CN104795275B - 带有可独立检测触点的安全继电器 - Google Patents

带有可独立检测触点的安全继电器 Download PDF

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Abstract

本申请公开带有可独立检测触点的安全继电器、带有可独立检测继电器触点的安全继电器的方法、仪器及制造件。在一个公开的实施例中，一种安全继电器包括多个继电器线圈，其中每个继电器线圈通过多个开关中的一个相应开关并联地连接到一个第一节点。所公开的实施例也包括多个继电器触点，其中每个继电器触点对应于所述多个继电器线圈中的一个相应继电器线圈。所述安全继电器的所述继电器触点串联地连接，而且可以由所述开关中的相应开关独立地控制。

Description

带有可独立检测触点的安全继电器
本申请是申请日为2007年9月20日、申请号为200710151922.2、名称为“带有可独立检测触点的安全继电器”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开总体上涉及用于过程控制系统的安全继电器，尤其涉及一种带有可独立检测触点的安全继电器。
背景技术
过程控制系统——如那些用于化学、石油或其他过程的过程控制系统——典型地包括一个或多个集中式过程控制器，过程控制器通过模拟总线、数字总线或模拟/数字混合总线，与至少一个主机或操作员工作站及一个或多个现场设备或继电器通信连接。现场设备可能是阀、阀定位器、开关及变送器(例如温度传感器、压力传感器及流率传感器)，它们在过程中发挥功能，如开启或关闭阀及测量过程参数。继电器可能是固态继电器、机械继电器、保护继电器、过电流继电器、安全继电器等等，它们在过程中发挥功能，以复制信号、开启及/或关闭机械促动器、阀及/或开关，以选择性地将功率信号及/或其他信号传输到现场设备等等。过程控制器接收所述现场设备、继电器所进行的过程测量的信号及/或关于现场设备及继电器的其他信息，并使用这些信息来实施一个或多个控制例程，然后产生控制信号并通过总线或其他通信线传送至现场设备及/或继电器，以控制过程的操作。来自现场设备、继电器及控制器的信息可以用于操作员工作站执行的一项或多项应用，以使操作员能履行任何涉及过程的、需要的功能，比如检视过程的目前情况、修改过程操作、检测过程操作等等。
有些过程控制系统或其部分可能存在重大的安全风险。例如，化学处理工厂、发电厂等可能实施关键过程，这些关键过程如果没有适当地控制及/或使用预定的关闭顺序迅速关闭，会对人员、环境及/或设备造成重大损害。为了解决与有这种关键过程的过程控制系统相关的安全风险，许多过程控制系统供应商提供遵守安全相关标准的产品，例如遵守“国际电工委员会”(Electrotechnical Commission,IEC)的IEC 61508标准及IEC 61511标准的产品。
一般上，遵守一个或多个已知安全相关标准的过程控制系统是通过使用安全仪表系统结构来实施的，其中与基本过程控制系统相关的、负责全过程的连续控制的控制器、继电器及现场设备物理上和逻辑上与专用现场设备及其他与安全仪器系统相关的专用控制元件分离，而安全仪器系统负责安全仪器功能的执行，以确保过程安全关闭以响应出现重大安全风险的控制情况。特别是许多已知安全相关标准要求以专用控制元件来补充基本过程控制系统，比如以逻辑求解器、安全已确认现场设备(例如：传感器、安全继电器、末控元件——例如气动阀)及安全已确认软件或代码(例如已确认应用程序、功能模块、功能块等等)。
如上所述，安全仪器系统可能包括安全继电器，其可能需要相对高程度的诊断覆盖率及故障容错。例如，硬件设备故障容错为二意味着设备的两个元件可能发生故障，而功能将还是由设备执行。根据这些要求，已经开发出提供多个开关元件的安全继电器，以切断(例如)电源或其他信号源与现场设备之间的电通道。一般上，这些安全继电器使用的是多个带有机械连接的继电器触点的压力控制继电器。因此，在一个或多个继电器线圈通电或断电时，继电器触点一起移动。然而，由于这类压力控制继电器必须物理地从过程拆除以检测继电器的操作，其维护及操作相当昂贵。同样地，如果继电器发生故障，比如一个或多个不可操作触点(例如一个或多个焊接触点)发生故障，过程必须关闭，以更换故障继电器。
发明内容
根据一方面，可能控制多个现场设备的一种过程控制系统包括一种范例继电器模块，该范例继电器模块配置为带有可独立检测继电器触点的安全继电器。更明确地说，一种范例安全继电器配置有多个并联地连接的继电器线圈及多个串联地连接的、与继电器线圈相关的继电器触点，其中每个继电器触点的操作可以响应施加予继电器线圈的信号而进行检测。
根据另一方面，一种范例安全继电器包括多个继电器线圈、多个开关及多个继电器触点。更明确地说，所述继电器触点串联地连接，所述继电器线圈并联地连接，而每个继电器触点可以由相应的开关独立地控制。
根据再一方面，在此描述一种检测安全继电器——例如检测所述带有可独立检测触点的安全继电器——的范例方法。所述范例方法提供断开所述范例安全继电器上的某个开关的过程，以独立地控制多个继电器中的相应继电器，及检测与多个继电器触点相关的电位。所述电位识别由所述开关控制的继电器触点的可操作性或不可操作性，以确定(例如)所述继电器触点是否焊接。
附图说明
图1为一框图，图示一个范例过程控制系统，该范例过程控制系统可以使用在此描述的范例安全继电器。
图2为一详细框图，图示图1所示的范例过程控制系统的安全仪器部分的一个部分。
图3为一原理图，图示一种已知的安全继电器配置。
图4为一原理图，图示一种带有可独立检测继电器触点的范例安全继电器。
图5为一原理图，图示图4所示的范例安全继电器处于检测状态，其中一个可操作继电器触点断开。
图6为一原理图，图示图4所示的范例安全继电器处于检测状态，其中一个不可操作继电器触点不能断开。
图7为一原理图，图示一种带有可独立检测继电器触点的第二范例安全继电器。
