Измерительная система
Изобретение относится к области электротехники, в частности к измерительным системам. Технический результат заключается в создании эффективной измерительной системы для обнаружения коммутационных состояний. Достигается тем, что измерительная система содержит преобразователь сигналов, имеющий сигнальные входы, на каждый из которых может быть подан соответствующий двоичный сигнал коммутации; электрический резистор, с которого может быть снят соответствующий измерительный сигнал на основании соответствующего двоичного сигнала коммутации, включен после каждого сигнального входа, при этом электрические резисторы имеют значения сопротивления, которые отличаются друг от друга; преобразователь сигналов также имеет сигнальный выход, который подсоединен после электрических резисторов, чтобы обеспечивать суммарный измерительный сигнал на сигнальном выходе с суммарной силой тока, которая формируется как сумма измерительных сигналов, причем суммарный измерительный сигнал имеет силу тока, которая может быть однозначно назначена опорному значению силы тока, выбранному из множества опорных значений силы тока; контроллер, который выполнен с возможностью приема суммарного измерительного сигнала и определения коммутационных состояний. 15 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Настоящее изобретение относится к измерительной системе для преобразования двоичных сигналов коммутации в суммарный измерительный сигнал.
Измерительные системы с преобразователем сигналов, в частности, мультиплексором, обычно выполнены с возможностью преобразования множества входных сигналов в один выходной сигнал, при этом входные сигналы могут быть однозначно реконструированы из выходного сигнала. Например, множество двоичных сигналов напряжения можно преобразовать в дискретный сигнал напряжения с множеством возможных значений напряжения. Соответственно, каждому значению напряжения может быть назначена однозначная комбинация двоичных сигналов напряжения. Однако двоичные сигналы напряжения могут испытывать уменьшение амплитуды напряжения в зависимости от длины линии между соответствующим генератором сигнала напряжения и преобразователем сигналов, в результате чего частота ошибок при интерпретации сигнала напряжения может увеличиваться. Кроме того, на передачу дискретного сигнала напряжения также может влиять зависящее от линии уменьшение амплитуды напряжения.
Целью настоящего изобретения является создание эффективной измерительной системы для обнаружения коммутационных состояний.
Эта цель достигается благодаря признакам независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения, описания и фигур чертежей.
Настоящее изобретение основано на понимании того, что вышеуказанная цель может быть достигнута с помощью измерительной системы, имеющей преобразователь сигналов, который принимает двоичные сигналы коммутации и преобразует их в многоуровневый выходной сигнал, причем двоичные сигналы коммутации представляют включенное состояние или выключенное состояние. Многоуровневый выходной сигнал может, в частности, представлять собой амплитудно-дискретный сигнал, который преобразует двоичные сигналы коммутации в единое значение амплитуды. Выходной сигнал также может быть дискретным по времени и, соответственно, цифровым сигналом. Преобразователь сигналов выполнен с возможностью генерации дискретного выходного сигнала, который позволяет делать выводы о каждом двоичном сигнале коммутации, в частности, присутствует ли соответствующее включенное состояние или выключенное состояние. В частности, преобразователь сигналов имеет электрические резисторы, к каждому из которых на первом выводе прикладывается соответствующий двоичный сигнал коммутации, и которые подсоединены к сигнальному выходу параллельно вторыми выводами. Соответственно, через сигнальный выход может проходить выходной сигнал с некоторой силой тока, которая однозначно соответствует двоичным сигналам коммутации.
В соответствии с первым аспектом, изобретение относится к измерительной системе для обнаружения коммутационных состояний. Измерительная система содержит преобразователь сигналов, имеющий первый сигнальный вход, на который может подаваться первый двоичный сигнал коммутации, и второй сигнальный вход, на который может подаваться второй двоичный сигнал коммутации. Первый двоичный сигнал коммутации представляет первое коммутационное состояние, а второй двоичный сигнал коммутации представляет второе коммутационное состояние. Кроме того, преобразователь сигналов содержит первый электрический резистор, который подсоединен после первого сигнального входа и с которого на основании первого двоичного сигнала коммутации может быть снят первый измерительный сигнал с первой силой тока, и второй электрический резистор, который подсоединен после второго сигнального входа и с которого на основании второго двоичного сигнала коммутации может быть снят второй измерительный сигнал со второй силой тока.
Второй электрический резистор имеет значение сопротивления, которое отличается от значения сопротивления первого электрического резистора, при этом второй электрический резистор подсоединен параллельно первому электрическому резистору.
Преобразователь сигналов также имеет сигнальный выход, которому предшествуют первый электрический резистор и второй электрический резистор, чтобы обеспечивать суммарный измерительный сигнал с суммарной силой тока на сигнальном выходе, который формируется из суммы первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала. Суммарный измерительный сигнал может иметь силу тока, которая может быть однозначно назначена опорному значению силы тока, выбранному из множества опорных значений силы тока, причем первый сигнал коммутации и второй сигнал коммутации могут быть определены из значения силы тока.
