Iec61158現場總線支線的故障保護電路和使用其的方法
2023-05-30 18:21:36 1
專利名稱：Iec 61158現場總線支線的故障保護電路和使用其的方法
技術領域：
本發明涉及一種供IEC 61158現場總線網絡的支線(或僅僅裝置)使用的改進故障保護電路、和一種使用故障保護電路的方法，該故障保護電路既具有靜態和動態保護功能，又具有聞級傳報和控制。
背景技術：
現場總線(或場地總線)是一族工業計算機網絡協議的名稱，這族工業計算機網絡協議用於實時分布控制，現在標準化為IEC 61158。複雜自動工業系統，例如燃料精煉廠，通常需要組織層級的控制器系統起作用。在這種層級中，在頂部處有人機接口(HMI )，在該處，操作人員可監視或作業系統。這典型地經非時間關鍵通信系統(例如，乙太網)連結到可編程邏輯控制器(PLC)的中間層上。在控制鏈的底部處是現場總線，該現場總線將PLC連結到元件上，上述元件實際上進行諸如傳感器、執行器、電動機、控制檯燈光、開關、閥及接觸器之類的工作。現場總線常常用在本質安全環境中，例如可燃氣氛，並且特別是氣體族分類IIC、氫氣和乙炔氣、及下面，例如氣體族IIB和IIA，用於氣體和/或粉塵。使用現場總線協議，在這樣一種環境中的現場儀器和設備經電氣通信電路被遠程地控制和監視，該電氣通信電路常常提供在與驅動現場儀器的電力相同的電路中。在典型現場總線電力和通信電路中，有電源、某一種種類的本質安全屏障、引出到現場中的幹線段、及具有連接到其上的支線的多個裝置耦合器，在這些裝置耦合器上，安裝現場儀器。幹線和支線一起形成段。本質安全屏障將電路劃分成本質安全側和非本質安全偵U。電源、PLC及其它系統，像物理層診斷模塊、和使用的部分物理軟體或協議，被布置在電路的非本質安全側(通常在控制室中)，這些物理層診斷模塊測量電路和網絡硬體的物理層屬性。幹線、裝置耦合器、支線、及現場儀器布置在本質安全側(在外面在現場中)。本質安全可按多種已知方式實現，從簡單地限制功率從而開路或短路電路不能形成可燃電弧、到使用有源監視和隔離系統，這些有源監視和隔離系統允許較高功率等級，並且起將電源與開路或短路電路相隔離的作用，以防止可燃電弧。另外，在有源裝置耦合器內使用限流保護電子裝置也是普通的，如果短路發生在特定支線上，則這些限流保護電子裝置起限制在該特定支線中的電流的作用。像這樣的限流裝置包括串聯半導體元件和電流感測/驅動電路。電路監視支線上的電流，並且如果它作為短路發生在支線上的結果而達到斷路電平，則將半導體切換成限制電流。電路或者按矩形方式工作並且將電流限制到斷路電平本身，或者它按折回方式工作並且將電流限制到較低電平。例如當有意外電纜接通時，或者如果裝置本身失效到短路狀態(這可由電子元件失效或甚至儀器外殼的淹沒引起)，支線短路可發生。限流電子裝置防止任何這樣的故障使幹線短路。當裝置斷開，或者當在例行維護和校準期間發生差錯時，也可發生短路，所以限流電子裝置起防護裝置的作用，並且允許在有源支線上進行例行工作，而沒有它影響電路的其它部分的危險。在有源裝置耦合器內當前範圍的兩導線IEC61158現場總線支線限流保護電子裝置包括SegmentProtector (段保護器)(RTM)和Spur Guard (支線防護)(RTM)產品。然而，這些限流裝置在它們的應用方面受到限制，因為它們僅設計成處理支線或裝置故障，這些支線或裝置故障是恆定的或斷續的低直流歐姆短路。它們不設計成處理例如交流阻抗短路。進一步，保護電子裝置僅通過呈現高或無限阻抗隔離(包括開路)而隔離故障。因此，全部現有技術裝置只提供對於一種類型的故障(即低歐姆直流故障)的支線、幹線或段保護。將認識到，這種類型的故障不是可引起現場總線段失效的唯一故障。在實際中，有無數其它支線和裝置故障，這些支線和裝置故障使段失效，並且不能被隔離。