CN117950301A - 一种多通道冗余模拟输出装置和冗余切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道冗余模拟输出装置和冗余切换方法，包括控制器、多路冗余模块、矩阵开关、多路选择器、回检模块和具有N路输出通道的通道接线端子，其中多路冗余模块包含M个模拟输出模块；矩阵开关包括至少M个模拟输入接口和P个模拟输出接口；多路选择器具有至少M个数据输入端；回检模块用于将回检数据输入端获得的模拟信号转化为数字信号后作为回检数据回传给所述控制器；所述控制器被配置为根据回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值来判断多路冗余模块的故障情况、并在确认故障后向矩阵开关发送切换指令来改变矩阵开关内部模拟输入接口与模拟输出接口间的连通组合，保证冗余输出装置在多通道故障的情况下仍能正常工作。

Description

一种多通道冗余模拟输出装置和冗余切换方法

技术领域

本发明涉及冗余输出技术领域，尤其涉及一种多通道冗余模拟输出装置和冗余切换方法。

背景技术

模拟输出卡是工业自动化控制***重要的组成部分，广泛应用于各种需要模拟输出的场景。随着当前工业控制***内现场设备的逐渐增多，卡件出现故障的情况不可避免。传统的模拟输出卡多采用单卡形式，一旦通道出现故障则该卡件无法使用，现有的模拟输出卡通常采用双卡双通道冗余设计，虽与单卡相比一定程度上提高了***的容错率，但一旦通道出现多次故障，备用通道也无法工作时，卡件依然将处于无法使用的状态，影响生产进程。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种多通道冗余模拟输出装置，包括：控制器、多路冗余模块、矩阵开关、多路选择器、回检模块和具有N路输出通道的通道接线端子，其中多路冗余模块，包含M个模拟输出模块，各模拟输出模块的数字信号输入端分别与控制器对应的信号输出端连接；矩阵开关，包括至少M个模拟输入接口和P个模拟输出接口、且P不小于N，其中各模拟输出模块的模拟信号输出端与其中M个模拟输入接口一一对应连接，其中的N个模拟输出接口与通道接线端子的各通道输入端一一对应连接，所述矩阵开关被配置为能够根据控制器控制信号来切换各模拟输入接口与各模拟输出接口在矩阵开关内部的可选连通组合；多路选择器，具有至少M个数据输入端，各模拟输出模块的模拟信号输出端分别与一数据输入端连接，所述多路选择器的数据输出端与回检模块的回检数据输入端连接，用于根据控制器信号选取M个模拟输出模块的模拟信号输出端中的一个与回检数据输入端连通；回检模块，用于将回检数据输入端获得的模拟信号转化为数字信号后作为回检数据回传给所述控制器；所述控制器被配置为根据回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值来判断多路冗余模块的故障情况、并在确认故障后向矩阵开关发送切换指令来改变矩阵开关内部模拟输入接口与模拟输出接口间的连通组合。

优选的，所述控制器内存储有模块通道故障表，所述模块通道故障表被配置为记录各模拟输入接口与各模拟输出接口在矩阵开关内部的各可选连通组合的启用状态和故障状态、并根据控制器确定的当前选连通组合的故障信息来更新模块通道故障表内的对应可选连通组合的故障状态。

优选的，所述控制器被配置为在检测到回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值大于预设阈值后，将当前对应的矩阵开关的连通组合判定为故障并更新模块通道故障表中的对应记录；选取模块通道故障表中标记为未使用且未故障的一可选连通组合，并将矩阵开关内的当前连通关系切换至对应的模拟输入接口与模拟输出接口的所选连通组合。

优选的，所述的多通道冗余模拟输出装置还包括温度补偿模块，所述温度补偿模块包括与各模拟输出模块对应布置的M个温度传感器，所述温度传感器通过总线与所述控制器交互，用于将采集到的对应模拟输出模块的模块温度发送至控制器。

