一种多通道模拟量输入回路断线检测电路及方法
【专利摘要】本发明公开了一种多通道模拟量输入回路断线检测电路及方法，包括模拟量输入信号多通道复用电路、断线检测电路和微处理器；模拟量输入信号多通道复用电路包括多个输入通道电路，各输入通道电路均包括与微处理器相连接的光耦继电器，微处理器控制光耦继电器以打开输入通道电路，光耦继电器将模拟量输入接入测量回路中；断线检测电路包括模拟开关、恒流源、恒压源和电压比较器；模拟开关分别与微处理器、模拟量输入信号多通道复用电路连接；恒压源与电压比较器的反相端连接；电压比较器的同相端与模拟开关连接；电压比较器与微处理器连接。本发明在保证原有功能的前提下通过多通道复用技术逐个对每个模拟量输入通道逐次进行断线检测极大地降低了设计成本。
【专利说明】
一种多通道模拟量输入回路断线检测电路及方法
技术领域
[0001]本发明属于电力化工领域，具体涉及分散控制系统中的一种多通道模拟量输入回路断线检测电路及方法。
【背景技术】
[0002]随着分散控制系统在火电以及化工行业的大量应用，对分散控制系统的功能要求越来越高，对于现场模拟量信号的测量，需要对每个通道实时的检测输入回路是否断线，以判断当前测量值是否正确并将该状态反馈至上位工作站;断线检测功能对于模拟量测量装置至关重要，传统做法是对每个通道增加独立的断线检测器件，这增加很多厂商的器件成本，所以如何更高效地设计多通道模拟量输入回路的断线检测功能显得尤为重要。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明提出一种多通道模拟量输入回路断线检测电路及方法。
[0004]实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现:
[0005]—种多通道模拟量输入回路断线检测电路，包括模拟量输入信号多通道复用电路、断线检测电路和微处理器U3;所述模拟量输入信号多通道复用电路包括多个输入通道电路，各输入通道电路均包括与微处理器U3相连接的光耦继电器，通过微处理器U3输出控制其中一输入通道的开启信号给光耦继电器以打开此输入通道电路，光耦继电器将模拟量输入接入测量回路中，测量完成后，微处理器U3关闭此光耦继电器;所述断线检测电路包括模拟开关U1、恒流源、恒压源和电压比较器U2;模拟开关Ul的输入端与微处理器连接，其输出端通过多通道复用线与模拟量输入信号多通道复用电路连接;恒流源用于为整个回路断线检测提供电流;恒压源与电压比较器U2的反相端连接；电压比较器U2的同相端与模拟开关Ul的输出端连接;电压比较器的输出端与微处理器连接。
[0006]所述各输入通道电路均包含两个光耦继电器，两个光耦继电器的控制端信号串联，一端接电源电压，另一端接微处理器U 3，光親继电器的一端接现场送来的模拟量信号，另一端接模拟开关Ul的输出端，通过微处理器U3来控制光耦继电器的开关。
[0007]所述模拟开关Ul为双通道单刀单掷开关，2个输入端分别控制2个开关，当模拟开关Ul接收到高电平信号时，相应的开关闭合，对应的输出端信号互相连接，反之则断开。
[0008]所述模拟开关Ul的其中一个输出用于连接恒流源和模拟量信号正极所对应的光耦继电器漏极输出，模拟开关Ul的另一个输出连接模拟量信号负极所对应的光耦继电器漏极输出，并通过电阻Rl和电阻R2接地。
[0009]所述电压比较器U2的同相端连接在电阻Rl和电阻R2之间，输出端接至微处理器U3o
[0010]—种多通道模拟量输入回路断线检测方法，包括以下步骤:
[0011]通过微处理器U3输出控制其中一输入通道的低电平信号给光耦继电器以打开此输入通道电路；
[0012]当微处理器U3输出高电平信号给模拟开关Ul输入端时，模拟开关Ul相应的输出端闭合，恒流源通过现场模拟量输入通道形成返回电流;通过电压比较器U2检测输入回路电压以判断否存在断线。
[0013]所述通过电压比较器U2检测输入回路电压以判断否存在断线具体为:返回电流流过Rl、R2，当Rl和R2间的电压大于反相端的电压时，则电压比较器U2的输出为高电平，表示输入回路没有断线；当输入回路断线，电流无法流过Rl和R2，必然会造成同相端输入为0，低于反向端电压，电压比较器U2的输出为低电平。
[0014]本发明的有益效果:
[0015]本发明提供一种多通道模拟量输入回路断线检测电路及方法，能够高效地实现现场多路模拟量信号的回路断线检测，该发明能够应用于电力、化工领域的分散控制系统的设计和应用中，为电力、化工行业的可靠运行提供了技术支撑，在保证原有功能的前提下通过多通道复用技术逐个对每个模拟量输入通道逐次进行断线检测极大地降低了设计成本。
