述EBUS是德國(guó)倍福公司使用的低壓差分信號(hào)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(guò)SPI進(jìn)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(xiàn);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(guò)所述主控制器的GP1(General_PurposeInput/Output Ports，通用I/O端口)輸出。本實(shí)用新型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(yùn)行時(shí)，所述多路復(fù)用器輸出所述主控制器的GP1(General-Purpose Input/OutputPorts，通用I/O端口)傳來(lái)的DO數(shù)據(jù)；當(dāng)所述主控制器出現(xiàn)異常時(shí)，通過(guò)邏輯控制，輸出信號(hào)源自動(dòng)切換，直接輸出所述etherCAT協(xié)議棧芯片的DO數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)冗余輸出，大大提高了可靠性。本實(shí)用新型的這種數(shù)據(jù)冗余機(jī)制有效地避免了數(shù)字量輸出模塊不及時(shí)輸出控制造成的損失，大大提高了自主可控的能力，同時(shí)也降低了成本。
[0011]本實(shí)用新型通過(guò)多路復(fù)用器經(jīng)過(guò)光耦隔離器驅(qū)動(dòng)功率固態(tài)繼電器工作，將開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出給現(xiàn)場(chǎng)10連接座再通過(guò)接線(xiàn)端子連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。功率固態(tài)繼電器具有負(fù)載短路保護(hù)，過(guò)溫保護(hù)，欠壓關(guān)斷的功能。同時(shí)，功率固態(tài)繼電器的過(guò)溫診斷信號(hào)連接到主控制器使主控制器能通過(guò)讀取過(guò)溫診斷信號(hào)的數(shù)據(jù)以查看芯片是否異常并通過(guò)程序控制外接LED燈來(lái)顯示為何種異常情況。
[0012]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是具有冗余輸出、負(fù)載短路保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、欠壓關(guān)斷的功能，本實(shí)用新型采用工業(yè)級(jí)高可靠防雷擊抗強(qiáng)電磁高頻干擾電路設(shè)計(jì)、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(chǎng)，在引弧電流、焊接電流、變頻器的工作場(chǎng)合均可穩(wěn)定使用。且數(shù)據(jù)雙重保護(hù)功能，冗余輸出。即使電路內(nèi)部CHJ當(dāng)機(jī)也能輸出DO數(shù)據(jù)，確保重要控制信號(hào)的輸出。同時(shí)本實(shí)用新型能夠進(jìn)行自檢測(cè)以方便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并更換設(shè)備，因此，本實(shí)用新型具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型所述基于專(zhuān)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(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1所示，本實(shí)用新型包括:現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(guò)光耦隔離器耦合。本實(shí)用新型采用中國(guó)產(chǎn)CPU作為主控制器。
[0015]本實(shí)用新型數(shù)字量輸出的數(shù)據(jù)源來(lái)自板卡底座連接器，通過(guò)EBUS進(jìn)入etherCAT協(xié)議棧芯片；所述EBUS是德國(guó)倍福公司使用的低壓差分信號(hào)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(guò)SPI進(jìn)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(xiàn);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(guò)所述主控制器的GP1(General_PurposeInput/Output Ports，通用I/O端口)輸出。本實(shí)用新型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(yùn)行時(shí)，所述多路復(fù)用器輸出所述主控制器的GP1(General-Purpose Input/OutputPorts，通用I/O端口)傳來(lái)的DO數(shù)據(jù)；當(dāng)所述主控制器出現(xiàn)異常時(shí)，通過(guò)邏輯控制，輸出信號(hào)源自動(dòng)切換，直接輸出所述etherCAT協(xié)議棧芯片的DO數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)冗余輸出，大大提高了可靠性。本實(shí)用新型的這種數(shù)據(jù)冗余機(jī)制有效地避免了數(shù)字量輸出模塊不及時(shí)輸出控制造成的損失，大大提高了自主可控的能力，同時(shí)也降低了成本。本實(shí)用新型通過(guò)多路復(fù)用器經(jīng)過(guò)光耦隔離器驅(qū)動(dòng)功率固態(tài)繼電器工作，將開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出給現(xiàn)場(chǎng)10連接座再通過(guò)接線(xiàn)端子連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。功率固態(tài)繼電器具有負(fù)載短路保護(hù)，過(guò)溫保護(hù)，欠壓關(guān)斷的功能。同時(shí)，功率固態(tài)繼電器的過(guò)溫診斷信號(hào)連接到主控制器使主控制器能通過(guò)讀取過(guò)溫診斷信號(hào)的數(shù)據(jù)以查看芯片是否異常并通過(guò)程序控制外接LED燈來(lái)顯示為何種異常情況。
[0016]以上所述，僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型公開(kāi)的范圍內(nèi)，能夠輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于專(zhuān)用CR]的冗余輸出的數(shù)字量輸出模塊，其特征在于，包括:現(xiàn)場(chǎng)1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(chǎng)1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(guò)光耦隔離器耦合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于專(zhuān)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(guó)產(chǎn)CPU。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于專(zhuān)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(guò)SPI進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于專(zhuān)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(zhuān)用(PU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(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了基于專(zhuān)用CPU的冗余輸出的數(shù)字量輸出模塊,包括：現(xiàn)場(chǎng)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。本實(shí)用新型采用中國(guó)產(chǎn)CPU作為主控制器；本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是具有冗余輸出、負(fù)載短路保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、欠壓關(guān)斷的功能，本實(shí)用新型采用工業(yè)級(jí)高可靠防雷擊抗強(qiáng)電磁高頻干擾電路設(shè)計(jì)、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(chǎng)，在引弧電流、焊接電流、變頻器的工作場(chǎng)合均可穩(wěn)定使用。且數(shù)據(jù)雙重保護(hù)功能，冗余輸出，即使電路內(nèi)部CPU當(dāng)機(jī)也能輸出DO數(shù)據(jù)，確保重要控制信號(hào)的輸出。
【IPC分類(lèi)】G05B9/03
【公開(kāi)號(hào)】CN205210536
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521037630
【發(fā)明人】豐大軍, 燕瑋, 加舒娟, 孫慧娟
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日