图8为一原理图，图示一种带有可独立检测继电器触点的第三范例安全继电器。
图9为一原理图，图示一种带有可独立检测继电器触点的第四范例安全继电器。
图10为一流程图，图示用于检测范例安全继电器的一种范例方法。
图11为一流程图，图示一种可以用于实施图10所示的检测安全继电器过程的范例方法。
图12为一原理图，图示一种可以用于实施在此描述的方法及仪器的范例处理系统。
具体实施方式
总体上，在此描述的仪器和方法涉及可以用于(例如)过程控制系统内的安全继电器，尤其涉及一种安全仪器过程控制系统，以提供一种冗余、可检测及容错系统。更明确地说，在一个实施例中，一种带有可独立检测触点的安全继电器被公开。所述范例安全继电器配置有多个并联地连接的继电器线圈及多个串联地连接的、与所述继电器线圈相关的继电器触点，其中每个继电器触点的操作可以响应施加予继电器线圈的信号而进行检测。在发生一个或多个不可操作继电器触点(例如焊接触点)的情况时，所述信号可以根据测得的所述继电器触点的一个电气特性(例如电位、电流等等)来识别各个故障继电器触点。
在此描述的另一个实施例中，一种安全继电器配置成使一安全继电器能够在被检测的同时，可以由所述安全继电器控制的一个或多个现场设备从一电源保持可操作。更明确地说，所述范例安全继电器包括一个旁路开关，以提供所述电源和所述现场设备之间的一个选择性的电通道。
在另一方面，在此公开一种用于检测安全继电器的范例方法。所述范例方法提供断开所述范例安全继电器上的某个开关的过程，以独立地控制多个继电器中的相应继电器，以及测量所述多个继电器触点的一个电气特性(例如电位、电流等等)。所述电气特性识别由所述开关控制的所述继电器触点的可操作性或不可操作性，以确定(例如)所述继电器触点是否焊接。
因此，与已知的安全继电器形成对比，在此描述的安全继电器使得操作员、电子控制器及/或任何可编程设备能够检测所述安全继电器的可操作性。因此，与已知的安全继电器相比，在此描述的范例安全继电器提供高程度的可检测性，以进一步提高安全性。此外，在此描述的范例安全继电器可以使得现场设备和过程控制系统能够在这种检测进行时继续操作，因此，对所述现场设备和过程控制系统造成的操作影响得以有效降低。因此，在此描述的范例安全继电器的检测可以不需要现场设备及/或过程控制系统操作的损耗或其他这类终止，这些耗损或其他这类终止可能使得必须招致可观的生产成本和时间。例如，所述范例安全继电器以及所述现场设备及/或过程控制系统的安全性的检测可以变得更为频繁，这是由于这种检测可以不涉及操作中断。
图1为一框图，图示一个范例过程控制系统10，所述范例过程控制系统10可以使用在此描述的范例安全继电器仪器、方法及制造件。如图1所示，所述过程控制系统10包括一个基本过程控制系统部分12及一个安全仪器部分14。所述基本过程控制系统部分12负责受控过程的持续执行，而所述安全仪器部分14则负责响应一个或多个不安全情况而执行受控过程的关闭。如图1所示，所述基本过程控制系统部分12包括一个控制器120、一个操作员工作站122、一个动态应用站124及一个后备应用站126，所有这些组成部分可以通过一个总线或一般被称为应用控制网络(ACN)的局域网(LAN)130通信连接。所述操作员工作站122及所述应用站124及126可以通过使用一个或多个工作站或任何其他适当的计算机系统或处理单元来实施。例如，所述应用站124及126可以通过使用与以下图12中所示的范例处理器系统1200类似的个人计算机、单处理器工作站或多处理器工作站等等来实施。此外，所述局域网(LAN)130可以通过使用任何期望的通信协议及媒介(包括固定或无线通信线路)来实施。例如，所述局域网(LAN)130可以基于固定或无线以太网通信方案，而由于固定或无线以太网通信方案广为人知，因此在此不作更详细的描述。然而，本领域的普通工程技术人员将可以理解，可以使用任何其他适当的通信媒介及协议。此外，虽然在此只显示一个单一局域网(LAN)，但是可以使用超过一个局域网(LAN)及所述应用站124及126中的适当的通信硬件，以提供所述操作员工作站122、所述应用站124及126、及所述控制器120之间的冗余通信路由。
所述控制器120可以通过一个数字数据总线132及一个输入/输出(I/O)设备128连接到多个智能现场设备140及142。所述输入/输出(I/O)设备128为所述控制器120或任何其他连接到所述数字数据总线132的设备(例如所述智能现场设备140及142、所述继电器模块150等等)提供一个或多个界面，以共同地以通过这些界面传送或接收的信号进行通信。例如，所述输入/输出(I/O)设备128可以以任何类别的目前的或未来的标准界面(比如外部存储器接口、串口、通用输入/输出口或任何其他目前的或将来的通信设备-比如调制解调器、网络接口卡等等)来实施。所述数字数据总线132可以是任何物理排序，其提供逻辑通信功能，比如带有多连接、位串联连接、并联及位串联连接、可交换集线器连接、多点拓扑、菊花链拓扑等等的并联电气总线。所述智能现场设备140及142可以是遵守现场总线(Fieldbus)协议的阀、促动器、传感器等等，在这种情况下，所述现场设备140及142通过所述数字数据总线132，使用所述广为人知的现场总线(Fieldbus)协议来进行通信。当然，也可以使用其他类别的智能现场设备及通信协议。例如，所述智能现场设备140及142可以改为使用广为人知的Profibus及HART协议、通过所述数据总线132进行通信、遵守Profibus协议或HART协议的设备。附加的输入/输出(I/O)设备(与所述输入/输出(I/O)设备128相似或相同)可以连接到所述控制器120，以使附加组合的智能现场设备(可以是Fieldbus设备、HART等等)能够与所述控制器120通信。
