具体实施方式

为充分明了本发明，提供各图示将本发明详细说明如下:

图1是本发明所述基于多块底层板卡的逻辑保护装置的构成框图，如图1所示。所述逻辑保护装置包含：

多块底层板卡10，分别连接所控制的传感器1与执行器2；

BCC卡20，产生恒流源，将所述多块底层板卡使用恒流源产生的电流以电流环的形式依次串联，电流环的通断通过每个底层板卡控制；

通信总线30，连接多块底层板卡，形成通信回路；

其中，底层板卡与底层板卡之间通过电流环与通信总线来触发逻辑保护联动，发生故障的底层板卡作为故障板卡，通过所述故障板卡切断电流环，触发通信总线，电流环中故障板卡外的其他底层板卡作为联动板卡，所述联动板卡对与故障板卡相连的输出通道进行置位(例如，输出通道上设置继电器，底层板卡正常时导通，底层板卡故障置位后断开)，将故障信息(例如阈值出现异常时的数据，错误码打包成的数据包等)按通信回路向外发送依次传递给BCC卡，通过BCC卡将故障信息发送给上位机。

上述BCC卡是工件台上负责管理工件台移入移出的控制板卡，由于其上的硬件资源丰富，故而在其上增加了总体安全逻辑保护功能。

在一个实施例中，基于多块底层板卡的逻辑保护装置还包括模拟开关，设置在底层板卡上，对电流环进行切断与导通。

在一个实施例中，基于多块底层板卡的逻辑保护装置还包括采样电阻，串联在不同底层板卡之间，通过检流电阻的高低电平来判断是否需要触发，例如，高电平触发，也就是说，判断采样电阻上的电压变化来协同处理故障，置位某些输出通道(例如，停止运行后对工件台安全不产生影响的电机的输出通道)，通过电压变化来判断是否置位，置位导致电流环断开，采样电阻电压降为0，指联动板卡同时停止运行。

在一个实施例中，所述底层板卡包括多路模拟输入通道、数字输入通道、模拟输出通道和数字输出通道。

可选地，所述底层板卡包括电涡流传感器输入通道、温度传感器输入通道、电机控制通道和电磁阀控制通道，电涡流传感器输入通道、温度传感器输入通道、电机控制通道、电磁阀控制通道都包含在模拟输入输出通道、数字输入输出通道中。

在一个实施例中，如图3所示所述底层板卡包括DSP和FPGA，传感器采集数据传输到FPGA，由FPGA传送给DSP，对数据进行标定(例如，对模拟信号和数字信号进行曲线拟合)，并进行阈值判断，如果数据超过阈值，判定数据异常，便将数据与错误码(根据工件台不同运动部件划分的错误类型，比如粗动台错误、微动台错误等)发送给FPGA打包成数据包，传送给上位机，同时FPGA对输出通道(底层板卡的FPGA用于控制运动部件的输出通道，模拟输出通道和数字输出通道)置位，并切断本底层板卡上的电流环，触发DSP上的中断服务程序，将错误联动信号(错误联动信号不包含具体错误信息，只包含执行联动的请求，错误联动信号传送给参与逻辑保护的所有底层板卡，信号简单，所需通信时间短；数据与错误码打包成的数据包包含详细的故障信息，是传送给上位机的，所需通信时间长)通过通信总线广播给其它底层板卡，从而触发所有底层板卡联动，执行逻辑保护。

上述逻辑保护装置要判断设备在工作过程中是否出现故障，首先需要利用传感器按一定频率对设备的各项指标进行监测，并将其传递给底层板卡进行处理与判断。一般而言，传感器测得的数据属于模拟信号，底层板卡上的ADC芯片会将其转化为数字信号，并写入FPGA的内存中。DSP通过访问FPGA的内存，读取这些数据，由DSP对原始数据进行标定，将标定后的数据传回FPGA内存寄存器，并进行阈值判断，将判断后的结果写回FPGA内存寄存器。由FPGA将所有输入传感器信息及阈值判断结果信息打包通过HSSL光口一并上报至控制系统。FPGA通过光口发送给控制机箱，供调试使用；若超出阈值，将标定后的数据和错误类型封包传回FPGA，FPGA根据错误类型来操作外设，同时DSP将错误报警向相邻板卡发送，一直发送到上位机。若本底层板卡所接收数据均正常，但其它板卡产生错误报警，则本板卡的DSP会收到报警信息，根据报警信息执行相应操作，并将错误报警信息继续向下一级板卡发送，直到汇总到BCC卡，发送给上位机。当错误被检测到时，为了尽可能快地让其它板卡第一时间处理，并获悉错误类型，通过通信总线和电流环的联动逻辑保护。

