控制信號保護設備及其控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】具有第一運行模式和第二運行模式的控制信號保護設備包括將信號保護設備連接至控制系統(tǒng)的第一端子對和將轉換器連接至現(xiàn)場設備的第二端子對?？刂葡到y(tǒng)提供控制信號到控制系統(tǒng)保護設備。控制信號設備進一步包括用于電能暫時蓄電的儲能元件和用于控制信號保護設備的運行模式的開關電路。在第一運行模式下，電能儲存在儲能元件中。在第二運行模式下，儲存在儲能元件中的電能提供到第二端子對的正極端子。
【專利說明】控制信號保護設備及其控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型一般涉及在過程控制系統(tǒng)中用于控制現(xiàn)場設備的控制信號，更具體地，涉及一種用于保護控制信號的裝置。
【背景技術】
[0002]例如用于化學、石油和其他過程的過程控制系統(tǒng)通常包括一個或多個集中的或分散的過程控制器，通過模擬、數(shù)字或者復合模/數(shù)總線可通信地耦合到至少一個主工作站、和到一個或多個過程控制和儀表設備。現(xiàn)場設備，例如閥、閥定位器、開關、發(fā)送器和傳感器(例如溫度、壓力或流速傳感器)，在過程中實施多種功能，例如打開或關閉閥，或者測量過程參數(shù)。該過程控制器接收(通過通信總線)由現(xiàn)場設備產生或與該現(xiàn)場設備有關的過程測量或過程變量的信號指示，基于所接收到的信息執(zhí)行一個控制路由，產生控制信號，該控制信號通過一個或多個總線發(fā)送到現(xiàn)場設備以用于控制過程的運行。來自現(xiàn)場設備和控制器的信息典型地被提供給一個或多個應用，主工作站執(zhí)行該應用使得操作員執(zhí)行關于該過程的所需功能，例如查看該過程的當前狀態(tài)，修改該過程的運行等等。
[0003]執(zhí)行一個或多個過程控制功能的“智能”現(xiàn)場設備，在過程控制工業(yè)中變得普遍。除了在過程(例如，監(jiān)控溫度或控制閥位置)中執(zhí)行主要功能，每一個智能現(xiàn)場設備包括存儲器和微處理器。存儲器存儲與該設備有關的信息，且該微處理器與控制器和/或其他設備通信，和/或執(zhí)行例如自校準、識別、診斷等次級任務。大量標準的、公開的、數(shù)字的、或數(shù)字和模擬復合的通信協(xié)議，例如傳感器數(shù)據(jù)公路(HART?)，PROFIBUS?，基金會現(xiàn)場總線，WORLDFIP?’Device-Net?’和控制器局域網(wǎng)(can)協(xié)議已經發(fā)展使得當執(zhí)行一個或多個過程控制功能時，不同制造商制造的智能設備可以相互通信。
[0004]典型地，通過輸入/輸出卡(I / O卡)將控制信號提供給過程設備，該I / O卡將控制信息轉換為適于特定現(xiàn)場設備所需的格式，該控制信號被提供到該特定現(xiàn)場設備。為了改進控制系統(tǒng)的魯棒性，有時控制系統(tǒng)使用冗余的I / O卡來控制現(xiàn)場設備。在這樣的控制系統(tǒng)中，在主I / O卡失效的情況下，運行從主I / O卡切換到備用I / O卡。這種冗余的I / O卡配置通常使得當一個I / O卡無法正確運行時，控制該過程以沒有任何顯著中斷地繼續(xù)運作。在一些系統(tǒng)中，為了備用I / O卡的功能的驗證，一個I / O卡控制器構造成將I / O卡的運行周期性的從主I / O卡轉換到備用I / O卡，。從主要I / O卡到備用I/O卡(或反之亦然)的I/O卡的轉換通常導致提供給現(xiàn)場設備的控制信號的短時中斷。某些現(xiàn)場設備以不希望的方式響應控制信號的中斷。例如，如果受控制的現(xiàn)場設備是一個閥，閥控制器會控制閥移動到一個不希望的位置，這會潛在地擾亂該過程。
實用新型內容