优选的，所述控制器被配置为通过温度传感器监控各模拟输出模块的温度值，并在检测到一模拟输出模块的温度值超出预设温度范围时，根据该模拟输出模块查找数据库中存储的输出模块温补系数表中对应该模拟输出模块的补偿系数，根据所监测到的该模拟输出模块的当前温度值和对应补偿系数对向模拟输出模块发送的输出数据进行实时补偿调整。

本发明还公开了一种冗余切换方法一种冗余切换方法，该方法包括如下步骤：

接收并解析上位机组态数据，控制矩阵开关切换至各所选的连通组合后向模拟输出模块发送输出数据；

读取回检模块发回的回检数据后，根据回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值来判断多路冗余模块的故障情况、并在确认故障后向矩阵开关发送切换指令来改变矩阵开关内部模拟输入接口与模拟输出接口间的连通组合。

优选的，该方法还包括：记录各模拟输入接口与各模拟输出接口在矩阵开关内部的各可选连通组合的启用状态和故障状态、并根据对当前选连通组合的回检数据分析后获得的故障信息来更新模块通道故障表内的对应可选连通组合的故障状态。

优选的，该方法还包括：在检测到回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值大于预设阈值后，将当前对应的矩阵开关的连通组合判定为故障并更新模块通道故障表中的对应记录；选取模块通道故障表中标记为未使用且未故障的一可选连通组合，并将矩阵开关内的当前连通关系切换至对应的模拟输入接口与模拟输出接口的所选连通组合。

优选的，该方法还包括：监测各模拟输出模块的实时温度值；当检测到一模拟输出模块的温度值超出预设温度范围时，根据该模拟输出模块查找数据库中存储的输出模块温补系数表中对应该模拟输出模块的补偿系数；根所监测到的该模拟输出模块的当前温度值和对应补偿系数对向模拟输出模块发送的输出数据进行实时补偿调整。

本发明公开了一种多通道冗余模拟输出装置和冗余切换方法，其中该多通道冗余模拟输出装置包括控制器、多路冗余模块、矩阵开关、多路选择器、回检模块和具有N路输出通道的通道接线端子，其中多路冗余模块包含M个模拟输出模块；矩阵开关包括至少M个模拟输入接口和P个模拟输出接口；多路选择器具有至少M个数据输入端；回检模块用于将回检数据输入端获得的模拟信号转化为数字信号后作为回检数据回传给控制器；控制器被配置为根据回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值来判断多路冗余模块的故障情况、并在确认故障后向矩阵开关发送切换指令来改变矩阵开关内部模拟输入接口与模拟输出接口间的连通组合，保证冗余输出装置在多通道故障的情况下仍可通过切换通道而处于正常工作状态，提高冗余输出装置的容错率、灵活性和可靠性，避免了常规的采用双卡冗余方式在备用卡冗余通道再次故障时无法再次进行切换而使得通道彻底无法工作的问题。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例公开的多通道冗余模拟输出装置的结构示意图。

图2为本发明一实施例公开的矩阵开关的内部结构示意图。

图3为本发明一实施例公开的冗余切换方法的步骤示意图。

图4为本发明一实施例公开的步骤S2的具体步骤示意图。

图5为本发明一实施例公开的对输出模块温度补偿的具体步骤示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

模拟输出卡是工业自动化控制***重要的组成部分，广泛应用于各种需要模拟输出的场景。随着当前工业控制***内现场设备的逐渐增多，卡件出现故障的情况不可避免。传统的模拟输出卡多采用单卡形式，一旦通道出现故障则该卡件无法使用，现有的模拟输出卡通常采用双卡双通道冗余设计，虽与单卡相比一定程度上提高了***的容错率，但一旦通道出现多次故障，备用通道也无法工作时，卡件依然将处于无法使用的状态，影响工业进程。

