[实用新型]控制信号保护设备及其控制系统

说明书

技术领域

本实用新型一般涉及在过程控制系统中用于控制现场设备的控制信号，更具体地，涉及一种用于保护控制信号的装置。

背景技术

例如用于化学、石油和其他过程的过程控制系统通常包括一个或多个集中的或分散的过程控制器，通过模拟、数字或者复合模／数总线可通信地耦合到至少一个主工作站、和到一个或多个过程控制和仪表设备。现场设备，例如阀、阀定位器、开关、发送器和传感器(例如温度、压力或流速传感器)，在过程中实施多种功能，例如打开或关闭阀，或者测量过程参数。该过程控制器接收(通过通信总线)由现场设备产生或与该现场设备有关的过程测量或过程变量的信号指示，基于所接收到的信息执行一个控制路由，产生控制信号，该控制信号通过一个或多个总线发送到现场设备以用于控制过程的运行。来自现场设备和控制器的信息典型地被提供给一个或多个应用，主工作站执行该应用使得操作员执行关于该过程的所需功能，例如查看该过程的当前状态，修改该过程的运行等等。

执行一个或多个过程控制功能的“智能”现场设备，在过程控制工业中变得普遍。除了在过程(例如，监控温度或控制阀位置)中执行主要功能，每一个智能现场设备包括存储器和微处理器。存储器存储与该设备有关的信息，且该微处理器与控制器和／或其他设备通信，和／或执行例如自校准、识别、诊断等次级任务。大量标准的、公开的、数字的、或数字和模拟复合的通信协议，例如传感器数据公路()，，基金会现场总线，’’和控制器局域网(CAN)协议已经发展使得当执行一个或多个过程控制功能时，不同制造商制造的智能设备可以相互通信。

典型地，通过输入／输出卡(I／O卡)将控制信号提供给过程设备，该I／O卡将控制信息转换为适于特定现场设备所需的格式，该控制信号被提供到该特定现场设备。为了改进控制系统的鲁棒性，有时控制系统使用冗余的I／O卡来控制现场设备。在这样的控制系统中，在主I／O卡失效的情况下，运行从主I／O卡切换到备用I／O卡。这种冗余的I／O卡配置通常使得当一个I／O卡无法正确运行时，控制该过程以没有任何显著中断地继续运作。在一些系统中，为了备用I／O卡的功能的验证，一个I／O卡控制器构造成将I／O卡的运行周期性的从主I／O卡转换到备用I／O卡，。从主要I／O卡到备用I／O卡(或反之亦然)的I／O卡的转换通常导致提供给现场设备的控制信号的短时中断。某些现场设备以不希望的方式响应控制信号的中断。例如，如果受控制的现场设备是一个阀，阀控制器会控制阀移动到一个不希望的位置，这会潜在地扰乱该过程。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型根据第一示例性方面提供了一种控制信号保护设备，控制信号保护设备在第一或在第二运行模式下运行。在第一运行模式下，控制信号保护设备将储能在控制信号保护设备的储能元件中。在第二运行模式下，控制信号保护设备利用储存的能量，当设备输入控制信号中断发生时，维持设备输出的控制信号。在一个实施方式中，控制信号保护设备包括一个控制设备运行模式的开关电路。一方面，控制信号保护设备进一步包括控制该开关电路的输入电流监控元件。在本方面，当设备的输入电流小于阈值时，输入电流监控电路可以导致设备从第一运行模式切换到第二运行模式，且当输入电流大于阈值时可以导致设备从第二运行模式转换为第一运行模式。在某些实施方式中，控制信号保护设备包括监控设备输出电压电平的电压监控元件。在本方面，当在第二运行模式下和在设备输入的控制信号缺失的情况下，设备可以维持电压监控元件指示的电压电平的输出电压。

进一步根据第一示例性方面，控制信号保护设备进一步包括，以任何组合，任何一个或多个以下优选形式。

在一个优选的形式中，储能元件包括至少一个电容器。

在另一个优选的形式中，储能元件包括第一电容器和第二电容器，且电能从第一电容器和从第二电容器提供到输出端子。

在另一个优选的形式中，开关电路控制运行模式以响应输入电流进入信号保护设备时的变化。

在另一个优选的形式中，控制信号保护设备进一步包括电流监控电路。当进入信号保护设备的电流低于一个阈值时，电流监控电路使得控制信号保护设备从第一运行模式转换为第二运行模式，并且当进入信号保护设备的电流高于一个阈值时，电流监控电路使得控制信号保护设备从第二运行模式转换为第一运行模式。在一个优选形式中，阈值是2mA。

在另一个优选的形式中，控制信号保护设备进一步包括电压保持元件以保持经滤波和缩放的电压，所述电压对应于在正常运行模式下的输入端的电压电平。