一种电流采样电阻电路的故障诊断系统的制作方法

本发明涉及电路诊断技术领域，更具体的说，涉及一种电流采样电阻电路的故障诊断系统。

背景技术：

在流程工业自动化领域，对于电流信号，如4-20ma信号，通常采用采样电阻将电流信号转换成电压信号，再通过模数转换电路，将电压信号转换为系统所需的数据。目前，主要采用电流采样电阻电路将电流信号转换为电压信号，为提高电流采样电阻电路的可用性，一般将电流采样电阻电路进行冗余设置，所谓冗余指的是：人为增加重复部分，其目的是用来对原本的单一部分进行备份，以达到增强其安全性的目的。

参见图1，现有技术中电流采样电阻电路的电路图，开关k1和采样电阻r1构成的采样支路与开关k2和采样电阻r2构成的采样支路互为备用，正常情况下，开关k1和开关k2在同一时间段内只有一个闭合，假设开关k1闭合，开关k2打开，电流信号i经过采样电阻r1转换为电压信号后，由系统根据采集的采样电阻r1两端的电压值v以及采样电阻r1的值r，计算得到标准电流信号i的电流值，即i＝v/r。

图1中，若电路出现切换电路故障使开关k1和开关k2同时闭合时，将导致电流信号i分别经采样电阻r1和采样电阻r2分流，从而使得获取的电压信号不准确，进而导致系统的计算结果错误。

综上，如何对电流采样电阻电路进行故障诊断成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明公开一种电流采样电阻电路的故障诊断系统，以通过在电流采样支路正常导通时，对备用电流采样支路中是否存在漏电流进行检测，来判断电流采样电阻电路是否出现切换电路故障，并在漏电流超过预设电流时，输出报警信息，以便提醒技术人员及时进行检修。

一种电流采样电阻电路的故障诊断系统，包括：电流采样电阻电路以及互为备用的第一模拟量采集模块和第二模拟量采集模块；

所述电流采样电阻电路包括：互为备用的第一电流采样支路和第二电流采样支路，所述第一电流采样支路的输入端和所述第二电流采样支路的输入端的公共端用于输入电流信号，所述第一电流采样支路的输出端和所述第二电流采样支路的输出端均接地；

所述第一模拟量采集模块分别与所述第一电流采样支路和所述第二电流采样支路连接，所述第一模拟量采集模块用于控制所述第一电流采样支路的导通和关断，还用于在所述第一电流采样支路处于导通状态时，获取所述第二电流采样支路中的电流，并记为第一电流，当所述第一电流超过预设电流时，输出表征所述第二电流采样支路中存在漏电流的报警信息；

所述第二模拟量采集模块分别与所述第一电流采样支路和所述第二电流采样支路连接，所述第二模拟量采集模块用于控制所述第二电流采样支路的导通和关断，还用于在所述第二电流采样支路处于导通状态时，获取所述第一电流采样支路中的电流，并记为第二电流，当所述第二电流超过所述预设电流时，输出表征所述第一电流采样支路中存在漏电流的报警信息。

可选的，所述第一电流采样支路包括：第一采样电阻、第一开关和第二采样电阻，所述第一采样电阻的一端作为所述第一电流采样支路的输入端，用于输入电流信号，所述第一采样电阻的另一端依次连接所述第一开关和所述第二采样电阻后接地；

所述第二电流采样支路包括：第三采样电阻、第二开关和第四采样电阻，所述第三采样电阻的一端作为所述第二电流采样支路的输入端，所述第三采样电阻的另一端依次连接所述第二开关和所述第四采样电阻后接地；

其中，所述第一采样电阻和所述第三采样电阻的阻值相同；所述第二采样电阻和所述第四采样电阻的阻值相同。

可选的，所述第一模拟量采集模块具有：第一电压高电平采集端口、第一电压低电平采集端口、第一开关控制信号输出端口和第二电压低电平采集端口。

可选的，所述第一模拟量采集模块分别与所述第一电流采样支路和所述第二电流采样支路的连接关系如下：

所述第一电压高电平采集端口连接所述第一采样电阻用于输入所述电流信号的一端，所示第一电压低电平采集端口连接所述第一采样电阻和所述第一开关的公共端，所述第一开关控制信号输出端口与所述第一开关的控制端连接，所述第二电压低电平采集端口连接所述第三采样电阻和所述第二开关的公共端；