因此，如附图1所示，本实施例提出了一种多通道冗余模拟输出装置，包括控制器1、多路冗余模块2、矩阵开关3、多路选择器4、回检模块5和具有N路输出通道的通道接线端子6。其中多路冗余模块2，包含M个模拟输出模块，各模拟输出模块的数字信号输入端分别与控制器1对应的信号输出端连接。矩阵开关3，包括至少M个模拟输入接口和P个模拟输出接口、且P不小于N，其中各模拟输出模块的模拟信号输出端与其中M个模拟输入接口一一对应连接，其中的P个模拟输出接口与通道接线端子的各通道输入端一一对应连接，所述矩阵开关被配置为能够根据控制器控制信号来切换各模拟输入接口与各模拟输出接口在矩阵开关内部的可选连通组合。多路选择器4，具有至少M个数据输入端，各模拟输出模块的模拟信号输出端分别与一数据输入端连接，所述多路选择器4的数据输出端与回检模块5的回检数据输入端连接，用于根据控制器信号选取M个模拟输出模块的模拟信号输出端中的一个与回检数据输入端连通。回检模块5，用于将回检数据输入端获得的模拟信号转化为数字信号后作为回检数据回传给所述控制器1。所述控制器1被配置为根据回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值来判断多路冗余模块的故障情况、并在确认故障后向矩阵开关发送切换指令来改变矩阵开关内部模拟输入接口与模拟输出接口间的连通组合。

具体的，该控制器1可以采用基于ARM cortex M3的32bit微处理器，主其频为108Mhz，内置96kB SRAM和256kB flash，用于实现接收上位机组态数据、控制模拟输出、模拟开关选通、读取ADC采样值进行回检判断、温度补偿计算及自标定等功能。

其中多路冗余模块2内包含多个模拟输出模块，各模拟输出模块分别可以包含一个高分辨率数字模拟转换器DAC和由运放组成的V/I转换电路、短路保护电路。其中该DAC分辨率为24bit，总谐波失真达–125dB，信噪比为120dB，可将上位机传输的数字信号转换为模拟电压信号并有效保证高精度的电压输出。该V/I转换电路可将DAC所输出的模拟电压转换为4～20mA工业标准电流信号输出，该短路保护电路可防止输出短路时损坏元器件。

其中矩阵开关3内部连通结构如附图2所示，，其中AO1-AOm分别表示矩阵开关3的中M个模拟输入接口，与多路冗余模块2中的各模拟输出模块一一对应；CH01-CH08分别表示矩阵开关3中的P个模拟输出接口，与各通道连接线端子一一对应。工作状态下，控制器通过切换模拟输入接口与模拟输出接口之间的连通组合而在多路冗余模块中的各模拟输出模块和通道连接端子内的各输出通道间选择合适的模拟输出模块和输出通道组成冗余输出通路进行工作，以使得该装置实现多通道冗余，确保在多个通道出现故障时，该装置仍然能够正常运行，提高装置的灵活性及可靠性。

具体的，模拟输出模块与矩阵开关中的多路模拟开关连接，多路模拟开关的输出与各个输出通道连接，多路模拟开关的输出接口数量大于等于输出通道数，且模拟输出模块数量多于输出通道数，与每个输出通道形成n:1对应关系，处理器中设有模拟输出模块-输出通道故障表，当其中一个输出通道出现故障时，查询故障表中未使用的模拟输出模块、通道及故障情况，切换到其他任意非工作正常通道，再次出现故障时，可再次切换至其他任意非工作正常通道。

其中回检模块5包括高分辨率模拟数字转换器ADC和高精度、低温漂的采样电阻，ADC选取Δ-Σ类型，分辨率为32bit，内部集成SINC3滤波器，可有效抑制工频干扰；该采样电阻采用阻值100Ω，0.01％精度，温漂1ppm/℃的型号，用于将输出电流转换为电压信号，供ADC采样，并与输出模块构成闭环，从而用于实现自标定，提高装置的准确度和稳定性。

