專利名稱：輸入通道診斷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于工業(yè)過程控制系統(tǒng)的輸入通道診斷，所述輸入通道診 斷具體用于適用于諸如以下系統(tǒng)之類的示例性系統(tǒng)的工業(yè)過程控制系統(tǒng)
緊急停機系統(tǒng)；
臨界工藝控制系統(tǒng)；
火氣監(jiān)測和防護系統(tǒng)；
旋轉(zhuǎn)機械控制系統(tǒng)；
燃燒器管理系統(tǒng)；
鍋爐和加熱爐控制系統(tǒng)；以及
分布式監(jiān)測和控制系統(tǒng)。
這種控制系統(tǒng)可應(yīng)用于許多工業(yè)，包括油氣生產(chǎn)和精煉、化學(xué)生產(chǎn)和 加工、發(fā)電、造紙和紡織工廠、以及污水處理廠。
背景技術(shù)：
在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，容錯性極為重要。容錯性是用于在系統(tǒng)內(nèi)的 一個或更多個故障的情況下繼續(xù)安全運行的能力。通常才艮據(jù)安全完整性等 級(SIL)大小來對容錯性進行分類，其中較高的SIL意味著較優(yōu)的安全 性能。在IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)(電器/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安 全)中定義了 SIL，并且SIL專用于IEC 61511 (過程工業(yè)領(lǐng)域的安全儀 表系統(tǒng)的功能安全)中的過程工業(yè)。同的技術(shù)來實現(xiàn)，每種技術(shù)具有其特定的優(yōu) 點和缺點。
提供冗余的系統(tǒng)的示例是三模冗余(TMR)系統(tǒng)。利用TMR，臨界 電#三重化，并且同時獨立地執(zhí)行相同功能。從三個電路中的每個電路
輸出的數(shù)據(jù)在影響系統(tǒng)的輸出之前在多l(xiāng)t4決電路中^^決。如果三重化 的電路中的一個電路失敗，則該一個電路的數(shù)據(jù)輸出被忽略。但是，系統(tǒng) 繼續(xù)向過程輸出與多數(shù)的功能電路相一致的值(電壓、電流電平或離散輸 出狀態(tài))。TMR提供了被配置用于連續(xù)的可預(yù)測操作的系統(tǒng)的這種操作。
但是，如果實際上并不需要完整的TMR，則實現(xiàn)TMR系統(tǒng)是昂貴 的，并且期望利用提供靈活性的體系結(jié)構(gòu)，以便可以提供取決于特定的系 統(tǒng)需求的不同的容錯等級。
另一容錯方法是使用熱^#模塊。該方法提供了如下的容錯等級在 模塊故障的情況下，*模塊借由該容錯等級來維持系統(tǒng)工作。利用該方 法，如果所述模塊自身并不容錯，則在切換時段期間可能存在若干對系統(tǒng) 工作的中斷。
容錯系統(tǒng)理想地創(chuàng)建故障包容區(qū)(FCR)，以確保在FCR邊R內(nèi) 的故障不會傳播到該系統(tǒng)的剩余部分。這使得多個故障能夠并存于系統(tǒng)的 不同部分上而不影響工作。
容錯系統(tǒng)通常使用提供了非?？斓墓收献R別時間和響應(yīng)時間的、專用 的硬件和軟件測試和診斷體系，以提供較安全的系統(tǒng)。
安全控制系統(tǒng)通常被i殳計為"故障工作的/故障安全的"。故障工作意 味著在發(fā)生故障時系統(tǒng)繼續(xù)工作系統(tǒng)處于故障工作狀態(tài)。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)在該 狀態(tài)下繼續(xù)工作，直到發(fā)生故障的模塊被替換并且該系統(tǒng)返回到完全工作 狀態(tài)。
故障安全工作的示例發(fā)生在例如以下情況下在TMR系統(tǒng)中，發(fā)生 故障的模塊在并聯(lián)電路中發(fā)生另一故障之前未被替換，該另一故障將會導(dǎo)
致該TMR系統(tǒng)停機并it^故障安全狀態(tài)。值得注意的是，即使該另一故 障不是故障安全的，只要第一個故障被檢測到并被宣告且其自身是故障安 全的，那么TMR系統(tǒng)就仍可被i人為是安全的。
