CN102906647A - Iec 61158现场总线支线的故障保护电路和使用其的方法 - Google Patents

Abstract

一种在IEC 61158现场总线网络的支线上使用的故障保护电路包括：快速动作限流器，适于在支线电流达到基准电流时将支线电流限制到所述基准电流的电平；控制装置，适于监视支线交流和/或直流电流和/或电压；及隔离装置，适于在从控制装置接收到致动信号的情况下，对所述支线施加分路短路隔离，其中，所述控制装置适于控制基准电流的电平，并且其中，当所述控制装置检测到所述支线上的一个或多个预定故障条件时，它致动隔离装置并降低基准电流的电平。

Description

IEC 61158现场总线支线的故障保护电路和使用其的方法

技术领域

本发明涉及一种供IEC 61158现场总线网络的支线（或仅仅装置）使用的改进故障保护电路、和一种使用故障保护电路的方法，该故障保护电路既具有静态和动态保护功能，又具有高级传报和控制。 

背景技术

现场总线（或场地总线）是一族工业计算机网络协议的名称，这族工业计算机网络协议用于实时分布控制，现在标准化为IEC 61158。复杂自动工业系统，例如燃料精炼厂，通常需要组织层级的控制器系统起作用。在这种层级中，在顶部处有人机接口（HMI），在该处，操作人员可监视或操作系统。这典型地经非时间关键通信系统（例如，以太网）链接到可编程逻辑控制器（PLC）的中间层上。在控制链的底部处是现场总线，该现场总线将PLC链接到元件上，上述元件实际上进行诸如传感器、执行器、电动机、控制台灯光、开关、阀及接触器之类的工作。 

现场总线常常用在本质安全环境中，例如可燃气氛，并且特别是气体族分类IIC、氢气和乙炔气、及下面，例如气体族IIB和IIA，用于气体和/或粉尘。使用现场总线协议，在这样一种环境中的现场仪器和设备经电气通信电路被远程地控制和监视，该电气通信电路常常提供在与驱动现场仪器的电力相同的电路中。 

在典型现场总线电力和通信电路中，有电源、某一种种类的本质安全屏障、引出到现场中的干线段、及具有连接到其上的支线的多个装置耦合器，在这些装置耦合器上，安装现场仪器。干线和支线一起形成段。本质安全屏障将电路划分成本质安全侧和非本质安全侧。电 源、PLC及其它系统，像物理层诊断模块、和使用的部分物理软件或协议，被布置在电路的非本质安全侧（通常在控制室中），这些物理层诊断模块测量电路和网络硬件的物理层属性。干线、装置耦合器、支线、及现场仪器布置在本质安全侧（在外面在现场中）。 

本质安全可按多种已知方式实现，从简单地限制功率从而开路或短路电路不能形成可燃电弧、到使用有源监视和隔离系统，这些有源监视和隔离系统允许较高功率等级，并且起将电源与开路或短路电路相隔离的作用，以防止可燃电弧。 

另外，在有源装置耦合器内使用限流保护电子装置也是普通的，如果短路发生在特定支线上，则这些限流保护电子装置起限制在该特定支线中的电流的作用。像这样的限流装置包括串联半导体元件和电流感测/驱动电路。电路监视支线上的电流，并且如果它作为短路发生在支线上的结果而达到断路电平，则将半导体切换成限制电流。电路或者按矩形方式工作并且将电流限制到断路电平本身，或者它按折回方式工作并且将电流限制到较低电平。 

例如当有意外电缆接通时，或者如果装置本身失效到短路状态（这可由电子元件失效或甚至仪器外壳的淹没引起），支线短路可发生。限流电子装置防止任何这样的故障使干线短路。当装置断开，或者当在例行维护和校准期间发生差错时，也可发生短路，所以限流电子装置起防护装置的作用，并且允许在有源支线上进行例行工作，而没有它影响电路的其它部分的危险。在有源装置耦合器内当前范围的两导线IEC61158现场总线支线限流保护电子装置包括SegmentProtector（段保护器）（RTM）和Spur Guard（支线防护）（RTM）产品。 

