CN110412403B - 核安全级***通用输入输出端口动态诊断电路及方法 - Google Patents
核安全级***通用输入输出端口动态诊断电路及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了核安全级***通用输入输出端口动态诊断电路及方法,本发明通过设置包括提供输入高阻状态时确定电平值的上拉电阻R1、输入滤波电路、交流电容C2、整流二极管D1、三极管Q1、提供三极管基极电压下拉电阻R3和输出电路的动态诊断的线路,识别通用输入输出端口动态变化频率信号和固定电平信号,在完成故障输出和非故障状态输出的同时,完成通用输入输出端口自身状态的监控;本发明克服了现有技术中使用通用输入输出端口进行触点信号输出中,无法对通用输入输出端口自身的故障完成诊断的缺点,保证在需要进行输出时完成预定输出功能,能有效提高***可靠性及可用性。
Description
技术领域
本发明涉及核电厂安全级数字化仪控***诊断技术领域,具体涉及核安全级***通用输入输出端口动态诊断电路及方法。
背景技术
随着核电厂仪控***数字化程度越来越高,对可靠性和安全性的要求也越来越高,诊断技术在核电厂保护***中的应用越来越广泛。对于诊断故障信号目前普遍通过通信上传或就地硬件干触点输出。
对于硬件干触点输出方式,目前基本采用通用输入输出端口以高低电平的方式控制干触点通断。类似的控制方式具有针对通用输入输出端口自身故障无法完成诊断的缺点,从而可能导致在需要故障输出时无法完成故障输出功能,模块故障无法及时发现。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供了解决上述问题的核安全级***通用输入输出端口动态诊断电路及方法。本发明克服了通用输入输出端口在损坏后恒定为高、恒定为低或者恒定高阻状态无法被***检测的缺点,保证在需要进行故障输出时完成预定输出,能有效提高***可靠性及可用性。
本发明通过下述技术方案实现:
核安全级***通用输入输出端口动态诊断电路,该诊断电路包括提供输入高阻状态时确定电平值的上拉电阻R1、输入滤波电路、交流电容C2、整流二极管D1、三极管Q1、提供三极管基极电压下拉电阻R3和输出电路;其中通用输入输出端口通过电路输入端口FaultIn输入信号,该输入信号依次通过输入滤波电路、交流电容C2、整流电路、三极管Q1以及输出电路,经电路输出端口FaultOut输出信号。
本发明通过硬件电路识别通用输入输出端口动态变化频率信号和固定电平信号,在完成故障输出或非故障输出的同时,完成通用输入输出端口自身状态的监控。
优选的,所述输入滤波电路为低通滤波电路,包括电阻R2和电容C1。
优选的,所述输出电路包括电阻R4和电容C3,所述电阻R4和电容C3依次串联在电源与接地端之间。
优选的,所述上拉电阻R1、电阻R2和电容C1依次串联在电源与接地端之间;输入端口FaultIn设置在上拉电阻R1和电阻R2的公共连接端;所述交流电容C2的一端连接在电阻R2和电容C1的公共连接端,另一端连接在三极管Q1的基级;所述整流二极管D1和下拉电阻R3依次并联在电容与三极管Q1的公共连接端与接地端之间;所述三极管Q1的发射极接地;所述三极管Q1的集电极连接在电阻R4和电容C3的公共连接端;且输出端口FaultOut设置在电阻R4和电容C3的公共连接端。
优选的,该电路还包括触点器件,根据输出端口FaultOut输出的信号控制所述触点器件,且对电路进行隔离。
优选的,所述触点器件采用继电器。
优选的,所述输入滤波电路的截止频率大于输入端口FaultIn输入信号的频率。
优选的,所述交流电容的截止频率小于输入端口FaultIn输入信号的频率。
本发明还提出了核安全级***通用输入输出端口动态诊断方法,该方法通过上述动态诊断电路实现识别故障输出或非故障输出。
优选的,当输入端口FaultIn输入固定频率且幅值超过1V的动态信号时,输出端口FaultOut输出一个固定低电平信号,则识别为非故障输出;当输入端口FaultIn输入高电平、低电平或者高阻信号时,输出端口FaultOut输出一个固定高电平信号,则识别为故障输出。
本发明具有如下的优点和有益效果:
1、相较于现有技术,本发明利用硬件电路,通过以输入端口输入固定频率且幅值超过1V的动态信号和输入其他任何恒定状态(恒高、恒低或高阻状态)时电路输出信号逻辑电平值相反,对***非故障输出状态和故障输出状态进行区分,并且实现了通用输入输出端口自身诊断的功能;即本发明克服了通用输入输出端口在损坏后恒定为高、恒定为低或者恒定高阻状态无法被***检测的缺点,保证在需要进行故障输出时完成预定输出,能有效提高***可靠性及可用性。
2、本发明可运用于核电厂安全级DCS平台中所有使用通用输入输出端口控制触点输出输入的模块,本发明简单,成本低廉,并且能有效调高***可靠性和可用性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