[0005]為了解決上述技術問題，本實用新型根據(jù)第一示例性方面提供了一種控制信號保護設備，控制信號保護設備在第一或在第二運行模式下運行。在第一運行模式下，控制信號保護設備將儲能在控制信號保護設備的儲能元件中。在第二運行模式下，控制信號保護設備利用儲存的能量，當設備輸入控制信號中斷發(fā)生時，維持設備輸出的控制信號。在一個實施方式中，控制信號保護設備包括一個控制設備運行模式的開關電路。一方面，控制信號保護設備進一步包括控制該開關電路的輸入電流監(jiān)控元件。在本方面，當設備的輸入電流小于閾值時，輸入電流監(jiān)控電路可以導致設備從第一運行模式切換到第二運行模式，且當輸入電流大于閾值時可以導致設備從第二運行模式轉換為第一運行模式。在某些實施方式中，控制信號保護設備包括監(jiān)控設備輸出電壓電平的電壓監(jiān)控元件。在本方面，當在第二運行模式下和在設備輸入的控制信號缺失的情況下，設備可以維持電壓監(jiān)控元件指示的電壓電平的輸出電壓。
[0006]進一步根據(jù)第一示例性方面，控制信號保護設備進一步包括，以任何組合，任何一個或多個以下優(yōu)選形式。
[0007]在一個優(yōu)選的形式中，儲能元件包括至少一個電容器。
[0008]在另一個優(yōu)選的形式中，儲能兀件包括第一電容器和第二電容器，且電能從第一電容器和從第二電容器提供到輸出端子。
[0009]在另一個優(yōu)選的形式中，開關電路控制運行模式以響應輸入電流進入信號保護設備時的變化。
[0010]在另一個優(yōu)選的形式中，控制信號保護設備進一步包括電流監(jiān)控電路。當進入信號保護設備的電流低于一個閾值時，電流監(jiān)控電路使得控制信號保護設備從第一運行模式轉換為第二運行模式，并且當進入信號保護設備的電流高于一個閾值時，電流監(jiān)控電路使得控制信號保護設備從第二運行模式轉換為第一運行模式。在一個優(yōu)選形式中，閾值是2mA ο
[0011]在另一個優(yōu)選的形式中，控制信號保護設備進一步包括電壓保持元件以保持經濾波和縮放的電壓，所述電壓對應于在正常運行模式下的輸入端的電壓電平。
[0012]在另一個優(yōu)選的形式中，輸出端子間的電壓在第二運行模式下保持為經濾波的電壓。
[0013]在另一個優(yōu)選的形式中，第一運行模式是普通模式，在該模式下控制信號提供給輸入端子，其中第二運行模式是保護模式，在該模式下，沒有控制信號提供給輸入端子。
[0014]根據(jù)第二示例性方面，控制在過程控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場設備的系統(tǒng)包括，主站和耦合到主站以將控制信號提供到現(xiàn)場設備的多個輸入/輸出(I / O)卡。多個I / O卡包括主I / O卡和備用I / O卡。該系統(tǒng)還包括一個I / O卡控制器，其配置為有選擇地在主I/O卡和備用I / O卡之間切換。控制信號保護設備可通信地耦合到I / O卡和現(xiàn)場設備，其中，在主I / O卡和備用I / O卡之間的轉換運行過程中，控制信號保護設備在信號保護設備的輸出維持控制信號。
[0015]進一步根據(jù)第二示例性方面，系統(tǒng)進一步包括，在任何組合，任何一個或多個以下優(yōu)選形式。
[0016]在一個優(yōu)選形式中，控制信號保護設備配置為在第一運行模式下在儲能元件中儲存電能，并將在儲能元件中儲存的電能提供到第二運行模式下控制信號保護設備的輸出端子。
[0017]在另一個優(yōu)選形式中，儲能元件包括至少一個電容器。
[0018]在另一個優(yōu)選形式中，儲能兀件包括第一電容器和第二電容器，從第一電容器和從第二電容器提供電能到控制信號保護設備的輸出端子。
[0019]在另一個優(yōu)選形式中，電能儲存元件包括充電泵。
[0020]在另一個優(yōu)選形式中，控制信號保護設備進一步配置為在控制信號保護設備的輸入端監(jiān)控電流電平，響應于發(fā)現(xiàn)電流電平低于一個閾值時控制信號保護設備的運行從第一運行模式切換到第二運行模式。
