CN110297467A - 现场设备锁存继电器复位 - Google Patents

现场设备锁存继电器复位 Download PDF

Info

Publication number
CN110297467A
CN110297467A CN201810641013.5A CN201810641013A CN110297467A CN 110297467 A CN110297467 A CN 110297467A CN 201810641013 A CN201810641013 A CN 201810641013A CN 110297467 A CN110297467 A CN 110297467A
Authority
CN
China
Prior art keywords
relay
field device
reset
power
latching relay
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810641013.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110297467B (zh
Inventor
尼古拉斯·亚伦·威赫尔德
贾斯廷·泰·青斯海姆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rosemount Inc
Original Assignee
Rosemount Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rosemount Inc filed Critical Rosemount Inc
Publication of CN110297467A publication Critical patent/CN110297467A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110297467B publication Critical patent/CN110297467B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/001—Functional circuits, e.g. logic, sequencing, interlocking circuits
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/4183—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by data acquisition, e.g. workpiece identification
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/002—Monitoring or fail-safe circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H01H47/226—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil for bistable relays
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/24—Pc safety
    • G05B2219/24026—Latch, block unlatch, unblock
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34028—Hold relay

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Programmable Controllers (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)
  • Safety Devices In Control Systems (AREA)
  • Relay Circuits (AREA)

Abstract

一种工业过程现场设备包括有源组件、锁存继电器、控制器、继电器驱动器和复位电路。有源组件可以是被配置为感测过程参数的传感器，或者被配置为控制工业过程的过程的控制设备。控制器被配置为产生开关信号，并且继电器驱动器被配置为基于开关信号将锁存继电器设置为置位状态和复位状态之一。复位电路被配置成响应于到继电器驱动器的电力中断而将锁存继电器设置为复位状态。