然而，这些限流装置在它们的应用方面受到限制，因为它们仅设计成处理支线或装置故障，这些支线或装置故障是恒定的或断续的低直流欧姆短路。它们不设计成处理例如交流阻抗短路。进一步，保护电子装置仅通过呈现高或无限阻抗隔离（包括开路）而隔离故障。因此，全部现有技术装置只提供对于一种类型的故障（即低欧姆直流故 障）的支线、干线或段保护。将认识到，这种类型的故障不是可引起现场总线段失效的唯一故障。在实际中，有无数其它支线和装置故障，这些支线和装置故障使段失效，并且不能被隔离。例如，这样的故障包括： 

i）在“jabber模式”中的装置，其中，故障装置发送连续信号，该连续信号重叠、或干扰其它合法信号。这种类型的故障是交流故障， 

ii）合法断续电流连结，例如在50mA限流支线上的20mA装置的断续连接、或支线电缆的断续接通-断开， 

iii）蠕变或静态故障，它呈现高电阻但低阻抗。这样的故障可由在电缆或装置中的失效引起，例如由电缆水侵入或电路失效引起。 

iv）蠕变故障，它呈现低电阻但高阻抗。这样的故障可调制矩形限流器，而不达到高得足以使折回电路操作的电平， 

v）高电阻串联故障，它使装置在低于限流器的电流断路电平的电流下断续地断开和再连接，它使比装置激励电压低的电压出现，这导致装置断续地接通和断开， 

vi）来自装置的潜在过/欠电流调制，及 

vii）周期性尖峰，它们慢得足以致动矩形限流，但快得不足以使保护电子装置进入折回模式。 

除以上之外，已知限流器只能处置它们被设计成按有限数量方式处理的故障。具体地说，只知道提供如下功能： 

i）使用一个或两个阶段的快速动作直流矩形电流限制， 

ii）折回到零电流一个设置时间极限，然后步骤或集成降级回矩形电流限制一个短时间，或者可选择地如果故障清除则降级回到正常操作状态，或者如果故障保持则返回到折回模式， 

iii）在预定和恒定时间内的折回模式。这在当检测到特定故障类型时可开始。 

在以上情况的每一种下，在固定过电流情形下，并且只在电路中定位限流电子装置的点处，才开始故障保护。更重要地，已知系统只监视进入故障的直流电流，并因此没有办法诊断故障的阻抗。 

发明内容

本发明打算克服以上问题的一些。 

因此，根据本发明的第一方面，在IEC 61158现场总线网络的支线上使用的故障保护电路包括：快速动作限流器，适于在支线电流达到基准电流时将支线电流限制到所述基准电流的电平；控制装置，适于监视支线交流和/或直流电流和/或电压；及隔离装置，适于在从控制装置接收到致动信号的情况下，对所述支线施加分路短路隔离，其中，所述控制装置适于控制基准电流的电平，并且其中，当所述控制装置检测到所述支线上的一个或多个预定故障条件时，它致动隔离装置并降低基准电流的电平。 

（将认识到，在实际中，现场总线支线将包括多个分离装置，然而，词“支线”这里打算限定现场总线网络的部分，该部分可包括一个或多个装置。它可仅包括直接连接到干线总线上的单个装置，因为这仍然构成在网络拓扑中的“支线”。） 

因而，本发明涉及监视支线的各种物理层特性的控制装置的使用，当检测到一个或多个预定故障时，该控制装置接着可起隔离支线的作用。本质上，本发明涉及：检测以上列出的故障种类，这些故障种类不由已知限流装置处置，例如交流调制故障、蠕变故障等等；和然后故意创建分路短路形式的净故障。按这种方式，限流器强迫起作用以处置这种设计“故障”，并且不保持不活动。当施加分路短路时，降低基准电流的电平，以便保护限流器的电流感测串联元件部件免于过热，但这也提供了有利的故障探测工具，该故障探测工具在下面进一步描述。降低电流基准是有效地对限流器施加小电流折回模式，该限流器否则会按矩形样式操作。 