Измерительная система дополнительно содержит контроллер, который выполнен с возможностью приема суммарного измерительного сигнала и определения первого коммутационного состояния и второго коммутационного состояния на основании силы суммарного тока суммарного измерительного сигнала.
Измерительная система предназначена, в частности, для преобразования дискретных, в частности двоичных, сигналов коммутации, отправляемых различными устройствами, в дискретные стандартизованные сигналы. В частности, сила суммарного тока суммарного измерительного сигнала может иметь значение в диапазоне от 4 до 20 мА. Каждому двоичному сигналу коммутации может быть назначена заданная амплитуда электрического параметра, в частности, силы тока и/или напряжения, через соответствующий заранее заданный электрический резистор. Состояние устройства, например, включенное / выключенное состояние, может быть назначено двоичным сигналам коммутации и соответствующим связанным с ними измерительным сигналам. Двоичные сигналы коммутации могут указывать на выключенное состояние с помощью первого уровня сигнала коммутации и могут указывать на включенное состояние с помощью второго уровня сигнала коммутации. Соответствующий уровень сигнала может быть силой тока или напряжением.
С помощью мультиплексирования множества двоичных сигналов коммутации в единый суммарный измерительный сигнал может быть достигнуто преимущество, заключающееся в том, что в контроллере, который подсоединен после преобразователя сигналов, может формироваться уменьшенное количество входных сигналов. Кроме того, преобразователь сигналов также может быть выполнен таким образом, чтобы определять электрические параметры для увеличения количества возможных сигнальных входов.
Кроме того, сигнальные входы могут быть выполнены с возможностью приема электрических сигналов, которые указывают, например, на положение клапана, направление вращения, показания счетчика или расход. Соответственно, каждый сигнальный вход может быть выполнен с возможностью приема дискретного, в частности, многозначного сигнала и преобразования его в соответствующий измерительный сигнал. Например, диапазон значений суммарного измерительного сигнала может быть назначен каждому измерительному сигналу, чтобы отображать диапазон значений соответствующего многозначного сигнала в суммарном измерительном сигнале.
Сигнальный вход может иметь штекерное соединение для съемного подсоединения сигнальной линии, чтобы иметь возможность гибкого подсоединения различных источников сигнала к соответствующему сигнальному входу. Кроме того, множество сигнальных входов может быть объединено с формированием блока соединения сигналов, который расположен в корпусе электрической вилки или розетки и может быть подсоединен к соответствующей ответной части розетки или вилки.
В частности, электрические резисторы могут представлять собой омические резисторы с фиксированными значениями сопротивления. Кроме того, значения сопротивления электрических резисторов можно менять для компенсации погрешностей и/или изменений значений сопротивления, связанных со старением. Сигнальные входы, электрические резисторы и сигнальный выход могут быть, в частности, реализованы в форме интегральной схемы, чтобы получить эффективную и/или компактную конструкцию преобразователя сигналов.
В одном варианте выполнения первый измерительный сигнал имеет заранее заданную силу тока, и второй измерительный сигнал имеет свою заранее заданную силу тока, при этом суммарный измерительный сигнал увеличивается на соответствующую заранее заданную силу тока, когда включается соответствующий двоичный сигнал коммутации.
В одном варианте выполнения контроллер выполнен с возможностью назначения суммарного измерительного сигнала опорному значению, выбранному из множества опорных значений, при этом однозначная комбинация коммутационных состояний допусков присваивается каждому опорному значению посредством таблицы опорных значений, чтобы однозначно определить коммутационные состояния на основании назначения суммарного измерительного сигнала опорному значению.
Заданные значения силы тока могут, в частности, сохраняться в таблице опорных значений в контроллере, чтобы можно было идентифицировать двоичные сигналы коммутации на основании суммарного измерительного сигнала. В частности, заданные значения силы тока могут отличаться друг от друга. Сила тока также устанавливается с помощью электрических резисторов таким образом, что возможно однозначное назначение силы тока суммарного измерительного сигнала соответствующим двоичным сигналам коммутации. Например, с помощью N сигнальных входов можно получить 2N возможных комбинаций двоичных сигналов коммутации. Соответственно, суммарный измерительный сигнал 2N может иметь отличные уровни силы тока. Заранее определенная комбинация сигналов коммутации присваивается каждому уровню тока в таблице опорных значений.
В одном варианте выполнения сигнальный выход выполнен с возможностью обеспечения выходного сигнала с силой тока в заранее заданном диапазоне, в частности от 0 мА до 24 мА, в зависимости от двоичных сигналов коммутации. В одном варианте выполнения, что касается стандартов SPS, в частности, в случае неисправности может возникать ток до 31 мА. Следовательно, заданный диапазон тока может составлять от 0 мА до 31 мА.
