CN104049572A - 控制信号保护设备 - Google Patents

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Abstract

具有第一运行模式和第二运行模式的控制信号保护设备包括将信号保护设备连接至控制系统的第一端子对和将转换器连接至现场设备的第二端子对。控制系统提供控制信号到控制系统保护设备。控制信号设备进一步包括用于电能暂时蓄电的储能元件和用于控制信号保护设备的运行模式的开关电路。在第一运行模式下，电能储存在储能元件中。在第二运行模式下，储存在储能元件中的电能提供到第二端子对的正极端子。

Description

控制信号保护设备
技术领域
本发明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方法和装置。
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。
发明内容
根据第一示例性方面，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。
在另一个优选的形式中，输出端子间的电压在第二运行模式下保持为经滤波的电压。
在另一个优选的形式中，第一运行模式是普通模式，在该模式下控制信号提供给输入端子，其中第二运行模式是保护模式，在该模式下，没有控制信号提供给输入端子。
根据第二示例性方面，保护提供给在过程控制系统中的现场设备的控制信号的方法包括，提供主站，并且可通信地耦合主站到多个包括第一和第二卡的输入输出(I/O)卡，其中运行被可选择地从第一卡切换到第二卡。该方法也包括，通过第一卡或第二卡从主站提供一个控制信号到控制信号保护设备。在运行从第一卡转换到第二卡的过程中，控制信号保护设备从第一个运行模式切换到第二运行模式。在一个实施方式中，控制信号保护设备在第一运行模式下在储能元件中储存电能，并将在储能元件中储存的电能提供到第二运行模式下控制信号保护设备的输出端子。
进一步根据第一示例性方面，方法进一步包括，在任何组合，任何一个或多个以下优选形式：
在一个优选形式中，控制信号保护设备在第一运行模式下在储能元件中储存电能，并将在储能元件中储存的电能提供到第二运行模式下控制信号保护设备的输出端子。
在另一个优选形式中，在储能元件中储存电能包括在第一电容器中和在第二电容器中储存能量，提供电能包括从第一电容器和从第二电容器转移储存的电能到控制信号保护设备的输出端子。
在另一个优选形式中，使得控制信号保护设备从第一运行模式切换到第二运行模式包括，当进入信号保护设备的电流低于一个阈值时，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，当进入信号保护设备的电流高于一个阈值时，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。
根据第三示例性方面，控制在过程控制系统中的现场设备的系统包括，主站和耦合到主站以将控制信号提供到现场设备的多个输入/输出(I/O)卡。多个I/O卡包括主I/O卡和备用I/O卡。该系统还包括一个I/O卡控制器，其配置为有选择地在主I/O卡和备用I/O卡之间切换。控制信号保护设备可通信地耦合到I/O卡和现场设备，其中，在主I/O卡和备用I/O卡之间的转换运行过程中，控制信号保护设备在信号保护设备的输出维持控制信号。
进一步根据第三示例性方面，系统进一步包括，在任何组合，任何一个或多个以下优选形式。
在一个优选形式中，控制信号保护设备配置为在第一运行模式下在储能元件中储存电能，并将在储能元件中储存的电能提供到第二运行模式下控制信号保护设备的输出端子。
在另一个优选形式中，储能元件包括至少一个电容器。
在另一个优选形式中，储能元件包括第一电容器和第二电容器，从第一电容器和从第二电容器提供电能到控制信号保护设备的输出端子。
在另一个优选形式中，电能储存元件包括充电泵。
在另一个优选形式中，控制信号保护设备进一步配置为在控制信号保护设备的输入端监控电流电平，响应于发现电流电平低于一个阈值时控制信号保护设备的运行从第一运行模式切换到第二运行模式。
在另一个优选形式中，控制信号保护设备被作为一个与现场设备分离的元件提供。
