卡件冗余信号传输装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种卡件冗余信号传输装置，尤其是应用于离散分布式控制系统中的卡件冗余信号传输装置，可接收并传输控制器的信号，包括：可接收并传输信号的端子板；至少一对的第一卡件和第二卡件，所述第一卡件和第二卡件分别具有信号输入端以及多个与所述端子板连接的输出端；至少一个用于切换信号的切换装置，所述切换装置在所述第一卡件和所述第二卡件之间进行电源信号的切换。本实用新型的卡件冗余信号传输装置的仅在所述每对第一卡件和第二卡件与控制器之间设置一个切换装置，避免在所述第一卡件和第二卡件的多个输出端上设置过多的切换装置，简化了切换过程，降低成本，同时还节省了PCB空间。
【专利说明】卡件冗余信号传输装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于离散分布式控制系统的卡件冗余信号传输装置。
【背景技术】
[0002]目前，离散分布式控制系统又称DCS系统，是一个由过程控制和过程监控级组成的以通信网络为钮带的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等4C技术，已被广泛应用于自动化控制领域中。DCS系统的设计采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，具有较好的可靠性，系统内的任一组件发生故障，均不会影响整个系统的工作。
[0003]卡件冗余信号传输装置作为硬件模块广泛分布在DCS系统的数据通讯系统中，用于发出现场控制信号或采集现场测量信号。如图1，一般的卡件冗余信号传输装置I包括具有多通道的第一卡件11和第二卡件12，可进行系统冗余控制。第一卡件11的输出端分别与第二卡件12的每个输出端一一对应，并在互相对应的通道之间设有一个开关13，用于冗余切换，对于具有32通道的卡件冗余信号传输装置来说，这将需要32个开关来实现第一卡件和第二卡件之间的冗余切换，较多的开关将占用PCB (印刷电路板)的大量空间，同时，成本较高，可靠性较低。
[0004]因此，需要对现有的卡件冗余信号传输装置进行改进，在降低成本的同时，提高卡件冗余信号传输装置的可靠性。
实用新型内容
[0005]为解决上述问题，本实用新型提供了一种卡件冗余信号传输装置，接收并传输控制器的信号，包括:
[0006]可接收并传输信号的端子板；
[0007]至少一对的第--件和第二卡件，所述第--件和第二卡件分别具有信号输入端
以及多个与所述端子板连接的输出端；
[0008]至少一个用于切换信号的切换装置，所述切换装置在所述第一卡件和所述第二卡件之间进行电源信号的切换。
[0009]上述卡件冗余信号传输装置的每个所述切换装置包括，
[0010]与所述第一卡件的输入端连接的第一开关，
[0011 ] 与所述第二卡件的输入端连接的第二开关，
[0012]所述控制器控制所述第一开关和所述第二开关分别传输不同电压值的电源信号。
[0013]上述卡件冗余信号传输装置的所述控制器可控制所述切换装置在第一卡件或第二卡件输出不同电压的电源信号，并通过所述卡件冗余信号传输装置将其中一个电源信号传输至现场设备。
[0014]上述卡件冗余信号传输装置的所述卡件冗余信号传输装置还包括第三卡件，所述切换装置可在所述第一卡件，第二卡件和第三卡件中切换不同电压的电源信号。
[0015]上述卡件冗余信号传输装置还包括稳压器。[0016]上述卡件冗余信号传输装置的所述切换装置是继电器。
[0017]上述卡件冗余信号传输装置的所述切换装置是双刀双掷继电器或双线圈的继电器。
[0018]上述卡件冗余信号传输装置的所述切换装置是晶体管。
[0019]本实用新型的卡件冗余信号传输装置可在每对第一卡件和第二卡件上仅设置一个用于切换电源信号的切换装置，避免在第一卡件和第二卡件的信号输出通道上设置过多的切换装置，简化了信号切换的过程，节省了印刷电路板的空间，有效地降低了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是现有技术中一种冗余卡件信号传输装置的示意图；