其中该多路冗余模块内包含16个模拟输出模块，该矩阵开关内包含对应16个冗余输出模块的16个模拟输入端口和8个模拟输出端口。

在本实施例中，所述控制器1内存储有模块通道故障表，所述模块通道故障表被配置为记录各模拟输入接口与各模拟输出接口在矩阵开关内部的各可选连通组合的启用状态和故障状态、并根据控制器确定的当前选连通组合的故障信息来更新模块通道故障表内的对应可选连通组合的故障状态。

具体地，该模块通道故障表如下表所示，其中A01-A0m表示该矩阵开关3中的各模拟输入接口，CH01-CH08表示该矩阵开关3中的各模拟输出接口。

	CH01	CH02	...	CH08
					AO1	使用/正常	未使用/正常	...	未使用/正常
AO2	未使用/正常	使用/正常	...	未使用/故障
					AO3	...	...	...	...
...	...	...	...	...
					AOm	未使用/正常	未使用/正常	...	未使用/正常

在本实施例中，控制器1还被配置为在检测到回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值大于预设阈值后，将当前对应的矩阵开关的连通组合判定为故障并更新模块通道故障表中的对应记录；选取模块通道故障表中标记为未使用且未故障的一可选连通组合，并将矩阵开关内的当前连通关系切换至对应的模拟输入接口与模拟输出接口的所选连通组合。

在本实施例中，如附图3所示，该多通道冗余模拟输出装置还包括温度补偿模块，所述温度补偿模块包括与各模拟输出模块对应布置的M个温度传感器，所述温度传感器通过总线与所述控制器交互，用于将采集到的对应模拟输出模块的模块温度发送至控制器。

具体的，该温度补偿模块所选用的各温度传感器精度达0.1℃，通过IIC总线与MCU交互与每个模拟输出模块相匹配，实现温度补偿。同时，回检模块5也同样匹配一个温度传感器，用于记录上电自校准时温度。在PCB布局时各温度传感器与其对应的模块位置紧邻，使其能够实时精确获取对应模块温度。

在本实施例中，所述控制器还被配置为通过温度传感器监控各模拟输出模块的温度值，并在检测到一模拟输出模块的温度值超出预设温度范围时，根据该模拟输出模块查找数据库中存储的输出模块温补系数表中对应该模拟输出模块的补偿系数，根据所监测到的该模拟输出模块的当前温度值和对应补偿系数对向模拟输出模块发送的输出数据进行实时补偿调整。具体的，该输出模块温补系数表预先通过温变实验得到并存储在控制器内。

本实施例公开的多通道冗余模拟输出装置，包括控制器、多路冗余模块、矩阵开关、多路选择器、回检模块和具有N路输出通道的通道接线端子，其中多路冗余模块包含M个模拟输出模块；矩阵开关包括至少M个模拟输入接口和P个模拟输出接口；多路选择器具有至少M个数据输入端；回检模块用于将回检数据输入端获得的模拟信号转化为数字信号后作为回检数据回传给控制器；控制器被配置为根据回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值来判断多路冗余模块的故障情况、并在确认故障后向矩阵开关发送切换指令来改变矩阵开关内部模拟输入接口与模拟输出接口间的连通组合，保证冗余输出装置在多通道故障的情况下仍可通过切换通道而处于正常工作状态，提高冗余输出装置的容错率、灵活性和可靠性，避免了常规的采用双卡冗余方式在备用卡冗余通道再次故障时无法再次进行切换而使得通道彻底无法工作的问题。