附图说明
图1示出了根据本发明一个公开实施例的集成了控制信号保护技术的过程控制系统；
图2是利用中断穿越电路(interruption ride-through circuit)转换器的一个系统的示意图；以及
图3示出了在一种可能的电路配置中中断穿越转换器的电路图。
具体实施方式
根据一个实施方式，图1示出了根据本发明的集成了控制信号保护技术的过程控制系统100。该示例过程控制系统100包括一个有线电厂自动化网络110，其按照工业自动化协议(例如，HART，PROFIBUS DP(分散外围)等等)或其他合适的通信协议来运行。有线电厂自动网络110包括连接到一个或多个主机或计算机111(其可以是任何类型的个人计算机或工作站)的一个或多个控制器114，且该控制器114连接到输入/输出(I/O)设备116的触排，输入/输出(I/O)设备116的每一个依次连接一个或多个现场设备122。控制器114可以是，仅举例说明，费希尔-罗斯蒙特系统公司(Fisher-Rosemount,Inc.)出售的DeltaVTM控制器，其通过例如以太网连接120或其他通信连接可通信地耦合到主站111。同样地，使用任何适合的与例如标准4-20ma设备和/或任何例如现场总线或HART协议的智能通信协议有关联的硬件和软件，控制器114可通信地耦合到现场设备122。如一般所知的，控制器114执行或监督在其内储存的或相反与其相关联的过程控制例程，且和设备122通信以任何需要的方式来控制过程。
现场设备122可以是任何种类的设备，像阀、阀定位器、开关、传感器(例如温度、压力、震动、流速或pH传感器)、泵、风扇等等，或两个或多个这样类型的混合，同时卡触排116(card bank)中的I/O卡可以是符合任何例如HART、现场总线(Fieldbus)、过程现场总线(Profibus)等的合适的通信或控制协议的任何类型I/O设备。现场设备122在例如打开或关闭阀门，或测量过程参数的之类的过程或过程控制环路内执行控制、监控和/或物理功能。在图1示出的一个实施方式中，现场设备122a-122c是通过模拟线路与I/O卡116a通信的标准4-20ma设备。在另一个实施方式中，现场设备122a-122c是Hart设备，并且I/O卡116a是Hart兼容I/O卡。在一个实施方式中，控制系统100包括4-20ma设备和Hart设备。因此，在这个实施方式中，控制系统100包括一个或多个4-20ma兼容I/O卡和一个或多个Hart兼容I/O卡。
图1中的实施方式中，现场设备122d-122f是诸如现场总线现场设备的智能设备，其使用例如现场总线通信协议通过数字总线118与I/O卡116通信。当然，现场设备122和I/O卡116的触排(bank)除了可以遵从4-20ma、HART或现场总线协议之外，还可以遵从其他的适合的标准或协议，包括未来发展的任何标准或协议。
每一个控制器114配置为执行一个使用普遍被称为功能块的控制策略，其中每一个功能块是总体控制程序的一个部分(例如子程序)，并且与其他功能模块(通过称作链接的通信)共同运行以在过程控制系统100中执行过程控制环路。典型地，功能块执行例如与发送机、传感器或其他过程参数测量设备相关的输入功能、例如与控制程序执行PID、模糊逻辑等控制相关的控制功能、或者控制例如阀的某些设备运行的输出功能中的一个，以执行过程控制系统100中的某些物理功能。当然也存在混合和其他类型的功能块。这些功能块的组叫做模块。功能块和模块可存储在控制器12之中并且由控制器12来执行，当这些功能块使用时该控制器12典型是一个箱子，或与标准的4-20mA设备和某类型智能现场设备相关，或被现场设备自己储存和执行，这些可以是具有现场总线设备的箱子。当本文提供的控制系统的说明使用功能块控制策略时，也可用例如梯形逻辑、顺序流程图等的其他约定或用任何适合的专有或非专有编程语言来执行和设计控制策略。
图2是一个控制系统200的示意图，其中，利用控制信号保护设备维持控制信号以防控制信号中断的发生。控制系统200包括连接到冗余I/O子系统204的主站202。参见图1，在一个实施方式中，主站202相当于主站111a或主站111b，并且I/O子系统204包含于例如I/O卡触排(card bank)116中。I/O子系统204的输出提供到现场设备220以控制现场设备220的运行。现场设备220可以是适合的4-20mA现场设备，例如电流压力转换器或阀控制器，例如，所述阀控制器在4到20mA的范围接收控制信号且转换控制信号为气动控制信号以控制阀的位置。
