專利名稱:有關(guān)于可編程邏輯控制器的故障監(jiān)視電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一個隔離的故障監(jiān)視電路，并更為特別地涉及一個采用單個光耦合器的可編程邏輯控制器的故障監(jiān)視電路，該光耦合器使程控邏輯控制器的邏輯電路一邊與外部AC輸入相隔離。
背景技術(shù)：
可編程邏輯控制器在各種各樣不同環(huán)境中越來越我地被采用，例如，從一個工廠中的生產(chǎn)過程和設(shè)備控制，到當(dāng)前自動售貨機(jī)及類似物。因而，必須相互配合的器件的種類必然有很大的不同。關(guān)于這一點(diǎn)，可編程邏輯控制器(PLCS)利用通常被稱為輸入/輸出(I/O)的部件。這些組件在其產(chǎn)生和接收的信號的形式上可以有很大的不同，然而它們一般均可歸屬兩類中的一類數(shù)字I/O或模擬I/O。在一個I/O組件中的數(shù)字端口由于數(shù)字信號本身的特性，例如，一個脈沖數(shù)字信號、通斷開關(guān)及類似情況，相對說來比較容易和簡單實(shí)現(xiàn)隔離。
然而，在一個I/O組件中的模擬端口，接口非常困難，因?yàn)樵谀承┉h(huán)境下，輸入的變化范圍實(shí)際上可能是大于所希望的，因而常常要求更多信號整修及類似問題。更因?yàn)榱税踩碗娐繁Ｗo(hù)原因，AC組件必須與組件本身隔離，這也就是AC I/O端口必須與AC組件本身在電氣上是隔離的。
因?yàn)槿缟厦嫠岬降?，AC連接線承受更大故障情況或不同變化，因而需要監(jiān)視這樣的AC故障。然而當(dāng)采用隔離措施后，監(jiān)視AC連接線上的故障，并通過一個隔離邊界傳送這樣的故障情況就有些困難。到現(xiàn)在為止，完成此任務(wù)的很多電路已經(jīng)采用，但它要求一個復(fù)雜的光耦合裝置和類似物去檢測出一個簡單的故障，諸如一個燒毀的保險絲或遺漏了的連接。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提出一種隔離的故障監(jiān)視電路，它應(yīng)用于只采用一個光耦合器的PLC(可編程邏輯控制器)的AC I/O組件。
本發(fā)明的另一個目的是提出一種隔離的故障監(jiān)視電路，它可以檢出保險絲燒毀或遺漏的AC接線，并對每一種情況給出分別的指示。
本發(fā)明還有一個目的是提出一種隔離的故障監(jiān)視電路，用于可編程邏輯控制器I/O組件中的一個AC端口，可編程邏輯控制器I/O組件包含有一個AC輸入和一個DC輸出的橋式整流電路，一個過流裝置與橋式整流電路的一部分相串接，這樣當(dāng)一個過流情況發(fā)生后，橋式整流電路只在AC輸入的半個周期內(nèi)產(chǎn)生DC輸出，一個光耦合器連接到橋式整流電路，產(chǎn)生一個表征橋式整流電路DC輸出的輸出信號，連接的一個第一和一個第二比較器用來接收光耦合器的輸出信號，并分別產(chǎn)生第一和第二比較器輸出信號，以及至少一個半導(dǎo)體開關(guān)器件接到第一和第二比較器輸出信號的每一個，至少半導(dǎo)體開關(guān)器件的每一個又與一個關(guān)聯(lián)的發(fā)光二極管相連接，由此根據(jù)過流情況，第一比較器輸出信號產(chǎn)生一個使相關(guān)聯(lián)的發(fā)光二極管導(dǎo)通的信號，因而產(chǎn)生了一個指示故障的信號，并根據(jù)來自AC信號的一個信號的丟失，第二比較器輸出信號產(chǎn)生一個使相關(guān)聯(lián)的發(fā)光二極管導(dǎo)通的信號，從而產(chǎn)生了一個指示故障的信號。



現(xiàn)在參見圖1，這是一幅本發(fā)明的故障監(jiān)視電路和簡化原理圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參照圖(1)，這是一個在供一個程控邏輯控制器用的I/O組件中的AC端口的故障監(jiān)示電路的簡化原理圖。可以理解，這個電路必須與一個特定通道一起使用，以及有多個端口或通道的I/O組件對每一個端口或通道有完全一樣的電路。此外，使用具有可編程邏輯控制器的AC I/O組件為本專業(yè)技術(shù)人員所周知和理解，因此它們之間的互相作用和在PLC中的使用在這里將不再詳細(xì)描述。
一個I/O組件的端口一般地示于10，與AC信號的相互作用由具有如圖所示的邊線和中線的AC端組成。這AC邊線有電阻R1的一端和連接到這點(diǎn)的保險絲。電阻R1的剩余一端連接到電阻R2的一端，電阻R2的剩余一端連接到電阻R3的一端和包含在光耦合器OC1內(nèi)一個LED的一端。電阻3的剩余一端連接到電阻4的一端，電阻R4的剩余一端連接到AC I/O的中線和二極管D4的一端，所以允許電流通過R4流到二極管D4。二極管D4的剩余一端連接到電阻R6的一端，而電阻R6的剩余一端接電阻手工藝的一端和包含在光耦合器OC1中的LED的剩余一端。
