[發明專利]動態數字輸入濾波

有效

• 申請號: 201611126768.9
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106896279B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 凱文·M·杰弗里斯;本杰明·W·愛德華茲;馬修·L·懷特;康斯坦丁·亞歷山大·菲利潘科;理查德·卡爾·韋勒
• 申請（專利權）人: 施耐德電氣美國股份有限公司
• 主分類號: G01R29/26
• 分類號: G01R29/26
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;鄭霞

本發明公開了動態數字輸入濾波。一種用于檢測離散I/O電路中的電噪聲的動態數字濾波系統。動態數字濾波系統具有用于監控由監控遠程I/O設備的邏輯設備產生的邏輯信號的控制器。邏輯設備包括用于動態地調整電源端子和接收來自I/O設備的二值信號的端子兩端的阻抗的電路。在所監控的邏輯信號的狀態變化時，控制器命令阻抗調整電路暫時改變其輸入阻抗，以確定負責邏輯信號的狀態的監控的變化的二值信號是真還是假。如果所監控的邏輯信號在阻抗的瞬時變化期間沒有改變狀態，則二值信號將被驗證為“真”。如果所監控的邏輯信號在阻抗的瞬時變化期間確實改變了狀態，則二值信號將被視為“假”。

發明領域

本發明大體上針對用于工業控制系統的數字輸入，并且具體地針對減少輸入電路中的電噪聲，該電噪聲可以導致接收二值信號的邏輯設備的錯誤讀數。

發明背景

控制系統使用離散輸入和輸出(I/O)來在設備之間進行通信，以傳遞諸如狀態的信息或者發出命令。與通信網絡相比，離散I/O在需要簡單而可靠的操作的許多應用中被視為不太復雜且昂貴的解決方案。特別感興趣的是二值輸入端口的設計，這是由于這些可能是控制裝置中最廣泛使用的輸入端口類型。這些輸入端口必須被設計為在至少兩個特定的信號電平之間進行區分。

圖1圖示現有技術的離散輸入/輸出電路10的簡化視圖，其中遠程設備14由在圖1中被標識為邏輯設備18的二值輸入端口來監控。通過在電源22的第一端子30和遠程設備14的第一端子34之間連接的第一導體26、在遠程設備14的第二端子42和邏輯設備18的第一端子46之間連接的第二導體38以及在邏輯設備18的第二端子54和電源22的第二端子58之間連接的第三導體50將遠程設備14、邏輯設備18以及電源22進行電串聯連接。遠程設備14由雙態開關S1(電機式或固態)組成，該雙態開關S1在斷開時中斷從電源22到邏輯設備18的電力流動，以及在閉合時完成電源22和邏輯設備18之間的電路路徑。邏輯設備18感測來自電源22的在邏輯設備18的端子46和54之間的電壓的存在與否，并且將這些電壓電平轉換為邏輯信號以供控制系統使用。

對于以下討論，當遠程設備14中的開關S1的狀態是閉合的并且來自電源22的電壓存在于邏輯設備18的輸入端子46和54之間時，這種狀態將被稱為電路10或邏輯設備18的“導通狀態”或“活動狀態”。當遠程設備14的開關S1的狀態是斷開的并且來自電源22的電壓不存在于邏輯設備18的端子46和54之間時，將被稱為電路10或邏輯設備18的“切斷狀態”或“非活動狀態”。

由于邏輯設備18具有與其端子46和54之間的路徑相關聯的阻抗，因此當遠程設備14的開關S1閉合時，電流將環繞由電源22、遠程設備14和邏輯設備18組成的電路10流動。整個電路10的阻抗和電源22的電壓幅值將確定電流振幅和其他特性。對于圖1中示出的電路10，電源22可以是AC或DC。

由于在系統10的操作環境中發現的電噪聲的存在使得區分信號電平的能力變得困難。在圖1中，遠程設備14可以距邏輯設備18相當遠的距離，并且互連導體26和38經受稱為電噪聲的局部電場現象。存在許多形式的電噪聲，其可以變得與所接收的信號交織在一起，從而破壞信號完整性。來自相鄰電路的脈沖或信號的感應和電容耦合是可能的。另外，穿過或通過導體26和38或設備14和18的絕緣的電流漏泄(電流的或位移)表示有時被分類為噪聲的電干擾的形式。其他形式的電噪聲可以存在并且對于本領域的技術人員是公知的。

現在參考圖2，電噪聲的大分類可以由附接在導體26和38之間的戴維南(Thevenin)等效電路62表示并且有效地對遠程設備14分流。戴維南電壓源可以表示各種類型(周期性、非周期性)、波形(正弦、脈沖、矩形等)、頻率或振幅的噪聲信號。戴維南電壓源提供干擾電路的驅動能量。相關聯的戴維南阻抗確定噪聲信號如何緊密耦合到電路10。對于戴維南噪聲模型，如果邏輯設備18的阻抗等于戴維南阻抗并且戴維南噪聲電壓具有與電源22相同的幅值和極性，則等效于電源22電壓的電壓將被施加到邏輯設備18的輸入端子46和54之間。該電壓將導致邏輯設備18報告遠程設備14的開關S1的不正確的導通或切斷狀態。