Description

现场设备锁存继电器复位
技术领域
本公开的实施例涉及用于工业工厂的工业过程控制系统。更具体地，本公开的实施例涉及具有用于复位现场设备的锁存继电器的复位电路的工业过程现场设备。
背景技术
在工业环境中，控制系统用于监测和控制工业和化学过程等的库存。典型地，控制系统使用分布在工业过程的关键位置处并通过过程控制回路耦合到控制系统中的控制电路的工业过程现场设备执行这些功能。术语“现场设备”是指在分布式控制或过程监测系统中执行功能的任何设备，包括当前已知或尚未知道的用于工业过程的测量、控制和/或监测的所有设备。
典型的现场设备包括设备电路，其使现场设备能够执行常规的现场设备任务，诸如使用一个或多个传感器进行过程参数监测和测量，和/或使用一个或多个控制设备进行过程控制操作。示例性传感器包括压力传感器、液位传感器、温度传感器以及用于工业过程的其他传感器。示例性的控制设备包括致动器、电磁阀、阀门和其他控制设备。
现场设备的设备电路还可以包括用于控制传感器的控制器和/或控制设备，并且例如通过过程控制回路(诸如4-20毫安过程控制回路)与过程控制系统或其他电路通信。在一些安装中，过程控制回路用于将调节后的电流和/或电压传送到现场设备以给现场设备供电。过程控制回路还可以携带数据，诸如对应于感测的过程参数的过程参数值。这些数据可以通过过程控制回路作为模拟信号或数字信号传送。
一些现场设备可以包括开关，诸如锁存继电器，锁存继电器被配置为将电力从外部电源连接到诸如泵的外部设备或从其断开。锁存继电器的使用保存了现场设备使用的关键电源，但是防止锁存继电器响应电力丧失而返回到复位状态。遗憾的是，这可能使外部设备处于不希望的激活状态，而这可能会导致工业设备损坏或产生危险状况。
发明内容
本公开的实施例涉及一种用于工业过程的现场设备、一种工业过程控制系统以及一种控制现场设备的锁存继电器的方法。现场设备的一个实施例包括有源组件、锁存继电器、控制器、继电器驱动器和复位电路。有源组件可以是被配置为感测过程参数的传感器，或者被配置为控制工业过程的过程的控制设备。控制器被配置为产生开关信号，并且继电器驱动器被配置为基于开关信号将锁存继电器设置为置位状态和复位状态之一。复位电路被配置成响应于到继电器驱动器的电力中断而将锁存继电器设置为复位状态。
工业过程控制系统的一个实施例包括现场设备和继电器电源。现场设备包括有源组件、锁存继电器、控制器、继电器驱动器和复位电路。有源组件可以是被配置为感测过程参数的传感器，或者被配置为控制工业过程的过程的控制设备。控制器被配置为产生开关信号，并且继电器驱动器被配置为基于开关信号将锁存继电器设置为置位状态和复位状态之一。继电器电源配置为向继电器驱动器供电。复位电路被配置为响应于由继电器电源供应的电力的中断而将锁存继电器设置为复位状态。
在所述方法的一个实施例中，使用现场设备的有源组件感测工业过程的过程参数，或者来控制工业过程。使用继电器电源对现场设备的继电器驱动器进行供电。通过基于来自现场设备的控制器的开关信号，使用继电器驱动器将现场设备的锁存继电器设置为置位状态和复位状态之一来控制对外部设备的供电。使用现场设备的复位电路的比较器将由继电器电源供应的电压与阈值电压进行比较。当电压达到与阈值电压的预定关系时，使用来自复位电路的电荷储存器的电荷将锁存继电器设置为复位状态。
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容并非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手段。所要求保护的主题不限于解决背景中提到的任何或全部缺点的实施方式。
附图说明
图1是根据本公开的实施例的示例性工业过程控制系统的简化图。
图2是根据本公开的实施例的示例性工业过程控制系统的简化框图。
图3是根据本公开的实施例的耦合到现场设备外部的设备和电源的现场设备的简化框图。
图4和图5是根据本公开的实施例的工业过程控制系统的简化框图，分别示出用于在电力中断期间复位锁存继电器的现场设备的示例性电路。
图6是根据本公开的实施例的示例性复位电路的电路图。
图7是用于控制工业过程控制系统的现场设备中的电力切换的示例性方法的流程图。
具体实施方式
以下参考附图更全面地描述本公开的实施例。使用相同或相似附图标记标识的元素指代相同或相似的元素。然而，本公开的各种实施例可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并且将本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。
本公开的实施例一般性地涉及工业过程现场设备、包括现场设备的工业过程控制系统以及使用现场设备控制外部设备的方法。图1是根据本公开的实施例的示例性工业过程测量或控制系统100的简化图。
系统100包括可与工业过程103相互作用的工业过程现场设备102。在一些实施例中，过程103涉及通过诸如管道104(图1)的管道输送和/或容纳在例如由系统100处理的储罐中的诸如流体的材料。材料的这种处理通常将材料从较低价值的状态转变为更有价值和有用的产品，诸如石油、化学制品、纸张、食物等。例如，炼油厂执行可将原油加工成汽油、燃料油和其他石化产品的工业过程。
现场设备102可以与计算机化的控制单元105通信，计算机化的控制单元105可以被配置为控制现场设备102。控制单元105可以远离现场设备定位，诸如在系统100的控制室中，如图1所示。现场设备102可以通过双线过程控制回路106(诸如4-20毫安过程控制回路)连接到控制单元105。除了通过控制回路106传送数据之外，诸如通过控制经过控制回路的电流，控制回路106可以完全为现场设备102供电。
现场设备102可以被配置为将电力从设备电源107切换到现场设备102外部的设备108。设备108的示例性实施例包括例如泵、压缩机、电磁阀或可能适合与系统100一起使用的另一设备。
如下面所讨论的，锁存继电器被用于在现场设备102中执行该切换功能。锁存继电器可以由在现场设备102外部的继电器电源109供电。现场设备102的控制器可以与继电器电源109电隔离，产生用于将锁存继电器引导到其置位状态和其复位状态的信号，在置位状态中，来自电源107的电力可以连接到设备108，在复位状态中，来自电源107的电力可以从设备108断开。
锁存继电器在继电器电力丧失之后保持其置位状态(例如闭合开关)或复位状态(例如打开开关)，而非锁存继电器响应于电力丧失将恢复到其复位状态。选择锁存继电器而不选择非锁存继电器，因为锁存继电器通常需要来自控制器的更低的电力信号，这允许现场设备102满足关键的低电力要求，同时在设备电源107与设备108之间提供切换功能。