在下文中,可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在,并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外,如在本发明的各种实施例中所使用,术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合,并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中,表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如,表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件,不过可不限制相应组成元件。例如,以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如,第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置,尽管二者都是用户装置。例如,在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下,第一元件可被称为第二元件,同样地,第二元件也可被称为第一元件。
应注意到:如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件,则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件,并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地,当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时,可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用,单数形式意在也包括复数形式,除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定,否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义,除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种核电厂安全级***通用输入输出端口动态诊断电路,解决了当前控制方式针对通用输入输出端口自身故障无法完成诊断的问题,通过硬件电路识别通用输入输出端口动态变化频率信号和固定电平信号,在完成故障输出和非故障状态输出的同时,完成通用输入输出端口自身状态的监控。
本实施例通过设置包括提供输入高阻状态时确定电平值的上拉电阻R1、输入滤波电路、交流电容C2、整流二极管D1、三极管Q1、提供三极管基极电压下拉电阻R3和输出电路的动态诊断的线路,识别通用输入输出端口动态变化频率信号和固定电平信号,在完成故障输出和非故障状态输出的同时,完成通用输入输出端口自身状态的监控;本发明克服了现有技术中使用通用输入输出端口进行触点信号输出中,无法对通用输入输出端口自身的故障完成诊断的缺点,保证在需要进行输出时完成预定输出功能,能有效提高***可靠性及可用性。
本实施例的核安全级***通用输入输出端口动态诊断电路,如图1所示。
所述诊断电路包括提供输入高阻状态时确定电平值的上拉电阻R1、输入滤波电路、交流电容C2、整流二极管D1、三极管Q1、提供三极管基极电压下拉电阻R3和输出电路;其中通用输入输出端口通过电路输入端口FaultIn输入信号,该输入信号依次通过输入滤波电路、交流电容C2、整流电路、三极管Q1以及输出电路,经电路输出端口FaultOut输出信号。
在本实施例中,所述上拉电阻R1用于在输入信号为高阻状态时确定电平值。
在本实施例中,所述下拉电阻R3主要起两个作用;一,所述下拉电阻R3与C2构成高通滤波电路,用于通过交流信号;二,所述下拉电阻R3用于在输入信号为恒高、恒低和高阻状态时,为三极管Q1的基极提供稳定的电平。
在本实施例中,所述输入滤波电路为低通滤波电路,包括电阻R2和电容C1。
具体的,为了提高诊断可靠性和安全性,所输入滤波电路用于对输入信号进行低通滤波;且所述输入滤波电路的截止频率大于输入端口FaultIn输入信号的频率。
在本实施例中,所述交流电容C2用于隔离直流信号,通过交流信号;所述交流电容C2的截止频率小于输入端口FaultIn输入信号的频率。
在本实施例中,所述整流二极管D1起整流作用,用于将通过交流电容C2的交流信号转变为直流信号。
在本实施例中,所述输出电路包括电阻R4和电容C3,所述电阻R4和电容C3依次串联在电源与接地端之间。
在本实施例中,所述上拉电阻R1、电阻R2和电容C1依次串联在电源与接地端之间;输入端口FaultIn设置在上拉电阻R1和电阻R2的公共连接端;所述交流电容C2的一端连接在电阻R2和电容C1的公共连接端,另一端连接在三极管Q1的基级;所述整流二极管D1和下拉电阻R3依次并联在电容与三极管Q1的公共连接端与接地端之间;所述三极管Q1的发射极接地;所述三极管Q1的集电极连接在电阻R4和电容C3的公共连接端;且输出端口FaultOut设置在电阻R4和电容C3的公共连接端。
本实施例的诊断电路还包括电阻R5,所述电阻R5设置在三极管Q1的发射极与接地端之间。所述电阻R5用于调整输出信号的电平。
实施例2
本实施例与上述实施例1的区别仅仅在于:本实施例的核电厂安全级***通用输入输出端口动态诊断电路还包括触点器件,本实施例通过设置触点器件对电路进行隔离,以防止其他故障对***的干扰,提高***可靠性和安全性。
