CN105593772A - 用于对工业控制系统的模块类型进行合并的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种可编程的分立输入模块。在一个或多个实现中，可编程的分立输入模块包括被配置以基于输入信号而生成脉冲宽度调制信号的脉冲宽度调制模块，以及被配置以生成经解调的脉冲宽度信号的脉冲宽度解调模块。隔离器被配置以隔离脉冲宽度调制模块和脉冲宽度解调模块，并且基于脉冲宽度调制信号生成经隔离的经调制的脉冲宽度信号，以用于使脉冲宽度解调模块生成经解调的脉冲宽度信号。可编程分立输入模块还包括用于将经解调的脉冲宽度信号与相应的可编程参考进行比较的第一比较器和第二比较器，以及被配置以对由第一比较器或第二比较器输出的比较信号进行滤波，从而生成分立输入信号的数字滤波器。

Description

用于对工业控制系统的模块类型进行合并的方法
背景技术
工业控制系统(ICS)包含在多种工业环境及重要的基础设施中使用的几种类型的工业和过程控制系统。示例工业控制系统(ICS)包括但不限于：监测控制和数据采集(SCADA)系统、分布式控制系统(DCS)、以及使用例如可编程逻辑控制器(PLC)等的其它控制设备。使用从工业或基础设施环境中的远程站中所收集的信息，可以将自动化的和/或操作员驱动的监测命令传输至远程站控制设备。这些控制设备可以控制各种本地操作，例如，打开和/或关闭阀门和断路器、操作螺线管、从传感器系统中收集数据、以及针对报警条件而监视本地环境。
发明内容
描述了一种可编程的分立输入模块。在一个或多个实施例中，可编程分立输入模块包括被配置以基于输入信号而生成脉冲宽度调制信号的脉冲宽度调制模块，以及被配置以生成经解调的脉冲宽度信号的脉冲宽度解调模块。隔离器被配置以隔离脉冲宽度调制模块和脉冲宽度解调模块。隔离器基于脉冲宽度调制信号来生成经隔离的经调制的脉冲宽度信号，该经隔离的经调制的脉冲宽度信号被提供至脉冲宽度解调模块以生成经解调的脉冲宽度信号。第一比较器和第二比较器将经解调的脉冲宽度信号与相应的可编程参考进行比较。数字滤波器对由第一比较器或第二比较器输出的比较信号进行滤波以生成分立输入信号。
提供了该发明内容以用简化形式介绍在下文的具体实施方式中进一步描述的一组选择的概念。本发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助。
附图说明
参照附图描述了具体实施方式。具体实施方式和图中的不同的实例中相同的附图标记的使用可以指示相似或相同的项。
图1是根据本公开的示例实现的示出了工业控制系统的框图。
图2是根据本公开的示例实现的示出了可编程分立输出模块的框图。
图3A和3B是根据本公开的具体实现的示出了在图2中所示出的可编程分立输出模块的电路图。
图4是根据本公开的示例实现的示出了可编程分立输入模块的框图。
图5是根据本公开的具体实现的示出了在图4中所示出的可编程分立输入模块的电路图。
图6是根据本公开的示例实现的示出了计算设备的框图，其中，计算设备可以实现为现场可编程门阵列设备、专用集成电路设备等。
图7是根据本公开的示例实现的示出了针对是否发生了过流事件的示例方法的流程图。
图8是根据本公开的示例实现的示出了用于生成分立输入信号的示例方法的流程图。
具体实施方式
概述
工业控制系统/过程控制系统通常包括输入/输出模块，输入/输出模块被配置以与输入装置接合，或者经由电源底板向过程中或现场中的输出装置发送指令。例如，输入/输出模块可以用于与过程传感器接合，以用于测量与工业过程相关联的特性。在另一个实例中，输入/输出模块可以用于与电机接合，以用于控制电机的运行。所以，各种输入/输出模块可以需要与系统的各种输入/输出装置接合。例如，与输入/输出模块接合的各种装置可以在不同的电压等级或电压类型下运行。因此，特定的装置可以需要专用的输入/输出模块。例如，针对在二十四伏特(24V)电压下运行的第一装置(例如，传感器)可以需要专用输入/输出模块，并且针对在二百四十伏特(240V)电压下运行的第二装置(例如，电机)需要另一个专用输入/输出模块。
由此，公开了可编程分立输出模块。在一个或多个实现中，可编程分立输出模块包括电流感测电路，其用于生成指示电流值的电流感测信号。例如，电流感测电路可以包括与阻抗元件并联连接的差分放大器。差分放大器被配置以生成表示跨阻抗元件的电压降的输出信号(例如，电流感测信号)，其指示通过电流感测电路的电流。可编程分立输出模块还包括比较器，其被配置以将电流感测信号与过流参考进行比较，并且生成指示是否发生了过流事件的比较信号。微控制器电连接至比较器，并被配置以基于一个或多个可编程参数来控制(例如，行为上控制)开关元件。可编程参数可以基于被配置以与可编程分立输出模块和/或模块内的电流条件接合的负载来支配开关元件的运行。在实施例中，可编程分立输出模块包括用于向可编程分立输出模块提供电流隔离的一个或多个隔离器。
可以以硬件、软件、固件或其组合等实现可编程分立输出模块内的组件中的一个或多个。在一些实现中，可编程分立输出模块被配置以与工业控制系统组件接合，这些组件包括但不一定限于在二十四伏特(24V)、四十八伏特(48V)、一百二十伏特(120V)或二百四十伏特(240V)的开关电压下运行的模块。这些组件还可以利用交流(AC)电压或直流(DC)电压运行。因此，模块可以提供通常与多个独立模块相关联的功能(例如，用一个(1)输出模块替代大约八个(8)输出模块的功能)，并且提供AC/DC响应而基本上不包括时间。
