[发明专利]一种高可靠性模拟量输出装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高可靠性模拟量输出装置，属于大型操作系统的信号输出领域。 

背景技术

DCS是数字控制系统(Digital Control System)的简称，国内一般习惯称为数字控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。 

DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。 

控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器。 

目前通用的IO模块包括：AI为模拟量输入信号；AO为模拟量输出信号；DI为数字量输入信号；DO为数字量输出信号，其中作为控制驱动模拟信号执行机构动作的AO模块，目前现有技术和产品其基本的设计结构和原理大体如图1所示： 

模拟量输出模块作为的现场控制站的输出控制IO节点，通过现场总线通讯接收组态下发的各通道配置输出值数据，在本地进行数模转换后，由电流驱动电路输出电流。 

现有工业应用模拟量输出模块，从核安全级仪控系统智能IO板卡应用角度考虑，在产品可靠性方面无法满足要求，具体的说，普通的模拟量输出模块仅仅在功能上满足正常使用在产品运行可靠性保证，以及故障诊断，运行自监视以及通讯独立性等等方面，核安全级智能IO板卡需要具备的性能上没有很好的实现。 

DCS系统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能，是完成过程控制、过程管理的现代化设备。 

现场控制站(FCS)接收来自工业控制现场的传感器或变送器的信号，进行运算处理后，发送给现场的执行器，完成对现场设备的控制，并通过网络与外界交换数 据。FCS可以理解为具备输入输出和数据处理功能的数字计算机，通过输入板卡采集现场仪表的数据，数据运算板卡处理完成信号转换和逻辑运算功能，通过输出板卡输出信号到现场执行器。 

模拟量输出板卡作为FCS中完成输出模拟信号功能的智能IO板卡，在通用DCS系统中经过几十年的发展，其应用已经比较成熟，如北京和利时公司的针对核电站常规岛非安全级系统开发的NM系列产品中，其模拟量输出模块在沿用常规模拟量输出设计基本思路的情况下，已经增加开发了一些如DA输出回读，热插拔等功能，产品的安全性和可靠性已经比常规电厂DCS系统有了一定幅度的提高。 

发明内容

本发明是针对目前现有模拟量输出装置产品的可靠性无法满足核站安全级仪控系统的要求，提供一种高可靠性模拟量输出装置。 

本发明是通过如下技术方案实现的： 

一种高可靠性模拟量输出装置的设计，所述模拟量输出装置包括D/A转换模块、电流驱动输出模块、A/D输出回读模块、MCU、复杂逻辑编程控制器及通讯电路组成，其特征在于：所述的电流驱动输出模块为电流驱动器，电流驱动器与信号连接器连接输出电流信号；D/A转换模块为数字信号转换为模拟信号的芯片，D/A转换模块的一端与电流驱动模块连接，D/A转换模块的另一端通过串行外围设备接口SPI与MCU连接；A/D输出回读模块为将模拟量转换为数字量的转换器，A/D输出回读模块的一端与电流驱动模块连接，A/D输出回读模块的另一端与串行外围设备接口SPI连接；所述模拟量D/A转换模块通过SNI总线接收IO通信单元板卡下行的配置数据，并将配置数据通过SPI口各通道输入DA芯片中，控制DA输出，DA输出的电压经电流驱动电路模块输出信号，电流驱动电路模块上设有报警输出信号EFCM和EFLD及在电流输出总线末端设置信号回读输出信号，回读的输出信号经A/D输出回读模块处理，通过SPI口送回板卡MCU，MCU与通道设定值进行比较判断输出状态。 

所述电流驱动器内部集成I_A检测负载两端电压，I_AOUT输出成比例电流信号，配置采样电阻R_IA，将配置采样电阻R_IA上的电压输入AD，通过AD输出值结合当前通道输出电流值，即可计算获得通道负载阻抗。 

所述电流驱动器计算获得通道负载阻抗的步骤具体设计如下：