Расстояние между уровнями силы тока может зависеть от точности электрических резисторов, электрических линий и измерительной цепи, расположенной ниже по потоку, в частности, от устройства управления. Например, преобразователь сигналов может быть выполнен с возможностью генерации суммарного измерительного сигнала, который имеет дискретные значения силы тока с разницей в диапазоне от 0,1 мА до 10 мА. Тогда возможно однозначное назначение значений тока суммарного измерительного сигнала соответствующей комбинации двоичных сигналов коммутации с отклонением от ±0,05 мА до 0,5 мА.
В одном варианте выполнения измерительная система содержит первый коммутационный элемент и второй коммутационный элемент, при этом первый коммутационный элемент может быть подсоединен перед первым сигнальным входом и выполнен с возможностью коммутации сигнальной линии для подачи первого двоичного сигнала коммутации на первый сигнальный вход, при этом второй коммутационный элемент может быть подсоединен перед вторым сигнальным входом и выполнен с возможностью коммутации дополнительной сигнальной линии для подачи второго двоичного сигнала коммутации на второй сигнальный вход.
При получении информации о силе тока может быть достигнуто преимущество, заключающееся в том, что расположение коммутационных элементов может быть независимым, в частности, относительно сигнальных входов. Например, коммутационные элементы могут быть расположены удаленно от соответствующих сигнальных входов. Кроме того, измерительная цепь, в частности контроллер, который измеряет суммарный измерительный сигнал, может быть размещен удаленно от преобразователя сигналов, поскольку сила тока суммарного измерительного сигнала может быть инвариантной к расстоянию между преобразователем сигналов и контроллером.
В одном варианте выполнения первый коммутационный элемент расположен на расстоянии от первого сигнального входа и подсоединен к первому сигнальному входу посредством сигнальной линии, при этом сигнальная линия выполнена с возможностью маршрутизации неизмененного первого сигнала коммутации от первого коммутационного элемента к сигнальному входу независимо от расстояния. Преимущество этого заключается в том, что, например, преобразователь сигналов, коммутационные элементы и/или контроллер, который оценивает суммарный измерительный сигнал, могут быть расположены пространственно независимо друг от друга. В результате также может быть реализовано функционально раздельное расположение этих элементов. Например, коммутационные элементы могут быть размещены снаружи шкафа управления.
В одном варианте выполнения первый измерительный сигнал представляет собой сигнал состояния первого двоичного сигнала коммутации, который описывает включенное или выключенное состояние первого коммутационного элемента, а второй измерительный сигнал представляет собой сигнал состояния второго двоичного сигнала коммутации, который описывает включенное или выключенное состояние второго коммутационного элемента. Коммутационными элементами могут быть, например, электронные переключатели или механические переключатели, которые выполнены с возможностью приложения электрического потенциала к соответствующему сигнальному входу путем переключения электрической линии. Кроме того, коммутационные элементы могут быть интегрированы в измерительную систему, причем измерительная система выполнена с возможностью обнаружения множества физических переменных и переключения соответствующего коммутационного элемента в зависимости от соответствующей физической переменной. Соответствующий коммутационный элемент может быть переключен, чтобы стать электропроводящим и, соответственно, сигнализировать о включенном состоянии на соответствующем сигнальном входе, или же соответствующий коммутационный элемент может быть переключен, чтобы стать электрически непроводящим и, соответственно, сигнализировать о выключенном состоянии на соответствующем сигнальном входе.
В одном варианте выполнения однозначный суммарный измерительный сигнал может быть назначен каждой коммутационной комбинации первого коммутационного элемента и второго коммутационного элемента посредством электрических резисторов, соединенных параллельно. Например, электрические резисторы могут иметь дискретно отличающиеся значения сопротивления, причем соответствующее значение сопротивления может быть уменьшено вдвое или увеличено вдвое по сравнению с соответствующими ближайшими значениями сопротивления.
В одном варианте выполнения значения сопротивления электрических резисторов, соединенных параллельно, выбирают таким образом, чтобы разные суммарные измерительные сигналы, в соответствии с коммутационной комбинацией первого коммутационного элемента и второго коммутационного элемента, имели минимальную разницу силы тока, в частности, 1 мА. Минимальная разница силы тока предпочтительно может составлять 0,1 мА.
В одном варианте выполнения измерительная система может получать электрическую энергию, в частности, напряжение питания, через сигнальный выход. Преобразователь сигналов может быть подсоединен к коммуникационной шине посредством сигнального выхода, при этом электрическая энергия может подаваться в измерительную систему через сигнальный выход.
В одном варианте выполнения измерительная система содержит источник энергии, в частности, импульсный источник питания, который выполнен с возможностью обеспечивать измерительную систему, в частности, преобразователь сигналов, электрической энергией для генерации первого измерительного сигнала и/или второго измерительного сигнала. Измерительная система может быть подсоединена, например, к источнику постоянного тока, который подает в измерительную систему напряжение от 5 до 50 В, в частности, 12 или 24 В.
