专利名称：一种基于单稳态电路和可编程逻辑器件的安全保护电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及切纸机控制系统中的一种安全保护电路，特别是一种基于单稳态电路的成熟可靠和可编程逻辑器件(CPLD)技术的安全保护电路。
背景技术：
安全性设计是切纸机控制系统的极端重要环节。切纸机用户分布广， 在大中小城市和农村地区均有使用。因此必须考虑因复杂不规范的电网环 境可能带来的控制系统的电路逻辑混乱，同时更要注意到缺乏岗前培训、 文化素质不高的工人因误操作出现的裁切损失以及人身安全性问题等突发 非正常情况。在PC/104工控机和单片机中，传统的硬件看门狗电路WDT(Watchdog Timer)都是通过复位CPU来解除程序的"死循环"和"跑飞"等逻辑混乱 现象的。但是因为在CPU复位过程中所有参数需要初始化，不能保持现有 状态，且时间较长，所以在CPU复位过程中所有输出信号处于失控状态。 显然，这样的处理将造成切纸机的不确定状态，出现可能的安全隐患，这 对于切纸机等安全性能要求较高的场合，WDT远远达不到要求。发明内容对于高速运动和安全性要求较高的切纸机控制系统，为了克服现有技术 在CPU复位过程中所有输出信号处于失控状态的缺陷，本实用新型的目的在 于，提供一种基于单稳态电路和CPLD的安全保护电路。为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案-- 一种基于单稳态电路和可编程逻辑器件的安全保护电路，其特征在于该电路包括
一单稳态触发模块，用来接收CPU发出的正常工作循环脉冲，产生系 统工作正常信号；其输入端不断^C到来自CPU的刷新脉冲，则在输出端产生 稳定的高电平信号，若脉冲间隔超过设定范围，则输出端产生低电平信号；一可编程逻辑器件(CPLD)，用于锁存单稳态模块的低电平信号，其内部有两个D触发器，两个D触发器的输入端均连接有非门，各个非门的输入 端与单稳态模块的对应的输出端相连，而两个D触发器的输出端连接有或 门；或门的输出通过连接另一个或门，该另一个或门的输出一方面连接一个 非门，用于输出单元的使能控制，另一方面通过光电管连接外部安全继电器， 安全继电器连接有一个开关，通过输出单元的使能控制，断开所有输出信号， 并切断安全继电器的开关，控制运动控制器的输出继电器的通断。报警时间由单稳态模块输入端的电阻、电容R1、 C1和R2、 C2来设定。 本实用新型的基于单稳态电路和可编程逻辑器件CPLD的安全保护电 路，将成熟可靠的单稳态电路和可编程逻辑器件(CPLD)的逻辑设计功能 灵活结合起来，在系统上电时，避免了由于信号电平不确定而引起的输出 混乱；在CPU处于"死机"达到一定时间后立即切断所有输出，并产生报 警信号(指示灯，不通过CPU)，报警后可在操作员的指导下令CPU复位。 从而大大提高了系统的安全可靠性，消除了可能的安全隐患。
图l是本实用新型的切纸机安全保护电路原理图。
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
参见图1，本实用新型的基于单稳态电路和CPLD的安全保护电路，包括一单稳态触发模块，用来接收CPU发出的正常工作循环脉冲，产生系 统工作正常信号；其输入端不断收到来自CPU的刷新脉冲，则在输出端产生
