模拟量采集电路、方法、设备及存储介质与流程

本发明涉及工业自动化，具体地，公开了一种模拟量采集电路、方法、设备及存储介质。

背景技术：

1、现代工业的不断发展对数据采集精度、诊断、可靠性提出了越来越高的要求，而许多连续变化的量，如温度、压力、流量、速度等都是模拟量，其中，4～20ma的电流数据以及0～10v的电压数据属于最为常见的电信号类型，目前的模拟量采集模块通常采用模拟/数字(a/d)转换器和单片机来搭建，通道单一，无法实现自诊断，同时漂移、器件失效等因素会使转换精度出现偏差，对系统的运行产生不利影响。另外，在重要设备中，单一处理器的采集系统，一旦处理器故障，整个系统将无法工作。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种模拟量采集电路、方法、设备及存储介质。具体的，本申请的第一方面提供了一种模拟量采集电路，该种模拟量采集电路具体可以包括：

2、调理子电路，用于根据输入的模拟量，转化为对应的模拟电压信号并输出；

3、切换子电路，连接调理子电路，分别接入模拟电压信号和基准参考电压信号，当模拟量采集电路执行采集操作时，切换并输出模拟电压信号，当模拟量采集电路执行诊断操作时，切换并输出基准参考电压信号；

4、转化子电路，连接切换子电路，用于将接收到的模拟电压信号或基准参考电压信号转化为对应的数字信号；

5、隔离子电路，连接转化子电路，用于将数字信号进行光电隔离后输出；

6、异构冗余子电路，连接隔离子电路，包括独立并行运行的主控系统和热备份系统，主控系统和热备份系统各自根据数字信号读取对应的模拟量采集值，并相互监控对方的运行状态。