还描述了可编程分立输入模块。在一个或多个实现中，可编程分立输入模块包括被配置以基于输入信号而生成脉冲宽度调制信号的脉冲宽度调制模块，以及被配置以生成经解调的脉冲宽度信号的脉冲宽度解调模块。隔离器被配置以隔离脉冲宽度调制模块和脉冲宽度解调模块，并且基于脉冲宽度调制信号生成经隔离的经调制的脉冲宽度信号，以供脉冲宽度解调模块生成经解调的脉冲宽度信号。可编程分立输入模块还包括用于将经解的调脉冲宽度信号与相应的可编程参考进行比较的第一比较器和第二比较器。数字滤波器被配置以对由第一比较器或第二比较器输出的比较信号进行滤波，从而生成分立输入信号。
该可编程分立输入模块可利用现有的组件以允许用户选择可编程参考或设置点，以及可编程迟滞，其与其它可编程分立输出模块相比可以降低运行成本。可以以硬件、软件、固件或其组合等实现可编程分立输出模块内的组件中的一个或多个。在一些实施例中，可编程分立输入模块被配置以与工业控制系统控制组件接合，这些组件包括但不一定局限于可以在二十四伏特(24V)、四十八伏特(48V)、一百二十伏特(120V)或二百四十伏特(240V)的开关电压下运行的组件。这些组件也可以利用交流(AC)电压或直流(DC)电压运行。因此，可编程分立输入模块可以提供通常与多个独立的可编程分立模块相关联的功能(例如，用一个(1)卡替代大约十六个(16)卡的功能)，并且提供AC/DC响应而基本上不包括时间。
示例工业控制系统/过程控制系统
图1示出了用于控制或操作一个或多个工业控制系统组件(如传感器、电机等)的工业控制系统/过程控制系统100。在实施例中，工业控制系统/过程控制系统100包括计算设备102，计算设备102包括处理器104和存储器106。处理器104为计算设备102提供处理功能，并且可以包括任意数量的处理器、微控制器、或其它处理系统，以及用于存储数据或者由计算设备102存取或生成的其它信息的常驻或外部存储器。处理器104可以执行实现在本文中所描述的技术的一个或多个软件程序(例如，模块)。
存储器106是有形的计算机可读介质的示例，其提供用于存储与计算设备102相关联的操作、在本文中所描述的软件功能、、或者用于指示处理器104以及计算设备102的其它元件执行在本文中所描述的步骤的其它数据的存储功能。尽管计算设备102内仅示出了单个存储器106，但是可以采用宽泛的多种类型和组合的存储器。存储器106可以与处理器104集成，可以是独立的存储器，也可以是二者的组合。存储器可以包括例如可移动或不可移动的存储器元件，例如RAM、ROM、闪速存储器(如SD卡、迷你SD卡、微型SD卡)、磁、光学、USB存储设备等。
计算设备102经由包括在计算设备102中的通信模块112通过通信网络110通信地耦合至一个或多个输入/输出(I/O)模块108(即，现场设备、可编程分立输入/输出设备，例如，可编程分立输出模块200或可编程分立输入模块400)。在本公开的具体的实现中，通信网络110包括用于给相应的模块200、400的电路供电和/或提供通信的底板113。在其它实现中，通信网络可以至少部分包括构想的多种不同类型的网络和连接，包括但不仅限于：交换结构、互联网、内联网、卫星网络、蜂窝网络、移动数据网络、有线和/或无线连接等。
无线网络可以包括多个通信标准、协议和技术中的任何一个，多个通信标准、协议和技术包括但不限于：全球移动通讯系统(GSM)、增强型数据GSM环境(EDGE)、高速下行链路分组接入(HSDPA)、宽带码分多址(W-CDMA)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、蓝牙、无线保真(Wi-Fi)(例如，IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g和/或IEEE802.11n)、互联网协议语音(VoIP)、Wi-MAX、针对电子邮件的协议(例如，互联网消息访问协议(IMAP)和/或邮局协议(POP))、即时消息(例如，可扩展消息传送和呈现利用协议(XMPP))、即时消息传送和呈现利用扩展的会话初始协议(SIMPLE)、和/或即时消息传送和呈现服务(IMPS)、和/或短消息服务(SMS)、或任何其它合适的通信协议。
I/O模块108被配置以与一个或多个工业控制系统组件109(例如，传感器和/或电机)接合。I/O模块108可以包括输入模块、输出模块和/或输入及输出模块。例如，输入模块可用于从在过程中或在现场的输入装置中接收信号，而输出模块可用于向在现场的输出装置发送指令。例如，I/O模块108可以连接至包括用于针对燃气加工厂、炼油厂等测量管道中的压力的过程传感器的工业控制系统组件109。在实现中，I/O模块108可以用于在一些应用中收集数据并且对系统进行控制，这些应用包括但不一限于：工业过程，例如，制造、生产、发电、制备及精炼；基础设施过程，例如，水处理及分配、污水收集及处理、油气管道、电力传输及分配、风电场，以及大型通信系统；针对建筑物、机场、船舶和空间站(例如，用于监视和控制供暖、通风和空调(HVAC)设备，以及能量消耗)的设施过程；大型园区工业过程工厂(largecampusindustrialprocessplants)，例如，油和气、精炼、化学、制药、食品和饮料、水和污水、制浆造纸、公用电力、采矿、金属；和/或重要的基础设施。I/O模块108还可以连接至包括电机的工业控制系统组件109并被配置以控制电机的一个或多个运行特性，例如，电机转速、电机扭矩等。在其它实现中，工业控制系统组件109可以包括阀门，并且I/O模块108被配置以控制阀门的一个或多个运行特性，例如，打开或关闭阀门。
