CN102375428B - 用于可编程逻辑控制器的模拟输入组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于可编程逻辑控制器的模拟输入组件(100)，其中模拟输入组件具有地电位(212)，该模拟输入组件至少包括：通路输出端(102)，其中该通路输出端设计用于使第一电势位于其上；第一通路输入端(104)，其中第一通路输入端设计用于使第二电势位于其上，其中第二电势的绝对值低于第一电势的绝对值并且高于地电位的绝对值；第二通路输入端(106)；和第三通路输入端(108)；其中模拟输入组件的地电位是通路输出端的、第一通路输入端的、第二通路输入端的和第三通路输入端的地电位。

Description

用于可编程逻辑控制器的模拟输入组件

技术领域

本发明涉及一种用于可编程逻辑控制器的模拟输入组件，特别是一种具有多个通路输入端的模拟输入组件。

背景技术

由现有技术已知了模拟输入组件。在可编程逻辑控制器中，例如测量变换器、热电偶、电压表的测量装置和其它测量电路可连接到模拟输入组件上。模拟输入组件将从测量装置和测量电路接收到的信号转发给可编程逻辑控制器的放大器。

发明内容

对此本发明的目的在于，提出一种用于运行模拟输入组件的改进方法、一种改进的模拟输入组件、一种改进的可编程逻辑控制器和一种改进的自动化系统。本发明的目的利用独立权利要求的特征来实现。在从属权利要求中给出了本发明的实施方式。

根据本发明提出了一种用于在可编程逻辑控制器中运行模拟输入组件的方法。模拟输入组件具有用于通路输出端、第一通路输入端、第二通路输入端和第三通路输入端的地电位。因此相同的地电位被分别用于通路输入端和输出通路端。地电位优选地指定为0伏。该方法包括以下步骤。

双芯测量变换器连接在模拟输入组件的通路输出端上和模拟输入组件的第一通路输入端上。四芯测量变换器连接在模拟输入组件的第一通路输入端上和模拟输入组件的第二通路输入端上。其他的测量电路连接在模拟输入组件的第二通路输入端上和第三通路输入端上。

利用变压器装置产生施加在通路输出端上的第一电势。同样利用变压器装置产生施加在第一通路输入端上的第二电势。第二电势的绝对值低于第一电势的绝对值并且高于地电位的绝对值。因此，第二电势位于地电位和第一电势之间。因此，在第一电势和第二电势之间存在电压。该电压对于双芯测量变换器的运行来说是必须的，这是因为双芯测量变换器没有外部电源。在第一和第二电势之间的电势差因此对于双芯测量变换器的运行来说也是必须的。要注意的是，只有第一和第二电势的绝对值必须高于地电位的绝对值。如果接地电位例如为0伏，第一和第二电势可以是正值也可以是负值。这里应注意的是，或者第一电势和第二电势都是正的或者第一电势和第二电势都是负的。

因此产生一个电流，该电流用于通过在第一电势和第二电势之间的电势差来对所连接的双芯测量变换器进行功能测试。和通过可编程逻辑控制器对双芯测量变换器参数化无关地产生该电流。

根据本发明实施方式，在地电位和第二通路输入端之间施加电势差。该电势差可以例如用于施加在第一通路输入端和第二通路输入端之间的电压信号。优选地，电压信号是一个所谓的共模电压也或者是不对称电压。优选地，该电压的绝对值小于第二电势的绝对值。

共模电压信号用于对导向四芯测量变换器的导线电阻和可能的中间连接的测量装置进行补偿。例如，如果经过铺设电缆和测量装置使电压下降4伏，那么为了补偿而施加4伏的共模电压。

在这种情况下，在地电位和第二通路输入端之间的电势差的绝对值低于第二电势的绝对值。

在另一个方面，本发明涉及一种用于可编程逻辑控制器的模拟输入组件。模拟输入组件具有地电位。该模块包括至少一个通路输出端、一个第一通路输入端、一个第二通路输入端和一个第三通路输入端。模拟输入组件的地电位是通路输出端的、第一通路输入端的第二通路输入端的和第三通路输入端的地电位。

通路输出端设计用于使第一电势位于在其上。第一通路输入端设计用于使第二电势位于其上。第二电势的绝对值低于第一电势的绝对值并且高于地电位的绝对值。在这里要注意的是，第一电势和第二电势都高于地电位或者第一电势和第二电势都低于地电位。

模拟输入组件设计用于安装在可编程逻辑控制器中。可编程逻辑控制器例如可以位于在自动化网络中。

自动化网络例如可以设计为工业自动化网络。这样的工业自动化网络例如可以设计、配置和/或设置用于控制和/或调节工业设备(如生产设备、输送设备等)、机械和/或装置。特别地，自动化网络或工业自动化网络可以具有实时通信协议(例如Profinet，Profibus，实时以太网)，用于至少在分配有控制和/或调节任务的组件之间(例如在控制单元和需要控制的设备和/或机器之间)进行通信。通过存储介质同样可以满足安全地传输数据。

但此外在自动化网络或工业自动化网络中，除了一个实时通信协议也仍可以提出至少一个其他的通信协议(该协议例如并不需要实时功能)，例如用于在自动化网络中对一个或多个控制单元进行监控、配置、重新规划和/或重新参数化。

自动化网络可以例如包括有线通信组件和/或无线通信组件。此外，自动化网络可以包括至少一个自动化装置。

自动化装置例如可以是计算机、PC和/或具有控制任务和/或控制能力的控制器。特别地，自动化装置例如可以是工业自动化装置，其利如特别设计、配置和/或设置用于控制和/或调节工业设备。特别地，这样的自动化装置或工业自动化装置有实时能力，即可以实时地进行控制或调节。为此自动化装置或工业自动化装置例如可以包括实时操作系统和/或此外至少一个对通信进行支持的有实时能力的通信协议(如Profinet，Profibus，实时以太网)。

自动化网络包括多个传感器和执行器。至少一个控制装置控制执行器和传感器。执行器、传感器和至少一个控制装置彼此交换数据。自动化协议用于数据交换。至少一个控制装置这样控制执行器、传感器和数据交换，即例如执行一个其中例如制造一种产品的机器生产过程。

工业自动化装置例如可以是可编程逻辑控制器、可编程逻辑控制器的模块或部分、集成在计算机或PC中的可编程逻辑控制器，以及用于连接在可编程逻辑控制器上的相应的现场设备、传感器和/或执行器、输入和/或输出设备或类似物，或者工业自动化装置包括这些装置。

在本发明中的自动化协议，被理解为任何类型的协议，该协议提出、适合和/或配置用于与根据本说明书的自动化设备进行通信。这种自动化的协议可以例如是(如根据IEC61158/EN50170的)Profi-Bus协议、Profi-Bus-DP协议、Profi-Bus-PA协议、Profi-Net协议、Profi-Net-IO协议、根据AS接口的协议、根据IO-Link的协议、KNX的协议、根据多点接口的协议(Muktipoint-Interface，MPI)，点至点(Point-to-Point，PtP)连接的协议，根据S7通讯规范的协议(该协议例如设置和配置与西门子公司的可编程逻辑控制器通信)，也或者工业以太网协议或实时以太网协议或用于与自动化设备通信的其他特殊协议。上述列举的协议的任意组合也可以设置为本说明书意义上的自动化的协议。

通路输出端和第一通路输入端设计用于连接双芯测量变换器。第一通路输入端和第二通路输入端设计用于连接四芯测量变换器。第二和第三通路输入端设计用于连接至少一个其他的测量电路。

根据本发明的实施方式，模拟输入组件设计用在第二通路输入端和地电位之间施加的电压。在这种情况下，第二通路输入端和地电位之间的电压的绝对值小于第二电势和地电位之间的电势差的绝对值。

根据本发明的实施方式，模拟输入组件具有开关装置。该开关装置设计用于将在模拟输入组件的通路输入端中任一个上接收到的信号输出给可编程逻辑控制器的放大器。换句话说，开关装置设计用于在不同的测量方法之间来回切换。根据切换开关装置的连接，因此可以使用连接在通路输入端上的不同的测量电路。

根据本发明的实施方式，模拟输入组件包括具有初级线圈以及第一和第二次级线圈的变压器装置。变压器装置设计用于利用初级线圈和第一次级线圈产生第一电势和第二电势。此外，变压器装置设计用于利用初级线圈和第二次级线圈产生模拟输入组件的电源电压。

根据本发明的实施方式，电源电压是第三电势和第四电势之间的电压。在这种情况下，第三电势高于地电位并且第四电势低于地电位。地电位以及第一和第二的电势因此通过变压器装置产生。变压器装置可以包括例如两个次级线圈和一个初级线圈。这特别节省空间，这是因为利用一个初级线圈产生了模拟输入组件的电源电压以及第一和第二电势。第一和第二电势之间的电压也可以称为双芯测量变换器的传感器电源。

根据本发明的实施方式，至少一个其他的测量电路是至少一个电阻温度检测器、至少一个热电偶和/或至少一个电压表。

根据本发明的实施方式，模拟输入组件有多个通路。每个通路具有通路输出端、第一通路输入端、第二通路输入端和第三通路输入端。因此可以这样设计每个通路，即第一电势施加在通路输出端上并且第二电势施加在第一通路输入端上。此外，每个通路都有一个通路特有的地电位。因此，第一通路的地电位不必等于第二通路的地电位。根据本发明的实施方式，可以设计模拟输入组件的每个通路。

在另一个方面，本发明涉及一种用于自动化系统的可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器具有至少一个根据本发明的实施方式的模拟输入组件。

在另一个方面，本发明涉及一种自动化系统，其具有至少一个根据本发明的实施方式的可编程逻辑控制器。

附图说明

下面参照附图更详细地阐述本发明的实施方式。图中示出：

图1是根据本发明的实施方式的模拟输入组件的示意图，其具有所连接的测量电路；

图2是模拟输入组件的变压器装置的示意图，该变压器装置具有一个初级线圈和两个次级线圈；

图3是根据本发明的实施方式的方法的流程图。

在以下附图中的彼此一致的元件用相同的参考标号来标识。

具体实施方式

图1是一个模拟输入组件100的示意图。模拟输入组件100包括一个通路输出端102、第一通路输入端104、第二通路输入端106和第三通路输入端108。模拟输入组件100也具有一个用作开关装置的多路复用器110。替代多路复用器110，也可以使用模拟开关或光电继电器(Optorelais)。多路复用器110具有四个输入端Mux1至Mux4和一个输出端Mux4out。双芯测量变换器112连接在通路输出端102和第一通路输入端104上。四芯测量变换器114连接在第一通路输入端104和第二通路输入端106上。其他的测量电路，例如电阻测量电路116，118和120、电压测量电路122和124以及热电偶126连接在第二通路输入端106和第三通路输入端108上。

通路输入端104-108都属于模拟输入组件100的第一通路。在此出于清楚的原因未示出第二通路。然而这表明，电阻测量电路116-120同样和模拟输入组件的第二通路的第二通路输入端连接，并且和模拟输入组件100的第二通路的第三通路输入端连接。

模拟输入组件100的电源电压经过保护二极管128和模拟输入组件的电路连接。这样选择电源电压，即保护二极管128分别在反向偏置的方向上被接通。该电路安排用于进行保护以防止过电压。

第一通路输入端104通过限流电阻130和分流电阻器132与第二通路输入端106连接。第二通路输入106通过二极管134与用于双芯测量变换器112的传感器电源的接地连接。要注意的是，用于双芯测量变换器112的传感器电源的接地和通路输出端102以及第三通路输入端104-108的地电位不完全相同。双芯测量变换器112通过输出端102和用于双芯测量变换器112的传感器电源的脉冲通路连接。有利的是，第一通路输入端104和第二通路输入端106通过二极管134和用于双芯测量变换器112的传感器电源的接地连接，而不是和通路输入端和输出端102-108的接地连接，这是因为因此可以将一个共模电压施加在通路输入端104和106上，该共模电压的绝对值小于传感器电源的接地的绝对值。如果，例如选择11伏特为传感器电源的接地，那么10伏特的共模电压被施加在通路输入端104和106上。要注意的是，二极管134在反向偏置的方向上运行。因此，如果传感器电源的接地例如为+11伏特，则这样使用二极管使得没有电流流过。这相应于图1中二极管134的布置。如果选择负值作为地面传感器的接地，则二极管134必须相应地在相反的方向上运行，从而使二极管在此也在反向偏置的方向上运行。

因此利用模拟输入组件100可能的是，可以为双芯测量变换器112在不通过可编程逻辑控制器进行参数化的条件下进行测试，这是因为在通路输出端102和第一通路输入端104之间的传感器电源电压施加在双芯测量变换器112上。此外可能的是，共模电压施加在四芯测量变换器114上，该四芯测量变换器连接在第一通路输入端104和第二通路输入端106上。这个共模电压的绝对值必须小于传感器电源的接地的电位的绝对值。利用共模电压例如可以补偿导线电阻或测量装置的电阻，该测量装置连接在模拟输入组件和四芯测量变换器114之间。如果例如通过导线和测量装置，电压下降了10伏特，则可以利用10伏特的共模信号对此进行补偿。

因此利用模拟输入组件100可以对双芯测量变换器112在未参数化的条件下进行测试。此外可能的是，共模信号被施加在第一和第二通路输入端104和106上。这由此可以实现，第一和第二通路输入端104和106通过二极管134和传感器电源的接地连接，该接地和通路输入端104-108的接地不相同。通过传感器电源的地电位相对于通路输入端104-108的地电位的偏移可以实现施加共模电压，而不会使电流流向传感器电源的接地，这是因为二极管134在反向偏置的方向被接通。

多路复用器110包括一个输出端，经过该输出端可以将信号输出给放大器(未显示)。取决于复用器110的接线可以将不同的信号输出给放大器。例如，电阻测量电路116-120的信号通过接通输入端Mux1和Mux3输出给放大器。通过接通输入端Mux2和Mux3可以将双芯测量变换器112的信号和四芯测量变换器114的信号输出给放大器。同样通过接通输入端Mux1和Mux3可以将电压测量电路122和124的信号以及热电偶126的信号输出给放大器。通过关闭开关136可以实现一个用于利用电压测量电路122测量更高电压的分压器。在打开开关136时利用电压测量电路124测量较低的电压。

图2描述了用于模拟输入组件100(未在图2中所示)的变压器装置200的示意图。变压器装置200包括一个初级线圈202和两个次级线圈204和206。利用初级线圈202和次级线圈204产生总共三个用在模拟输入组件中的电势。在次级线圈204的第一端部上产生了正的电源电压208，并且在次级线圈204的第二端部上产生了负的电源电压210。在次级线圈204中心，用于模拟输入组件的通路输入端的地电位下降。优选地，地电位212为0伏特。这意味着，正电源电压208的绝对值等于负电源电压210的绝对值。

利用初级线圈202和次级线圈206产生用于双芯测量变换器的传感器电源。传感器电源214的正电势在次级线圈206的第一端部上下降，并且传感器电源216的接地在次级线圈206的第二端部上下降。传感器电源216的接地通过过流保护元件218和电阻220与正电源电压208连接。此外，传感器电源216的接地通过过电流保护元件218和二极管222与地电位212连接。二极管222在反向偏置的方向上运行，并且用于以确保在地电位212和传感器电源216的接地之间没有短路生产。

在图3中显示了根据本发明的实施方式的方法的流程图。在第一个步骤S1中，双芯测量变换器连接在模拟输入组件的通路输出端上和模拟输入组件的第一通路输入端上。在步骤S2中，四芯测量变换器连接在模拟输入组件的第一通路输入端上和模拟输入组件的第二通路输入端上。在步骤S3中，其他的测量电路可以连接在模拟输入组件的第二通路输入端上和第三通路输入端上。

第一电势在步骤S5中产生。第一电势位于通道输出端上。利用变压器装置实现产生电势。利用变压器装置也在S6中产生第二电势，其施加在第一通路输入端上。在这种情况下，第二电势的绝对值是小于第一电势的绝对值并且大于地电位的绝对值。

在步骤S6中产生了用于对所连接的双芯测量变换器进行功能测试的电流。通过在第一电势和第二电势之间的电势差实现这种产生。

Claims (14)

1.一种用于在可编程逻辑控制器中运行模拟输入组件(100)的方法，其中所述模拟输入组件具有地电位(212)，该地电位用于通路输出端(102)、第一通路输入端(104)、第二通路输入端(106)以及第三通路输入端(108)，其中，所述方法包括以下步骤：

-连接(S1)双芯测量变换器(112)到所述模拟输入组件的所述通路输出端上和所述模拟输入组件的所述第一通路输入端上；

-连接(S2)四芯测量变换器(114)到所述模拟输入组件的所述第一通路输入端上和所述模拟输入组件的所述第二通路输入端上；

-连接(S3)其他的测量电路(116；118；120；122；124)到所述模拟输入组件的所述第二通路输入端和所述第三通路输入端上；

-利用变压器装置(200)产生(S4)第一电势(214)，所述第一电势施加在所述通路输出端上；

-利用所述变压器装置产生(S5)第二电势(216)，所述第二电势施加在所述第一通路输入端上，其中所述第二电势的绝对值低于所述第一电势的绝对值并且高于所述地电位的绝对值；

-产生(S6)电流，所述电流用于通过在所述第一电势和所述第二电势之间的电势差来对所连接的所述双芯测量变换器进行功能测试。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：

-在所述地电位和所述第二通路输入端之间施加电势差。

3.一种用于可编程逻辑控制器的模拟输入组件(100)，其中所述模拟输入组件具有地电位(212)，所述模拟输入组件包括至少：

-一个通路输出端(102)，其中所述通路输出端设计用于使第一电势施加在所述通路输出端上；

-一个第一通路输入端(104)，其中所述第一通路输入端设计用于使第二电势施加在所述第一通路输入端上，其中所述第二电势的绝对值低于所述第一电势的绝对值并且高于所述地电位的绝对值；

-一个第二通路输入端(106)；和

-一个第三通路输入端(108)；

其中所述通路输出端和所述第一通路输入端设计用于连接双芯测量变换器(112)，

其中所述第一通路输入端和所述第二通路输入端设计用于连接四芯测量变换器(114)，

其中所述第二通路输入端和所述第三通路输入端设计用于连接至少一个其他的测量电路(116；118；120；122；124)，

并且其中所述模拟输入组件的地电位是所述通路输出端的、所述第一通路输入端的、所述第二通路输入端的和所述第三通路输入端的地电位。

4.根据权利要求3所述的模拟输入组件，其中，所述模拟输入组件设计用于在所述第二通路输入端和所述地电位之间施加电压，其中在所述第二通路输入端和所述地电位之间的所述电压的绝对值小于在所述第二电势和所述地电位之间的电势差的绝对值。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的模拟输入组件，其中，所述模拟输入组件具有开关装置(110)，其中所述开关装置设计用于将在所述模拟输入组件的所述第一通路输入端、第二通路输入端以及第三通路输入端中任一个上收到的信号输出给所述可编程逻辑控制器的放大器。

6.根据权利要求3至4中任一项所述的模拟输入组件，其中，所述模拟输入组件包括具有初级线圈(202)以及第一次级线圈(204)和第二次级线圈(206)的变压器装置(200)，其中所述变压器装置设计用于利用所述初级线圈和所述第一次级线圈产生所述第一电势和所述第二电势，并且其中所述变压器装置设计用于利用所述初级线圈和所述第二次级线圈产生所述模拟输入组件的电源电压。

7.根据权利要求5所述的模拟输入组件，其中，所述模拟输入组件包括具有初级线圈(202)以及第一次级线圈(204)和第二次级线圈(206)的变压器装置(200)，其中所述变压器装置设计用于利用所述初级线圈和所述第一次级线圈产生所述第一电势和所述第二电势，并且其中所述变压器装置设计用于利用所述初级线圈和所述第二次级线圈产生所述模拟输入组件的电源电压。

8.根据权利要求7所述的模拟输入组件，其中，所述电源电压是第三电势(208)和第四电势(210)之间的电压，所述第三电势高于所述地电位，并且其中所述第四电势低于所述地电位。

9.根据权利要求3至4中任一项所述的模拟输入组件，其中，至少一个其他的测量电路是至少一个电阻温度检测器(116；118；120)、至少一个热电偶(126)和/或至少一个电压测量器(122；124)。

10.根据权利要求8所述的模拟输入组件，其中，至少一个其他的测量电路是至少一个电阻温度检测器(116；118；120)、至少一个热电偶(126)和/或至少一个电压测量器(122；124)。

11.根据权利要求3至4中任一项所述的模拟输入组件，其中，所述模拟输入组件具有多个通路，其中每个所述通路具有通路输出端、第一通路输入端、第二通路输入端和第三通路输入端。

12.根据权利要求10所述的模拟输入组件，其中，所述模拟输入组件具有多个通路，其中每个所述通路具有通路输出端、第一通路输入端、第二通路输入端和第三通路输入端。

13.一种用于自动化系统的可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器具有根据权利要求3至12中任一项所述的模拟输入组件。

14.一种自动化系统，所述自动化系统具有至少一个根据权利要求13所述的可编程逻辑控制器。