[0021]在另一個優(yōu)選形式中，控制信號保護設備被作為一個與現(xiàn)場設備分離的元件提供。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1示出了根據(jù)本實用新型一個公開實施例的集成了控制信號保護技術的過程控制系統(tǒng)；
[0023]圖2是利用中斷穿越電路(interruption ride-through circuit)轉換器的一個系統(tǒng)的不意圖；以及
[0024]圖3示出了在一種可能的電路配置中中斷穿越轉換器的電路圖。
【具體實施方式】
[0025]根據(jù)一個實施方式，圖1示出了根據(jù)本實用新型的集成了控制信號保護技術的過程控制系統(tǒng)100。該示例過程控制系統(tǒng)100包括一個有線電廠自動化網(wǎng)絡110，其按照工業(yè)自動化協(xié)議(例如，HART ,PROFIBUS DP(分散外圍)等等)或其他合適的通信協(xié)議來運行。有線電廠自動網(wǎng)絡110包括連接到一個或多個主機或計算機111 (其可以是任何類型的個人計算機或工作站)的一個或多個控制器114，且該控制器114連接到輸入/輸出(I / O)設備116的觸排，輸入/輸出(I / O)設備116的每一個依次連接一個或多個現(xiàn)場設備122?？刂破?14可以是,僅舉例說明，費希爾-羅斯蒙特系統(tǒng)公司(Fisher-Rosemount, Inc.)出售的DeltaV?控制器，其通過例如以太網(wǎng)連接120或其他通信連接可通信地耦合到主站
111。同樣地，使用任何適合的與例如標準4-20ma設備和/或任何例如現(xiàn)場總線或HART協(xié)議的智能通信協(xié)議有關聯(lián)的硬件和軟件，控制器114可通信地耦合到現(xiàn)場設備122。如一般所知的，控制器114執(zhí)行或監(jiān)督在其內儲存的或相反與其相關聯(lián)的過程控制例程，且和設備122通信以任何需要的方式來控制過程。
[0026]現(xiàn)場設備122可以是任何種類的設備，像閥、閥定位器、開關、傳感器(例如溫度、壓力、震動、流速或pH傳感器)、泵、風扇等等，或兩個或多個這樣類型的混合，同時卡觸排116 (card bank)中的I / O卡可以是符合任何例如HART、現(xiàn)場總線(Fieldbus)、過程現(xiàn)場總線(PiOfibus)等的合適的通信或控制協(xié)議的任何類型I / O設備。現(xiàn)場設備122在例如打開或關閉閥門，或測量過程參數(shù)的之類的過程或過程控制環(huán)路內執(zhí)行控制、監(jiān)控和/或物理功能。在圖1示出的一個實施方式中，現(xiàn)場設備122a-122c是通過模擬線路與I / O卡116a通信的標準4-20ma設備。在另一個實施方式中，現(xiàn)場設備122a_122c是Hart設備，并且I / O卡116a是Hart兼容I / O卡。在一個實施方式中，控制系統(tǒng)100包括4_20ma設備和Hart設備。因此，在這個實施方式中，控制系統(tǒng)100包括一個或多個4-20ma兼容I /O卡和一個或多個Hart兼容I / O卡。
[0027]圖1中的實施方式中，現(xiàn)場設備122d_122f是諸如現(xiàn)場總線現(xiàn)場設備的智能設備，其使用例如現(xiàn)場總線通信協(xié)議通過數(shù)字總線118與I / O卡116通信。當然，現(xiàn)場設備122和I / O卡116的觸排(bank)除了可以遵從4_20ma、HART或現(xiàn)場總線協(xié)議之外，還可以遵從其他的適合的標準或協(xié)議，包括未來發(fā)展的任何標準或協(xié)議。