然而，仍然期望现场设备102具有非锁存继电器的复位功能，以防止例如外部设备108在电力丧失之后保持激活并且造成损坏或产生危险状况。本公开的实施例涉及具有复位电路的现场设备102，该复位电路在检测到来自继电器电源109的电力中断时操作以复位锁存继电器。因此，复位电路向现场设备102提供期望的非锁存继电器的复位功能，同时允许现场设备102满足其低电力要求。
在详细讨论复位电路之前，将参照图2讨论现场设备102的各种实施例，图2是根据本公开的实施例的示例性工业过程控制系统100的简化框图。控制单元105可以通过合适的物理通信链路(诸如控制回路106)或无线通信链路通信地耦合到现场设备102。根据传统的模拟和/或数字通信协议，可以在控制回路106上执行控制单元105和现场设备102之间的通信。在一些实施例中，过程控制回路106包括4-20毫安过程控制回路，其中过程变量可以由流过过程控制回路106的回路电流I(图2)的电平来表示。示例性数字通信协议包括诸如根据通信标准将数字信号调制到双线过程控制回路106的模拟电流水平。也可以使用其他纯数字技术，包括现场总线和Profibus通信协议。
在一些实施例中，现场设备102包括控制器110、一个或多个传感器或控制设备111形式的有源组件、测量或控制电路112、数模转换器(DAC)114、通信电路115和/或接线盒116，如图2的简化框图所示。控制器110可以表示响应于指令的执行而控制现场设备102的组件来执行本文描述的一个或多个功能的一个或多个处理器(即，微处理器、中央处理单元等)，所述指令可以是存储在设备102的符合专利主题的计算机可读介质或存储器118中。在一些实施例中，控制器110的处理器是一个或多个基于计算机的系统的组件。控制器110可以包括一个或多个控制电路、基于微处理器的引擎控制系统、一个或多个可编程硬件组件，诸如现场可编程门阵列(FPGA)，它们被用于控制设备102的组件以执行本文描述的一个或多个功能。控制器110也可以代表其他常规的现场设备电路。
现场设备102可以用于使用图2中的框111表示的一个或多个传感器来感测或测量过程103的参数，诸如过程103的温度、液位、压力、流量或其他参数。示例性传感器111包括压力传感器、温度传感器、液位传感器、流量传感器和/或用于感测或测量过程参数的其他传感器。
现场设备102还可以被配置成使用由图2中的框111表示的一个或多个控制设备来控制过程103的一个方面。示例性控制设备111包括致动器、电磁阀、阀门以及在现场设备中使用以控制过程的其他常规过程控制设备。
测量或控制电路112表示与传感器或控制设备111相互作用的电路。例如，电路112可包括测量电路，测量电路将来自传感器111的输出转换以供现场设备的控制器110使用。控制器110可以使用DAC 114来将数字信号转换成模拟信号，该模拟信号使用通信电路115(例如，诸如通过双线过程控制回路106通过调整回路电流I来指示由传感器111感测的过程参数的值)传送到控制单元105。例如，电路112还可以用于控制控制设备111，诸如响应于来自控制单元105或另一个来源的由控制器110通过例如通信电路115接收的命令。
如上所述，本公开的现场设备102被配置为控制从电源107到设备108的电力。这些实施例将首先参照图3进行描述，图3是包括耦合到设备电源107和设备108并且由继电器电源109供电的锁存继电器120的现场设备102的简化框图。在一些实施例中，电源107、设备108和继电器电源109均位于现场设备102的外部。
锁存继电器120被配置为将来自设备电源107的电力连接到设备108或与之断开，设备108可以通过例如接线盒116连接到锁存继电器120。锁存继电器120可以采用任何合适的形式，诸如单线圈锁存继电器或双线圈锁存继电器。尽管仅示出了单个锁存继电器120，但应该理解的是，现场设备102可以包括多个锁存继电器120，其中的每一个可以根据本文描述的实施例来配置和控制。
锁存继电器120可以使用由继电器电源109供电的继电器驱动器122在置位和复位状态之间驱动。电压调节器和转换器可以由现场设备102用于控制从电源109到继电器驱动器122和现场设备的其他组件的电力的输送，为简化附图，未示出电压调节器和转换器。
控制器110使用由继电器驱动器122接收的开关信号124表示的一个或多个信号来控制将锁存继电器120设置在置位状态或复位状态中之一。使用锁存继电器120而不使用非锁存继电器的一个原因是，由控制器110产生的用于改变锁存继电器120的状态的开关信号124通常具有短暂电压脉冲的形式，这可以节省宝贵的现场设备电力。如下面所讨论的，现场设备102的控制器110和其他组件可以使用合适的隔离电路与锁存继电器120、继电器驱动器122和/或继电器电源109电隔离。因此，开关信号124可以直接输送到继电器驱动器122或通过隔离电路间接输送到继电器驱动器122。
在一些实施例中，锁存继电器120作为连接设备电源107和设备108的电路中的开关来操作，如图3所示。锁存继电器120的置位和复位状态分别对应于闭合状态和打开状态，在闭合状态中，锁存继电器120电连接或闭合将设备108连接到来自电源107的电力的电路，在打开状态中，锁存继电器120断开或打开将设备108连接到电源107的电路。在一些实施例中，锁存继电器120的置位状态对应于闭合状态，并且复位状态对应于打开状态。因此，当锁存继电器120处于复位状态时，来自电源107的电力从设备108断开。
控制器110可以使用开关信号124在置位状态和复位状态之间选择性地设置(即，控制、致动或切换)锁存继电器120以激活或停用设备108。在一些实施例中，控制器110被配置为基于一个或多个设置响应于处理器执行的指令将锁存继电器120设置在置位或复位状态。设置和程序指令可以作为设置130存储在存储器118(图2)、控制单元105的存储器和/或存储在另一合适的位置中。设置130可以包括用户定义的设置，诸如阈值和/或其他开关控制参数。
在一个实施例中，响应于由传感器111检测到的感测参数(例如，压力、液位、流量、温度等)，控制器110将锁存继电器120设置为置位或复位状态。例如，控制器110可以将基于传感器111输出的参数从电路112输出的感测参数值与诸如用户定义的阈值之类的设置130进行比较，并当感测参数值满足与阈值的预定关系时使用开关信号124将锁存继电器120设置为预定的置位或复位状态。