除了所述智能现场设备140及142之外，所述控制器120也可以通过所述数字数据总线132连接到一个继电器模块150。所述继电器模块150可以响应通过所述数字数据总线132发送自所述控制器120的信号。例如，所述继电器模块150可以响应来自所述控制器120的信号，并随后断开及/或闭合所述继电器模块150上的一个或多个开关。在本讨论中，一继电器模块可以包括一个或多个继电器，所述的一个或多个继电器提供一个或多个电气开关以断开及/或闭合(不一定是同时地)，以响应电气信号。所述继电器或继电器的元件可以包括固态电子元件及/或电子机械元件，以提供这个功能性。此外，所述控制器120可以通过所述数字数据总线132获得所述继电器模块150上的继电器触点的一个电气特性的值，比如电位、电流、电阻等等的值。
所述继电器模块150可以通过一个固定链接134连接到一个非智能现场设备144，所述非智能现场设备144可以响应发送自所述继电器模块150的信号，以响应在所述继电器模块150接收的来自所述控制器120的信号。所述非智能现场设备144可以(例如)通过交流电通道或直流电通道以高电压及/或高电流强度操作。所述继电器模块150可以电子地连接到所述非智能现场设备144，以控制传向所述现场设备144的功率信号及/或其他信号的输送。因此，在操作中，所述继电器模块150可以用于施加功率到所述现场设备144、从所述现场设备144移除功率、及/或施加任何其他信号到所述现场设备144或从所述现场设备144移除任何其他信号。此外，虽然所述范例继电器模块150被显示为连接到一个单一非智能现场设备(例如所述非智能现场设备144)，但是所述范例继电器模块150也可以连接到多个现场设备。
除了通过所述数字数据总线132进行通信之外，所述控制器120可以通过固定线路170及172连接到一个范例继电器模块151和现场设备180及182。所述固定线路170及172可以实施数字通信协议或模拟/数字混合通信协议(例如HART、Fieldbus等等)或任何模拟通信协议。同样地，所述范例继电器模块151及所述现场设备180及182可以是以传统的4-20毫安培(mA)或0-10伏特(volts)的直流电路实施的现场设备，或是以固态元件实施的现场设备。
所述控制器120例如可以是由费舍·柔斯芒特系统有限公司(Fisher RosemountSystem,Inc.)及艾默生过程管理有限公司(Emerson Process ManagementTM)出售的DeltaVTM控制器。然而，可以使用任何其他控制器。此外，虽然图1只显示一个控制器，任何期望类别的或多类别混合的附加控制器可以连接到所述局域网(LAN)130。所述控制器120可以执行与所述过程控制系统10相关的一个或多个过程控制例程。这些过程控制例程可以由系统工程师或其他操作员使用所述操作员站122来产生，并下载到所述控制器120及在所述控制器120中初始化。
如图1所示，所述过程控制系统10的所述安全仪器部分14包括一个继电器模块152、现场设备146及148以及逻辑求解器160及162。所述逻辑求解器160及162例如可以使用由费舍·柔斯芒特系统有限公司(Fisher Rosemount System,Inc.)及艾默生过程管理有限公司(Emerson Process ManagementTM)生产的商用DeltaV SLS 1508逻辑求解器来实施。可选择地，所述逻辑求解器160及162也可以通过任何逻辑设备(比如可编程逻辑控制器(PLC)或处理器)来实施。一般上，所述逻辑求解器160及162通过一个冗余链接138以一个冗余对协作。然而，所述逻辑求解器160及162也可以是一个单一的非冗余逻辑求解器或多个非冗余逻辑求解器。此外，一般上，所述逻辑求解器160及162是配置以实施一个或多个安全仪器功能的安全已评级电子控制器。可以了解，安全仪器功能负责监测与特定危险相关的一个或多个过程情况或不安全情况，评估所述过程情况以确定是否需要关闭过程，以及在需要关闭过程的情况下使一个或多个末控元件(例如截止阀)实现关闭过程。
安全仪器功能可以通过使用传感设备、逻辑求解器、继电器及/或末控设备(例如阀)来实施。所述逻辑求解器可以配置成通过所述传感器监测至少一个过程控制参数，以及(如果监测到危险情况)通过所述继电器操作所述末控设备以实现安全关闭过程。例如，逻辑求解器(例如所述逻辑求解器160)可以通信连接到压力传感器(例如所述现场设备146)，所述现场设备146传感容器或槽内的压力，而且可以配置成向继电器模块(所述继电器模块152)发出信号以致使排气阀(例如所述现场设备148)开启——如果通过所述压力传感器监测到不安全的超压情况。当然，安全仪器系统内的每个逻辑求解器可以负责执行一个或多个安全仪器功能，而且因此可以通信连接到多个传感器、继电器模块及/或末控设备，所有这些设备典型地都是安全已评级或已确认。
如图1所示，所述现场设备146及148、所述继电器模块152以及所述逻辑求解器160及162通过链接164、166及168连接。在所述继电器模块152及所述现场设备146及148是智能设备的情况下，所述逻辑求解器160及162可以使用固定数字通信协议(例如HART、Fieldbus等等)进行通信。然而，也可以使用任何其他期望的通信媒介(例如固定、无线等等)及协议。亦如图1所示，所述逻辑求解器160及162通过所述数字数据总线132及所述输入/输出(I/O)设备128通信连接到所述控制器120。然而，所述逻辑求解器160及162也可以选择地以任何其他期望方式(例如通过于所述控制器120之外独立操作的单机安全系统)通信连接到所述系统10。例如，所述逻辑求解器160及162可以直接连接到所述局域网(LAN)130。不论所述逻辑求解器160及162以什么方式连接到所述系统10，所述逻辑求解器160及162都优选——虽然并非必须是——所述控制器120的逻辑对等物。