由本领域的技术人员将认识到以上特征可在电路中生效的各种不同方式。然而，在优选实施例中，隔离装置可包括跨过支线的轨道安装的第一MOSFET，该第一MOSFET在其栅极端子处接收到致动信号的情况下，可被驱动到短路状态。 

这是有利的，因为第一MOSFET可呈现与故障的总平衡支线输出隔离。第一MOSFET例如可以是低欧姆轨道到轨道MOSFET，从而没有电流将流入到低电阻或低阻抗、高电阻故障中，但电流将流过限流器、和任何关联的诊断系统，例如故障传报电路。 

在优选构造中，来自控制装置的致动信号可供给到第二MOSFET的栅极端子，并且第二MOSFET的漏极端子可供给到第一MOSFET的栅极端子。这样，提供按有效方式致动第一MOSFET的倒相电路。 

限流器可包括第三MOSFET和运算放大器。第三MOSFET的源极端子可馈送到运算放大器的负端子，并且基准电流可馈送到运算放大器的正端子。运算放大器的输出可馈送到第三MOSFET的栅极端子，从而当支线电流达到基准电流时，第三MOSFET被控制成将支线电流限制到基准电流的电平。这是已知限流器布置。然而，另外，第四MOSFET可与所述基准电流串联地安装，其栅极端子由控制装置控制，由此控制基准电流的电平。 

因此，控制装置通过调整供给到第四MOSFET的电流，可简单地控制基准电流的电平。 

在一种构造中，控制装置可以是微控制器，并且致动信号可包括禁止信号，该禁止信号可馈送到第二和第四MOSFET两者的栅极端子。借助于这种构造，单个禁止信号同时致动隔离装置并降低基准电流的电平。 

微控制器可按已知方式监视支线，并且可编程成，通过直接感测或通过推断，检测期望的任何物理层故障。它有效地是比快速动作限流器慢的慢动作保护布置，但它通过推断和/或直接测量，可测量交流和/或直流支线和/或关联的干线电压、以及交流和/或直流支线电流。将认识到，为了满足本质安全标准，快速动作限流器需要到位，并且在其中限流器和微控制器都对故障反应的情形下，在电流基准由微控制器降低并且限流器进入折回模式之前，限流器将首先按常规方式起作用。 

在优选构造中，微控制器可使用模拟测量监视支线。模数变换器可介入在感测点与微控制器之间。用于模拟测量的一个原因是监视交流活动性，例如在支线和/或关联的干线上的信号。模拟测量可在电路中的矩形限流点之前或之后进行。测量限流器的输出电压的一个优点是，可估计第三MOSFET的状态，并由此可借助于电流测量的使用，推断负载或故障电阻和/或阻抗。 

测量到负载的电流的另一个原因是，可检测来自支线上的其它故障检测装置的调制信号发送。关于稳定状态静电流减已知调制，微控制器可将诊断报警发送给操作人员。另外，微控制器可布置成，自主地确定在哪个点处应该隔离支线，以防止发展中的故障到达临界等级。如果由操作人员忽略故障检测报警调制，但实际故障就要使段失效，或者引起物理损害，例如电化学腐蚀，则可发生这样的自主隔离。借助于发展中的故障的这样的具体知识，可启动支线隔离，以防止故障达到其中支线上的电流达到电流基准的电平。 

这种动态故障检测可扩展到自适应电流断路点的使用。微控制器根据电路设计可编程有阈值等级，所以它对于所讨论的支线被定制。例如，如果装置的平均电流是20mA，并且电流基准是50mA，则如果电流向上漂移到30mA或向下漂移到10mA，就可发出报警，并且/或者采取隔离动作。这样，基于自适应和/或固定的过和/或欠电流情形，故障保护电路会断路。在另一个例子中，对于具有两个阶段静电流的装置，可监视特性，并且可施加自适应断路点。具体地说，如果检测到两个电流，但信号发送和全部其它参数都是合理的，那么微控制器可忽略这个，如果一个或多个电流在期望电流范围外，则才隔离或发出报警。也可能的是，根据支线上的装置的电流进展，使用自适应电流断路点。断路点可取决于装置在较高或较低直流电压下具有较高信号等级和/或静电流的方式。 

