CN106471595B - 支持可编程润湿电流的通用接触件输入 - Google Patents

Abstract

根据各种实施例的系统和方法能够包括通用接触件输入状态检测电路。电压源以润湿电压润湿接触件。电流反射镜电路跨接触件的输入而连接，以提供宽输入电压范围内的恒定润湿电流。能够使输入电压在宽至足以包括AC电压和DC电压两者的范围内变化。电流反射镜电路在使跨接触件的输入的润湿电压输入变化期间维持恒定的润湿电流。润湿电压传感器感测提供给接触件的润湿电压，使得能够确定接触件的状态。

Description

支持可编程润湿电流的通用接触件输入

技术领域

本发明一般涉及控制过程。更具体地，本发明涉及监测电气接触件(尤其是继电器)以及检测以交流（AC）电压或直流（DC）电压润湿的在工业或商业过程中使用的电气接触件的状态。

背景技术

多年以来，从高度地专业化的用于通信设备的继电器至通用继电器的继电器产品的全范围已设计成控制从家用电器至工业机械的一切中所使用的商业过程和工业过程中的几乎每一个功能。发电厂是其中使用大量的继电器的工业过程的一个示例。发电厂中的继电器能够用来控制诸如马达、泵、螺线管以及灯的多种多样的设备。然而，即使最好的继电器可能在某一点失效。

在上文的示例的场景中，控制系统需要监测发电厂内的继电器，以确定其状态，以便确保正在执行与过程相关联的某些功能。具体地，接触件输入状态检测电路用来在现场中使用时检测继电器接触件的状态。接触件输入状态检测电路监测器提供由于污染所引起的潜在退化的电气继电器性能的指示。

在工业环境中，污染通常地干扰继电器的接触件的操作。能够包括氧化层膜或杂质粒子的污染物倾向于产生高的或不稳定的接触件电阻读数。通常在低电流应用、高温和湿度的环境中的使用以及在存储的延长期的期间发生污染。

例如，在小电流和低电压应用中，继电器接触件的氧化仅仅是一段时间内在继电器接触件表面上的腐蚀的积聚。接触件出现氧化层，其是接触件表面上的氧化物的薄层。它通过增大跨接触件的电阻而造成问题，增大跨接触件的电阻（取决于所切换的电压的幅值）能够造成信号的损失或接触件的过热。

对于小电流和低电压，继电器接触件上的氧化尤其成问题，因为，一旦氧化层积累且变得太厚，小电流和低电压就不能够穿通氧化物层。然而，在继电器切换期间，较高的电压可以穿通氧化物层。因而，关于开关接触件的问题是电压。严格来说，通过接触件的电流是接触件完成的电路的电压和阻抗的函数。通过使电流变化，电压变化。一旦电压足够大，就达到穿通电压。

用来解决对于小电流和低电流应用的该问题的一个常规的方法是通过使所要求的润湿电流通过继电器接触件，使得它穿通氧化物层。润湿电流是流过接触件，以击穿可能已沉积于开关上的任何膜（接触件氧化层）所需要的最小电流。通常，已通过连接的不同的一组板而执行这个，以便支持接触件输入电压的宽范围。

发明内容

给定前面提到的缺陷，存在对如下的单个电路的需要：通常能够监测开关，且具体地，能够监测继电器接触件，以确定接触件的状态。而且依然存在对能够支持包括AC电压和DC电压两者的接触件输入电压范围的单个接触件状态检测电路的需要。

存在对如下的单个电路的另外需要：能够维持跨宽输入范围的恒定润湿电流。另外，依然需要提供宽电压范围内的跨接触件输入（数字输入）的恒定电流，以作为用来减轻接触件氧化（腐蚀/增加的阻抗）并且改进信号链的可靠性的手段。

根据各种示范性的实施例的系统能够包括通用接触件输入状态检测电路，该电路包含以润湿电压润湿接触件的电压源。润湿电压传感器感测提供给接触件的润湿电压。电流反射镜电路跨接触件的输入而连接，以提供宽输入电压范围内的恒定润湿电流。能够使输入电压在宽至足以包括AC电压和DC电压两者的范围内变化。电流反射镜电路在使跨接触件的输入的润湿电压输入变化期间维持恒定润湿电流。分压器按比例降低润湿电压。比较器将润湿电压与参考润湿电压比较，以提供数字输出电压。处理器根据数字输出电压而确定接触件的状态。检测电路集成于单个电路板配置上。