所述继电器模块152可以是安全已确认或已评级继电器模块，可以用于实现关闭所述过程控制系统10。虽然所述过程控制系统10的所述范例安全仪器部分14被显示为有一个单一继电器(例如继电器模块152)，但所述过程控制系统10可以以多个继电器或继电器模块实施。此外，虽然所述继电器模块152被显示为连接到一个单一现场设备(例如现场设备148)，所述继电器模块152也可以连接到多个现场设备。由于所述继电器模块152可以是安全已确认或已评级继电器，所述逻辑求解器160及162和所述控制器120可以通过链接164-168与所述继电器模块152冗余地通信。可以通过实施所述逻辑求解器160及162、所述控制器120和所述继电器模块152之间的通信来检测所述继电器模块152的容错，以保证所述过程控制系统10的容错。如下所作的更详细描述，所述控制器120可以(例如)通过发送信号，以断开和闭合所述继电器模块152中的开关及/或测量与所述继电器模块152的一组继电器触点相关的一个电气特性，以检测所述继电器模块152。
所述现场设备146及148可以是智能或非智能传感器、促动器及/或可以用于监测过程情况及/或实现对所述过程控制系统10的受控关闭的任何其他过程控制设备。例如，所述现场设备146及148可以是安全已确认或已评级流率传感器、温度传感器、压力传感器、截止阀、排气阀、隔离阀、临界开关阀、触点等等。虽然图1的所述范例过程控制系统10的所述安全仪器部分14中只是描绘两个逻辑求解器、两个现场设备和一个安全继电器，但是可以使用附加的现场设备、继电器及/或逻辑求解器，以实施任何期望数目的安全仪器功能。
图2为一详细框图，图示图1所示的范例过程控制系统10的安全仪器部分14的一个部分200。所述范例系统200包括一个逻辑求解器202，其可以对应于图1的逻辑求解器160或162；一个继电器模块204，其可以对应于图1的范例继电器模块152；一个现场促动器208，其可以对应于图1的范例现场设备148；以及一个现场电源206，其可以向所述现场促动器208供应电力。所述现场电源206可以是交流或直流电源。所述逻辑求解器202可以通过固定连接器210连接到所述继电器模块204，所述固定连接器210可以(例如)在所述逻辑求解器202和所述继电器模块204之间创建一个直流线路。此外，所述继电器模块204可以通过固定连接器212连接到所述现场电源206，以及通过固定连接器214连接到所述现场促动器208。所述固定连接器212及214可以(例如)在所述现场电源206和所述现场促动器208之间创建一个或多个直流及/或交流线路。此外，所述连接器210、212及214可以实施为线缆、多芯电缆或适合传输电气信号及/或电力的任何其他媒介。
所述继电器模块204可以配置成将所述现场电源206连接到所述现场促动器208及将所述现场电源206从所述现场促动器208分离，以控制所述现场促动器208的操作。例如，在所述逻辑求解器202通过所述固定连接器210发出信号时，所述继电器模块204可以断开(例如关停所述现场促动器208)或连接(例如开动所述现场促动器208)所述固定连接器212及214，以获得或停止从所述现场电源206供应电流到所述现场促动器208。所述逻辑求解器202和所述继电器模块204更一般地是配置成断电到解扣(即：降低电位或施加大致为零电位横跨所述固定连接器210，以改变所述继电器模块触点的状态，进而使电力从所述现场促动器208消除)，但所述逻辑求解器202和所述继电器模块204也可以配置成通电到解扣(即：增高电位或施加大致为非零电位横跨所述固定连接器210，以改变所述继电器模块触点的状态)。
图3为一原理图，图示一种已知的安全继电器300，所述安全继电器300可以用于实施图2的范例继电器模块204。所述范例安全继电器300包括一个第一继电器310、一个第二继电器312和一个第三继电器314，这些继电器在一个第一节点302和一个第二节点304之间并联地配置。所述继电器310、312及314包括各自的继电器线圈320、322及324，这些继电器线圈电磁地连接到各自的继电器触点330、332及334。所述继电器触点330-334在一个第三节点306和一个第四节点308之间串联地连接。以这种已知配置，所述范例安全继电器300提供一定的容错，这是由于所述第一节点302与所述第二节点304之间的电位使所述三个并联的继电器线圈320、322及324通电，其中任何一个继电器线圈可以断开所述第三节点306与所述第四节点308之间的电通道。例如，如果所述继电器触点330不可操作(例如焊接而使得所述继电器触点被熔合为闭合状态)，其余的继电器触点332及324中的一个或两个继电器触点可能还是可以操作以断开所述第三节点306与所述第四节点308之间的电通道。
然而，所述继电器触点330-334中的每个继电器触点的操作并不是可独立检测，这是由于所述继电器触点330-334是在所述第一节点302和所述第二节点304之间直接地并联连接。更明确地说，所述继电器触点330-334中的所有继电器触点在相同时间对施加于所述继电器线圈320-324中的所有继电器线圈的相同信号做出响应。因此，如果所述第一继电器触点330变成不可操作(例如焊接、熔合、熔化等等)而所述第二及第三继电器触点332及324保持可操作，所述第一及第二节点306及308之间的电通道将还是可以断开，尽管所述继电器触点330被焊接。因此，所述范例安全继电器300不是完全可检测，这是由于检测并不能轻易地识别硬件容错的减少，比如一个或两个不可操作的继电器触点。
图4显示一种带有可独立检测继电器触点的范例安全继电器400，所述范例安全继电器400可以用于实施图2的所述继电器模块204。所述范例安全继电器400包括开关402、404及406，这些开关在一个第一节点440及一个第二节点442之间并联地连接。所述第一及第二节点440及442可以分别(例如通过图2的所述固定连接器210)连接到一个控制器或逻辑求解器。此外，所述范例安全继电器400包括继电器410、412及414，这些继电器分别与所述开关402、404及406中的一个相应开关串联地连接。所述继电器410-414中的每个继电器分别包括所述继电器线圈420、422及424中的一个继电器线圈，该继电器线圈操作地或电磁地连接到所述三个继电器触点430、432及434中的一个继电器触点。所述继电器触点430、432及434在一个第三节点444及一个第四节点446之间串联地连接。所述第三及第四节点444及446可以分别连接到图2的所述固定连接器212及214。