I/O子系统204包括为现场设备202提供冗余控制的冗余配置。具体地，I/O子系统包括第一I/O卡206a和第二I/O卡206b。I/O卡206a可以是主要或活跃的I/O卡，而I/O卡206b可以是备用I/O卡。倘若主卡206a失效，I/O卡控制器208通过从主卡206a到备用卡206b自动切换运行来控制I/O子系统204的运行。另外，I/O控制器208配置为周期性地从主卡206a到备用卡206b切换运行，以便验证备用卡206b的功能。从主卡206a到备用卡206b或从备用卡206b到主卡206a的转换，一般而言，可能导致在I/O子系统204的输出出现控制信号的中断。提供到现场设备220的控制信号的这种中断会在控制中的过程中导致某些不希望的影响。例如，提供到阀控制器的控制信号暂时丢失，会导致相应的阀移动到意想不到的位置，因此潜在地扰乱控制中的过程的正常运行。进一步地，在某些情况下，控制信号的暂时丢失会导致阀控制器使得阀锁定在安全状态下，例如在完全打开或在完全关闭的位置，例如，或在其他预定位置上。例如，阀控制器可与紧急关闭阀相关联，该紧急关闭阀响应于控制信号的丢失，可能导致紧急关闭阀从而锁定在完全关闭位置以避免例如液体流动。在这样的情况下，阀回到普通运行需要运行员手动解锁阀。
系统200包括与I/O子系统204和现场设备220串联连接的控制信号保护设备210。如图2所示，控制信号保护设备210包括一对输入端子212和一对输出端子214。输入端子212将控制信号保护设备210连接到电流环路(例如4-20mA电流环路)，该电流环路从I/O子系统204提供控制信号到现场设备220。输出端子214将控制信号保护设备210连接到现场设备220的控制信号电流环路端子。一般来说，如果控制信号保护设备210的输入端子处的控制信号丢失或暂时中断，控制信号保护设备210配置为在控制信号保护设备210的输出端214在一定时期内保持信号电平(例如电压电平)。为了这个目的，控制信号保护设备210包括储存元件或被耦合到储存元件上(例如电容器)，该储存元件在控制系统200的普通运行期间在其中储存足够量的能量，然后利用储存的能量，在输入到设备210的控制信号的暂时中断的持续时间内，在设备210的输出处保持控制信号。结果，例如在主卡206a和备用卡206b之间转换运行期间，现场设备220的运行不会受到暂时控制信号丢失的影响。例如，通过控制信号保护设备210提供到阀的控制信号将会保持在控制中的阀的关闭阈值之上的足够的电平，结果，阀不会关闭且在一个实施方式中，如果暂时控制信号中断发生，则需要重置阀。
在一个实施方式中，控制信号保护设备210通过从控制信号环路(例如，4-20mA控制信号环路)提取小量能量来运行，以及在包含于或耦合于信号保护设备210的储存元件(例如，电容器)中储存提取的能量。在信号保护设备210的运行普通模式下，当控制信号出现在控制保护设备210的输入时，信号保护设备210在控制保护设备210的输出处呈现滤波后的控制信号。因此，在运行普通模式下，控制信号设备210一般使得控制信号从主站202通到现场设备220，以控制现场设备220的运行。在一个实施方式中，信号保护设备210配置为从主站202到现场设备220通过控制信号而没有对控制信号大量地滤波，且因此，提供到现场设备220的控制信号无显著延迟。进一步地，在一个实施方式中，控制信号保护设备210配置为在控制系统200的普通运行期间内，从控制电流环路中提取一个足够少量的能量以便不扰乱电流环路的运行，且不会显著干扰在电流环路上的通信信号(例如，HART通信信号)。
