一种基于干节点双侧分时驱采系统及其系统故障检测方法与流程

1.本发明涉及一种基于干节点双侧分时驱采系统及其系统故障检测方法。


背景技术：

2.在工业现场或轨道交通领域，大量的继电器干节点状态信号需要系统实时准确的采集，现有系统在可靠性设计时往往默认需要采集的输入信号是正确的，所以常规设计只有一路采集电路，在某些高可靠性要求的场合可能会增加一路冗余采集回路，这类设计缺点在于无法实时监测系统运行时监测、上报电路故障、电缆混接等问题，忽略了在实际工况中，可能存在的线缆配线错误或老化短接故障；在长期运行过程中振动、啮齿动物啃食、雨水腐蚀等造成线缆破损故障；由于采集点线缆种类、数量庞大，上述异常一旦发生，在系统运行时无法及时检测，可能产生较为严重的后果。
3.经检索发现中国发明专利申请cn 203551711 u公开了一种输入输出通道混线检测电路，该电路需要额外设计一个系统，接口量大，成本高，且需要停机检测，无法在原系统正常运行时检测采集电路自身或线缆产生的异常。


技术实现要素：

4.本发明提出一种基于干节点双侧分时驱采系统，包括k个干节点、1个处理器、p个采集电路和m个驱动电路，k个干节点各自独立，k、p、m均为正整数，m≤p，p=2k；k个干节点各自独立，p个采集电路均分为两组分别布置在k个干节点的两侧，m个驱动电路分别布置在k个干节点的两侧；每个干节点的两侧分别接入一个驱动电路的输出，每个干节点的两侧的驱动信号分别来源于两个驱动电路，且每个干节点的两侧的驱动电路不同时驱动输出；每个干节点的两侧分别接入一个采集电路，每个干节点接入的两个采集电路独立，分别用来采集该干节点两侧对应的驱动电路的输出信号；处理器分时控制m个驱动电路的输出，处理器同时读取p个采集电路所采集的信号，若单个干节点任一侧驱动电路的输出信号均能被两个独立的采集电路采集到，则系统判定此干节点为闭合状态；若单个干节点任一侧驱动电路的输出信号只能够被同一侧的一个采集电路采集到，则系统判定此干节点为断开状态；其余均为故障状态。
5.对本发明技术方案的进一步优选，m个驱动电路布局于k个干节点两侧，定义k个干节点的两侧分别为a侧和b侧，a侧布置a个驱动电路，b侧布置b个驱动电路，a和b均为正整数；每个驱动电路均可配置为驱动一个或多个信号输出，且每个干节点的采集电路在某个驱动电路输出的情况下能检测到其输出的信号；在a侧，若某一个驱动电路驱动x个信号同时输出，在这x个干节点的b侧的驱动电路必须分别驱动。
6.对本发明技术方案的进一步优选，m配置为a*b≥p，为了降低系统复杂度和成本。
7.对本发明技术方案的进一步优选，m配置为a b=m，为最优的方案。
8.本发明提出一种基于干节点双侧分时驱采系统的系统调试故障检测方法，包括如
下步骤：s11、系统上电；s12、k个干节点断开；s13、处理器分时控制m个驱动电路的输出，处理器同时读取p个采集电路所采集的信号；s14、系统判定是否有故障，若是则跳转s11，若否则跳转s15；s15、k个干节点闭合；s16、处理器分时控制m个驱动电路的输出，处理器同时读取p个采集电路所采集的信号；s17、系统判定是否有故障，若是则跳转s11，若否则跳转s18；s18、系统断电、调试结束。
9.本发明的系统调试故障检测方法，调试时，所有干节点闭合，处理器依次驱动m个驱动电路，实时读取p个采集电路信号，识别干节点状态，随后将所有干节点断开，再次经历同样的驱采动作，处理器根据驱采数据分析，检测并上报电路异常及线缆混接故障详情。
10.本发明提出一种基于干节点双侧分时驱采系统的系统运行故障检测方法，包括如下步骤：s21、系统上电；s22、处理器分时控制m个驱动电路的输出，处理器同时读取p个采集电路所采集的信号；s23、系统判定是否有故障，若无故障，跳转s22；若有故障即上报系统。
11.本发明的系统运行故障检测方法，在系统运行时，各干节点会根据外部需求闭合或断开，处理器轮巡驱动m个驱动电路并持续读取p个采集电路值，根据驱采数据分析，实时监测上报电路异常或线缆短路故障详情。
12.本发明中提及的干节点为已知技术，本领域技术人员已知。
13.本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明，在系统调试或运行时均能够实时监测输入采集电路及线缆状态，减少人工维护，使系统得以可靠运行，及时报出采集电路及线缆异常引发的故障。
