專利名稱：檢測斷線的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及斷線的檢測，特別是提供一種檢測傳感器電路中斷線的方法和 系統(tǒng)。 背景獄
工業(yè)^^呈可以由采用傳,的電子系統(tǒng)部分地控制。 一些工廠的自動(dòng)化過 程可能很重要17或,時(shí)間敏感的。錯(cuò)誤的傳^l值禁止傳送到中央控制器以 避免擾亂這些，。
在過程控制系統(tǒng)中，很重要的是傳回到中央控制器的所有過程數(shù)據(jù)是有效 的。在斷線事件發(fā)生時(shí)，若使用傳統(tǒng)的斷線檢測系統(tǒng)，由于斷線事件與模塊的 內(nèi)部電路不同步，可能發(fā)送中間過程數(shù)據(jù)值。斷線事件與內(nèi)部電路的時(shí)序不同 步可能導(dǎo)致中間娜結(jié)果被記錄下來，即使這些中間娜不〗餓有效的傳感器 數(shù)據(jù)，而斷線事件與內(nèi)部電路的時(shí)序不同步在傳統(tǒng)的斷線檢觀他路中不會(huì)觸發(fā) 斷線事件。
用于確定傳感器線路完整性的方法典型地在傳感器線路不完整時(shí)會(huì)導(dǎo)致傳 的輸入值被迫 無效狀態(tài)的 )。在這種情況下，不總是能區(qū)分過電ffi/ 欠腿剝特嘶線事件。這些剝牛在一些逝呈控制系統(tǒng)中是不可接受的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種方法以繊在娜傳想忡鵬庫幡之前至傳繊的線路 對于每一頓呈腿完整的。
本發(fā)明提供一種電路，包括電源和艦開關(guān)電孝給到該電源的傳感器電路。 該電路還包括電^到傳感器電路的A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器用于讀取電阻 元件兩端的電壓差從而確定傳繊電路的阻抗。
^Jl^電路中，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)傳 電路可用于輸出測量電壓，A/D轉(zhuǎn)換 器可用于讀取與物SM比例的測量電壓。戰(zhàn)電路還可包括控制器，用于榭專感器電路的阻抗與可接受的范圍比較。 這個(gè)可接受的范圍表明斷線瞎況不存在?？刂破鬟€用于當(dāng)阻抗落入可接受范圍 時(shí)記錄測量電壓，控鬼幡還可用于當(dāng)阻抗落到可接受范圍外時(shí)輸出錯(cuò)誤信號。
本發(fā)明還提供了一種方法，包括閉合使電源電耦合到傳感器電路的開關(guān)，
以及在電耦合至帷麟電路的A/D轉(zhuǎn)換器上觀懂電阻元件兩端的電隨，該方 法還包括基于該電隨確定傳繊電路的阻抗。
本領(lǐng),術(shù)人員可以通過參考下面的詳細(xì)說明書和附圖明顯得出本發(fā)明的 這些以及其它優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的檢測斷線的示例電路的電路原理圖示； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的檢測斷線的示例方法的流程圖示； 圖3是圖1所示示例電路中禾P/或圖2所示示例方法采用的信號的時(shí)序波形 圖示；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的計(jì)穀幾的框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種用于確定傳感器線路完整性的新方法，該方法可用于區(qū)別 過電ffi/欠腿的剝特卩斷線事件。電路被施力嬾壓，使敏斷線*#期間讀數(shù) 是在傳感器的正常觀懂范圍之外的幅度數(shù)量級以便可以與標(biāo)準(zhǔn)的過電ffi/欠^jE 剝牛區(qū)分開來。當(dāng)傳麟線路完整時(shí)，偏壓將導(dǎo)致電壓讀數(shù)在傳麟正常觀懂 范圍之外的區(qū)域中。例如，由電源輸出的電壓可能給傳感器施加縫是觀!)量電 壓最大值兩倍的偏壓，或替換:W加驢是測量電壓最大值十倍的偏壓。這樣, 用于非斷線^f牛的電壓讀數(shù)不會(huì)明顯受傳lf^接收的信號影響。
通^t傳感器讀i^樣之后對斷線監(jiān)控器采樣，只有該斷線監(jiān)控器的當(dāng)前
狀態(tài)用于觸發(fā)新的斷線事件。然而，為了消除由于異步斷線事件而產(chǎn)生的中間 結(jié)果，斷線監(jiān)控器的當(dāng)前狀態(tài)以處前狀態(tài)可用于指示該線路在傳感器的 斑呈微超i沖娥制器之前歸是魏的。
圖1示出了用于檢測斷線的系統(tǒng)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器100 (在這里指A/D轉(zhuǎn)換器 IOO)包括輸入IOI， 102, 103以及104。 A/D轉(zhuǎn)換器100的輸入可以是成對的 以測量電壓差。例如，輸入101和輸入102 (在腿指輸入A鄉(xiāng)一組輸入) 可測量傳自120兩端的g差。傳感器120可以是熱電偶(在這里指TC)，或其它合適的基于物理量的測量而產(chǎn)生電壓差的傳感^l元件。傳感器120測量 對電壓121進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的物M。
A/D轉(zhuǎn)換器100還包括輸入103和104 (這里指輸入B或者第二組輸入)， 這兩，入是自的用以測量指示斷線斜牛的電壓。A/D轉(zhuǎn)換器100與控制器 130通信，該控制器130操作為分析輸入A/D轉(zhuǎn)換器100的兩電壓差的數(shù)靴 讀數(shù)的。A/D轉(zhuǎn)換器100可以,成兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，例如一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器具 Wir入101和102,另一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器具WH入103和104。
在圖l中，電源140用來驅(qū)動(dòng)斷線檢湖係統(tǒng)。電源140可以是可變的直流 電壓源。替換的，電源140也可以是電流源，該電流源操作為驅(qū)動(dòng)艦系統(tǒng)的 電流以檢測斷線。開關(guān)150用于將來自電源140的電壓或電流輸出施加至係統(tǒng) 上用以檢測斷線。開關(guān)150艦二極管151連接至帷麟電路上，腿過電阻 152連接到地161。圖1所示的電路也可采用二極管和電阻的替換布置，任何數(shù) 量的離散線性元件(這里指電阻元件)也可以按照本領(lǐng)域中公知的方式釆用。 第二電源141驅(qū)動(dòng)參考源110，鄉(xiāng)二電源141可以是可變的直流電壓源或可以 用來驅(qū)動(dòng)電流流過系統(tǒng)以檢測斷線的電流源，其可替換的是電源140的另一個(gè) 輸出。參考源110為系統(tǒng)提供參考電壓，該參考電壓可以輸Allj A/D轉(zhuǎn)換器110 中。輸入104可以讀出系統(tǒng)的參考電壓111。參考電壓lll可以設(shè)置為2.5V。替 換地，參考電壓川可以體為任何合適的參考電壓。
在A/D轉(zhuǎn)換器100的輸入101和102可以測量傳感器輸出電壓112。當(dāng)開 關(guān)150閉合以允許斷線檢測系^il行時(shí)，傳ii^輸出腿112可以是1.5V。傳 1輸出電壓112和參考電壓111例如可以相差-lV，這f^了電阻113兩端的 電壓降。此斷線隨表明雜斷線割牛。A/D轉(zhuǎn)換器100的滿量程電壓^#輸 入101和102可以j^fZ-L5V。在圖1中，傳感^l輸出電壓112可由電阻114與 地160隔離。