[0021]图2是本实用新型实施例一的冗余卡件信号传输装置的示意图；
[0022]图3是本实用新型实施例二的冗余卡件信号传输装置的示意图；
[0023]图4是本实用新型实施例的冗余卡件信号传输装置的原理图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图以及具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步说明。下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。
[0025]本实用新型提供的卡件冗余信号传输装置应用于离散分布式控制系统中，一般来说，离散分布式控制系统包括工作站，控制器，信号传输装置，以及现场设备，所述工作站通过交换机与控制器连接。
[0026]本实用新型的所述卡件冗余信号传输装置包括，至少一对第一卡件和第二卡件，以及在第一卡件和第二卡件之间切换电源信号的至少一个切换装置。所述控制器发送离散输出信号至所述卡件冗余信号传输装置，所述卡件冗余信号传输装置中的切换装置在第一卡件和第二卡件之间切换不同的电源信号，并将其中一个电源信号通过与所述第一卡件或第二卡件的输出端连接的端子板传输至现场设备，所述现场设备可以是传感器、信号传动器、电流电压转换器或阀等设备。
[0027]—般来说，所述卡件冗余信号传输装置与控制器用总线连接，可接收控制器发送的离散输出信号，所述切换装置在所述第一卡件或第二卡件之间切换不同的电源电压，同时，所述第一卡件和第二卡件进行自检，并将自检信息反馈给控制器，另一方面，所述控制器可根据具体的反馈信息发送切换信号给所述切换装置，所述切换装置可决定将相应地电源信号传给第一卡件或者第二卡件，并进一步将其中一个电源信号传输至现场设备。
[0028]实施例一
[0029]图2是本实用新型实施例的一种卡件冗余信号传输装置的示意图，所述第一卡件21和第二卡件22分别包括输入端以及多个输出端，在所述第一卡件21和所述第二卡件22的输入端与所述控制器20之间设有切换装置23，所述切换装置23可在第一卡件21和第二卡件22之间切换不同电压的电源信号。
[0030]具体地，所述切换装置可切换+24V以及+3.3V的电源电压，其中+24V的电源电压用于输出给现场设备同时也可实现卡件的自检，+3.3V的电源电压用于卡件的自检。应该理解的是，本实用新型的任一实施例中的电源电压的+24V以及+3.3V的电压值仅是示例性的，本实用新型所保护的卡件冗余信号传输装置中的切换装置还可在其他不同数值的电源电压间进行切换。
[0031]所述第一卡件21和第二卡件22可接收控制器20发送的离散输出信号“I”或“O”用来输出电源信号，当第一卡件21被所述切换装置切换到+24V时，则第一卡件21为主卡，当第一卡件21被切换到+3.3V时，则第一卡件21为副卡。
[0032]当第一卡件21被切换到+24V时，所述第一卡件21为主卡，所述第二卡件22为副卡，当控制器发送的离散输出信号为“I”时，所述第一卡件21输出+24V的电源电压，并将该电源电压通过端子板传输至现场设备；同时，所述第二卡件22输出+3.3V的电源电压。
[0033]在此同时，所述第一卡件21也可进行自检，并将自检信息反馈至所述控制器20。相应地，所述第二卡件22输出的+3.3V电源信号用于自检，并将自检信息反馈至控制器20。进一步地，本实用新型的卡件冗余信号传输装置还包括低压差线性稳压器，以供副卡进行自检。
[0034]当所述第一卡件21反馈给控制器20的自检信息显示第一卡件出现故障，不能正常工作，同时所述第二卡件22的自检信息显示正常，那么所述控制器20发送切换信号给切换装置23，所述切换装置23切换+24V的电源信号给所述第二卡件22，此时，所述第二卡件22为主卡，所述第一卡件21为副卡。当接收到控制器20发送的离散输出信号为“I”时，所述第二卡件22输出+24V的电源信号，并将该电源信号通过端子板24传递至现场设备25 ；同时，所述第一卡件21输出+3.3V的电源电压，仅进行自检。同样的，所述第二卡件22也进行自检，所述第一卡件 21和第二卡件22均将其自检信息反馈至控制器20。