附图说明
14.图1是本发明驱采系统架构图。
15.图2是本实施例中单个干节点的驱采电路架构图。
16.图3是本实施例中单个干节点的驱采电路图。
17.图4是本实施例中系统调试故障检测方法的流程框图。
18.图5是本实施例中系统运行故障检测方法的流程框图。
具体实施方式
19.下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
20.为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-附图5和具体实施方式做进一
步的描述。
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.本实施例提出的一种基于干节点双侧分时驱采系统，包括k个干节点、1个处理器、p个采集电路和m个驱动电路，k个干节点各自独立，k、p、m均为正整数，m≤p，p=2k；k个干节点各自独立，p个采集电路均分为两组分别布置在k个干节点的两侧，m个驱动电路分别布置在k个干节点的两侧。
23.如图2所示，每个干节点的两侧分别接入一个驱动电路的输出，每个干节点的两侧的驱动信号分别来源于两个驱动电路，且每个干节点的两侧的驱动电路不同时驱动输出；每个干节点的两侧分别接入一个采集电路，每个干节点接入的两个采集电路独立，分别用来采集该干节点两侧对应的驱动电路的输出信号。
24.处理器分时控制m个驱动电路的输出，处理器同时读取p个采集电路所采集的信号，若单个干节点任一侧驱动电路的输出信号均能被两个独立的采集电路采集到，则系统判定此干节点为闭合状态；若单个干节点任一侧驱动电路的输出信号只能够被同一侧的一个采集电路采集到，则系统判定此干节点为断开状态；其余均为故障状态。
25.如图1所示，本实施例的基于干节点双侧分时驱采系统，m个驱动电路布局于k个干节点两侧，定义k个干节点的两侧分别为a侧和b侧，a侧布置a个驱动电路，b侧布置b个驱动电路，a和b均为正整数；每个驱动电路均可配置为驱动一个或多个信号输出，且每个干节点的采集电路在某个驱动电路输出的情况下能检测到其输出的信号；在a侧，若某一个驱动电路驱动x个信号同时输出，在这x个干节点的b侧的驱动电路必须分别驱动，即b侧对应的的这x路的驱动电路任意两路或多路不可同时输出。
26.本实施例的基于干节点双侧分时驱采系统，m配置为a*b≥p。最优的方案即为，m配置为a b=m。
27.如图3所示，本实施例的驱动电路包括光耦q1、限流电阻r3和功率放大电路，光耦q1接限流电阻r3后接3.3v，光耦q1接功率放大电路后串接二极管d2，再接采集电路。
28.如图3所示，为例描述方便将单个干节点的两侧分别定义为上部和下部，即，图3中的上部驱动电路为单个干节点的一侧的驱动电路，下部驱动电路为单个干节点另一侧的驱动电路，上部采集电路为单个干节点的一侧的采集电路，下部采集电路为单个干节点另一侧的采集电路。
29.如图3所示，本实施例系统的混线检测单节点电路图，上部驱动信号用于输出控制q1导通，r3作用为限制回路电流值，防止电流太大损坏mcu，r1、r2、q1组成功率放大电路，驱动上/下部采集电路的q2光耦，为了防止d1被上部驱动电路的24v反向击穿，增加二极管d2。本电路系统为对称设计，下部驱动电路、下部采集电路中的元器件功能与上部驱动电路、上部采集电路一致。
30.如图3所示，本实施例系统的混线检测单节点电路图，主要包含：q1~q4为4个光耦，q2、q3功能为采集信号，q1、q4功能为驱动信号。系统正常运行时，q1、q4驱动信号分时依次驱动，当q1驱动为1时，q2作为q1驱动信号的反馈检测，采集到反馈信号为1；若待采集继电器干节点此刻状态为断开时，q3采集到的信号为0，若待采集继电器干节点此刻状态为闭合
时，q3采集到的信号为1；如此，q2、q3采集信号真值表为：11：干节点闭合；10：干节点断开。当q4驱动为1时，q2、q3采集信号真值表为：11：干节点闭合；01干节点断开。