В одном варианте выполнения преобразователь сигналов содержит множество сигнальных входов и множество электрических резисторов, при этом электрический резистор подсоединен после каждого сигнального входа, и электрические резисторы соединены перед сигнальным выходом параллельно друг другу. В частности, количество амплитуд суммарного измерительного сигнала может быть пропорционально количеству сигнальных входов, так что диапазон суммарного измерительного сигнала сегментируется в соответствии с количеством двоичных входных сигналов. Эта сегментация суммарного измерительного сигнала может быть предварительно определена с помощью таблицы опорных значений.
В одном варианте выполнения указанное множество электрических резисторов выполнено с возможностью обеспечения соответствующего измерительного сигнала на сигнальном выходе в соответствии с соответствующим двоичным сигналом коммутации, причем каждая комбинация измерительных сигналов на сигнальном выходе имеет эквидистантную разность силы тока относительно соответствующей соседней комбинации сигналов.
В одном варианте выполнения сигнальный выход имеет первый соединительный полюс и второй соединительный полюс, которые соединены друг с другом посредством электрического базового резистора, при этом на сигнальном выходе посредством базового резистора обеспечивается суммарный измерительный сигнал с минимальной силой тока. Минимальная сила тока может быть определена с помощью таблицы опорных значений как коммутационное состояние, в котором выключенное состояние обеспечивает сигнал на всех сигнальных входах, так что никакие вклады в суммарный измерительный сигнал через сигнальные входы не вносятся. Соответственно, это выключенное состояние всех сигнальных входов четко определяется минимальной силой тока. Если на сигнальном выходе обнаруживается суммарный измерительный сигнал, сила тока которого ниже минимальной силы тока, в измерительной системе может присутствовать неисправность, например, короткое замыкание или дефект электрического резистора.
В одном варианте выполнения измерительная система содержит развязывающий усилитель, который подсоединен перед сигнальным выходом и выполнен с возможностью подачи напряжения питания на сигнальный выход, причем развязывающий усилитель также выполнен с возможностью оценки величины суммарного измерительного сигнала и преобразования управляющего сигнала в соответствии с таблицей опорных значений и подачи его на сигнальный выход. Развязывающий усилитель, кроме того, может иметь цепь повторителя источника питания, которая может быть выполнена с возможностью усиления подачи энергии, в частности, для увеличения уровня напряжения, который снижается из-за потерь на расстоянии. Цепь повторителя источника питания может быть подсоединена перед сигнальным выходом. Кроме того, развязывающий усилитель может иметь цепь управления с обратной связью, которая, в частности, может быть подсоединена между цепью повторителя источника питания и сигнальным выходом. Развязывающий усилитель может быть встроен в преобразователь сигналов.
В одном варианте выполнения контроллер выполнен с возможностью измерения суммарного измерительного сигнала и отображения состояния ошибки, если суммарный измерительный сигнал опускается ниже первого предельного значения силы тока или превышает второе предельное значение силы тока.
Кроме того, контроллер может быть выполнен с возможностью обрабатывать суммарный измерительный сигнал на основании таблицы опорных значений, чтобы декодировать отдельные сигналы коммутации из суммарного измерительного сигнала, в частности, для их демультиплексирования. В частности, контроллер может быть расположен удаленно от преобразователя сигналов, поскольку путем преобразования сигналов коммутации в силу тока суммарного измерительного сигнала эта сила тока может обрабатываться независимо от расстояния между преобразователем сигналов и контроллером. Контроллер может быть подсоединен к сигнальному выходу преобразователя сигналов, в частности, через коммуникационную шину.
Дополнительные иллюстративные варианты выполнения поясняются со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежей. Они изображают:
Фиг. 1 изображает измерительную систему в одном варианте выполнения;
фиг. 2 изображает измерительную систему в одном варианте выполнения; и
фиг. 3 изображает измерительную систему в одном варианте выполнения.
На фиг.1 проиллюстрировано схематическое представление измерительной системы 100 для обнаружения коммутационных состояний, содержащей преобразователь 101 сигналов. Преобразователь 101 сигналов содержит четыре сигнальных входа с 103-1 по 103-4, на каждый из которых может быть подан двоичный сигнал коммутации. Каждый из двоичных сигналов коммутации представляет собой соответствующее состояние коммутации. Электрический резистор, с 105-1 по 105-4, с которого может быть снят соответствующий измерительный сигнал с соответствующей силой тока на основании соответствующего сигнала коммутации, подсоединен после каждого сигнального входа с 103-1 по 103-4.
Преобразователь 101 сигналов дополнительно содержит сигнальный выход 107, причем электрические резисторы с 105-1 по 105-4 соединены перед сигнальным выходом 107, чтобы обеспечить на сигнальном выходе 107 суммарный измерительный сигнал, который формируется из суммы сигналов измерения.
Электрические резисторы с 105-1 по 105-4 соединены параллельно друг другу, в частности, в виде звезды. Электрические резисторы соединены посредством соответствующего первого вывода с соответствующим сигнальным входом и соединены посредством соответствующего второго вывода с сигнальным выходом 107. Кроме того, электрические резисторы с 105-1 по 105-4 имеют взаимно разные значения сопротивления.