【附图说明】
[0016]图1为本发明一种实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
[0019]一种多通道模拟量输入回路断线检测电路，包括模拟量输入信号多通道复用电路、断线检测电路和微处理器U3;
[0020]所述模拟量输入信号多通道复用电路包括多个输入通道电路，各输入通道电路均包括与微处理器U3相连接的光耦继电器，通过微处理器U3输出其中一输入通道的开启信号以打开此输入通道电路，在本发明的优选实施例中开启信号为低电平信号；参见图1中，U4A、U4B、U5A、U5B、……、1]6厶、1]6六均为光耦继电器，1附+、1附-、1吧+、1吧-、……、INN+、INN-分别为模拟量输入通道电路I的正负端、输入通道电路2的正负端、……、输入通道电路N的正负端；
[0021]所述断线检测电路包括模拟开关U1、恒流源、恒压源和电压比较器U2;
[0022]所述模拟开关Ul的其中一个输出用于连接恒流源和模拟量信号正极所对应的光親继电器漏极输出，模拟开关UI的另一个输出将连接模拟量信号负极所对应的光親继电器漏极输出，并通过电阻Rl和电阻R2分压接至电压比较器U2的同相端。
[0023]恒流源用于为模拟量输入回路提供电流，恒压源与电压比较器U2的反相端连接，模拟开关Ul的输入端和电压比较器的输出端均与微处理器U3连接，通过电压比较器U2检测输入通道电路的电压以判断是否存在断线。
[0024]在本发明中，所述各输入通道电路包括两个光耦继电器，两个光耦继电器的控制端信号串联，一端接电源电压Vcc，另一端接微处理器U3，光耦继电器的一端接现场送来的模拟量信号，另一端接模拟开关Ul的输出端，构成多通道复用线；INl Select、IN2Select、……、INNSelect为微处理器U3输出信号，每次只允许其中一个输出信号为低电平，当为低电平时，表示该路模拟量信号被输入至多路复用线上。
[0025]所述模拟开关Ul为双通道单刀单掷开关，2个输入端分别控制2个开关，当模拟开关Ul接收到高电平信号时，相应的开关闭合，对应的输出端信号互相连接，反之则断开。
[0026]所述模拟开关Ul的其中一个输出用于连接恒流源和模拟量信号正极所对应的光親继电器漏极输出，模拟开关UI的另一个输出将连接模拟量信号负极所对应的光親继电器漏极输出通过电阻Rl和电阻R2接地。
[0027]所述电压比较器U2的同相端连接在电阻Rl和电阻R2之间，输出端接至微处理器U3o
[0028]在本发明的优选实施例中，光耦继电器为MOSFET开关，模拟开关为CMOS开关。
[0029]综上，本发明的一种实施例的工作原理如下:
[0030]当微处理器U3输出的INlSelect为低电平，模拟开关Ul接收到的输入信号为高电平时，恒流源通过INl+流出设定值的电流，通过INl-返回，返回的电流流过Rl、R2，若此时Rl和R2间的电压大于电压比较器U2反相端此时的电压，则电压比较器U2输出为高电平，表示输入回路没有断线;若输入回路断线，电流无法流过Rl和R2，必然会造成电压比较器U2同相端输入为0，低于反向端电压，电压比较器U2此时输出为低电平。
[0031]—种多通道模拟量输入回路断线检测方法，包括以下步骤:
[0032]通过微处理器U3输出使能其中一通道光耦继电器的控制端为低电平以打开此输入通道电路；
[0033]当微处理器U3输出高电平信号给模拟开关Ul时，模拟开关Ul输出闭合，相应的信号互相连接，恒流源提供的电流通过输入通道回路形成返回电流；
[0034]通过电压比较器U2检测输入回路电压以判断否存在断线。
[0035]通过电压比较器U2检测输入回路电压以判断否存在断线具体为:返回电流流过R1、R2，当Rl和R2间的电压大于电压比较器U2反相端的电压时，则电压比较器U2的输出为高电平，表示输入回路没有断线；当输入回路断线，电流无法流过Rl和R2，必然会造成电压比较器U2同相端输入为0，低于电压比较器U2反向端电压，电压比较器U2的输出为低电平。
[0036]实施例一
[0037]利用信号发生器输出401^信号至输入各信号输入通道电路1附+、1附-、爪2+、爪2-以及其他输入通道电路上，共设计8个输入回路，首先对信号输入通道电路I进行断线检测，设置INlSelect为低电平，设置模拟开关Ul的输入信号为高电平，电阻Rl、R2分别为100K、200K，恒流源设置输出为1uA电流信号，恒压源输出其值为1.18V，当输入通道电路I连接正常时，此时恒流源的电流从INl+流出，从INl-返回并流过电阻Rl、R2，计算得电压比较器U2同相端的电压为2V，大于反相端电压，故输出高电平；当输入通道电路I断线时，电压比较器U2同相端的电压为0V，故输出低电平，微处理器U3通过电平的高低来判断当前输入通道电路I是否存在断线，检测完成后，设置INlSelect为高电平关闭输入通道电路I的检测，设置IN2Select为低电平继续进行输入通道电路2的断线检测，过程同输入通道电路I类似，上述实例验证了本发明的能够对多通道输入信号进行断线检测。
[0038]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种多通道模拟量输入回路断线检测电路，其特征在于:包括模拟量输入信号多通道复用电路、断线检测电路和微处理器U3;所述模拟量输入信号多通道复用电路包括多个输入通道电路，各输入通道电路均包括与微处理器U3相连接的光耦继电器，通过微处理器U3输出控制其中一输入通道的开启信号给光耦继电器以打开此输入通道电路，光耦继电器将模拟量输入接入测量回路中，测量完成后，微处理器U3输出关闭信号关闭此光耦继电器；所述断线检测电路包括模拟开关U1、恒流源、恒压源和电压比较器U2;模拟开关Ul的输入端与微处理器U3连接，其输出端通过多通道复用线与模拟量输入信号多通道复用电路连接；恒流源用于为整个回路断线检测提供电流;恒压源与电压比较器U2的反相端连接；电压比较器U2的同相端与模拟开关Ul的输出端连接;电压比较器的输出端与微处理器U3连接。2.根据权利要求1所述的一种多通道模拟量输入回路断线检测电路，其特征在于:所述各输入通道电路均包含两个光耦继电器，两个光耦继电器的控制端信号串联，一端接电源电压，另一端接微处理器U3;光耦继电器的一端接现场送来的模拟量信号，另一端接模拟开关Ul的输出端，通过微处理器U3来控制光耦继电器的开关。3.根据权利要求1或2所述的一种多通道模拟量输入回路断线检测电路，其特征在于:所述模拟开关Ul为多通道单刀单掷开关，2个输入端分别控制2个开关，当模拟开关Ul接收到高电平信号时，相应的开关闭合，对应的输出端信号互相连接，反之则断开。4.根据权利要求2所述的一种多通道模拟量输入回路断线检测电路，其特征在于:所述模拟开关Ul的其中一个输出用于连接恒流源和模拟量信号正极所对应的光耦继电器漏极输出，模拟开关Ul的另一个输出连接模拟量信号负极所对应的光耦继电器漏极输出，并通过电阻Rl和电阻R2接地。5.根据权利要求4所述的一种多通道模拟量输入回路断线检测电路，其特征在于:所述电压比较器U2的同相端连接在电阻Rl和电阻R2之间，输出端接至微处理器U3。6.根据权利要求1?5中任意项所述的一种多通道模拟量输入回路断线检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 通过微处理器U3输出控制其中一输入通道的开启信号给光耦继电器以打开此输入通道电路； 当微处理器U3输出高电平信号给模拟开关UI输入端时，模拟开关UI相应的输出端闭合，恒流源通过现场模拟量输入通道形成返回电流;通过电压比较器U2检测输入回路电压以判断否存在断线。7.根据权利要求6所述的一种多通道模拟量输入回路断线检测方法，所述通过电压比较器U2检测输入回路电压以判断否存在断线具体为:返回电流流过R1、R2，当Rl和R2间的电压大于反相端的电压时，则电压比较器U2的输出为高电平，表示输入回路没有断线；当输入回路断线，电流无法流过Rl和R2，必然会造成同相端输入为O，低于反向端电压，电压比较器U2的输出为低电平。
【文档编号】G01R31/02GK106066446SQ201610498657
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月29日 公开号201610498657.4, CN 106066446 A, CN 106066446A, CN 201610498657, CN-A-106066446, CN106066446 A, CN106066446A, CN201610498657, CN201610498657.4
【发明人】王鹏, 吴胜华, 王丹麟, 田海波, 杨春瑜, 刘斌, 廖环宇
【申请人】南京国电南自美卓控制系统有限公司