通信模块112可代表多种通信组件和功能，其包括但不限于：一个或多个天线、浏览器、发射器和/或接收器(例如，射频电路)、无线电广播设备、数据端口、软件接口和驱动器、网络接口、数据处理组件等。
如在图1中所示，计算设备102被通信地耦合至被配置以向用户(例如，工业控制系统/过程控制系统100的操作者等)显示可视化输出的显示器114。可视化输出可以包括图形、文本、图标、视频及其任意组合(统称为“图形”)。在一些实施例中，可视化输出中的一些或全部都可以对应于用户接口对象等。计算设备102还可以通信地耦合至用户接口设备116(例如，小键盘、键盘、按钮、无线输入设备、指轮输入设备、追踪杆输入设备、触摸屏等)，以用于在用户和系统100之间提供通信功能。用户接口设备116还可以包括一个或多个音频I/O设备，例如麦克风、扬声器等。例如，如在本文中所更详细地描述的那样，用户可以利用用户接口设备116来向一个或多个可编程分立输入模块或可编程分立输出模块提供输入参数。
计算设备102包括工业控制系统(ICS)模块118，其可以存储在存储器106中，并且可以由处理器104执行(例如，实施能够由处理器108执行的程序的非瞬时性计算机可读介质)。如在本文中更加详细地描述的那样，工业控制系统模块118表示用于促进计算设备102和I/O模块108之间的通信的交换，以及用于基于用户选择和/或用户定义的输入来控制运行的参数，并且将运行的参数提供至I/O模块108(例如，可编程分立输出模块200、可编程分立输入模块400)的功能。
示例可编程分立输出模块
图2、3A和3B示出了根据本公开的示例实现的示例可编程分立输出模块200。可编程分立输出模块200表示用于工业控制系统/过程控制系统100的分立通信信道。可编程分立输出模块200可以被配置以与一个或多个工业系统控制组件接合，这些组件可以包括但不限于：温度传感器、液体箱传感器、压力传感器等。在本公开的实现中，可编程分立输出模块200被配置以操作工业控制系统组件，例如泵、电机控制器、阀门等。可编程分立输出模块可以在各种电压水平或激励下运行。例如，第一ICS组件109可以被配置以在第一电压水平下运行，并且第二ICS组件109可以被配置以在第二电压水平下运行。在这些示例中，同样的模块200可以被配置以在接收一个或多个可编程的参数之后与任一组件109接合。交流(AC)电压激励可以是二十四伏特(24V)、四十八伏特(48V)、一百二十伏特(120V)或二百四十伏特(240V)。在另一个示例中，电压激励可以是直流(DC)电压激励或交流(AC)电压激励。
如在图2中所示，可编程分立输出模块200包括电连接至端子204A、204B的至少一个开关元件202。端子204A、204B可以被配置以与通信网络110(例如，底板113)接合，该通信网络110被配置以接收可编程分立输出模块200。开关元件202有至少基本上阻止电路径206(例如，诸如电线、迹线等的导体)内的电流的断开配置，以及允许在电路径206内的电流的闭合配置。在一个或多个实现中，开关元件202可包含一个或多个晶体管，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFEDs)、绝缘栅双极晶体管、机电继电器等。例如，如在图3A中所示的具体的实现中，开关元件202包括包含漏极端子212、源极端子214和栅极端子216的功率晶体管210。在该实现中，模块200被配置以与具有直流(DC)激励配置的通信网络110接合。在另一个具体的实现中，如在图3B中所示，开关元件202包括第一功率晶体管210和第二功率晶体管218。第二功率晶体管218包括漏极端子220、源极端子222和栅极端子224。在该实现中，模块200被配置以与具有交流(AC)激励配置的ICS组件109连接。
开关元件202被布置为沿着电路径206与电流感测电路208串联。电流感测电路208被配置以向可编程分立输出模块200提供电流传感功能。例如，电流感测电路208被配置以向可编程分立输出模块200提供过流检测功能。如在图3A和3B中所示的具体的实现中，电流感测电路208包括电路径206内的阻抗元件226，以及与阻抗元件226并联电连接的差分放大器228。如图所示，差分放大器228包括第一输入电压端子230、第二输入电压端子232和输出端子234。差分放大器228被配置以放大跨阻抗元件226的电压降，并且输出表示经放大的电压降的信号。在一个或多个具体实现中，阻抗元件226可包含一个或多个电阻器、具有已知的阻抗的电迹线、或者一个或多个场效晶体管设备。在一个或多个实现中，差分放大器228包括被配置以向模块200提供差分放大器功能的运算放大器。
可编程分立输出模块200还包括被配置以向模块200提供比较功能的比较器236。比较器236包括第一输入端子238、第二输入端子240和输出端子242。第一输入端子238电连接至差分放大器228的输出端子234，第二输入端子240电连接至参考信号(例如，参考电压)。比较器236将经放大的电压降信号与参考信号进行比较。当经放大的电压降信号大于参考信号时，比较器被配置以在输出端子242处输出第一信号，例如，逻辑高(例如，逻辑“1”)信号。相反地，当被放大的电压降信号小于参考信号时，比较器236被配置以输出第二信号，例如，逻辑低(例如逻辑“0”)信号。第一信号可以因此表示跨阻抗元件226所测量的电流超过了预先定义的阈值(如过流事件)的情况，并且第二信号可以表示跨阻抗元件226所测量的电流不超过预先定义的阈值的情况。在一个或多个实现中，比较器236可以以硬件(例如，数字比较器)或软件(例如，具有包括计算机可读介质的存储器的处理器，该计算机可读介质实施能够由处理器执行以使得处理器提供比较功能的指令的程序)实现。
如在图2中所示，可编程分立输出模块200包括第一隔离器244和第二隔离器246。隔离器244、246被配置以向可编程分立输出模块200提供电流隔离。如在图3A和3B中所示的具体的实现中，隔离器244、246可以包括相应的光学发射器248、250以及对应的光学传感器(例如，光学接收器)252、254。在这样的实现中，光发射器248、250被配置以发出在有限的波长谱内的电磁辐射。例如，光学发射器248、250可以发出在非可见光光谱(例如红外光谱、无线电频谱等)中的电磁辐射，或者发出在可见光光谱中的电磁辐射。第一隔离器244的光学传感器252被配置以检测由光学发射器248发出的电磁辐射并且将该电磁辐射转换为表示比较器信号的信号(例如，经隔离的比较器信号)。
在实施例中，光学发射器248、250可以包括但不限于一个或多个发光二极管、一个或多个激光二极管等。比较器236的输出信号被配置以驱动第一隔离器244的光发射器248。例如，光学发射器248可以被配置以发出在有限的波长谱内的表示比较器236的输出信号的电磁辐射。在实施例中，光学传感器252、254包括将所检测到的电磁辐射转换为对应的电信号的光电探测器，例如光电二极管、光电晶体管等。
可编程分立输出模块200还包括电连接至隔离器244、246的微控制器256。微控制器256可以向模块200提供专用的处理功能。如在图3A、3B中所示，第一隔离器244的光学传感器252电连接至微控制器256，并且微控制器256电连接至第二隔离器246的光学发射器250。在一个或多个实现中，微控制器256包括被配置以向微控制器256提供处理功能的至少一个处理器，以及被配置以存储可以由处理器执行的一个或多个模块(例如，计算机程序)的存储器。
微控制器256基于经隔离的比较器信号来操作开关元件202。在实现中，微控制器256被配置以基于一个或多个可编程参数来控制开关元件202的开关行为。在实施例中，微控制器256可以包括与被配置以与可编程分立输出模块200接合的负载或负载类型相对应的可编程参数。例如，当微控制器256接收到指示发生了过流事件的信号时，微控制器256被配置以输出微控制器信号从而使得开关元件202转换至断开配置。在该示例中，微控制器256生成并输出驱动光学发射器250的微控制器信号，该光学发射器250发出在有限的波长谱内的表示微控制器信号的电磁辐射。光学传感器254检测在有限的波长谱内的表示微控制器信号的电磁辐射，并基于所检测到的电磁辐射而生成信号，即经隔离的微控制器信号。
经隔离的微控制器信号使得开关元件202从闭合配置转换为断开配置。例如，如在图3A和3B中所示，光学传感器254电连接至功率晶体管210(和/或第二功率晶体管218)的栅极端子216(和/或栅极端子224)。当发生过流事件时，经隔离的微控制器信号被配置以使得功率晶体管210(和/或功率晶体管218)从运行状态(例如，活动模式或三级管模式)转换至基本上不运行的状态(例如，截止模式)，以至少基本上阻止电路径206内的电流。当没有发生过流事件时，可以将开关元件202保持在闭合配置中。
微控制器256被配置以基于与端子204A、204B接合的负载类型来控制开关元件202的开关行为。例如，用户可以基于负载类型(例如，软性可选择的过流行为)而提供或选择指示微控制器256在过流事件期间如何响应的一个或多个可编程参数。因此，系统100的用户可以根据模块200的负载来调整开关元件202的行为。在实现中，响应于接收到过流事件的指示，基于负载类型，微控制器256可以在经编程的分立的时间间隔处将开关元件202转换至闭合配置以持续经编程的时间量。在另一个实现中，根据负载类型，微控制器256被配置以阻止开关元件202由于过流事件而转换回闭合配置。
工业控制系统100可采用分别配置以经由通信网络110(例如，底板113)与计算设备102进行通信的多个可编程分立输出模块200。底板113提供模块200与计算设备102之间的电力和/或通信信号传输。在一个或多个实现中，可以利用不同的可编程参数将各个信道、或相应的模块200编程以用于控制相应的模块200的开关行为。在另一个具体实现中，可以利用相同的可编程参数将每个信道编程以用于控制相应模块200的开关行为。因此，模块200、或信道每个都是基于负载类型独立可编程的，以与模块200接合。
示例可编程分立输入模块
图4和图5示出了根据本公开的示例实现的示例可编程分立输入模块400。可编程分立输入模块400可以表示工业控制系统100的分立通信信道，该信道被配置以与一个或多个工业系统控制组件接合，这些组件包括但不限于：温度传感器、液体箱传感器、压力传感器等。可编程分立输入模块400被配置以在输入端子402A、402B处接收表示工业控制系统100的输入参数的输入信号。例如，输入信号可以表示由与工业控制系统100相关联的温度传感器提供的温度参数。在另一个示例中，输入信号可以表示由与工业控制系统100相关联的液体传感器提供的箱内的液体水平。在另一个示例中，输入信号可以表示由与工业控制系统100相关联的压力传感器提供的压力参数。模块400被配置以与基于提供至模块400的一个或多个可编程参数而在不同的电压输入(例如，电压激励)下运行的ICS组件接合。例如，交流(AC)电压激励可以是二十四伏特(24V)、四十八伏特(48V)、一百二十伏特(120V)、或者二百四十伏特(240V)。电压激励可以是直流(DC)电压输入或者交流(AC)电压输入。
如图所示，可编程分立输入模块400包括具有输入端子406和输出端子408的脉冲宽度调制模块404。脉冲宽度调制模块404被配置以基于输入端子406处的输入信号而生成脉冲宽度调制信号。在一些实施例中，脉冲宽度调制模块404被通信地连接至电压转换器410。在这样的实施例中，电压转换器410被电连接至输入端子402A、402B。电压转换器410被配置以在输入端子402A、402B处接收模拟电流(AC)输入信号(例如，AC电压信号)，并且将模拟电流(AC)输入信号转换为对应的直流(DC)输出信号。
在具体的实现中，转换器410包括桥式整流器412。桥式整流器412包括被布置成桥型配置(即，二极管桥)的至少四个二极管414A、414B、414C、414D。然而，所构想的是可以替代桥式整流器412而利用其它类型的电压转换器设备。如在图5中所示，桥式整流器412包括向分压器418提供经转换的输出信号的输出端子416A、416B。分压器418被配置以生成是输入信号的一部分的输出信号(即，经转换的信号)。如图所示，分压器418包括被配置以根据阻抗元件值而将输入信号减弱的至少两个阻抗元件420A、420B。可以根据系统100的要求来选择阻抗元件值。在具体的实现中，阻抗元件420、422是电阻器。分压器418电连接至脉冲宽度调制模块404。如上所述，脉冲宽度调制模块404被配置以在输出端408处根据在输入端406处所提供的信号(即，由分压器418提供的信号)生成脉冲宽度调制信号。在一些实施例中，工业控制系统100的用户(例如，操作者)可以基于到模块400的电压输入的类型(例如，AC电压输入信号或DC电压输入信号)来选择输入电压检测的操作模式。例如，ICS模块118被配置以使得处理器104引起待输入至模块400的电压类型的图形表示的显示。用户可以利用用户接口设备116以使得模块118选择模块400将监视的电压输入。基于选择，模块118被配置以使得处理器104当电压输入是AC时启用转换器410的操作，或者当电压输入信号是DC时禁用转换器410的操作。当转换器410被禁用时，输入端子402A、402B直接连接至脉冲宽度调制模块404，使得DC电压输入信号直接被提供至脉冲宽度调制模块404。处理器104可以被配置以控制开关423A、423B、423C、423D的操作，当电压输入是AC时，使得开关423A、423B处于断开配置以防止输入端子402A、402B与模块404之间的直接连接(开关423C、423D处于闭合配置)，并且当电压输入是DC时，使得开关423A、423B处于闭合配置以将输入端子402A、402B与模块404直接连接(开关423C、423D处于断开配置)。
在实施例中，脉冲宽度调制模块404还可以与输入端子402A、402B直接连接。在这样的实施例中，脉冲宽度调制模块404被配置以接收AC输入信号，并且对AC信号进行数字滤波以生成用于脉冲宽度模块404的直流信号。
如图4中所示，可编程分立输入模块400包括被配置以向可编程分立输入模块400提供电流隔离的隔离器424。隔离器424将可编程分立输入模块400的第一部分426与可编程分立输入模块400的第二部分428进行隔离。如图所示，脉冲宽度模块化模块404电连接至隔离器424，并且将脉冲宽度调制信号提供至隔离器424。隔离器424被配置以允许第一部分426与第二部分428之间的电能量的交换(例如，表示信息的电能量、表示数据的电能量)。在实现中，隔离器424包括光学发射器430和光学传感器432(例如，光学传感器)。例如，如在图5中所示，脉冲宽度调制信号驱动光学发射器430，该光学发射器430被配置以发出在有限的波长谱内的表示脉冲宽度调制信号的电磁辐射。例如，光学发射器430被配置以发出在非可见光频谱(例如，红外频谱、射频频谱等)中产生的电磁辐射，或者发出在可见光频谱中产生的电磁辐射。光学发射器430可以包括但不限于，一个或多个发光二极管、一个或多个激光二极管等。
光学传感器432被配置以检测由光学发射器430发出的电磁辐射，并且将电磁辐射转换成经隔离的经调制的脉冲宽度信号，例如，表示脉冲宽度调制信号的电信号。在一个或多个实现中，光学传感器432包括将所检测的电磁辐射转换成经隔离的经调制的脉冲宽度电信号的光电探测器，例如，光电二极管、光电晶体管等。
如图4所示，可编程分立输入模块400包括具有输入端子436和输出端子438的脉冲宽度解调模块434。如在图4中所示，输入端子436电耦合至隔离器424。在具体的实现中，如在图5中所示，输入端子436电连接至光学传感器432。脉冲宽度解调模块434被配置以基于输入端子436处的经隔离的经调制的脉冲宽度信号而生成脉冲宽度解调信号。
可编程分立输入模块400还至少包括第一比较器440和第二比较器442。如在本文中更加详细地描述的，比较器440、442都是软件可设置的。例如，比较器440、442包括可编程阈值(例如，参考点)和可编程迟滞。可以以多种方式实现比较器440、442。例如，可以以硬件(例如，数字比较器)来实现比较器440、442。在另一个示例中，可以以使得处理器提供比较功能的软件(例如，程序可执行指令)来实现比较器440、442。
第一比较器440和第二比较器442向系统100提供比较功能。如在图4中所示，第一比较器440电连接至脉冲宽度解调模块434的第一输出端子438。相似地，第二比较器442电连接至脉冲宽度解调模块434的第二输出端子440。第一比较器440和第二比较器442还经由底板113可操作地与处理器104连接。例如，第一比较器440经由输入端子446连接至底板113，并且第二比较器44经由输入端子448连接至通信网络110。在本公开的实现中，系统100被配置以向第一比较器440和第二比较器442提供可编程参考、或者设置点。用户或者操作者可以针对第一比较器440而选择第一可编程参考。相似地，用户可以针对第二比较器442而选择第二可编程参考。例如，ICS模块118(例如，计算机可读程序)被配置以使得处理器104引起用户可以从中选择的可编程参考的组(即，根据系统100和可编程分立输入模块的设计的预先定义的可编程参考)在显示器114处的显示。
用户可以利用用户接口设备116以从可编程参考的组中选择可编程参考(例如，第一可编程设置点、或者阈值，以及第二可编程设置点、或者阈值)。响应于用户选择，模块118被配置以使得处理器104对对应的比较器440、442的可编程参考进行设置。在实现中，第一可编程参考的设置可以与第二可编程参考的设置不同。例如，第一可编程参考可以表示高的设置点，并且第二可编程参考可以低的设置点。可编程参考值可以基于(即，对应于)在输入端子402A、402B处的电压激励值的类型(即，二十四伏特(24V)、四十八伏特(48V)、一百二十伏特(120V)、或者二百四十伏特(240V))。
比较器440、442被配置以将在对应的端子438、440处的经解调的脉冲宽度信号与相应的可编程参考(即，相应的设置点)进行比较。例如，第一比较器440被配置以将经解调的脉冲宽度信号与第一可编程参考进行比较。当经解调的脉冲宽度信号比第一可编程参考大时，第一比较器440被配置输出第一信号(例如，逻辑高信号)，其指示在输入端子402A、402B处的输入信号大于在端子402A、402B处的之前的输入信号。之前的输入信号可以表示在之前的分立时间段期间与系统100相关联的工业环境的参数(例如，温度、液体水平、压力等)。当经解调的脉冲宽度信号小于第一可编程参考时，第一比较器被配置以输出第二信号(例如，逻辑低信号)，其指示在输入端子402A、402B处的输入信号至少大约与在端子402A、402B处的之前的输入信号相同。
第二比较器402被配置以将经解调的脉冲宽度信号与第二可编程参考进行比较。当经解调的脉冲宽度信号大于第二可编程参考时，第二比较器442被配置输出第三信号(例如，逻辑高信号)，其指示在输入端子402A、402B处的输入信号至少大约与在端子402A、402B处的之前的输入信号相同。当经解调的脉冲宽度信号小于第二可编程参考时，第二比较器442被配置输出第四信号(例如，逻辑低信号)，其指示在输入端子402A、402B处的输入信号小于在端子402A、402B处的之前的输入信号。
如在图4和图5中所示，可编程分立输入模块400包括具有输入端子450、452和输出端子454的数字滤波器448。数字滤波器448被配置以向模块400提供数字滤波功能。数字滤波器448电连接至相应的比较器440、442的输出端子444、446。数字滤波器448对由比较器440、442接收的信号进行数字滤波，并且生成分立输入信号。分立输入信号被提供至系统100，并且指示在端子402A、402B处的输入信号是大于、至少大约相同于、还是小于在端子402A、402B处的之前采样的输入信号。例如，分立输入信号指示与工业控制系统100相关联的环境是否在时间间隔上发生改变。在一个或多个实现中，输出端子454经由通信网络110通信地连接至处理器104，该通信网络根据工业控制系统步骤的要求而利用分立输入信号。
在一个或多个实现中，系统100可以采用每个都被配置以经由通信网络110而与计算设备102进行通信的多个可编程分立输入模块400。例如，通信网络110可以包括被配置以与可编程分立输入模块400接合的底板(例如，电源底板)。相应的可编程输入设备400表示系统100内的信道。底板被配置以在设备400和计算设备102之间提供电力和/或通信信号传输。设备400可以接收表示从与系统100相关联的各种模块109中收集的数据的输入信号。例如，第一模块400(例如，第一信道)可以接收表示箱内温度的输入信号。相似地，第二模块400(例如，第二信道)可以接收表示箱内的流体水平的输入信号。在该示例中，第一模块400可以接收在第一激励水平(例如，四十八伏特(48V))下产生的输入信号，而第二模块400可以接收在第二激励水平(例如，二百四十伏特(240V))下产生的输入信号。设备400(例如，信道)被配置以接收来自用户的软件可选的参数(即，可编程阈值、可编程迟滞)。因此，用户可以根据系统100的环境监视要求而向每个设备或者每个信道提供软件可选择的参数。
图6示出了根据本公开的示例实现的计算设备600。如图所示，计算设备600包括配置以至少提供与上文中所描述的处理器104、存储器106、以及通信模块112具有相同的功能的处理器602和存储器604、以及通信模块606。例如，存储器604包括实施能够由处理器602执行以使得处理器602执行如在本文中所描述的一个或多个过程的计算机可读介质。在本公开的实现中，计算设备600表示现场可编程门阵列、微控制器、专用集成电路设备、其组合等。
所构想的是在上文中所描述的设备中的一个或多个可以以软件、硬件、固件、其组合等实现。例如，可以将脉冲宽度调制模块404实现为在被配置以提供脉冲宽度调制功能的单个、分立集成电路设备(即，微控制器)内实施的计算设备600。在另一个实例中，可以以软件或硬件来实现脉冲宽度解调模块434、比较器440或442、和/或数字滤波器448。例如，可以在一个或多个计算设备600内实现脉冲宽度解调模块434、比较器440或442、和/或数字滤波器448(即，实现为专用集成电路设备、微控制器、或者多个集成电路设备)。在另一个示例中，可以由软件来提供脉冲宽度解调模块434、比较器440或442、和/或数字滤波器448的功能。例如，可以将脉冲宽度解调模块434、比较器440或442、和/或数字滤波器448的功能实现为可以存储在诸如存储器604的有形的介质中的程序可执行指令，其中，该指令使得处理器602提供对应的组件(脉冲宽度解调模块434、比较器440或442、或者数字滤波器448)的相应功能。
示例方法
图7示出了用于确定是否已发生了过流事件的示例方法700。在所示出的方法700中，在电流感测电路(方框702)处生成表示电流值(例如，压降)的信号。在一个或多个实现中，电流感测电路208被配置以感测沿着电路径206的电流。如上文所描述的，差分放大器被配置以放大跨阻抗元件226的压降，并且输出表示经放大的压降的信号。如在图6中所示，将表示经放大的压降的信号与过流参考进行比较(方框704)。如在图3A和3B中所示，比较器236被配置以将经放大的压降与过流参考(即，电压参考)进行比较。如果经放大的压降大于过流参考，则比较器236被配置以输出指示已发生了过流事件的信号。如果经放大的压降信号小于过流参考，则比较器236被配置以输出指示还没有发生过流参考的信号。
由微控制器来控制开关元件的开关行为(方框706)。如上文所描述的，微控制器256被配置以控制开关元件202的操作(即，开关行为)。当微控制器256接收到指示已发生了过流事件的信号时，微控制256被配置以控制开关元件202的操作。例如，微控制器256被配置以使得开关元件202从闭合配置转换至断开配置从而防止通过电路经206的电流的流动。在一些实现中，微控制器256包括可编程参数，以用于指示微控制器基于一个或多个负载参数而运行。如在图7中所示，响应于接收到指示过流事件的信号，微控制器被配置以使得开关元件在经编程的分立的时间间隔处从断开配置转换至闭合配置以持续经编程的时间量(方框708)。例如，取决于与模块200接合的负载类型，微控制器256被配置以响应于接收到过流事件的指示而使得开关元件202在经编程的分立的时间间隔处从断开配置转换至闭合配置以持续经编程的时间量。在其它示例中，取决于负载类型，微控制器256被配置以防止开关元件202由于过流事件而转换回闭合配置。
图8示出了用于利用上文所描述的可编程分立输入模块200生成分立输入信号的方法800。如在图8中所示，接收输入信号(方框802)。模块200被配置以与一个或多个I/O模块108(例如，工业控制下同环境中的传感器109)接合。在脉冲宽度调制模块处生成基于输入信号的脉冲宽度调制信号(方框804)。如上文所描述的，脉冲宽度调制模块204被配置以基于输入信号而生成脉冲宽度调制信号。
由隔离器生成基于脉冲宽度调制信号的经隔离的脉冲宽度调制信号(方框806)。隔离器424被配置以生成经隔离的信号以供由脉冲宽度解调模块进行解调。例如，光学发射器430被配置以基于脉冲宽度调制信号而发出在有限的波长谱内的电磁辐射。光学传感器被配置以检测电磁辐射并且基于所检测的电磁辐射而生成经隔离的信号。
生成基于经隔离的脉冲宽度调制信号的经解调的脉冲宽度信号(方框808)。如上文所描述的，由脉冲宽度解调模块434来对经隔离的信号进行解调。如在图7中所示，基于脉冲宽度解调信号与第一可编程参考的比较而生成第一比较信号(方框810)，并且基于脉冲宽度解调信号与第二可编程参考的比较而生成第二比较信号(810)。由第一比较器和第二比较器基于对应的第一可编程参考和第二可编程参考的比较来分别生成第一比较信号和第二比较信号。第一可编程参考和第二可编程参考可以是用户可选择的，使得用户可以选择设置点。设置点可以基于与模块200相关联的电压激励。在数字滤波器处对第一比较信号或第二比较信号中的至少一个进行滤波以生成分立输入信号(方框814)。如上文所描述的，数字滤波器对第一比较器或第二比较器进行滤波以生成系统100的分立输入信号。
结论
尽管已经用特定于结构特征和/或过程操作的语言描述了主题，但是应当理解的是，在所附权利要求中所定义的主题非必须限制于上文所描述的具体的特征或行为。相反，将上文所描述的具体特征和行为公开为实现权利要求的示例形式。

Claims (26)

1.一种可编程分立输入模块，包括：
脉冲宽度调制模块，其被配置以基于输入信号而生成脉冲宽度调制信号；
脉冲宽度解调模块，其被配置以生成经解调的脉冲宽度信号；
隔离器，其被配置以至少大体上将所述脉冲宽度调制模块和所述脉冲宽度解调模块进行隔离，所述隔离器被配置以基于所述脉冲宽度调制信号而生成经隔离的经调制的脉冲宽度信号，以供所述脉冲宽度解调模块生成所述经解调的脉冲宽度信号；
第一比较器，其通信地耦合至所述脉冲宽度解调模块，所述第一比较器被配置以将所述经解调的脉冲宽度信号与第一可编程参考进行比较，所述第一比较器被配置以基于比较而输出第一比较器输出信号；
第二比较器，其通信地耦合至所述脉冲宽度解调模块，所述第二比较器被配置以将所述经解调的脉冲宽度信号与第二可编程参考进行比较，所述第二比较器被配置以基于比较而输出第二比较器输出信号；
数字滤波器，其通信地耦合至所述第一比较器和所述第二比较器，所述数字滤波器被配置以对所述第一比较器输出信号或所述第二比较器输出信号中的至少一个进行数字滤波，以生成分立输入信号。
2.根据权利要求1所述的可编程分立输入模块，其中，所述数字滤波器包括微控制器，所述微控制器包括与存储器耦合的处理器，所述存储器具有实施能够由所述处理器执行以使得所述处理器提供数字滤波功能的程序的有形的计算机可读介质。
3.根据权利要求1所述的可编程分立输入模块，其中，所述数字滤波器包括被配置以提供数字滤波功能的现场可编程门阵列。
4.根据权利要求1所述的可编程分立输入模块，其中，所述数字滤波器包括被配置以提供数字滤波功能的分立电路。