Суммарный измерительный сигнал имеет суммарную силу тока, которая может быть однозначно назначена опорному значению силы тока из множества опорных значений силы тока. Соответствующие сигналы коммутации могут быть определены с помощью значения силы тока.
Соответствующий измерительный сигнал имеет заранее заданную силу тока, при этом, когда включается соответствующий двоичный сигнал коммутации, суммарный измерительный сигнал увеличивается на соответствующую заранее заданную силу тока. Кроме того, сигнальный выход 107 выполнен с возможностью выдачи выходного сигнала с силой тока в заданном диапазоне, в частности от 0 мА до 31 мА, в зависимости от двоичных сигналов коммутации.
Кроме того, измерительная система 100 содержит четыре коммутационных элемента с 111-1 по 111-4, причем каждый коммутационный элемент с 111-1 по 111-4 подсоединен перед соответствующим сигнальным входом с 103-1 по 103-4 и выполнен с возможностью коммутации соответствующих сигнальных линий с 113-1 по 113-4, чтобы подать соответствующий двоичный сигнал коммутации на соответствующие сигнальные входы с 103-1 по 103-4.
Коммутационные элементы с 111-1 по 111-4 расположены на расстоянии от соответствующего назначенного сигнального входа с 103-1 по 103-4 и подсоединены к сигнальным входам с 103-1 по 103-4 посредством сигнальных линий с 113-1 по 113-4. Сигнальные линии с 113-1 по 113-4 выполнены с возможностью направления соответствующего сигнала коммутации в неизменном виде от соответствующего коммутационного элемента с 111-1 по 111-4 к соответствующему сигнальному входу с 103-1 по 103-4, независимо от расстояния.
Соответствующий измерительный сигнал представляет сигнал состояния соответствующего двоичного сигнала коммутации, который описывает включенное или выключенное состояние соответствующего коммутационного элемента с 111-1 по 111-4. Посредством электрических резисторов с 105-1 по 105-4, соединенных параллельно, каждой коммутационной комбинации коммутационных элементов с 111-1 по 111-4 может быть назначен однозначный суммарный измерительный сигнал. Значения сопротивления электрических резисторов с 105-1 по 105-4, соединенных параллельно, выбираются таким образом, чтобы разные суммарные измерительные сигналы, соответствующие коммутационной комбинации коммутационных элементов с 111-1 по 111-4, имели минимальную разность токов, в частности 1 мА.
Коммутационные элементы с 111-1 по 111-4 выполнены как двухполюсные, при этом коммутационные элементы с 111-1 по 111-4 соединены посредством первого коммутационного контактного полюса с общим потенциалом земли и посредством второго коммутационного контактного полюса через соответствующие сигнальные линии с 113-1 по 113-4 с соответствующими сигнальными входами с 103-1 по 103-4.
На измерительную систему 100, в частности, преобразователь 101 сигналов, подается электрическая энергия, например, напряжение питания, через сигнальный выход 107. Сигнальный выход 107 имеет первый соединительный полюс 115-1 и второй соединительный полюс 115-2, которые соединены друг с другом через базовый резистор 117. Суммарный измерительный сигнал с минимальной силой тока подается на сигнальный выход 107 через базовый резистор 117. Базовый резистор 117 подсоединен параллельно с дополнительным электрическим резистором с 105-1 по 105-4.
Кроме того, после преобразователя 101 сигналов подсоединен контроллер 109, при этом указанный контроллер 109 выполнен с возможностью приема суммарного измерительного сигнала и определения первого сигнала коммутации и второго сигнала коммутации по силе тока суммарного измерительного сигнала. В частности, контроллер 109 выполнен с возможностью определения первого коммутационного состояния и второго коммутационного состояния на основании суммарной силы тока суммарного измерительного сигнала.
Контроллер 109 выполнен с возможностью назначения суммарного измерительного сигнала опорному значению, выбранному из множества опорных значений, при этом однозначная комбинация коммутационных состояний назначается каждому опорному значению посредством таблицы опорных значений, чтобы четко определить коммутационные состояния на основании назначения суммарного измерительного сигнала опорному значению.
Контроллер 109 также выполнен с возможностью измерения суммарного измерительного сигнала, в частности, текущего значения суммарного измерительного сигнала, и индикации состояния ошибки, если суммарный измерительный сигнал суммы падает ниже первого предельного значения тока или превышает второе предельное значение тока. Контроллер 109 может быть подсоединен к сигнальному выходу 107, в частности, через контактные полюса 115-1, 115-2. Кроме того, контактный полюс 115-2 может быть соединен с потенциалом земли. Контроллер 109 может, в частности, представлять собой плату DCS, которая имеет по меньшей мере один аналоговый вход, на каждый из которых может быть подан суммарный измерительный сигнал. Контроллер 109 может быть соединен с преобразователем 101 сигналов активно или пассивно, в частности, с помощью развязывающего усилителя (RPSS), через линейную цепь 4-20 мА.