因此，期望提供一種具有輸入通道診斷的用于工業(yè)控制過程的輸入模 塊，以使得任何輸入通道上的故障被包容并且不影響正在對相同的源進行 測量的其它并行模塊的測量。還期望能夠測試或檢查輸入模塊的正確工作。最后，如果發(fā)生過載狀態(tài)，則如果輸入模塊是故障安全的并且可以檢 測到該狀態(tài)和報告該狀態(tài)，那么這也是有用的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的輸入模塊致力于解決上文討論的問題中的一個或更多 個問題。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于接收來自傳感器信號源的 經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器信號的輸入電路。該輸入電路包括運算放大器以及一個或 更多個串聯(lián)電阻器。所述串聯(lián)電阻器具有至少比所述經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器信號 源的電阻的量值大兩個數(shù)量級的總電阻。
優(yōu)選地， 一個或更多個串聯(lián)電阻器包括具有基本上等于IMO的合成 電阻的兩個電阻器。優(yōu)選地，該合成電阻約為源電阻的IOOO倍。
在優(yōu)選的方面中，在第一 串聯(lián)器的下游存在與信號源電壓相并聯(lián)的低 值電容器，用于提供低通噪聲濾波器。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種用于接收傳感器信號并將該信號 轉(zhuǎn)換到期望的電壓范圍以供輸入電路使用的場調(diào)節(jié)電路。該場調(diào)節(jié)電路包 括感應(yīng)電阻器、與該感應(yīng)電阻器相串聯(lián)的熔絲、以及用于確定該熔絲何時 已熔斷的輸出端。
優(yōu)選地，齊納二極管被定向為與該熔絲相串聯(lián)并與負(fù)載電阻器相并 聯(lián)，以用于提供負(fù)載終端潤濕電流和電壓衰減。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了 一種用于接收傳感器信號并將該信號 轉(zhuǎn)換到期望的電壓范圍以供輸入電路使用的場調(diào)節(jié)電路。該場調(diào)節(jié)電路包 括與輔助感應(yīng)電阻器相串聯(lián)的主感應(yīng)電阻器、用于檢測橫跨主感應(yīng)電阻器 及輔助感應(yīng)電阻器的第一電壓的主輸出端、以及用于檢測橫跨輔助感應(yīng)電 阻器的第二電壓的輔助輸出端。
所述電阻器提供衰減，所述齊納二極管向所述熔絲提供過驅(qū)動，以確 保所述熔絲在過電壓的情況下在損壞更多的靈敏的感應(yīng)電阻器之前熔斷。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種用于安全臨界系統(tǒng)的場調(diào)節(jié)電路 中的故障檢測方法。該方法包括接收來自傳感器的輸入感應(yīng)信號，使用 與輔助感應(yīng)電阻器相串聯(lián)的主感應(yīng)電阻器的輸出#測第一輸出信號，使 用所述主感應(yīng)電阻器的輸出來檢測第二輸出信號，以及將取決于所述第一 輸出信號和所述第二輸出信號的信號發(fā)送至處理器以用于分析。優(yōu)選地，該方法在將所述信號發(fā)送至處理器以用于分析之前，還利用 第 一 高阻抗輸入電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器來處理第 一輸出信號，并利用第二高阻 抗輸入電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器來處理第二輸出信號。
在優(yōu)選的方面中，該方法還對通道專用的差錯校驗數(shù)據(jù)進行編碼，該 差錯校驗數(shù)據(jù)隨所述信號一起被發(fā)送至處理器以用于分析。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種對用于安全臨界系統(tǒng)的輸入通道
進行內(nèi)部測試的方法。該方法包括將閾下擾動信號添加到要施加給輸入 電路的輸入信號上。該方法檢測所述輸入電路的輸出信號，并確定所述擾 動信號的添加是否導(dǎo)致所述輸出信號的變化。


現(xiàn)在將參照附圖僅以示例方式來描述本發(fā)明的實施例，在附圖中
