[发明专利]一种具有自诊断能力的数字量采集装置

说明书

技术领域

本发明的数字量采集装置，可以应用于安全仪表系统的数字量采集，其特点是具有全面的硬件自诊断能力。

背景技术

由于安全仪表系统需要在运行过程中保持安全完整性等级不降低，因此需要不断的进行系统的自诊断，发现系统发生的随机硬件故障，并提醒维护人员对系统进行维护。系统自诊断的技术包括组件之间的交叉诊断，也包括组件自诊断。而本发明涉及的就是数字量采集装置的自诊断。

发明内容

本发明的数字量采集装置，是一种能够在运行过程中不断的进行自诊断的采集装置，当硬件发生随机故障后，会不断的产生报警信息，并且将采集值自动变更为预置的安全状态。

本发明的装置，支持同时采集16路直流24伏数字量信号，采集数据的时间精度为1毫秒。信号的采集回路之间相互独立，没有共用的芯片；除供电电源线和接地线外，没有共用电路。外部输入信号与内部的信号采集端口之间，通过光电耦合器进行隔离，防止信号中的脉冲干扰和浪涌干扰。每次信号的采集，会同时保存精度为1毫秒的时间戳。

本发明的装置，支持CAN总线通信，支持端口指示灯和运行指示灯。CAN总线通信，采用自定义的通信协议，能够传输采集数据，配置数据，诊断数据。端口指示灯能够显示当前端口的采集值，端口的诊断结果；运行指示灯能够显示当前装置的运行状态。

本发明的装置，采用直流24V电源供电，支持电源冗余连接，即2路不同的24V电源同时连接到本发明的装置上，任意1个电源停止供电时，装置仍然能够运行。

本发明的装置，其特征在于，能够采集数字量数据，并同时具备采集回路自诊断，存储器自诊断，时钟自诊断，通信自诊断，处理器自诊断，电源自诊断，在诊断出故障后发出警报并将采集值设定为预置值。

附图说明

图1 数字量采集装置的硬件逻辑图。

图2 输入回路。

具体实施方式

装置的整体设计，参见图1。装置对安全状态的定义，按照安全仪表系统的设计习惯，一般将设备断电时的IO状态，定义为设备的安全状态。因此本装置的数字量输入信号，默认的安全状态为：采集值全部为0，即输入电压为0时的采集值。

本装置的自诊断的周期为2小时，按照普通工业级别的机械机构寿命为100000次来计算，装置的机械寿命不低于20年。装置检测出自身存在故障后，将产生诊断信息，并通过通信网络发送给整个系统的控制器或者发送给操作员工作站。同时，装置发生比较严重的故障时，会通过指示灯亮红色显示装置存在故障，提醒装置巡检人员注意更换故障的装置。

本装置，需要安装在专用的底板上，外部信号线直接连接到底板或者转接端子板上，最后通过底板的接插件传递到本装置上，16路信号通过32条信号线传递电压信号，每一路信号都是独立传输的。输入信号为15V～24V时，定义采集值为1，输入信号为0V～5V时，定义采集值为0，通过改变信号串接电阻的阻值，使得光电耦合器输出端的阻抗跳变发生在输入信号为5V～15V的范围内。

本装置的输入电路保护，并联稳压二极管，减弱浪涌和高压脉冲对电路的影响；串联自恢复保险，降低大电流对电路的影响；串联二极管，避免反向电流对电路的影响；通过光电耦合器，将外部输入的电压信号，转换为光的亮暗信号，再转换为阻抗的跳变信号，最终再次变成电压信号，实现内部电路和外部信号的隔离。

信号采集的时间精度，通过快速的采集实现。主控芯片采用工业级ARM7处理器，主频可以调整到32MHz，每个周期完成数据采集、数据打包、自诊断、刷新指示灯、响应通信所需要的软件步不超过3000，每个软件步需要的平均时钟频率为3，那么每个周期需要的平均时钟频率为9000，按照主频为32MHz来计算，每次主循环需要的时间不超过0.3毫秒。因此可以保证数据采集的时间精度能够达到1毫秒。

本装置的CAN总线通信，通信协议是参照IEC 61784-3制定的，对于数据完整性的校验措施包括：报文的标识符，报文分段序号，时间戳，CRC校验，数据冗余。

本装置电源，外部接入的2路电源信号，负极直接连接到一起，正极各串接一个二极管，然后再连接在一起，实现外部电源的冗余。装置内部，使用DCDC模块，将电压降低到5V。

表1 数字量采集装置的诊断覆盖率评估表。

本装置的诊断方法，参见表1。诊断措施的说明如下。

1) 模拟输入信号