所述第一模拟量采集模块用于在所述第一开关处于导通状态时，根据公式(1)计算所述第三采样电阻上的漏电流ileak1，并判断所述漏电流ileak1是否超过预设电流，如果是，则表征所述第二电流采样支路中存在漏电流的报警信息，其中，公式(1)如下：

式中，vh1表示所述第一电压高电平采集端口采集的电压高电平信号，vt1表示所述第二电压低电平采集端口采集的电压低电平信号，vh1-vt1表示所述第三采样电阻的电压，rh为所述第三采样电阻的电阻值。

可选的，所述第二模拟量采集模块具有：第二电压高电平采集端口、第三电压低电平采集端口、第二开关控制信号输出端口和第四电压低电平采集端口。

可选的，所述第二模拟量采集模块分别与所述第一电流采样支路和所述第二电流采样支路的连接关系如下：

所述第二电压高电平采集端口连接所述第三采样电阻用于输入所述电流信号的一端，所示第三电压低电平采集端口连接所述第三采样电阻和所述第二开关的公共端，所述第二开关控制信号输出端口与所述第二开关的控制端连接，所述第四电压低电平采集端口连接所述第一采样电阻和所述第一开关的公共端；

所述第二模拟量采集模块用于在所述第二开关处于导通状态时，根据公式(2)计算所述第一采样电阻上的漏电流ileak2，并判断所述漏电流ileak2是否超过所述预设电流，如果是，则输出表征所述第一电流采样支路中存在漏电流的报警信息，其中，公式(2)如下：

式中，vh2表示所述第二电压高电平采集端口采集的电压高电平信号，vt2表示所述第四电压低电平采集端口采集的电压低电平信号，vh2-vt2表示所述第一采样电阻的电压，rh为所述第一采样电阻的电阻值。

可选的，当所述第一开关导通，所述第二开关断开时，所述第一模拟量采集模块还用于根据公式(3)计算得到采样电流漂移量δi1，并判断所述采样电流漂移量δi1是否超过预设电流漂移量，如果是，则输出表征所述第一电流采样支路中的采样电流漂移量超限值的报警信息；

其中，公式(3)如下：

式中，vh1表示所述第一电压高电平采集端口采集的电压高电平信号，vl1表示所述第一电压低电平采集端口采集的电压低电平信号，vh1-vl1表示所述第一采样电阻的电压，rh为所述第一采样电阻的电阻值，rl为所述第二采样电阻的电阻值。

可选的，当所述第二开关导通，所述第一开关断开时，所述第二模拟量采集模块还用于根据公式(4)计算得到采样电流漂移量δi2，并判断所述采样电流漂移量δi2是否超过预设电流漂移量，如果是，则输出表征所述第二电流采样支路中的采样电流漂移量超限值的报警信息；

其中，公式(4)如下：

式中，vh2表示所述第二电压高电平采集端口采集的电压高电平信号，vl2表示所述第三电压低电平采集端口采集的电压低电平信号，vh2-vl2表示所述第三采样电阻的电压，rh为所述第三采样电阻的电阻值，rl为所述第四采样电阻的电阻值。

从上述的技术方案可知，本发明公开了一种电流采样电阻电路的故障诊断系统，包括：电流采样电阻电路以及互为备用的第一模拟量采集模块和第二模拟量采集模块，电流采样电阻电路包括：互为备用的第一电流采样支路和第二电流采样支路。第一模拟量采集模块分别与第一电流采样支路和第二电流采样支路连接，第一模拟量采集模块能够控制第一电流采样支路的导通和关断，并可以在第一电流采样支路处于导通状态时，获取第二电流采样支路中的第一电流，并在确定第一电流超过预设电流时，输出表征所述第二电流采样支路中存在漏电流的报警信息；第二模拟量采集模块分别与第一电流采样支路和第二电流采样支路连接，第二模拟量采集模块能够控制第二电流采样支路的导通和关断，并可以在第二电流采样支路处于导通状态时，获取第一电流采样支路中的第二电流，并在确定第二电流超过预设电流时，输出表征第一电流采样支路中存在漏电流的报警信息。本发明通过在电流采样支路正常导通时，对备用电流采样支路中是否存在漏电流进行检测，来判断电流采样电阻电路是否出现切换电路故障，并在漏电流超过预设电流时，输出报警信息，以便提醒技术人员及时进行检修。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中电流采样电阻电路的电路图。

图2为本发明实施例公开的一种电流采样电阻电路的故障诊断系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