控制信号保护设备210配置为在输入端子212处监控输入电流(或电压)，以及当在输入端子212处的输入电流(或电压)降到某一阈值以下时进行侦测，低于阈值表明从I/O子系统204在控制信号保护设备210的输入处的控制信号的丢失。响应于侦测到的在控制信号保护设备210的输入处的控制信号的丢失，控制信号保护设备210配置为切换运行到保护模式，在这保护模式下，利用储存在储存元件中的能量来维持控制信号保护设备210的输出端子214之间的控制信号电平。控制信号保护设备210也配置为当在输入端子212处的受监控输入电流(或电压)超越所述阈值时进行侦测，超过阈值表明来自I/O子系统204的控制信号重新恢复。当侦测到控制信号已经返回控制信号保护设备210的输入时，控制信号保护设备210配置为切换运行到普通运行模式，在该普通运行模式下，出现在控制信号保护设备210的输入端子212处的控制信号经滤波后转移到控制信号保护设备210的输出端子214。控制信号保护设备210可以与现场设备220集成。例如，控制信号保护设备210集成到具有现场设备的本地控制面板以手动运行该现场设备，例如手动打开或关闭安全隔断阀。另一个例子，控制信号保护设备210集成到HART滤波设备，提供该HART过滤设备以促进在现场设备220和主站202之间的HART通信，例如当根据HART通信协议现场设备220没有配置用于通信时。可替换地，提供现场设备210作为用控制输入串联到现场设备220的外部组件。在某些实施方式中，控制信号保护设备210可以是多信道设备，其能够为现场设备220的多控制输入和/或为多个现场设备各自的控制输入提供控制信号保护。
如图2所示，通过与I/O子系统204的有线连接，控制信号设备210接收I/O子系统204提供的控制信号，或例如通过冗余无线I/O卡触排(card bank)，从控制站无线接收控制信号。关于图1，在一个实施方式中，现场设备220对应于4-20mA或HART现场设备122。在另一个实施方式中，现场设备220对应于配置为和主站无线通信的4-20mA或HART现场设备。
图3示出了控制信号保护设备210的一个可能实施例的电路300的图。电路300包括换一对输入端子302和一对输出端子304。输入端子302可通信地耦合于控制系统中的一个I/O卡子系统的一个输出。输出端子304连接于现场设备，如阀控制器。电路300通过提取或收获通过电流流过电路300产生的小额电能并且在电路300的电能储存元件中储存所述提取的能量来运行。如果电流在输入端子302处进入电路300时发生短时中断，例如由于在I/O卡转换运行期间而造成的暂时控制信号丢失，则所述储存的能量保持输出端子对304之间所需的电压电平。可替换地，在电路300的输入电流中断期间内，与电路300类似的电路可以通过使用储存能量提供所需电流(而非电压)到输出端子304来运行。
电路300包括第一开关308和第二开关312。每一个开关308和312可以是金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)、不同类型的晶体管、或其他本领域熟知的电子开关装置。第一运算放大器(“运算放大器”)306用于控制开关308的运行状态，第二运算放大器310用于控制第二开关312的运行状态。可以理解的是，在某些实施方式中，分立式晶体管可以作为控制元件用于代替运算放大器306和310来控制开关306和308的运行。
当进入电路300的电流足够高(例如，高于2mA)时，电路300通过提供电流到输出端子304上在普通运行模式下运行。在普通运行模式下，运算放大器306的输出足够高以保持开关308在打开状态。因此，运算放大器310的输入如此使得运算放大器310在饱和状态下运行。如图所示，运算放大器310的输出用于控制开关312的状态，运算放大器310的饱和状态保持开关312在打开状态。
继续参见图3，电容器314和电容器316用于在电路300的普通运行模式下储存能量以在电路300的控制信号暂时中断的持续时间内维持输出端子304之间的输出电压。为了在电路300的普通运行模式期间内以足够低速率在电容器314和316中储存能量以不干扰电路300的普通运行模式，例如保持足够低的由电路300引入的延迟，或不干扰环路中的正常通信(例如，HART通信)，在电容器314、316中储能速率分别由电阻320和318控制。在某些实施方式中，如图3所示的作为用于储存能量的两个电容器配置的一个替代方案，用单个电容器作为电路300中的储能元件。可替换地，可以使用储存能量的其他方法。例如，可使用充电泵或电感式升压电路。在这样的实施方式中，以比电路300的输入端子302间电压电平更高的、在输出端子304间的电压来储存能量。
