用于SIS安全系统的四方表决电路、故障诊断方法及存储介质与流程

用于sis安全系统的四方表决电路、故障诊断方法及存储介质
技术领域
1.本发明涉及硬件电路领域，尤其是涉及一种用于sis安全系统的四方表决电路、故障诊断方法及存储介质。


背景技术：

2.sis（即安全仪表系统）是指能实现一个或多个安全功能的系统，用于监视生产装置或独立单元的操作，如果生产过程超出安全操作范围，可以使其进入安全状态，确保装置或独立单元具有一定的安全度。
3.在安全仪表系统的运行过程中，系统需要对自身的关键部分电路进行诊断，并且需要较为详细和准确地报告已经故障的电路位置，从而实现系统安全、可靠的运行。
4.参见图1，图1是相关技术中对于多个驱动电路状态进行检测的电路图，该图中所公开的电路具有诊断第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路、第四驱动电路的状态的功能，其通过对每个驱动电路分别设置相应的检测电路、回读电路以实现上述功能。以第一驱动电路为例，当需要诊断第一驱动电路是否可以正常输出高时，cpu_a、cpu_b、cpu_c同时控制第一驱动电路，致使第一可控开关打开；第一可控开关导通后，再通过第一检测电路、第一回读电路读取到输出是否为高。
5.上述的电路可应用在sis中，通过不断地检测相应驱动电路的状态，一旦发现某一驱动电路出现故障即可及时通知工作人员进行维修，从而保证系统安全、可靠的运行。
6.但明显的，由于每个驱动电路均需要配置相应的检测电路和回读电路以实现故障诊断，硬件成本极高。


技术实现要素：

7.为了减少硬件成本，本技术提供一种用于sis安全系统的四方表决电路、故障诊断方法及存储介质。
8.第一方面，本技术提供一种用于sis安全系统的四方表决电路，采用如下的技术方案：一种用于sis安全系统的四方表决电路，包括开关电路、检测电路、驱动电路和处理电路，其中，所述驱动电路有三个，分别定义三个所述驱动电路为第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路；所述开关电路和检测电路均串联在负载的供电回路上，开关电路包括并联的第一支路和第二支路，所述第一支路包括串联的第一开关和第三开关，所述第二支路包括串联的第二开关和第四开关；所述检测电路用于检测负载的供电回路是否导通并输出相应的检测信号；所述处理电路分别与检测电路、第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路连接；所述处理电路用于接收检测电路传输的检测信号，并根据检测信号判断驱动电路
是否发生故障，若驱动电路发生故障，则处理电路发出告警信息，若驱动电路未发生故障，则处理电路分别向第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路传输控制信号；所述第一驱动电路与第一开关的控制端连接并用于接收控制信号并响应控制信号以控制第一开关通断；所述第二驱动电路与第二开关的控制端连接并用于接收控制信号并响应控制信号以控制第二开关通断；所述第三驱动电路与第三开关的控制端连接并用于接收控制信号并响应控制信号以控制第三开关通断；所述第一驱动电路和第三驱动电路分别连接在或门的两个输入端上，或门的输出端连接在第四开关的控制端上。
9.通过上述技术方案，通过或门的应用，使得两个驱动电路在单独控制相应的开关基础上又能够共同控制一个开关，使得负载回路上的通断电状态可以通过改变控制信号的方式来产生更加丰富的变化，从而实现仅采用一个检测电路即可对驱动电路的故障进行诊断。
10.可选的，所述处理电路包括回读电路和三个处理器；所述回读电路分别与检测电路、三个所述处理器的输入端连接，三个所述处理器的输出端还分别与第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路连接，所述回读电路用于获取检测电路传输的检测信号，并将检测信号扩展成三个相同的回读信号后再将三个回读信号同步传输给三个所述处理器；所述处理器用于接收回读信号并根据回读信号判断是否存在驱动电路出现故障，若存在驱动电路出现故障，则处理器发出告警；若不存在驱动电路出现故障，则处理器根据回读信号生成控制信号并传输给相连的驱动电路。
11.可选的，所述处理电路包括回读电路和三个处理器；所述回读电路分别与检测电路、三个所述处理器连接，三个所述处理器的输出端还分别与第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路连接，所述回读电路用于接收检测信号并根据检测信号判断是否存在驱动电路出现故障，若存在驱动电路出现故障，则回读电路发出告警；若不存在驱动电路出现故障，则回读电路根据检测信号生成三个回读信号并同步将回读信号分别传输给三个所述处理器，所述处理器用于根据接收的回读信号生成相应的控制信号并将控制信号传输相连的驱动电路。
12.可选的，所述处理电路包括回读电路；所述回读电路分别与检测电路、第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路连接；所述回读电路用于接收检测电路输出的检测信号并根据检测信号判断是否存在驱动电路出现故障，若存在驱动电路出现故障，回读电路发出告警信息；若不存在驱动电路出现故障，回读电路生成三个控制信号并分别传输给第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路。
13.第二方面，本技术提供一种用于sis安全系统的四方表决电路的故障诊断方法，采用如下的技术方案：一种用于sis安全系统的四方表决电路的故障诊断方法，包括以下步骤：
获取检测信号，存储检测信号所表征的检测结果，并判断所存储的检测结果的个数是否达到预设个数，若所存储的检测结果的个数未达到预设个数，则根据当前存储的检测结果的个数发送对应的控制信号；若所存储的检测结果的个数达到预设个数，则按照存储顺序排列检测结果以形成结果集；根据结果集从预存的预测集合中匹配出相对应的设备状态；其中，所述预测集合存储有所有排列顺序的结果集以及与结果集一一对应的设备状态，判断匹配出的设备状态是否属于正常状态；若匹配出的设备状态属于正常状态，则清空所存储的检测结果，并发送预设的控制信号；若匹配出的设备状态不属于正常状态，则根据匹配出的设备状态生成告警信息，并发出告警信息。
14.通过上述技术方案，为配合上述的四方表决电路，单次的检测结果无法直接准确判断出是否存在驱动电路故障以及更进一步地判断出具体是哪一个驱动电路故障，因此通过存储检测结果来先满足判断驱动电路故障的前提条件，并根据存储的检测结果的个数来发出不同的控制信号以产生多样化的检测结果。
15.可选的，根据当前存储的检测结果的个数发送预设的控制信号，包括以下步骤：根据当前存储的检测结果的个数从预设的序号表中匹配出相应的控制信号并进行发送，其中，所述序号表中存储有多个用于表征检测结果个数的数值以及与数值一一对应的控制信号。
16.可选的，清空所存储的检测结果，并发送预设的控制信号，包括以下步骤：清空所存储的检测结果，按照预设的替换顺序更换用于结果集匹配的预测集合以及相应的序号表，并根据当前存储的检测结果的个数从新的序号表中匹配出相应的预设的控制信号，并发送匹配出的控制信息号。
17.可选的，所述预测集合有两个，两个所述预测集合分别对应负载得电和负载失电两种状体，所述序号表有两个，两个序号表与两个所述预测集合一一对应，所述预设的替换顺序为循环更替两个预测集合以及相应的序号表。
18.第三方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行上述用于sis安全系统的四方表决电路的故障诊断方法的计算机程序。
19.综上所述，通过设计简化的电路以减少硬件成本，并配合专门的故障诊断方法使得该电路仍可实现对于各个驱动电路是否出现故障进行检测以满足在sis安全系统中的应用。
附图说明
20.图1是相关技术中用于对多驱动电路的状态进行检测的电路图。
21.图2是本技术实施例的电路结构示意图。
22.图3是本技术实施例1的电路结构图。
23.图4是本技术实施例的故障诊断方法的步骤流程图。
24.图5是本技术实施例中的序号表的示意图。
25.图6是本技术实施例中的预测集合的示意图。
26.附图标记说明：1、开关电路；2、检测电路；3、处理电路。
具体实施方式
27.以下结合附图2至图6对本技术作进一步详细说明。
28.实施例1：本技术提供一种用于sis安全系统的四方表决电路，参见图2，包括开关电路1、检测电路2、驱动电路和处理电路3。
29.开关电路1和检测电路2均串联在负载的供电回路上。开关电路1包括并联的第一支路和第二支路，第一支路包括串联的第一开关和第三开关，第二支路包括串联的第二开关和第四开关。第一开关、第二开关、第三开关和第四开关为mos管或是三极管等具有接收信号并根据信号通断功能的开关件。检测电路2用于检测负载的供电回路是否导通并输出相应的检测信号。在本实施例中，以开关件均为npn型三极管，检测电路2为电压检测电路2，检测信号为电压信号为例进行具体的介绍。
30.具体的，只要第一支路或第二支路中任意一支路上连通，负载的供电回路就会导通，检测电路2输出的检测信号为高电平。而只要第一支路和第二支路均关断，则负载的供电回路就会断路，检测电路2输出的检测信号为低电平。
31.驱动电路有三个，为方便下文描述，分别定义三个驱动电路为第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路，但需注意的是，三个驱动电路在结构上是完全相同的。三个驱动电路分别控制上述四个开关的通断：第一驱动电路的输出端与第一开关的控制端连接，第二驱动电路的输出端与第二开关的控制端连接，第三驱动电路的输出端与第三开关的控制器连接。至于第四开关，则是同时受控于第一驱动电路和第三驱动电路。具体的，四方表决电路还包括或门，或门的输出端连接在第四开关的控制端上，或门的两个输入端分别与第一驱动电路、第三驱动电路连接。上述的控制端均为相应三极管的基极。
32.处理电路3分别与检测电路2、第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路连接。
33.处理电路3用于接收检测电路2传输的检测信号，并根据检测信号判断驱动电路是否发生故障，若驱动电路发生故障，则处理电路3发出告警信息；若驱动电路未发生故障，则处理电路3分别向第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路传输控制信号。
34.第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路根据控制信号输出相应的驱动信号。当第一驱动电路输出的驱动信号为高电平时，第一开关导通；当第二驱动电路输出的驱动信号为高电平时，第二开关导通；当第三驱动电路输出的驱动信号为高电平时，第三开关导通。另外，第一驱动电路和第三驱动电路中的任意一个驱动电路输出的驱动信号为高电平时，第四开关导通。
35.参见图3，处理电路3包括回读电路和三个处理器。
36.回读电路分别与检测电路2、三个处理器的输入端连接，三个处理器的输出端还分别与第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路连接，其中，定义与第一驱动电路的处理器为处理器a，与第二驱动电路连接的处理器为处理器b，与第三驱动电路连接的处理器为
处理器c。在本实施例中，回读电路为mcu。
37.回读电路用于获取检测电路2传输的检测信号，并将检测信号扩展成三个相同的回读信号后再将三个回读信号同步传输给三个处理器。
38.处理器用于接收回读信号并根据回读信号判断是否存在驱动电路出现故障，若存在驱动电路出现故障，则处理器发出告警；若不存在驱动电路出现故障，则处理器根据回读信号生成控制信号并传输给相连的驱动电路。
39.回读电路输出的回读信号与其所接收的检测信号相同，回读电路只是将一个检测信号复制成了三个回读信号。并且通过回读电路的同步传输，使得三个处理器能够同时接收到回读信号并响应回读信号。由于三个处理器中用于判断驱动电路是否故障的程序是相同的，程序运算所消耗的时间短且相近，基本可以忽略不计，因此当驱动电路并没有出现故障的情况下，三个处理器在同步接收到回读信号后能够同步向相连的驱动电路传输控制信号。
40.此外，三个处理器均设置有判断驱动电路是否故障的程序以及生成控制信号的程序，只要任意一个处理器判断出驱动电路存在故障就会发出告警信息，避免出现某一处理器甚至是某两个处理器中的程序出错时未能及时发现驱动电路损坏的情况。
41.判断驱动电路是否故障的程序以及生成控制信号的程序如何运行的，将在后续的故障诊断方法中进行详细介绍，在此先仅进行简单的描述。
42.实施例2：与实施例1不同之处在于，处理电路包括回读电路和三个处理器。
43.回读电路分别与检测电路、三个处理器连接，三个处理器的输出端还分别与第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路连接。
44.回读电路用于接收检测信号并根据检测信号判断是否存在驱动电路出现故障，若存在驱动电路出现故障，则回读电路发出告警。若不存在驱动电路出现故障，则回读电路根据检测信号生成三个回读信号并同步将回读信号分别传输给三个处理器，处理器用于根据接收的回读信号生成相应的控制信号并将控制信号传输相连的驱动电路。
45.相较于实施例1，本实施例中，判断是否存在驱动电路出现故障的程序并没有设置在处理器中，而是安装在回读电路中。尽管一旦回读电路中的程序出错就会导致整个电路无法正常判断是否存在驱动电路出现故障，但是可以有效减少程序录入的频率，进而缩减整个电路的生产步骤和时间。
46.实施例3：与实施例2不同之处在于，本实施例中处理电路包括回读电路。且回读电路分别与检测电路、第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路连接。
47.回读电路用于接收检测电路输出的检测信号并根据检测信号判断是否存在驱动电路出现故障，若存在驱动电路出现故障，回读电路发出告警信息；若不存在驱动电路出现故障，回读电路生成三个控制信号并分别传输给第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路。
48.与实施例2相比，将判断故障的程序以及生成控制信号的程序均设置在回读电路中，从而减少处理器的设置，进一步优化处理电路的组成结构，有利于减少电路体积。当然相对应的，若回读电路出现故障，则更换所需的成本更大。
49.本技术还提供一种用于sis安全系统的四方表决电路的故障诊断方法，参见图4，包括以下步骤：s100、获取检测信号，存储检测信号所表征的检测结果，并判断所存储的检测结果的个数是否达到预设个数。
50.检测信号由检测电路提供，当检测信号为高电平时，所存储的检测结果为1；当检测信号为低电平时，所存储的检测结果为0。
51.上述实施例1至实施例3中，四方表决电路的整体架构是相同的，仅仅是用于做信息处理的处理电路存在内部结构的区别。在此仅以实施例1中公开的四方表决电路的结构作为举例来进一步对故障诊断方法的原理做介绍。
52.结合实施例1所公开的四方表决电路，驱动电路状态与负载得电的关系可通过三种控制信号和检测信号质检来进行表达，即负载得电（检测结果）=a&b a&c b&c，其中，a为处理器a输出的控制信号所表征的状态值，b为处理器b输出的控制信号所表征的状态值，c为处理器c输出的控制信号所表征的状态值。
53.两个或两个以上的驱动电路同时出现故障的概率极低，因此不需考虑两个或两个以上驱动电路同时出现故障的情况，那么根据上述的公式，当一个驱动电路故障时，只要另外两个驱动电路所提供的驱动信号为高电平，那么负载仍能够得电，从而保障了负载供电的稳定性。轮流控制一个驱动电路输出低电平，即可根据检测结果判断出是否存在驱动电路故障，并且一旦存在驱动电路故障，还能够结合多次检测结果来得出具体是哪一个驱动电路出现故障。
54.设置预设个数的原因正是由于单次的检测结果可能判断出是否存在故障的驱动电路，但是无法准确判断出是哪一个驱动电路故障，因此需要记录一定数量的检测结果后再进行判断。在本实施例中，结合上述公式的特点，预设个数为3个。
55.s200、若所存储的检测结果的个数未达到预设个数，则根据当前存储的检测结果的个数发送对应的控制信号。
56.若所存储的检测结果的个数未达到预设个数，则执行生成控制信号的程序，该程序运行时根据当前存储的检测结果的个数发送对应的控制信号。
57.根据当前存储的检测结果的个数发送对应的控制信号实际上就是轮流选择一个控制信号与另外两个控制信号的状态不同，例如，当前存储的检测结果个数为0个时，a为0，b、c为1；当前存储的检测结果个数为1个时，a、b为1，c为0；当前存储的检测结果个数为2个时，a、c为1，b为0。
58.具体的实现方法是根据当前存储的检测结果的个数从预设的序号表中匹配出相应的控制信号并进行发送。
59.其中，序号表中存储有多个用于表征检测结果个数的数值以及与数值一一对应的控制信号。
60.此外，由于驱动电路的故障还可以细分成无法输出高电平信号和无法输出低电平信号，因此轮流选择一个控制信号与另外两个控制信号的状态不同，也可以进一步分为两个相同的控制信号是置1还是置0。
61.而避免相互影响，两种故障的判断需要分开并交替进行。即序号表有两个，且两个序号表分别对应检测驱动电路是否能够输出高电平信号和检测驱动电路是否能够输出低
电平信号。具体的序号表可参见图5，其中，表1为用于检测驱动电路是否能够输出高电平信号所使用的序号表；表2为用于检测驱动电路是否能够输出低电平信号所使用的序号表。
62.s300、若所存储的检测结果的个数达到预设个数，则按照存储顺序排列检测结果以形成结果集。
63.结果集是按三个检测结果按照存储顺序依次排列形成的数字段，例如，先后存储的检测结果分别为1、1、0，则对应形成的结果集为110。按照该方式一共可以存在从000到111这8种结果集。
64.s400、根据结果集从预存的预测集合中匹配出相对应的设备状态。
65.其中，预测集合存储有所有排列顺序的结果集以及与结果集一一对应的设备状态。
66.设备状态包括正常状态和故障状态，且故障状态还可细分为第一驱动故障、第二驱动故障和第三驱动故障。
67.同序号表一样，由于检测驱动电路是否能够输出高电平信号和检测驱动电路这两种故障判断的差别而建立有两个预测集合。在实际使用时，可根据检测需求选择一种预测集合，或是循环使用两个预测集合以达到全面检测的目的。当然实际应用时，两种检测中出现的结果集是不存在重叠的，因此也可以将两个预测集合汇集在一起。
68.具体的预测集合可参见图6。
69.结合图5和图6，可以直观看出，只要采用表1所对应的序号表来依次生成控制信号以及表3所对应的预测集合来检测结果集，即可实现检测驱动电路是否能够输出高电平信号。相应的，采用表2所对应的序号表来依次生成控制信号以及表4所对应的预测集合来检测结果集，即可实现检测驱动电路是否能够输出低电平信号。
70.s500、判断匹配出的设备状态是否属于正常状态。
71.s600、若匹配出的设备状态属于正常状态，则清空所存储的检测结果，并发送预设的控制信号。
72.若仅检测驱动电路是否能够输出高电平信号或是仅检测驱动电路是否能够输出低电平信号，则在匹配出的设备状态属于正常状态后，清空所存储的检测结果，即可按照步骤s200重新开始下一轮的检测。
73.在一个实施例中，清空所存储的检测结果，并发送预设的控制信号，包括以下步骤：清空所存储的检测结果，按照预设的替换顺序更换用于结果集匹配的预测集合以及相应的序号表，并根据当前存储的检测结果的个数从新的序号表中匹配出相应的预设的控制信号，并发送匹配出的控制信息号。
74.预设的替换顺序为循环替换。
75.若想要轮流检测驱动电路是否能够输出高电平信号和检测驱动电路是否能够输出低电平信号，则在清空所存储的检测结果后，需要先更换匹配的序号表及预测集合后，再按照步骤s200来进行下一轮的检测。
76.s700、若匹配出的设备状态不属于正常状态，则根据匹配出的设备状态生成告警信息，并发出告警信息。
77.对故障状态进行细分的目的就是通过告警信息可以使维修人员直观了解是哪一
个驱动电路发生故障，从而有利于加快修复速度。
78.更进一步地，还可以根据将当前使用地预测集合确定所检测的目的，并将该检测目的添加到告警信息中，使得维修人员进一步了解到驱动电路的故障原因。
79.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行上述任一种用于sis安全系统的四方表决电路的故障诊断方法的计算机程序。
80.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。