DCS系统中4-20mA电流输出的冗余实现方法及电路

摘要

DCS系统中4-20mA电流输出的冗余实现方法，设有4-20mA电流二个电流输出模件，二个模件的DO输出均分别接入到另一模件的DI输入；1）所述某一输出模件检测到DI通道状态发生改变时，则这个4-20mA电流模件的输出电流大小为实际要求输出的电流；2）某一电流输出模件检测到DI通道状态没有发生改变时，则具备冗余功能的另一电流模件输出DO通道电流大小为实际要求输出电流的1/2以下；3）某一电流输出模件在检测到反馈电路即电流有效性检测电路输出状态发生改变时，电流输出的此模件通过开关切除电流输出，将自身的DO输出置位；并通过改变DO状态，通知另一电流输出模件，接收到此DO信号的另一电流输出模件将相应通道的电流输出加倍，完成电流冗余输出功能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种DCS系统中4-20mA电流输出的冗余实现方法以及独特的电流有效性检测电路，属于工业控制技术领域。

背景技术

变换成4-20mA电流输出回路在工业控制领域被广泛使用，通常被用做两个方面：

1）传感器和变送器在仪器仪表和工业自动化领域中起着举足轻重的作用。在工业控制过程中，经常需要对一些参数进行测量，而一般传感器的输出信号较弱，不适合作远距离传输。4-20mA电流回路由于比电压调制信号具有更好的抗干扰性能，信号适合远距离传输，因此成为工业过程控制的标准。所以，标准的4-20mA电流回路在工业过程控制中有着大量的应用。

2）另外，在工业控制领域，使用着大量的阀门、电机等设备，这些设备全部是4-20mA电流驱动。在目前普遍模式下，4-20mA电流输出都是单输出，不具备冗余功能，而且电流输出的有效性不能快速反馈。这样由于模件硬件故障造成实际输出的电流大小与所需要输出的电流大小差异很大时，将会导致上述设备不能正常工作，严重时甚至会造成生产故障。

为了保证输出电流的可靠性，必须对电流输出配置冗余功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种DCS系统中4-20mA电流输出的冗余实现方法，保证输出电流的可靠性以及采用独特的电流有效性检测电路，提出一种在正常情况下并不导致过分大的冗余电流输出的电路。使用本发明所描述的方法，首先可以方便的检测电流输出的有效性；其次可以实现稳定可靠的4-20mA电流冗余输出。

一种DCS系统中4-20mA电流输出的冗余实现方法，其特征在于，同时设有4-20mA电流二个电流输出模件A与B，每个电流输出模件均有DI输入通道和冗余功能的4-20mA电流输出通道DO，二个模件的DO输出均分别接入到另一模件的DI输入。 

 1）所述某一输出模件检测到DI通道状态发生改变时，则这个4-20mA电流模件的输出电流大小为实际要求输出的电流；2）某一电流输出模件检测到DI通道状态没有发生改变时，则具备冗余功能的另一电流模件输出DO通道电流大小为实际要求输出电流的1/2以下；3）某一电流输出模件在检测到反馈电路即电流有效性检测电路输出状态发生改变时，并以下述检测方式判断：二个4-20mA电流输出模件A与B均设有反馈与检测电路：电流输出模件输出线性电压U，两模件的DO电流输出回路上各自串联一个5-30欧姆的采样电阻；通过一个差分放大电路将此采样电阻上产生的电压降放大至与U接近，要求误差小于1%U（可根据实际情况调整）；通过减法电路计算U-U0，并将差值输入一比较电路；将1%U -2%U作为比较电路的阈值，当减法电路的输出值大于1%U-2%U时，则电流有效性检测电路输出状态发生改变：此时电流输出的此模件通过开关切除电流输出，将自身的DO输出置位；并通过改变DO状态，通知另一的电流输出模件，接收到此DO信号的另一电流输出模件将相应通道的电流输出加倍，完成电流冗余输出功能。

DCS系统中4-20mA电流输出的冗余实现电路，其特征是电流输出模件A和电流输出模件B被配置为与B一组冗余输出的模件；所述两模件的DO电流输出分别接入到对方的DI输入；两模件的DO电流输出并联到负载的两端；两电流输出模件的DO电流输出通过一开关来接通或者切除；两模件各自通过设立反馈电路来检测输出电流，两模件的DO电流输出回路上各自串联一个5-30欧姆的采样电阻；采样电阻的电压通过一个差分放大电路，将此采样电阻上产生的电压降放大至U0，设有减法电路分别连接差分放大电路和电流输出模件输出线性电压U计算U-U0，差分放大电路的输出的差值输入一比较电路；将1%U-2%U作为比较电路的阈值，当减法电路的输出值大于1%U-2%U时，则比较电路的输出状态发生改变。则通过开关将自身的电流输出切除，并将自身的DO输出置位。

本发明的工作原理为：电流输出模件输出线性电压U，经过电压/电流转化电路，使得输出的电流与电压成正比。输出的电流流过一个10欧姆的电阻，经过差分放大电路将此电阻上的压降放大到与当前输出的电压接近，要求误差小于1%U（可根据实际情况调整）；两电压通过减法电路计算其差值并作为比较器的输入，将输出的线性电压的1%（可根据实际情况调整）当作比较器的阈值。这样，当比较器的输出状态发生改变时，则表示实际输出的电流与需要输出的电流之间的误差超过了所能承受的程度；此时电流输出模件通过开关切除电流输出，并通过改变一路DO状态通知与之相配的电流输出模件，接收到此DO信号的电流输出模件将相应通道的电流输出加倍，完成电流冗余输出功能。

 本发明的有益效果是：保证输出电流的可靠性以及采用独特的电流有效性检测电路，提出一种在正常情况下并不导致过分大的冗余电流输出的电路。使用本发明所描述的方法，首先可以方便的检测电流输出的有效性；其次可以实现稳定可靠的4-20mA电流冗余输出。解决对于电流输出模件在现场使用过程中遇到的故障情况，通过电压/电流转化电路实现稳定的线性电流输出。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

图1为一组电流冗余输出的结构图；图2为独特的输出电流有效性检测电路结构图。

如图1所示，模件A和模件B被配置为一组冗余输出的模件。两模件的DO输出分别接入到对方的DI输入；两模件的电流输出并联到负载的两端；两模件的电流输出可通过一开关来接通或者切除；两模件的电流输出回路上各自串联一个10欧姆的采样电阻，此电阻阻值不能太大，如果过大会影响到带负载的能力；两模件各自通过发明所描述的反馈电路来检测输出电流的有效性。两模件在接收到要输出电流大小的指令时，先检测自身的DI状态，在DI状态没有发生改变时，输出电流大小为要求输出电流的1/2；两模件检测到自身的DI状态发生改变时，则按照要求的电流大小输出；两模件在检测到自身的反馈回路状态发生改变时，则通过开关将自身的电流输出切除，并将自身的DO输出置位。

如图2所示，本发明描述了一种可行的反馈电路来检测自身输出电流的有效性。对于电流输出模件，在现场使用过程中遇到的故障情况一般为两种：无输出电流以及电流输出偏小。通常电流输出模件是通过输出一线性电压U，并通过电压/电流转化电路实现线性电流输出的，输出电流的大小和线性电压U成正比；在电流输出回路中串联一个10欧姆的电阻，因为此电阻会降低电路带负载的能力，故阻值不能太大；通过一个差分放大电路将此采样电阻上产生的电压降放大至U0，要求U-U0<1%U；通过减法电路计算U-U0，并将差值输入一比较电路；将1%U作为比较电路的阈值，当减法电路的输出值大于1%U时，则比较电路的输出状态发生改变。模件检测到此状态变位有效时（此时为防止此状态频繁变化，模件可通过软件消抖延时功能来避免此问题），通过开关将自身的电流输出切除，并将自身的DO输出置位。

以上仅以最佳实施例对本发明做进一步的说明,然其并非对本发明的限定,本发明的保护范围以表示在权利要求的内容为准。