本实施例中,根据输出端口FaultOut输出的信号控制所述触点器件,且对电路进行隔离。
在另一优选实施例中,所述触点器件采用继电器,例如PhotoMos或者固态继电器等。
实施例3
基于上述实施例,本实施例提出了核安全级***通用输入输出端口动态诊断方法,通过上述实施例提出的诊断电路识别故障输出或非故障输出。
本实施例,当输入端口FaultIn输入固定频率且幅值超过1V的动态信号时,输出端口FaultOut输出一个固定低电平信号,则识别为非故障输出;当输入端口FaultIn输入高电平、低电平或者高阻信号时,输出端口FaultOut输出一个固定高电平信号,则识别为故障输出。
本实施例通过上述实施例提出的硬件诊断电路对本方法进行实施,通过测试,确定所述核电厂安全级***通用输入输出端口动态诊断电路中:
提供输入高阻状态时确定电平值的上拉电阻R1,本实施例中取值为100kΩ。
输入滤波电路R2和C1,本实施例中,电阻R2取值为470Ω,电容C1取值为0.1μF。
交流电容C2,本实施例中,取值为0.1μF。
提供三极管基极电压下拉电阻R3,本实施例中,取值为5.1kΩ。
输出电路R4和C3,本实施例中,电阻R4取值为100kΩ;电容C3取值为1μF。
诊断电路中,VCC为***工作电源,本实施例中,取值为+3.3V。
FaultIn作为本实施例输入端口,由通用输入输出端口控制,FaultOut作为本实施例输出端口,输出的信号用于控制继电器(PhotoMOS)等触点器件。
***正常运行时(进行非故障输出时)通过通用输入输出端口向FaultIn输入频率为2kHz,高电平幅值3.3V,低电平幅值0V,占空比为50%的方波信号,FaultOut将输出一个低电平信号控制后级触点器件。
当***有故障(进行故障输出)或者通用输入输出端口自身故障无法输出上述方波信号时,FaultIn输入为高电平或者低电平或者高阻信号,FaultOut将输出一个固定高电平信号用于控制后级触点器件。
通过此实施例,不但能完成***正常运行和非正常运行的指示,对通用输入输出端口自身的状态也能完成诊断。
本实施例通过设置包括提供输入高阻状态时确定电平值的上拉电阻R1、输入滤波电路、交流电容C2、整流二极管D1、三极管Q1、提供三极管基极电压下拉电阻R3和输出电路的动态诊断的线路,识别通用输入输出端口动态变化频率信号和固定电平信号,在完成故障输出和非故障状态输出的同时,完成通用输入输出端口自身状态的监控;本实施例克服了通用输入输出端口在损坏后恒定为高、恒定为低或者恒定高阻状态无法被***检测的缺点,保证在需要进行故障输出时完成预定输出,能有效提高***可靠性及可用性。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.核安全级***通用输入输出端口动态诊断电路,其特征在于,该电路包括提供输入高阻状态时确定电平值的上拉电阻R1、输入滤波电路、交流电容C2、整流二极管D1、三极管Q1、提供三极管基极电压下拉电阻R3和输出电路;其中通用输入输出端口通过电路输入端口FaultIn输入信号,该输入信号依次通过输入滤波电路、交流电容C2、整流二极管D1、三极管Q1以及输出电路,经电路输出端口FaultOut输出信号;所述输入滤波电路为低通滤波电路,包括电阻R2和电容C1;所述输出电路包括电阻R4和电容C3,所述电阻R4和电容C3依次串联在电源与接地端之间;所述上拉电阻R1、电阻R2和电容C1依次串联在电源与接地端之间;输入端口FaultIn设置在上拉电阻R1和电阻R2的公共连接端;所述交流电容C2的一端连接在电阻R2和电容C1的公共连接端,另一端连接在三极管Q1的基级;所述整流二极管D1和下拉电阻R3依次并联在交流电容C2与三极管Q1的公共连接端与接地端之间;所述三极管Q1的发射极接地;所述三极管Q1的集电极连接在电阻R4和电容C3的公共连接端;且输出端口FaultOut设置在电阻R4和电容C3的公共连接端。
2.根据权利要求1所述的核安全级***通用输入输出端口动态诊断电路,其特征在于,该电路还包括触点器件,根据输出端口FaultOut输出的信号控制所述触点器件,且对电路进行隔离。
3.根据权利要求2所述的核安全级***通用输入输出端口动态诊断电路,其特征在于,所述触点器件采用继电器。
4.根据权利要求1所述的核安全级***通用输入输出端口动态诊断电路,其特征在于,所述输入滤波电路的截止频率大于输入端口FaultIn输入信号的频率。
5.根据权利要求1所述的核安全级***通用输入输出端口动态诊断电路,其特征在于,所述交流电容的截止频率小于输入端口FaultIn输入信号的频率。
6.核安全级***通用输入输出端口动态诊断方法,其特征在于,该方法通过权利要求1-5任一项所述的动态诊断电路实现识别故障输出或非故障输出。
7.根据权利要求6所述的核安全级***通用输入输出端口动态诊断方法,其特征在于,当输入端口FaultIn输入固定频率且幅值超过1V的动态信号时,输出端口FaultOut输出一个固定低电平信号,则识别为非故障输出;当输入端口FaultIn输入高电平、低电平或者高阻信号时,输出端口FaultOut输出一个固定高电平信号,则识别为故障输出。
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