CN105305387B - 监视和切换负载电路的装置和方法 - Google Patents

Abstract

在监视和切换负载电路(103)的装置中，具有：输入部分(130)和输出部分(131)；具有将控制器(101)连接至输入部分(130)的切换输入；具有将至少一个负载电路(103)与至少一个负载连接以切换到输出部分(131)的切换输出；具有切换——特别是接通和关断——至少一个负载的至少一个负载开关；具有与负载电路并联以检测负载电路中的故障的第一故障检测电路(211)；和与负载电路串联以检测负载电路中的故障的第二故障检测电路(212)，输入部分(130)具有将经由切换输入传入的控制器(101)的切换命令转换为负载开关的切换处理的输入电路。第一和第二故障检测电路分别生成在逻辑电路(213、313)逻辑链接以形成总体故障信号的中间故障信号。总体故障信号从输出部分(131)被发射至输入部分(130)，并且经由切换输入(209、210)使其可用于评估。

Description

监视和切换负载电路的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于监视和切换负载电路的装置和方法，因而涉及一种包括负载电路电源和负载的电流电路，其中可以由负载开关切换——特别是闭合或切断——该电流电路。

背景技术

在过程自动传感器和/或致动器(或者效应器等等)的领域中，控制器频繁地经由点到点连接来控制这样的转换器(或者驱动元件、控制元件)，所述转换器将大部分以电信号的形式存在的控制器(例如控制计算机)的命令转换为力、运动或其它物理效应(诸如压力或温度变化)。接口组件(接口)被频繁地布置在实际控制器和传感器或致动器之间设置，该传感器或致动器将由控制器发出的信号的电属性适配于传感器或致动器要接收的信号由于这些传感器或致动器的构造和功能模式引起的所需的属性。在这些情况下，控制器位于接口的控制侧上，而接口背向控制器的一侧称为现场侧。

术语“线路故障透明度”被理解为是这样的系统的功能，该功能保证在接口的现场侧上的布线中的、例如线路破损或短路的故障被发射到其控制侧，使得控制器可以检测该故障，并且其中，该故障理想上以对于控制器相同的方式在控制侧上显现示其本身，就好像在现场侧上产生的该故障存在于接口的控制侧上。一系列传统控制器事实上提供了下述可能：检测在直接连接到控制器的现场装置的布线中的诸如线路破损或短路的故障。

如果在控制器和现场装置之间切换接口，则控制器可以仅检测到在接口的控制侧上的电缆连接中的故障而不是在接口的现场侧上的故障。在下述情况下这特别有问题：将接口布置得接近控制器，因为在接口和现场装置之间的相对长的电缆部分保持未被监视。

发明内容

因而，可以看出本发明的目标在于指示一种技术教导，通过这种技术教导尽可能地改善概述的情况。

通过具有权利要求1的特征的装置以及通过具有权利要求14的特征的方法实现该目标。

下面特别参考从属权利要求和附图将描述本发明的优选实施例。

根据本发明，提供一种用于监视和切换负载电路的装置，

-具有输入部分和输出部分，

-具有切换输入端，用于将控制器连接至输入部分，

-具有切换输出端，用于将至少一个负载电路与至少一个负载连接以被切换至输出部分，

-具有至少一个负载开关，用于切换——特别是接通和关断——所述至少一个负载，

-具有第一故障检测电路，第一故障检测电路与负载电路并联，用于检测负载电路中的故障，并且

-具有第二故障检测电路，第二故障检测电路与负载电路串联，用于检测负载电路中的故障。

其中，输入部分具有将经由切换输入传入的控制器的切换命令转换为负载开关的切换处理的输入电路。第一故障检测电路和第二故障检测电路每个都生成中间故障信号，所述中间故障信号逻辑上链接在逻辑电路中，以产生总体故障信号。总体故障信号从输出部分被发射至输入部分，并且经由切换输入使得总体故障信号可用于评估。

优选地，根据本发明的用于监视和切换负载电路的装置或其优选实施例中的一个作为接口，在控制器和要在现场侧上控制的单元——因而特别是传感器或致动器——之间切换，或者是这种接口的组成部分。在这种意义上，下文也参考根据本发明的接口。

在本上下文中，负载电路应被理解为包括(不必为欧姆)负载和负载电路电源，因而是电能源的电流电路，其允许电流——特别是直流电流或交流电流——在负载电路中流过负载。负载电路是要在装置的现场侧上控制的单元中——因而特别是传感器中或致动器中——的电流电路。

在本上下文中，负载应被理解为任何普通的——特别是也为非欧姆的——耗电器。

在本上下文中，负载开关应被理解为一种用于切换负载或负载电路中的电流——特别是用于接通和关断负载或者负载电路中的电流——的装置。

在本上下文中，用于监视负载电路的装置应被理解为一种电子电路或电路，其确保要在装置的现场侧上监视的负载电路中的故障——特别是断路或短路——优选地以与控制器的装置的控制侧上的故障——特别是断路或短路——相同的方式显现自身。

在本上下文中，根据本发明的装置的输入部分——特别是根据本发明的接口——应被理解为控制器经由切换输入与其连接或可以经由切换输入与其连接的子装置，特别是子电路。输入部分经由切换输入接收控制器的切换命令，从根据本发明的装置的输出部分接收故障信号，并且使得所接收到的故障信号经由切换输入端可用于控制器以用于评估。优选地，这以根据所接收到的故障信号切换的输入部分中的可切换无负载电流形式发生。可通过这种电路特别简单且有效地实现线路故障透明度的目标，特别是在根据本发明的装置的输入部分提供限定无负载电流。

在本上下文中，根据本发明的装置的输出部分——特别是根据本发明的接口——应被理解为具有至少一个负载的、要控制的至少一个单元的至少一个负载电路经由切换输出所连接或所可以连接到的子装置，特别是子电路。输出部分具有至少一个负载开关，以切换优选地与输入部分的输入电路有源连接的至少一个负载，其中输入电路将经由切换输入传入的控制器的切换命令转换为负载开关的切换处理。

在本上下文中，切换输入应被理解为根据本发明的装置的输入部分——特别是根据本发明的接口——的至少一个导电端子触点，输入部分并且因而所述装置经由其或者可以经由其连接至控制器。

在本上下文中，切换输出应被理解为根据本发明的装置的输出部分——特别是根据本发明的接口——的至少一个导电端子触点，输出部分并且因而所述装置经由其或者可以经由其连接至负载电路。

在本上下文中，输入电路应被理解为根据本发明的装置的输入部分——特别是根据本发明的接口——的子电路，其将经由切换输入传入的控制器的切换命令转换为负载开关的切换处理。优选地，这种输入电路具有至少一个继电器，以切换至少一个电路开关。

在本上下文中，控制器的切换命令应被理解为输入电路经由控制器的切换输入接收的，并且优选地在输出电路的帮助下转换为负载开关的切换处理的电信号、多个同时电信号和/或电信号的时间序列。

在本上下文中，故障信号应被理解为电，特别是电磁、机械、光学或光电信号或者这样的信号的组合或者这样的信号的时间序列，其意在指示负载电路中的故障。中间故障信号应被理解为根据本发明的装置的输出部分——特别是根据本发明的接口——中的这种故障信号。所发射的故障信号或总体故障信号应被理解为根据本发明的装置的输入部分——特别是根据本发明的接口——中的这种故障信号。

在本上下文中，故障检测电路应被理解为电连接——优选地串联或并联连接——至少一个负载电路，并且如果在该至少一个负载电路中产生或存在故障就生成故障信号的电路或电子电路。

在本上下文中，故障信号的评估应被理解为优选地通过控制器或所述控制器处理该故障信号，其在控制器中的结果影响控制器关于切换由控制器切换的至少一个负载电路中的至少一个负载的控制器的操作模式。

在本上下文中，无负载电流和无负载电流路径应被理解为在根据本发明的装置的控制侧上流动的可切换电流，或者用于生成可切换无负载电流的电路布置。无负载电流的流动优选地向控制器指示在负载电路中不存在断路。

在本上下文中，负载电路中的故障特别应被理解为负载电路中的断路或者短路。

如果例如由于电缆有缺陷或者插入连接松脱，线路在电流电路中的一点处断开，就存在断路。这在所有操作状态下都防止电流流动，并且因而原则上非常易于检测。在接通负载的情况下，电流流动的测试因而足以检测断路。如果负载关断，例如，本发明就提供从负载电路获取优选低测试电流，高低测试电流特别是恒定的并且特别优选将其选择地非常低，以致该电流不能接通负载。如果该测试电流流动断开或者已经断开，就可推断存在断路。

短路可能取决于其发生的位置而具有不同结果。存在是否由根据本发明的接口或者由外部电压源实现负载的电压源的问题。在前一种情况下，因而如果由根据本发明的接口实现负载的电压源，则通常在接口和负载之间只存在两根通电电线。如果这里的短路在任何点处发生，就可能通过所讨论的电流电路中与短路并发的电阻降低而检测出短路。

在负载的接通状态下，由于短路，电流将增大至比正常、无故障操作时产生的电流高相当多的值。可由可检测这种不常见高电流(过电流)的电路检测这种情况。在负载的关断状态下，可能参考由负载电路中的无负载电流生成的电压来检测出短路。由此必须观察线路电阻，其也可在短路的情况下确保在负载电路中产生电压。如果将根据本发明的接口的输出端子与现场侧电隔离，就可仅在发生第二故障时检测出接地故障。

如果根据本发明的接口仅包括接通或关断外部电压源的切换元件，则短路可能在不同点处发生。

电压源处的短路切断负载电源，并且因而防止电流流过负载。这像是断路一样影响大多数诊断电路，虽然配线未在任何点处断开。

如果短路在该负载上发生，这就难以在关断状态下确定，因为也难以通过无负载电流测量由短路引起的负载电阻的变化，这是因为总电压处于根据本发明的接口的开路触点处。如果以存在负载短路地接通负载电路，则负载电路的电压源的熔丝就熔断(在许多情况下，特别是以适当尺寸的熔丝)，由此导致断路。如果不是这种情况，就可以经由穿过根据本发明的接口的输出端子的太高的电流检测出短路。

在根据本发明的接口的触点处短路的情况下，无意地接通负载。然而，对于接口本身，负载电路中的电压降低至0伏特，许多传统的诊断电路将其指示为负载电路中的断路。

如果负载的外部电压源具有接地参考，则特别是具有开路集电器输出的接地故障可能导致负载的意外接通。上述情况特别在如果在将负载连接至根据本发明的接口的输出的电线上出现故障的情况下发生。

根据本发明的优选实施例，总体故障信号被发射至装置的输入部分的切换级，其中这种切换级取决于在负载电路中是否已经检测出故障或者在负载电路中已经检测出哪种故障类型而采取至少两种可能状态之一。

通过这种方式，在输入部分中以控制器可以检测到的稳定信号的形式来表示总体故障信号。

在本上下文中，切换级应被理解为取决于控制信号而切换——特别是接通或关断——特别是无负载电流路径中的电流的电子电路或电路。在这种意义上，切换级的实例是经由一个或多个晶体管控制的继电器或半导体电路。在本上下文中，切换的切换级应被理解为处于切换状态的切换级。对应地，非切换的切换级应被理解为处于非切换状态下的切换级。

根据本发明的进一步优选实施例，切换级切换输入部分中的无负载电流路径中的无负载电流。通过这种方式，控制器就在根据本发明的装置的输入部分处“看到”与如果控制器被直接地连接至负载电路时控制器“会看到”的状态相对应的状态。在这种意义上，因而这里存在高度的线路故障透明度。

根据本发明的进一步优选实施例，无负载电流本质上具有与测试电流相同的强度。通过该实施例，甚至更大程度地实现线路故障透明度的原理。

根据本发明的进一步优选实施例，逻辑电路产生中间故障信号的“或”操作。通过这种方式，一旦中间故障信号中的一个指示故障，总体故障信号就指示故障。

根据本发明的进一步优选实施例，第一故障检测电路具有用于从负载电路获取测试电流的电流调节器，其中由第一故障检测电路生成的第一中间故障信号取决于测试电流是流动还是被中断而不同。该实施例促进一种特别简单的故障检测，以及从输出部分向输出部分透明地发射故障状态。

根据本发明的进一步优选实施例，相对于在负载情况下在负载电路中流动的电流，测试电流小到可忽略。该实施例促进以对负载电路中的操作非常低的导致干扰影响进行故障检测。

根据本发明的进一步优选实施例，测试电流是恒定的。该实施例促进相对于负载电路中的电流波动特别稳健的故障检测。

根据本发明的进一步优选实施例，第一故障检测电路具有用于对测试电流整流的整流器。这种整流器导致将在与负载电路并联连接的测试电流电路中对在负载电路中流动的交流电流整流。通过这种方式，故障检测电路可与直流电流或交流电流是否在负载电路中流动无关地工作。

根据本发明的进一步优选实施例，第一故障检测电路具有用于检测负载电路中的断路故障的电路。第一故障检测短路与负载电路并联连接，并且与负载电路的触点并联连接。如果负载电路开关切断，则来自负载电路电源的电压就位于这些开关处。可能优选地以低电流、测试电流加载该电压。只要负载电路配线无故障，就可以用该测试电流生成信号。第一故障检测短路从测试电流生成该逻辑信号。作为第一故障检测电路的中间故障信号，优选地经由电隔离体——特别优选地经由集电器——将其发射至输入部分，并且使其可用于切换输入以用于由控制器评估。优选地，电隔离体——优选地继电器或光耦合器或类似装置——以下列操作电压操作，经由单独的能量源将该操作电压馈送给根据本发明的装置，优选地馈送给根据本发明的接口。替代地，电隔离体也可以用从负载电路或控制器获取的能量操作。然而，根据本发明的装置——优选地根据本发明的接口——的单独能量供应提供下列优点，即不需要做出关于负载电路或控制器的电流承载能力的假设。

如果测试电流减小，就可推断负载电路中存在故障。第一故障检测电路生成中间故障信号，其中的逻辑值指示测试电流减小。在该故障的情况下，输入部分中的继电器切断并且中断输入部分中的无负载电路，并且因而指示负载电路中存在控制电路中的断路形式的断路。

根据本发明的进一步优选实施例，第二故障检测电路具有用于检测负载电路中的断路故障的电路。这种与负载电路串联连接的、用于检测第二故障检测电路的负载电路中的断路故障的电路具有下列优点，也就是说即使负载电路的负载电路开关闭合，如果在负载电路开关处不可获得可用来产生测试电流的电压，则可检测出负载电路中的断路故障。

根据本发明的进一步优选实施例，第二故障检测电路包括用于检测负载电路中的短路故障的电路。

根据本发明的单独、独立能量供应提供操作与负载电路开关串联的用于故障检测的电路的可能性。通过这种方式，即使在闭合(因而导电)负载电路开关的情况下，也可能检测到负载电路中的过电流(高于最大阈值)或开断电流(低于最小阈值)，由此可能检测到短路(特别是负载上的)或断路。由此，通过负载电路中的过电流表示短路，并且通过负载电路中的电流开断表示断路。

优选地，在所谓的电源轨的帮助下实现根据本发明的装置的独立能量供应。这是优选地具有三个或五个电源轨的35mm标准轨的插入部分。这些轨中的两个以采用优选为24V DC电压的对应触点向单元供电。所述轨可以用于总体故障消息。一旦在与电源轨兼容的单元上发生故障，该单元就将故障发射至该轨。可对位于轨上的所有单元拾取该故障，并且将其发射至相关的控制器。

因此，利用一个输入，可监视位于电源轨上的所有单元的故障。用于总线通信的相应配备的单元可使用未使用的轨。

优选地，根据本发明的装置与电源轨电隔离，特别优选地被切换模式电源(SMPS)电隔离。这提供了下列优点，即视需要，也可以用不同于24V的电压操作故障检测电路。虽然根据本发明的装置为独立的能量供应，但是即使负载电路接通，能量也可用于操作故障检测电路，由此与仅可能在负载电路开关断开，即不导电时操作的故障检测电路的帮助相比，可检测到更大数目的不同故障。

优选地，与负载电路串联连接的第二故障检测电路具有适当的子电路，以检测负载电路中的电流减小和/或过电流，即使负载电路开关闭合时也是如此。通过这种第一故障检测电路和第二故障检测电路，因而，当负载电路开关断开时检测断路，并且当负载电路开关闭合时检测断路和/或短路。如果将不同的中间故障信号链接以形成总体故障信号，就可在根据本发明的装置的输入部分中区分这三种类型的故障，这使得区分称为可能。然而，在中间故障信号的简单“或”操作的情况下，这是不能直接区分的。

