本实用新型涉及工业控制技术领域，更具体涉及一种用于外挂机故障报警预处理装置。
背景技术：
PLC常被用作外挂机当做原有系统的补充或冗余，为保护知识产权提供了有效途径，因此其应用越来越广泛。当外挂机出现各种故障时，原系统应能给出响应，并进行报警以通知相关运行人员，同时预判外挂设备出现的故障类型，便于运行人员更高效地找到故障原因。现有的外挂平台，若出现故障，无法及时给出故障的类型识别。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题在于提供了一种能够及时追踪故障信号，并根据风险等级进行相应处理的外挂机故障报警预处理装置。
本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
一种用于外挂机故障报警预处理装置，包括电压跟随器电路、减法器电路、限幅器电路、报警电路，所述电压跟随器电路的输入端连接PLC系统的输出模块，所述电压跟随器电路的输出端连接减法器电路的输入端，所述减法器电路的输出端同时连接报警电路的输入端和限幅器电路的输入端，所述限幅器电路的输出端连接DCS系统的输入模块，所述报警电路的输出端连接DCS系统的输入模块。
进一步地，所述电压跟随器电路包括第一比较器LM393和电阻R1，所述第一比较器LM393的同相输入端连接PLC系统的输出模块，所述第一比较器LM393的反相输入端连接所述电压跟随器的输出端，所述电阻R1一端接地，一端连接第一比较器LM393的正相输入端，所述第一比较器LM393的输出端为电压跟随器电路的输出端。
进一步地，所述减法器电路包括电阻R2、滑动变阻器R3、电阻R4、反馈电阻Rf以及放大器LM324，所述电阻R2的一端为减法器电路的输入端，所述电阻R2的另一端连接放大器LM324的反相输入端，所述放大器LM324的反相输入端连接反馈电阻Rf的一端，所述反馈电阻Rf的另一端连接放大器LM324的输出端，所述电阻R4一端接地，另一端连接放大器LM324的同相输入端，所述电阻R3的一端接电源，所述电阻R3的另一端连接放大器LM324的同相输入端，所述放大器LM324的输出端为所述减法器电路的输出端。
进一步地，所述限幅器电路包括滑动变阻器电阻R5、电阻R6以及第二比较器LM393，所述滑动变阻器R5的一端为限幅器电路的输入端，所述滑动变阻器R5的另一端连接第二比较器LM393的反相输入端，所述第二比较器LM393的反相输入端连接电阻R6的一端，所述电阻R6的另一端连接第二比较器LM393的输出端，所述电阻R6上并联有稳压管，所述稳压管的两端分别连接电阻R6的两端，所述第二比较器LM393的输出端为限幅器电路的输出端，所述第二比较器LM393的输出端分别连接DCS输入模块和高限报警电路。
进一步地，所述报警电路包括高限报警电路和/或低限报警电路。
进一步地，所述高限报警电路包括电阻R7、电阻R8、滑动变阻器R9、电阻R10、第三比较器LM393，所述电阻R7的一端为高限报警电路的输入端，所述高限报警电路的输入端连接减法器电路的输出端，所述电阻R7的另一端连接第三比较器LM393的同相输入端，所述第三比较器LM393的同相输入端连接电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端连接第三比较器LM393的输出端，所述电阻R10的一端接地，另一端连接第三比较器LM393的反相输入端，所述滑动变阻器R9的一端接电源电压Vcc，另一端连接第三比较器LM393的反相输入端，所述第三比较器LM393的输出端为高限报警电路的输出端，所述第三比较器LM393的输出端连接DCS的输入模块。
进一步地，所述高限报警电路的报警电压设定值由Vcc和滑动变阻器R9设置的电阻大小调节得到的。
