专利名称：支持带电热插拔的可编程逻辑控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及可编程逻辑控制器技术领域，尤其涉及一种支持带电热插拔的可编程逻辑控制器。
背景技术：
随着自动控制技术的发展和自动化水平的提高，越来越多的控制系统要求各个板卡部件支持带电热插拔功能即允许用户在不关闭系统、不切断电源的情况下对背板上的故障板卡设备进行替换，从而减少整个系统的故障停机时间，保证系统能够连续稳定的长时间运行，提高系统对灾难的及时恢复能力以及扩展性和灵活性等。例如一些重要场合要求可编程逻辑控制器的主控模件以及各种功能模件都要求能支持带电热插拔功能。可编程控制通常由背板、电源模件、主控模件以及各种功能模件组成。传统的可编程逻辑控制器，由于模件通常具有很大的输入电容，当模件直接插入带电的背板时，输入电容提供了一个初始的低阻抗回路，会造成巨大的浪涌电流，有可能损坏接插件、导线和模件的输入电容，如图1所示。更重要的是浪涌电流会造成背板供电电压的瞬间跌落，使背板上其他设备复位而不能正常工作。这些因素会对系统带来难以预料的破坏性影响。因此目前的可编程控制器制造厂家在使用说明中明确指出主控模件和功能模件不支持带电热插拔。
发明内容
本发明的目的在于，通过不同的热插拔设计方法，对不同模件热插拔时产生的浪涌电流进行抑制，能够实现可编程控制器的带电插拔，避免模件插入带电系统中时因巨大的浪涌电流而造成背板或者模件上的接插件、导线和输入电容的损坏，甚至造成整个系统的复位。为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案
支持带电热插拔的可编程逻辑控制器，在输入电压两端之间连接有过压保护器件VR1。在输入电压和输出电压之间串接有保险丝。还包括一个控制电路，所述控制电路包括，电容Cl、电阻R2和场效应管Ql的源极和栅极并联后与电阻Rl串联，其中源极接地，电阻Rl的另外一端和模件电源阳极相连接， 场效应管Ql的漏极和模件电源的阴极相连接。主控模件输入电压和输出电压之间连接有内部集成MOSFET的专用热插拔控制器 U1。本发明的有益效果在于，针对可编程逻辑控制器的不同模件采用不同的电路设计方案，能够避免模件插入带电背板时可能造成的器件、电路板损坏甚至是系统复位。通过本发明可以实现可编程控制器模件的带电热插拔，允许用户在不关闭系统、不切断电源的情况下对背板上的故障模件进行替换，从而提高了系统对灾难的及时恢复能力以及扩展性和灵活性，电路设计具有很高的性价比。
图1可编程控制器热插拔示意图。图2主控模件热插拔浪涌电流抑制电路原理图。图3容性较小的功能模件热插拔浪涌电流抑制电路原理图。图4容性较大的功能模件热插拔浪涌电流抑制电路原理图。
具体实施例方式针对可编程逻辑控制器的主控模件以及各种功能模件，综合考虑功能、成本、空间及可靠性等因素，采用不同的技术措施来实现带电热插拔功能，包括
针对主控等模件，考虑到在控制系统中占重要地位，模件的整体功耗高，容性阻抗较大，且电路板高度集成度。采用内部集成MOSFET的专用热插拔控制器，结合独特的设计电路，实现主控模件带电插拔时浪涌电流的抑制。针对开关量输入模件、开关量输出模件等容性阻抗较小的功能模件，通过合理降低电容的大小，并增加保险及过压保护器件来实现模件带电插拔时浪涌电流的抑制。针对模拟量输入模件、模拟量输出模件等容性阻抗较大的功能模件尤其是含有 DC-DC的功能模件，除在模件电源入口处增加保险丝、过压保护器件外，在DC-DC输入端增加一个控制回路，实现插拔瞬间浪涌电流的抑制。下面结合附图和实例对本发明作进一步说明
可编程逻辑控制器中，主控模件的系统电源输入口处的整体容性阻抗一般高达 IOOuF-IOOOUF，且电路板高度集成度。由于主控模件在可编程控制器中处于核心地位，因此采用内部集成MOSFET的专用热插拔控制器对热插拔浪涌电流进行抑制，如图2所示。热插拔控制器采用TPS2421 (或其他内部集成MOSFET的热插拔控制芯片)，电容Cl、过压保护器件VRl用于消除热插拔控制器前端感性负载的影响，电容C3、过压保护器件VR2用于消除热插拔控制器后端感性负载的影响，当前端或者后端仅仅存在容性负载时，相应的电容和电压抑制器可以去除。电阻Rl用于设置限制电流的大小，电容C2用于设置过流时间的长短。热插拔控制器可以在模件出现短路故障时自动与系统进行隔离，通过使能控制端/E/N 能够对电源进行使能控制(不用时固定接低电平)，控制器同时可以提供信号/F/L/T以及/ P/G用于指示系统电源是否故障以及是否准备好(不用时浮空)。开关量输入模件、开关量输出模件等功能模件，通常不需要DC-DC转换芯片，因此容性阻抗可以设计的相对较小，一般可控制在IOuF以内或者更低。如图3所示，通过合理降低电容的大小，并增保险丝Fl及过压保护器件VR1，可以实现模件带电插拔时浪涌电流的抑制，并且当模件电路板出现断路现象时，保险丝可以自动将其与系统隔离。模拟量输入模件、模拟量输出模件等功能模件一般具有较大的容性，尤其是DC-DC 的输入端需要较大的滤波电容。因此，针对此类型模件，除了在模件电源入口处增加保险丝 F1、过压保护器件VRl外还需要对DC-DC输入端较大的容性阻抗增加一个控制回路，从而整体实现插拔浪涌电流抑制。如图4所示，在DC-DC输入端，增加一个由场效应管Q1、电阻R1、 电阻R2、电容Cl组成的控制电路。电容Cl、电阻R2和场效应管Ql的源极和栅极并联后与电阻Rl串联，其中源极接地，电阻Rl的另外一端和模件电源阳极相连接，效应管Ql的漏极和模件电源的阴极相连接。
场效应管Ql可以选用IRFU0MN，电阻R1、电阻R2以及电容Cl可以根据时间参数要求灵活选取。
权利要求
1.支持带电热插拔的可编程逻辑控制器，其特征在于，在输入电压两端连接有过压保护器件VRl。
2.根据权利要求1所述的支持带电热插拔的可编程逻辑控制器，其特征在于，在输入电压和输出电压之间串接有保险丝。
3.根据权利要求1所述的支持带电热插拔的可编程逻辑控制器，其特征在于，还包括一个控制电路，所述控制电路包括，电容Cl、电阻R2和场效应管Ql的源极和栅极并联后与电阻Rl串联，其中源极接地，电阻Rl的另外一端和模件电源阳极相连接，场效应管Ql的漏极和模件电源的阴极相连接。
4.根据权利要求1所述的支持带电热插拔的可编程逻辑控制器，其特征在于，主控模件输入电压和输出电压之间连接有内部集成MOSFET的专用热插拔控制器U1。
全文摘要
支持带电热插拔的可编程逻辑控制器，在输入电压两端连接有过压保护器件VR1。本发明的有益效果在于，针对可编程逻辑控制器的不同模件采用不同的电路设计方案，能够避免模件插入带电背板时可能造成的器件、电路板损坏甚至是系统复位。
文档编号G05B19/05GK102169334SQ201110134688
公开日2011年8月31日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者严杰, 刘国敏, 姜晓, 孙延岭, 尚修志, 赵雪飞 申请人:南京南瑞集团公司, 国网电力科学研究院