附图4为本发明另一实施例公开的一种冗余切换方法，用于上述通道冗余模拟输出装置，具体包括如下步骤。

步骤S1，接收并解析上位机组态数据，控制矩阵开关切换至各所选的连通组合后向模拟输出模块发送输出数据。

具体的，矩阵开关中的各模拟输入接口与各模拟输出接口所构成不同连通组合的状态信息记录于模拟通道故障表内，包括使用/正常、未使用/故障、未使用/正常三种状态。控制器根据模拟通道故障表内各连通组合当前所记录的状态信息，获取当前各连通组合所组成通路的故障情况，进而切换合适的连通组合以实现信息传输，则该模块通道故障表被配置为记录各模拟输入接口与各模拟输出接口在矩阵开关内部的各可选连通组合的启用状态和故障状态。该步骤S1具体还包括如下步骤。

步骤S11，控制器根据预设连通组合遍历规则在模块通道故障表中依次遍历各连通组合所对应的状态信息，该连通组合状态信息包括使用/正常、未使用/故障、未使用/正常三种。其中，该预设连通组合遍历规则被配置为按照该矩阵开关中模拟输入接口和模拟输出接口序号由小到大或由大到小的顺序依次遍历各连通组合的状态信息，并判断每一连通组合的状态信息是否处于未使用/正常状态，若该连通组合的状态信息处于未使用/正常状态，则停止遍历。

步骤S12，根据所获取到的处于未使用/正常的状态信息所对应的连通组合，向矩阵开关发送切换指令并将该状态信息更新至使用/正常状态。

步骤S2，读取回检模块发回的回检数据后，根据回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值来判断多路冗余模块的故障情况、并在确认故障后向矩阵开关发送切换指令来改变矩阵开关内部模拟输入接口与模拟输出接口间的连通组合。

具体的，该回检模块通过内部设置的模拟数字转换器ADC将该模拟输出模块在该模块通道内所输出的模拟信号结果转化为数字信号并将该数字信号传输回控制器，使得控制器可通过计算其发送至模拟输出模块的数据与该模拟输入模块在该模块通道内传输的处理后的数据的差值判断不同连通状态下数据是否存故障，若二者差值过大，说明该模块通道存在故障，若二者差值在预设范围内，说明该模块通道未存在故障，则如附图5所示，该步骤S2具体还包括如下步骤。

步骤S21，在检测到回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值大于预设阈值后，将当前对应的矩阵开关的连通组合判定为故障并更新模块通道故障表中的对应记录。

具体的，控制器根据对当前所选连通组合的回检数据分析后获得的故障信息来更新模块通道故障表内的对应可选连通组合的故障状态。

步骤S22，选取模块通道故障表中标记为未使用且未故障的一可选连通组合，并将矩阵开关内的当前连通关系切换至对应的模拟输入接口与模拟输出接口的所选连通组合。

进一步地，该回检模块还可与控制器、多路冗余模块、多路选择器共同构成回路，以实现自标定。该自标定具体步骤如下。

步骤S101，依次对多路冗余模块中的各模拟输出模块能够切换的各输出通道进行校准测试，分别控制被测通道的模拟输出模块选取最大量程值内的m个不同设定输出值作为测试点进行输出。

步骤S102，获取回检模块发回的对应不同测试输出值的m个实际输出值，计算得到在分别以设定输出值和实际输出值为横纵坐标的直角坐标系中的m个所述测试点的m-1组斜率组合；所述斜率组合为相邻测试点间连线在直角坐标系的姿态和位置参数。

具体的，本实施例采用五点标定法，选取5个测试点进行自标定。

则步骤S101还包括：分别使被测通道的模拟输出模块依次分别输出0％、25％、50％、75％、100％的量程值作为测试点，对应记为x1、x2、x3、x4、x5。

步骤S102还包括如下步骤。

步骤S1021，获取回检模块发回的对应不同测试输出值的5个实际输出值，分别记为y1、y2、y3、y4、y5。

步骤S1022，计算得到在分别以测试输出值在最大量程值中占比和测试输出值为横纵坐标的直角坐标系中的5个所述测试点的4组斜率组合(k1,b1)～(k4,b4)，该斜率组合的计算公式如下：