电流监控电路监控进入电路300的电流，目的是控制电路300的运行模式。在图3的实施方式中，电路监控电路包括电阻340、342和344连同运算放大器306输入端子间耦合的电容器的组合。当进入电路300的输入电流降到某一阈值以下(例如，低于2mA)，电流监控电路导致电路300从电路300的普通运行模式切换到电路300的保护运行模式。在保护运行模式下，在进入电路300的电流中断的持续时间内，电路300输出端子304的电压保持在所需电平。在这种运行模式下，因为非常小或没有电流进入电路300，运算放大器306的输入端子间电压差变得足够小以致运算放大器306的输出控制开关308转换到关闭状态。反过来，开关308的关闭状态，导致运算放大器310的负极端子处电压电平升高，于是，导致运算放大器310输入端子间电压差的降低。结果，运算放大器310输出端子处的电压电平下降，导致开关312转换为关闭状态。在关闭状态，开关312有效地将电容器314的负极端子和电容器316的正极端子连接，储存在电容器314和316的能量提供到输出端子对304的正极侧。
在电路300的保护运行模式下，在电路300的输出端子304间保持的电压电平由包含在电路300中的电压保持元件来决定，例如电阻322和电阻324组成的分压器。进一步地，电容器326是对于输出端子304的电压的滤波器。因此，当电路300从正常运行模式转换为保护运行模式时，电路300的输出端子304间的电压被维持在电容器326的正极端子处的经缩放的和滤波的电压电平上。因此，输出端子304间的电压降到输入电压中断之前(例如，在普通运行模式)对应于端子304间的电压电平。结果，在电路300的输入端子302处控制信号中断期间输出端子304间电压没有经历显著的变化。
随后，当控制信号返回到电路300时，例如在I/O子系统204(图2)中从主I/O卡206a转换至备用I/O卡206b完成后，电路300的输入端子302处电流增大且跨过电路300的电流监控元件决定的阈值。当输入电流在阈值电平之上时(例如，大于2mA)，运算放大器306和310控制各自的开关308和312以转换到打开状态。因此，在这种情况下，电路300回到普通运行模式。
在某些实施方式下，在电路300的短暂噪音或干扰存在下，电路300包括额外的元件以改进电路300的性能和/或增强电路300的耐用性。例如，如图3所示电路300的实施例中包括分别跨接电路300的输入端子302和跨接电路300的输出端子304的齐纳二极管328、330。齐纳二极管328、330用于在电路300输入和输出处保护电路300免受瞬态干扰。电容器332用于滤波提供到运算放大器306和310的电压以改进运算放大器306和310的性能。进一步地，齐纳二极管334和电阻338用于向运算放大器306和310提供所需电压受限能量。为了达到这个目的，按照用于正在使用中的特定运算放大器306和310的规定最大电压，选择齐纳二极管334和电阻338。应该注意的是，这种额外元件对于电路300的正确运行可能不是必须的，且在某些实施中，额外元件中至少一些从电路300中忽略。
尽管本发明已经有关具体实施例进行了描述，其意在仅作为例证用，而非限制本发明的范围，对本领域技术人员很明显的是，对公开实施例所做的改变、增加和/或删除都不脱离本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种具有第一运行模式和第二运行模式的控制信号保护设备，包括：
第一端子对，其将所述信号保护设备连接至控制系统，其中，所述控制系统提供控制信号；
第二端子对，其将转换器连接至现场设备；
储能元件，其用于电能的临时积累；和
开关电路，其控制所述信号保护设备的运行模式，其中，
在所述第一运行模式下，电能储存在所述储能元件中；以及
在所述第二运行模式下，将储存在所述储能元件的电能提供到所述第二端子对中的正极端子。
2.根据权利要求1所述的控制信号保护设备，其中，所述储能元件包括至少一个电容器。
3.根据权利要求1所述的控制信号保护设备，其中，所述储能元件包括第一电容器和第二电容器，并且其中，将电能从所述第一电容器和从所述第二电容器提供到输出端子。
4.根据权利要求1所述的控制信号保护设备，其中，所述开关电路响应于进入所述信号保护设备的输入电流的变化来控制所述运行模式。