当由微控制器根据其编程检测到这些各种故障的任一个时，可发出隔离故障和降低电流基准的致动信号。微控制器对其起作用的预定故障可与限流器反应的那些故障是同步的，如以上提到的那样，但不 是必需的。可能的是，允许限流器简单地表现，如它否则在一定故障条件下那样。然而，在故障涉及电流基准附近徘徊的支线电流，导致限流器的断续致动的场合，这样情景可由微控制器检测，并且起作用，以通过引入具有分路短路电路的净故障来防止这样的表现。 

基准电流的降低-将折回功能引入到限流器，意味着，为了诊断的目的，小支线电流是可得到的。如果限流器被隔离和切断，则情况不是这样。在第一实例中，限流器不被切断的事实允许，按简单方式从跨过第三MOSFET的电压降导出可见通知。然而，更重要地，如果随后解除支线隔离，将减小的支线电流连接到故障上，可监视到支线的电压，因而推断故障电阻或阻抗。借助于在支线输出处的电压测量、和电流测量，有可能辨别恒定电流或无限阻抗型负载和电阻性或导电型故障。配备有这种信息，可采取适当行动，例如可能没有必要在大电流下隔离恒定电流故障，但在小电流下隔离电阻性故障。 

减小的支线电流也可用于其它种类的故障探测，以估计支线的状态，并且这样一种布置可以比采用已知大得多的故障试验电流的任一种都好。另外，微控制器可编程为，动态地改变电流基准，并因此改变供给到支线的电流。这为了功率消耗减小、或作为故障探测的函数可进行，以在故障的停止的情况下，按非破坏方式将电流引入到支线。 

因此，根据本发明的第二方面，提供一种使用故障保护电路的方法，所述故障保护电路在IEC 61158现场总线网络的支线上使用并包括：快速动作限流器，适于在支线电流达到基准电流时将支线电流限制到所述基准电流的电平；控制装置，适于监视支线交流和/或直流电流和/或电压；及隔离装置，适于在从控制装置接收到致动信号的情况下，对所述支线施加分路短路隔离，其中，所述控制装置适于控制基准电流的电平，并且其中，当所述控制装置检测到所述支线上的一个或多个预定故障条件时，它致动隔离装置并降低基准电流的电平，所述方法包括以下步骤： 

i）在控制装置致动隔离装置并降低基准电流的电平之后，停止到隔离装置的致动信号，使得将限制电流供给到支线， 

ii）监视支线交流和/或直流电流和/或电压，以诊断支线上的故障的性质。 

将认识到，存在应用以上方法实现不同目标的多种方式。例如，依据检测的故障的性质，可改变在停止致动信号之前的时间延迟，并且依据检测到什么，可改变当将限制电流施加到支线上时可得到的微控制器对于诊断信息的反应。比如，如果故障继续存在，则系统可进入反馈环路，直到故障清除，或者隔离可以是恒定的，直到采取补救行动。如果故障在将限制电流连接到支线上的情况下已经清除，则升高电流的电平的方式可取决于预定标准，例如，它可以是到正常电平的分步增大或立即增大。 

如以上提到的那样，所述方法还可包括如下步骤： 

iii）改变基准电流以调整支线电流，以便探测支线上的故障。 

同样，这如何进行可以是预定的，并且可基于原始检测故障的性质。例如，如果已经检测到支线电流已经爬升到基准电流的10mA以内，则电流基准可被立即增大到这个电平，以确定故障是否保持。 

因此，可按十分复杂的方式编程微控制器，以确定对于给定组的IEC 61158-2物理层变量、或这样的变量的组合采取什么行动。因为当支线由微控制器按以上描述的方式监视和控制时从支线可得到的诊断信息的纯粹量，这是可能的。将认识到是可能的不同种类诊断，并且可采取的不同行动路线对于操作人员将是选择问题。在现场总线网络物理层诊断和故障校正方面有知识的技术人员，将能够按所希望的各种各样的方式使用故障保护电路，并且像这样，这里不给出全部可能使用方法的穷尽细节。 