電阻R5的剩余一端連接到二極管D3的一端，而二極管D3的剩余一端連接到保險絲的剩余端，這樣，電流將流過保險絲、二極管D3然后通過電阻R5。保險絲的剩余一端在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中還連接到一個三端雙向可控硅開關(guān)，這是為了產(chǎn)生或接收通過AC通道被傳送的信號。這是很典型的因此對精通PLC I/O組件的本專業(yè)技術(shù)人員是已經(jīng)了解的，并將直接同I/O組件邏輯部分(未示)相互作用以及之后直接同PLC(未示)相互作用。
光耦合器OC1的光檢波器部分有一個與+5V電源相連的集電極，另一端與電阻R7和R8的一端相接。電阻R8的剩余一端與電容C1一端和運(yùn)算放大器OP1和OP2的負(fù)輸入端和正輸入端分別相接。電阻R7和電容C1的剩余一端都接地。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，OP1和OP2用作比較器。電阻R9的一端接+5電源而剩余一端接電阻R10的一端和運(yùn)算放大器OP1的輸入端。電阻R10的剩余一端接電阻R11一端和運(yùn)算放大器OP2的負(fù)輸入端。電阻的1的剩余一端接地。
運(yùn)算放大器OP1和OP2優(yōu)選電源為如圖所示的+5V和地。運(yùn)算放大器OP1的輸出連接到電阻R12的一端和二極管D2的一端(這樣從運(yùn)算放大器OP1輸出的電流將流過二極管D1)，電阻R12的剩余一端接+5V。二極管D2的一端接運(yùn)算放大器OP2的輸出端(這樣從運(yùn)算放大器OP2流出的電流不流過二極管D2)，還連接到電阻R13的一端。電阻R13的剩余一端接到電阻R14的一端和晶體管Q2的基極。電阻R14的剩余一端連接到+5V和電阻R15一端和晶體管Q2的發(fā)射極。晶體管Q2的集電極接電阻R16的一端而電阻R16的剩余一端接LED一端，這樣使電流流過電阻R16和二極管LED2。LED2的剩余一端接地，以延續(xù)電流的通路。
二極管D1的剩余一端接電阻R15的一端和晶體管Q1的基極。晶體管Q1的發(fā)射極接地，Q1的集電極接LED1的一端，這樣電流流過LED1后又流入Q1的集電極。LED1與電阻R17相接，R17的剩余一端接+5V電源。如以下將更充分描述的那樣，下列LED和LED2將認(rèn)為是內(nèi)部故障(Fint)以及外部故障(Fext)。
關(guān)于本電路的運(yùn)行，可看到光耦合器OC1的LED部分(它的作用為一個隔離邊界)在包含電阻R1，R2，R3和R4的電壓分壓器和整流二極管D3，D4之間被接在偽電橋電路中，如果當(dāng)EC線上的電壓產(chǎn)生一個快速瞬變、瞬息間燒毀二極管D3或者二極管D4時，電阻R5和R6用來限制通過二極管D3和D4的雪崩電流。保險絲的作用好像橋路中的一條連接線，這樣，當(dāng)保險絲存在時，AC線上電壓在正半周期間電流將流過二極管D3、電阻R5、光耦合OC1的LED、電阻R3以及電阻R4。同樣地，AC線上電壓在負(fù)半周期間，電流將流過二極管D4、電阻R6、光耦合OC1的LED、電阻R1以及電阻R2。這個偽電橋電路有效地在光耦合器OC1產(chǎn)生一個全波檢波LED電流，因比在光耦合器OC1的發(fā)射極產(chǎn)生一個脈動的直流(DC)電壓，它又傳送到由電阻R1和電容C1組成的低通濾波器。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)保險絲已安裝并導(dǎo)通電流時，電容器C1上電壓的DC分量通常將大于3V(由于采用了5V電源)。
電容器C1上的電壓被窗口比較器所檢測，窗口比較器由比校器或運(yùn)算放大器OP1和OP2組成。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，這些比較器采用的型號為LM339，它很容易從不同公司買到，如伊利若斯州的Motorola公司。由電阻R9、R10和R11組成的參考分壓器從5V直流電源電壓分壓產(chǎn)生3V和1V的直流參考電壓分別供給比較器OP1和OP2。如果電容器C1上的電壓大于3V直流電壓，則比較器OP1輸出低電平而下面一個比較器OP2輸出高電平。其結(jié)果，比較器OP1和OP2上二極管邏輯使晶體管Q1和Q2都截止，隨此故障指示LED1和LED2(內(nèi)部和外部故障)斷開。
作為一個例子如果由于過大的電流使輸出保險絲燒毀，光耦合器OC1的LED電流只在交流電源電壓的負(fù)半周流過，也就是流過二極管D4、電阻R6、光耦合器的LED、電阻R2和電阻R1。因此，這樣在一個運(yùn)行周期內(nèi)在光耦合器輸出端上產(chǎn)生的直流脈動電壓的占空因數(shù)等于當(dāng)保險絲存在時的一半，因?yàn)槿绱嗽?，低通濾波器的電壓值通常1V和3V直流電壓之間(因此小于上面描述的3V直流電壓正常值)。在這些條件下，上面一個比較器OP1輸出轉(zhuǎn)變到高電平，使晶體管Q1經(jīng)過電阻R12和阻塞二極管D1接通，因而，點(diǎn)亮內(nèi)部故障LED1(Fint)。在此條件下，下面比較器OP2的輸出仍保持在高電平態(tài)，使外部故障LED2(Fext)將仍保持在斷開位置。