根据各种示范性的实施例的检测接触件的状态的方法能够包括：以润湿电压润湿接触件；感测提供给接触件的润湿电压；提供宽输入电压范围内的跨接触件的输入的恒定润湿电流；利用跨接触件的输入而连接的电流反射镜来在使润湿电压输入变化期间维持恒定润湿电流；按比例降低润湿电压；将润湿电压与参考润湿电压比较，以提供数字输出电压；以及根据数字输出电压而确定接触件的状态。在单个电路板上实现对接触件的状态的检测。

下面参照附图详细描述本发明的另外特征和优势以及本发明的各种实施例的结构和操作。注意的是,本发明不限于本文所描述的具体实施例。本文仅为了说明的目的提出这类实施例。附加实施例对于基于本文包含的教导的一个或多个相关领域的技术人员将是显而易见的。

附图说明

图1示出根据本教导的用来检测电接触件的状态的示范性的电路的示意图；

图2是根据本教导的示范性的接触件状态检测电路的示意电路图；

图3是根据本教导的接触件状态检测电路的示意电路图的另一示范性的实施例；

图4是根据本教导的接触件状态检测电路的示意电路图的又一示范性的实施例；以及

图5是根据本教导的实施本发明的示范性的方法的流程图。

本发明可具体化(take form in)各种组件和组件布置以及具体化各种过程操作和过程操作的布置。在附图中图示本发明，在附图通篇中，相似的参考数字可指示各种图中的对应的零件或类似的零件。附图仅为了图示优选的实施例的目的，并且，不被解释为限制本公开。给定下面对附图的使能的描述，本发明的新颖方面应当对本领域普通技术人员变得显而易见。

具体实施方式

下面的详细描述本质上只是示范性的，并且，不意图限制本文中所公开的应用和使用。此外，不存在由在前述背景或概要或下面的详细描述中提出的任何理论约束的意图。

在本申请通篇中，各种实施例的描述可以使用“包含”语言，然而，由本领域技术人员将理解，在一些具体的实例中，能够备选地使用语言“基本上由……组成”或“由……组成”来描述实施例。

为了更好地理解本教导并且决不限制本教导的范围的目的，本领域技术人员将清楚，除非另有特别陈述，否则单数的使用包括复数。因此，在本申请中可互换地使用术语“一”、“一个”以及“至少一个”。

除非另有指示，否则说明书和权利要求书中所使用的表达量、百分率或比例以及其他数字值的所有的数将被理解为在所有的实例中通过术语“大约”而修改。因此，除非相反地指示，否则下面的说明书和所附权利要求书中所阐述的数字参数是可能取决于试图获得的预期的性质而变化的近似值。在一些实例中，“大约”能够被理解为意味着给定值±5%。因此，例如，大约100 nm能够意味着95-105 nm。最低限度，应当根据所报告的有效数位的数量并且通过应用常规的舍入技术而至少解释每个数字参数。

各种实施例提供由单个电路组成的系统和方法，该单个电路能够通常对开关进行监测，并且具体地，对继电器接触件进行监测，以确定接触件的状态。

各种实施例提供由单个电路组成的系统和方法，该单个电路能够支持包括AC电压和DC电压两者的通用接触件输入电压范围，并且，维持跨宽输入范围的恒定润湿电流。

各种实施例提供一种系统和方法，该系统和方法提供跨宽输入范围的恒定润湿电流。各种实施例提供可配置的润湿电流。

在各种实施例中，系统和方法提供跨宽电压范围的跨接触件输入（数字输入）的恒定电流，以作为用来减轻接触件氧化（腐蚀/增加的阻抗）并且改进信号链的可靠性的手段。

各种实施例公开了创建软件及固件可编程的润湿电流的方法和用于多级润湿电流的方法。各种实施例公开了用于对润湿电压和润湿电流的状态进行监测的系统和方法。

图1是根据本发明的一个实施例的接触件状态检测电路100的示意图，接触件状态检测电路100用来检测如例如在工业或商业过程中使用的电接触件（在下文中，称为“接触件”）的状态。如本文中所使用的，接触件是如下的电气组件：用于将电路联结在一起，或通过中断电流或使电流从一个导体转向至另一个导体而断开电路。接触件的示例包括诸如开关、继电器、端子以及连接器的电气组件。

其中本发明的实施例适合于使用的工业过程的一个示例支持发电厂，在发电厂中，大量的接触件用来控制诸如马达、泵、螺线管以及灯的多种多样的设备。本领域技术人员将认识到，本发明的实施例可应用于其他工业过程，其中，接触件用来控制过程设备的操作，并且其中为了事件序列（SOE）分析的目的，期望查明这类接触件的状态。

由检测电路100所提供的一些示范性的特征包括跨宽输入电压范围的恒定润湿电流、系统可配置的润湿电流以及能够支持宽输入电压范围的单个电路板配置。

如图1中所示，检测电路100提供单个电路配置，以支持通用接触件，该通用接触件具有许可AC和DC两者的输入电压范围并且该检测电路100能够维持跨宽输入范围的恒定润湿电流。“通用”指定指示电路可配置成检测对各种装置进行控制的继电器的状态。检测电路100提供跨宽电压范围的跨接触件输入（数字输入）的恒定电流，以作为用来减轻接触件氧化（腐蚀）的手段,其增加阻抗并且改进信号链的可靠性。

传统上，由要求多个电阻器组(population)达到预期的电流的静态电阻器组合提供润湿电流。与此相反，除了根据本教导而描述的各种实施例之外，电路100还以单个电路的实现（不变）提供跨宽电压范围的恒定电流。这消除用来产生并且维持以每润湿电压为基础的定制的电路变型的需要。

另外，检测电路100能够实现各种操作方法。例如，在各种实施例中，电路100针对DC和AC润湿电压两者而执行操作方法。各种实施例提供创建可编程软件/固件（SW/FW）润湿电流的方法。

此外，电路100能够实现对润湿电压和润湿电流的状态进行监测的方法。“润湿电压”（也被称为“感测电压”）是提供给电气接触件供状态检测的电压。润湿电压用来检测接触件打开或闭合的操作。

为了监测电气接触件的状态，将电气电压（例如，直流电压（DC）或交流（AC）电压）发送至现场中的接触件，以确定是否能够检测到该电压。检测电压是电流接通或断开的指示。

如上文所讨论的，如果使接触件在低电压应用中操作，则接触件将倾向于积累过多的电阻，并且可能过早地失效。为了保持开关处于良好的健康，“润湿电流”是流过接触件，以击穿可能已沉积于开关上的任何膜（接触件氧化层）所需要的最小电流。

因而，检测电路100能够检测包括接触件是否闭合、接触件是否打开或是否由于腐蚀（氧化）而污染接触件的状态条件。

检测电路100还能够执行用于多级润湿电流的方法，其中，施加初始较高的电流用于以次级的较低的电流的穿通。有利的是，具有比标称润湿电流更高的初始电流，以提供如下的手段：用来穿通外部接触件尖端上的存在的氧化层（腐蚀），并且然后，回落到预期的恒定电流电平。对于常规的电路中所使用的静态输入阻抗电路的实现，多个电流设定点的选择是不可用的。

相比之下，常规的电路利用至公共（地面、陆地等）的静态电阻来将标称输入电流导出，其对于离散的润湿电压（标称24 VDC、48 VDC、125 VDC等）作为单独的输入类型而产生并且维持。在标称电压上的容差的情况下，所导出的润湿电流也将由于静态电阻而变化。另外，用于24 VDC输入的常规的电路（由于静态输入阻抗）将具有48伏的实现的电流的一半（½），并且将要求单独的48伏的实现。这种常规的电路还将要求针对不同的润湿电压而使用不同的电流，并且，在所有的情况下，将要求接受具有电压容差的变化的电流。

关于图1，检测电路100将具有一对接触件106的诸如继电器的开关合并。润湿电压感测104用作用于接触件感测的感测电路。通常通过将现场的诸如DC电压或AC电压的电气电压发送至接触件，并且然后，确定是否能够检测到该电压，从而对接触件的状态进行监测。如上文所讨论的，润湿电压是施加至接触件，以便检测其状态的电压。

使润湿电压102通过接触件106，以感测继电器接触件106的状态。接触件106的输入端子（未示出）接收润湿电压102（AC/DC）。浪涌保护108保护电路免受电压尖峰。在各种实施例中，能够将桥式整流器AC/DC 110合并于电路100中，以适应AC润湿电压以及DC电压。

跨接触件输入106（数字输入）而提供跨宽电压范围的恒定电流112，以作为用来减轻接触件氧化（腐蚀）、增加阻抗并且改进信号链的可靠性的手段。通过跨接触件输入106（数字输入）的输入区段而使用电流反射镜，实现跨变化的润湿电压输入的恒定电流112。电流反射镜的使用强制输入从润湿电压源102吸取电流,其作为检测电路内的恒定电流112的函数而不是作为检测电路的输入阻抗的函数。

与此相反，已知的先前尝试已集中于用于提供恒定电流输出的润湿电压系统中的源电流。在这些常规的技术中，由于润湿电压通常作为大量源（bulk source）而施加，因而它已成为用来支持与存在接触件输入电路一样多的恒定电流润湿电压源的要求。这引起系统灵活性的降低。

回顾图1，根据本教导，还能够在恒定电流112内提供可编程电阻。能够使内部恒定电流112中的可编程电阻变化，以提供软件/固件（SW/FW）可编程手段，以便改变恒定输入电流。

电压分压器和电阻器-电容器（RC）滤波器114按比例降低润湿电压，并且，将输出馈送至比较器116供与参考润湿电压的比较。使比较器的输出通过数字隔离器118（光电隔离器）传递到现场可编程门阵列（FPGA）和处理器120，其检测接触件状态，并且，向系统通知（声明）。

图2示出描绘图1中所示出的检测电路100的操作的电路图。在各种实施例中，润湿电压用来驱动润湿电流而减少跨与检测电路100的接触件输入（数字输入）连接的接触件的高阻抗的出现。在图2中，使润湿电压102通过消费者接触件106以便感测继电器接触件106的状态。在使用AC润湿电压时，桥式整流器110将AC整流成DC。电流反射镜电路保持润湿电流112恒定。电压分压器114按比例降低电压，使得比较器116将该电压与参考润湿电压比较，以检测接触件状态。

在图2中，电流反射镜复制输入电流，以建立作为输出电流的副本。因此，左侧的电阻器R1改变左半部中的电流流动，通过电流反射镜电路而将电流流动在右半部中反射。不管润湿电压，维持润湿电流恒定。电流反射镜充当简单的电流调节器，从而供给宽输入电压范围内的近恒定电流。

电阻器R4和R5按比例降低电压。将由电阻器R4和R5以及电容器C1组成的RC滤波器114合并于电路中，用于旁路不需要的信号，并且用于提供消除抖动以便将开关输出中的快速变化滤出。由比较器116将按比例降低的电压与参考润湿电压122比较。将比较器116的输出通过数字隔离器118而传递至FPGA 120，用于检测接触件状态并且向系统声明接触件状态。

能够通过备选的方法而实现检测电路100。图3是图示用于实现检测电路100的第一实施例的电路图。在图3中，使润湿电压102通过接触件106而感测继电器接触件106的状态。在使用AC润湿电压时，桥式整流器110将AC整流成DC。

电流反射镜电路保持润湿电流112恒定。电流感测放大器124感测电流并且输出电压，将由比较器116将该电压与润湿电压参考比较，以检测接触件状态。将数字信号通过FPGA和处理器120而传递至系统。R1是能够用来对数字隔离器118的响应进行自测试的可编程电阻器。

图4描绘图示用于实现检测电路100的第二方法的电路图。在图4中，使润湿电压通过接触件106以便感测继电器接触件106的状态。在使用AC润湿电压时，桥式整流器110将AC整流成DC。电流反射镜电路保持润湿电流112恒定。电流感测放大器124感测电流并且输出电压，其转而将驱动数字隔离器118以便通过FPGA和处理器120来通知系统关于接触件的状态。

图5是解释根据本教导的用于检测接触件的状态的方法500的流程图。在步骤502中，使润湿电压通过接触件以便感测继电器接触件的状态。在步骤504中，在使用AC润湿电压时，桥式整流器将AC整流成DC。在步骤506中，电流反射镜将润湿电流维持于恒定电平。在步骤508中，电压分压器按比例降低润湿电压。在步骤510中，比较器将按比例降低的润湿电压与参考润湿电压比较，以检测接触件状态。

根据本发明的实施例设计的接触件状态检测电路具有许多商业优势和技术优势。例如，与用来针对每个标称润湿电压而采用定制的电路的需要相对，电路和方法的商业优势是用来设计、部署并且维持跨所支持的整个润湿电压范围是可应用的单个接触件输入检测电路的能力。以简化的系统设计实现改进的性能。

产品设计中的检测电路的使用使诸如产品组装、产品维护以及设计维护的制造活动简化。这消除错误地在现场中安装错误的定制模块的可能性。在常规的电路中，在由定制电路的实现支持每个润湿电压时，现场替换能够安装错误的电压输入电路，这能够归因于现有技术的电路对其敏感的多个误差源。

若干技术优势中的一个是如下的能力：用来提供恒定电流，其可设定成确定为在接触件氧化（腐蚀）减轻中最有利的电平。另一技术优势是用来提供如下的手段的能力：初始促进较高的电流用于穿通，并且然后，回落到较低的设定，以防止加热/焊接或提高接触件寿命。另外技术优势是要提供可编程恒定电流源,其在确定恒定电流电平以在不同的设定产生更好的减轻结果时，能够通过软件而改变或定制。

附加的技术优势是，通过使恒定电流流输入变化，并且，对检测状态中的变化和不可接受的接触件电阻（检测边缘的现场接触件）的指示进行监测，从而能够确定接触件输入健康。在没有用来使信号链中断的需要的情况下，能够对运转的输入执行接触件输入健康检查。

将会仍由本发明囊括的备选实施例,示例和修改可由本领域技术人员特别根据前述教导来进行。此外,应理解,用来描述本发明的术语意图具有描述的词语而不是限制的性质。

本领域技术人员也将领会,上文描述的优选和备选实施例的各种适应和修改能够被配置而没有偏离本发明的范围和精神。因此,要理解,在所附权利要求书的范围内,本发明可不同于如本文专门描述的那样实施。

Claims (20)

1.一种检测接触件的状态的方法，所述方法包含：

以润湿电压润湿接触件；

感测提供给所述接触件的所述润湿电压；

提供宽输入电压范围内的跨所述接触件输入的恒定润湿电流；

利用跨所述接触件的输入而连接的电流反射镜来在使润湿电压输入变化期间维持所述恒定润湿电流；

按比例降低所述润湿电压；

将所述按比例降低的润湿电压与参考润湿电压比较，以提供数字输出电压；以及

根据所述数字输出电压而确定所述接触件的所述状态。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述宽输入电压范围包含AC润湿电压和DC润湿电压。

3.如权利要求2所述的方法，在单个电路板上实现对所述接触件的所述状态的检测。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包含提供宽电压范围内的跨所述接触件输入的所述恒定润湿电流，以减轻接触件氧化。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包含经由可编程软件和可编程固件中的至少一个而实现润湿电流的更新。

6.如权利要求1所述的方法，进一步包含监测所述润湿电压和所述润湿电流的状态。

7.如权利要求1所述的方法，进一步包含提供初始高的电流，以实现接触件氧化层的穿通，并且，随后提供较低的恒定电流用于防止所述接触件的加热，并且提高接触件寿命。

8.如权利要求1所述的方法，进一步提供可编程恒定电流源，其可响应于对另一水平的恒定电流产生更好的减轻结果的确定而通过软件来调整成另一恒定电流水平。

9.如权利要求1所述的方法，进一步包含通过使所述恒定润湿电流的输入变化且对检测状态中的变化进行监测而确定所述接触件输入的所述状态。

10.如权利要求1所述的方法，进一步包含在没有使信号链中断的情况下，在运转的输入期间，执行对所述接触件输入的所述状态的检查。

11.如权利要求1所述的方法，进一步包含在接收到AC润湿电压时，将所述AC润湿电压整流成DC润湿电压。

12.一种通用接触件输入状态检测电路，包含：

电压源，以润湿电压润湿接触件；

润湿电压传感器，感测提供给所述接触件的所述润湿电压；

电流反射镜电路，跨所述接触件的输入而连接，以提供宽输入电压范围内的恒定润湿电流，并且，跨所述接触件的所述输入而在使润湿电压输入变化期间维持所述恒定润湿电流，其中，所述宽输入电压范围包含AC润湿电压和DC润湿电压；

分压器，按比例降低所述润湿电压；

比较器，将所述按比例降低的润湿电压与参考润湿电压比较，以提供数字输出电压；以及处理器，根据所述数字输出电压而确定所述接触件的所述状态。

13.如权利要求12所述的电路，其中，所述检测电路集成于包含配置成控制所述检测电路的操作的所述处理器的单个电路板上。

14.如权利要求13所述的电路，其中，所述电流反射镜电路提供所述宽输入电压范围内的跨所述接触件输入的所述恒定润湿电流，以减轻接触件氧化。

15.如权利要求13所述的电路，其中，能够经由可编程软件和可编程固件中的至少一个而对所述润湿电流进行更新。

16.如权利要求13所述的电路，其中，对所述润湿电压和所述润湿电流的状态进行监测。

17.如权利要求13所述的电路，其中，提供初始高的电流，以实现接触件氧化层的穿通，并且随后，提供较低的恒定电流用于防止所述接触件的加热并且提高接触件寿命。

18.如权利要求13所述的电路，其中，可编程恒定电流源可响应于对另一水平的恒定电流产生更好的减轻结果的确定而通过软件来调整成另一恒定电流水平。

19.如权利要求13所述的电路，进一步包含，其中，通过使所述恒定润湿电流的输入变化并且对检测状态中的变化进行监测而确定所述接触件输入的所述状态。

20.如权利要求13所述的电路，其中，在接收到所述AC润湿电压时，桥式整流器将所述AC润湿电压整流成所述DC润湿电压。