在一个实施例中，所述底层板卡包括ARM和FPGA，底层板卡同时接收多路传感器信号，将经过AD转换后的多路传感器数据写入FPGA，由FPGA将数据转移给ARM，由ARM对传感器数据进行标定，判断是否满足阈值条件，若底层板卡所有标定后数据均满足阈值条件，不触发电流环与通信总线；若底层板卡有数据不满足阈值条件，ARM根据出错数据的来源通道以及数值，确认错误类型(比如温度传感器超标、电涡流传感器超标、光栅尺超标、激光三角超标、电机转速超标等)，并将数据与错误类型发送给FPGA打包成数据包，FPGA按照错误类型来操作相应的执行器(根据传感器所监测的执行器来确定相应的执行器，比如电涡流传感器检测到距离超标，则操作粗动台电机回零点)，同时切断本底层板卡上的电流环，本底层板卡上ARM中的外部中断服务程序检测到电流环被切断，触发通信总线，将错误信息(例如超过阈值时的数据)向外发送，按通信回路依次传递给BCC卡，由BCC卡将错误信息发送给上位机。

在一个实施例中，所述通信总线为RS485总线。

在一个实施例中，如图2所示，所述多块底层板卡包括GIC卡11、第一DIO卡12、第二DIO卡13、SB卡14和PAC卡15，所述GIC卡11用于传感器的数据采集，例如水路、气路、光栅尺、容栅尺等传感器的数据采集；第一DIO卡12用于数字量的采集与输出，例如电磁阀等装置的数字量的输入输出；SB卡14用于电涡流传感器与电机温度传感器的信号采集；PAC卡15用于电机驱动器控制，第二DIO卡13用于电机使能信号的输出。

可选地，所述BCC卡、GIC卡、第一DIO卡、SB卡设置在电控箱(电控箱用于统一安装和布线)，所述PAC卡和第二DIO卡设置在PA柜(用于安装PAC卡、第二DIO卡等直接用于电机控制的卡)，所述PA柜设置在工件台外侧。

在一个实施例中，如图3所示，底层板卡包括DSP或ARM、FPGA，FPGA包括寄存器111、打包模块112和置位寄存器113，DSP或ARM包括缓冲区121、标定数据寄存器122、错误码寄存器123、信号收发模块和中断服务模块125，FPGA的寄存器接收传感器的数据发送给DSP或ARM的缓冲区，标定数据寄存器对数据进行标定，如果数据满足阈值条件，打包成数据包传输给FPGA的打包模块，通过HSSL光口上传到其他底层板卡或BCC卡；如果数据不满足阈值条件，根据出错数据的来源通道以及数值，确认错误类型，将数据和错误类型转为错误码存储在错误码寄存器，错误码寄存器将错误码发送到FPGA的打包模块，打包成错误包通过HSSL光口上传到其他底层板卡或BCC卡，FPGA的打包模块接收到错误码，切断电流环，DSP或ARM的中断服务模块存储中断服务程序对电流环进行检测，检测到电流环被切断，触发DSP或ARM上的信号收发模块，通过通信总线传输错误联动信号给其他底层板卡，触发FPGA的置位寄存器，对输出通道置位。

在一个实施例中，在硬件上，首先各底层板卡分别连接所负责的传感器与执行器；BCC卡负责产生恒流源，然后将底层板卡使用此电流以电流环的形式依次串联，组成一个回路，每块板卡均可以控制电流环的通断，当发生严重故障时，故障板卡切断环路中的电流，环路中其它板卡通过判断采样电阻上的电压变化来协同处理故障，置位某些输出通道，确保工件台安全的停下来；与此同时，对故障信息进行编码，通过HSSL光口发送至控制系统。

在工件台工作时，所有传感器均按照固定的采样频率，将信号传递给所连接的底层板卡。由于传感器信号为模拟信号，底层板卡会通过ADC芯片将其转化为数字信号；每块底层板卡都需要同时接收多路传感器信号，故利用FPGA的并行运算能力，将经过AD转换后的多路传感器数据都写入FPGA，再由FPGA将数据转移给DSP或ARM，由DSP或ARM对传感器数据进行标定，然后判断是否满足阈值条件。若本板卡所有标定后数据均满足阈值条件，则系统正常工作，电流环与RS485均不会触发；若本板卡有数据不满足阈值条件，DSP或ARM会根据出错数据的来源通道以及数值，确认错误类型，并将数据与错误类型发送给FPGA打包。FPGA收到错误包后会立即按照错误类型来紧急操作相应的执行器，同时切断本板卡上的电流环，以通知其它板卡进行紧急联动，本板卡上DSP或ARM中的外部中断服务程序检测到电流环被切断，则会触发RS485，将错误信息向外发送，按回路依次传递给BCC，并由BCC将错误信息发送给上位机；若本板卡数据均满足阈值条件，但有其它板卡检测到数据不满足阈值条件，其它板卡会如上所述切断电流环并通过RS485发送错误信息，本板卡则会随后检测到电流环被切断，FPGA开始紧急操作执行器，DSP或ARM则开始进行RS485信号收发。当故障清除后，系统会将错误代码寄存器复位，工件台重新开始工作。

在工件台运动系统中，每块底层板卡负责本系统的一部分传感器信号接收与数据处理工作，底层板卡与底层板卡之间则通过电流环与RS485来触发逻辑保护联动。所述底层板卡拥有多路AI、DI输入以及AO、DO输出，包含了电涡流传感器输入通道、温度传感器输入通道、电机控制通道、电磁阀控制通道等。所述电流环电路通过检流电阻的高低电平来判断是否需要触发，并通过模拟开关对电流环进行切断与接通。

如图2所示，电控箱中各板卡通过RS485与电流环进行连接。正常工作时，电流环接通，RS485不触发；出现故障后，故障板卡切断电流环，导致其它板卡也切断自身电流环，执行联动，RS485触发并向BCC上报故障。

如图2所示，底层板卡中RS485与电流环的具体执行的框图连接关系，包括：

传感器将重要监测数据发送给底层板卡，底层板卡上的FPGA接收这些数据，经过标定后，将其发送给DSP，DSP对其进行阈值判断。若超出所规定阈值，即判定为故障，并根据故障表确定故障类型。随后将标定后数据与故障类型一并发送给FPGA，由FPGA切断电流环并操作其它外设。

所述电流环中其它板卡检测到电流环异常，即认定有需要执行联动的紧急故障发生，并执行相应的联动动作，保护系统。

触发联动的板卡通过RS485总线，将故障详细信息发送至BCC卡，经BCC卡的FPGA汇总后，实时将故障信息通过HSSL上报给主机。

所述联动故障在经过清除后，底层板卡清理联动信号，系统复位，每块板卡上模拟开关接通，电流环恢复至正常运行状态，重新开始工作。

图4是本发明所述基于多块底层板卡的逻辑保护方法的流程图的示意图，如图4所示，所述基于多块底层板卡的逻辑保护方法包括：

步骤S1，多块底层板卡使用恒流源产生的电流以电流环的形式依次串联；

步骤S2，多块底层板卡通过通信总线连接，形成通信回路；

步骤S3，通过电流环与通信总线触发底层板卡与底层板卡之间的触发逻辑保护联动，包括：将发生故障的底层板卡作为故障板卡，通过所述故障板卡切断电流环，触发通信总线，电流环中故障板卡外的其他底层板卡作为联动板卡，所述联动板卡对与故障板卡相连的输出通道进行置位。

在一个实施例中，所述逻辑保护方法还包括判断底层板卡是否出现故障的步骤，包括：

通过底层板卡接收传感器采集的数据；

对数据进行标定，并进行阈值判断；

当数据超过阈值时，判定底层板卡为故障板卡。

在一个实施例中，由多块底层板卡构成的大型系统上基于RS485通信和电流环实现的逻辑保护方法，具体地：每块底层板卡根据使用需求不同，分别由ARM+FPGA或者DSP+FPGA构成，承担了电机控制、阀门控制、传感器信号处理、与上位机通信等任务。首先，传感器不断采集数据，通过AD转换，将数据传输到FPGA中，由FPGA传送给DSP，对转换后的数据进行标定，并进行阈值判断；如果数据出现异常，便将数据与错误码发送给FPGA打包，由FPGA将数据包传送给上位机，同时FPGA也对输出通道置位，并切断本板卡上的电流环，触发DSP上的中断服务程序，将错误联动信号通过RS485广播给其它底层板卡，从而触发所有底层板卡联动，执行逻辑保护功能；当本底层板卡所接收数据均正常，其它底层板卡接收数据异常时，逻辑保护通过直接切断电流环来完成，其速度最快。

在一个实施例中，还包括对逻辑保护进行分级的步骤，最高级别的逻辑保护通过直接切断电流环来完成，其速度最快，其它级别逻辑保护通过接收RS485信号来完成。

可选地，逻辑保护分成两级，一级是切断电流环，另一级是停止底层板卡接收的数据异常的传感器对应的执行器，比如电涡流传感器检测到距离超标，则操作粗动台电机回零点。

可选地，逻辑保护分成三级，第一级是切断电流环，第二级是停止停止底层板卡接收的数据异常的传感器对应的执行器以及对工件台安全不产生影响的执行器，第三级是停止底层板卡接收的数据异常的传感器对应的执行器。

本发明所提出的逻辑保护方法能够最大限度保护系统整机，高速实现多块底层板卡和多执行器的复杂系统的逻辑保护联动功能。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都属于本发明的权利要求的保护范围。