[发明专利]一种面向功能安全的冗余电流输入模块

说明书

技术领域

一种面向功能安全的冗余电流输入模块，可广泛应用于具有功能安全要求的模拟量采集、过程控制、自动化控制等领域。

背景技术

传感器和变送器在仪器仪表和工业自动化领域中起着举足轻重的作用。在工业控制过程中，经常需要对一些参数进行测量，而一般传感器的输出信号较弱，不适合作远距离传输。4-20mA电流回路由于比电压调制信号具有更好的抗干扰性能，信号适合远距离传输，因此成为工业过程控制的标准。所以，标准的4-20mA电流回路在工业过程控制中有着大量的应用。

在一般情况下，冗余电流输入模块在冗余状态工作时，采用单独的端子板，使用公共采样电阻，输出两个模块所采集电流平均值，由于端子板无法冗余，因此具有较高的共因失效风险，同时，冗余模块采用主备工作方式，即冗余模块不能完全工作，模块的诊断覆盖率低。在正常工作的情况下，一般电流输入模块输入通道均采用的1oo2、1oo2D的架构，其输入通道均采用同一采用电阻，这样会使共因失效问题难于避免。

对于SIL3(安全完整性等级3)产品的架构，在目前状况下，多数厂商的SIL3产品采用1oo2D、2oo2D或2oo3D中的一种架构，在实际工作中，造成表决所需时间较长，过程较为复杂等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向功能安全的冗余电流输入模块，保证产品的可靠性及准确性的前提下，提高产品的诊断覆盖率，优化产品电路设计。

一种面向功能安全的冗余电流输入模块，其中，两个电流输入模块各自采集电流的一半，通过两个模块进行表决，输出两个输入模块采集电流值之和，某一模块故障，另一模块正常时，可以继续工作，输出正常模块采集电流值。

1)两个模块都具有独立采样电阻，可实现采样电阻的冗余，其有益效果是，降低两个电流输入模块关联程度，减少共因失效；

2)两个模块在冗余状态运行时，均处于工作状态，区别于主备工作方式，即一个模块工作，另一个模块不工作，其有益效果是，提高诊断覆盖率；

3)在某一模块故障时，故障模块输入通道采样电阻会与输入电流断开连接，并告知正常模块，由正常模块完成电流采集，其有益效果是，在某一模块出现故障时，另一模块在降级的情况下还可以正常使用。

本发明的优点是：

一种面向功能安全的冗余电流输入模块，其中，每个模块的输入通道采用1oo2D的冗余结构设计，并且经过采样电阻输出不同的电压，其有益效果是，有效避免了共因失效。

1)在本发明的实施方式中，模块内部每个输入通道都具有采样电阻，其有益效果是，避免共因失效；

2)相同电流下，模块内部采样电阻输出电压不同，其有益效果是，可提高通道诊断能力。

一种面向功能安全的冗余电流输入模块，其中，每个模块的输入通道采用1oo2D的冗余架构，逻辑控制单元采用1oo1D的架构设计；模块逻辑单元的实施采用一个MCU实现模块的控制功能，表决采用1oo1D的结构，区别于一般安全模块所采用两个或多个MCU的冗余架构，其有益效果是，简化电路设计，减少诊断及表决所消耗的时间。

附图说明

图1电流输入模块硬件结构框图。

图2一组冗余工作状况下电流输入模块结构框图。

具体实施方式

以下，针对用于实施本发明的实施方式例，参照附图图1、2进行说明。

一种面向功能安全的冗余电流输入模块，包括，两个电流输入模块；两个电流输入模块各自采集电流一半，通过两个电流输入模块进行表决，输出两个电流输入模块采集电流值之和，某一电流输入模块故障，另一电流输入模块正常时，可以继续工作，输出正常电流输入模块采集电流值；

1)两个电流输入模块都具有独立采样电阻，实现采样电阻的冗余；

2)两个电流输入模块在冗余状态运行时，均处于工作状态，可同时对输入电流进行采集；

3)某一电流输入模块故障，故障电流输入模块输入通道采样电阻与输入电流断开连接，并告知正常电流输入模块，由正常电流输入模块完成电流采集。

每个电流输入模块的输入通道采用1oo2D(二取一带诊断表决逻辑结构，该逻辑结构由两个并联通道构成，每个通道都具有诊断电路。)的冗余结构设计，并且经过采样电阻后，输出不同的电压；

1)电流输入模块内部每个输入通道都具有各自的采样电阻；

2)同一输入电流，电流输入模块内部采样电阻输出电压不同，1通道输出电压为2通道输出电压的两倍。