步骤S1023，重复上述步骤直至完成各模拟输出模块的所有可切换输出通道的斜率组合计算。

步骤S103，在计算得到多路冗余模块内的各模拟输出模块可切换的各输出通道的斜率组后，生成输出通道校准系数对应表并存储，所述输出通道校准系数对应表中存储有由各模拟输出模块的所有可切换输出通道组成的连通组合的斜率组合。

步骤S104，在执行输出任务前根据选用的模拟输出模块的输出通道在输出通道校准系数对应表中查询获取对应的斜率组合，根据任务要求输出值和斜率组合计算获取第一输出调整值，在切换至所选输出通道后向选用的模拟输出模块发送所述输出调整值。

具体的，由于各模拟输出模块在长期工作的情况下会出现温漂的现象，可通过温度补偿的方式对各输出数据进行调整以提高输出数据的准确性，则如附图5所示，该方法具体还包括如下步骤。

步骤S201，监测各模拟输出模块的实时温度值。

步骤S202，当检测到一模拟输出模块的温度值超出预设温度范围时，根据该模拟输出模块查找数据库中存储的输出模块温补系数表中对应该模拟输出模块的补偿系数。

步骤S203，根据所监测到的该模拟输出模块的当前温度值和对应补偿系数对向模拟输出模块发送的输出数据进行实时补偿调整。

具体的，该步骤S203还包括:当检测到当前选用的模拟输出模块的温度变化值大于预设温度范围时，即(tm-t)>|Tth|时，根据所监测到的该模拟输出模块的当前温度值和对应补偿系数对向模拟输出模块发送的输出数据进行补偿调整，形成第二输出调整值y，其中y＝αm(kn*x+bn)，其中αm为第m个模拟输出模块的温度补偿系数，kn和bn为第m个模拟输出模块的第n组斜率组合内的标定系数。其中tm为当前执行输出任务时监测到的温度值，t为当前选用的模拟输出模块在进行校准测试时监测到的温度值，Tth为温度补偿阈值。

本发明公开的多通道冗余模拟输出装置和冗余切换方法，其中的该多通道冗余模拟输出装置包括了控制器、多路冗余模块、矩阵开关、多路选择器、回检模块和具有N路输出通道的通道接线端子，其中多路冗余模块包含M个模拟输出模块；矩阵开关包括至少M个模拟输入接口和P个模拟输出接口；多路选择器具有至少M个数据输入端；回检模块用于将回检数据输入端获得的模拟信号转化为数字信号后作为回检数据回传给控制器；控制器被配置为根据回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值来判断多路冗余模块的故障情况、并在确认故障后向矩阵开关发送切换指令来改变矩阵开关内部模拟输入接口与模拟输出接口间的连通组合，保证冗余输出装置在多通道故障的情况下仍可通过切换通道而处于正常工作状态，提高冗余输出装置的容错率、灵活性和可靠性。避免了常规的采用双卡冗余方式在备用卡冗余通道再次故障时无法再次进行切换而使得通道彻底无法工作的问题。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种多通道冗余模拟输出装置，其特征在于，包括：

控制器、多路冗余模块、矩阵开关、多路选择器、回检模块和具有N路输出通道的通道接线端子，其中

多路冗余模块，包含M个模拟输出模块，各模拟输出模块的数字信号输入端分别与控制器对应的信号输出端连接；

矩阵开关，包括至少M个模拟输入接口和P个模拟输出接口、且P不小于N，其中各模拟输出模块的模拟信号输出端与其中M个模拟输入接口一一对应连接，其中的N个模拟输出接口与通道接线端子的各通道输入端一一对应连接，所述矩阵开关被配置为能够根据控制器控制信号来切换各模拟输入接口与各模拟输出接口在矩阵开关内部的可选连通组合；