在此运用的“节点”一词包括线路内的电掣位，而且可以(例如)对应于电气连接或连接器、电气终端点、可以进行电气测量的点、等等。此外，虽然以上描述的有关图4以及以下描述的有关图5和图6的所述范例安全继电器400使用三个继电器和触点，但是也可以使用带有两个继电器或带有超过三个继电器的安全继电器以达到相似的结果。
所述范例安全继电器400可以容错，在电位从所述第一及第二节点440及442消除而所述开关402-406闭合时，所述三个通电的继电器线圈420-424中的任何一个继电器线圈可以各自断开所述继电器触点430-434中的相应继电器触点，以断开所述第三及第四节点444及446之间的电通道。此外，所述范例安全继电器400完全可检测，这是由于在现场检测时(如以下所述)，所述开关402-406可以用于独立地操作或控制所述继电器触点430-434，以确定(例如)所述三个继电器触点430-434中的任何一个继电器触点是否不可操作(例如焊接触点)。所述范例开关402-406可以实施成由操作员手动操作，或如以下所述，由可编程逻辑控制器(PLC)、与图12中所示的范例处理器系统1200类似的个人计算机、单处理器或多处理器工作站等实施。
图5为一原理图，图示图4所示的范例安全继电器400处于检测状态，其中一个可操作继电器触点断开。更明确地说，在所述开关402断开及电位被施加横跨所述第一及第二节点440及442以使第二及第三继电器线圈422及424通电的情况下，所述第二及第三继电器触点432及434闭合。在这个状态，所述第一继电器触点430断开或中断所述第三及第四节点444及446之间的电通道，从而导致所述横跨所述第三及第四接点444及446的电位增加或充分成为非零。在这种情况下，由于所述电位充分地为非零，所述检测指示所述第一继电器触点430可操作(例如图5的所述触点430没有焊接)。同样地，可以通过断开所述相应开关404及406来检测所述第二及第三继电器触点432及434。因此，所述范例安全继电器400断开或中断所述第三及第四节点444及446的有效性可以通过观察所述继电器触点430、432及434中的每个继电器触点的可操作性来检测。
图6为一原理图，图示图4所示的范例安全继电器400处于检测状态，其中一个不可操作继电器触点不能断开。更明确地说，在所述开关402断开及电位被施加横跨所述第一及第二节点440及442以使第二及第三继电器线圈422及424通电的情况下，所述第二及第三继电器触点432及434闭合。在这个状态，所述第一继电器触点430应断开所述第三及第四节点444及446之间的电通道。然而，由于所述第一继电器触点不可操作(例如焊接)，因此不能断开。因此，横跨所述第三及第四节点444及446之间的电位将充分为零，这是由于横跨所述第三及第四节点444及446之间的电通道没有被所述第一继电器触点430断开或中断。同样地，所述开关404及406中的每个开关可以独立地断开，以使所述继电器线圈442及424中的相应继电器线圈断电，从而使所述继电器触点432及434中的相应继电器触点断开。在图6的所述范例检测状态中，可以观察到所述范例安全继电器400的冗余地断开或中断所述第三及第四节点444及446之间的电通道的有效性被削弱。更明确地说，图6的所述范例检测状态明确地识别所述继电器触点430的不可操作性(例如焊接)。
图7为一原理图，图示一种带有可独立检测继电器触点的第二范例安全继电器700，所述范例安全继电器700可以用于实施图2的所述继电器模块204。所述范例安全继电器700包括开关702、704及706，这些开关在一个第一节点740及一个第二节点742之间并联地连接。所述第一及第二节点740及742可以分别连接到图2的所述固定连接器210。所述范例安全继电器700也包括继电器712、714及716，这些继电器分别与所述开关702、704及706中的一个相应开关串联地连接。所述继电器712、714及716包括各别的继电器线圈722、724及726，这些继电器线圈电磁地连接到触点732、734及736中的相应触点，而所述这些触点在一个第三节点744及一个第四节点746之间串联地连接。所述第三及第四节点744及746可以分别连接到图2的所述固定连接器212及214。
所述范例安全继电器700进一步包括一个电阻器750和一个发光二极管(LED)752，如果所述第一及第二节点740及742之间的电位大得足以偏压所述发光二极管(LED)，所述发光二极管(LED)将发光。所述发光二极管(LED)752向操作员提供指示灯，指示所述范例安全继电器700通电。此外，所述范例安全继电器700包括晶体管762、764及766，这些晶体管连接到所述开关702-706中的相应开关。此外，二极管772、774及776连接到晶体管762-766及所述继电器线圈722-726。在操作中，所述二极管772-776限制横跨所述继电器线圈722-726的电压，并在施加横跨所述继电器线圈722-726的电位急变而导致通过所述继电器线圈722-726的电流发生突变时，将突变电流分流。例如，在所述第一及第二节点740及742之间的电位从正值变为充分零电压时，发生自所述继电器线圈722-726的合成磁场可能产生巨大的电压瞬态(例如电压反驰)。