31.本实施例的混线检测单节点的工作流程如下：在系统工作时，上驱、下驱信号分时驱动，上采、下采电路实时持续采集工作；当上驱信号有效，下驱信号无效时，系统通过采集上采、下采信号状态来判定干节点是否闭合，若上采/下采信号均有效，mcu判定干节点闭合，若上采信号有效、下采信号无效，mcu判定干节点未闭合；若出现其他采集状态则判定系统存在故障。当上驱信号无效，下驱信号有效，若上采/下采信号均有效，mcu判定干节点闭合，若上采信号无效、下采信号有效，mcu判定干节点未闭合；若出现其他采集状态则判定系统存在故障。
32.在工业现场或轨道交通领域，大量的继电器干节点状态信号需要系统实时准确的采集，应用本实施例的基于干节点双侧分时驱采系统，无需新增装置设备，在原有电路基础上增加了驱采电路，来实时监测故障的功能，且检测时不影响系统正常运行，无需停机。
33.如图4所示，本实施例提出一种基于干节点双侧分时驱采系统的系统调试故障检测方法，包括如下步骤：s11、系统上电；s12、k个干节点断开；s13、处理器分时控制m个驱动电路的输出，处理器同时读取p个采集电路所采集的信号；s14、系统判定是否有故障，若是则跳转s11，若否则跳转s15；s15、k个干节点闭合；s16、处理器分时控制m个驱动电路的输出，处理器同时读取p个采集电路所采集的信号；s17、系统判定是否有故障，若是则跳转s11，若否则跳转s18；s18、系统断电、调试结束。
34.如图5所示，本实施例提出一种基于干节点双侧分时驱采系统的系统运行故障检测方法，包括如下步骤：s21、系统上电；s22、处理器分时控制m个驱动电路的输出，处理器同时读取p个采集电路所采集的信号；s23、系统判定是否有故障，若无故障，跳转s22；若有故障即上报系统。
35.本实施例的系统故障检测方法，检测周期短，可靠性高；故障定位时间控制在秒级别。调试时，只需要外部设备将所有节点全部闭合几秒后再断开即可，无需人为识别故障；运行时，无需干涉原系统正常工作，系统实时轮巡检测所有节点采集是否存在异常；算法将故障的具体节点上报系统后，现场只需要针对系统报出的故障节点线缆进行排查即可。这种自动化高速全面检测相比于人工排查提高了检测的可靠性，并可以一次性检测出所有异常。极大的优化生产效率和系统可靠性。而现有技术中，目前现场配线调试一般使用上位机识别、人工排故的方法，外部设备依次闭合/打开每一个继电器节点，上位机识别对应节点的采集信号是否与节点状态一致，进而判断系统是否存在异常；一旦识别到某个节点配线存在异常，则需要人工排查具体故障点，大量的节点和配线增加了排查的工作量，如果继电
器节点与设备距离较远，那么对检测带来的工作量更是惊人的，甚至一个人是无法单独完成的。
36.本实施例的系统故障检测方法，在线进行系统故障检测、实时上报故障信息的功能，实现了采集系统闭环运行的效果，避免了故障对其他子系统造成的影响或对系统产生二次伤害。解决了现有技术的检测方案，都需要停机检测，无法满足在线检测的需求，这是目前行业的一大缺陷。
37.举例1当系统中有k个节点时，为了便于描述此处取k=32，驱采电路均采用光耦实现，那么可以算出，（a b）最小为12，取a=4，b=8（也可以取a=6，b=6等）。
38.在系统调试时，具体实施步骤如下：步骤1：系统上电，所有继电器干节点保持断开状态；步骤2：12个驱动光耦依次驱动，64个采集光耦持续采集；步骤3：根据算法判断是否存在混线异常；步骤4：所有继电器干节点保持闭合状态；步骤5：12个驱动光耦依次驱动，64个采集光耦持续采集；步骤6：根据算法判断是否存在混线异常；故障检测算法描述逻辑如下：若某干节点两侧均未驱动，某一侧或两侧的采集信号有效为1，那么此节点配线肯定存在异常，处理器读取对应时刻的驱动信号对应的干节点，即可确认此两个干节点配线或驱采电路存在异常；同样，如果多个未接收到驱动的干节点采集信号有效为1，即这几个干节点配线或电路均存在异常。若对某干节点一侧施加驱动，即此驱动信号为1，此侧的采集信号为0，那么即可确认此节点驱采电路存在异常。
39.在系统运行时，具体实施步骤如下：步骤1：系统上电；步骤2：12个驱动光耦依次循环驱动，64个采集光耦持续采集；步骤3：根据算法判断是否存在混线异常；故障检测算法逻辑同系统调试时算法。
40.本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
41.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。