进一步地，所述低限报警电路包括电阻R11、电阻R12、滑动变阻器R13、电阻R14以及第四比较器LM393，所述电阻R11的一端为低限报警电路的输入端，所述低限报警电路的输入端连接减法器电路的输出端，所述电阻R11的另一端连接第四比较器LM393的同相输入端，所述第四比较器LM393的同相输入端连接电阻R12的一端，所述电阻R12的另一端连接第四比较器LM393的输出端，所述电阻R14一端接地，另一端连接第四比较器LM393的反相输入端，所述滑动变阻器R13的一端连接电源电压Vcc’，另一端连接第四比较器LM393的反相输入端，所述第四比较器LM393的输出端为低限报警电路的输出端，所述低限报警电路的输出端连接DCS的输入模块。
进一步地，所述低限报警电路的报警电压设定值由Vcc’和滑动变阻器R13设置的电阻大小调节得到的。
进一步地，所述装置中还包括心跳信号检测电路，所述心跳信号检测电路包括非门和或门，所述非门的输入端为所述心跳信号检测电路的输入端，所述非门的输入端连接PLC系统的输出模块，所述或门的输入端同时连接所述非门的输出端和所述非门的输入端，所述或门的输出端为所述心跳信号检测电路的输出端，所述或门的输出端连接DCS系统，当DCS系统检测到心跳信号消失时自动切换到原控制系统。
本实用新型相比现有技术具有以下优点：
该故障报警预处理装置能够及时追踪故障信号，自动进行故障分类并进行故障风险等级划分，并根据风险等级进行相应处理，当系统检测到当控制参数的幅值和速率发生越限时，触发报警电路，系统自动进行限幅和限速，同时进行报警，提示运行人员监测相关参数DCS。
当系统发生电源故障和CPU故障时，心跳信号消失，触发一级风险，并进行设备故障报警，切换回原控制系统。
采用本实用新型的报警预处理装置可以高效的提升操作人员进行相应预案处理，有效提高系统安全性和故障诊断的高效性。
附图说明
图1为本实用新型实施例的一种用于外挂机故障报警预处理装置的电路图；
图2为本实用新型实施例的一种用于外挂机故障报警预处理装置的工作过程示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例的一种用于外挂机故障报警预处理装置电路结构如图1所示，包括电压跟随器电路、减法器电路、限幅器电路、高限报警电路、低限报警电路以及心跳信号检测电路，所述电压跟随器电路的输入端连接PLC系统的输出模块，所述电压跟随器电路的输出端连接减法器电路的输入端，所述减法器电路的输出端同时连接高限报警电路的输入端、低限报警电路的输入端以及限幅器电路的输入端，所述限幅器电路的输出端连接DCS系统的输入模块，所述高限报警电路的输出端连接DCS系统的输入模块，输出相应的报警信号到DCS系统，所述低限报警电路的输出端连接DCS系统的输入模块，输出相应的报警信号到DCS系统。
所述电压跟随器电路包括第一比较器和电阻R1，所述第一比较器的同相输入端连接PLC系统的输出模块，所述第一比较器的反相输入端连接所述第一比较器的输出端，所述电阻R1一端接地，一端连接第一比较器的同相输入端，所述第一比较器的输出端为电压跟随器电路的输出端；其中，第一比较器的型号为LM393，R1＝1KΩ。
所述减法器电路包括电阻R2、滑动变阻器R3、电阻R4、反馈电阻Rf以及放大器，所述电阻R2的一端为减法器电路的输入端，所述电阻R2的另一端连接放大器的反相输入端，所述放大器的反相输入端连接反馈电阻Rf的一端，所述反馈电阻Rf的另一端连接放大器的输出端，所述电阻R4一端接地，另一端连接放大器的同相输入端，所述电阻R3的一端接电源，所述电阻R3的另一端连接放大器的同相输入端，所述放大器的输出端为所述减法器电路的输出端，其中，放大器的型号为LM324，R2＝10KΩ，滑动变阻器R3的最大阻值范围为100KΩ，R4＝10KΩ，Rf＝10KΩ。
所述限幅器电路包括滑动变阻器R5、电阻R6、稳压管以及第二比较器，所述滑动变阻器R5的一端为限幅器电路的输入端，所述限幅器电路的输入端连接减法器电路的输出端，所述滑动变阻器R5的另一端连接第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的反相输入端连接电阻R6的一端，所述电阻R6的另一端连接第二比较器的输出端，所述电阻R6上并联有稳压管，所述稳压管的两端分别连接电阻R6的两端，所述第二比较器的输出端为限幅器电路的输出端，所述第二比较器的输出端分别连接DCS输入模块，其中，第二比较器的型号为LM393，滑动变阻器R5的最大电阻值为100KΩ，R6＝10KΩ。