7、在上述第一方面的一种可能的实现中，调理子电路的搭建包括但不限于三极管、二极管、继电器以及阻容；

8、切换子电路的搭建包括但不限于光固态继电器、基准电压输出端以及阻容；

9、转化子电路的搭建包括但不限于模数转化芯片以及阻容；

10、隔离子电路的搭建包括但不限于隔离光耦以及阻容；

11、异构冗余子电路的搭建包括arm芯片、fpga芯片、存储芯片、晶振以及阻容。

12、在上述第一方面的一种可能的实现中，调理子电路包括继电器以及与继电器串联的电阻；

13、当输入的模拟量为电流信号时，继电器闭合，电阻接入调理子电路的通路中，将电流信号转化为模拟电压信号进行输出；

14、当输入的模拟量为电压信号时，继电器释放，电阻未接入调理子电路的通路中，电压信号直接作为模拟电压信号进行输出。

15、在上述第一方面的一种可能的实现中，切换子电路包括：

16、设计为单刀双掷开关的光固态继电器，光固态继电器包括第一输入端和第二输入端；

17、第一输入端接收模拟电压信号的输入；

18、第二输入端连接基准电压输出端，接收基准参考电压信号的输入；

19、在模拟量采集电路执行采集操作时，光固态继电器将第一输入端接入电路以输出模拟电压信号；

20、在模拟量采集电路执行诊断操作时，光固态继电器将第二输入端接入电路以输出基准参考电压信号。

21、在上述第一方面的一种可能的实现中，调理子电路输出两路相同的模拟电压信号；

22、切换子电路、转化子电路和隔离子电路均包含两路相同的冗余电路结构，对模拟电压信号执行相同的处理，并输出两路相同的光电隔离数字信号；

23、异构冗余子电路中的主控系统和热备份系统分别接入一路光电隔离数字信号。

24、在上述第一方面的一种可能的实现中，主控系统采用arm芯片，热备份系统采用fpga芯片；

25、于正常工况下，主控系统通过arm芯片对模拟量采集电路进行全局控制，热备份系统通过fpga芯片仅根据数字信号读取对应的模拟量采集值；

26、在主控系统出现故障的情况下，热备份系统代替主控系统对模拟量采集电路进行全局控制。

27、在上述第一方面的一种可能的实现中，主控系统和热备份系统实时监控对方的心跳信号并周期性的执行数据交互，以判断主控系统和/或热备份系统是否出现故障；

28、在主控系统出现故障的情况下，热备份系统代替主控系统对模拟量采集电路进行全局控制。

29、本申请的第二方面提供了一种模拟量采集方法，应用于前述第一方面提供的模拟量采集电路中，该种模拟量采集方法具体可以包括：

30、根据输入的模拟量，转化为对应的模拟电压信号并输出；

31、当执行采集操作时，将模拟电压信号转化为对应的数字信号，而后通过光电隔离后输出至异构冗余子电路，由异构冗余子电路中的主控系统和热备份系统各自根据数字信号读取对应的模拟量采集值；

32、当执行诊断操作时，将基准参考电压信号转化为对应的数字信号，而后通过光电隔离后输出至异构冗余子电路，并将基准参考电压信号与实际电压值进行比对以诊断模拟量采集电路是否处于正常工况；

33、该种模拟量采集方法还包括：

34、实时监控主控系统和热备份系统是否出现故障，并在主控系统出现故障的情况下，使用热备份系统代替主控系统对模拟量采集电路进行全局控制。

35、本申请的第三方面提供了一种电子设备，包括：

36、存储器，存储器用于存储处理程序；

37、处理器，处理器执行处理程序时实现前述第一方面提供的模拟量采集电路的功能。

38、本申请的第四方面提供了一种可读存储介质，该种可读存储介质上存储有处理程序，处理程序被处理器执行时实现前述第一方面提供的模拟量采集电路的功能。

39、与现有技术相比，本申请具有如下的有益效果：

40、通过本申请提供的技术方案，能够实现多模拟信号类型的采集、模数转换、诊断、冗余控制，通过主控系统的全局控制使得该种模拟量采集电路能够实现4～20ma的电流数据以及0～10v的电压数据对应的模拟信号采集，并能够自主通过与基准参考电压的对比校验采集通道是否存在精度偏差或故障；通过异构冗余控制系统的搭建将主控系统和热备份系统实时相互监控对方运行状态和主备切换，提升了采集系统的可靠性和适用性，具有可推广价值。

技术特征：

1.一种模拟量采集电路，其特征在于，所述模拟量采集电路包括：

2.如权利要求1所述的模拟量采集电路，其特征在于，所述调理子电路的搭建包括但不限于三极管、二极管、继电器以及阻容；

3.如权利要求1所述的模拟量采集电路，其特征在于，所述调理子电路包括继电器以及与所述继电器串联的电阻；

4.如权利要求1所述的模拟量采集电路，其特征在于，所述切换子电路包括：

5.如权利要求1所述的模拟量采集电路，其特征在于，所述调理子电路输出两路相同的模拟电压信号；

6.如权利要求1所述的模拟量采集电路，其特征在于，所述主控系统采用arm芯片，所述热备份系统采用fpga芯片；

7.如权利要求1所述的模拟量采集电路，其特征在于，所述主控系统和所述热备份系统实时监控对方的心跳信号并周期性的执行数据交互，以判断所述主控系统和/或所述热备份系统是否出现故障；

8.一种模拟量采集方法，其特征在于，应用于如权利要求1至7中任意一项所述的模拟量采集电路，所述模拟量采集方法包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有处理程序，所述处理程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的模拟量采集电路的功能。

技术总结
本发明提供了一种模拟量采集电路、方法、设备及存储介质，其中模拟量采集电路包括调理子电路、切换子电路、转化子电路、隔离子电路以及异构冗余子电路。通过本申请提供的技术方案，能够实现多模拟信号类型的采集、模数转换、诊断、冗余控制，通过主控系统的全局控制使得该种模拟量采集电路能够实现4～20mA的电流数据以及0～10V的电压数据对应的模拟信号采集，并能够自主通过与基准参考电压的对比校验采集通道是否存在精度偏差或故障；通过异构冗余控制系统的搭建将主控系统和热备份系统实时相互监控对方运行状态和主备切换，提升了采集系统的可靠性和适用性，具有可推广价值。

技术研发人员：李顶,金伟江,童庆,王天林,钱豫平
受保护的技术使用者：浙江中控研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15