Таблица 1: Пример таблицы опорных значений для суммарного измерительного сигнала
Соответствующий идентификатор nA, nB, nC, nD канала может быть присвоен сигнальным входам с 103-1 по 103-4 в соответствии с Таблицей 1. Двоичные сигналы коммутации на сигнальных входах с nA по nD могут иметь два различных состояния. Первое состояние сигнала обозначается цифрой «1» и соответствует включенному состоянию соответствующего коммутационного элемента с 111-1 по 111-4. Второе состояние сигнала обозначается «0» и соответствует выключенному состоянию соответствующего коммутационного элемента с 111-1 по 111-4. Соответствующий идентификатор S1, S2, S3, S4 может быть присвоен коммутационным элементам с 111-1 по 111-4 в соответствии с Таблицей 1.
С помощью таблицы опорных значений однозначное состояние от 0 до 15 может быть назначено каждой комбинации состояний сигналов четырех коммутационных элементов с 111-1 по 111-4, при этом 16 различных состояний могут быть генерированы с помощью 4 двоичных сигналов коммутации. Измерительная система 100 выполнена с возможностью генерирования однозначной силы тока на сигнальном выходе 107 для каждой комбинации сигналов с помощью электрических резисторов с 105-1 по 105-4, что соответствует соответствующему усредненному по времени значению силы тока, назначенному посредством таблицы опорных значений. Четкая идентификация коммутационных состояний коммутационных элементов с 111-1 по 111-4 возможна, в соответствии с Таблицей 1, с отклонением значений тока на±0,5 мА от соответствующего опорного значения. Если суммарный измерительный сигнал имеет силу тока ниже 3,4 мА или силу тока выше 19,6 мА, то с помощью таблицы опорных значений можно определить состояние ошибки измерительной системы 100.
Фиг. 2 схематично изображает измерительную систему 100 с множеством сигнальных входов 103-1, 103-2, 103-3, 103-4 и множеством электрических резисторов 105-1, 105-2, 105-3, 105-4, причем за каждым сигнальным входом 103-1, 103-2, 103 3, 103-4 включен электрический резистор 105-1, 105-2, 105-3, 105-4, при этом электрические резисторы 105-1, 105-2, 105-3, 105-4 соединены перед сигнальным выходом 107 параллельно друг другу.
Указанное множество электрических резисторов 105-1, 105-2, 105-3, 105-4 выполнено с возможностью обеспечения соответствующего измерительного сигнала на сигнальном выходе 107 в соответствии с соответствующим двоичным сигналом коммутации, при этом каждая комбинация измерительных сигналов на сигнальном выходе 107 имеет одинаковую разницу по току относительно соответствующих смежных комбинаций сигналов.
Кроме того, измерительная система 100 содержит развязывающий усилитель 201, который подсоединен перед сигнальным выходом 107 и выполнен с возможностью подачи напряжения питания на сигнальный выход 107, причем развязывающий усилитель 201 также выполнен с возможностью оценки величины суммарного измерительного сигнала и преобразования управляющего сигнала в соответствии с таблицей опорных значений и подачи его на сигнальный выход 107. Развязывающий усилитель 107 представляет собой часть преобразователя 101 сигналов.
Развязывающий усилитель 201 может, кроме того, иметь цепь 203 повторителя источника питания, которая выполнена с возможностью усиления подаваемой энергии, в частности, для увеличения уровня напряжения, которое снижается из-за потерь на расстоянии. Цепь 203 повторителя источника питания подсоединена перед сигнальным выходом 107.
Развязывающий усилитель 201 также имеет цепь 205 контура управления, которая может быть подсоединена, в частности, между цепью 203 повторителя источника питания и сигнальным выходом 107. Развязывающий усилитель 201 также содержит шину 207 электропитания, которая подсоединена к источнику 211 постоянного напряжения с помощью соединительной клеммы 209.
Фиг. З схематично изображает измерительную систему 100 для обнаружения коммутационных состояний с преобразователем 101 сигналов. Преобразователь 101 сигналов содержит четыре сигнальных входа с 103-1 по 103-4, на каждый из которых может быть подан двоичный сигнал коммутации. Электрический резистор с 105-1 по 105-4 включен после каждого из сигнальных входов с 103-1 по 103-4, причем на этом электрическом резисторе на основании соответствующего сигнала коммутации может быть измерен соответствующий измерительный сигнал.
В частности, сигнальные входы с 103-1 по 103-4 подсоединены к электрическим резисторамс 105-1 по 105-4 через распределительный базовый элемент 303 ввода/вывода VIP. Распределительный базовый элемент 303 ввода / вывода VIP может, в частности, представлять собой блок управления, который выполнен с возможностью гибкого подсоединения сигнальных входов 103-1 к 103-4 к различным электрическим резисторам с 105-1 по 105-4. Кроме того, распределительный базовый элемент 303 ввода / вывода VIP может быть выполнен с возможностью назначения однозначного соответствия между электрическими резисторами 105-1-105-4 и сигнальными входами 103-1-103-4. Кроме того, базовый резистор 117 также может быть подсоединен к распределительному базовому элементу 303 ввода / вывода VIP. Распределительный базовый элемент 303 ввода / вывода VIP может иметь разъемное соединение, в каждое из которых может быть вставлен модуль 305 преобразователя, который содержит резисторы с 105-1 по 105-4 и 117.