所述高限报警电路包括电阻R7、电阻R8、滑动变阻器R9、电阻R10、第三比较器，所述电阻R7的一端为高限报警电路的输入端，所述高限报警电路的输入端连接减法器电路的输出端，所述电阻R7的另一端连接第三比较器的同相输入端，所述第三比较器的同相输入端连接电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端连接第三比较器的输出端，所述电阻R10的一端接地，另一端连接第三比较器的反相输入端，所述滑动变阻器R9的一端接电源电压Vcc，另一端连接第三比较器的反相输入端，所述第三比较器的输出端为高限报警电路的输出端，所述第三比较器的输出端连接DCS的输入模块，所述DCS输入模块根据高限报警电路的信号进行相应的报警，其中，第三比较器的型号为LM393，R7＝10KΩ，R8＝10KΩ，滑动变阻器R9的最大阻值为10KΩ，R10＝10KΩ，所述高限报警电路的报警电压设定值由Vcc和滑动变阻器R9设置的电阻大小调节得到的。
所述低限报警电路包括电阻R11、电阻R12、滑动变阻器R13、电阻R14以及第四比较器，所述电阻R11的一端为低限报警电路的输入端，所述低限报警电路的输入端连接减法器电路的输出端，所述电阻R11的另一端连接第四比较器的同相输入端，所述第四比较器的同相输入端连接电阻R12的一端，所述电阻R12的另一端连接第四比较器的输出端，所述电阻R14一端接地，另一端连接第四比较器的反相输入端，所述滑动变阻器R13的一端连接电源电压Vcc’，另一端连接第四比较器的反相输入端，所述第四比较器的输出端为低限报警电路的输出端，所述低限报警电路的输出端连接DCS的输入模块，所述DCS模块根据低限报警电路的信号进行相应的低限报警，其中，第二比较器的型号为LM393，R11＝10KΩ，R12＝10KΩ，滑动变阻器R13的最大阻值为10KΩ，R14＝10KΩ，所述低限报警电路的报警电压设定值由Vcc’和滑动变阻器R13设置的电阻大小调节得到的。
所述心跳信号检测电路包括非门和或门，所述非门的输入端为所述心跳信号检测电路的输入端，所述非门的输入端连接PLC系统的输出模块，所述或门的输入端同时连接所述非门的输出端和所述非门的输入端，所述或门的输出端为所述心跳信号检测电路的输出端，所述或门的输出端连接DCS系统，当DCS系统检测到心跳信号消失时自动切换到PLC系统。
本实施例的装置的检测过程如图2所示，在此，首先根据外挂机的故障类型，分别设定设备故障为一级风险，控制参数越限位二级风险；其中设备故障主要包括电源故障和CPU故障，当系统发生电源故障和CPU故障时，心跳信号消失，心跳信号检测电路将实时信号传输到DCS系统中，DCS系统发现心跳信号消失，进行相应的逻辑操作，触发一级风险，并进行设备故障报警，切换回原控制系统；当控制参数的幅值和速率发生越限时，触发由电压跟随器电路、减法器电路限幅器电路以及高低限报警电路组成的系统传送相应的信号到DCS系统中，触发二级风险，系统自动进行限幅和限速，同时进行报警，提示运行人员监测相关参数DCS。
本实施的一种用于外挂机故障报警预处理装置的工作原理：
(1)经过电压跟随器电路，将4～20mA的控制参数转换为电压信号V1；
(2)经过减法器电路，将电压转换为正负双向电压V3，V3的计算公式为：
V3＝Rf/R2*(V2-V1)
(3)限幅器电路将控制参数的大小限制在设定值之间，设定值的计算公式为：
-(0.7+VZ1)≤R6/R5*V3≤0.7+VZ2
(4)高限/低限报警电路：Vf1/Vf2为高限设定值/低限设定值对应的参考电压，当输入超出Vf1/Vf2范围时，实现报警；
(5)心跳检测信号电路：PLC每运行一个固定周期，心跳信号就翻转一次，生成一个固定周期的方波信号，若心跳检测电路输出一直为高电平，则证明PLC在正常工作。若发生电源故障或CPU故障，则心跳信号会消失，此时信号检测电路输出变为低电平，此时DCS的切换逻辑根据该低电平信号自动切换回原控制系统。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。