圖1是示出了裝備有本發(fā)明的設(shè)備且可根據(jù)本發(fā)明的方法來操作的 分布式工業(yè)過程控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的圖示；
圖2示意性地例示了圖1所示的工業(yè)過程控制系統(tǒng)的控制器；
圖3例示了圖2所示的控制器的可能的配置；
圖4示出了用于圖3的輸入裝置和輸出裝置的各種選項；
圖5示出了實現(xiàn)三取二表決策略的輸入模塊系統(tǒng)的一種可能的配置；
圖6例示了用于三取二表決策略的輸入模塊系統(tǒng)的另一可能的配置；
圖7是示出了輸入模塊的示意性圖示；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字輸入終端裝置的電路圖9是根據(jù)本發(fā)明的模擬輸入終端裝置的電路圖10是輸入通道的圖示；以及
圖lla和lib是示出了根據(jù)本發(fā)明的輸入電路的電路圖。
具體實施例方式
在圖1所示的工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，分布式體系結(jié)構(gòu)祐i殳計以用于不 同的SIL環(huán)境中，使得如果需要高的SIL則可以提供高的SIL，但是如 果只需要低的SIL，則該系統(tǒng)可以被降低復(fù)雜度，由此減少不必要的額外成本。
示例性工業(yè)過程控制系統(tǒng)10包括工作站12、一個或更多個控制器14 以及網(wǎng)關(guān)16。工作站12經(jīng)由至一個或更多個控制網(wǎng)絡(luò)13的以太網(wǎng)連接 18而與控制器14和網(wǎng)關(guān)16進行通信。多個以太網(wǎng)連接18提供了冗余以 改善容錯性。工作站12可以經(jīng)由傳統(tǒng)的以太網(wǎng)連接11而連接到另一外部 網(wǎng)絡(luò)15。
現(xiàn)在將參照圖2和3更詳細(xì)地描述控制器14。
圖2示出了控制器14的示意圖，控制器14包括輸入裝置22、處理 器裝置24和輸出裝置26。在該示意性圖示中，輸入裝置24和輸出裝置 26位于不同的輸X/輸出a/o)底板上，但是它們同樣可以共享單個底板。
從具有三個槽以容納多達(dá)三個模塊的一個或更多個通信底板部分中 創(chuàng)建裝置22、 24、 26以及終端裝置，所述終端裝置具有一個、兩個或三 個槽并與場傳感器和換能器相接口 。終端裝置可以橫跨兩個連續(xù)的底板部 分。模塊包括具有用于插到通信底板和終端裝置上的多個接插件的插入 卡。
應(yīng)當(dāng)理解，在通信底板部分中具有三個槽是一個設(shè)計選項，在不偏離 所附的權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍的情況下，使用更多(或更少)的 槽的其它設(shè)計選項是可行的。
圖3示出了控制器14的可能的物理配置。在本發(fā)明的本實施例中， 通過將不同類型的模塊分組到分離的通信底板上，使得輸入裝置22、輸 出裝置26和處理器裝置24在物理上彼此相分離。
在所示出的示例中，輸入裝置22包括兩個通信底板部分22'、 22"。 第一個底板部分22'具有三重輸入終端裝置和三個輸入模塊22a、 22b、 22c，第二個底板部分22"具有雙重輸入終端裝置22"和兩個輸入模塊22d、 22e。處理器裝置24包括具有三個處理器模塊24a、 24b和24c的單個處 理器底板部分24'。輸出裝置26包括兩個底板部分26'、 26"。第一個底板 部分26'具有雙重輸出終端裝置，該雙重輸出裝置具有兩個輸出模塊26a、 26b，第二個底板部分26"具有單一的輸出終端裝置，該單一的輸出終端 裝置具有單個輸出模塊26c。
現(xiàn)在將參照圖4更詳細(xì)地描述輸入裝置22的靈活性。
輸入裝置22包括一個或更多個底板部分以及終端裝置22' 、 22" 、 22"' 等。例如，具有三個模塊22a、 22b、 22c的三重部分22'可以用于高可用性需求，具有兩個模塊22d、 22e的雙重部分22"可以被提供用于容錯應(yīng) 用，具有單個模塊22f的單一部分22"'可以被提供用于故障安全應(yīng)用。終 端裝置可以具有不同類型的場調(diào)節(jié)電路。例如，裝置22'可以具有24V直 流場調(diào)節(jié)電路41，裝置22"可以具有120V直流場調(diào)節(jié)電路42，裝置22'" 可以具有4-20mA場調(diào)節(jié)電路43。類似地，示出了用于輸出裝置26的可 能的配置。應(yīng)當(dāng)理解，具有各種不同數(shù)量的模塊和各種不同類型的場調(diào)節(jié) 電路的底板部分和終端裝置的諸多配置是可行的，并且本發(fā)明不限于在這 些示例中示出的那些配置。
