CN206440802U

CN206440802U - 监测现场干接点状态的监测电路

Info

Publication number: CN206440802U
Application number: CN201621090352.1U
Authority: CN
Inventors: 乌尔斯·克斯特利; 张洁; 黄颖
Original assignee: Siemens Schweiz AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2026-09-28

Abstract

本实用新型提出一种火灾报警系统中监测现场干接点状态的监测电路。该监测电路包括：能够经现场线路连接到干接点(Dry_C)的两个端子(I+、I‑)，一个提供监测信号的馈电端(S)，其耦合到所述两个端子(I+、I‑)中之一，所述两个端子(I+、I‑)中的另一个耦合到地电位；一个控制电路(Ctrl)，其具有两个采样端口(ADC1、ADC2)，每个采样端口采集所述两个端子(I+、I‑)上的数字电压值(V1、V2)；所述控制电路(Ctrl)根据所述第一和第二数字电压值(V1、V2)、以及所述第一和第二数字电压值(V1、V2)之间的电压差值(ΔV)来确定所述干接点的状态。

Description

监测现场干接点状态的监测电路

技术领域

本实用新型总体涉及火灾报警领域，尤其涉及火灾报警系统中监测现场干接点状态的输入电路。

背景技术

干接点(Dry Contact)在工业领域指一种电气开关，其可在导通和断开两种状态之间切换，且干接点的两个接点之间没有极性区分，可以互换。例如，干接点可以是电磁继电器的两个触点，即动、静触点。在初始状态，动、静触点彼此分离。当有电流流过继电器的线圈时，动触点因电磁效应引起的机械力而与静触点接合。动、静触点的接合进而导致静触点所在的次级电路导通。若此时反向电流流过继电器的线圈，则动触点因机械力而与静触点脱离，次级电路断开。这种干接点在初始状态下并不导通或切断任何电流，因而也被称作为“无源开关”。除了继电器输出之外，典型的干接点例如为限位开关、行程开关、液位开关、按键开关等。干接点还可以为各种传感器输出，例如火灾报警传感器、烟雾传感器或振动传感器等等。

在火灾报警系统中，干接点安置在现场的某些位置，且通过现场线路(FieldLine)连接到一个干接点监测电路或称输入电路，由该监测电路读取现场干接点的工作状态。监测电路可以实现在例如一个用作中继的输入/输出模块(I/O Module)中，也可以实现为火灾报警控制器(Control Panel)的一个输入电路。图1示例性地示出了一种读取干接点状态的监测电路结构。如图1所示，输入/输出模块I/O_M具有一个用于监测干接点状态的监测电路。该监测电路具有两个端口I+、I-，其分别连接到两根现场线路L+、L-。两根现场线路L+、L-连接到现场干接点Dry_C的两端K+、K-。现场线路L+、L-的远端还连接有一个端接电阻EOL，EOL用于监测现场线路是否出现短路或断路故障。在获取干接点Dry_C状态的监测阶段，监测电路在例如其端口I+上施加一个监测电流，端口I-连接到地电位。由此，监测电流经由现场线路L+施加到干接点Dry_C和端接电阻EOL上，在经现场线路L-流向地。然后，I/O_M读取端口I+上的采样电压。若采样电压为一个相对高电平，则表明干接点为断开状态，若为低电平则为闭合状态。一般情况下，连接在监测电路和干接点之间的现场线路L达到大约60m，因而共模和差模噪声很容易从现场线路引入到监测电路侧。这些强噪声很可能导致干接点状态的误判，并进而导致误报。

图2示例性地示出了一种具有噪声抑制功能的干接点监测电路。如图2所示，监测电路200包括两个端口I+、I-，其可以经现场线路L+、L连接到现场干接点Dry_C且端接电路EOL。监测电路200包括一个馈电端S，其连接到端口I+，以在监测阶段向端口I+提供一个监测电流Is。同时，端口I-经限流电阻R1连接到地，从而监测电流Is可以流过如图2中箭头所示的回路。监测电路200还包括两个采样电路S1、S2和两个运算放大器A1、A2。由串联电阻构成的采样电路S1和S2分别连接到端口I+和I-，以在施加监测电流Is后分别采样各端口的模拟电压值v₁和v₂。运算放大器A1充当差分器，其输出两个模拟电压值v₁和v₂之间的差值Δv给一个运算放大器A2。运算放大器A2充当一个比较放大器，其将电压差值Δv与一个参考值REF进行比较，并输出比较结果，即现场干接点的状态。图2所示的监测电路200通过差分通道处理可以抑制现场线路上引入的低频共模噪声，但是并不能清除高频共模噪声和差模噪声。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种监测现场干接点状态的监测电路，其能够抑制现场线路上引入的共模噪声和差模噪声。本实用新型的另一个目的在于提供一种监测现场干接点状态的监测电路，其还能够抑制现场线路上引入的高频共模噪声。本实用新型的又一个目的在于提供一种监测现场干接点状态的监测电路，其还能够抑制工频噪声。