然而，本发明的方法还可包括如下步骤： 

iii）以固定、变化或随机时间间隔致动隔离装置预定时段。 

因此，微控制器可编程为，根据检测故障的性质，将检测故障隔离固定时间间隔、较长或较短时间间隔、或按随机时间间隔隔离。按随机方式这样做的优点是，如果在现场总线网络中有已经导致支线隔离的多于一个故障，则在隔离的停止之间的时间间隔在网络中将不是 同步的。这样，削减侵入电流，并且可保持良好信号质量和装置电压电平。 

可选择地，更新时间可以是交错的。比如，在首先检测到特定类型的故障之后，隔离的停止可在它开始之后短时间内发生，或许因为这样的故障可迅速地清除。然而，如果故障在支线上仍然存在，则以后隔离时间可逐渐增大，所以如果故障是恒定的，则电报报告的数量将相对于时间减小，避免不必要破坏。关于这种布置的另一个显著优点是，如果故障归因于电缆弄湿，那么可消除电化学腐蚀。这样的故障在无人管理的系统上常常可保持数小时或甚至数天，并且如果在每秒的20ms内供给电流，则电化学腐蚀时间将足以引起要求大修工作的显著电缆侵蚀。当然，在修理的情况下，更新时间应该最小。这可通过使用微控制器的手动、远程、或自动复位而实现。在支线端子的再连接解释为再试的指令的场合，可使用自动机电系统。 

附图说明

本发明可按各种方式进行，但现在作为例子，并且参照附图将描述两个实施例，在附图中： 

图1是根据本发明第一方面的故障保护电路的示意图；和 

图2是根据本发明第一方面的故障保护电路的电路图。 

具体实施方式

如图1所示，供在IEC 61158现场总线网络的支线5上使用的故障保护电路包括：快速动作限流器4，适于在支线电流达到基准电流2时将支线电流限制到所述基准电流2的电平；控制装置，以微控制器9的形式，适于借助于测量8和8′监视支线交流和/或直流电流和/或电压；及隔离装置，以可切换元件12的形式，适于在从控制装置9接收到致动信号7时，对所述支线5施加分路短路隔离。控制装置9适于控制基准电流的电平，如在10处所示，并且当所述控制装置9检测到在所述支线5上的一个或多个预定故障条件时，它致动隔离装置12， 并且降低基准电流2的电平。 

图1中表示的基本电路是快速动作、可调整矩形限流器4，该限流器4布置在现场总线干线3与现场总线装置6之间，连结到现场总线支线5上。矩形限流器4包括内部电流感测电阻器（未表示在图1中），该内部电流感测电阻器具有由来自可编程电压基准源1、或来自固定设置点11的电流基准2支配的比例恒定电流控制。直到这点，电路是已知技术。 

然而，经测量8和8′（8′在干线3上），微控制器9可检测支线交流和/或直流电流和/或电压电平，并且它编程成，当它检测到物理层特性时反应，这些物理层特性指示在支线5上发生的多个特定故障的任何一个。编程微控制器的方式、和它建立检测的准确故障类型对于操作人员是选择问题。按这种方式可检测的故障的种类有多种，并且在以上讨论了。基本上这些是不由已知限流器4有效处置的故障。 

当检测到这样一种故障时，微控制器9发出致动信号，该致动信号将元件12切换成，跨过支线5的轨道呈现分路短路。因此，微控制器9故意创建在支线5上的分路短路形式的净故障。按这种方式，限流器4强迫起作用以处置这种设计“故障”，并且不保持不活动。另外，当施加分路短路时，微控制器9降低电流基准2的电平，以便保护限流器4的电流感测串联元件免于过热。按这种方式降低电流基准2是有效地对限流器4施加小电流折回模式，该限流器4否则会按矩形样式操作。 

在某些情形下，限流器4和微控制器9都将对于在支线5上的故障反应，并且如果这样，则在微控制器9然后发出致动信号之前，限流器4将首先反应。呈现分路短路的元件12的切换将不实现任何事情，因为限流器4将已经在限流模式中，但电流基准2的降低将把限流器4置于在小电流折回模式中。 