在裝置為了冗余目的而提供了多于一個模塊的情況下，可以在工業(yè)過 程控制系統(tǒng)工作時用替換模塊來替掩義生故障的模塊，在此也將此稱為在 線替換(即，可以進行替換而不必執(zhí)行系統(tǒng)停機)。對于單一裝置而言， 在不中斷過程的情況下在線替換不可行。在這種情況下，各種"保持最后 狀態(tài)"的策略可能是可接受的，或者也可以將傳感器信號路由至在系統(tǒng)中 別的地方的不同模塊。
在替換處理器模塊變得有效之前，處理器裝置使用來自并行模塊的數(shù) 據(jù)來配置該替換處理器模塊。
場調(diào)節(jié)電路41、 42、 43將從傳感器監(jiān)測工業(yè)過程控制裝備接收的信 號轉(zhuǎn)換到期望的電壓范圍，并根據(jù)需要將該信號分發(fā)給輸入模塊。每個場 調(diào)節(jié)電路41、 42、 43還取決于輸入終端裝置的配置而連接到場電源(field power)和場回路(field return)(或接地裝置)，所述場電源和場回路(或 接地裝置)可以按通道地獨立地與所有其它接地裝置相隔離。由于獨立的 通道隔離是最靈活的，因此它是優(yōu)選的配置。場調(diào)節(jié)電路41、 42、 43包 括簡單的非有效部分，并且不可在線替換。
圖5和圖6例示了在此描述的體系結(jié)構(gòu)的靈活性，其示出了用于生成 與高可用性需求相一致的SIL3信號的三重系統(tǒng)的不同的配置。參照圖5， 三模塊輸入裝置51經(jīng)由終端裝置54中的場調(diào)節(jié)電路來接收來自傳感器 50的信號。場調(diào)節(jié)電路54將信號轉(zhuǎn)換到期望的電壓范圍，并將信號分發(fā) 給三個重復(fù)的輸入模塊53a、 53b、 53c。每個輸入模塊對該信號進行處理， 并且結(jié)果^L送給三^n表決器52，以生成依賴于所述結(jié)果的結(jié)果信號。
參照圖6，重復(fù)的傳感器60a、 60b、 60c各自經(jīng)由終端裝置64a、 64b、 64c中的相應(yīng)的場調(diào)節(jié)電路而將信號發(fā)送給相應(yīng)的單一裝置61a、 61b、 61c。每個輸入模塊63a、 63b、 63c處理該信號，并將輸出發(fā)送給三取二 表決器62,以生成依賴于所述輸出的信號。應(yīng)當(dāng)理解，除了在此例示的這些變化和配置之外的許多變化和配置也是可行的。
圖7示意性地例示了根據(jù)本發(fā)明的輸入模塊70。
輸入模塊70包括八個隔離的通道71。每個通道71接收來自終端裝 置74中的場調(diào)節(jié)電路的信號72、 73a、 73b。每個通道與經(jīng)由未隔離的底 板接口 76而與I/O底板(未示出)相接口的場可編程門陣列(FPGA) 75進行通信。發(fā)光二極管(LED) 77用于經(jīng)由紅色指示器和綠色指示器 來指示模塊的狀態(tài)。
應(yīng)當(dāng)理解，具有八個通道是一個設(shè)計選項，并且在不偏離所附的權(quán)利 要求中限定的本發(fā)明的范圍的情況下，使用更多(或更少)的通道的其它 設(shè)計選項是可行的。
現(xiàn)在將參照圖8和9更詳細(xì)地描述終端裝置74和信號72、 73a、 73b。
圖8例示了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字輸入場調(diào)節(jié)電路，圖9例示了根據(jù)本發(fā) 明的模擬輸入場調(diào)節(jié)電路。
現(xiàn)在參照圖8，用于測量高電平場輸入電壓的數(shù)字輸入場調(diào)節(jié)電路包 括與熔絲92串聯(lián)連接的雪崩二極管或齊納二極管91。當(dāng)向輸入端施加了 極限過載時，二極管91迫使熔絲熔斷。熔斷熔絲信號72被輸出至輸入模 塊，以允許輸入模塊感測到熔斷熔絲狀態(tài)和報告熔斷熔絲狀態(tài)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第一感應(yīng)電阻器93具有IOOQ的電阻，第 二感應(yīng)電阻器94具有20Q的電阻。熔絲的4吏用意味著感應(yīng)電阻器93、 94 只需要工作至熔絲的最大額定值，在優(yōu)選實施例中該最大額定值為 50mA。在優(yōu)選實施例中，齊納二極管91與電阻器95并聯(lián)連接。電阻器 95用于提供"潤濕電流"終端電阻，以用于除了提供電壓衰減之外還向 感應(yīng)電阻器93、 94提供電流。
參照圖9，用于測量場4-20mA模擬電流環(huán)路信號的模擬輸入場調(diào)節(jié) 電路包括與感應(yīng)電阻器103、 104相串聯(lián)的熔絲101。此外，熔絲的使用 意味著感應(yīng)電阻器93、 94只需要工作至熔絲的最大額定值，在優(yōu)選實施 例中該最大額定值為50mA。此外，熔斷熔絲信號72被輸出至輸入模塊， 以允許輸入模塊感測到熔斷熔絲狀態(tài)和報告熔斷熔絲狀態(tài)。
圖8和圖9所示的場調(diào)節(jié)電路輸出主感應(yīng)信號73a和輔助感應(yīng)信號 73b,現(xiàn)在將參照圖10來更詳細(xì)地描述輸入通道71對主感應(yīng)信號73a和 輔助感應(yīng)信號73b的^f吏用。輸入通道71包括熔斷熔絲電路111、主輸入電路113和輔助輸入電路
112。
圖10例示了如何為了確定主測量器件的正確工作而使用輔助并行異 構(gòu)測量通道112來感測輔助感應(yīng)信號73b。輔助通道4吏用與主通道所使用 的電阻器93/103相串聯(lián)的附加感應(yīng)電阻器94/104來測量輔助感應(yīng)信號 73b。
的感應(yīng)電阻器、輸入調(diào)節(jié)電路和m轉(zhuǎn)換器中的任一者中的漂移故障。
來自感應(yīng)電阻器103和104 (或93、 94 )的串聯(lián)組合的信號73b連接 到輔助輸入電路112。輸入電路112將模擬輸出信號109b發(fā)送至微計算 機114，在微計算機114處通過十位分辨率^轉(zhuǎn)換器116將模擬輸出信 號109b轉(zhuǎn)換成數(shù)字輔助感應(yīng)信號。
類似地，來自感應(yīng)電阻器104 (或94)的信號73a連接到主輸入電路 113。輸入電路113將模擬輸出信號109a發(fā)送至微計算機115,在微計算 機115處通過十六位分辨率m轉(zhuǎn)換器117將模擬輸出信號109a轉(zhuǎn)換成 數(shù)字主感應(yīng)信號。
應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精確度只是一個設(shè)計選項， 在不偏離所附的權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍的情況下，使用更大(或 更小)的精確度的其它設(shè)計選項是可行的。
微計算機115將數(shù)字主感應(yīng)信號發(fā)送至微計算機114，在微計算機114 處將數(shù)字主感應(yīng)信號連同數(shù)字輔助感應(yīng)信號一fet送至FPGA75(圖7)， 用于轉(zhuǎn)交給處理器模塊以供分析。
處理器模塊對這兩個感應(yīng)信號進行比較，并報告在預(yù)定的精度等級內(nèi) 的任何誤差。
對高分辨率主信號檢查最低有效位的變化。微計算機115生成小的擾 動信號119,如果輸入信號具有靜態(tài)特性，即，如果在預(yù)定時間內(nèi)不存在 最低有效位的變化，則可以將所述小的擾動信號119添加到主模擬感應(yīng)信 號73a上。由于^lt轉(zhuǎn)換器117的高分辨率，該系統(tǒng)的固有性質(zhì)是應(yīng)當(dāng)存 在由最低有效位記錄的噪聲。
擾動測試信號幅度被縮放為具有相對于最終輸出特有的分辨率(在優(yōu) 選實施例中為十二位)的閾下幅度，但H以確保輸入通道能夠記錄動態(tài)
活動，即，通過引起最低有效位的值的變化來記錄動態(tài)活動。用于輸入通道的校準(zhǔn)系數(shù)被局部存儲在每個微計算機114、 115中。 在通道被校準(zhǔn)時，將通道號隨校準(zhǔn)數(shù)據(jù)一起存儲，以提供用于檢測通道獨 立性故障。通道號被轉(zhuǎn)換(factor)為循環(huán)冗余校驗(CRC)碼，該循環(huán) 冗余校驗碼被從微計算機114發(fā)送至處理器模塊，使得根據(jù)處理器模塊所 檢測到的CRC差錯將會檢測到通道之間的任何干擾。
由于在終端裝置中的場調(diào)節(jié)電路中使用了兩個串聯(lián)的電阻器，因此可 以檢測到在它們之上發(fā)生的安全臨界的漂移誤差。如果多于一個的輸入模 塊,皮安裝用于監(jiān)測終端裝置電壓，則可以將誤差故障與輸入模塊測量通道 之一或終端裝置相隔離。
在使用冗余的系統(tǒng)中重要的是防止一個輸入電路上的短路故障影響 接i!M目同信號的另 一重復(fù)的輸入電路所進行的測量。
圖lla例示了包括低輸入電流低偏移電壓運算放大器81 (例如模擬 器件公司的AD8538 )的輸入電路112。運算放大器81經(jīng)由與輸入信號串 聯(lián)連接的兩個高值電阻器83、 84來接收輸入信號73b,以提脈晴確的電 壓跟隨器。在本實施例中，每個電阻器83、 84的值是499KQ，由此提供 了約1MQ的總串聯(lián)電阻。這提供了在短路故障(或低阻抗短路型故障) 的情況下對輸入電流的限制。還預(yù)見了除了提供諸如上文討論的1MQ 之類的靜態(tài)電阻閾值之外，所述串聯(lián)電阻還可以被提供為取決于源信號的 電阻。 一個這樣的配置提供了約為源電阻的1000倍的串聯(lián)電阻。
圖lib例示了具有用于接收擾動測試信號119的測試通路的、類似的 輸入電路113。用標(biāo)以符號"，"的類似編號來標(biāo)記圖lla和llb中的類似 組件。
對于裝備有約為IMO的串聯(lián)電阻的那些實施例而言，如果信號源具 有1 KD的輸入電阻，則由于該串聯(lián)電阻約比信號源的電阻大三個數(shù)量級， 因此由這種故障導(dǎo)致的信號干擾將小于0.1%。優(yōu)選地，合成電阻至少比 信號源電阻大兩個數(shù)量級，并且更為優(yōu)選地，合成電阻至少比信號源電阻 大三個數(shù)量級。優(yōu)選地，4C供一個或更多個低值電容器以用于提供低通噪 聲濾波。如果該電容器具有47 pF的值，則該低通濾波器的截止頻率為 6.8 KHz。電容器85的短路故障將導(dǎo)致來自具有1 KH的輸入電阻的信號 源的0.2%的干擾。但是，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，信號源電阻為120 n。
應(yīng)當(dāng)理解，為了清楚起見在各自的實施例的上下文中描述的本發(fā)明的 某些特征也可以在單個實施例中以組合方式提供。相反地，為了簡潔起見在單個實施例的上下文中描述的本發(fā)明的各種特征也可以個別地提供或 以任何適當(dāng)?shù)慕M合方式來提供。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在不偏離所附的權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍的情況 下，可以將各種變更、修改和/或添加引入上述部分的結(jié)構(gòu)和布置中。
權(quán)利要求
1.一種用于接收來自經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器信號源的經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器信號的輸入電路，所述輸入電路包括一個或更多個串聯(lián)電阻器；運算放大器；以及其中所述串聯(lián)電阻器具有至少比所述經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器信號源的電阻的量值大兩個數(shù)量級的總電阻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入電路，其中所述一個或更多個串聯(lián)電 阻器包括具有合成電阻的兩個電阻器，所述合成電阻介于約1MQ與約為 所述經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器信號源的電阻的1000倍之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入電路，還包括與所述信號源電壓相 并聯(lián)的用于提供低通噪聲濾波器的低值電容器。