[0028]每一個控制器114配置為執(zhí)行一個使用普遍被稱為功能塊的控制策略，其中每一個功能塊是總體控制程序的一個部分(例如子程序)，并且與其他功能模塊(通過稱作鏈接的通信)共同運行以在過程控制系統(tǒng)100中執(zhí)行過程控制環(huán)路。典型地，功能塊執(zhí)行例如與發(fā)送機、傳感器或其他過程參數(shù)測量設備相關的輸入功能、例如與控制程序執(zhí)行PID、模糊邏輯等控制相關的控制功能、或者控制例如閥的某些設備運行的輸出功能中的一個，以執(zhí)行過程控制系統(tǒng)100中的某些物理功能。當然也存在混合和其他類型的功能塊。這些功能塊的組叫做模塊。功能塊和模塊可存儲在控制器12之中并且由控制器12來執(zhí)行，當這些功能塊使用時該控制器12典型是一個箱子，或與標準的4-20mA設備和某類型智能現(xiàn)場設備相關，或被現(xiàn)場設備自己儲存和執(zhí)行，這些可以是具有現(xiàn)場總線設備的箱子。當本文提供的控制系統(tǒng)的說明使用功能塊控制策略時，也可用例如梯形邏輯、順序流程圖等的其他約定或用任何適合的專有或非專有編程語言來執(zhí)行和設計控制策略。
[0029]圖2是一個控制系統(tǒng)200的示意圖，其中，利用控制信號保護設備維持控制信號以防控制信號中斷的發(fā)生?？刂葡到y(tǒng)200包括連接到冗余I / O子系統(tǒng)204的主站202。參見圖1，在一個實施方式中，主站202相當于主站Illa或主站111b，并且I / O子系統(tǒng)204包含于例如I / O卡觸排(card bank) 116中。I / O子系統(tǒng)204的輸出提供到現(xiàn)場設備220以控制現(xiàn)場設備220的運行?，F(xiàn)場設備220可以是適合的4-20mA現(xiàn)場設備，例如電流壓力轉換器或閥控制器，例如，所述閥控制器在4到20mA的范圍接收控制信號且轉換控制信號為氣動控制信號以控制閥的位置。
[0030]I / O子系統(tǒng)204包括為現(xiàn)場設備202提供冗余控制的冗余配置。具體地，I / O子系統(tǒng)包括第一 I / O卡206a和第二 I / O卡206b。I / O卡206a可以是主要或活躍的I / O卡，而I / O卡206b可以是備用I / O卡。倘若主卡206a失效，I / O卡控制器208通過從主卡206a到備用卡206b自動切換運行來控制I / O子系統(tǒng)204的運行。另外，I /O控制器208配置為周期性地從主卡206a到備用卡206b切換運行，以便驗證備用卡206b的功能。從主卡206a到備用卡206b或從備用卡206b到主卡206a的轉換,一般而言,可能導致在I / O子系統(tǒng)204的輸出出現(xiàn)控制信號的中斷。提供到現(xiàn)場設備220的控制信號的這種中斷會在控制中的過程中導致某些不希望的影響。例如，提供到閥控制器的控制信號暫時丟失，會導致相應的閥移動到意想不到的位置，因此潛在地擾亂控制中的過程的正常運行。進一步地，在某些情況下，控制信號的暫時丟失會導致閥控制器使得閥鎖定在安全狀態(tài)下，例如在完全打開或在完全關閉的位置，例如，或在其他預定位置上。例如，閥控制器可與緊急關閉閥相關聯(lián)，該緊急關閉閥響應于控制信號的丟失，可能導致緊急關閉閥從而鎖定在完全關閉位置以避免例如液體流動。在這樣的情況下，閥回到普通運行需要運行員手動解鎖閥。
[0031]系統(tǒng)200包括與I / O子系統(tǒng)204和現(xiàn)場設備220串聯(lián)連接的控制信號保護設備210。如圖2所不,控制信號保護設備210包括一對輸入端子212和一對輸出端子214。輸入端子212將控制信號保護設備210連接到電流環(huán)路(例如4-20mA電流環(huán)路)，該電流環(huán)路從I / O子系統(tǒng)204提供控制信號到現(xiàn)場設備220。輸出端子214將控制信號保護設備210連接到現(xiàn)場設備220的控制信號電流環(huán)路端子。一般來說，如果控制信號保護設備210的輸入端子處的控制信號丟失或暫時中斷，控制信號保護設備210配置為在控制信號保護設備210的輸出端214在一定時期內保持信號電平(例如電壓電平)。為了這個目的，控制信號保護設備210包括儲存元件或被耦合到儲存元件上(例如電容器)，該儲存元件在控制系統(tǒng)200的普通運行期間在其中儲存足夠量的能量，然后利用儲存的能量，在輸入到設備210的控制信號的暫時中斷的持續(xù)時間內，在設備210的輸出處保持控制信號。結果，例如在主卡206a和備用卡206b之間轉換運行期間，現(xiàn)場設備220的運行不會受到暫時控制信號丟失的影響。例如，通過控制信號保護設備210提供到閥的控制信號將會保持在控制中的閥的關閉閾值之上的足夠的電平，結果，閥不會關閉且在一個實施方式中，如果暫時控制信號中斷發(fā)生，則需要重置閥。
[0032]在一個實施方式中，控制信號保護設備210通過從控制信號環(huán)路(例如，4_20mA控制信號環(huán)路)提取小量能量來運行，以及在包含于或耦合于信號保護設備210的儲存元件(例如，電容器)中儲存提取的能量。在信號保護設備210的運行普通模式下，當控制信號出現(xiàn)在控制保護設備210的輸入時，信號保護設備210在控制保護設備210的輸出處呈現(xiàn)濾波后的控制信號。因此，在運行普通模式下，控制信號設備210 —般使得控制信號從主站202通到現(xiàn)場設備220，以控制現(xiàn)場設備220的運行。在一個實施方式中，信號保護設備210配置為從主站202到現(xiàn)場設備220通過控制信號而沒有對控制信號大量地濾波，且因此，提供到現(xiàn)場設備220的控制信號無顯著延遲。進一步地，在一個實施方式中，控制信號保護設備210配置為在控制系統(tǒng)200的普通運行期間內，從控制電流環(huán)路中提取一個足夠少量的能量以便不擾亂電流環(huán)路的運行，且不會顯著干擾在電流環(huán)路上的通信信號(例如，HART通信信號)。
[0033]控制信號保護設備210配置為在輸入端子212處監(jiān)控輸入電流(或電壓)，以及當在輸入端子212處的輸入電流(或電壓)降到某一閾值以下時進行偵測，低于閾值表明從I / O子系統(tǒng)204在控制信號保護設備210的輸入處的控制信號的丟失。響應于偵測到的在控制信號保護設備210的輸入處的控制信號的丟失，控制信號保護設備210配置為切換運行到保護模式，在這保護模式下，利用儲存在儲存元件中的能量來維持控制信號保護設備210的輸出端子214之間的控制信號電平?？刂菩盘柋Ｗo設備210也配置為當在輸入端子212處的受監(jiān)控輸入電流(或電壓)超越所述閾值時進行偵測，超過閾值表明來自I /O子系統(tǒng)204的控制信號重新恢復。當偵測到控制信號已經返回控制信號保護設備210的輸入時，控制信號保護設備210配置為切換運行到普通運行模式，在該普通運行模式下，出現(xiàn)在控制信號保護設備210的輸入端子212處的控制信號經濾波后轉移到控制信號保護設備210的輸出端子214?？刂菩盘柋Ｗo設備210可以與現(xiàn)場設備220集成。例如，控制信號保護設備210集成到具有現(xiàn)場設備的本地控制面板以手動運行該現(xiàn)場設備，例如手動打開或關閉安全隔斷閥。另一個例子，控制信號保護設備210集成到HART濾波設備，提供該HART過濾設備以促進在現(xiàn)場設備220和主站202之間的HART通信，例如當根據(jù)HART通信協(xié)議現(xiàn)場設備220沒有配置用于通信時?？商鎿Q地，提供現(xiàn)場設備210作為用控制輸入串聯(lián)到現(xiàn)場設備220的外部組件。在某些實施方式中，控制信號保護設備210可以是多信道設備，其能夠為現(xiàn)場設備220的多控制輸入和/或為多個現(xiàn)場設備各自的控制輸入提供控制信號保護。[0034]如圖2所示，通過與I / O子系統(tǒng)204的有線連接，控制信號設備210接收I / O子系統(tǒng)204提供的控制信號,或例如通過冗余無線I / O卡觸排(card bank),從控制站無線接收控制信號。關于圖1，在一個實施方式中，現(xiàn)場設備220對應于4-20mA或HART現(xiàn)場設備122。在另一個實施方式中，現(xiàn)場設備220對應于配置為和主站無線通信的4-20mA或HART現(xiàn)場設備。
[0035]圖3示出了控制信號保護設備210的一個可能實施例的電路300的圖。電路300包括換一對輸入端子302和一對輸出端子304。輸入端子302可通信地稱合于控制系統(tǒng)中的一個I / O卡子系統(tǒng)的一個輸出。輸出端子304連接于現(xiàn)場設備,如閥控制器。電路300通過提取或收獲通過電流流過電路300產生的小額電能并且在電路300的電能儲存元件中儲存所述提取的能量來運行。如果電流在輸入端子302處進入電路300時發(fā)生短時中斷，例如由于在I / O卡轉換運行期間而造成的暫時控制信號丟失，則所述儲存的能量保持輸出端子對304之間所需的電壓電平?？商鎿Q地，在電路300的輸入電流中斷期間內，與電路300類似的電路可以通過使用儲存能量提供所需電流(而非電壓)到輸出端子304來運行。
[0036]電路300包括第一開關308和第二開關312。每一個開關308和312可以是金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)、不同類型的晶體管、或其他本領域熟知的電子開關裝置。第一運算放大器(“運算放大器”)306用于控制開關308的運行狀態(tài)，第二運算放大器310用于控制第二開關312的運行狀態(tài)?？梢岳斫獾氖?，在某些實施方式中，分立式晶體管可以作為控制元件用于代替運算放大器306和310來控制開關306和308的運行。
[0037]當進入電路300的電流足夠高(例如，高于2mA)時，電路300通過提供電流到輸出端子304上在普通運行模式下運行。在普通運行模式下，運算放大器306的輸出足夠高以保持開關308在打開狀態(tài)。因此，運算放大器310的輸入如此使得運算放大器310在飽和狀態(tài)下運行。如圖所示，運算放大器310的輸出用于控制開關312的狀態(tài)，運算放大器310的飽和狀態(tài)保持開關312在打開狀態(tài)。
[0038]繼續(xù)參見圖3，電容器314和電容器316用于在電路300的普通運行模式下儲存能量以在電路300的控制信號暫時中斷的持續(xù)時間內維持輸出端子304之間的輸出電壓。為了在電路300的普通運行模式期間內以足夠低速率在電容器314和316中儲存能量以不干擾電路300的普通運行模式，例如保持足夠低的由電路300引入的延遲，或不干擾環(huán)路中的正常通信(例如，HART通信)，在電容器314、316中儲能速率分別由電阻320和318控制。在某些實施方式中，如圖3所示的作為用于儲存能量的兩個電容器配置的一個替代方案，用單個電容器作為電路300中的儲能元件?？商鎿Q地，可以使用儲存能量的其他方法。例如，可使用充電泵或電感式升壓電路。在這樣的實施方式中，以比電路300的輸入端子302間電壓電平更高的、在輸出端子304間的電壓來儲存能量。
[0039]電流監(jiān)控電路監(jiān)控進入電路300的電流，目的是控制電路300的運行模式。在圖3的實施方式中，電路監(jiān)控電路包括電阻340、342和344連同運算放大器306輸入端子間耦合的電容器的組合。當進入電路300的輸入電流降到某一閾值以下(例如，低于2mA)，電流監(jiān)控電路導致電路300從電路300的普通運行模式切換到電路300的保護運行模式。在保護運行模式下，在進入電路300的電流中斷的持續(xù)時間內，電路300輸出端子304的電壓保持在所需電平。在這種運行模式下，因為非常小或沒有電流進入電路300，運算放大器306的輸入端子間電壓差變得足夠小以致運算放大器306的輸出控制開關308轉換到關閉狀態(tài)。反過來，開關308的關閉狀態(tài)，導致運算放大器310的負極端子處電壓電平升高，于是，導致運算放大器310輸入端子間電壓差的降低。結果，運算放大器310輸出端子處的電壓電平下降，導致開關312轉換為關閉狀態(tài)。在關閉狀態(tài)，開關312有效地將電容器314的負極端子和電容器316的正極端子連接，儲存在電容器314和316的能量提供到輸出端子對304的正極側。
[0040]在電路300的保護運行模式下，在電路300的輸出端子304間保持的電壓電平由包含在電路300中的電壓保持元件來決定，例如電阻322和電阻324組成的分壓器。進一步地，電容器326是對于輸出端子304的電壓的濾波器。因此，當電路300從正常運行模式轉換為保護運行模式時，電路300的輸出端子304間的電壓被維持在電容器326的正極端子處的經縮放的和濾波的電壓電平上。因此，輸出端子304間的電壓降到輸入電壓中斷之前(例如，在普通運行模式)對應于端子304間的電壓電平。結果，在電路300的輸入端子302處控制信號中斷期間輸出端子304間電壓沒有經歷顯著的變化。
[0041]隨后，當控制信號返回到電路300時，例如在I / O子系統(tǒng)204 (圖2)中從主I /O卡206a轉換至備用I / O卡206b完成后，電路300的輸入端子302處電流增大且跨過電路300的電流監(jiān)控元件決定的閾值。當輸入電流在閾值電平之上時(例如，大于2mA)，運算放大器306和310控制各自的開關308和312以轉換到打開狀態(tài)。因此，在這種情況下，電路300回到普通運行模式。
[0042]在某些實施方式下，在電路300的短暫噪音或干擾存在下，電路300包括額外的元件以改進電路300的性能和/或增強電路300的耐用性。例如，如圖3所示電路300的實施例中包括分別跨接電路300的輸入端子302和跨接電路300的輸出端子304的齊納二極管328、330。齊納二極管328、330用于在電路300輸入和輸出處保護電路300免受瞬態(tài)干擾。電容器332用于濾波提供到運算放大器306和310的電壓以改進運算放大器306和310的性能。進一步地，齊納二極管334和電阻338用于向運算放大器306和310提供所需電壓受限能量。為了達到這個目的，按照用于正在使用中的特定運算放大器306和310的規(guī)定最大電壓，選擇齊納二極管334和電阻338。應該注意的是，這種額外元件對于電路300的正確運行可能不是必須的，且在某些實施中，額外元件中至少一些從電路300中忽略。
[0043]盡管本實用新型已經有關具體實施例進行了描述，其意在僅作為例證用，而非限制本實用新型的范圍，對本領域技術人員很明顯的是，對公開實施例所做的改變、增加和/或刪除都不脫離本實用新型的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種具有第一運行模式和第二運行模式的控制信號保護設備，其特征在于，包括: 第一端子對，其將所述信號保護設備連接至控制系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)提供控制信號; 第二端子對，其將轉換器連接至現(xiàn)場設備； 儲能元件，其用于電能的臨時積累；和 開關電路，其控制所述信號保護設備的運行模式，其中， 在所述第一運行模式下，電能儲存在所述儲能元件中；以及 在所述第二運行模式下，將儲存在所述儲能元件的電能提供到所述第二端子對中的正極端子。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制信號保護設備，其特征在于，所述儲能元件包括至少一個電容器。
3.根據(jù)權利要求1所述的控制信號保護設備，其特征在于，所述儲能元件包括第一電容器和第二電容器，并且其中，將電能從所述第一電容器和從所述第二電容器提供到輸出端子。
4.根據(jù)權利要求1所述的控 制信號保護設備，其特征在于，所述開關電路響應于進入所述信號保護設備的輸入電流的變化來控制所述運行模式。