[0035]具体地，所述第一卡件21的每个输出端分别与所述第二卡件22的每个输出端一一对应，所述第一卡件21和所述第二卡件22的每个输出端通过端子板24将+24V的电源信号传递至现场设备25上。
[0036]当所述控制器20发送离散输出信号“0”，此时，所述第一卡件和第二卡件均不输出电源电压。
[0037]如图2所示，所述切换装置23可以是一种双刀双掷的具有两个锁存线圈的开关，具体的，其开关功能可通过继电器实现。同理地，在一些高频输入输出场合，当需要快速通断时，所述切换装置还可以是金属氧化物半导体场效应管、三极管等晶体管。
[0038]实施例二
[0039]图3是本实用新型实施例的另一种卡件冗余信号传输装置的示意图，所述切换装置包括第一开关331以及第二开关332，所述第一开关331设于所述第一卡件31上，所述第二开关332设于所述第二卡件32上，所述第一^N牛31和所述第二卡件32互相连通。
[0040]同上述实施例一样，所述切换装置可在第一卡件31和第二卡件32之间切换不同电压的电源信号，可使所述第一^N牛31与第二卡件32中的一个输出+24V的电源电压，另一个输出+3.3V的电源电压。
[0041]具体地，当第一开关331给所述第一卡件31切换输出+24V的电源电压，那么当控制器30发送的离散输出信号为“ I ”，所述第一卡件为主卡，输出+24V的电源电压至现场设备，所述第二开关332给所述第二卡件32切换输出+3.3V的电源电压，所述第二卡件32为副卡，仅进行自检，并向控制器30反馈自检信息。
[0042]当第一^^件与第二卡件中的任一^^件的自检信息显示出现故障，所述控制器30向所述切换装置发送切换信号，是所述第一开关或第二开关将+24V的电源信号切换至未出现故障的另一卡件上，并通过该卡件向现场设备提供电源，以维持系统的正常运行。
[0043]同上述实施例一样，所述切换装置可以是一种双刀双掷的具有双线圈的继电器，也可以是金属氧化物半导体场效应管、三极管等晶体管。
[0044]同上述实施例一样，所述切换装置还可包括稳压器，以供副卡进行自检。
[0045]在上述的任一实施例中，所述卡件冗余信号传输装置均具有至少一组成对应用的第一卡件和第二卡件，但应该理解的是，三重冗余卡件以及三重以上的冗余卡件也在本实用新型保护的范围之内。进一步地，所述卡件冗余信号传输装置还可包括第三卡件，所述切换装置可在所述第一卡件，第二卡件或第三卡件中切换电源信号以及离散输出信号。
[0046]进一步地，所述卡件冗余信号传输装置还可设有多组具有三重或三重以上冗余卡件。 [0047]进一步地，当所述第一开关和第二开关是继电器时，所述第一卡件和第二卡件上分别可设有两个开关，可提高电容流量。图4示出了本实用新型的切换电路，输出电路以及自检电路，为方便理解，在图中仅示出了第一卡件，第二卡件与所述第一卡件一致。以下结合图4阐述本实用新型的卡件冗余信号传输装置的原理。
[0048]如图4所示，当第一卡件接收到控制器发来的ACQUIRE信号时，继电器Kl将置位，+24V_selftest将连接至GNDA，+24V/3V3将连接+24V。此时第一^N牛被设为主卡。当第一卡件接收到控制器发来离散信号DISCRETE_0UT为“I”时，P沟道MOSFET Ql将导通，CHANNEL信号将通过端子板向现场提供+24V电源。同时N沟道MOSFET Q2, Q3截止，现场回读信号READ_BACK将返回“O”给控制器。当第一卡件接收到控制器发来离散信号DISCRETE_0UT为“O”时，所有MOSFET将截止，CHANNEL信号无输出，现场回读信号READ_BACK将返回“ I”给控制器。
