[發明專利]DCS系統中4-20mA電流輸出的冗余實現方法及電路

有效

• 申請號: 201110027232.2
• 申請日: 2011-01-26
• 公開（公告）號: CN102082463A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 劉桂興;沈剛
• 申請（專利權）人: 江陰眾和電力儀表有限公司
• 主分類號: H02J9/06
• 分類號: H02J9/06;G01R19/165
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及一種DCS系統中4-20mA電流輸出的冗余實現方法以及獨特的電流有效性檢測電路，屬于工業控制技術領域。

背景技術

變換成4-20mA電流輸出回路在工業控制領域被廣泛使用，通常被用做兩個方面：

1）傳感器和變送器在儀器儀表和工業自動化領域中起著舉足輕重的作用。在工業控制過程中，經常需要對一些參數進行測量，而一般傳感器的輸出信號較弱，不適合作遠距離傳輸。4-20mA電流回路由于比電壓調制信號具有更好的抗干擾性能，信號適合遠距離傳輸，因此成為工業過程控制的標準。所以，標準的4-20mA電流回路在工業過程控制中有著大量的應用。

2）另外，在工業控制領域，使用著大量的閥門、電機等設備，這些設備全部是4-20mA電流驅動。在目前普遍模式下，4-20mA電流輸出都是單輸出，不具備冗余功能，而且電流輸出的有效性不能快速反饋。這樣由于模件硬件故障造成實際輸出的電流大小與所需要輸出的電流大小差異很大時，將會導致上述設備不能正常工作，嚴重時甚至會造成生產故障。

為了保證輸出電流的可靠性，必須對電流輸出配置冗余功能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種DCS系統中4-20mA電流輸出的冗余實現方法，保證輸出電流的可靠性以及采用獨特的電流有效性檢測電路，提出一種在正常情況下并不導致過分大的冗余電流輸出的電路。使用本發明所描述的方法，首先可以方便的檢測電流輸出的有效性；其次可以實現穩定可靠的4-20mA電流冗余輸出。

一種DCS系統中4-20mA電流輸出的冗余實現方法，其特征在于，同時設有4-20mA電流二個電流輸出模件A與B，每個電流輸出模件均有DI輸入通道和冗余功能的4-20mA電流輸出通道DO，二個模件的DO輸出均分別接入到另一模件的DI輸入。?

?1）所述某一輸出模件檢測到DI通道狀態發生改變時，則這個4-20mA電流模件的輸出電流大小為實際要求輸出的電流；2）某一電流輸出模件檢測到DI通道狀態沒有發生改變時，則具備冗余功能的另一電流模件輸出DO通道電流大小為實際要求輸出電流的1/2以下；3）某一電流輸出模件在檢測到反饋電路即電流有效性檢測電路輸出狀態發生改變時，并以下述檢測方式判斷：二個4-20mA電流輸出模件A與B均設有反饋與檢測電路：電流輸出模件輸出線性電壓U，兩模件的DO電流輸出回路上各自串聯一個5-30歐姆的采樣電阻；通過一個差分放大電路將此采樣電阻上產生的電壓降放大至與U接近，要求誤差小于1%U（可根據實際情況調整）；通過減法電路計算U-U0，并將差值輸入一比較電路；將1%U?-2%U作為比較電路的閾值，當減法電路的輸出值大于1%U-2%U時，則電流有效性檢測電路輸出狀態發生改變：此時電流輸出的此模件通過開關切除電流輸出，將自身的DO輸出置位；并通過改變DO狀態，通知另一的電流輸出模件，接收到此DO信號的另一電流輸出模件將相應通道的電流輸出加倍，完成電流冗余輸出功能。

DCS系統中4-20mA電流輸出的冗余實現電路，其特征是電流輸出模件A和電流輸出模件B被配置為與B一組冗余輸出的模件；所述兩模件的DO電流輸出分別接入到對方的DI輸入；兩模件的DO電流輸出并聯到負載的兩端；兩電流輸出模件的DO電流輸出通過一開關來接通或者切除；兩模件各自通過設立反饋電路來檢測輸出電流，兩模件的DO電流輸出回路上各自串聯一個5-30歐姆的采樣電阻；采樣電阻的電壓通過一個差分放大電路，將此采樣電阻上產生的電壓降放大至U0，設有減法電路分別連接差分放大電路和電流輸出模件輸出線性電壓U計算U-U0，差分放大電路的輸出的差值輸入一比較電路；將1%U-2%U作為比較電路的閾值，當減法電路的輸出值大于1%U-2%U時，則比較電路的輸出狀態發生改變。則通過開關將自身的電流輸出切除，并將自身的DO輸出置位。

本發明的工作原理為：電流輸出模件輸出線性電壓U，經過電壓/電流轉化電路，使得輸出的電流與電壓成正比。輸出的電流流過一個10歐姆的電阻，經過差分放大電路將此電阻上的壓降放大到與當前輸出的電壓接近，要求誤差小于1%U（可根據實際情況調整）；兩電壓通過減法電路計算其差值并作為比較器的輸入，將輸出的線性電壓的1%（可根據實際情況調整）當作比較器的閾值。這樣，當比較器的輸出狀態發生改變時，則表示實際輸出的電流與需要輸出的電流之間的誤差超過了所能承受的程度；此時電流輸出模件通過開關切除電流輸出，并通過改變一路DO狀態通知與之相配的電流輸出模件，接收到此DO信號的電流輸出模件將相應通道的電流輸出加倍，完成電流冗余輸出功能。