5.根据权利要求1所述的控制信号保护设备，进一步包括电流监控电路，其中，所述电流监控电路：
当进入所述信号保护设备的电流低于一阈值时，使得所述控制信号保护设备从所述第一运行模式转换到所述第二运行模式；以及
当进入所述信号保护设备的电流高于所述阈值时，使得所述控制信号保护设备从所述第二运行模式转换到所述第一运行模式。
6.根据权利要求5所述的控制信号保护设备，其中，所述阈值是2mA。
7.根据权利要求1所述的控制信号保护设备，进一步包括电压保持元件，以保持一个经滤波和经缩放的电压，所述电压对应于在普通运行模式期间在输入端子间的电压电平。
8.根据权利要求7所述的控制信号保护设备，其中，输出端子间的电压保持在所述第二运行模式的所述经滤波的电压。
9.根据权利要求1所述的控制信号保护设备，其中，所述第一运行模式是普通模式，在该普通模式中将所述控制信号提供到输入端子，其中，所述第二运行模式是保护模式，在该保护模式中所述控制信号不被提供到所述输入端子。
10.一种保护在过程控制系统中向现场设备提供的控制信号的方法，所述方法包括：
提供主站；
将所述主站可通信地耦合到包括第一卡和第二卡的多个输入输出(I/O)卡，其中，运行被可选择地从所述第一卡切换到所述第二卡；
通过所述第一卡或所述第二卡将控制信号从所述主站提供到控制信号保护设备；
在所述第一卡到所述第二卡的运行转换期间内，使得所述控制信号保护设备从第一运行模式切换到第二运行模式。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述控制信号保护设备：
在所述第一运行模式下在储能元件中储存电能；以及
在第二运行模式下将所述储能元件中储存的电能提供到所述控制信号保护设备的输出端子。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在储能元件中储存电能包括在第一电容器和在第二电容器中储存能量，并且其中，提供电能包括从所述第一电容器和从所述第二电容器转移储存的电能到所述控制信号保护设备的所述输出端子。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，使得所述控制信号保护设备从所述第一运行模式切换到所述第二运行包括：
当进入所述信号保护设备的电流低于一阈值时，使得所述控制信号保护设备从所述第一运行模式转换到所述第二运行模式；以及
当进入所述信号保护设备的电流高于所述阈值时，使得所述控制信号保护设备从所述第一运行模式转换到所述第二运行模式。
14.一种用于控制过程控制系统中的现场设备的控制系统，包括：
主站；
多个输入输出卡，其被耦合到所述主站，以将控制信号提供到所述现场设备，其中，所述多个I/O卡包括主I/O卡和备用I/O卡；
I/O卡控制器，其被配置为选择性地在所述主I/O卡和所述备用I/O卡之间切换；以及
控制信号保护设备，其通信地耦合到所述I/O卡和所述现场设备，其中，在所述主卡I/O卡和所述备用I/O卡之间切换运行期间，所述控制信号保护设备在所述信号保护设备的输出端处保持所述控制信号。
15.根据权利要求14所述的控制系统，其中，所述控制信号保护设备被配置为：
在第一运行模式下在储能元件中储存电能；以及
在第二运行模式下将在所述储能元件中储存的电能提供到所述控制信号保护设备的输出端子。
16.根据权利要求15所述的控制系统，其中，所述储能元件包括至少一个电容器。
17.根据权利要求15所述的控制系统，其中，所述储能元件包括第一电容器和第二电容器，并且其中，将电能从所述第一电容器和从所述第二电容器提供到所述控制信号保护设备的所述输出端子。
18.根据权利要求15所述的控制系统，其中，所述储能元件包括充电泵。
19.根据权利要求15所述的控制系统，其中，所述控制信号保护设备进一步被配置为：
在所述控制信号保护设备的输入端子处监控电流电平；以及
响应于检测到所述电流电平低于一阈值，所述控制信号保护设备的运行从所述第一运行模式切换到所述第二运行模式。
20.根据权利要求15所述的控制系统，其中，将所述控制信号保护设备提供为独立于所述现场设备的元件。
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