本发明实施例公开了一种电流采样电阻电路的故障诊断系统，包括：电流采样电阻电路以及互为备用的第一模拟量采集模块和第二模拟量采集模块，电流采样电阻电路包括：互为备用的第一电流采样支路和第二电流采样支路。第一模拟量采集模块分别与第一电流采样支路和第二电流采样支路连接，第一模拟量采集模块能够控制第一电流采样支路的导通和关断，并可以在第一电流采样支路处于导通状态时，获取第二电流采样支路中的第一电流，并在确定第一电流超过预设电流时，输出表征所述第二电流采样支路中存在漏电流的报警信息；第二模拟量采集模块分别与第一电流采样支路和第二电流采样支路连接，第二模拟量采集模块能够控制第二电流采样支路的导通和关断，并可以在第二电流采样支路处于导通状态时，获取第一电流采样支路中的第二电流，并在确定第二电流超过预设电流时，输出表征第一电流采样支路中存在漏电流的报警信息。本发明通过在电流采样支路正常导通时，对备用电流采样支路中是否存在漏电流进行检测，来判断电流采样电阻电路是否出现切换电路故障，并在漏电流超过预设电流时，输出报警信息，以便提醒技术人员及时进行检修。

参见图2，本发明一实施例公开的一种电流采样电阻电路的故障诊断系统的结构示意图，该系统包括：电流采样电阻电路11、第一模拟量采集模块m1和第二模拟量采集模块m2。

其中：

第一模拟量采集模块m1和第二模拟量采集模块m2互为备用，也即第一模拟量采集模块m1和第二模拟量采集模块m2为冗余的模拟量采集模块。

电流采样电阻电路11包括：第一电流采样支路111和第二电流采样支路112，第一电流采样支路111和第二电流采样支路112互为备用，第一电流采样支路111的输入端和第二电流采样支路112的输入端的公共端用于输入电流信号，第一电流采样支路111的输出端和第二电流采样支路112的输出端均接地。

第一模拟量采集模块m1分别与第一电流采样支路111和第二电流采样支路112连接，第一模拟量采集模块m1用于控制第一电流采样支路111的导通和关断，还用于在第一电流采样支路111处于导通状态时，获取第二电流采样支路112中的电流，并记为第一电流，当所述第一电流超过预设电流时，输出表征第二电流采样支路112中存在漏电流的报警信息。

第二模拟量采集模块m2分别与第一电流采样支路111和第二电流采样支路112连接，第二模拟量采集模块m2用于控制第二电流采样支路112的导通和关断，还用于在第二电流采样支路112处于导通状态时，获取第一电流采样支路111中的电流，并记为第二电流，当所述第二电流超过所述预设电流时，输出表征第一电流采样支路111中存在漏电流的报警信息。

需要说明的是，由于第一电流采样支路111和第二电流采样支路112互为备用，因此，正常情况下，第一电流采样支路111和第二电流采样支路112中一个为导通状态，另一个为关断状态，处于关断状态的电路中是不存在电流的。

本实施例中，当第一模拟量采集模块m1控制第一电流采样支路111导通后，正常情况下，第二电流采样支路112处于关断状态，第二电流采样支路112中没有电流通过，当第一模拟量采集模块m1检测到第二电流采样支路112中存在第一电流且第一电流超过预设电流时，表明第二电流采样支路112未完全断开，从而导致出现漏电流，在这种情况下，第一模拟量采集模块m1输出表征第二电流采样支路112中存在漏电流的报警信息。

相对应的，当第二模拟量采集模块m2控制第二电流采样支路112导通后，正常情况下，第一电流采样支路111处于关断状态，第一电流采样支路111中没有电流通过，当第二模拟量采集模块m2检测到第一电流采样支路111中存在第二电流且第二电流超过预设电流时，表明第一电流采样支路111未完全断开，从而导致出现漏电流，在这种情况下，第二模拟量采集模块m2输出表征第一电流采样支路111中存在漏电流的报警信息。

综上可知，本发明公开的电流采样电阻电路的故障诊断系统，包括：电流采样电阻电路11以及互为备用的第一模拟量采集模块m1和第二模拟量采集模块m2，电流采样电阻电路11包括：互为备用的第一电流采样支路111和第二电流采样支路112。第一模拟量采集模块m1分别与第一电流采样支路111和第二电流采样支路112连接，第一模拟量采集模块m1能够控制第一电流采样支路111的导通和关断，并可以在第一电流采样支路111处于导通状态时，获取第二电流采样支路112中的第一电流，并在确定第一电流超过预设电流时，输出表征所述第二电流采样支路112中存在漏电流的报警信息；第二模拟量采集模块m2分别与第一电流采样支路111和第二电流采样支路112连接，第二模拟量采集模块m2能够控制第二电流采样支路112的导通和关断，并可以在第二电流采样支路112处于导通状态时，获取第一电流采样支路111中的第二电流，并在确定第二电流超过预设电流时，输出表征第一电流采样支路111中存在漏电流的报警信息。本发明通过在电流采样支路正常导通时，对备用电流支路中是否存在漏电流进行检测，来判断电流采样电阻电路是否出现切换电路故障，并在漏电流超过预设电流时，输出报警信息，以便提醒技术人员及时进行检修。