Преобразователь 101 сигналов дополнительно содержит сигнальный выход 107, электрические резисторы с 105-1 по 105-4 соединены перед сигнальным выходом 107, чтобы обеспечить суммарный измерительный сигнал на сигнальном выходе 107, который формируется в виде суммарного измерительного сигнала как суммы измерительных сигналов. Сигнальный выход 107 может быть размещен в распределительном базовом элементе 303 ввода / вывода VIP.
Электрические резисторы с 105-1 по 105-4 соединены параллельно друг другу, в частности, соединением звездой. Электрические резисторы с 105-1 по 105-4 имеют взаимно разные значения сопротивления. Каждый резистор с 105-1 по 105-4 и 117 соединен посредством своего первого вывода через соответствующую контактную клемму с 307-1 по 307-5 с распределительным базовым элементом 303 ввода / вывода VIP, при этом резисторы с 105-1 по 105-4 и 117 присоединены к распределительному базовому элементу 303 ввода / вывода VIP посредством своего соответствующего второго вывода через общую контактную клемму 309.
Контроллер 109 может, в частности, представлять собой карту UIO, которая имеет по меньшей мере один универсальный сигнальный вход, выполненный с возможностью приема аналогового сигнала, в частности, суммарного измерительного сигнала. В частности, контроллер 109 может активно получать электрическую энергию через линейную цепь 4-20 мА.
Список условных обозначений
100 измерительная система
101 преобразователь сигналов
103-1 сигнальный вход
103-2 сигнальный вход
103-3 сигнальный вход
103-4 сигнальный вход
105-1 резистор
105-2 резистор
105-3 резистор
105-4 резистор
107 сигнальный выход
109 контроллер
111-1 коммутационный элемент
111-2 коммутационный элемент
111-3 коммутационный элемент
111-4 коммутационный элемент
113-1 сигнальная линия
113-2 сигнальная линия
113-3 сигнальная линия
113-4 сигнальная линия
115-1 соединительный полюс
115-2 соединительный полюс
117 базовый резистор
201 развязывающий усилитель
203 цепь повторителя источника питания
205 цепь контура управления
207 шина электропитания
209 соединительная клемма
211 источник питания постоянного тока
303 распределительный базовый элемент ввода / вывода VIP
305 модуль преобразователя
307-1 контактная клемма
307-2 контактная клемма
307-3 контактная клемма
307-4 контактная клемма
307-5 контактная клемма
309 контактная клемма
1. Измерительная система (100) для обнаружения коммутационных состояний, содержащая преобразователь (101) сигналов, имеющий:
первый сигнальный вход (103-1) для подачи на него первого двоичного сигнала коммутации, причем первый двоичный сигнал коммутации представляет первое коммутационное состояние,
второй сигнальный вход (103-2) для подачи на него второго двоичного сигнала коммутации, причем второй двоичный сигнал коммутации представляет второе коммутационное состояние,
первый электрический резистор (105-1), который подключен после первого сигнального входа (103-1) и с которого может быть снят первый измерительный сигнал с первой силой тока на основании первого двоичного сигнала коммутации,
второй электрический резистор (105-2), который подключен после второго сигнального входа (103-2) и с которого может быть снят второй измерительный сигнал со второй силой тока на основании второго двоичного сигнала коммутации, причем второй электрический резистор (105-2) имеет значение сопротивления, которое отличается от значения сопротивления первого электрического резистора (105-1), при этом второй электрический резистор (105-2) подключен параллельно первому электрическому резистору (105-1), и
сигнальный выход (107), при этом первый электрический резистор (105-1) и второй электрический резистор (105-2) соединены перед сигнальным выходом (107), чтобы обеспечить на сигнальном выходе (107) суммарный измерительный сигнал с суммарной силой тока, который формируется как сумма первого измерительного сигнала и второго измерительного сигнала,
при этом измерительная система (100) также содержит контроллер (109), который выполнен с возможностью приема суммарного измерительного сигнала и определения первого коммутационного состояния и второго коммутационного состояния на основании суммарной силы тока суммарного измерительного сигнала.
2. Измерительная система (100) по п. 1, в которой первый измерительный сигнал имеет заранее заданную силу тока, и второй измерительный сигнал имеет свою заранее заданную силу тока, и в которой, когда соответствующий двоичный сигнал коммутации переходит во включенное состояние, суммарный измерительный сигнал увеличивается на соответствующую заранее заданную силу тока.
3. Измерительная система (100) по одному из предшествующих пунктов, в которой контроллер (109) выполнен с возможностью назначения суммарного измерительного сигнала опорному значению из множества опорных значений, и в которой каждому опорному значению назначена однозначная комбинация коммутационных состояний с помощью таблицы опорных значений, чтобы однозначно определять коммутационные состояния на основании назначения суммарного измерительного сигнала опорному значению.
4. Измерительная система (100) по одному из предшествующих пунктов, в которой сигнальный выход (107) выполнен с возможностью выдачи выходного сигнала с силой тока в заданном диапазоне, в частности, от 0 до 31 мА, как функции двоичных сигналов коммутации.
5. Измерительная система (100) по одному из предшествующих пунктов, содержащая первый коммутационный элемент (111-1) и второй коммутационный элемент (111-2), при этом первый коммутационный элемент (111-1) выполнен с возможностью подсоединения перед первым сигнальным входом (103-1) и выполнен с возможностью коммутации сигнальной линии (113-1) для подачи первого двоичного сигнала коммутации на первый сигнальный вход (103-1), при этом второй коммутационный элемент (111-2) выполнен с возможностью подсоединения перед вторым сигнальным входом (103-2) и выполнен с возможностью коммутации другой сигнальной линии (113-2) для подачи второго двоичного сигнала коммутации на второй сигнальный вход (103- 2).
6. Измерительная система (100) по п. 5, в которой первый коммутационный элемент (111-1) расположен на расстоянии от первого сигнального входа (103-1) и подсоединен к первому сигнальному входу (103-1) посредством сигнальной линии (113-1), при этом сигнальная линия (113-1) выполнена с возможностью направления первого сигнала коммутации без изменения от первого коммутационного элемента (111-1) на сигнальный вход (103-1) независимо от расстояния.
7. Измерительная система (100) по п. 5 или 6, в которой первый измерительный сигнал представляет собой сигнал состояния первого двоичного сигнала коммутации, который описывает включенное состояние или выключенное состояние первого коммутационного элемента (111-1), и в которой второй измерительный сигнал представляет собой сигнал состояния второго двоичного сигнала коммутации, который описывает включенное состояние или выключенное состояние второго коммутационного элемента (111-2).
8. Измерительная система (100) по одному из пп. 5-7, в которой однозначный суммарный измерительный сигнал может быть назначен каждой коммутационной комбинации первого коммутационного элемента (111-1) и второго коммутационного элемента (111-2) посредством электрических резисторов, соединенных параллельно.
9. Измерительная система (100) по одному из пп. 5-8, в которой значения сопротивления электрических резисторов, соединенных параллельно, выбраны таким образом, что различные суммарные измерительные сигналы в соответствии с коммутационной комбинацией первого коммутационного элемента (111-1) и второго коммутационного элемента (111-2) имеют минимальную разницу по силе тока.
10. Измерительная система (100) по одному из предшествующих пунктов, в которой измерительная система (100) способна получать электрическую энергию, в частности напряжение питания, через сигнальный выход (107).
11. Измерительная система (100) по одному из предшествующих пунктов, содержащая источник (111) энергии, который выполнен с возможностью снабжения измерительной системы (100) электрической энергией для генерации первого измерительного сигнала и/или второго измерительного сигнала.
12. Измерительная система (100) по одному из предшествующих пунктов, содержащая множество сигнальных входов (103-1, 103-2, 103-3, 103-4) и множество электрических резисторов (105-1, 105 -2, 105-3, 105-4), при этом электрический резистор (105-1, 105-2, 105-3, 105-4) подключен после каждого сигнального входа (103-1, 103-2, 103 3, 103-4), и электрические резисторы (105-1, 105-2, 105-3, 105-4) соединены перед сигнальным выходом (107) параллельно друг другу.
13. Измерительная система (100) по п. 12, в которой указанное множество электрических резисторов выполнено с возможностью обеспечения соответствующего измерительного сигнала на сигнальном выходе (107) в соответствии с соответствующим двоичным сигналом коммутации, причем каждая комбинация измерительных сигналов на сигнальном выходе (107) имеет одинаковую разницу по току относительно соответствующих смежных комбинаций сигналов.
14. Измерительная система (100) по одному из предшествующих пунктов, в которой сигнальный выход (107) имеет первый соединительный полюс (115-1) и второй соединительный полюс (115-2), которые соединены друг с другом посредством электрического базового резистора (117), при этом посредством базового резистора (117) на сигнальный выход (107) подается суммарный измерительный сигнал с минимальной силой тока.
15. Измерительная система (100) по одному из предшествующих пунктов, содержащая развязывающий усилитель (201), который включен перед сигнальным выходом (107) и выполнен с возможностью подачи напряжения питания на сигнальный выход (107), при этом развязывающий усилитель (201) дополнительно выполнен с возможностью оценки величины суммарного измерительного сигнала и преобразования управляющего сигнала в соответствии с таблицей опорных значений, и подачи его на сигнальный выход (107).
16. Измерительная система (100) по одному из предшествующих пунктов, в которой контроллер (109) выполнен с возможностью измерения суммарного измерительного сигнала и индикации состояния ошибки, если суммарный измерительный сигнал падает ниже первого предельного значения тока или превышает второе предельное значение тока.