例如，這樣的故障包括i)在「jabber模式」中的裝置，其中，故障裝置發送連續信號，該連續信號重疊、或幹擾其它合法信號。這種類型的故障是交流故障，ii)合法斷續電流連結,例如在50mA限流支線上的20mA裝置的斷續連接、或支線電纜的斷續接通-斷開，iii)蠕變或靜態故障，它呈現高電阻但低阻抗。這樣的故障可由在電纜或裝置中的失效弓丨起，例如由電纜水侵入或電路失效弓I起。iv)蠕變故障，它呈現低電阻但高阻抗。這樣的故障可調製矩形限流器，而不達到高得足以使折回電路操作的電平，V)高電阻串聯故障，它使裝置在低於限流器的電流斷路電平的電流下斷續地斷開和再連接，它使比裝置激勵電壓低的電壓出現，這導致裝置斷續地接通和斷開，Vi )來自裝置的潛在過/欠電流調製，及vii)周期性尖峰，它們慢得足以致動矩形限流，但快得不足以使保護電子裝置進入折回模式。除以上之外，已知限流器只能處置它們被設計成按有限數量方式處理的故障。具體地說，只知道提供如下功能i)使用一個或兩個階段的快速動作直流矩形電流限制，ii)折回到零電流一個設置時間極限，然後步驟或集成降級回矩形電流限制一個短時間，或者可選擇地如果故障清除則降級回到正常操作狀態，或者如果故障保持則返回到折回模式，iii)在預定和恆定時間內的折回模式。這在當檢測到特定故障類型時可開始。在以上情況的每一種下，在固定過電流情形下，並且只在電路中定位限流電子裝置的點處，才開始故障保護。更重要地，已知系統只監視進入故障的直流電流，並因此沒有辦法診斷故障的阻抗。
發明內容
本發明打算克服以上問題的一些。因此，根據本發明的第一方面，在IEC 61158現場總線網絡的支線上使用的故障保護電路包括快速動作限流器，適於在支線電流達到基準電流時將支線電流限制到所述基準電流的電平；控制裝置，適於監視支線交流和/或直流電流和/或電壓；及隔離裝置，適於在從控制裝置接收到致動信號的情況下，對所述支線施加分路短路隔離，其中，所述控制裝置適於控制基準電流的電平，並且其中，當所述控制裝置檢測到所述支線上的一個或多個預定故障條件時，它致動隔離裝置並降低基準電流的電平。(將認識到，在實際中，現場總線支線將包括多個分離裝置，然而，詞「支線」這裡打算限定現場總線網絡的部分，該部分可包括一個或多個裝置。它可僅包括直接連接到幹線總線上的單個裝置，因為這仍然構成在網絡拓撲中的「支線」。)因而，本發明涉及監視支線的各種物理層特性的控制裝置的使用，當檢測到一個或多個預定故障時，該控制裝置接著可起隔離支線的作用。本質上，本發明涉及檢測以上列出的故障種類，這些故障種類不由已知限流裝置處置，例如交流調製故障、蠕變故障等等；和然後故意創建分路短路形式的淨故障。按這種方式，限流器強迫起作用以處置這種設計「故障」，並且不保持不活動。當施加分路短路時，降低基準電流的電平，以便保護限流器的電流感測串聯元件部件免於過熱，但這也提供了有利的故障探測工具，該故障探測工具在下面進一步描述。降低電流基準是有效地對限流器施加小電流折回模式，該限流器否則會按矩形樣式操作。由本領域的技術人員將認識到以上特徵可在電路中生效的各種不同方式。然而，在優選實施例中，隔離裝置可包括跨過支線的軌道安裝的第一 M0SFET，該第一 MOSFET在其柵極端子處接收到致動信號的情況下，可被驅動到短路狀態。這是有利的，因為第一MOSFET可呈現與故障的總平衡支線輸出隔離。第一MOSFET例如可以是低歐姆軌道到軌道M0SFET，從而沒有電流將流入到低電阻或低阻抗、高電阻故障中，但電流將流過限流器、和任何關聯的診斷系統，例如故障傳報電路。在優選構造中，來自控制裝置的致動信號可供給到第二 MOSFET的柵極端子，並且第二 MOSFET的漏極端子可供給到第一 MOSFET的柵極端子。這樣，提供按有效方式致動第一 MOSFET的倒相電路。限流器可包括第三MOSFET和運算放大器。第三MOSFET的源極端子可饋送到運算放大器的負端子，並且基準電流可饋送到運算放大器的正端子。運算放大器的輸出可饋送到第三MOSFET的柵極端子，從而當支線電流達到基準電流時，第三MOSFET被控制成將支線電流限制到基準電流的電平。這是已知限流器布置。然而，另外，第四MOSFET可與所述基準電流串聯地安裝，其柵極端子由控制裝置控制，由此控制基準電流的電平。因此，控制裝置通過調整供給到第四MOSFET的電流，可簡單地控制基準電流的電平。在一種構造中，控制裝置可以是微控制器，並且致動信號可包括禁止信號，該禁止信號可饋送到第二和第四MOSFET兩者的柵極端子。藉助於這種構造，單個禁止信號同時致動隔離裝置並降低基準電流的電平。微控制器可按已知方式監視支線，並且可編程成，通過直接感測或通過推斷，檢測期望的任何物理層故障。它有效地是比快速動作限流器慢的慢動作保護布置，但它通過推斷和/或直接測量，可測量交流和/或直流支線和/或關聯的幹線電壓、以及交流和/或直流支線電流。將認識到，為了滿足本質安全標準，快速動作限流器需要到位，並且在其中限流器和微控制器都對故障反應的情形下，在電流基準由微控制器降低並且限流器進入折回模式之前，限流器將首先按常規方式起作用。
在優選構造中，微控制器可使用模擬測量監視支線。模數變換器可介入在感測點與微控制器之間。用於模擬測量的一個原因是監視交流活動性，例如在支線和/或關聯的幹線上的信號。模擬測量可在電路中的矩形限流點之前或之後進行。測量限流器的輸出電壓的一個優點是，可估計第三MOSFET的狀態，並由此可藉助於電流測量的使用，推斷負載或故障電阻和/或阻抗。測量到負載的電流的另一個原因是，可檢測來自支線上的其它故障檢測裝置的調製信號發送。關於穩定狀態靜電流減已知調製，微控制器可將診斷報警發送給操作人員。另外，微控制器可布置成，自主地確定在哪個點處應該隔離支線，以防止發展中的故障到達臨界等級。如果由操作人員忽略故障檢測報警調製，但實際故障就要使段失效，或者引起物理損害，例如電化學腐蝕，則可發生這樣的自主隔離。藉助於發展中的故障的這樣的具體知識，可啟動支線隔離，以防止故障達到其中支線上的電流達到電流基準的電平。這種動態故障檢測可擴展到自適應電流斷路點的使用。微控制器根據電路設計可編程有閾值等級，所以它對於所討論的支線被定製。例如，如果裝置的平均電流是20mA，並且電流基準是50mA，則如果電流向上漂移到30mA或向下漂移到10mA，就可發出報警，並且 /或者採取隔離動作。這樣，基於自適應和/或固定的過和/或欠電流情形，故障保護電路會斷路。在另一個例子中，對於具有兩個階段靜電流的裝置，可監視特性，並且可施加自適應斷路點。具體地說，如果檢測到兩個電流，但信號發送和全部其它參數都是合理的，那麼微控制器可忽略這個，如果一個或多個電流在期望電流範圍外，則才隔離或發出報警。也可能的是，根據支線上的裝置的電流進展，使用自適應電流斷路點。斷路點可取決於裝置在較高或較低直流電壓下具有較高信號等級和/或靜電流的方式。當由微控制器根據其編程檢測到這些各種故障的任一個時，可發出隔離故障和降低電流基準的致動信號。微控制器對其起作用的預定故障可與限流器反應的那些故障是同步的，如以上提到的那樣，但不是必需的。可能的是，允許限流器簡單地表現，如它否則在一定故障條件下那樣。然而，在故障涉及電流基準附近徘徊的支線電流，導致限流器的斷續致動的場合，這樣情景可由微控制器檢測，並且起作用，以通過引入具有分路短路電路的淨故障來防止這樣的表現。基準電流的降低-將折回功能引入到限流器，意味著，為了診斷的目的，小支線電流是可得到的。如果限流器被隔離和切斷，則情況不是這樣。在第一實例中，限流器不被切斷的事實允許，按簡單方式從跨過第三MOSFET的電壓降導出可見通知。然而，更重要地，如果隨後解除支線隔離，將減小的支線電流連接到故障上，可監視到支線的電壓，因而推斷故障電阻或阻抗。藉助於在支線輸出處的電壓測量、和電流測量，有可能辨別恆定電流或無限阻抗型負載和電阻性或導電型故障。配備有這種信息，可採取適當行動，例如可能沒有必要在大電流下隔離恆定電流故障，但在小電流下隔離電阻性故障。減小的支線電流也可用於其它種類的故障探測，以估計支線的狀態，並且這樣一種布置可以比採用已知大得多的故障試驗電流的任一種都好。另外，微控制器可編程為，動態地改變電流基準，並因此改變供給到支線的電流。這為了功率消耗減小、或作為故障探測的函數可進行，以在故障的停止的情況下，按非破壞方式將電流引入到支線。因此，根據本發明的第二方面，提供一種使用故障保護電路的方法，所述故障保護電路在IEC 61158現場總線網絡的支線上使用並包括快速動作限流器，適於在支線電流達到基準電流時將支線電流限制到所述基準電流的電平；控制裝置，適於監視支線交流和/或直流電流和/或電壓；及隔離裝置，適於在從控制裝置接收到致動信號的情況下，對所述支線施加分路短路隔離，其中，所述控制裝置適於控制基準電流的電平，並且其中，當所述控制裝置檢測到所述支線上的一個或多個預定故障條件時，它致動隔離裝置並降低基準電流的電平，所述方法包括以下步驟i)在控制裝置致動隔離裝置並降低基準電流的電平之後，停止到隔離裝置的致動信號，使得將限制電流供給到支線，ii)監視支線交流和/或直流電流和/或電壓，以診斷支線上的故障的性質。將認識到，存在應用以上方法實現不同目標的多種方式。例如，依據檢測的故障的性質，可改變在停止致動信號之前的時間延遲，並且依據檢測到什麼，可改變當將限制電流施加到支線上時可得到的微控制器對於診斷信息的反應。比如，如果故障繼續存在，則系統可進入反饋環路，直到故障清除，或者隔離可以是恆定的，直到採取補救行動。如果故障 在將限制電流連接到支線上的情況下已經清除，則升高電流的電平的方式可取決於預定標準，例如，它可以是到正常電平的分步增大或立即增大。如以上提到的那樣，所述方法還可包括如下步驟iii)改變基準電流以調整支線電流，以便探測支線上的故障。同樣，這如何進行可以是預定的，並且可基於原始檢測故障的性質。例如，如果已經檢測到支線電流已經爬升到基準電流的IOmA以內，則電流基準可被立即增大到這個電平，以確定故障是否保持。因此，可按十分複雜的方式編程微控制器，以確定對於給定組的IEC 61158-2物理層變量、或這樣的變量的組合採取什麼行動。因為當支線由微控制器按以上描述的方式監視和控制時從支線可得到的診斷信息的純粹量，這是可能的。將認識到是可能的不同種類診斷，並且可採取的不同行動路線對於操作人員將是選擇問題。在現場總線網絡物理層診斷和故障校正方面有知識的技術人員，將能夠按所希望的各種各樣的方式使用故障保護電路，並且像這樣，這裡不給出全部可能使用方法的窮盡細節。然而，本發明的方法還可包括如下步驟iii)以固定、變化或隨機時間間隔致動隔離裝置預定時段。因此，微控制器可編程為，根據檢測故障的性質，將檢測故障隔離固定時間間隔、較長或較短時間間隔、或按隨機時間間隔隔離。按隨機方式這樣做的優點是，如果在現場總線網絡中有已經導致支線隔離的多於一個故障，則在隔離的停止之間的時間間隔在網絡中將不是同步的。這樣，削減侵入電流，並且可保持良好信號質量和裝置電壓電平。可選擇地，更新時間可以是交錯的。比如，在首先檢測到特定類型的故障之後，隔離的停止可在它開始之後短時間內發生，或許因為這樣的故障可迅速地清除。然而，如果故障在支線上仍然存在，則以後隔離時間可逐漸增大，所以如果故障是恆定的，則電報報告的數量將相對於時間減小，避免不必要破壞。關於這種布置的另一個顯著優點是，如果故障歸因於電纜弄溼，那麼可消除電化學腐蝕。這樣的故障在無人管理的系統上常常可保持數小時或甚至數天，並且如果在每秒的20ms內供給電流，則電化學腐蝕時間將足以引起要求大修工作的顯著電纜侵蝕。當然，在修理的情況下，更新時間應該最小。這可通過使用微控制器的手動、遠程、或自動復位而實現。在支線端子的再連接解釋為再試的指令的場合，可使用自動機電系統。
本發明可按各種方式進行，但現在作為例子，並且參照附圖將描述兩個實施例，在附圖中圖I是根據本發明第一方面的故障保護電路的示意圖；和圖2是根據本發明第一方面的故障保護電路的電路圖。
具體實施例方式如圖I所示，供在IEC 61158現場總線網絡的支線5上使用的故障保護電路包括快速動作限流器4，適於在支線電流達到基準電流2時將支線電流限制到所述基準電流2的 電平；控制裝置，以微控制器9的形式，適於藉助於測量8和8'監視支線交流和/或直流電流和/或電壓；及隔離裝置，以可切換元件12的形式，適於在從控制裝置9接收到致動信號7時，對所述支線5施加分路短路隔離。控制裝置9適於控制基準電流的電平，如在10處所示，並且當所述控制裝置9檢測到在所述支線5上的一個或多個預定故障條件時，它致動隔離裝置12，並且降低基準電流2的電平。圖I中表示的基本電路是快速動作、可調整矩形限流器4，該限流器4布置在現場總線幹線3與現場總線裝置6之間，連結到現場總線支線5上。矩形限流器4包括內部電流感測電阻器(未表示在圖I中)，該內部電流感測電阻器具有由來自可編程電壓基準源I、或來自固定設置點11的電流基準2支配的比例恆定電流控制。直到這點，電路是已知技術。然而，經測量8和8' (8'在幹線3上)，微控制器9可檢測支線交流和/或直流電流和/或電壓電平，並且它編程成，當它檢測到物理層特性時反應，這些物理層特性指示在支線5上發生的多個特定故障的任何一個。編程微控制器的方式、和它建立檢測的準確故障類型對於操作人員是選擇問題。按這種方式可檢測的故障的種類有多種，並且在以上討論了。基本上這些是不由已知限流器4有效處置的故障。當檢測到這樣一種故障時，微控制器9發出致動信號，該致動信號將元件12切換成，跨過支線5的軌道呈現分路短路。因此，微控制器9故意創建在支線5上的分路短路形式的淨故障。按這種方式，限流器4強迫起作用以處置這種設計「故障」，並且不保持不活動。另外，當施加分路短路時，微控制器9降低電流基準2的電平，以便保護限流器4的電流感測串聯元件免於過熱。按這種方式降低電流基準2是有效地對限流器4施加小電流折回模式，該限流器4否則會按矩形樣式操作。在某些情形下，限流器4和微控制器9都將對於在支線5上的故障反應，並且如果這樣，則在微控制器9然後發出致動信號之前，限流器4將首先反應。呈現分路短路的元件12的切換將不實現任何事情，因為限流器4將已經在限流模式中，但電流基準2的降低將把限流器4置於在小電流折回模式中。微控制器9使用模擬測量8和8'監視支線5。模數變換器ADC介入在感測點與微控制器9之間。這允許微控制器9監視交流活動性，例如在支線5上和在幹線3上的信號。如由圖I清楚的那樣，測量8在電路中的矩形限流點之後進行。按這種方式測量限流器4的輸出電壓的一個優點是，可估計在它內的串聯元件的狀態，並由此可藉助於電流測量的使用推斷負載或故障電阻和/或阻抗。另外，這種布置也允許來自在支線5上的故障檢測裝置(未表示)，例如在裝置6中的水侵入檢測器，的調製信號發送的檢測。如以上提到的那樣，微控制器9可編程成，按多種方式處理檢測的故障，包括當檢測的物理層特性建議故障即將發生時採取行動。這也可擴展到自適應電流斷路點的使用，以適應支線5設計。一旦已經檢測到故障，並且採取隔離支線5的行動，那麼就接著可將減小基準電流2用於診斷目的。具體地說，微控制器9可停止將致動信號7發送到可切換元件12，所以支線5被供有減小的電流。這樣，可監視到支線5的電壓，因而推斷故障電阻或阻抗。藉助於在支線5輸出處的電壓測量、和電流測量，有可能辨別恆定電流或無限阻抗型負載和電阻性或導電型故障。配備有這種信息，由微控制器9可採取適當行動，例如可能不在大電流下隔離恆定電流故障，但在小電流下隔離電阻性故障。關於故障的信息也可被發送到控制室。
進一步，微控制器9可編程成，動態地改變電流基準2，並因此改變供給到支線5的電流。如以上描述的那樣，這為了功率消耗減小、或作為故障探測的函數可進行，以在故障停止時，按非破壞方式將電流引入到支線5。另外，微控制器9可編程成，根據預定基本理由，將支線5重新連接到減小的電流上，包括根據檢測的故障的性質、根據固定或隨機重複時間幀、或根據交錯時間幀。再一次，這些方法和與它們關聯的優點如以上討論的那樣。在某些故障條件下，微控制器9可編程成，允許限流器4通過根據電流基準2限制在支線5上的電流而簡單地起作用，如它否則會起作用的那樣。圖2表示用來實現上述故障保護電路的實際電路圖。圖2表示在總線端子22和23與支線端子24和25之間的故障保護電路的正軌道20和負軌道21。限流器包括第三MOSFET 26和運算放大器27。第三MOSFET 26的源極端子28饋送到運算放大器27的負端子29，並且基準電流30饋送到運算放大器27的正端子31。運算放大器27的輸出32饋送到第三MOSFET 26的柵極端子33，從而當由第三MOSFET 26從負軌道21所感測的支線電流達到基準電流30時，第三MOSFET 26被控制成將支線電流限制到基準電流30的電平。這是已知限流器布置。將認識到，各種電阻器因為實際應用原因置於這個電路中。將微控制器的輸入端子34連接到電路的負軌道21上，以檢測支線電流。微控制器的輸出端子35發出二進位禁止信號，該二進位禁止信號饋送到兩個M0SFET。第一 MOSFET 36跨過支線的軌道安裝，該第一 MOSFET 36在接收到禁止信號時，可被驅動到短路狀態。這是有利的，因為第一MOSFET 36可呈現總支線輸出與故障的隔離。第一 MOSFET 36是低歐姆軌道對軌道M0SFET，從而沒有電流將流入到低電阻或低阻抗、高電阻故障中，但電流將流過限流器、並選擇性地流過任何關聯的診斷系統，例如故障傳報電路(未表不X如將從圖2認識到的那樣，第一 MOSFET 36由第二 MOSFET 37控制。禁止信號供給到第二 MOSFET 37的柵極端子38，並且其漏極端子39饋送到第一 MOSFET 36的柵極端子40。這樣，提供了按有效方式致動第一 MOSFET 36的倒相電路。第四MOSFET 41與基準電流30串聯地安裝，在它與地之間，其柵極端子42由微控制器的輸出端子35控制。因此，在檢測到故障時，發送禁止信號，將第一 MOSFET驅動成呈現分路短路，並且向下驅動基準電壓。這可從約56mA向下到10mA。將認識到，藉助於這種布置，電流基準可由微控制器通過第四MOSFET 41、通過改變禁止信號的強度而精確地控制。這對於第一MOSFET 36的操作沒有影響，因為它由倒相器結構驅動，而與禁止信號的強
度無關。微控制器也可為了故障探測和功率重新引入的目的，直接調整基準電流30。在圖2中表示 的電路用來實現以上關於圖I描述的方法和功能的方式，對於技術人員將是顯然的。具體地說，它主要涉及微控制器的具體編程，如希望的那樣。然而，圖2沒有示出本發明如何創建閉環恆流電路，其中，沒有電流流到負載，但它的確有利地流過故障保護元件。這依靠留在這個閉環電路中的阻抗。本發明的第二方面是一種使用故障保護電路的方法，並且上述實施例和伴隨描述為這種方法提供充分支持。因此，本發明提供一種故障保護電路，該故障保護電路通過對於寬得多的故障條件組進行檢測和保護而克服在已知簡單限流裝置中的缺陷。它也能夠檢測由報警探測，例如洩漏檢測系統，發送的物理層診斷變量，這些洩漏檢測系統用高阻抗調製來調製支線電流。進一步，故障保護電路也包括有用的診斷特徵，並且它也可調整其特性以適合特別限定的故障情形。
權利要求
1.一種在IEC 61158現場總線網絡的支線上使用的故障保護電路，包括快速動作限流器，適於在支線電流達到基準電流時將支線電流限制到所述基準電流的電平；控制裝置，適於監視支線交流和/或直流電流和/或電壓；及隔離裝置，適於在從控制裝置接收到致動信號的情況下，對所述支線施加分路短路隔離，其中，所述控制裝置適於控制基準電流的電平，並且其中，當所述控制裝置檢測到所述支線上的一個或多個預定故障條件時，它致動隔離裝置並降低基準電流的電平。
2.根據權利要求I所述的故障保護電路，其中，所述隔離裝置包括跨過所述支線的軌道安裝的第一 MOSFET，該第一 MOSFET在其柵極端子處接收到致動信號的情況下，被驅動到短路狀態。
3.根據權利要求2所述的故障保護電路，其中，來自控制裝置的致動信號供給到第二MOSFET的柵極端子，其中，第二 MOSFET的漏極端子供給到第一 MOSFET的柵極端子，使得提供倒相電路以致動第一 MOSFET。
4.根據權利要求3所述的故障保護電路，其中，所述限流器包括第三MOSFET和運算放大器，其中，第三MOSFET的源極端子饋送到運算放大器的負端子，並且基準電流饋送到運算放大器的正端子，其中，運算放大器的輸出饋送到第三MOSFET的柵極端子，使得當支線電流達到基準電流時，控制第三MOSFET以將支線電流限制到基準電流的電平，以及其中，與所述基準電流串聯地安裝第四M0SFET，其柵極端子由控制裝置控制，由此控制基準電流的電平。
5.根據權利要求4所述的故障保護電路，其中，所述控制裝置是微控制器，其中，所述致動信號包括禁止信號，該禁止信號饋送到第二和第四MOSFET兩者的柵極端子。
6.一種使用故障保護電路的方法，該故障保護電路在IEC 61158現場總線網絡的支線上使用，該故障保護電路包括快速動作限流器，適於在支線電流達到基準電流時將支線電流限制到所述基準電流的電平；控制裝置，適於監視支線交流和/或直流電流和/或電壓；及隔離裝置，適於在從控制裝置接收到致動信號的情況下，對所述支線施加分路短路隔離，其中，所述控制裝置適於控制基準電流的電平，並且其中，當所述控制裝置檢測到所述支線上的一個或多個預定故障條件時，它致動隔離裝置並降低基準電流的電平，其中，所述方法包括如下步驟 i)在控制裝置致動隔離裝置並降低基準電流的電平之後，停止到隔離裝置的致動信號，使得將限制的電流供給到支線， ii)監視支線交流和/或直流電流和/或電壓，以診斷支線上的故障的性質。
7.根據權利要求6所述的方法，還包括如下步驟 iii)改變基準電流以調整支線電流，以便探測支線上的故障。
8.根據權利要求6所述的方法，還包括如下步驟 iii)以固定、變化或隨機時間間隔，將隔離裝置致動預定的時段。
全文摘要
一種在IEC 61158現場總線網絡的支線上使用的故障保護電路包括快速動作限流器，適於在支線電流達到基準電流時將支線電流限制到所述基準電流的電平；控制裝置，適於監視支線交流和/或直流電流和/或電壓；及隔離裝置，適於在從控制裝置接收到致動信號的情況下，對所述支線施加分路短路隔離，其中，所述控制裝置適於控制基準電流的電平，並且其中，當所述控制裝置檢測到所述支線上的一個或多個預定故障條件時，它致動隔離裝置並降低基準電流的電平。
文檔編號G05B9/02GK102906647SQ201180025522
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月24日 優先權日2010年5月24日
發明者R·基特切納爾, S·格拉貝爾 申請人:倍加福有限公司