稳定的高电平信号，若脉冲间隔超过设定范围，则输出端产生低电平信号；单稳态触发模块选用74HC123芯片，该芯片共有2个单稳态触发器，分别 通过来自单片机的输出锁存器的刷新脉冲信号和PC/104的对双端口RAM的读 写信号来触发，输出信号的脉冲宽度可由RC来调整，当输出信号的有效宽度 大于输入触发信号的周期时，则输出信号保持为高电平。若系统出现异常现 象(如死机、死循环等)，输入触发信号的周期将大于输出信号的有效宽度， 在1Q端或2Q端会出现低电平；可编程逻辑器件(CPLD)，用于锁存单稳态模块的低电平信号，其内部 有两个D触发器，两个D触发器的输入端均连接有非门，各个非门的输入端 与单稳态触发模块的对应的输出端相连，而两个D触发器的输出端连接有或 门；或门的输出通过连接另一个或门，该另一个或门的输出一方面连接一个 非门，用于输出单元的使能控制，另一方面通过光电管连接外部安全继电器， 安全继电器连接有一个开关，通过输出单元的使能控制，断开所有输出信号， 并切断安全继电器的开关，控制运动控制器的输出继电器的通断。报警时间由单稳态模块输入端的电阻、电容R1、 Cl和R2、 C2来设定。单稳态触发模块的低电平信号使得可编程逻辑器件CPLD内的两个D触发 器CP的输出置低，不但在可编程逻辑器件CPLD内通过OE控制切断所有的输出 信号，而且通过外部安全继电器，将所有输出继电器的电源切断，确保运动 控制器的输出继电器全部断开。若经过一段时间后，触发信号恢复正常，但 由于CPLD内触发器设计的时序性，输出仍保持断开状态，CPU可通过读取触 发器的状态，对操作者进行报警提示，并根据操作人员的指令来恢复输出。在系统上电时，由于可编程逻辑器件CPLD连接的安全触发器处于复位状态，所有输出均保持断开状态，当系统初始化完成并在通讯正确以后，由单 片机通过脉冲信号，使安全触发器置位，系统进入正常工作状态，当通信发 生错误或系统响应外部(机床)急停信号时，单片机则可通过将输出控制信 号置低，切断运动控制器的全部输出。通过以上措施，有效的保证了输出控制的安全性和可靠性。 一旦出现不确定状态，系统自动切断电源i/o输入输出端子处于截止，保证了控制系统的安全性问题。
权利要求1.一种基于单稳态电路和可编程逻辑器件的安全保护电路，其特征在于，该电路包括一单稳态触发模块，用来接收CPU发出的正常工作循环脉冲，产生系统工作正常信号；其输入端不断收到来自CPU的刷新脉冲，则在输出端产生稳定的高电平信号，若脉冲间隔超过设定范围，则输出端产生低电平信号；一可编程逻辑器件，用于锁存单稳态触发模块的低电平信号，其内部有两个D触发器，两个D触发器的输入端均连接有非门，各个非门的输入端与单稳态触发模块的对应的输出端相连，而两个D触发器的输出端连接有或门；或门的输出通过连接另一个或门，该另一个或门的输出一方面连接一个非门，用于输出单元的使能控制，另一方面通过光电管连接外部安全继电器，安全继电器连接有一个开关，通过输出单元的使能控制，断开所有输出信号，并切断安全继电器的开关，控制运动控制器的输出继电器的通断。
2. 如权利要求1所述的基于单稳态电路和可编程逻辑器件的安全保护 电路，其特征在于，所述的单稳态触发模块的输入端还有由R1、 C1和R2、 C2构成的报警时间。
专利摘要本实用新型公开了一种基于单稳态电路和CPLD的安全保护电路，该电路将成熟可靠的单稳态电路和可编程逻辑器件(CPLD)灵活的逻辑设计功能结合起来，在系统上电时，避免了由于信号电平不确定而引起的输出混乱；在CPU处于“死机”达到一定时间后立即切断所有输出，并产生报警信号(指示灯，不通过CPU)，报警后可在操作员的指导下令CPU复位。从而大大提高了系统的安全可靠性，消除了可能的安全隐患。
文档编号G05B19/048GK201025506SQ20072003129
公开日2008年2月20日 申请日期2007年2月28日 优先权日2007年2月28日
发明者姜歌东, 梅雪松, 许睦旬, 涛 陶 申请人:西安交通大学