为便于理解上述实施例所示的故障诊断原理，下面对电流采样电阻电路11、第一模拟量采集模块m1和第二模拟量采集模块m2中的内部电路结构、连接关系以及工作原理进行阐述，具体如下：

第一模拟量采集模块m1具有：第一电压高电平采集端口vh1、第一电压低电平采集端口vl1、第一开关控制信号输出端口ct1和第二电压低电平采集端口vt1。

第二模拟量采集模块m2具有：第二电压高电平采集端口vh2、第三电压低电平采集端口vl2、第二开关控制信号输出端口ct2和第四电压低电平采集端口vt2。

第一电流采样支路111包括：第一采样电阻rh1、第一开关k1和第二采样电阻rl1，第一采样电阻rh1的一端作为第一电流采样支路111的输入端，用于输入电流信号，第一采样电阻rh1的另一端依次连接第一开关k1和第二采样电阻rl1后接地。

第二电流采样支路112包括：第三采样电阻rh2、第二开关k2和第四采样电阻rl2，第三采样电阻rh2的一端作为第二电流采样支路112的输入端，第三采样电阻rh2的另一端依次连接第二开关k2和第四采样电阻rl2后接地。

需要特别说明的是，第一采样电阻rh1和第三采样电阻rh2的阻值相同，均为rh；第二采样电阻rl1和第四采样电阻rl2的阻值相同，均为rl。

第一模拟量采集模块m1和第二模拟量采集模块m2共用电流采样电阻电路11，且第一模拟量采集模块m1控制第一开关k1的导通和关断，第二模拟量采集模块m2控制第二开关k2的导通和关断，第一模拟量采集模块m1和第二模拟量采集模块m2可以通过其他方式交互第一开关k1和第二开关k2的开关状态，开关状态的交互方式，此处不做限定。

第一模拟量采集模块m1分别与第一电流采样支路111和第二电流采样支路112的连接关系具体如下：

第一电压高电平采集端口vh1连接第一采样电阻rh1用于输入电流信号的一端，第一电压低电平采集端口vl1连接第一采样电阻rh1和第一开关k1的公共端，第一开关控制信号输出端口ct1与第一开关k1的控制端连接，第二电压低电平采集端口vt1连接第三采样电阻rh2和第二开关k2的公共端。

第一模拟量采集模块m1用于在第一开关k1处于导通状态时，根据如下公式(1)计算第三采样电阻rh2上的漏电流ileak1，以判断第二电流采样支路112中是否存在因第二开关k2未完全断开，而导致漏电流ileak1问题，公式(1)如下：

式中，vh1表示第一电压高电平采集端口vh1采集的电压高电平信号，vt1表示第二电压低电平采集端口vt1采集的电压低电平信号，vh1-vt1表示第三采样电阻rh2的电压，rh为第三采样电阻rh2的电阻值。

第一模拟量采集模块m1判断漏电流ileak1是否超过预设电流，如果是，则第一模拟量采集模块m1输出表征第二电流采样支路112中存在漏电流的报警信息。

第二模拟量采集模块m2分别与第一电流采样支路111和第二电流采样支路112的连接关系具体如下：

第二电压高电平采集端口vh2连接第三采样电阻rh2用于输入电流信号的一端，第三电压低电平采集端口vl2连接第三采样电阻rh2和第二开关k2的公共端，第二开关控制信号输出端口ct2与第二开关k2的控制端连接，第四电压低电平采集端口vt2连接第一采样电阻rh1和第一开关k1的公共端。

第二模拟量采集模块m2用于在第二开关k2处于导通状态时，根据如下公式(2)计算第一采样电阻rh1上的漏电流ileak2，以判断第一电流采样支路111中是否存在因第一开关k1未完全断开，而导致漏电流ileak2问题，公式(2)如下：