所述晶体管762-766可以配置成提供高输入阻抗，以充分地限制通过所述开关702-706的电流及提供固态设备，以将电流接到所述继电器线圈722-726。因此，在可以以安全已确认元件或防爆元件来克服及/或要求使用安全已确认元件或防爆元件的危险环境中，所述范例安全继电器700配置成使得能够在不造成点燃火花或电弧的情况下进行开关。例如，所述范例安全继电器700可以配置于石油化工、化学及药物环境中，这些环境在正常操作及/或不正常情况下含有爆炸性气体或尘埃。例如，在所述开关702处于开路而所述晶体管762被断开时(例如控制电压被施加横跨栅极及源极，以增加漏极及源极之间的导电性)，通过所述开关702的电流和横跨所述开关702的电位充分为零。因此，在所述开关闭合时，横跨所述开关702的触点的放电充分为零(例如充分为零的火花、充分为零的电弧等等)。同样地，在所述开关702闭合而所述晶体管762被断开时，通过所述开关702的电流和横跨所述开关702的电位充分为零。因此，在所述开关断开时，横跨所述开关702的触点的放电充分为零(例如充分为零的火花、充分为零的电弧等等)。
此外，所述晶体管762-766可以配置成提供高输出阻抗的充分恒流电源，以便以横跨所述第一及第二节点740及742之间的相对小的电位来驱动所述继电器线圈722-726。在这种配置中，所述晶体管762-766提供更直接的开关性能，并防止所述继电器线圈进入饱和状态。例如，在所述晶体管762接通时(例如控制电压被施加横跨栅极及源极，以增加漏极及源极之间的导电性)，流到所述继电器线圈722的电流相对不变，而且随后横跨所述继电器线圈722的磁场也相对不变。在所述晶体管762断开时(例如控制电压从所述栅极及源极消除，以减低所述漏极及源极之间的导电性)，流到所述继电器线圈722的电流迅速停止，而且随后横跨所述继电器线圈722的磁场也迅速瓦解。
图8为一原理图，图示一种带有可独立检测继电器触点的第三范例安全继电器800，所述范例安全继电器800可以用于实施图2的所述继电器模块204。所述范例安全继电器800包括开关802、804及806，这些开关在一个第一节点840及一个第二节点842之间并联地连接。所述第一及第二节点840及842可以分别连接到图2的所述固定连接器210。所述范例安全继电器800也包括各别的继电器810、812及814，这些继电器分别与所述开关802-806中的一个相应开关串联地连接。所述继电器810-814包括各自的继电器线圈820、822及824，这些继电器线圈电磁地连接到各个继电器触点830、832及834。所述继电器触点830-834在一个第三节点844及一个第四节点846之间串联地连接。此外，所述范例安全继电器800包括一个旁路开关860，所述旁路开关860可以用于将所述继电器触点830-834从所述第三及第四节点844及846分离，以及通过一个旁路线路864在所述第三及第四节点844及846之间提供一个第二或选择性的电通道。虽然所述旁路开关860在图8的范例中实施成使所述继电器触点830-834从所述第四节点846分离，但所述旁路开关860也可以选择地实施成使所述继电器触点830-834从所述第三节点844分离。
为了检测所述范例安全继电器800，操作员可以手动操作所述旁路开关860。如图8所示，所述范例旁路开关860通过所述旁路线路864提供一个第二电通道，这使得范例现场设备(例如图2的所述现场促动器208)能够在所述继电器触点830-834的检测时继续通过所述第三及第四节点844及846(例如图2的所述固定连接器212及214)接收电力。尤其是，所述范例旁路开关860使得操作员能够如以上有关图4-6的描述那样使用所述开关802-806来检测所述继电器触点830-834，而不需要断开所述第三及第四节点844及846之间的电通道和随后使连接到所述节点844及846的现场设备失能。
所述范例旁路开关860可以通过使用(例如)手动弹簧开关或定时开关来实施，这确保操作员不能将所述旁路开关860置于不正确位置(例如所述继电器触点830-834从所述第四节点846分离)。此外，所述旁路开关860可以使用压力控制装置，使操作员在所述旁路开关860不能操作时(例如所述旁路开关860的触点焊接)不能检测所述安全继电器800。
图9为一原理图，图示一种带有可独立检测继电器触点的范例安全继电器900，所述范例安全继电器900可以用于实施图1的所述继电器模块150。所述范例安全继电器900包括开关902、904及906，这些开关在一个第一节点940及一个第二节点942之间并联地连接。所述范例安全继电器900也包括继电器910、912及914，这些继电器分别与所述开关902-906中的一个相应开关串联地连接。所述继电器910-914包括各自的继电器线圈922、924及926，这些继电器线圈电磁地连接到各个继电器触点930、932及934。所述继电器触点930-934在一个第三节点944及一个第四节点946之间串联地连接。此外，所述范例安全继电器900包括一个旁路开关960，所述旁路开关960可以用于将所述继电器触点930-934从所述第四节点946分离，以及通过一个旁路线路964在所述第三及第四节点944及946之间提供一个第二或选择性的电通道。
此外，在所述范例安全继电器900中，所述开关902、904及906和所述旁路开关960连接到一个数据总线944，例如图1的所述数据总线132。为响应通过所述数据总线944传输的通信或信号，所述范例开关902-906及/或所述旁路开关960可以断开及/或闭合。所述数据总线944上的通信或信号可以从(例如)控制器(例如图1的控制器120)、逻辑求解器(例如图1的逻辑求解器160及162)或任何其他能够通过数据总线通信的设备(例如可编程逻辑控制器、与以下图12中所示的范例处理器系统1200类似的个人计算机、单处理器工作站或多处理器工作站等等)发送。使用这种信号与所述范例安全继电器900及上述设备通信，操作员可以运用类似以上所述有关图4-6的过程，远距离地检测所述范例安全继电器900。使用这种信号，操作员也可以远距离地检测所述范例安全继电器900的所述旁路开关960的位置。例如，操作员可以确定所述继电器触点930-934是否与所述第三及第四节点944及946之间的电通道分离。可选择地或附加地，所述检测过程可以自动执行，如同以下所作有关图10及11的描述那样。
图10为一流程图，图示用于检测范例安全继电器(例如在此描述的带有可独立检测触点的范例安全继电器)的一种范例方法。在此描述的有关图10及11中所示的方法的操作可以通过使用可以存储于计算机可读媒介及可以在计算机可读媒介上存取的机器可读指令、代码、软件等等来实施。这种计算机可读媒介包括但不限于光学存储设备、磁存储设备、非挥发性固态存储器及挥发性固态存储器。此外，所述操作的一些或所有操作可以手动执行及/或所述操作的顺序可以改变及/或一些操作可以更改或排除。同样地，每个流程块的所述操作的一些或所有操作可以重复地执行。图10及11中所述的操作可以由图1的所述范例控制器120、所述范例逻辑求解器160及162、所述范例操作员工作站122及/或所述应用站124及126执行，以检测图1的所述范例继电器模块150-152。
仔细参看图10，所述范例过程1000开始于一个循环，其确定所述范例过程1000是否应进入检测安全继电器(例如图9的所述范例安全继电器900)的步骤或继续等待(流程块1002)。在确定是检测安全继电器的时间及在流程块1002退出循环之后，所述范例过程1000旁通所述安全继电器(例如以图9的所述旁路开关960来连接节点946及旁路开关964)(流程块1004)。在所述安全继电器被旁通(流程块1004)之后，所述范例过程1000检测与所述继电器触点相关的一个电气特性(例如与图9的所述继电器触点932-936相关的电流、电位、电阻等等)，该电气特性指示所述继电器触点没有被旁通(流程块1006)。如果此电气特性被确定(例如通过图9的所述继电器触点932-936的电流充分为非零电流或大于预定值)(流程块1006)，所述范例过程1000需要手动超越控制(流程块1014)。所述手动超越控制(流程块1014)可以提供信号，以要求操作员干预(例如发光二极管、图形用户界面上的警告等等)及起动定时器，以便以预定方式自动关闭过程控制系统(例如所述过程控制系统10)。
如果所述电气特性被确定(例如流过图9的所述继电器触点932-936的电流充分为零电流或少于预定值)，指示所述继电器触点被旁通(流程块1012)，所述范例过程1000检测所述安全继电器(流程块1008)。在所述安全继电器被检测后(流程块1008)，所述范例过程1000确定是否将旁路返回到其原来位置以再激活所述安全继电器(流程块1010)。如果特定数目的继电器触点被确认为不可操作(例如焊接触点或其他故障)(流程块1008)，如以上所讨论，所述范例过程1000需要手动超越控制(流程块1014)。可选择地，所述范例过程1000使所述安全继电器返回到活性状态(例如以图9的所述旁路开关960连接节点946及继电器触点930-934)(流程块1012)。在旁路被返回及所述安全继电器处于活性状态之后，所述范例过程1000等待另一检测周期(流程块1002)。
图11为一流程图，图示一种可以用于实施图10所示的检测安全继电器过程1008的范例方法。如以上所讨论，图11的所述范例安全继电器检测过程1008可以用于(例如)检测图1的所述范例继电器模块150-152。图11的所述范例安全继电器检测过程1008以断开所述安全继电器上的一个开关(例如图9的所述开关902-906中的一个开关)为开始，其使所述安全继电器上的一个继电器线圈(例如图9的所述继电器线圈922-926中的一个继电器线圈)断电(流程块1100)。在所述开关在所述安全继电器上断开(流程块1100)之后，图11的所述范例安全继电器检测过程1008检测与所述安全继电器上的继电器触点相关的一个电气特性(与图9的所述继电器触点932-936相关的电位、电阻等等)(流程块1102)。如果图11的所述范例安全继电器检测过程1008确定指示与所述断开的开关及已断电的继电器线圈不可操作(例如焊接触点)的一个电气特性(例如横跨图9的所述继电器触点932-936的电位充分为零电位或小于预定值)(流程块1102)，所述范例安全继电器检测过程1008指示与所述断开的开关及已断电的继电器触点为不可操作(流程块1104)。所述范例安全继电器检测过程1008可以通过(例如)发送信号到操作员(例如使用发光二极管、在图形用户界面上的警告等等)及使添加不可操作继电器触点数目的计数器变量增加，以指示所述不可操作触点。
如果图11的所述范例安全继电器检测过程1008确定指示与所述断开的开关及已断电的继电器线圈已经操作的一个电气特性(例如电位充分为非零电位、电位大于预定值等等)(流程块1102)，或在某继电器触点被指示为不可操作(流程块1104)之后，图11的所述范例安全继电器检测过程1008使在所述流程块1100断开的开关闭合(流程块1106)。在所述开关闭合(流程块1106)之后，图11的所述范例安全继电器检测过程1008通过断开相应的开关，以确定所述安全继电器上是否还有另外的开关需要检测(流程块1108)。如果所述安全继电器上还有另外的开关需要检测，图11的所述范例安全继电器检测过程1008断开另一开关(流程块1108)。另一方面，如果所述安全继电器上没有另外的开关需要检测，图11的所述范例安全继电器检测过程1008结束并返回结果到图10的所述范例过程1000。
图12为一原理图，图示一种范例处理器平台1200，其可以用于及/或编程以实施图1的所述范例控制器120、所述范例逻辑求解器160及162、所述范例操作员工作站122及/或所述应用站124及126。例如，所述处理器平台1200可以以一个或多个通用单线程及/或多线程处理器、核芯、微控制器等等来实施。所述处理器平台1200也可以以含有多种同时执行的单线程及/或多线程处理器、核芯、微处理器等等中的任何一种同时执行的单线程及/或多线程处理器、核芯或微处理器等等的一个或多个计算设备来实施。
