[发明专利]一种4～20mA电流冗余输出转换电路

说明书

一种4～20mA电流冗余输出转换电路，其特征在于：所述电路包括第一驱动单元、第二驱动单元、被驱动负载和冗余连接单元；其中，所述第一驱动单元和第二驱动单元分别为4～20mA电流输出模块；所述第一驱动单元和所述第二驱动单元分别通过冗余连接单元与所述被驱动负载的一端连接；所述冗余连接单元，与所述第一驱动单元和所述第二驱动单元的AO端口连接。本发明能够对电流冗余输出转换电路进行控制，并在一个4～20mA电流输出模块中的电流值过大时，将其冗余输出通过负载和邻接的4～20mA电流输出模块排出。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，更具体地，涉及一种4～20mA电流冗余输出转换电路。

背景技术

分布式控制系统(DCS，Distribution Control System)作为一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为连接的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等技术(即4C技术)，实现了对于系统的分散控制、集中操作、分级管理、灵活配置以及方便组态等功能。通常来说，DCS被广泛的应用于数据获取、直接数字控制、人机交互以及监控和管理等方面。

目前，随着现代计算机技术和通讯网络技术的高速发展，DCS正向着多元化、网络化、开放化以及集成管理的方向发展。因此，对于DCS的性能提出了更高的要求，例如，要求必须能够将DCS与智能设备以及不同的DCS设备进行互连，来实现系统之间的数据交换等。

在分布式控制系统中，4～20mA电流输出模块被广泛的应用在工业控制领域，例如应用在石化、电力等行业中存在大量阀门、电机等设备的系统上，以作为电流驱动元件。然而，现有技术中，大多数的4～20mA的电流输出模块都采用单输出模式，很少具备冗余功能。因此，这种模块的驱动电流输出的有效性受到限制。例如，当模块的实际输出电流大小与设计电流大小之间存在差异时，上述设备无法正常的驱动控制系统中相应的元件工作，严重时还会导致生产故障。

另外，现有技术中存在一些应用于4～20mA电流输出的冗余实现方法。然而，这种冗余方法，多数会在网络配置时规定出一个主设备、一个从设备，并且主从设备均接受上位机的控制，实现4～20mA的驱动电流输出。在正常工作情况下，主模块输出驱动电流，待主模块出现故障时，上位机指示设备进行主从切换，从而使得从模块提供驱动电流，并保证负载设备继续安全可靠的运行。这种方案存在的问题是，无法实现简单的自动切换，必须采用上位机实现复杂的通信过程和指令的判断与接收，时效性不高，且主从设备之间的切换方式不够灵活。

再者，专利文件CN102082463B中介绍了一种DCS系统中4-20mA电流输出的冗余实现方法，并具体公开了：“两个模件的DO输出均分别接入到另一模件的DI输入”，并且，“两个4-20mA电流输出模件A与B均设有反馈电路：电流输出模件输出线性电压U，两模件的4-20mA电流输出通道DO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于U接近，差分放大电路输出电压U0，要求误差小于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”。

尽管这种方式不再采用主从设备切换的方式实现冗余，也避免了复杂的上位机通信过程，然而这种方法的附加电路中元件多。例如反馈电路中不仅需要采用光耦隔离电路还需要采用基准电压源、比较器和放大器等元件，这导致电路结构复杂，容易对原有电路发生影响，导致电流输出精度无法保障。另外，这种附加电路需要占用多个4～20mA电流输出模块的输入输出端口，且在对输出电流大小的判断上存在时延，因而限制了这种方法的应用范围，并限制所采用的4～20mA电流冗余模块的输出端口模式。

因此，亟需一种新的4～20mA电流冗余输出转换电路。