一种一取一加诊断的功能安全数字量输入模块技术领域
本发明属于工业过程控制和安全仪表系统的技术领域，尤其涉及一种一取一加诊
断的功能安全数字量输入模块。
背景技术
目前针对功能安全数字量输入通路的设计结合IEC61508要求，需要如下：
1、电磁兼容满足IEC61131-2和IEC61326的要求；
2、诊断电路需要诊断I/O通路的DC fault，漂移和振动故障，DC fault包含stuck-
at 0故障，stuck-at 1故障以及任意信号线之间的短路故障；
3、诊断电路可以实现通路间的串扰诊断；
4、诊断电路与采集通路的独立性；
5、满足低需求模式和高需求模式对诊断测试间隔的要求；
6、需要诊断外部开关连线短路或者连线断路的故障。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种一取一加诊断的功能
安全数字量输入模块，其电磁兼容满足IEC61131-2和IEC61326的要求，诊断电路需要诊断
I/O通路的DC fault，漂移和振动故障，DC fault包含stuck-at 0故障，stuck-at 1故障以
及任意信号线之间的短路故障，诊断电路可以实现通路间的串扰诊断，诊断电路与采集通
路具有独立性，满足低需求模式和高需求模式对诊断测试间隔的要求，能够诊断外部开关
连线短路或者连线断路的故障。
解决上述问题的技术方案是：这种一取一加诊断的功能安全数字量输入模块，其
包括信号采样电路、通路保护电路、模拟开关、信号调理电路、A/D转换电路、诊断电路，信号
采样电路、通路保护电路、模拟开关、信号调理电路、A/D转换电路依次电连接后接入微处理
器MCU，诊断电路连接到模拟开关。
本发明不仅采集了外部信号，同时可以判断外部开关连线故障，简单易行，电磁兼
容满足IEC61131-2和IEC61326的要求，诊断电路需要诊断I/O通路的DC fault，漂移和振动
故障，DC fault包含stuck-at 0故障，stuck-at 1故障以及任意信号线之间的短路故障，诊
断电路可以实现通路间的串扰诊断，诊断电路与采集通路具有独立性，满足低需求模式和
高需求模式对诊断测试间隔的要求，能够诊断外部开关连线短路或者连线断路的故障。
附图说明
图1是根据本发明的一取一加诊断的功能安全数字量输入模块的电路方框图。
图2是外部开关串并电阻示意图。
图3是信号采样电路的电路图。
图4是诊断电路的电路图。
具体实施方式
如图1所示，这种一取一加诊断的功能安全数字量输入模块，其包括信号采样电
路、通路保护电路、模拟开关、信号调理电路、A/D转换电路、诊断电路，信号采样电路、通路
保护电路、模拟开关、信号调理电路、A/D转换电路依次电连接后接入微处理器MCU，诊断电
路连接到模拟开关。
本发明不仅采集了外部信号，同时可以判断外部开关连线故障，简单易行，电磁兼
容满足IEC61131-2和IEC61326的要求，诊断电路需要诊断I/O通路的DC fault，漂移和振动
故障，DC fault包含stuck-at 0故障，stuck-at 1故障以及任意信号线之间的短路故障，诊
断电路可以实现通路间的串扰诊断，诊断电路与采集通路具有独立性，满足低需求模式和
高需求模式对诊断测试间隔的要求，能够诊断外部开关连线短路或者连线断路的故障。
另外，信号采样电路、通路保护电路还连接一个开关，开关属于双端输入的触点，
该一取一加诊断的功能安全数字量输入模块采集外部干接点开关量信号。
另外，外部干接点开关量信号的组态为四种状态，分别为正常采集常开触点、正常
采集常闭触点、带外部连线诊断的常开触点、带外部连线的常闭触点，这几种不同组态方式
下，信号采样电路根据采集电压判断外部开关状态以及外部连线是否存在连线的危险失
效。
另外，信号调理电路由运放和分压电阻组成，提高信号稳定性并且满足A/D电路采
集范围的要求。
另外，A/D转换电路通过一片12bit分辨率的A/D转换芯片实现，通过MCU来处理各
种信号。
另外，如图2所示，组态为并联一个电阻或者串联一个电阻的方式。
另外，如图3所示，信号采样电路包括第一电阻(R1)、第二电阻
(R2)，通路保护电路包括第一保险管(F1)、第一二极管(D1)，第一保险管(F1)、第
一电阻(R1)、第二电阻(R2)串联后接地，第一二极管
(D1)的负极连接在第一保险管和第一电阻之间且正极接地。
另外，第一电阻(R1)的两端的电压分别为VA、VB，如果VA/VB的范围是
则信号采样电路是没有故障的。
另外，如图4所示，诊断电路由六个测试模式组成，模拟开关、信号调理电路、A/D转
换电路的诊断，通过这六个诊断电压的诊断，满足采集电路全量程诊断的要求，包括DC-
fault、漂移和振动。
在本发明中还包含了采集电压的过压、欠压监控电路，这些故障避免模式为产品
的功能安全提供了基础，同时满足功能安全提出的多项EMC技术指标。
通过合理的PCB布线，分别让各个通路之间不交叉，尽量避免PCB走线带来的信号
串扰故障。
本发明的功能安全用数字量输入模块的采集，根据不同组态方式，判断外部开关
的状态和外部连线是否存在故障，考虑采集通路中可能存在的精度误差和线缆的误差，总
结采集电压范围如表1所示。
表1
本发明的功能安全用数字量输入量信号的采集电路，通路间串扰的诊断方法是，
其中一个通路从“0”到“1”变化，判断其他7个通道是否受到影响。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。本领域
的普通技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修
改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。