根据本实用新型的一个方面，火灾报警系统中监测现场干接点状态的监测电路包括：两个端子，其能够连接到两个现场线路，该两个现场线路连接到置于现场的一个干接点的两端，且所述现场线路远端连接有一个端接元件；一个馈电端，其耦合到所述两个端子中之一，所述两个端子中的另一个耦合到地电位，所述馈电端能够输出监测电流或监测电压；一个控制电路，其具有：一个第一采样端口，其采集第一数字电压值，该第一数字电压值表示所述两个端子中一个端子上的电压；一个第二采样端口，其采集第二数字电压值，该第二数字电压值表示所述两个端子中另一个端子上的电压；所述控制电路根据所述第一和第二数字电压值、以及所述第一和第二数字电压值之间的电压差值来确定所述干接点的状态。

优选地，所述控制电路在所述电压差值小于第一阈值时，确定所述干接点处于闭合状态，其中所述第一阈值远小于所述电压差值范围的中间值；所述控制电路在所述电压差值大于第二阈值时，确定现场线路为开路，其中所述第二阈值大于所述电压差值范围的中间值，或者；所述控制电路在所述电压差值小于第二阈值且大于第三阈值时，确定所述干接点为断开状态，其中所述第三阈值大于所述第一阈值。更为优选地，所述第一阈值小于所述电压差值范围的中间值的四分之一。

基于电压差值且参考采样端口处得到的数字电压值来判断干接点的状态，可以更加准确地判断干接点的状态。

更为优选地，所述控制电路在所述电压差值小于第一阈值且所述第一和第二数字电压值均处于干接点闭合状态下的数值范围时，确定所述干接点处于闭合状态；或者所述控制电路在所述电压差值小于第二阈值且大于第三阈值且所述第一和第二数字电压值均处于干接点断开状态下的正常数值范围时，确定所述干接点为断开状态。

在本实用新型中，不仅通过差分通道(电压差值)抑制共模噪声，还通过判断数字电压值的值是否在正常状态范围来消除引入的差模噪声。由此，采用本实用新型提出的干接点监测电路可以同时抑制共模噪声和差模噪声。

优选地，所述监测电路还包括：一个高频滤波电路，其连接在所述馈电端和一个连接到所述馈电端的所述端子之间。该高频滤波电路可以有效滤除高频共模噪声。

可选地，所述第一和第二采样端口中的每一个还配置有至少一个低通滤波电路，其连接在每个端子和与之相应的所述采样端口之间。该低通滤波电路可以仅容许低频信号通过，从而进一步滤除高频噪声

优选地，所述馈电端为所述控制电路的一个输出端，其输出脉冲形式的监测信号。更为优选地，所述脉冲信号周期为工频信号周期的四分之一。这可以抑制工频信号带来的干扰。

可选地，所述控制电路包括：一个数字差分器，其两个输入端分别连接到所述第一和第二采样端口，其输出端输出所述第一和第二数字电压值之间的电压差值；至少一个数字比较器，其一端选择性地连接到所述第一、第二采样端口和所述数字差分器的输出端之一，其参考值选择性地设置成所述第一、第二、第三阈值以及第一和第二数字电压值的正常数值范围中之一，其输出端输出比较结果，以指示干接点的状态。可选地，控制电路还可以为一个微处理器，其可以实现上述数字差值器和数字比较器的功能。这种方式计算更加便捷，且成本更低。

下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对切换装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

图1示出了一种干接点监测电路的应用场景示意图，

图2示出了现有的一种干接点监测电路的示意图，

图3示出了根据本实用新型一个实施例的干接点监测电路的示意图，

图4示出了根据本实用新型另一个实施例的干接点监测电路的示意图，

图5示出了根据本实用新型又一个实施例的干接点监测电路的示意图。

具体实施方式

为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。另外，在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

图3示意性地示出了根据本实用新型一个实施例的干接点监测电路。如图3所示，监测电路300包括两个端子I+和I-，其能够连接两个现场线路L+、L-。该两个现场线路L+、L-连接到置于现场的一个干接点Dry_C的两端。现场线路远端L+、L-连接有一个端接元件EOL，EOL例如为一个端接电阻。

如图3所示，监测电路300包括一个馈电端S和一个控制电路Ctrl。馈电端S可以耦合到两个端子I+、I-中之一，且另一个端子耦合到地电位。在图3的例子中，馈电端S经二极管D1和限流电阻R2耦合到端子I+。端子I-经限流电阻R1连接到地电位。当馈电端S提供监测电流时，监测电流流过图3中箭头所示的回路。

控制电路Ctrl包括两个采样端口。两个采样端口分别耦合到端子I+和I-，以分别获得两个端子上的模拟电压(v₁、v₂)的数字值V1和V2。在一个实施例中，每个采样端口包括一个集成在控制电路Ctrl内的模数转换电路，即采样端口ADC1和ADC2获得端子I+和I-上的模拟电压值，再经过模数转换后得到相应的数字电压值V1和V2，如图3所示。可选地，模数转换电路也可以独立于控制电路Ctrl之外，即，模数转换器连接在端子I+、I-和控制电路Ctrl之间，控制电路Ctrl的两个采样端口分别从模数转换器处得到两个端子上电压的数字值(也称作数字电压值)V1和V2，如图4所示。

控制电路Ctrl还可包括一个减法器SUB和一个判断器J。减法器SUB将两个采样端口处得到的两个数字电压值V1和V2相减，得到一个电压差值ΔV。判断器J根据来自采样端口的数字电压值V1和V2，以及来自减法器SUB的电压差值ΔV，确定干接点的状态。

具体地，例如，假定数字电压值V1和V2，以及电压差值ΔV的数值范围均在0～255之间。在这种情况下，如果干接点处于闭合状态，则两个端子I+和I-之间压差最小且几乎为零，即电压差值ΔV接近于零，例如ΔV小于一个第一阈值Th1，其中Th1远小于电压差值ΔV数值范围的中间值。在一个例子中，Th1例如仅为数值范围中间值(例如123)的1/6～1/4或更小，优选地Th1在0～30之间，更为优选地Th1在0～25之间。与此同时，优选地，若考虑抑制差分噪声，还需要判断数字电压值V1和V2是否均处于该干接点闭合时的电平范围T1，即图3中的P点电平左右。在图3中，P点电平为电阻R1上端的电平值，为此Vp＝R1/(R1+R2)*Us，其中Us为馈电端S输出的监测电压值。若R1和R2阻值相当，则P点电平大约为1/2*255＝123。例如100<V1<140且100<V2<140。为此，若两个数字电压值V1和V2，以及其电压差值ΔV均满足上述条件，则表明干接点闭合。

再比如，由于端接元件EOL的存在，只有在现场线路L因故障而开路时才会出现电压差值ΔV近乎最大值的情况。为此，如果电压差值ΔV接近其范围的上限，即ΔV大于一个第二阈值Th2，则表明现场线路开路，其中Th2大于电压差值ΔV数值范围的中间值。在一个例子中，Th2例如在144～255之间。

另外，如果干接点处于断开状态，则两个端子I+和I-之间压差会处于一个特定范围，即电压差值ΔV介于上述第二阈值Th2和一个第三阈值Th3(例如Th3＝64～144)之间，其中0<Th1<Th3<Th2<255。若考虑差分噪声，还需要进一步判断数字电压值V1和V2是否均在干接点断开状态下的电平范围内。例如V1此时的正常数值范围T2大体在104-190之间，而V2此时的正常数值范围T3大体在25-74之间。若V1和V2分别均在正常范围内，则表明干接点处于断开状态。这里，V2的值应接近干接点断开时P点电平，例如Vp＝Us*R1/(R1+R2+R_EOL)，V1的值应接近干接点断开时Q点电平，例如Vq＝Us*(R2+R_EOL)/(R1+R2+R_EOL)。

采用上述3个判据，即基于电压差值ΔV且参考采样端口处得到的数字电压值V1和V2来判断干接点的状态，不仅可以通过差分通道抑制共模噪声，还可以通过判断数字电压值V1和V2的值是否在正常状态范围来消除引入的差模噪声。由此，采用图3所示出的干接点监测电路可以同时抑制共模噪声和差模噪声。

图4示意性地示出了根据本实用新型另一个实施例的干接点监测电路400。如图4所示，监测电路400同样包括两个端子I+和I-，其能够连接两个现场线路。该两个现场线路连接到置于现场的一个干接点Dry_C的两端，且现场线路远端连接有一个端接元件EOL。监测电路400还包括一个馈电端S，其可以耦合到两个端子I+、I-中的端子I+，另一个端子I-耦合到地电位。在图4中，与图3相同的部件采用了相同的附图标记来表示，其功能也是相同的，这里不再赘述。

与图3不同，在图4的例子中，除了二极管D1和限流电阻R2之外，馈电端S的下游还连接有一个高频滤波电路F_H，其例如为一个RC高频滤波电路。例如，在图4的例子中，RC高频滤波电路F_H包括连接成L型的一个电阻R4和一个滤波电容C4。优选地，在滤波电容C4的两端还并联有一个抑制反向电流的二极管D4。该高频滤波电路F_H可以有效滤除高频共模噪声。

优选地，在图4的例子中，模数转换电路ADC1和ADC2置于控制电路Ctrl之外，且耦合在控制电路Ctrl和端子I+/I-之间。在每个模数转换电路ADC的上游还连接有至少一个低通滤波电路F_L，例如一个RC低通滤波电路。在图4的例子中，优选地，该RC低通滤波电路F_L优选为连接成L型的电阻R52/R53和滤波电容C52/C53。优选地，如图4所示，每个模数转换器的上游都连接有级联的两个低通滤波电路，R53-C53/R52-C52、R55-C55/R54-C54。该低通滤波电路可以仅容许低频信号通过，从而进一步滤除高频噪声。

更为优选地，在图4的例子中，馈电端S由控制电路Ctrl引出，即控制电路Ctrl的一个引脚可以输出监测信号，例如监测电压或监测电流。这样，控制电路Ctrl可以控制监测信号的持续时间，以及施加监测信号和获取采样值的时序。例如，监测信号可以是脉冲信号。假定工频干扰信号为60Hz的正弦信号，即，每1/4周期为4.17mS。这时，可设定监测脉冲信号在每间隔4.17mS则保持一定时间的有效值，并在此期间完成相应的采样。假定工频干扰信号为50Hz的正弦信号，即，每1/4周期为5mS。这时，可设定监测脉冲信号在每间隔5mS则保持一定时间的有效值，并在此期间完成相应的采样。然后将四个采样周期内获得的一共64个采样电压值进行平均。这样，就可以抑制工频振荡带来的信号干扰。

此外，在图4的例子中，还优选地在每个端子I+和I-处连接有双向瞬间电压抑制二极管D2和D3，其可以减低线上的电磁干扰造成的过压对后续电路的影响。

图5示意性地示出了根据本实用新型又一个实施例的干接点监测电路500。在图5中，与图3和图4相同的部件采用了相同的附图标记来表示，其功能也是相同的，这里不再赘述。简便起见，图5中也省去了图4中的高频和低频滤波器。但是，本领域技术人员可以理解，图4中所示出的控制滤波电路和保护电路均可应用在图5所示的例子中。

与图4不同，在图5中，控制电路Ctrl除了具有集成的模数转换器ADC1、ADC2之外，还具有一个数字差分器510和至少一个数字比较器520。数字差分器510接收自ADC1和ADC2的数字电压值V1和V2，以获得二者之差，即数字的电压差值ΔV。数字比较器520可选择性地接收电压差值ΔV、数字电压值V1和V2中任一一个，并将其与对应的参考阈值进行比较。如图5所示，数字比较器520的参考阈值可以选择性地设置为阈值Th1、Th2和Th3中任一，或正常电平范围T1、T2或T3中任一一个。由此，数字比较器520可以按照如上所述的阈值判断方法进行干接点状态判断。可选地，控制电路Ctrl可以为MCU。该数字差分器510和数字比较器520也可以采用软件来实现。MCU运行该软件来实现上述的干接点状态判断。这种方式计算更加便捷，且成本更低。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种火灾报警系统中监测现场干接点状态的监测电路，其特征在于，所述监测电路包括：

两个端子(I+、I-)，其能够连接到两个现场线路(L+、L-)，该两个现场线路连接到置于现场的一个干接点(Dry_C)的两端，且所述现场线路(L+、L-)远端连接有一个端接元件(EOL)；

一个馈电端(S)，其耦合到所述两个端子(I+、I-)中之一，所述两个端子(I+、I-)中的另一个耦合到地电位，所述馈电端(S)能够输出监测电流或监测电压；

一个控制电路(Ctrl)，其具有：

一个第一采样端口(ADC1)，其采集第一数字电压值(V1)，该第一数字电压值(V1)表示所述两个端子(I+、I-)中一个端子(I+)上的电压；

一个第二采样端口(ADC2)，其采集第二数字电压值(V2)，该第二数字电压值(V2)表示所述两个端子(I+、I-)中另一个端子(I-)上的电压；

所述控制电路(Ctrl)根据所述第一和第二数字电压值(V1、V2)、以及所述第一和第二数字电压值(V1、V2)之间的电压差值(ΔV)来确定所述干接点的状态。

2.如权利要求1所述的监测电路，其特征在于，

所述控制电路(Ctrl)在所述电压差值(ΔV)小于第一阈值(Th1)时，确定所述干接点处于闭合状态，其中所述第一阈值(Th1)远小于所述电压差值(ΔV)范围的中间值；

所述控制电路(Ctrl)在所述电压差值(ΔV)大于第二阈值(Th2)时，确定现场线路为开路，其中所述第二阈值(Th2)大于所述电压差值范围(ΔV)的中间值，或者；

所述控制电路(Ctrl)在所述电压差值(ΔV)小于第二阈值(Th2)且大于第三阈值(Th3)时，确定所述干接点为断开状态，其中所述第三阈值(Th3)大于所述第一阈值(Th1)。

3.如权利要求2所述的监测电路，其特征在于，

所述控制电路(Ctrl)在所述电压差值(ΔV)小于第一阈值(Th1)且所述第一和第二数字电压值(V1、V2)均处于干接点闭合状态下的数值范围(T1)时，确定所述干接点处于闭合状态；或者

所述控制电路(Ctrl)在所述电压差值(ΔV)小于第二阈值(Th2)且大于第三阈值(Th3)且所述第一和第二数字电压值(V1、V2)均处于干接点断开状态下的正常数值范围(T2、T3)时，确定所述干接点为断开状态。

4.如权利要求1-3中任一所述的监测电路，其特征在于，还包括：

一个高频滤波电路(F_H)，其连接在所述馈电端(S)和一个连接到所述馈电端(S)的所述端子(I+)之间。

5.如权利要求1-3中任一所述的监测电路，其特征在于，所述第一和第二采样端口(ADC1、ADC2)中的每一个还配置有至少一个低通滤波电路(F_L)，其连接在每个端子(I+、I-)和与之相应的所述采样端口(ADC1、ADC2)之间。

6.如权利要求1-3中任一所述的监测电路，其特征在于，所述馈电端(S)为所述控制电路(Ctrl)的一个输出端，其输出脉冲形式的监测信号。

7.如权利要求6所述的监测电路，其特征在于，所述脉冲信号周期为工频信号周期的四分之一。

8.如权利要求3所述的监测电路，其特征在于，所述控制电路(Ctrl)包括：

一个数字差分器(510)，其两个输入端分别连接到所述第一和第二采样端口(ADC1、ADC2)，其输出端输出所述第一和第二数字电压值(V1、V2)之间的电压差值(ΔV)；

至少一个数字比较器(520)，其一端选择性地连接到所述第一、第二采样端口(ADC1、ADC2)和所述数字差分器(510)的输出端之一，其参考值选择性地设置成所述第一、第二、第三阈值(Th1、Th2、Th3)以及第一和第二数字电压值(V1、V2)的正常数值范围(T1、T2、T3)中之一，其输出端输出比较结果，以指示干接点的状态。

9.如权利要求2所述的监测电路，其特征在于，

所述第一阈值(Th1)小于所述电压差值(ΔV)范围的中间值的四分之一。