[发明专利]一种高诊断覆盖率的功能安全开关量输出模块

说明书

本发明涉及一种高诊断覆盖率的功能安全开关量输出模块，其中开关量输出单元连接微处理器，将微处理器传来的数字信号转换开关量信号输出；诊断单元一端连接开关量输出单元，采集开关量输出单元的开关量信号；另一端连接微处理器，将采集到的开关量信号反馈给微处理器；诊断单元接收微处理器发送的控制信号和配置信号；开关量输出单元和诊断单元共同组成1OO1D表决架构，诊断单元的开关与开关量输出单元的开关相互串联，当故障时，微处理器控制诊断单元的开关断开，使电源输入关断。本发明采用具有丰富自诊断功能的DAC结合诊断单元、输出监控单元、电压监控单元，进一步提高了诊断覆盖率、提高了可靠性、降低了成本、降低了开发难度。

技术领域

本发明涉及具有功能安全需求的开关量输出、自动化过程控制领域，具体地说是一种高诊断覆盖率的功能安全开关量输出模块。

背景技术

随着现代化工业的快速发展，工业生产过程的控制规模在不断扩大，复杂程度不断增加，工艺过程不断强化，对控制系统的安全要求也越来越高。在生产过程中，用于监视生产过程，在危险条件下采取相应措施防止危险事件发生的安全PLC开始逐步得到应用。

功能安全开关量输出模块是安全PLC中常用的IO模块，传统具有SIL3安全等级的开关量输出模块均采用的1OO2D或2OO3架构中的一种，这两种架构设计复杂度高，开发难度大，导致产品成本居高不下，阻碍了功能安全产品的进一步推广应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高诊断覆盖率的功能安全开关量输出模块，保证产品的可靠性及安全性的前提下，提高产品的诊断覆盖率，优化产品电路设计，降低产品的成本。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种高诊断覆盖率的功能安全开关量输出模块，包括微处理器、开关量输出单元和诊断单元；其中

微处理器连接通信接口，通信接口通过PLC背板总线与PLC控制器连接并进行通信；微处理器连接地址检测单元，地址检测单元连接PLC背板总线，采集地址信号发送到微处理器；

开关量输出单元连接微处理器，将微处理器传来的数字信号转换成0V或24V开关量信号输出；

诊断单元一端连接开关量输出单元，采集开关量输出单元的开关量信号；另一端连接微处理器，将采集到的开关量信号反馈给微处理器，进行诊断和故障处理；诊断单元接收微处理器发送的控制信号和配置信号；

开关量输出单元和诊断单元共同组成1OO1D表决架构，且诊断单元的开关与开关量输出单元的开关相互串联，当故障时，微处理器控制诊断单元的开关断开，使电源输入关断。

外部监视单元一端连接外部电源，另一端连接微处理器，采集输入的外部电源信号，对其进行监视，并反馈给微处理器。

在所述开关量输出单元与微处理器之间设置第一隔离电路，在所述诊断单元与微处理器之间设置第二隔离电路。

在所述外部监视单元与微处理器之间设置第三隔离电路。

所述地址检测单元采用冗余结构，使用电压检测的方式获取本模块地址。

所述通信接口单元采用冗余结构，采用RS485通信接口实现和安全控制器进行通信。

所述开关量输出单元有16个通道数字量输出，当故障时，可以切换到输出安全状态。

所述微处理器采用通过SIL3认证的安全处理器，安全架构为1OO1D。

在所述外部电源的输入端设置第一保护电路，对模块输入电源进行保护控制。

在所述开关量输出单元的输出端设置第二保护电路，对输出端连接的外部设备进行保护。

诊断单元包括ADC。