或者，控制单元105可以从现场设备102接收感测的参数值，并且当感测的参数值满足与诸如用户定义的阈值之类的设置130的预定关系时，诸如通过控制回路106向控制器110发出命令以将锁存继电器120设置为期望的状态。然后，控制器110响应于来自控制单元105的命令产生开关信号124以将锁存继电器120设置在期望的状态。
在一个示例中，现场设备102可以包括感测储罐中的液位的液位传感器111，并且使用通信电路115将感测的液位传送到控制单元105。当由传感器111产生的液位输出指示感测的液位低于阈值(例如，设置130)时，控制器110可以被配置为或者由控制单元105命令将锁存继电器120设置为置位状态以激活外部泵(设备108)并将额外的材料驱入储罐中。在由传感器111感测到的液位达到另一个阈值水平(设置130)(诸如指示储罐已满的液位)之后，可以配置或命令控制器110复位锁存继电器120以停用泵。
在另一个实施例中，响应于控制设备111的状态，控制器110通过使用开关信号124将锁存继电器120设置为置位或复位状态。或者，控制单元105可以基于控制设备111的状态，向控制器110发出命令以将锁存继电器120设置在置位状态或复位状态。这里，控制设备111包括至少两个不同的状态，例如，阀门的打开或关闭状态，致动器或电磁阀的位置或控制设备111的另一状态。例如，当控制设备111是阀门并且设备108是泵时，控制器110可以被配置或命令为将锁存继电器120设置处于置位位置，这时阀门打开以激活泵并驱动材料流动通过阀门，并且控制器110可以被配置或命令为将锁存继电器120设置到复位位置，这时阀门关闭停用泵。
与响应于到继电器的电力中断而恢复到其复位状态的非锁存继电器不同，即使在电力丧失后，锁存继电器120仍将保持其当前的置位或复位状态。因此，当来自继电器电源109的电力中断时，锁存继电器120将保持其当前状态，并不响应来自控制器110的开关信号124而改变其状态。这可能导致设备108被留在不期望的激活或停用状态。例如，当设备108是泵时，来自电源109的电力丧失可能使泵运行而控制器110没有能力将其关停，这例如可能导致大问题，诸如储罐溢出。
如上所述，本公开的现场设备102的一些实施例包括复位电路140，该复位电路被配置为响应于来自继电器电源109的电力中断(例如，电力减少、电力丧失、电力高峰等)，将继电器120设置在复位状态。因此，当继电器120的复位状态断开将设备电源107连接到设备108的电路时，复位电路140可响应于来自电源109的电力中断而停用设备108。或者，当继电器120的复位状态闭合将设备电源107连接到设备108的电路时，复位电路140可响应于来自电源109的电力中断而激活设备108。
在一些实施例中，复位电路140包括比较器142和电荷储存器144。比较器142被配置为检测来自继电器电源109的电力的中断。电荷储存器144存储当比较器142检测到来自继电器电源109的电力中断时，由复位电路140用于将锁存继电器120设置为复位状态的电荷。
电荷储存器144可以采取任何合适的形式。例如，电荷储存器144可以包括一个或多个大容量电容器或可充电电池。电荷储存器144也可以使用来自继电器电源109的电力来充电。
在一些实施例中，比较器142将由箭头146表示的由继电器电源109提供的采样电压146与一个或多个阈值电压VTH进行比较。当采样电压146达到与表示来自继电器电源109的电力中断的阈值电压VTH的预定关系时，比较器可以输出复位信号148。在一些实施例中，阈值电压VTH被设置为指示能够防止继电器驱动器122改变锁存继电器120的状态的由电源109提供的电力的丧失或电力的减少。因此，示例性预定关系包括采样电压146与阈值电压VTH匹配或者采样电压146降至低于阈值电压VTH。比较器142还可以使用适当的电压阈值VTH和相应的预定关系来检测电力高峰或其他类型的电力中断。
由比较器142产生的复位信号148使得锁存继电器120使用存储在电荷储存器144中的电荷被设置为复位状态。这可以使用任何合适的技术来实现，包括下面更详细讨论的那些技术。
图4是根据本公开的实施例的包括用于在电力中断期间复位锁存继电器120的现场设备102的示例性电路的工业过程控制系统100的简化框图。锁存继电器120可以是双线圈锁存继电器，其被配置为在置位输入154处接收预定的置位信号152以将锁存继电器120置于置位状态，并且在置位输入158处接收预定的置位信号156以将锁存继电器120置于复位状态。设置信号152和复位信号156可以由继电器驱动器122响应于在继电器驱动器122的相应置位输入端162和复位输入端164处接收的、由控制器110产生的开关信号124(诸如信号124A和124B)而产生。
尽管图4或他处所示的锁存继电器120可以被描绘为双线圈锁存继电器120，但可以理解，所描绘的双线圈锁存继电器120可以由单线圈锁存继电器代替，该单线圈锁存继电器响应于来自控制器110的开关信号124从继电器驱动器122接收预定的置位和复位信号，以将锁存继电器120置于置位或复位状态。因此，本公开的实施例可以使用单线圈锁存继电器作为锁存继电器120。
如上所述，控制器110可以通过合适的隔离电路166与锁存继电器120、继电器驱动器122、继电器电源109、设备电源107和/或设备108电隔离，如由图4中的虚线指示。示例性隔离电路166包括光耦合器或数字隔离器。隔离电路166还可以将现场设备102的其他电路(诸如通信电路115、测量或控制电路112、传感器或控制设备111和/或现场设备102的附加电路)与锁存继电器120和继电器驱动器122隔离。
隔离电路166从控制器110接收诸如信号124A和124B的开关信号124，并且使用常规隔离电路技术将诸如124A′和124B′的相应隔离信号124′传送到继电器驱动器122。然后，继电器驱动器122响应于信号124A′和124B′向锁存继电器120输出对应的置位信号152或复位信号156，以将锁存继电器120设置为相应的置位或复位状态。
继电器电源109通过隔离电路166将电力供应到现场设备102的与控制器110隔离的组件。本领域技术人员理解，现场设备102可以包括传统的电压调节器和转换器，以确保组件从电源109接收期望形式的电力。如上所述，为了简化附图，未示出这些组件。
如图4所示，继电器驱动器122可以由继电器电源109提供的继电器电压VR(诸如通过接线盒116)供电。继电器驱动器122响应于开关信号124A和124B使用继电器电压VR来产生信号152和156，以将锁存继电器120驱动到置位或复位状态。
如上所述，复位电路140的比较器142接收使用来自继电器电源109的电力产生的采样电压146和阈值电压VTH。另外，电荷储存器144可以使用来自继电器电源109的电力来充电。
在一些实施例中，复位电路140包括开关170，开关170被配置为基于来自比较器142的复位信号148将电荷储存器144连接到继电器120的复位输入端158或与其断开。开关170可以采取任何合适的形式，诸如例如金属氧化物硅场效应晶体管(MOSFET)或另一合适的晶体管开关。在继电器电源109的正常操作期间，例如当采样电压146未达到与阈值电压VTH的预定关系时，开关170打开，从而断开电荷储存器144与复位输入端158。处于打开状态的开关170的设置可以由来自比较器142的信号148控制。当采样电压146达到与阈值电压VTH的预定关系时，比较器142产生某种形式的复位信号148，其闭合开关170并将电荷储存器144连接到锁存继电器120的复位输入端158。由电荷储存器144存储的电荷将复位信号172输送到复位输入端158，复位输入端158将锁存继电器120驱动到复位状态。锁存继电器在复位状态中的这种设置可断开电源107的电力到设备108。
图5是根据本公开的实施例的包括用于在电力中断期间复位锁存继电器120的现场设备102的示例性电路工业过程控制系统100的简化框图。图5的现场设备电路的操作基本类似于图4的操作，但是对于复位电路140使用不同的配置。具体地，使用或门174，其接收来自隔离电路166的复位信号124B′和由比较器142输出的复位信号148。来自或门174的输出176连接到继电器驱动器122的复位输入端164上。当控制器110提供复位信号124B时，如果有足够的电力可用，则由隔离电路166产生复位信号124B′，并且当采样电压146下降到阈值电压VTH以下时，由比较器142检测到电力中断，在此期间比较器142提供复位信号148。在任一种情况下，来自或门174的输出176触发继电器驱动器122以提供必要的复位信号156来复位锁存继电器120。
在来自继电器电源109的电力中断期间，由比较器142产生的复位信号148作为来自或门174的输出176被馈送到继电器驱动器的复位输入端164，继电器驱动器122可能缺乏来自继电器电压VR的足够的电力以产生必要的复位信号156。使用电荷储存器144克服该问题，电荷储存器144提供足够的电荷(箭头178)以给继电器驱动器122供电，使得其可以产生复位信号156，并复位锁存继电器120。
图6是可以用于图4所示的布置中的许多可能配置的一个示例性复位电路140的电路图。在一个示例性实施例中，比较器包括运算放大器(运算放大器)180，其可以具有耦合到采样电压146(VS)(例如，14V)(其可以例如是提供给继电器驱动器122的电压VR)的正电源输入以及耦合到电气接地端182的负电源输入端。运算放大器180比较负输入端183处的采样电压146的分压电平(其由电阻器184和186形成的分压器设置)与正输入端187处的阈值电压VTH(例如12V，其可以使用常规技术设置)。电容器188和190可以用于过滤可能导致错误检测电力中断的噪声。
如图6所示，开关170可以是n沟道增强型MOSFET。在该示例性实施例中，例如，MOSFET 170的栅极192耦合到来自运算放大器的输出端148，漏极194耦合到采样电压VS，并且源极196耦合到锁存继电器120的复位输入端158。
如上所述，电荷储存器144可以包括电池或一个或多个大容量电容器。在图6的示例性电路中，使用大容量电容器200和202形成电荷储存器144。电容器200和202基于由继电器电源109提供的电力(诸如从采样电压VS)存储电荷。电容器200和202被适当地设定大小以形成在所需的持续时间内具有所需电压的复位信号172以复位锁存继电器120。
在正常操作期间，当继电器电源109供电没有中断时，输入到运算放大器180的采样电压VS的分压电平大于阈值电压VTH。这产生负电压输出，作为到MOSFET 170的栅极192的信号148，由此在漏极194和源极196之间产生开路并且使电荷储存器144与复位输入端158断开。因此，不产生复位信号172。
当来自继电器电源109的电力中断时，采样电压VS将开始下降。当采样电压VS的分压电平下降到阈值电压VTH以下时，运算放大器180产生正电压输出作为信号148。信号148将足够的正向偏压施加到栅极192以将电荷储存器144连接到复位输入端158，并且由电容器200和202存储的电荷产生复位信号172。复位信号172将锁存继电器120致动到复位状态，这可以例如断开设备108与电源107。
通过在来自继电器电源109的电力中断期间产生期望的输出信号172，可以选择分压器和阈值电压VTH以适应任何锁存继电器120。例如，欧姆龙电子公司生产的G6CU-2114P-US继电器是单线圈锁存型继电器，其要求复位信号172至少是在复位线圈(即复位输入端158)上的8.4V和15.6V之间的至少20毫秒的脉冲电压以复位继电器。由电阻器184和186形成的分压器，阈值电压VTH以及大容量电容器200和202可以被选择为在来自继电器电源109的电力中断期间提供这个或另一合适的复位信号172。
本公开的附加实施例涉及一种用于控制工业过程控制系统100的现场设备102中的电力切换的方法。图7是示出一个示例性方法的流程图。在210处，使用现场设备102的有源组件111来感测工业过程103的过程参数，或者控制工业过程103，并且在212处，使用继电器电源109对现场设备102的继电器驱动器120进行供电，诸如上面参考图3所讨论的。
在214处，使用锁存继电器120来控制对外部设备108的供电。设备108可以通过现场设备的接线盒116耦合到锁存继电器120，如图3-5所示，或通过其他合适的连接。在步骤214的一些实施例中，基于来自现场设备102的控制器110的开关信号124，通过使用继电器驱动器122将锁存继电器120设置为置位状态或复位状态来控制对设备108的供电，如上所述。
在216处，使用现场设备102的复位电路140的比较器142将由继电器电源109供应的电压(例如，采样电压VS)与阈值电压VTH进行比较。在218处，当电压达到与阈值电压VTH的预定关系，其表示来自继电器电源109的电力中断时，使用复位电路140的电荷储存器144将锁存继电器120设置为复位状态。在一些实施例中，锁存继电器120的该复位断开对外部设备108的供电。
虽然已经参考优选实施例描述了本公开的实施例，但本领域技术人员将认识到，可以在形式和细节上进行改变而不脱离本公开的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于工业过程的现场设备，包括：
有源组件，选自由被配置为感测过程参数的传感器和被配置为控制所述工业过程的过程的控制设备组成的群组；
锁存继电器；
控制器，被配置为产生开关信号；
继电器驱动器，被配置为基于所述开关信号将所述锁存继电器设置为置位状态和复位状态之一；以及
复位电路，被配置为响应于到所述继电器驱动器的电力中断而将所述锁存继电器设置为所述复位状态。
2.根据权利要求1所述的现场设备，其中：
所述继电器驱动器由来自继电器电源的继电器电压供电；以及
所述复位电路包括：
电荷储存器；以及
比较器，被配置为检测来自所述继电器电源的电力的中断；
其中当所述比较器检测到来自所述继电器电源的电力中断时，所述复位电路使用来自所述电荷储存器的电荷将所述锁存继电器设置为所述复位状态。
3.根据权利要求2所述的现场设备，其中所述电荷储存器包括大容量电容器。
4.根据权利要求3所述的现场设备，其中所述大容量电容器由所述继电器电源充电。
5.根据权利要求2所述的现场设备，其中：
所述比较器将由所述继电器电源提供的采样电压与阈值电压进行比较，并且当所述采样电压达到与所述阈值电压的预定关系时产生复位信号；以及
所述复位电路响应于所述复位信号将所述锁存继电器设置为所述复位状态。
6.根据权利要求5所述的现场设备，其中：
所述复位电路包括所述电荷储存器和所述锁存继电器之间的开关；
所述比较器使用所述复位信号致动所述开关以将所述电荷储存器电耦合到所述锁存继电器；以及
响应于所述电荷储存器与所述锁存继电器的电耦合，所述锁存继电器被设置为所述复位状态。
7.根据权利要求2所述的现场设备，其中：
所述继电器驱动器通过所述现场设备的接线盒电耦合到所述继电器电源；以及
所述现场设备包括将所述控制器与所述继电器驱动器电隔离的隔离电路。
8.根据权利要求7所述的现场设备，其中所述隔离电路包括数字隔离器或光耦合器。
9.根据权利要求2所述的现场设备，其中：
所述有源组件包括选自由压力传感器、液位传感器、流量传感器和温度传感器组成的群组的传感器；
所述传感器包括对应于感测的过程参数的参数输出；
所述设备包括被配置为基于所述参数输出产生参数值的测量电路；以及
所述控制器被配置为使用通信电路将所述参数值传送到远程位置。
10.根据权利要求2所述的现场设备，其中所述有源组件包括所述控制设备，所述控制设备选自由致动器、阀门和电磁阀组成的群组。
11.一种工业过程控制系统，包括：
现场设备，包括：
有源组件，选自由被配置为感测过程参数的传感器和被配置为控制所述工业过程的过程的控制设备组成的群组；
锁存继电器；
控制器，被配置为产生开关信号；
继电器驱动器，被配置为基于所述开关信号将所述锁存继电器设置为置位状态和复位状态之一；
复位电路；以及
继电器电源，被配置为向所述继电器驱动器供电；
其中所述复位电路被配置为响应于由所述继电器电源供应的电力中断而将所述锁存继电器设置为所述复位状态。
12.根据权利要求11所述的系统，其中：
所述继电器驱动器由所述继电器电源提供的继电器电压供电；以及
所述复位电路包括：
电荷储存器；
比较器，被配置为检测来自所述继电器电源的电力的中断；
其中当所述比较器检测到来自所述继电器电源的电力中断时，所述复位电路使用来自所述电荷储存器的电荷将所述锁存继电器设置为所述复位状态。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述电荷储存器包括大容量电容器。
14.根据权利要求12所述的系统，其中：
所述比较器将由所述继电器电源提供的采样电压与阈值电压进行比较，并且当所述采样电压达到与所述阈值电压的预定关系时产生复位信号；以及
所述复位电路包括响应于所述复位信号将所述锁存继电器设置为所述复位状态的逻辑。
15.根据权利要求14所述的系统，其中：
所述复位电路包括所述电荷储存器和所述锁存继电器之间的开关；
所述比较器使用所述复位信号致动所述开关以将所述电荷储存器电耦合到所述锁存继电器；以及
响应于所述电荷储存器与所述锁存继电器的电耦合，所述锁存继电器被设置为所述复位状态。
16.根据权利要求12所述的系统，其中：
所述继电器驱动器通过所述现场设备的接线盒电耦合到所述继电器电源；以及
所述现场设备包括将所述控制器与所述继电器驱动器电隔离的隔离电路。
17.根据权利要求12所述的系统，其中：
所述有源组件包括选自由压力传感器，液位传感器，流量传感器和温度传感器组成的群组的传感器；
所述传感器包括对应于感测的过程参数的参数输出；
所述设备包括被配置为基于所述参数输出产生参数值的测量电路；以及
所述控制器被配置为使用通信电路将所述参数值传送到远程位置。
18.根据权利要求12所述的系统，还包括：
外部设备，电耦合到所述锁存继电器；以及
设备电源，电耦合到所述锁存继电器并且被配置为通过所述锁存继电器向所述外部设备供电。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述外部设备选自由泵、电磁阀和压缩机组成的群组。
20.一种控制用于工业过程的现场设备的锁存继电器的方法，包括：
使用所述现场设备的有源组件感测工业过程的过程参数或控制所述工业过程；
使用继电器电源对所述现场设备的继电器驱动器进行供电；
控制对外部设备的供电，包括基于来自所述现场设备的控制器的开关信号，使用所述继电器驱动嚣将所述现场设备的所述锁存继电器设置为置位状态和复位状态之一；
使用所述现场设备的复位电路的比较器将由所述继电器电源提供的电压与阈值电压进行比较；以及
当所述电压达到与所述阈值电压的预定关系时，使用来自所述复位电路的电荷储存器的电荷将所述锁存继电器设置为所述复位状态。
CN201810641013.5A 2018-03-22 2018-06-20 工业过程的现场设备以及控制其的方法、工业过程控制系统 Active CN110297467B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/928,449 US11004637B2 (en) 2018-03-22 2018-03-22 Field device latching relay reset
US15/928,449 2018-03-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110297467A true CN110297467A (zh) 2019-10-01
CN110297467B CN110297467B (zh) 2023-03-31

Family

ID=65520399

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201820955712.2U Active CN208848084U (zh) 2018-03-22 2018-06-20 用于工业过程的现场设备、工业过程控制系统
CN201810641013.5A Active CN110297467B (zh) 2018-03-22 2018-06-20 工业过程的现场设备以及控制其的方法、工业过程控制系统

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201820955712.2U Active CN208848084U (zh) 2018-03-22 2018-06-20 用于工业过程的现场设备、工业过程控制系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11004637B2 (zh)
EP (1) EP3750178B1 (zh)
JP (1) JP2021518613A (zh)
CN (2) CN208848084U (zh)
WO (1) WO2019182688A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020009230A (ja) * 2018-07-10 2020-01-16 横河電機株式会社 フィールド機器及び機器制御方法
US11821951B2 (en) * 2021-09-29 2023-11-21 Rosemount Inc. Field device switch monitoring

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57145231A (en) * 1981-03-03 1982-09-08 Matsushita Electric Works Ltd Output circuit
US5432386A (en) * 1992-10-26 1995-07-11 International Business Machines Corporation Battery back-up control circuit for battery backed up rack mounted devices
US20050176400A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-11 Wayne-Dalton Corp. Operating system utilizing a selectively concealed multi-function wall station transmitter with an auto-close function for a motorized barrier operator
JP2005221773A (ja) * 2004-02-05 2005-08-18 Ricoh Co Ltd 定着装置、及び画像形成装置
CN101292406A (zh) * 2005-08-24 2008-10-22 立维腾制造有限公司 带有自检的电路中断装置
CN105981128A (zh) * 2014-03-13 2016-09-28 欧姆龙株式会社 闩锁继电器驱动电路
WO2017068764A1 (ja) * 2015-10-19 2017-04-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電磁継電器
CN107408475A (zh) * 2015-03-17 2017-11-28 欧姆龙株式会社 不正当使用检测系统及具备它的电力供给装置

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3693163A (en) * 1970-10-02 1972-09-19 Marathon Oil Co Computer set point station
US3936755A (en) * 1974-07-19 1976-02-03 Rca Corporation Proximity switch circuit
US4084155A (en) * 1976-10-05 1978-04-11 Fischer & Porter Co. Two-wire transmitter with totalizing counter
DE4140587C2 (de) * 1991-12-10 1994-09-08 Clark Equipment Co N D Ges D S Elektronische Steuereinrichtung zum Schalten mehrerer elektrischer Lasten
US5318164A (en) * 1992-05-15 1994-06-07 Mars Incorporated Vending machine apparatus and method to prevent fraud and minimize damage from injected fluids
US5327068A (en) * 1992-07-01 1994-07-05 Peerless Innovations, Inc. Battery protection system
US5438311A (en) * 1993-02-05 1995-08-01 Lane, Sr.; Donald W. Anti-carjacking device triggered by a switch in the seat belt latch
FR2786914B1 (fr) 1998-12-07 2001-01-12 Schneider Electric Ind Sa Dispositif de commande d'un electro-aimant, avec un circuit d'alimentation alimente par le courant de maintien de l'electro-aimant
US6355913B1 (en) * 2000-05-31 2002-03-12 Gecko Electronique, Inc. Infrared sensor for hot tub spa heating element
US7009406B2 (en) * 2003-04-24 2006-03-07 Delphi Technologies, Inc. Arc fault detector and method
US8160535B2 (en) * 2004-06-28 2012-04-17 Rosemount Inc. RF adapter for field device
US7680460B2 (en) * 2005-01-03 2010-03-16 Rosemount Inc. Wireless process field device diagnostics
US8452255B2 (en) * 2005-06-27 2013-05-28 Rosemount Inc. Field device with dynamically adjustable power consumption radio frequency communication
WO2009154756A1 (en) * 2008-06-17 2009-12-23 Rosemount Inc. Rf adapter for field device with variable voltage drop
CN102084626B (zh) * 2008-06-17 2013-09-18 罗斯蒙德公司 用于具有环路电流旁路的现场设备的rf适配器
EP2166365A1 (en) * 2008-09-19 2010-03-24 Bombardier Transportation GmbH Distributed safety monitoring system provided with a safety loop and method of testing such a system
US8922133B2 (en) * 2009-04-24 2014-12-30 Lutron Electronics Co., Inc. Smart electronic switch for low-power loads
US8786128B2 (en) 2010-05-11 2014-07-22 Rosemount Inc. Two-wire industrial process field device with power scavenging
JP2012254008A (ja) * 2011-05-31 2012-12-20 Sensata Technologies Inc 電力発生器モジュールの接続性制御
US8649909B1 (en) * 2012-12-07 2014-02-11 Amplisine Labs, LLC Remote control of fluid-handling devices
US10177646B2 (en) * 2014-06-13 2019-01-08 City University Of Hong Kong Power factor correction circuit for a power electronic system
US9698672B2 (en) * 2014-06-16 2017-07-04 City University Of Hong Kong Input filter for a power electronic system
US9966943B2 (en) * 2016-03-31 2018-05-08 Infineon Technologies Ag System and method for a high-side power switch
JP6698456B2 (ja) * 2016-07-20 2020-05-27 ローム株式会社 スイッチ監視用半導体集積回路、電子制御ユニット、及び車両
US10461562B2 (en) * 2017-06-27 2019-10-29 Rosemount Inc. Field device charging power regulation
US10923297B2 (en) * 2017-08-24 2021-02-16 Rohm Co., Ltd. Switch monitoring device, switch state detection circuit, and a vehicle-mounted switch system
US10658834B2 (en) * 2017-09-27 2020-05-19 Eaton Intelligent Power Limted Receptacle, circuit protection system, and circuit interrupter with over-temperature detection
US10915084B2 (en) * 2018-03-12 2021-02-09 Rosemount Inc. Field device switch monitor

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57145231A (en) * 1981-03-03 1982-09-08 Matsushita Electric Works Ltd Output circuit
US5432386A (en) * 1992-10-26 1995-07-11 International Business Machines Corporation Battery back-up control circuit for battery backed up rack mounted devices
JP2005221773A (ja) * 2004-02-05 2005-08-18 Ricoh Co Ltd 定着装置、及び画像形成装置
US20050176400A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-11 Wayne-Dalton Corp. Operating system utilizing a selectively concealed multi-function wall station transmitter with an auto-close function for a motorized barrier operator
CN1906373A (zh) * 2004-02-06 2007-01-31 韦恩达尔顿公司 利用电动壁障的自动关闭功能选择性地遮住多功能壁式控制装置发射器的壁障操作系统
CN101292406A (zh) * 2005-08-24 2008-10-22 立维腾制造有限公司 带有自检的电路中断装置
CN105981128A (zh) * 2014-03-13 2016-09-28 欧姆龙株式会社 闩锁继电器驱动电路
CN107408475A (zh) * 2015-03-17 2017-11-28 欧姆龙株式会社 不正当使用检测系统及具备它的电力供给装置
WO2017068764A1 (ja) * 2015-10-19 2017-04-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電磁継電器

Also Published As

Publication number Publication date
EP3750178A1 (en) 2020-12-16
EP3750178B1 (en) 2024-01-24
WO2019182688A1 (en) 2019-09-26
JP2021518613A (ja) 2021-08-02
US20190295793A1 (en) 2019-09-26
US11004637B2 (en) 2021-05-11
CN208848084U (zh) 2019-05-10
CN110297467B (zh) 2023-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104728497B (zh) 用于控制阀的系统和方法
EP2839349B1 (en) Wireless field device having a reconfigurable discrete input/output channel
CN208569395U (zh) 用于工业过程的现场设备和工业过程控制系统
KR102212476B1 (ko) 엣지 컴퓨팅 기반의 전력관리 제어 시스템을 이용한 분전반 및 전동기제어반
CN208848084U (zh) 用于工业过程的现场设备、工业过程控制系统
US9124096B2 (en) Process control field device with circuitry protection
EP1735670A2 (en) Process device with switching power supply
JP2015515070A5 (zh)
US20150051716A1 (en) Control Signal Protection Device
CN212303558U (zh) 一种电磁继电器触头或线圈异常监测电路
CN203552324U (zh) 安全联锁装置
CN101576106A (zh) 液压阀控制设备以及检测液压阀控制设备的方法
CN114137857A (zh) 一种远程监控系统及物联网固态继电器
CN207586692U (zh) 一种带app操控的自吸泵远程控制器
CN109343492B (zh) 两线制过程控制系统保护装置
CN104396138A (zh) 电动机启动器系统及用于使电动机启动器系统工作的方法
GB2438024A (en) Valve Controller
US11821951B2 (en) Field device switch monitoring
CN109665078A (zh) 遥控潜水器
CN212694271U (zh) 一种物联网固态继电器
EP2858257B1 (en) Isolated signal transmission apparatus
CN211950820U (zh) 压力控制器
US20220399912A1 (en) Wireless discrete input/output with external power option
CN105045088A (zh) 用于安全操作技术设备的安全控制装置及其操作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant