本發(fā)明一般涉及控制過程。更具體地，本發(fā)明涉及監(jiān)測電氣接觸件(尤其是繼電器)以及檢測以交流（AC）電壓或直流（DC）電壓潤濕的在工業(yè)或商業(yè)過程中使用的電氣接觸件的狀態(tài)。

背景技術(shù)：

多年以來，從高度地專業(yè)化的用于通信設(shè)備的繼電器至通用繼電器的繼電器產(chǎn)品的全范圍已設(shè)計成控制從家用電器至工業(yè)機械的一切中所使用的商業(yè)過程和工業(yè)過程中的幾乎每一個功能。發(fā)電廠是其中使用大量的繼電器的工業(yè)過程的一個示例。發(fā)電廠中的繼電器能夠用來控制諸如馬達、泵、螺線管以及燈的多種多樣的設(shè)備。然而，即使最好的繼電器可能在某一點失效。

在上文的示例的場景中，控制系統(tǒng)需要監(jiān)測發(fā)電廠內(nèi)的繼電器，以確定其狀態(tài)，以便確保正在執(zhí)行與過程相關(guān)聯(lián)的某些功能。具體地，接觸件輸入狀態(tài)檢測電路用來在現(xiàn)場中使用時檢測繼電器接觸件的狀態(tài)。接觸件輸入狀態(tài)檢測電路監(jiān)測器提供由于污染所引起的潛在退化的電氣繼電器性能的指示。

在工業(yè)環(huán)境中，污染通常地干擾繼電器的接觸件的操作。能夠包括氧化層膜或雜質(zhì)粒子的污染物傾向于產(chǎn)生高的或不穩(wěn)定的接觸件電阻讀數(shù)。通常在低電流應(yīng)用、高溫和濕度的環(huán)境中的使用以及在存儲的延長期的期間發(fā)生污染。

例如，在小電流和低電壓應(yīng)用中，繼電器接觸件的氧化僅僅是一段時間內(nèi)在繼電器接觸件表面上的腐蝕的積聚。接觸件出現(xiàn)氧化層，其是接觸件表面上的氧化物的薄層。它通過增大跨接觸件的電阻而造成問題，增大跨接觸件的電阻（取決于所切換的電壓的幅值）能夠造成信號的損失或接觸件的過熱。

對于小電流和低電壓，繼電器接觸件上的氧化尤其成問題，因為，一旦氧化層積累且變得太厚，小電流和低電壓就不能夠穿通氧化物層。然而，在繼電器切換期間，較高的電壓可以穿通氧化物層。因而，關(guān)于開關(guān)接觸件的問題是電壓。嚴格來說，通過接觸件的電流是接觸件完成的電路的電壓和阻抗的函數(shù)。通過使電流變化，電壓變化。一旦電壓足夠大，就達到穿通電壓。

用來解決對于小電流和低電流應(yīng)用的該問題的一個常規(guī)的方法是通過使所要求的潤濕電流通過繼電器接觸件，使得它穿通氧化物層。潤濕電流是流過接觸件，以擊穿可能已沉積于開關(guān)上的任何膜（接觸件氧化層）所需要的最小電流。通常，已通過連接的不同的一組板而執(zhí)行這個，以便支持接觸件輸入電壓的寬范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

給定前面提到的缺陷，存在對如下的單個電路的需要：通常能夠監(jiān)測開關(guān)，且具體地，能夠監(jiān)測繼電器接觸件，以確定接觸件的狀態(tài)。而且依然存在對能夠支持包括AC電壓和DC電壓兩者的接觸件輸入電壓范圍的單個接觸件狀態(tài)檢測電路的需要。

存在對如下的單個電路的另外需要：能夠維持跨寬輸入范圍的恒定潤濕電流。另外，依然需要提供寬電壓范圍內(nèi)的跨接觸件輸入（數(shù)字輸入）的恒定電流，以作為用來減輕接觸件氧化（腐蝕/增加的阻抗）并且改進信號鏈的可靠性的手段。

根據(jù)各種示范性的實施例的系統(tǒng)能夠包括通用接觸件輸入狀態(tài)檢測電路，該電路包含以潤濕電壓潤濕接觸件的電壓源。潤濕電壓傳感器感測提供給接觸件的潤濕電壓。電流反射鏡電路跨接觸件的輸入而連接，以提供寬輸入電壓范圍內(nèi)的恒定潤濕電流。能夠使輸入電壓在寬至足以包括AC電壓和DC電壓兩者的范圍內(nèi)變化。電流反射鏡電路在使跨接觸件的輸入的潤濕電壓輸入變化期間維持恒定潤濕電流。分壓器按比例降低潤濕電壓。比較器將潤濕電壓與參考潤濕電壓比較，以提供數(shù)字輸出電壓。處理器根據(jù)數(shù)字輸出電壓而確定接觸件的狀態(tài)。檢測電路集成于單個電路板配置上。

根據(jù)各種示范性的實施例的檢測接觸件的狀態(tài)的方法能夠包括：以潤濕電壓潤濕接觸件；感測提供給接觸件的潤濕電壓；提供寬輸入電壓范圍內(nèi)的跨接觸件的輸入的恒定潤濕電流；利用跨接觸件的輸入而連接的電流反射鏡來在使?jié)櫇耠妷狠斎胱兓陂g維持恒定潤濕電流；按比例降低潤濕電壓；將潤濕電壓與參考潤濕電壓比較，以提供數(shù)字輸出電壓；以及根據(jù)數(shù)字輸出電壓而確定接觸件的狀態(tài)。在單個電路板上實現(xiàn)對接觸件的狀態(tài)的檢測。

下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的另外特征和優(yōu)勢以及本發(fā)明的各種實施例的結(jié)構(gòu)和操作。注意的是,本發(fā)明不限于本文所描述的具體實施例。本文僅為了說明的目的提出這類實施例。附加實施例對于基于本文包含的教導(dǎo)的一個或多個相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。

附圖說明

圖1示出根據(jù)本教導(dǎo)的用來檢測電接觸件的狀態(tài)的示范性的電路的示意圖；

圖2是根據(jù)本教導(dǎo)的示范性的接觸件狀態(tài)檢測電路的示意電路圖；

圖3是根據(jù)本教導(dǎo)的接觸件狀態(tài)檢測電路的示意電路圖的另一示范性的實施例；

圖4是根據(jù)本教導(dǎo)的接觸件狀態(tài)檢測電路的示意電路圖的又一示范性的實施例；以及

圖5是根據(jù)本教導(dǎo)的實施本發(fā)明的示范性的方法的流程圖。

本發(fā)明可具體化(take form in)各種組件和組件布置以及具體化各種過程操作和過程操作的布置。在附圖中圖示本發(fā)明，在附圖通篇中，相似的參考數(shù)字可指示各種圖中的對應(yīng)的零件或類似的零件。附圖僅為了圖示優(yōu)選的實施例的目的，并且，不被解釋為限制本公開。給定下面對附圖的使能的描述，本發(fā)明的新穎方面應(yīng)當對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員變得顯而易見。

具體實施方式

下面的詳細描述本質(zhì)上只是示范性的，并且，不意圖限制本文中所公開的應(yīng)用和使用。此外，不存在由在前述背景或概要或下面的詳細描述中提出的任何理論約束的意圖。

在本申請通篇中，各種實施例的描述可以使用“包含”語言，然而，由本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在一些具體的實例中，能夠備選地使用語言“基本上由……組成”或“由……組成”來描述實施例。

為了更好地理解本教導(dǎo)并且決不限制本教導(dǎo)的范圍的目的，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，除非另有特別陳述，否則單數(shù)的使用包括復(fù)數(shù)。因此，在本申請中可互換地使用術(shù)語“一”、“一個”以及“至少一個”。

除非另有指示，否則說明書和權(quán)利要求書中所使用的表達量、百分率或比例以及其他數(shù)字值的所有的數(shù)將被理解為在所有的實例中通過術(shù)語“大約”而修改。因此，除非相反地指示，否則下面的說明書和所附權(quán)利要求書中所闡述的數(shù)字參數(shù)是可能取決于試圖獲得的預(yù)期的性質(zhì)而變化的近似值。在一些實例中，“大約”能夠被理解為意味著給定值±5%。因此，例如，大約100 nm能夠意味著95-105 nm。最低限度，應(yīng)當根據(jù)所報告的有效數(shù)位的數(shù)量并且通過應(yīng)用常規(guī)的舍入技術(shù)而至少解釋每個數(shù)字參數(shù)。

各種實施例提供由單個電路組成的系統(tǒng)和方法，該單個電路能夠通常對開關(guān)進行監(jiān)測，并且具體地，對繼電器接觸件進行監(jiān)測，以確定接觸件的狀態(tài)。

各種實施例提供由單個電路組成的系統(tǒng)和方法，該單個電路能夠支持包括AC電壓和DC電壓兩者的通用接觸件輸入電壓范圍，并且，維持跨寬輸入范圍的恒定潤濕電流。

各種實施例提供一種系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法提供跨寬輸入范圍的恒定潤濕電流。各種實施例提供可配置的潤濕電流。

在各種實施例中，系統(tǒng)和方法提供跨寬電壓范圍的跨接觸件輸入（數(shù)字輸入）的恒定電流，以作為用來減輕接觸件氧化（腐蝕/增加的阻抗）并且改進信號鏈的可靠性的手段。

各種實施例公開了創(chuàng)建軟件及固件可編程的潤濕電流的方法和用于多級潤濕電流的方法。各種實施例公開了用于對潤濕電壓和潤濕電流的狀態(tài)進行監(jiān)測的系統(tǒng)和方法。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的接觸件狀態(tài)檢測電路100的示意圖，接觸件狀態(tài)檢測電路100用來檢測如例如在工業(yè)或商業(yè)過程中使用的電接觸件（在下文中，稱為“接觸件”）的狀態(tài)。如本文中所使用的，接觸件是如下的電氣組件：用于將電路聯(lián)結(jié)在一起，或通過中斷電流或使電流從一個導(dǎo)體轉(zhuǎn)向至另一個導(dǎo)體而斷開電路。接觸件的示例包括諸如開關(guān)、繼電器、端子以及連接器的電氣組件。

其中本發(fā)明的實施例適合于使用的工業(yè)過程的一個示例支持發(fā)電廠，在發(fā)電廠中，大量的接觸件用來控制諸如馬達、泵、螺線管以及燈的多種多樣的設(shè)備。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，本發(fā)明的實施例可應(yīng)用于其他工業(yè)過程，其中，接觸件用來控制過程設(shè)備的操作，并且其中為了事件序列（SOE）分析的目的，期望查明這類接觸件的狀態(tài)。

由檢測電路100所提供的一些示范性的特征包括跨寬輸入電壓范圍的恒定潤濕電流、系統(tǒng)可配置的潤濕電流以及能夠支持寬輸入電壓范圍的單個電路板配置。

如圖1中所示，檢測電路100提供單個電路配置，以支持通用接觸件，該通用接觸件具有許可AC和DC兩者的輸入電壓范圍并且該檢測電路100能夠維持跨寬輸入范圍的恒定潤濕電流。“通用”指定指示電路可配置成檢測對各種裝置進行控制的繼電器的狀態(tài)。檢測電路100提供跨寬電壓范圍的跨接觸件輸入（數(shù)字輸入）的恒定電流，以作為用來減輕接觸件氧化（腐蝕）的手段,其增加阻抗并且改進信號鏈的可靠性。

傳統(tǒng)上，由要求多個電阻器組(population)達到預(yù)期的電流的靜態(tài)電阻器組合提供潤濕電流。與此相反，除了根據(jù)本教導(dǎo)而描述的各種實施例之外，電路100還以單個電路的實現(xiàn)（不變）提供跨寬電壓范圍的恒定電流。這消除用來產(chǎn)生并且維持以每潤濕電壓為基礎(chǔ)的定制的電路變型的需要。

另外，檢測電路100能夠?qū)崿F(xiàn)各種操作方法。例如，在各種實施例中，電路100針對DC和AC潤濕電壓兩者而執(zhí)行操作方法。各種實施例提供創(chuàng)建可編程軟件/固件（SW/FW）潤濕電流的方法。

此外，電路100能夠?qū)崿F(xiàn)對潤濕電壓和潤濕電流的狀態(tài)進行監(jiān)測的方法?！皾櫇耠妷骸保ㄒ脖环Q為“感測電壓”）是提供給電氣接觸件供狀態(tài)檢測的電壓。潤濕電壓用來檢測接觸件打開或閉合的操作。

為了監(jiān)測電氣接觸件的狀態(tài)，將電氣電壓（例如，直流電壓（DC）或交流（AC）電壓）發(fā)送至現(xiàn)場中的接觸件，以確定是否能夠檢測到該電壓。檢測電壓是電流接通或斷開的指示。

如上文所討論的，如果使接觸件在低電壓應(yīng)用中操作，則接觸件將傾向于積累過多的電阻，并且可能過早地失效。為了保持開關(guān)處于良好的健康，“潤濕電流”是流過接觸件，以擊穿可能已沉積于開關(guān)上的任何膜（接觸件氧化層）所需要的最小電流。

因而，檢測電路100能夠檢測包括接觸件是否閉合、接觸件是否打開或是否由于腐蝕（氧化）而污染接觸件的狀態(tài)條件。

檢測電路100還能夠執(zhí)行用于多級潤濕電流的方法，其中，施加初始較高的電流用于以次級的較低的電流的穿通。有利的是，具有比標稱潤濕電流更高的初始電流，以提供如下的手段：用來穿通外部接觸件尖端上的存在的氧化層（腐蝕），并且然后，回落到預(yù)期的恒定電流電平。對于常規(guī)的電路中所使用的靜態(tài)輸入阻抗電路的實現(xiàn)，多個電流設(shè)定點的選擇是不可用的。

相比之下，常規(guī)的電路利用至公共（地面、陸地等）的靜態(tài)電阻來將標稱輸入電流導(dǎo)出，其對于離散的潤濕電壓（標稱24 VDC、48 VDC、125 VDC等）作為單獨的輸入類型而產(chǎn)生并且維持。在標稱電壓上的容差的情況下，所導(dǎo)出的潤濕電流也將由于靜態(tài)電阻而變化。另外，用于24 VDC輸入的常規(guī)的電路（由于靜態(tài)輸入阻抗）將具有48伏的實現(xiàn)的電流的一半（?），并且將要求單獨的48伏的實現(xiàn)。這種常規(guī)的電路還將要求針對不同的潤濕電壓而使用不同的電流，并且，在所有的情況下，將要求接受具有電壓容差的變化的電流。

關(guān)于圖1，檢測電路100將具有一對接觸件106的諸如繼電器的開關(guān)合并。潤濕電壓感測104用作用于接觸件感測的感測電路。通常通過將現(xiàn)場的諸如DC電壓或AC電壓的電氣電壓發(fā)送至接觸件，并且然后，確定是否能夠檢測到該電壓，從而對接觸件的狀態(tài)進行監(jiān)測。如上文所討論的，潤濕電壓是施加至接觸件，以便檢測其狀態(tài)的電壓。

使?jié)櫇耠妷?02通過接觸件106，以感測繼電器接觸件106的狀態(tài)。接觸件106的輸入端子（未示出）接收潤濕電壓102（AC/DC）。浪涌保護108保護電路免受電壓尖峰。在各種實施例中，能夠?qū)蚴秸髌鰽C/DC 110合并于電路100中，以適應(yīng)AC潤濕電壓以及DC電壓。

跨接觸件輸入106（數(shù)字輸入）而提供跨寬電壓范圍的恒定電流112，以作為用來減輕接觸件氧化（腐蝕）、增加阻抗并且改進信號鏈的可靠性的手段。通過跨接觸件輸入106（數(shù)字輸入）的輸入?yún)^(qū)段而使用電流反射鏡，實現(xiàn)跨變化的潤濕電壓輸入的恒定電流112。電流反射鏡的使用強制輸入從潤濕電壓源102吸取電流,其作為檢測電路內(nèi)的恒定電流112的函數(shù)而不是作為檢測電路的輸入阻抗的函數(shù)。

與此相反，已知的先前嘗試已集中于用于提供恒定電流輸出的潤濕電壓系統(tǒng)中的源電流。在這些常規(guī)的技術(shù)中，由于潤濕電壓通常作為大量源（bulk source）而施加，因而它已成為用來支持與存在接觸件輸入電路一樣多的恒定電流潤濕電壓源的要求。這引起系統(tǒng)靈活性的降低。

回顧圖1，根據(jù)本教導(dǎo)，還能夠在恒定電流112內(nèi)提供可編程電阻。能夠使內(nèi)部恒定電流112中的可編程電阻變化，以提供軟件/固件（SW/FW）可編程手段，以便改變恒定輸入電流。

電壓分壓器和電阻器-電容器（RC）濾波器114按比例降低潤濕電壓，并且，將輸出饋送至比較器116供與參考潤濕電壓的比較。使比較器的輸出通過數(shù)字隔離器118（光電隔離器）傳遞到現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）和處理器120，其檢測接觸件狀態(tài)，并且，向系統(tǒng)通知（聲明）。

圖2示出描繪圖1中所示出的檢測電路100的操作的電路圖。在各種實施例中，潤濕電壓用來驅(qū)動潤濕電流而減少跨與檢測電路100的接觸件輸入（數(shù)字輸入）連接的接觸件的高阻抗的出現(xiàn)。在圖2中，使?jié)櫇耠妷?02通過消費者接觸件106以便感測繼電器接觸件106的狀態(tài)。在使用AC潤濕電壓時，橋式整流器110將AC整流成DC。電流反射鏡電路保持潤濕電流112恒定。電壓分壓器114按比例降低電壓，使得比較器116將該電壓與參考潤濕電壓比較，以檢測接觸件狀態(tài)。

在圖2中，電流反射鏡復(fù)制輸入電流，以建立作為輸出電流的副本。因此，左側(cè)的電阻器R1改變左半部中的電流流動，通過電流反射鏡電路而將電流流動在右半部中反射。不管潤濕電壓，維持潤濕電流恒定。電流反射鏡充當簡單的電流調(diào)節(jié)器，從而供給寬輸入電壓范圍內(nèi)的近恒定電流。

電阻器R4和R5按比例降低電壓。將由電阻器R4和R5以及電容器C1組成的RC濾波器114合并于電路中，用于旁路不需要的信號，并且用于提供消除抖動以便將開關(guān)輸出中的快速變化濾出。由比較器116將按比例降低的電壓與參考潤濕電壓122比較。將比較器116的輸出通過數(shù)字隔離器118而傳遞至FPGA 120，用于檢測接觸件狀態(tài)并且向系統(tǒng)聲明接觸件狀態(tài)。

能夠通過備選的方法而實現(xiàn)檢測電路100。圖3是圖示用于實現(xiàn)檢測電路100的第一實施例的電路圖。在圖3中，使?jié)櫇耠妷?02通過接觸件106而感測繼電器接觸件106的狀態(tài)。在使用AC潤濕電壓時，橋式整流器110將AC整流成DC。

電流反射鏡電路保持潤濕電流112恒定。電流感測放大器124感測電流并且輸出電壓，將由比較器116將該電壓與潤濕電壓參考比較，以檢測接觸件狀態(tài)。將數(shù)字信號通過FPGA和處理器120而傳遞至系統(tǒng)。R1是能夠用來對數(shù)字隔離器118的響應(yīng)進行自測試的可編程電阻器。

圖4描繪圖示用于實現(xiàn)檢測電路100的第二方法的電路圖。在圖4中，使?jié)櫇耠妷和ㄟ^接觸件106以便感測繼電器接觸件106的狀態(tài)。在使用AC潤濕電壓時，橋式整流器110將AC整流成DC。電流反射鏡電路保持潤濕電流112恒定。電流感測放大器124感測電流并且輸出電壓，其轉(zhuǎn)而將驅(qū)動數(shù)字隔離器118以便通過FPGA和處理器120來通知系統(tǒng)關(guān)于接觸件的狀態(tài)。

圖5是解釋根據(jù)本教導(dǎo)的用于檢測接觸件的狀態(tài)的方法500的流程圖。在步驟502中，使?jié)櫇耠妷和ㄟ^接觸件以便感測繼電器接觸件的狀態(tài)。在步驟504中，在使用AC潤濕電壓時，橋式整流器將AC整流成DC。在步驟506中，電流反射鏡將潤濕電流維持于恒定電平。在步驟508中，電壓分壓器按比例降低潤濕電壓。在步驟510中，比較器將按比例降低的潤濕電壓與參考潤濕電壓比較，以檢測接觸件狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例設(shè)計的接觸件狀態(tài)檢測電路具有許多商業(yè)優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢。例如，與用來針對每個標稱潤濕電壓而采用定制的電路的需要相對，電路和方法的商業(yè)優(yōu)勢是用來設(shè)計、部署并且維持跨所支持的整個潤濕電壓范圍是可應(yīng)用的單個接觸件輸入檢測電路的能力。以簡化的系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)改進的性能。

產(chǎn)品設(shè)計中的檢測電路的使用使諸如產(chǎn)品組裝、產(chǎn)品維護以及設(shè)計維護的制造活動簡化。這消除錯誤地在現(xiàn)場中安裝錯誤的定制模塊的可能性。在常規(guī)的電路中，在由定制電路的實現(xiàn)支持每個潤濕電壓時，現(xiàn)場替換能夠安裝錯誤的電壓輸入電路，這能夠歸因于現(xiàn)有技術(shù)的電路對其敏感的多個誤差源。

若干技術(shù)優(yōu)勢中的一個是如下的能力：用來提供恒定電流，其可設(shè)定成確定為在接觸件氧化（腐蝕）減輕中最有利的電平。另一技術(shù)優(yōu)勢是用來提供如下的手段的能力：初始促進較高的電流用于穿通，并且然后，回落到較低的設(shè)定，以防止加熱/焊接或提高接觸件壽命。另外技術(shù)優(yōu)勢是要提供可編程恒定電流源,其在確定恒定電流電平以在不同的設(shè)定產(chǎn)生更好的減輕結(jié)果時，能夠通過軟件而改變或定制。

附加的技術(shù)優(yōu)勢是，通過使恒定電流流輸入變化，并且，對檢測狀態(tài)中的變化和不可接受的接觸件電阻（檢測邊緣的現(xiàn)場接觸件）的指示進行監(jiān)測，從而能夠確定接觸件輸入健康。在沒有用來使信號鏈中斷的需要的情況下，能夠?qū)\轉(zhuǎn)的輸入執(zhí)行接觸件輸入健康檢查。

將會仍由本發(fā)明囊括的備選實施例,示例和修改可由本領(lǐng)域技術(shù)人員特別根據(jù)前述教導(dǎo)來進行。此外,應(yīng)理解,用來描述本發(fā)明的術(shù)語意圖具有描述的詞語而不是限制的性質(zhì)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員也將領(lǐng)會,上文描述的優(yōu)選和備選實施例的各種適應(yīng)和修改能夠被配置而沒有偏離本發(fā)明的范圍和精神。因此,要理解,在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi),本發(fā)明可不同于如本文專門描述的那樣實施。