微控制器9使用模拟测量8和8′监视支线5。模数变换器ADC介入在感测点与微控制器9之间。这允许微控制器9监视交流活动性，例如在支线5上和在干线3上的信号。如由图1清楚的那样，测量8 在电路中的矩形限流点之后进行。按这种方式测量限流器4的输出电压的一个优点是，可估计在它内的串联元件的状态，并由此可借助于电流测量的使用推断负载或故障电阻和/或阻抗。另外，这种布置也允许来自在支线5上的故障检测装置（未表示），例如在装置6中的水侵入检测器，的调制信号发送的检测。 

如以上提到的那样，微控制器9可编程成，按多种方式处理检测的故障，包括当检测的物理层特性建议故障即将发生时采取行动。这也可扩展到自适应电流断路点的使用，以适应支线5设计。 

一旦已经检测到故障，并且采取隔离支线5的行动，那么就接着可将减小基准电流2用于诊断目的。具体地说，微控制器9可停止将致动信号7发送到可切换元件12，所以支线5被供有减小的电流。这样，可监视到支线5的电压，因而推断故障电阻或阻抗。借助于在支线5输出处的电压测量、和电流测量，有可能辨别恒定电流或无限阻抗型负载和电阻性或导电型故障。配备有这种信息，由微控制器9可采取适当行动，例如可能不在大电流下隔离恒定电流故障，但在小电流下隔离电阻性故障。关于故障的信息也可被发送到控制室。 

进一步，微控制器9可编程成，动态地改变电流基准2，并因此改变供给到支线5的电流。如以上描述的那样，这为了功率消耗减小、或作为故障探测的函数可进行，以在故障停止时，按非破坏方式将电流引入到支线5。 

另外，微控制器9可编程成，根据预定基本理由，将支线5重新连接到减小的电流上，包括根据检测的故障的性质、根据固定或随机重复时间帧、或根据交错时间帧。再一次，这些方法和与它们关联的优点如以上讨论的那样。 

在某些故障条件下，微控制器9可编程成，允许限流器4通过根据电流基准2限制在支线5上的电流而简单地起作用，如它否则会起作用的那样。 

图2表示用来实现上述故障保护电路的实际电路图。图2表示在总线端子22和23与支线端子24和25之间的故障保护电路的正轨道 20和负轨道21。限流器包括第三MOSFET 26和运算放大器27。第三MOSFET 26的源极端子28馈送到运算放大器27的负端子29，并且基准电流30馈送到运算放大器27的正端子31。运算放大器27的输出32馈送到第三MOSFET 26的栅极端子33，从而当由第三MOSFET 26从负轨道21所感测的支线电流达到基准电流30时，第三MOSFET 26被控制成将支线电流限制到基准电流30的电平。这是已知限流器布置。将认识到，各种电阻器因为实际应用原因置于这个电路中。 

将微控制器的输入端子34连接到电路的负轨道21上，以检测支线电流。微控制器的输出端子35发出二进制禁止信号，该二进制禁止信号馈送到两个MOSFET。 

第一MOSFET 36跨过支线的轨道安装，该第一MOSFET 36在接收到禁止信号时，可被驱动到短路状态。这是有利的，因为第一MOSFET 36可呈现总支线输出与故障的隔离。第一MOSFET 36是低欧姆轨道对轨道MOSFET，从而没有电流将流入到低电阻或低阻抗、高电阻故障中，但电流将流过限流器、并选择性地流过任何关联的诊断系统，例如故障传报电路（未表示）。 

如将从图2认识到的那样，第一MOSFET 36由第二MOSFET 37控制。禁止信号供给到第二MOSFET 37的栅极端子38，并且其漏极端子39馈送到第一MOSFET 36的栅极端子40。这样，提供了按有效方式致动第一MOSFET 36的倒相电路。 

第四MOSFET 41与基准电流30串联地安装，在它与地之间，其栅极端子42由微控制器的输出端子35控制。因此，在检测到故障时，发送禁止信号，将第一MOSFET驱动成呈现分路短路，并且向下驱动基准电压。这可从约56mA向下到10mA。将认识到，借助于这种布置，电流基准可由微控制器通过第四MOSFET 41、通过改变禁止信号的强度而精确地控制。这对于第一MOSFET 36的操作没有影响，因为它由倒相器结构驱动，而与禁止信号的强度无关。 