图12的范例所述处理器平台1200包括至少一个通用可编程处理器1205。所述处理器1205执行存在于所述处理器1205的主存储器(随机存取存储器(RAM)1215内)的编码指令1210。所述编码指令1210可以用于实施图10及11的范例过程所代表的操作。所述处理器1205可以是任何类别的处理单元，比如处理器核芯、处理器及/或微控制器。所述处理器1205通过总线1225与所述主存储器(包括只读存储器(ROM)1220及所述随机存取存储器(RAM)1215)进行通信。所述随机存取存储器(RAM)1215可以以动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)及/或任何其他类别的随机存取存储器(RAM)设备来实施，而只读存储器(ROM)则可以以闪速存储器及/或任何其他类别的存储器设备来实施。所述存储器1215及1220的存取可以由一存储器控制器(图中未显示)控制。
所述处理器平台1200也包括一个接口线路1230。所述接口线路1230可以以任何类别的接口标准(比如外部存储器接口、串口、通用输入/输出口等等)来实施。一个或多个输入设备1235及一个或多个输出设备1240连接到所述接口线路1230。
上述的至少一些范例方法及/或仪器是以在计算机处理器上运行的一个或多个软件及/或固件编程来实施。然而，专用硬件的实施包括但不限于专用集成电路、可编程逻辑阵列，而且也同样地可以构建其他硬件设备来完全地或部分地实施在此描述的一些或所有所述范例方法及/或仪器。此外，选择性的软件实施包括但不限于分布式处理或元件/对象分布式处理、并行处理，或也可以构建虚拟机处理来实施在此描述的范例方法及/或仪器。
应该注意的是，在此描述的范例软件及/或固件实施可随意地存储在有形存储媒介上，比如存储在：磁媒介(例如磁盘或磁带)；磁光或光媒介(比如光盘)；或固态媒介(比如存储卡或其他存储一个或多个只读(非易失性)存储器、随机存取存储器或其他可重写(易失性)存储器的组合)；或带信号计算机指令之上。附加到电子邮件或其他信息档案或档案组合的数字文件被视为相当于有形存储媒介的分布式媒介。因此，在此描述的范例软件及/或固件可以存储在有形存储媒介或分布式媒介(比如以上所述的那些有形存储媒介或分布式媒介或后继的存储媒介)之上。
就以上所作有关特定标准及协议的范例元件及功能的详细说明的意义而言，应该可以理解本发明的范围不局限于这些标准及协议。这些标准定期地由具有相同的通常性功能的、更快的或更有效的同等物取代。因此，具有相同功能的取代性标准及协议是本发明预期的同等物，而且所述具有相同功能的取代性标准及协议预定包括在附此的权利要求的范围之内。
此外，虽然本发明公开包括在硬件上执行的软件或固件的范例系统，但应该注意的是，这些系统仅仅是说明性的，而且不应被当成是本发明的限制。例如，预期任何或所有这些硬件及软件元件可以单独实施于硬件、单独实施于软件、单独实施于固件或实施于硬件、固件及/或软件的某种结合。因此，虽然以上所作详细说明描述了范例系统、方法及制造件，本领域的普通工程技术人员将可以理解，所述范例并非实施这些系统、方法及制造件的唯一途径。因此，虽然某些方法、仪器及制造件已经在次描述，但是本发明覆盖的范围并没有受其局限。相反地，不论是根据字面意义或是根据等同原则，本发明均应当覆盖所有清楚地属于附此的权利要求范围的方法、仪器及制造件。

Claims (8)

1.一种存储机器可读指令的计算机可读媒介，所述机器可读指令在被执行时促使机器测试安全继电器，所述安全继电器具有并联配置的第一继电器和第二继电器，所述机器通过以下方式测试所述安全继电器：
断开所述安全继电器的第一开关，以使与所述第一继电器相关的第一继电器线圈断电，而与所述第二继电器相关的第二继电器线圈保持通电；
测量线路的电气特性，其中所述线路包括一个与所述第一继电器相关的第一继电器触点，所述第一继电器触点与一个第二继电器触点串联地连接，所述第二继电器触点与所述第二继电器相关；以及
闭合所述安全继电器上的所述第一开关，以使与所述第一继电器相关的所述第一继电器线圈通电；
断开所述安全继电器的第二开关，以使与所述第二继电器相关的第二继电器线圈断电，而所述第一继电器线圈保持通电；
测量所述线路的第二电气特性；
闭合所述安全继电器上的所述第二开关，以使所述第二继电器线圈通电；并且
其中所述机器可读指令进一步促使所述机器通过在断开所述第一开关之前利用旁路开关旁通所述线路来测试所述安全继电器。
2.如权利要求1所述的存储机器可读指令的计算机可读媒介，其中所述电气特性至少是电位、电流、阻抗或电阻中的一项。
3.如权利要求1所述的存储机器可读指令的计算机可读媒介，其中所述机器可读指令进一步促使所述机器通过返回所述线路到一个非旁通情况来测试所述安全继电器。
4.如权利要求1所述的存储机器可读指令的计算机可读媒介，其中所述机器可读指令进一步促使所述机器通过在对所述电气特性与预定值进行比较之后返回所述线路到一个非旁通情况来测试所述安全继电器。
5.如权利要求1所述的存储机器可读指令的计算机可读媒介，其中所述机器可读指令进一步促使所述机器通过要求用户干预以返回所述线路到一个非旁通情况来测试所述安全继电器。
6.如权利要求1所述的存储机器可读指令的计算机可读媒介，其中所述机器可读指令进一步促使所述机器通过在测量所述电气特性之后发送信号给图形用户界面来测试所述安全继电器。
7.如权利要求1所述的存储机器可读指令的计算机可读媒介，其中所述机器可读指令进一步促使所述机器通过对所述电气特性与预定值进行比较来测试所述安全继电器。
8.如权利要求7所述的存储机器可读指令的计算机可读媒介，其中所述机器可读指令进一步促使所述机器通过在对所述电气特性与所述预定值进行比较之后发射视频信号或音频信号来测试所述安全继电器。
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