一種具有自診斷能力的數字量采集裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術的數字量采集裝置，是一種能夠在運行過程中不斷的進行自診斷的采集裝置，當硬件發生隨機故障后，會不斷的產生報警信息，并且將采集值自動變更為預置的安全狀態。裝置同時具備采集回路自診斷，存儲器自診斷，時鐘自診斷，通信自診斷，處理器自診斷，電源自診斷的能力。

A digital data acquisition device with self diagnostic capability

Digital data acquisition device of the present invention, is capable of running in the process of continuous self diagnosis acquisition device, when the random hardware failure, it will generate alarm information continuously, and the collection value automatically changes to the preset safety state. The device has the capability of self diagnosis of the collecting circuit, self diagnosis of memory, self diagnosis of clock, self diagnosis of communication, self diagnosis of processor and power self diagnosis.

【技術實現步驟摘要】
一種具有自診斷能力的數字量采集裝置
本專利技術的數字量采集裝置，可以應用于安全儀表系統的數字量采集，其特點是具有全面的硬件自診斷能力。
技術介紹
由于安全儀表系統需要在運行過程中保持安全完整性等級不降低，因此需要不斷的進行系統的自診斷，發現系統發生的隨機硬件故障，并提醒維護人員對系統進行維護。系統自診斷的技術包括組件之間的交叉診斷，也包括組件自診斷。而本專利技術涉及的就是數字量采集裝置的自診斷。
技術實現思路
本專利技術的數字量采集裝置，是一種能夠在運行過程中不斷的進行自診斷的采集裝置，當硬件發生隨機故障后，會不斷的產生報警信息，并且將采集值自動變更為預置的安全狀態。本專利技術的裝置，支持同時采集16路直流24伏數字量信號，采集數據的時間精度為1毫秒。信號的采集回路之間相互獨立，沒有共用的芯片；除供電電源線和接地線外，沒有共用電路。外部輸入信號與內部的信號采集端口之間，通過光電耦合器進行隔離，防止信號中的脈沖干擾和浪涌干擾。每次信號的采集，會同時保存精度為1毫秒的時間戳。本專利技術的裝置，支持CAN總線通信，支持端口指示燈和運行指示燈。CAN總線通信，采用自定義的通信協議，能夠傳輸采集數據，配置數據，診斷數據。端口指示燈能夠顯示當前端口的采集值，端口的診斷結果；運行指示燈能夠顯示當前裝置的運行狀態。本專利技術的裝置，采用直流24V電源供電，支持電源冗余連接，即2路不同的24V電源同時連接到本專利技術的裝置上，任意1個電源停止供電時，裝置仍然能夠運行。本專利技術的裝置，其特征在于，能夠采集數字量數據，并同時具備采集回路自診斷，存儲器自診斷，時鐘自診斷，通信自診斷，處理器自診斷，電源自診斷，在診斷出故障后發出警報并將采集值設定為預置值。附圖說明圖1數字量采集裝置的硬件邏輯圖。圖2輸入回路。具體實施方式裝置的整體設計，參見圖1。裝置對安全狀態的定義，按照安全儀表系統的設計習慣，一般將設備斷電時的IO狀態，定義為設備的安全狀態。因此本裝置的數字量輸入信號，默認的安全狀態為：采集值全部為0，即輸入電壓為0時的采集值。本裝置的自診斷的周期為2小時，按照普通工業級別的機械機構壽命為100000次來計算，裝置的機械壽命不低于20年。裝置檢測出自身存在故障后，將產生診斷信息，并通過通信網絡發送給整個系統的控制器或者發送給操作員工作站。同時，裝置發生比較嚴重的故障時，會通過指示燈亮紅色顯示裝置存在故障，提醒裝置巡檢人員注意更換故障的裝置。本裝置，需要安裝在專用的底板上，外部信號線直接連接到底板或者轉接端子板上，最后通過底板的接插件傳遞到本裝置上，16路信號通過32條信號線傳遞電壓信號，每一路信號都是獨立傳輸的。輸入信號為15V～24V時，定義采集值為1，輸入信號為0V～5V時，定義采集值為0，通過改變信號串接電阻的阻值，使得光電耦合器輸出端的阻抗跳變發生在輸入信號為5V～15V的范圍內。本裝置的輸入電路保護，并聯穩壓二極管，減弱浪涌和高壓脈沖對電路的影響；串聯自恢復保險，降低大電流對電路的影響；串聯二極管，避免反向電流對電路的影響；通過光電耦合器，將外部輸入的電壓信號，轉換為光的亮暗信號，再轉換為阻抗的跳變信號，最終再次變成電壓信號，實現內部電路和外部信號的隔離。信號采集的時間精度，通過快速的采集實現。主控芯片采用工業級ARM7處理器，主頻可以調整到32MHz，每個周期完成數據采集、數據打包、自診斷、刷新指示燈、響應通信所需要的軟件步不超過3000，每個軟件步需要的平均時鐘頻率為3，那么每個周期需要的平均時鐘頻率為9000，按照主頻為32MHz來計算，每次主循環需要的時間不超過0.3毫秒。因此可以保證數據采集的時間精度能夠達到1毫秒。本裝置的CAN總線通信，通信協議是參照IEC61784-3制定的，對于數據完整性的校驗措施包括：報文的標識符，報文分段序號，時間戳，CRC校驗，數據冗余。本裝置電源，外部接入的2路電源信號，負極直接連接到一起，正極各串接一個二極管，然后再連接在一起，實現外部電源的冗余。裝置內部，使用DCDC模塊，將電壓降低到5V。表1數字量采集裝置的診斷覆蓋率評估表。本裝置的診斷方法，參見表1。診斷措施的說明如下。1)模擬輸入信號通過繼電器將現場信號與裝置的輸入回路切斷，并且將診斷回路切入輸入回路，主控芯片控制診斷回路產生一個模擬的輸入電壓，經過輸入回路讀取輸入值，從而診斷輸入回路。2)看門狗設置主控芯片內部的獨立硬件看門狗，當一定時間內，軟件沒有進行看門狗初始化操作，就對芯片進行自動軟重啟的操作，而軟件中在程序啟動的時候，會讀取看門狗的標志位，如果發生了看門狗重啟的情況，則將裝置設置為安全狀態。3)讀寫測試向固定的地址寫入5A，然后讀取該地址的值，判斷是否為5A，再次寫入A5，然后去讀，判斷是否為A5。如果寫入與讀取不一致，則判定存儲器或者寄存器故障，并將裝置設置為安全狀態。4)CRC校驗在向Flash中寫入數據時，對數據計算16bit的CRC碼，并且將CRC碼與數據同時寫入Flash中，在讀取數據時，再次計算數據的CRC碼，并且與Flash中存儲的CRC碼進行比較，不一致則拋棄這些數據。如果是對固件計算的CRC碼，如果在校驗時發現不一致，則將裝置設置為安全狀態。5)中斷監視將所有沒有使用的中斷向量，全部指向一個默認的中斷子函數，該函數中對中斷故障進行計數，當計數超過一定值時，將裝置設置為安全狀態。6)電壓比較使用外部直接提供的24V，驅動檢測電路，檢查DCDC輸出的5V電壓，當5V的電壓波動超過10%的時候，檢測電路切斷5V電壓的供電，實現裝置進入安全狀態。當檢測電路失電的時候，自動切斷5V電壓的供電，當檢測電路再次檢測到5V電壓波動不超過10%時，自動恢復5V電壓的供電。7)數據對比將數據復制一份，存儲在不同的地址空間，使用數據時，比較原始數據和復制的數據，數據不一致時，將拋棄數據。8)通信協議校驗將通信的物理通道，看成黑通道，用報文文段序號，確定數據接收完整，通過CRC校驗，確定數據的正確。9)時鐘比較主控芯片使用2個時鐘源，由這兩個時鐘源配置兩個單位時間相同的計數器，同時開始計數，經過一定時間后，比較兩個計數器的計數值，相差超過5%時，判定時鐘故障，將裝置設置為安全狀態。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
本專利技術的裝置，其特征在于，能夠采集數字量數據，并同時具備采集回路自診斷，存儲器自診斷，時鐘自診斷，通信自診斷，處理器自診斷，電源自診斷，在診斷出故障后發出警報并將采集值設定為預置值。

【技術特征摘要】
1.本發明的裝置，其特征在于，能夠采集數字量數據，并同時具備采集回路自診斷，存儲器自診斷，時...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉建平，薛曉，劉曉亮，
申請(專利權)人：蘇州時代華理電氣有限公司，北京昊圖科技有限公司，劉建平，
類型：發明
國別省市：江蘇,32