IEC 61158現場總線支線的故障保護電路和使用其的方法技術

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，適于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，適于監視支線交流和/或直流電流和/或電壓；及隔離裝置，適于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，所述控制裝置適于控制基準電流的電平，并且其中，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，它致動隔離裝置并降低基準電流的電平。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種供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。
技術介紹
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于實時分布控制，現在標準化為IEC 61158。復雜自動工業系統，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，操作人員可監視或操作系統。這典型地經非時間關鍵通信系統(例如，以太網)鏈接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鏈接到元件上，上述元件實際上進行諸如傳感器、執行器、電動機、控制臺燈光、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，并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，用于氣體和/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、引出到現場中的干線段、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。干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件或協議，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件的物理層屬性。干線、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，并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，并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并且將電流限制到斷路電平本身，或者它按折回方式工作并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干線短路。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，并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范圍的兩導線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恒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于一種類型的故障(即低歐姆直流故障)的支線、干線或段保護。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，并且不能被隔離。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、或干擾其它合法信號。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。這樣的故障可調制矩形限流器，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，它使裝置在低于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/欠電流調制，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，然后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)在預定和恒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，并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，并因此沒有辦法診斷故障的阻抗。
技術實現思路
本專利技術打算克服以上問題的一些。因此，根據本專利技術的第一方面，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，適于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，適于監視支線交流和/或直流電流和/或電壓；及隔離裝置，適于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，所述控制裝置適于控制基準電流的電平，并且其中，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，它致動隔離裝置并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”這里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干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，本專利技術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，本專利技術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，例如交流調制故障、蠕變故障等等；和然后故意創建分路短路形式的凈故障。按這種方式，限流器強迫起作用以處置這種設計“故障”，并且不保持不活動。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于過熱，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征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，但電流將流過限本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R·基特切納爾，S·格拉貝爾，
申請(專利權)人：倍加福有限公司，
類型：
國別省市：