當(dāng)AC線或中線連線不存在時，當(dāng)然就沒有電流流過光耦合器OC1中的LED。因此，C1兩端的電壓為零(0)。這情況使得下面一個比較器輸出OP2轉(zhuǎn)換到低電平，繼而傳遞到晶體管Q2，使LED2(Fext)點(diǎn)亮，指出了一個外部故障。同時，連接在比較器OP1與OP2之間的二極管D2使上面一個比較器OP1的電壓為低電平，因而在這“未覺察導(dǎo)線故障情況”期間，阻止了內(nèi)部指示器LED1(Fint)導(dǎo)通。這樣，用戶就能容易地確定到底是AC導(dǎo)線連接得不恰當(dāng)還是有過大的電流已流過AC線。最后，我們可以看到，本電路使AC線與提供清楚和明確指示其狀態(tài)或故障情況的顯示部分是完全相隔離的。
可以理解本發(fā)明的很多變形可以被實(shí)現(xiàn)而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。例如，當(dāng)故障情況Fint和Fext指示器采用不同的器件而不是發(fā)光二極管(LED)來顯示時，可以采用不同電壓的電源。另外，可重復(fù)使用的保險絲或?qū)^流情況能作出反應(yīng)的其它型式元件可被采用而不是僅僅如圖所示的保險絲。
還可以理解本發(fā)明不受這里說明的限制，而只受所附權(quán)利要求
所限制。
權(quán)利要求
1.一種用于可編程邏輯控制器I/O組件的AC端口的隔離故障監(jiān)視電路，其特征在于，一個具有一個AC輸入端和一個DC輸出端的橋式整流電路；一個過流裝置，它與所述橋式整流電路的一部分相串聯(lián)，使得在過流情況發(fā)生之后所述橋式整流電路僅在所述AC輸入的半周內(nèi)產(chǎn)生一個DC輸出；一個光耦合器，它與所述橋式整流電路相連接，用于產(chǎn)生一個表征所述橋式整流電路的DC輸出的輸出信號；一個第一比較器和一個第二比較器，它們并聯(lián)連接以接收所述光耦合器的所述輸出信號，并且分別產(chǎn)生第一和第二比較器輸出信號；一個第一半導(dǎo)體開關(guān)器件，它連接至所述第一比較器的一個輸出端；和一個第二半導(dǎo)體開關(guān)器件，它連接至所述第二比較器的一個輸出端并且連接至所述第一比較器的所述輸出端；其中，所述過流情況由所述第一比較器檢測，并且所述第一半導(dǎo)體開關(guān)器件根據(jù)所述第一比較器輸出信號使一個第一顯示裝置導(dǎo)通，由此產(chǎn)生一個指示故障信號；并且其中，從所述AC信號得到的信號的丟失由所述第二比較器檢測，并且所述第二半導(dǎo)體開關(guān)器件根據(jù)所述第二比較器輸出信號使一個第二顯示裝置導(dǎo)通，由此產(chǎn)生另一個指示故障信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的隔離故障監(jiān)視電路，其特征在于，所述第一和第二顯示裝置兩者都是發(fā)光二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1和2所述的隔離故障監(jiān)視電路，其特征在于，所述過流裝置是一個保險絲。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的隔離故障監(jiān)視電路，其特征在于，所述保險絲是可重復(fù)使用的。
專利摘要
用于在一個有關(guān)可編程邏輯控制器的AC I/O組件中的AC端口的一個隔離的故障監(jiān)視電路被講述。簡單地說，一個橋形電路與一個保險絲和一個光耦合器串接。當(dāng)與AC輸入線相串聯(lián)的保險絲燒毀時，光耦合器的輸出端產(chǎn)生一個為穩(wěn)態(tài)工作時一半的電壓，因而使兩個比較器中的一個為高電平，它又使一個發(fā)光二極管(LED)發(fā)光，指示出保險絲燒毀。如果AC輸入線未連接或換句話說根本不存在，則光耦合器沒有輸出使兩個光耦合器中的第二個具有高電平輸出，從而使兩個LEDS中的第二個發(fā)光，以顯示這種故障狀況。在有故障情況下的任何時候，LEDS中只有一個發(fā)光，而在穩(wěn)態(tài)工作情況下，沒有LED發(fā)光。
文檔編號G05B19/042GKCN1107248SQ96199445
公開日2003年4月30日 申請日期1996年12月11日
發(fā)明者小S·W·莫賴 申請人:西門子能量及自動化公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan