具有输入状态受到监视的输入装置的通讯系统和电流放大装置

摘要

本发明涉及一种具有输入状态受到监视的输入装置(20)的通讯系统(10)。该输入装置(20)具有输入接线端(32)、接地接线端(34)以及连接在输入接线端(32)和接地接线端(34)之间的输入电路(70)。输入电路(70)设置用于获取输入信号。另外还设有传感器装置(100)，该传感器装置与输入接线端(32)、还可以与接地接线端(34)连接。此外，通讯系统(10)还具有与输入接线端(32)和接地接线端(34)连接的电流放大装置，该电流放大装置设置用于根据输入接线端上的电压在可设定的时间段上为输入电路(70)提供放大电流。另外还设有为传感器装置(100)提供能量的供给电源(40)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有输入装置的通讯系统，该输入装置的输入状态受到监视；以及一种可用在该通讯系统中的电流放大装置。 

背景技术

即使在自动化技术中，基于电路技术和设备方面的最小化也越来越向前发展。这样的结果是，必须要采取措施，用以使设备和电路中的损失效率减小。在数字输入设备中，这方面的开发要求输入电流必须调整到越来越小。在许多应用条件下，输入电流甚至低于5mA。因为与数字输入设备连接的传感器的触点最终会具有过渡电阻，所以使输入电流可以减小到这样的程度，即，输入电流不能可靠地被输入设备识别到。该缺陷尽管可以采用高质量的触点、诸如镀金触点来减少；然而具有这类触点的传感器却价格昂贵。 

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种具有输入状态受到监视的输入装置的通讯系统以及一种电流放大装置，即使传感器具有由于成本低廉而导致质量低的触点，由本发明也能够实现对基于触点的信号的可靠获取。 

上述技术问题通过权利要求1的技术特征来解决。 

适宜地，提供一种具有输入状态受到监视的输入装置的通讯系统，该通讯系统具有输入装置。该输入装置具有输入接线端、接地接线端以及连接在输入接线端和接地接线端之间的输入电路。输入电路这样构成，即，能够获取由传感器传递的输入信号。另外还设有传感器装置，该传感器装置与输入接线端连接，而根据运行情况还可以与 接地接线端连接。此外，该通讯系统还具有传感器装置提供能量的供给电源。对此，通讯系统设有与输入接线端和接地接线端连接的电流放大装置，该电流放大装置设置用于根据输入接线端上的电压在可设定的时间段上为输入电路提供放大电流。 

利用上述技术方案实现了，当由于传感器触点形成逐渐增大的过渡电阻而使输入电流明显减小时，仍然能够可靠获取到基于触点的输入信号。本发明技术方案的另一个优势在于，通过使输入电流暂时增大能够使传感器装置被污染的触点得到清洁，并因此能够使触点的过渡电阻进一步减小。 

在这方面可以了解到，供给电源可以是单独的电源，该电源例如仅为传感器装置供能；供给电源还可以是可连接到输入装置上的电源，或者是设置在输入装置中的电源。输入装置可以具有供给电压连接端，该供给电压连接端可以连接供给电源。 

通讯系统可以是一种自动化机器或一台单独装备。输入装置可以形成为数字输入设备，也可以是输入和输出装置的组成部分。输入和输出装置可以形成为控制装置，例如可存储编程的控制装置。作为传感器装置可以采用应急开关、门保护开关以及类似装置。 

在一个优选的通讯系统的结构方案中，电流放大装置设置用于根据输入接线端上的电压在可设定的时间段上使输入电路的内电阻减小。 

在这方面可以了解到，可设定的时间段可以选择很短，从而使损失效率维持很少，并且能够避免通讯系统的过载。 

适宜的方式是，电流放大装置具有探测器装置，探测器装置设置用于获取输入接线端和接地接线端之间的电压。另外还设有至少一个与探测器装置连接的开关元件，开关元件设置用于：当输入接线端和接地接线端之间的电压下降到低于阈限值时，接通位于输入接线端和接地接线端之间的、具有恒定电阻值的电阻元件。 

电流放大装置能够设置用以根据获取到的输入装置的输入状态而接通或切断开关元件。 

为了能够实现电流增大与输入状态的优化匹配，电流放大装置 具有探测器装置，探测器装置设置用于获取输入接线端和接地接线端之间的电压；其中，设有至少一个与探测器装置连接的、取决于电压的电阻元件，该电阻元件的电阻值可以根据输入接线端上的电压而发生变化。 

在这方面可以了解到，电流放大装置还可以形成为电源。 

可替换地，输入装置可以具有探测器装置，该探测器装置设置用于获取供给电压接线端和输入接线端之间的电压差。在这种情况下，电流放大装置设置用于根据所获取的电压差在可设定的时间段上使输入电路的内电阻减小。同样在该实施方案中，电流放大装置可以设置用于使内电阻以恒定的值减小，或者以根据所获取的电压差而发生变化的值减小。 

为了实现紧凑的结构，电流放大装置可以设置在输入装置中。 

可替换地，电流放大装置还可以形成为可在外部连接的电路装置，例如设置在一个接线柱或接线盒中，该接线柱或接线盒可以与输入装置连接。 

上述技术问题同样可以由权利要求10的技术特征来解决。 

因此提供一种电流放大装置，设置用于上文所述的通讯系统中。 

附图说明

接下来，根据结合附图的实施例对本发明进行详细说明。图中示出了： 

图1为具有输入装置和本发明的电流放大装置的通讯系统的示意图； 

图2为图1所示的电流放大装置的一个实施例的电路图； 

图3为图2所示的比较电压电路的一个实施例的电路图。 

具体实施方式

图1中示出了通讯系统10的一个实施例，该通讯系统包括一个输入装置20。该输入装置可以形成为数字输入设备。可以了解到，输入装置20可以是输入和输出装置的、控制装置的还或者场设备的 组成部分，该输入装置既可以具有数字输入端、又可以具有数字输出端。通讯系统10可以在脱机运行中工作，或者可以是自动化机器的组成部分。 

输入装置20可以设有供给电压接线端U_V，该供给电压接线端用附图标记30来表示。在该供给电压接线端30上位于在一个供给电压U_V上，该供给电压例如由直流电源40来提供。直流电源40例如可以是外部直流电源，该外部直流电源与输入装置20的输入端52和54连接。直流电源40例如提供25伏特的供给电压。输入装置20具有数字输入端，该数字输入端具有至少一个数字输入接线端IN，该数字输入接线端用附图标记32来表示。 

图1所示的输入装置20用作输入设备，在该输入设备的供给电压接线端30和输入接线端32上连接一个负载100。负载100为传感器，在该实施例中该传感器为应急开关。还可以考虑，将传感器100直接连接到外部电源上，例如连接到电源40上。在这种情况下，输入装置30不需要供给电压接线端30。 

输入装置20还具有输入电路70，该输入电路与输入接线端32连接。该输入电路的功能是公知的。通常，输入电路70包括一个阈限值探测器，该探测器可以识别：在输入接线端32上是否有例如大于11伏特的电压，或者在输入接线端32上是否有例如小于5伏特的电压。输入电路70与逻辑装置60连接，该逻辑装置又与输入装置20的接地接线端34连接。逻辑装置60的另一个作用是，为由输入电路70获取的电平分配一个逻辑值。例如，每个大于或等于11伏特的电压值都被分配逻辑值1，而所有小于5伏特的电平都被分配逻辑值0。 

此外，输入装置20具有电流放大装置80，该电流放大装置也设置在输入接线端32和接地接线端34之间。如图1所示，电流放大装置80可以设置在输入装置20中。可替换地，电流放大装置也可以作为单独的电路从外部连接到输入装置20上。还可以考虑，使电流放大装置80设置在一个接线柱或接线盒中，输入装置20可以连接到该接线柱或接线盒上。 

在这方面已经述及，电流放大装置80的作用是，使输入电路70的输入电流根据可调节的时间有针对性地放大，从而使输入电路70能够准确获取输入信号。电流放大装置80的作用方式在以下进行详细说明。 

图2示出了图1所示的电流放大装置80的一个实施例的电路图。电流放大装置80具有电压探测装置，该电压探测装置包括分压器，该分压器具有两个串联的电阻120和122。分压器的电阻120和122分别与输入接线端32和接地接线端34连接，其中，电阻120的一个接线端与输入接线端32连接，而电阻122的一个接线端与接地接线端34连接。电阻120和122的另一个接线端构成一个共同的连接点b。在输入接线端32上连接有电阻123，该电阻与比较电压电路130的输出端连接。比较电压电路130可以由探测装置的电阻120和122共同来分配。另外，比较电压电路130与接地接线端连接。比较电压电路130还具有输入端，该输入端与分压器的连接点b连接。开关元件126可以为场效应晶体管。该场效应晶体管126例如为自动联锁的n-Mosfet。在这种情况下，控制接线端指的就是场效应晶体管的门极接线端。场效应晶体管126的门极接线端优选经由电阻125与接地接线端34连接。场效应晶体管126的源极接线端经由电阻127与接地接线端34连接。在该图中，电阻127是一个具有恒定电阻值的被动电阻。场效应晶体管126的漏极接线端与输入和输出设备20的输入接线端32连接。 

图3示出了图2所示的比较电压电路130的一个实施例的电路图。比较电压电路130具有比较器131，该比较器的一个输入端与连接点b连接。比较器131的另一个输入端连接到直流电源132上，该直流电源另外还连接接地接线端34。直流电源132提供比较电压U_ref，该比较电压例如为15伏特。比较器131的输出端与开关元件133的输入端连接，在该实施例中，该开关元件形成为双极npn-晶体管。因此，比较器131的输出端与晶体管133的基极接线端连接，而晶体管133的集极与连接点a连接。晶体管133的发射极与接地接线端34连接。 

下面，结合图1至3对通讯系统10的作用方式进行详细说明。 

在以下说明的示例性方案中，输入装置20的输入状态由输入电路70来监视，以获取应急开关100的触点的过渡电阻的受损情况。 

首先，使传感器100的触点闭合，并且顺利地工作。如果传感器100的触点闭合，那么工作电压U_V经由供给电压接线端30和应急开关100还主要作用在输入接线端32上。在该状态下，使电流放大装置80去激活，也就是说，场效应晶体管126断开或具有高阻抗。那么在这种情况下，位于分压器的连接点b上的电压(该电压与输入接线端32上的电压成比例)大于比较电压电路130的比较电压U_ref，即，大于15V。因此，比较器131这样控制晶体管133，即，使该晶体管导通，并由此使连接点a接地GND。该过程通过分压器的适宜的选择参数来实现。在该状态下，电容124卸载，从而使电流放大装置80的场效应晶体管126断开。 

据此，输入电路70在传感器100的正常状态下识别到，输入接线端32上的输入电压大于设定的阈限值11伏特，从而，逻辑装置60使逻辑高平信号化。 

这时，在工作运行中，传感器触点的过渡电阻开始增大，从而使位于输入接线端32上的电压相应下降。该电压下降由分压器的电阻120和122持续获取。当随着传感器触点的过渡电阻的增大，位于连接点b的电压、也即位于比较器131的输入端上的电压降低到直流电源132的比较电压U_ref的值以下时，比较器131的输出端为零，由此使晶体管133锁止；比较电压电路130随之具有高阻抗。据此，位于电阻123和比较电压电路130之间的连接点a经由电阻123接到位于输入接线端32上的电压。由此使场效应晶体管126导通，从而使位于输入接线端32和接地接线端34之间的电阻127接通并且与内电阻并联。由此使关于输入接线端32和接地接线端34起作用的内电阻减小。作为结果，在输入电路70中流入放大的输入电流，据此，除了能够识别到传感器触点的过渡电阻的受损情况之外，该输入电路还能够识别到传感器100的封闭的接通状态。电阻127的值可以由各自连接的传感器100来确定，以实现充分的电流放大。 

通过电流放大装置80实现的输入电流的放大这里具有的优势是，使传感器100的触点得到清洁。从而使传感器触点的过渡电阻减小，并且使输入接线端32上的电压升高。输入电路70可以这样形成，即，该输入电路识别输入接线端32上的电压升高。通过对电压升高的响应，输入电路70和/或逻辑装置60能够使电流放大装置80去激活，也就是说，例如使电阻127保持具有高阻抗。 

可替换或附加地，传感器触点的过渡电阻的受损情况还可以这样获取，即，对供给电压接线端30和输入接线端32之间的电压差进行监视。由此以优选的方式可以使输入电路70或电流放大装置80设置用于监视上述电压差。在此，可以使电流放大装置80的分压器连接在供给电压接线端30和输入接线端32之间。如果输入电路70或电流放大装置80识别到，供给电压接线端30和输入接线端32之间的电压差增加，那么使该增加情况对应于传感器触点的质量受损情况，并由此对应于传感器100的触点上的增强的电压下降。如果电压差超出可设定的阈限值，那么使场效应晶体管126导通，并且例如将欧姆电阻127连接在输入接线端32和接地接线端34之间。这种方式又使输入电流有针对性地增大。如果电压差由输入电路70来监视，那么场效应晶体管126例如可以由逻辑装置60来控制。 

电阻123和125与电容124共同形成为一个时间继电器，该时间继电器的选择参数确定为一个时间常数，该时间常数决定了：在电流放大过程中，使场效应晶体管126导通多久。由此能够使电流放大装置80这样受到过载保护，即，例如通过出现缺陷的传感器100以更持久的时间在输入接线端32上具有恒定电压，该恒定电压低于电源132的比较电压U_ref。 

在这方面要注意到，在连接点b和a之间可以连接多个比较电压电路，这些比较电压电路在不同的阈限值、即比较电压中形成高阻抗或低阻抗的输出端。可以考虑在这样的关系中，即，每个比较电压电路分别能够控制不同选择参数的卸载电阻127，从而使在输入接线端32和接地接线端34上起作用的内电阻根据各个设定的比较电源而分别产生变化。 

还可以考虑，在输入接线端32和接地接线端34之间的电流放大过程中，通过电流放大装置80建立的电阻并不是由被动电阻127构成，而是由电压可控的电阻构成。在这种情况下，在输入接线端32和接地接线端34上起作用的内电阻可以根据位于输入接线端32上的电压而持续减小。 

以这样的方式，即，使电流放大装置80仅临时激活，能够使通讯系统10的损失效率减少。另外，因为电流放大装置80不需要信号耦合，而是直接通过导线110、112连接到传感器100上，所以诸如在导线110、112中出现横向连接(Querschluesse)的错误能够通过电流放大装置80例如由输入电路70识别到，而不会发生损坏。