微控制器也可为了故障探测和功率重新引入的目的，直接调整基 准电流30。 

在图2中表示的电路用来实现以上关于图1描述的方法和功能的方式，对于技术人员将是显然的。具体地说，它主要涉及微控制器的具体编程，如希望的那样。 

然而，图2没有示出本发明如何创建闭环恒流电路，其中，没有电流流到负载，但它的确有利地流过故障保护元件。这依靠留在这个闭环电路中的阻抗。 

本发明的第二方面是一种使用故障保护电路的方法，并且上述实施例和伴随描述为这种方法提供充分支持。 

因此，本发明提供一种故障保护电路，该故障保护电路通过对于宽得多的故障条件组进行检测和保护而克服在已知简单限流装置中的缺陷。它也能够检测由报警探测，例如泄漏检测系统，发送的物理层诊断变量，这些泄漏检测系统用高阻抗调制来调制支线电流。进一步，故障保护电路也包括有用的诊断特征，并且它也可调整其特性以适合特别限定的故障情形。 

Claims (8)

1.一种在IEC 61158现场总线网络的支线上使用的故障保护电路，包括：快速动作限流器，适于在支线电流达到基准电流时将支线电流限制到所述基准电流的电平；控制装置，适于监视支线交流和/或直流电流和/或电压；及隔离装置，适于在从控制装置接收到致动信号的情况下，对所述支线施加分路短路隔离，其中，所述控制装置适于控制基准电流的电平，并且其中，当所述控制装置检测到所述支线上的一个或多个预定故障条件时，它致动隔离装置并降低基准电流的电平。

2.根据权利要求1所述的故障保护电路，其中，所述隔离装置包括跨过所述支线的轨道安装的第一MOSFET，该第一MOSFET在其栅极端子处接收到致动信号的情况下，被驱动到短路状态。

3.根据权利要求2所述的故障保护电路，其中，来自控制装置的致动信号供给到第二MOSFET的栅极端子，其中，第二MOSFET的漏极端子供给到第一MOSFET的栅极端子，使得提供倒相电路以致动第一MOSFET。

4.根据权利要求3所述的故障保护电路，其中，所述限流器包括第三MOSFET和运算放大器，其中，第三MOSFET的源极端子馈送到运算放大器的负端子，并且基准电流馈送到运算放大器的正端子，其中，运算放大器的输出馈送到第三MOSFET的栅极端子，使得当支线电流达到基准电流时，控制第三MOSFET以将支线电流限制到基准电流的电平，以及其中，与所述基准电流串联地安装第四MOSFET，其栅极端子由控制装置控制，由此控制基准电流的电平。

5.根据权利要求4所述的故障保护电路，其中，所述控制装置是微控制器，其中，所述致动信号包括禁止信号，该禁止信号馈送到第二和第四MOSFET两者的栅极端子。

6.一种使用故障保护电路的方法，该故障保护电路在IEC 61158现场总线网络的支线上使用，该故障保护电路包括：快速动作限流器，适于在支线电流达到基准电流时将支线电流限制到所述基准电流的电平；控制装置，适于监视支线交流和/或直流电流和/或电压；及隔离装置，适于在从控制装置接收到致动信号的情况下，对所述支线施加分路短路隔离，其中，所述控制装置适于控制基准电流的电平，并且其中，当所述控制装置检测到所述支线上的一个或多个预定故障条件时，它致动隔离装置并降低基准电流的电平，其中，所述方法包括如下步骤：

i）在控制装置致动隔离装置并降低基准电流的电平之后，停止到隔离装置的致动信号，使得将限制的电流供给到支线，

ii）监视支线交流和/或直流电流和/或电压，以诊断支线上的故障的性质。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括如下步骤：

iii）改变基准电流以调整支线电流，以便探测支线上的故障。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括如下步骤：

iii）以固定、变化或随机时间间隔，将隔离装置致动预定的时段。

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