多路选择器，具有至少M个数据输入端，各模拟输出模块的模拟信号输出端分别与一数据输入端连接，所述多路选择器的数据输出端与回检模块的回检数据输入端连接，用于根据控制器信号选取M个模拟输出模块的模拟信号输出端中的一个与回检数据输入端连通；

回检模块，用于将回检数据输入端获得的模拟信号转化为数字信号后作为回检数据回传给所述控制器；

所述控制器被配置为根据回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值来判断多路冗余模块的故障情况、并在确认故障后向矩阵开关发送切换指令来改变矩阵开关内部模拟输入接口与模拟输出接口间的连通组合。

2.根据权利要求1所述的多通道冗余模拟输出装置，其特征在于：

所述控制器内存储有模块通道故障表，所述模块通道故障表被配置为记录各模拟输入接口与各模拟输出接口在矩阵开关内部的各可选连通组合的启用状态和故障状态、并根据控制器确定的当前选连通组合的故障信息来更新模块通道故障表内的对应可选连通组合的故障状态。

3.根据权利要求2所述的多通道冗余模拟输出装置，其特征在于：

所述控制器被配置为在检测到回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值大于预设阈值后，将当前对应的矩阵开关的连通组合判定为故障并更新模块通道故障表中的对应记录；选取模块通道故障表中标记为未使用且未故障的一可选连通组合，并将矩阵开关内的当前连通关系切换至对应的模拟输入接口与模拟输出接口的所选连通组合。

4.根据权利要求3所述的多通道冗余模拟输出装置，其特征在于：还包括温度补偿模块，所述温度补偿模块包括与各模拟输出模块对应布置的M个温度传感器，所述温度传感器通过总线与所述控制器交互，用于将采集到的对应模拟输出模块的模块温度发送至控制器。

5.根据权利要求4所述的多通道冗余模拟输出装置，其特征在于：

所述控制器被配置为通过温度传感器监控各模拟输出模块的温度值，并在检测到一模拟输出模块的温度值超出预设温度范围时，根据该模拟输出模块查找数据库中存储的输出模块温补系数表中对应该模拟输出模块的补偿系数，根据所监测到的该模拟输出模块的当前温度值和对应补偿系数对向模拟输出模块发送的输出数据进行实时补偿调整。

6.一种冗余切换方法，用于如权利要求1-5任一所述的通道冗余模拟输出装置，其特征在于，包括如下步骤：

接收并解析上位机组态数据，控制矩阵开关切换至各所选的连通组合后向模拟输出模块发送输出数据；

读取回检模块发回的回检数据后，根据回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值来判断多路冗余模块的故障情况、并在确认故障后向矩阵开关发送切换指令来改变矩阵开关内部模拟输入接口与模拟输出接口间的连通组合。

7.根据权利要求6所述的冗余切换方法，其特征在于，还包括：

记录各模拟输入接口与各模拟输出接口在矩阵开关内部的各可选连通组合的启用状态和故障状态、并根据对当前选连通组合的回检数据分析后获得的故障信息来更新模块通道故障表内的对应可选连通组合的故障状态。

8.根据权利要求7所述的冗余切换方法，其特征在于，还包括：

在检测到回检数据与向模拟输出模块发送的输出数据的偏差值大于预设阈值后，将当前对应的矩阵开关的连通组合判定为故障并更新模块通道故障表中的对应记录；

选取模块通道故障表中标记为未使用且未故障的一可选连通组合，并将矩阵开关内的当前连通关系切换至对应的模拟输入接口与模拟输出接口的所选连通组合。

9.根据权利要求8所述的冗余切换方法，其特征在于，还包括：

监测各模拟输出模块的实时温度值；

当检测到一模拟输出模块的温度值超出预设温度范围时，根据该模拟输出模块查找数据库中存储的输出模块温补系数表中对应该模拟输出模块的补偿系数；

根所监测到的该模拟输出模块的当前温度值和对应补偿系数对向模拟输出模块发送的输出数据进行实时补偿调整。