5.根据权利要求1所述的可编程分立输入模块，其中，所述脉冲宽度调制模块包括与存储器耦合的处理器，所述存储器具有实施能够由所述处理器执行以使得所述处理器提供脉冲宽度调制功能的程序的有形的计算机可读介质。
6.根据权利要求1所述的可编程分立输入模块，其中，所述脉冲宽度调制模块包括被配置以提供脉冲宽度调制功能的现场可编程门阵列。
7.根据权利要求1所述的可编程分立输入模块，其中，所述脉冲宽度调制模块包括被配置以提供脉冲宽度调制功能的专用集成电路。
8.根据权利要求1所述的可编程分立输入模块，其中，所述第一比较器或所述第二比较器中的至少一个包括数字比较器。
9.根据权利要求1所述的可编程分立输入模块，其中，所述第一比较器或所述第二比较器中的至少一个还包括与存储器耦合的处理器，所述存储器具有实施能够由所述处理器执行以使得所述处理器提供比较功能的程序的有形的计算机可读介质。
10.根据权利要求1所述的可编程分立输入模块，其中，所述第一可编程参考或所述第二可编程参考中的至少一个包括用户可选择的可编程参考，所述用户可选择的可编程参考被配置以由用户来编程以选择与所述第一可编程参考或所述第二可编程参考中的所述至少一个相关联的设置点。
11.根据权利要求1所述的可编程分立输入模块，其中，所述隔离器包括被配置以基于所述脉冲宽度调制信号而发出在有限的波长谱内的电磁辐射的光学发射器，以及被配置以检测在有限的波长谱内的所述电磁辐射的光学传感器，所述光学传感器被配置以对其响应而生成隔离器信号。
12.根据权利要求1所述的可编程分立输入模块，还包括具有输入端子和输出端子的电压转换器，所述输出端子通信地耦合至所述脉冲宽度调制模块，所述电压转换器被配置以将在所述输入端子处的模拟电压信号转换成在所述输出端子处的直流信号，所述直流信号包括所述输入信号。
13.根据权利要求12所述的可编程分立输入模块，其中，所述电压转换器包括桥式整流器。
14.一种可编程分立输入模块，包括：
电压转换器，其被配置以将交流输入信号转换成直流输入信号；
脉冲宽度调制模块，其被配置以基于数字输入信号而生成脉冲宽度调制信号；
脉冲宽度调制解调模块，其被配置以生成经解调的脉冲宽度信号；
隔离器，其被配置以至少大体上将所述脉冲宽度调制模块和所述脉冲宽度解调模块进行隔离，所述隔离器被配置以基于所述脉冲宽度调制信号而生成经隔离的经调制的脉冲宽度信号，以供所述脉冲宽度解调模块生成所述经解调的脉冲宽度信号；
第一比较器，其通信地耦合至所述脉冲宽度解调模块，所述第一比较器被配置以将所述经解调的脉冲宽度信号与第一可编程参考进行比较，所述第一比较器被配置以基于比较而输出第一比较器输出信号；
第二比较器，其通信地耦合至所述脉冲宽度解调模块，所述第二比较器被配置以将所述经解调的脉冲宽度信号与第二可编程参考进行比较，所述第二比较器被配置以基于比较而输出第二比较器输出信号；
数字滤波器，其通信地耦合至所述第一比较器和所述第二比较器，所述数字滤波器被配置以对所述第一比较器输出信号或所述第二比较器输出信号中的至少一个进行数字滤波，以生成分立输入信号。
15.根据权利要求14所述的可编程分立输入模块，其中，所述数字滤波器包括微控制器，所述微控制器包括与存储器耦合的处理器，所述存储器具有实施能够由所述处理器执行以使得所述处理器提供数字滤波功能的程序的有形的计算机可读介质。
16.根据权利要求14所述的可编程分立输入模块，其中，所述数字滤波器包括被配置以提供数字滤波功能的现场可编程门阵列。
17.根据权利要求14所述的可编程分立输入模块，其中，所述数字滤波器包括被配置以提供数字滤波功能的分立电路。
18.根据权利要求14所述的可编程分立输入模块，其中，所述脉冲宽度调制模块包括与存储器耦合的处理器，所述存储器具有实施能够由所述处理器执行以使得所述处理器提供脉冲宽度调制功能的程序的有形的计算机可读介质。
19.根据权利要求14所述的可编程分立输入模块，其中，所述脉冲宽度调制模块包括被配置以提供脉冲宽度调制功能的现场可编程门阵列。
20.根据权利要求14所述的可编程分立输入模块，其中，所述脉冲宽度调制模块包括被配置以提供脉冲宽度调制功能的专用集成电路。
21.根据权利要求14所述的可编程分立输入模块，其中，所述第一比较器或所述第二比较器中的至少一个包括数字比较器。
22.根据权利要求14所述的可编程分立输入模块，其中，所述第一比较器或所述第二比较器中的至少一个还包括与存储器耦合的处理器，所述存储器具有实施能够由所述处理器执行以使得所述处理器提供比较功能的程序的有形的计算机可读介质。
23.根据权利要求14所述的可编程分立输入模块，其中，所述第一可编程参考或所述第二可编程参考中的至少一个包括用户可选择的可编程参考，所述用户可选择的可编程参考被配置以由用户来编程以选择与所述第一可编程参考或所述第二可编程参考中的所述至少一个相关联的设置点。
24.根据权利要求14所述的可编程分立输入模块，其中，所述隔离器包括被配置以基于所述脉冲宽度调制信号而发出在有限的波长谱内的电磁辐射的光学发射器，以及被配置以检测在有限的波长谱内的所述电磁辐射的光学传感器，所述光学传感器被配置以对其响应而生成隔离器信号。
25.根据权利要求14所述的可编程分立输入模块，还包括具有输入端子和输出端子的电压转换器，所述输出端子通信地耦合至所述脉冲宽度调制模块，所述电压转换器被配置以将在所述输入端子处的模拟电压信号转换成在所述输出端子处的直流信号，所述直流信号包括所述输入信号。
26.根据权利要求25所述的可编程分立输入模块，其中，所述电压转换器包括桥式整流器。
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