在下面圖1電路功能的說明中，使用熱電微,輸入作為圖解目的來解釋 傳ii^路錢tm控電路。當(dāng)確定線路連接的識(shí)性時(shí)，開關(guān)150是閉合的。 A/D轉(zhuǎn)換器100的差^f入B (輸入103和104)起作用，而輸入A (輸入101 和102)是不起作用的。閉合開關(guān)150來將電源140 (這里指Vpwr，例如5V) 連接到傳 1線路。這將弓胞電流流經(jīng)傳感器線路。位于B輸A^間的電阻113 兩端的壓降直接M:A/D轉(zhuǎn)換器100的輸入B測量。S31jtk電壓，傳感器線路的阻抗可以S31耦合到A/D轉(zhuǎn)換器100的控庫l勝130中的CPU計(jì)算。
當(dāng)測量傳自120 (這里指熱電偶或TC)的電壓121時(shí)，開關(guān)150斷開。 A/D轉(zhuǎn)換器100的差^m入A起作用，而輸入B不起作用。電壓121的過程值 或TC電勢被測量。^^布置在參考電壓111 (這里指Vref且例如2,5V)和地 160之間的電阻113和114的偏置電流將傳感器輸出電壓112 (這里指輸入的共 模電壓)設(shè)置為Voffset (如1.5V)。這使得可以測量多達(dá)+AVoffset的滿量程(例 如+/-1.5￥)。更低的電壓可以艦體A/D轉(zhuǎn)換器100的內(nèi)部可編程增微大 器(PGA)來測量以獲得更多的增益。電阻152可以施加負(fù)的偏壓到二極管151， 二極管151將開關(guān)150(這里指斷線檢測開關(guān))和電源140耦合至帷感器電路上， 從而避免斷線電路與TC/電壓測量電路的干擾。
圖2示出了由控制器130執(zhí)行的示例方法。此方法由操作200開始，其指示 模土央啟動(dòng)。 法綠作200《娜鵬作210，操作210指示初始^S參數(shù)化該 模塊。該淑呈然后 到操作220，操作220指^ 道 (N)。通道數(shù) 據(jù)(N) 4樣傳繊娜，因此可以4樣圖1中A/D轉(zhuǎn)換器100的輸廟101 和102的輸入。該^f呈接著行，lj操作230,操作230指示開始斷線轉(zhuǎn)換(N)。 Itfc31f呈代表了開關(guān)150的閉合以及圖1中讀取A/D轉(zhuǎn)換器100的輸入103和104 的開始。該流程繼續(xù)，作230^iai,決步驟235，游lj決步驟詢問轉(zhuǎn)換是否 完成。如果轉(zhuǎn)換沒有完成，該流程再次轉(zhuǎn)向判決步驟235，再次詢問轉(zhuǎn)換是否完 成。
當(dāng)轉(zhuǎn)換完成并且因此判決步驟235的應(yīng)答是肯定的時(shí)，該流程微到操作 240，其指満取斷線 (N)。斷線 (N)是圖1中A/D轉(zhuǎn)換器100的輸
103和104的輸入。該淑呈然后行進(jìn)到操作250,其指示開始鵬轉(zhuǎn)換 (N+l)。該繊羅作250ffi^lJ判決步驟260,其詢問第N-1次讀取的斷線數(shù) 據(jù)以麟N次讀取的斷線數(shù)據(jù)是否均準(zhǔn)備好。斷線檢測因此在讀Mit纖之 前和之后立即開始，如，判決步驟260的回答是否定的(g卩，如果在ilit^ 前和之后讀數(shù)中的任一個(gè)指示了斷線)，則淑呈繼續(xù)4，鵬作265，其指示了 報(bào)告一個(gè)斷線診斷(這里指錯(cuò)誤信號)。操作265因此代表了警報(bào)，信號禾P/或可 視化的給A^其做幾器的輸出。如，判決步驟260的應(yīng)答是肯定的(即，如 果^iil讀取之前^后的讀數(shù)中沒有斷線指示)，則該繊呈行i4i鵬作270， 其指示了M^i/比例iii!M (N)。操作270還可包括{碌測5 以及輸出數(shù)據(jù)至用于操作鵬^i的另一個(gè)系統(tǒng)。
在操作270 ^ 1 之后，^li行進(jìn)到操作280，其指示了報(bào)告通道 娜(N)。該繊綠作280和操作265《鵬ij判決步驟290,其詢問鵬轉(zhuǎn) 換(N+l)是否完成。如，判決步驟290的應(yīng)答是否定的，該流程再次轉(zhuǎn)換到 判決步驟290，所以這是在通道轉(zhuǎn)換完成之間的有效暫停。當(dāng)對判決步驟290 中提出的問題的應(yīng)答是肯定的，該流程纟彌到操作220。
圖2中^^呈的替^^置也可取決于圖1中所示系統(tǒng)內(nèi)可能的轉(zhuǎn)^I度。例 如，指示了開々繩道轉(zhuǎn)換(N+l)的操作250，在替換的示例實(shí)施例中可以在判 決步驟290之前立即進(jìn)行。
用于確保圖2所示測量的旨縱呈值的M性的方法可以總結(jié)如下。幵關(guān) Sl閉合，測量A/D轉(zhuǎn)換器上的輸入B。控制CPU可以計(jì)算流經(jīng)傳感器的電流
以及判定線路是否完整且具有指定的阻抗，這里也指可接受的范圍。接下來， 開關(guān)S1可以斷開，并且測量輸入A。這個(gè)值由控制CPU縮放和存儲(chǔ)。接著， 開關(guān)S1再一次閉合，輸入B再次被測量，并且可以再次計(jì)算線路阻抗。如果這 兩個(gè)線路阻抗計(jì)算結(jié)果被發(fā)現(xiàn)處于有效連接，換句話說，如果這兩個(gè)阻抗讀數(shù) 均落入可接受的范圍內(nèi)，那么來自傳繊(輸入A)的存儲(chǔ)的過程值視作有效 的且傳送到系統(tǒng)中。如果一個(gè)或兩個(gè)阻抗讀數(shù)落到設(shè)計(jì)規(guī)格或可接受范圍之外， 那么魏的鵬值不被傳送到系統(tǒng)去。而是在這種情況下傳送線路錯(cuò)誤。該序 列對每一個(gè)測量周期都重復(fù)，從而避免了無效過程值(由于線路錯(cuò)誤)被傳送 到中爐偉幡。圖2示出了示例戰(zhàn)圼周期，圖3示出了信號時(shí)序。
圖3提供了f^^h不同Sit上的不同信號的時(shí)序波形圖300。斷線使能 信號310顯示在時(shí)序波形圖300的頂部。中間的波形;iilii使能320,底部的波 形是a^i/比例使能330。在WB(N-1)340， WB(N)342和WB(N+1)344上，斷線 使能310是"斷開"或是正的。當(dāng)斷線使能310斷開時(shí)，通道使能320是閉合 的。頓道(N) 350和鵬(N+l) 352上，斷線使能320是"斷開"或是正 的。,比例使能330細(xì)道使能320斷開的同時(shí)斷開，然而，戰(zhàn)i/比例使能 330不會(huì)ffiiil使能320上的，正信號期間,。Ml掛比例使能330包括比 例(N-l) 360，比例(N) 362以及比例(N+l) 364。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)的高級框圖。計(jì)^m 400可以例如 作為圖l中的控偉'勝130操作?？刂破?30可以是可編程邏輯控制器(PLC),下面對計(jì),400的描述同樣可以描述PLC作為控制器130使用時(shí)的操作。另 外,計(jì)^m400可以執(zhí)行上面針對圖2描述的步驟。計(jì)##1400包含處理器410, 該處理器皿執(zhí)行定義了這些操作的計(jì)算lOIM^指令控制計(jì)^ia的操作，這些
計(jì)算禾，序指令可以，在計(jì)^m可讀取的記錄介質(zhì)中。計(jì)算mii^指令可以
存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器420 (例如M， M庫)中，且在期望執(zhí)4fi十^^W聘指令時(shí)加 纖內(nèi)存430。因此，計(jì)^W作將由存儲(chǔ)在內(nèi)存430禾口/^^儲(chǔ)器420中的計(jì) 嶽iU醉指令定義，且計(jì)鋭幾400將由執(zhí)^i十鋭ilfi序指令的M器410雜 制。計(jì)飾400還包括一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口 440用于與其它體通信，例如其 它計(jì)^m，月艮務(wù)器，或網(wǎng)站。網(wǎng)雜口 440可以是例如本地網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)， 企業(yè)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)計(jì),400是PLC時(shí)，網(wǎng)絡(luò)接口440可以是工業(yè)以太網(wǎng)或 :DIkI鵬總線。計(jì)^t幾400還包括輸滿出450，其4樣了允許用戶與計(jì)算機(jī)
40oct:的裝置(例如顯示器，離，鼠標(biāo)，揚(yáng)聲器，按鍵，網(wǎng)^M^機(jī)等等)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員般認(rèn)i鄉(xiāng)度附十郷的實(shí)施也會(huì)包含其他組件，圖4細(xì)于 說明目的的這樣一iS十算機(jī)的一些組件的高級展示。
戰(zhàn)詳細(xì)的描鵬被理解為;i^本發(fā)明齡方面的說明和示例，而非限制，
在此所公開的本發(fā)明的范圍不是由上面的詳細(xì)描述來限定，而是根據(jù)專利法所 能允許的最大范圍解釋的權(quán)利要求確定的。可以離這里顯示和描述的實(shí)施例 僅是用來解釋本發(fā)明的原理，只要不背離本發(fā)明的精神和范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)
人員可對本發(fā)明進(jìn)行各種改變。
10
權(quán)利要求
1、一種電路，包括電源；通過開關(guān)電耦合到電源上的傳感器電路；以及電耦合到傳感器電路上的A/D轉(zhuǎn)換器，適用于讀取電阻元件兩端的電壓差以確定傳感器電路的阻抗。
2、 如權(quán)利要求1所述的電路，其中該傳感器電路適于在開關(guān)斷開時(shí)輸出測量電壓；以及 A/D轉(zhuǎn)換器適于讀取該測量腿。
3、 如權(quán)利要求2所述的電路，其中所述測量腿與物理量成比例。
4、 如權(quán)利要求2所述的電路，其中所述電源是電壓源，且該電壓源的電壓 輸出是所述測量電壓的最大值的至少兩倍。
5、 如權(quán)利要求4所述的電路，其中所述電壓是所述測量電壓的最大值的至 少十倍。
6、 如權(quán)利要求1所述的電路，還包括控制器，用于將傳/i^電路的阻抗與可接受的范圍比較，該可接受的范圍 指示斷線^#不存在，該控制器還用于在傳感器電路的阻抗落入該可接受的范 圍時(shí)記錄所述測量腿。
7、 如權(quán)利要求6所述的電路，其中，所鵬偉幡還用于^^述阻抗落出可 接受范圍時(shí)輸出錯(cuò)誤信號。
8、 如權(quán)利要求1所述的電路，還包括控制器，用于將傳感器電路的阻抗與 可接受的范圍比較，該可接受的范圍指示斷線條件不存在，該控偉幡還用于比 較傳 電路的第二阻抗，該第二阻抗由A/D轉(zhuǎn)換器i!31讀取電阻元件兩端的 第二電壓差確定，該控制器還用于在傳感器電路的阻抗和第二阻抗均落入該可接受的范圍時(shí)記錄所述觀糧電壓。
9、 如權(quán)利要求8所述的電路，其中，所鵬庫幡還用于^^述阻抗和第二阻抗的至少一個(gè)落出可接受的范圍時(shí)輸出錯(cuò)誤信號。
10、 如權(quán)禾腰求8所述的電路，其中 所述電源使f粘開關(guān)斷開之前電阻元件兩端存在腿差；所述開關(guān)斷開以使衝專感器電路輸出測量值；且所述電源使得開關(guān)在斷開之后再閉合后，電阻元件兩端存在第二電壓差。
11、 如權(quán)利要求l所述的電路，其中A/D轉(zhuǎn)換器包括兩組輸入，第一組輸 入用于讀取測量電壓，第二組輸入用于讀取feffi差。
12、 女P^利要求1所述的電路，其中 傳繊電路用于在開關(guān)斷開時(shí)輸出測量電壓；且另一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器用于讀取該測量電壓，所述A/D轉(zhuǎn)換器和所述另一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器每一個(gè)都艦糊Ail道。
13、 如權(quán)禾腰求1所述的電路，其中所述電源是電流源。
14、 一種方法，包括 閉合將電源電耦合到傳Stl電路的開關(guān)在電耦合至W專自電路的A/D轉(zhuǎn)換器上測量電阻元件兩端的電壓差；且 基于該電壓差確定傳S^電路的阻抗。
15、 如權(quán)利要求14所述的方法，還包括 當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，傳感器電路輸出測量電壓；以及 在A/D轉(zhuǎn)換器上讀取該測量電壓。
16、 如權(quán)利要求15戶腿的方法，其中所述湖懂腿與物理量成比例。
17、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中 所述電源是腿源； 所述電壓施加到傳感器電路上；且 該電壓是戶，測量^ffi最大值的至少兩倍。
18、 如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述電壓是測量電壓最大值的至少十倍。
19、 如權(quán)利要求15所述的方法，還包括iiii^制,傳感器電路的阻抗與可接受的范圍比較，該可接受的范圍指示斷線^##在；且當(dāng)該阻抗落入可接受范圍時(shí)記錄所述測量電壓。
20、 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括當(dāng)所述阻抗落出可接受范圍時(shí)艦 控帝lJ^I輸出錯(cuò)誤信號。
21、 如權(quán)禾腰求15所述的方法，還包括ilil^制器糊專感器電路的阻抗與可接受的范圍比較，該可接受的范圍指示斷線餅不雜；a^制器比較傳感器電路的第二阻抗，該第二阻抗由A/D轉(zhuǎn)換器a3i讀取電阻元件兩端的第二電壓差確定；如果傳麟電路的阻抗和第二阻抗均落入該可接受的范圍，則記錄該測量 電壓。
22、 如權(quán)禾腰求21所述的方法，還包括如果戶腿阻抗和第二阻抗的至少 —個(gè)落出可接受的范圍，貝ljffi^制器輸出錯(cuò)誤信號。
23、 如權(quán)利要求21所述的方法，還包括斷開開關(guān)使衞?？嶋娐份敵鰷y量電壓；其中 MM在開關(guān)斷開之前由電源弓胞； 第二電壓差在開關(guān)斷開之后由電源弓l起。
24、 如權(quán)利要求15戶脫的方法，其中，在A/D轉(zhuǎn)換器的第一組輸M讀取測量電壓； 在A/D轉(zhuǎn)換器的第二組輸A^讀取電壓差。
25、 如權(quán)禾腰求14所述的方法，還包括當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)M:傳感器電路輸出測量電壓；在另一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器上讀取測量電壓，所述A/D轉(zhuǎn)換器和所述另一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器每一個(gè)均艦單輸AiI道。
26、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述電源是電流源。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電路，其包括電源和通過開關(guān)電耦合到電源的傳感器電路。該電路還包括電耦合到傳感器電路的A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器用于讀取電阻元件兩端的電壓差以確定傳感器電路的阻抗。本發(fā)明還提供了一種方法，其包括閉合將電源電耦合到傳感器電路的開關(guān)，在電耦合到傳感器電路的A/D轉(zhuǎn)換器上測量電阻元件兩端的電壓差。該方法還包括基于該電壓差確定傳感器電路的阻抗。
文檔編號G01R31/02GK101576598SQ20091014199
公開日2009年11月11日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月2日
發(fā)明者J·F·阿徹爾, R·A·維德爾 申請人:西門子能量及自動(dòng)化公司