5.根據(jù)權利要求1所述的控制信號保護設備，其特征在于，進一步包括電流監(jiān)控電路，其中，所述電流監(jiān)控電路: 當進入所述信號保護設備的電流低于一閾值時，使得所述控制信號保護設備從所述第一運行模式轉換到所述第二運行模式；以及 當進入所述信號保護設備的電流高于所述閾值時，使得所述控制信號保護設備從所述第二運行模式轉換到所述第一運行模式。
6.根據(jù)權利要求5所述的控制信號保護設備，其特征在于，所述閾值是2mA。
7.根據(jù)權利要求1所述的控制信號保護設備，其特征在于，進一步包括電壓保持元件，以保持一個經濾波和經縮放的電壓，所述電壓對應于在普通運行模式期間在輸入端子間的電壓電平。
8.根據(jù)權利要求7所述的控制信號保護設備，其特征在于，輸出端子間的電壓保持在所述第二運行模式的所述經濾波的電壓。
9.根據(jù)權利要求1所述的控制信號保護設備，其特征在于，所述第一運行模式是普通模式，在該普通模式中將所述控制信號提供到輸入端子，其中，所述第二運行模式是保護模式，在該保護模式中所述控制信號不被提供到所述輸入端子。
10.一種用于控制過程控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場設備的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 主站； 多個輸入輸出卡，其被耦合到所述主站，以將控制信號提供到所述現(xiàn)場設備，其中，所述多個I/ O卡包括主I / O卡和備用I / O卡； I / O卡控制器，其被配置為選擇性地在所述主I / O卡和所述備用I / O卡之間切換；以及 控制信號保護設備，其通信地耦合到所述I / O卡和所述現(xiàn)場設備，其中，在所述主卡I / O卡和所述備用I / O卡之間切換運行期間，所述控制信號保護設備在所述信號保護設備的輸出端處保持所述控制信號。
11.根據(jù)權利要求10所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號保護設備被配置為: 在第一運行模式下在儲能元件中儲存電能；以及 在第二運行模式下將在所述儲能元件中儲存的電能提供到所述控制信號保護設備的輸出端子。
12.根據(jù)權利要求11所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能元件包括至少一個電容器。
13.根據(jù)權利要求11所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能元件包括第一電容器和第二電容器，并且其中，將電能從所述第一電容器和從所述第二電容器提供到所述控制信號保護設備的所述輸出端子。
14.根據(jù)權利要求11所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能元件包括充電泵。
15.根據(jù)權利要求11所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號保護設備進一步被配置為: 在所述控制信號保護設備的輸入端子處監(jiān)控電流電平；以及 響應于檢測到所述電流電平低于一閾值，所述控制信號保護設備的運行從所述第一運行模式切換到所述第二 運行模式。
16.根據(jù)權利要求11所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，將所述控制信號保護設備提供為獨立于所述現(xiàn)場設備的元件。
【文檔編號】G05B19/418GK203552016SQ201320587622
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年8月12日 優(yōu)先權日:2012年8月14日
【發(fā)明者】S·G·賽貝格 申請人:費希爾控制國際公司