在没有根据本发明的装置的独立能量供应的情况下，可以实现与负载电路并联的、用于检测负载电路中的故障的第一故障检测电路。由于一些应用中的大电压和电流范围，所以如果可能的话，当负载电路开关断开时，短路检测在任何情况下都比当负载电路开关闭合时更困难。如果接通输出，即负载电路开关闭合，就可以经由过负载电流的测量值检测到线路的状态。如果该测量值低于最小值，就可假定断路。如果该测量值超过最大值，就将假定存在短路。

由于其可以变化的范围大，所以可以变得难以测量这种电流。例如，根据本发明的装置的典型电流上限阈值为5A。无故障功能可能保证的典型最低电流强度约为2mA。必须在继电器的外壳内实现电流测量，其中其它组件已经产生功率耗散。因此，在电流测量时应确保不将太多能量转化成热。

如果使用简单的分流电阻器进行测量，这在100mV的期望电压和5A的电流下产生20mΩ的电阻值。功率耗散然后为0.5W。然而，在2mA的情况下仅为40μV，这在根据本发明的接口中难以检测。为此，使用两种不同的诊断电路测量电流是有利的，一个用于达不到最低电流，另一个用于超过最大电流。

由于根据本发明的装置和/或根据本发明的接口的独立能量供应，优选地，在输入电路中的故障模拟时使用继电器。因为这完全断开电流电路，所以确保了作为断路的可靠检测。继电器的进一步优点在于自动存在电隔离并且用直流电压进行简单控制。在无故障状态下不改变输入电流，由此这里不需要适配。

在接通状态下，因而当负载电路开关闭合时，当未达到起作用所必需的最小电流时检测出断路。这以专用方式固定，并且例如为2mA。

如果使用分流电阻器来测量电流，则这必须向经充分评估的电压提供2mA的电流。为此必需的电阻值将太高，然而，不能从根据本发明的装置(或者根据本发明的接口)的外壳移除以5A电流生成的功率耗散。可由通过MOS-FET从特定电流桥接的相对高欧姆的分流电阻器解决该问题。

优选地，类似于断路测试地使用电流测量来实现接通状态下的短路的检测。这里假定一旦电流超过5A的预定义最大值达相当长时间，就存在短路。由于为此仅必需监视最大值，所以可使用正常分流电阻器。

对于关断状态下的断路检测，因而如果负载电路的开关断开，测试电流路径就与负载电路并联连接，这确保了低电流流过负载。如果该电流不流过，就假定断路。在该情况下，第一故障检测电路生成对应的中间故障信号，该中间故障信号可能与其它中间故障信号链接，以形成总体故障信号，并且将其从输出部分发射至输入部分以用于由控制器评估。

在没有根据本发明的装置或根据本发明的接口的独立能量供应的情况下，可仅检测出关断状态下的断路。

根据本发明的进一步优选实施例，以电隔离的方式将总体故障信号从输出部分发射至输入部分。也可能利用负载经受高电流的传统控制器来控制这样的负载电路。此外，适当设计的电隔离防止在负载电路中对控制器的不良反作用干扰。

在本上下文中，电隔离级应被理解为在这两个电子电路之间不存在导电连接的情况下促进在两个电子电路之间信息传输的装置。用于这种电隔离或隔离级的重要实例是优选处于公共铁芯上的采用彼此电隔离的线圈的变压器形式的感应隔离级、电容绝缘级、诸如继电器或光电转换器的机电组件，特别是所谓的光耦合器。特别是从输出部分至输入部分的故障信号的电隔离传输应相应地被理解为在特别是从输出部分至输入部分没有导电连接的情况下特别是从输出部分至输入部分的故障信号的传输。

优选地，在继电器或光耦合器的帮助下执行这种电隔离。

光耦合器是处于两个电隔离电流电路之间的光电子发射器。与其它电隔离体相比，它们具有相当小的尺寸，促进故障信号的数字并且也促进模拟传输，并且不具有将被视为杂散电磁场的源的任何电感。它们相对于引起干扰的外部电磁场也不敏感，并且比电磁解决方案具有更短的延迟时间和更低的损耗率。然而，与诸如继电器或变压器的电隔离传输的电感解决方案相比，这种光电子发射器的输入和/或输出电路相对于过载或引起干扰的脉冲更敏感。

根据本发明的进一步优选实施例，输入电路具有与至少一个负载开关有源连接的线圈。

这种优选实施例引起控制器的切换命令从输入部分电隔离地发射至输出部分，并且因而也在不使用功率半导体的情况下基于传统数字电路对强电路负载进行安全控制。

此外，提供一种根据本发明的用于监视和切换具有负载的负载电路的方法，其中：

-具有输入部分和输出部分的装置在控制器和负载电路之间被切换或已经被切换，

-输入部分具有输入电路，该输入电路将经由切换输入传入的控制器的切换命令转换为负载开关的切换处理，

-与负载电路并联连接的至少第一故障检测电路和与负载电路串联连接的至少第二故障检测电路检测负载电路中的故障，并且在输出部分中生成至少一个相应的中间故障信号，

-包括中间故障信号的逻辑电路生成从这些中间故障信号得出的总体故障信号，并且将其从输出部分发射至输入部分，并且其中

-经由切换输入使得总体故障信号可用于评估。

根据该根据本发明的方法的优选实施例，特别是根据上述实施例中的一个，根据本发明的装置在控制器和负载电路之间已经被切换或被切换。

附图说明

下面参考附图解释本发明的进一步有利的实施例，在附图中：

图1示出根据本发明的用于监视负载电路和并且在控制器和负载电路之间切换负载电路的装置的根据本发明的布置的示意图；

图2示出根据现有技术的处于控制器和负载电路之间的接口的布置的示意图；

图3示出根据本发明的用于监视和切换负载电路的装置的实施例的示意图；

图4示出根据本发明的用于监视和切换负载电路的装置的进一步实施例的示意图；

图5示出根据本发明的装置的子电路的实施例的示意图。

具体实施方式

在图1中示出包括控制器101、接口102和负载电路103的布置的、形成本发明的基础的一种典型的一般结构。

负载电路是在根据本发明的接口102的现场侧上连接到接口102的、诸如例如致动器或传感器的单元103的电流电路。在接口102中，存在输入部分130和输出部分131。控制器101向根据本发明的接口发射控制信号132，该控制信号被输入部分130接收并且被转换为输入部分的控制信号133并且被发射到输出部分131。输出部分131继而控制(134)负载电路103。在负载电路中的故障影响137在接口中的故障检测，并且被输出部分的用于故障检测的电路发射135到输入部分。根据本发明的接口以这种方式带来在用于控制器101的负载电路中的故障的故障模拟136。

本发明在下述意义上促进线路故障透明度：在根据本发明的接口的现场侧上的布线中的例如线路破损或短路的故障被发射到其控制侧，使得控制器可以检测故障，其中，该故障以对于控制器类似或相同的方式在所述控制侧上显现其本身，就好像在现场侧上产生的这个故障存在于根据本发明的接口的控制侧上。

图2示出根据现有技术的布置，该布置具有根据现有技术的接口112，其输入部分130具有继电器117，开关118和119用继电器117来在输出部分131中被切换。通过继电器117的电流来自使用控制器的开关114切换的控制器111的电流源115。接口112的输入部分130可以还具有测试输入116。

在图2中所示的来自现有技术的布置中，开关118串联，由此负载电路113b的可靠关断变得可能。负载电路113b由负载126b和负载电路电源127b构成，并且经由触点123b和125b连接到输出电路131的输出端子123和125，由此，在此所示的示例中也提供了熔丝120。开关119并联，由此促进负载电路113a的安全接通，负载电路113a由负载126a和负载电源127a构成，并且经由连接121a和122a连接到输出电路131的连接端子121和122。由负载126c和负载电路电源127c构成的负载电路113c经由连接121c、122c、123c和125c而连接到接口112的连接端子121、122、123和125，并且可以以全极方式接通和关断。然而，不存在切换触点的冗余。

图3示出本发明的进一步实施例，其中根据本发明的接口202b具有两个故障检测电路211和212，其中故障检测电路211与负载电路113a并联连接，并且其中故障检测电路212串联地集成到负载电路113a中。因而，如果开关119中的至少一个闭合，则电流仅流过故障检测电路212，而如果两个开关119都断开，则仅在故障检测电路211处存在电压。逻辑电路213链接故障检测211和212的结果，并且逻辑结果切换无负载电流切换级214，无负载电流切换级214与被布置成与致动切换119的输入电路215并联。

经由逻辑电路，优选地“或”门，将故障信号存在或不存在电隔离地从输出侧发射至输入侧。为此，不是绝对必需具有下游整流器的触发器电路和发射器。也可以经由继电器电隔离地实现可切换无负载电流路径214的控制。

图4示出图3中所示的实施例的具体图示，其中故障检测电路211具有测试电流支路311a和用于断路检测的电路311b，并且其中故障检测电路212具有用于断路检测的电路312a以及用于短路检测的电路312。故障检测电路311b、312a和312b的输出信号在逻辑电路313，例如在“或”门中逻辑链接，并且该逻辑的结果控制继电器309，继电器309切换无负载电流支路314。继电器断开输入电路的串联触点，这可以由控制器检测到。输入电路315致动开关119。

图5示出用于桥接测量分流电阻器RS的优选电路MS，当负载电路开关119闭合时，负载电路电流流过该电路，并且在该电路上，与该负载电路电流和测量分流电阻器RS成比例的电压下降。根据负载电路电流的特定电流强度，如果将RS处的电压降与参考电压V1相比较的运算放大器U1连接MOS-FET M1，则MOS-FET M1桥接测量分流电阻器。由此避免无这种电路时太大并且可能在RS处发生的功率耗散。视需要，也可能以反并联方式，以双重形式构造由V1、U1和M1组成的这种电路，以便促进与交流电流或未知极性的直流电流一起使用。

附图标号的列表

101 控制器

102 根据本发明的接口，用于监视和切换负载电路的装置

103 负载电路、现场侧单元、致动器、传感器

111 控制器

112 根据现有技术的接口

113a 负载电路

113b 负载电路

113c 负载电路

114 开关

115 电流源

116 测试输入

117 继电器

118 串联开关

119 并联开关

120 熔丝

121 接口的输出端子

122 接口的输出端子

123 接口的输出端子

124 接口的输出端子

125 接口的输出端子

121a 负载电路的输入端子

121c 负载电路的输入端子

122a 负载电路的输入端子

122c 负载电路的输入端子

123b 负载电路的输入端子

123c 负载电路的输入端子

125b 负载电路的输入端子

125c 负载电路的输入端子

126a 负载

126b 负载

126c 负载

127a 负载电路中的电流源

127b 负载电路中的电流源

127c 负载电路中的电流源

130 输入部分

131 输出部分

132 到接口的控制信号

133 输入部分对输出部分的控制

134 输出部分对负载电路的控制

135 输出部分至输入部分的故障消息

136 控制器的接口的故障模拟

137 负载电路故障对故障检测的影响

202a 根据本发明的接口

202b 根据本发明的接口

203 电流调节器

204 触发器电路

205 发射器、变压器、电隔离级

205a 电隔离级的初级侧输入

205b 电隔离级的次级侧输出

209 接口的输入端子

210 接口的输入端子

211 第一故障检测电路

212 第二故障检测电路

213 逻辑电路

214 无负载电流切换级

215 输入电路

302a 根据本发明的接口

302b 根据本发明的接口

307 无负载电流支路

308 MOSFET

309 继电器

311a 测试电流支路

311b 断路检测

312a 断路检测

312b 短路检测

313 逻辑电路、“或”门

314 无负载电流切换级中的继电器

315 输入电路

RS 测量分流电阻器

M1 MOS-FET

U1 运算放大器

V1 参考电压

MS 用于桥接测量分流电阻器的电路

Claims (17)

1.一种用于监视和切换负载电路(103)的装置，具有

a)输入部分(130)和输出部分(131)，

b)切换输入(209、210)，用于将控制器(101)连接至所述输入部分(130)，

c)切换输出(121、122)，用于将至少一个负载电路(103、113a、113b、113c)与至少一个负载(126a、126b、126c)连接以切换到所述输出部分(131)，

d)至少一个负载开关(118、119)，用于切换所述至少一个负载(126a、126b、126c)，

e)其中所述输入部分(130)具有输入电路(215；315)，所述输入电路(215；315)将经由所述切换输入(209、210)传入的所述控制器(101)的切换命令转换为所述负载开关(118、119)的切换处理，

f)具有第一故障检测电路(211)，所述第一故障检测电路(211)与所述负载电路并联连接，以检测所述负载电路中的故障，以及

g)具有第二故障检测电路(212)，所述第二故障检测电路(212)与所述负载电路串联连接，以检测所述负载电路中的故障，

h)其中所述第一故障检测电路和所述第二故障检测电路每个都生成中间故障信号，所述中间故障信号在逻辑电路(213、313)中逻辑链接以形成总体故障信号，并且其中所述总体故障信号从所述输出部分(131)被发射至所述输入部分(130)，并且经由所述切换输入(209、210)使得所述总体故障信号可用于评估。

2.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于

所述至少一个负载开关(118、119)用于接通和关断所述至少一个负载(126a、126b、126c)。

3.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述总体故障信号被发射至所述装置的所述输入部分(130)中的切换级(214、309、314)，其中这个切换级(214、309、314)取决于在所述负载电路中是否已经检测出故障或者在所述负载电路中已经检测出哪种故障类型而采取至少两种可能状态中的一种。

4.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述逻辑电路(213、313)产生所述中间故障信号的“或”操作。

5.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述第一故障检测电路(211)具有用于从所述负载电路(103、113a)获取测试电流的电流调节器(311a)，其中由所述第一故障检测电路(211)生成的第一中间故障信号取决于所述测试电流是流动还是被中断而不同。

6.根据权利要求5所述的装置，

其特征在于，

所述第一故障检测电路(211)具有用于对所述测试电流整流的整流器。

7.根据权利要求5所述的装置，

其特征在于，

在负载情况下，所述测试电流与在所述负载电路中流动的电流相比较可忽略地小。

8.根据权利要求5所述的装置，

其特征在于，

在负载情况下，所述测试电流与在所述负载电路中流动的电流相比较可忽略地小，并且为恒定的。

9.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述第一故障检测电路(211)具有用于检测所述负载电路中的断路故障的电路(311b)。

10.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述第二故障检测电路(212)具有用于检测所述负载电路中的断路故障的电路(312a)。

11.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于所述第二故障检测电路(212)具有用于检测所述负载电路中的短路故障的电路(312b)。

12.根据权利要求3所述的装置，

其特征在于，

所述切换级(309)切换所述输入部分中的无负载电流路径(314)中的无负载电流。

13.根据权利要求5所述的装置，

其特征在于，

所述输入部分中的无负载电流路径(314)中的无负载电流具有与所述测试电流实质上相同的强度。

14.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

以电隔离的方式将所述总体故障信号从所述输出部分(131)发射至所述输入部分(130)。

15.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

所述输入电路(215、315)具有与至少一个负载开关(118、119)有源连接的线圈(117)。

16.一种用于监视和切换具有负载(126a、126b、126c)的负载电路(103)的方法，其中

a)具有输入部分(130)和输出部分(131)的装置在控制器(101)和所述负载电路(103)之间被切换或者已经被切换，

b)所述输入部分(130)具有输入电路(215、315)，所述输入电路(215、315)将经由切换输入(209、210)传入的所述控制器(101)的切换命令转换为负载开关(118、119)的切换处理，

c)与所述负载电路并联连接的至少第一故障检测电路(211)和与所述负载电路串联连接的至少第二故障检测电路(212)检测所述负载电路中的故障，并且在所述输出部分(131)中生成至少一个相应的中间故障信号，

d)接收所述中间故障信号的逻辑电路(213、313)生成从这些中间故障信号得出的总体故障信号，并且将其从所述输出部分(131)发射至所述输入部分(130)，并且其中

e)经由所述切换输入(209、210)使得所述总体故障信号可用于评估。

17.根据权利要求16所述的方法，其中根据权利要求1所述的装置在所述控制器(101)和所述负载电路(103)之间被切换或者已经被切换。