其中，vh2表示第二电压高电平采集端口vh2采集的电压高电平信号，vt2表示第四电压低电平采集端口vt2采集的电压低电平信号，vh2-vt2表示第一采样电阻rh1的电压，rh为第一采样电阻rh1的电阻值。

第二模拟量采集模块m2判断漏电流ileak2是否超过预设电流，如果是，则第二模拟量采集模块m2输出表征第一电流采样支路111中存在漏电流的报警信息。

可以理解，当采样电阻故障时，也会导致获取的电压信号不准确，从而使系统的计算结果错误。

参见图2，当第一开关k1导通，第二开关k2断开时，即第一采样电阻rh1和第二采样电阻rl1工作，第三采样电阻rh2和第四采样电阻rl2作为备用，电流信号流经第一采样电阻rh1、第一开关k1和第二采样电阻rl1，第一采样电阻rh1将电流信号转换为电压高电平信号，第二采样电阻rl1将电流信号转换为低电平电压信号，第一模拟量采集模块m1还用于根据公式(3)计算得到采样电流漂移量δi1，公式(3)如下：

式中，vh1表示第一电压高电平采集端口vh1采集的电压高电平信号，vl1表示第一电压低电平采集端口vl1采集的电压低电平信号，vh1-vl1表示第一采样电阻rh1的电压，rh为第一采样电阻rh1的电阻值，rl为第二采样电阻rl1的电阻值。

第一模拟量采集模块m1判断采样电流漂移量δi1是否超过预设电流漂移量，如果是，则输出表征第一电流采样支路111中的采样电流漂移量超限值的报警信息。

需要特别说明的是，本实施例中，电流漂移量是由第一采样电阻rh1和第二采样电阻rl1中的至少一个采样电阻漂移导致的。

当第二开关k2导通，第一开关k1断开时，即第三采样电阻rh2和第四采样电阻rl2工作，第一采样电阻rh1和第二采样电阻rl1作为备用，电流信号流经第三采样电阻rh2、第二开关k2和第四采样电阻rl2，第三采样电阻rh2和第四采样电阻rl2将电流信号转换为电压高电平信号vh2和电压低电平信号vl2，第二模拟量采集模块m2可以根据公式(4)计算得到因采样电阻漂移导致的采样电流漂移量δi2，公式(3)如下：

式中，vh2表示第二电压高电平采集端口vh2采集的电压高电平信号，vl2表示第三电压低电平采集端口vl2采集的电压低电平信号，vh2-vl2表示第三采样电阻rh2的电压，rh为所述第三采样电阻的电阻值，rl为第四采样电阻rl2的电阻值。

第二模拟量采集模块m2判断采样电流漂移量δi2是否超过预设电流漂移量，如果是，则输出表征第二电流采样支路112中的采样电流漂移量超限制的报警信息。

需要特别说明的是，本实施例中，电流漂移量是由第三采样电阻rh2和第四采样电阻rl2中的至少一个采样电阻漂移导致的。

综上可知，本发明公开的电流采样电阻电路的故障诊断系统，包括：电流采样电阻电路11以及互为备用的第一模拟量采集模块m1和第二模拟量采集模块m2，电流采样电阻电路11包括：互为备用的第一电流采样支路111和第二电流采样支路112。第一模拟量采集模块m1分别与第一电流采样支路111和第二电流采样支路112连接，第一模拟量采集模块m1能够控制第一电流采样支路111的导通和关断，并可以在第一电流采样支路111处于导通状态时，获取第二电流采样支路112中的第一电流，并在确定第一电流超过预设电流时，输出表征所述第二电流采样支路112中存在漏电流的报警信息；第二模拟量采集模块m2分别与第一电流采样支路111和第二电流采样支路112连接，第二模拟量采集模块m2能够控制第二电流采样支路112的导通和关断，并可以在第二电流采样支路112处于导通状态时，获取第一电流采样支路111中的第二电流，并在确定第二电流超过预设电流时，输出表征第一电流采样支路111中存在漏电流的报警信息。本发明通过在电流采样支路正常导通时，对备用电流支路中是否存在漏电流进行检测，来判断电流采样电阻电路是否出现切换电路故障，并在漏电流超过预设电流时，输出报警信息，以便提醒技术人员及时进行检修。

另外，本发明还可以对采样电流漂移量进行检测，并在采样电流漂移量超过预设电流漂移量时，输出采样电流漂移量超限制的报警信息。由于采样电流漂移量是由采样电阻漂移导致的，因此，技术人员在接收到采样电流漂移量超限制的报警信息时，可以对采样电阻故障进行及时检测。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。