4. 一種用于接收傳感器信號并將所述傳感器信號轉(zhuǎn)換到期望的電壓 范圍以供輸入電路使用的場調(diào)節(jié)電路，其中所述場調(diào)節(jié)電路包括感應(yīng)電阻器；與所述感應(yīng)電阻器相串聯(lián)的熔絲；以及 用于確定所述熔絲何時已熔斷的輸出端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的場調(diào)節(jié)電路，其中所述感應(yīng)電阻器還被限 定為主感應(yīng)電阻器，并且所述調(diào)節(jié)電路包括與所述主感應(yīng)電阻器相串聯(lián)的 輔助感應(yīng)電阻器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的場調(diào)節(jié)電路，其中所述輸出端包括對橫跨所述主感應(yīng)電阻器及所述輔助感應(yīng)電阻器的第一電壓進行檢 測的主輸出端；以及用于檢測橫跨所述輔助感應(yīng)電阻器的第二電壓的輔助輸出端。
7. —種用于安全臨界系統(tǒng)的場調(diào)節(jié)電路中的故障檢測方法，所述方 法包括接收來自傳感器的輸入感應(yīng)信號；從與輔助感應(yīng)電阻器相串聯(lián)的主感應(yīng)電阻器的輸出中檢測第一輸出 信號；從所述主感應(yīng)電阻器的輸出中檢測第二輸出信號；將取決于所述第一輸出信號和第二輸出信號的信號傳送至處理器以 用于分析。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括 在將所述信號傳送至所述處理器以用于分析之前，利用第 一 高阻抗輸入電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器來處理所述第 一輸出信號；以及利用第二高阻抗輸入電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器來處理所述第二輸出信號。
9. 一種對用于安全臨界系統(tǒng)的輸入通道進行內(nèi)部測試的方法，所述 方法包括將擾動信號添加到要施加給輸入電路的輸入信號；檢測來自所述輸入電路的輸出信號；以及確定所述擾動信號的添加是否導(dǎo)致了所述輸出信號的變化。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述擾動信號被確定為所述輸 出信號的工作值的閾下縮放的幅度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中從輸入電路傳遞所述輸入信號， 所述輸入電路包括具有總電阻的一個或更多個串聯(lián)電阻器，所述總電阻介 于約1MQ與約為所述經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器信號源的電阻的1000倍之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括通過布置與信號源電壓相 并聯(lián)的低值電容器，對所述經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器信號源進行低通噪聲濾波。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括通過被定向為與熔絲相串 聯(lián)且與一個或更多個串聯(lián)電阻器相并聯(lián)的齊納二極管，提供負(fù)載終端潤濕 電;危和電壓衰減。
全文摘要
本發(fā)明涉及輸入通道診斷。公開了一種輸入電路、場調(diào)節(jié)電路、故障檢測方法以及對用于安全臨界系統(tǒng)的輸入通道進行內(nèi)部測試的方法。本發(fā)明涉及用于工業(yè)過程控制系統(tǒng)的輸入通道診斷。本發(fā)明提供了涉及故障包容、過載保護和輸入通道診斷的、改進的設(shè)備和方法。其中所述輸入電路用于接收來自經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器信號源的經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器信號，包括一個或更多個串聯(lián)電阻器以及運算放大器，其中所述串聯(lián)電阻器具有至少比所述經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器信號源的電阻的量值大兩個數(shù)量級的總電阻。
文檔編號G05B23/02GK101539779SQ200910005138
公開日2009年9月23日 申請日期2009年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者托馬斯·布魯斯·馬爾, 杰拉爾德·羅伯特·克里奇 申請人:Ics三重技術(shù)有限公司