[0049]当主卡即第一卡件出现故障时，控制器根据主卡的反馈信号判断其出现故障，将会发送ACQUIRE信号给副卡，副卡上的继电器Kl将置位，+24V/3V3将连接+24V，+24V_selftest将连接至GNDA。此时副卡会发送DE_ACQUIRE信号给主卡，主卡上的继电器Kl将复位，+24V_selftest将连接至GNDA，+24V/3V3将连接+3V3。主卡切换为副卡，副卡切换为主卡，完成一次切换。
[0050]当副卡接收到控制器发来离散信号DISCRETE_0UT为“I”时，P沟道MOSFET Ql将导通，CHANNEL信号输出+3.3V电源。同时N沟道MOSFET Q2, Q3导通，现场回读信号READ_BACK将返回“O”给控制器。当卡件接收到控制器发来离散信号DISCRETE_0UT为“O”时，P沟道MOSFET Ql将截止，CHANNEL信号无输出，现场回读信号READ_BACK将返回“ I ”给控制器。
[0051]提供示例性实施例以使本公开更加完整，并向本领域技术人员全面传达其保护范围。阐述许多细节，比如特定部件、装置和方法的例子，以提供对本公开的全面的实施例的理解。对本领域技术人员来说很明显的，不必提供细节，示例性实施例可以许多不同形式实施，且不应该解释为限制本公开的范围。在某些示例性实施例中，众所周知的过程、众所周知的装置结构和众所周知的技术不作详细说明。
[0052]尽管在此可以使用术语第一、第二、第三等等以描述各种元件、部件或部分，但这些元件、部件或部分不应被这些术语限制；这些术语可仅用于区别一个元件、部件或部分。当在此使用术语如“第一”、“第二”及其他数值术语时，其并不包含顺序或次序，除非上下文中明确指出。因此，在不脱离示例性实施例的说明的情况下，以下所述第一元件、部件、部分可以解释为术语第一元件、部件、部分。
[0053]尽管在此已详细描述本实用新型的各种实施方式，但是应该理解本实用新型并不局限于这里详细描述和示出的【具体实施方式】，在不偏离本实用新型的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。所有这些变型和变体都落入本实用新型的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。
【权利要求】
1.卡件冗余信号传输装置，接收并传输控制器的信号，其特征在于，包括: 可接收并传输信号的端子板； 至少一对的第一卡件和第二卡件，所述第一卡件和第二卡件分别具有信号输入端以及多个与所述端子板连接的输出端； 至少一个用于切换信号的切换装置，所述切换装置在所述第一卡件和所述第二卡件之间进行电源信号的切换。
2.根据权利要求1所述的卡件冗余信号传输装置，其特征在于，每个所述切换装置包括， 与所述第一卡件的输入端连接的第一开关， 与所述第二卡件的输入端连接的第二开关， 所述控制器控制所述第一开关和所述第二开关分别传输不同电压值的电源信号。
3.根据权利要求2所述的卡件冗余信号传输装置，其特征在于，所述控制器可控制所述切换装置在第一卡件或第二卡件输出不同电压的电源信号，并通过所述卡件冗余信号传输装置将其中一个电源信号传输至现场设备。
4.根据权利要求2所述的卡件冗余信号传输装置，其特征在于，所述卡件冗余信号传输装置还包括第三卡件，所述切换装置可在所述第一卡件，第二卡件和第三卡件中切换不同电压的电源信号。
5.根据权利要求1所述的卡件冗余信号传输装置，其特征在于，所述卡件冗余信号传输装置还包括稳压器。
6.根据权利要求1至5任一所述的卡件冗余信号传输装置，其特征在于，所述切换装置是继电器。
7.根据权利要求6所述的卡件冗余信号传输装置，其特征在于，所述切换装置是双刀双掷继电器或双线圈的继电器。
8.根据权利要求1至5任一所述的卡件冗余信号传输装置，其特征在于，所述切换装置是晶体管。
【文档编号】H04B1/74GK203522733SQ201320615751
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】吴梅, 刘超, 刘秦豫 申请人:费希尔-罗斯蒙特公司