动态数字输入滤波制造技术

本发明专利技术公开了动态数字输入滤波。一种用于检测离散I/O电路中的电噪声的动态数字滤波系统。动态数字滤波系统具有用于监控由监控远程I/O设备的逻辑设备产生的逻辑信号的控制器。逻辑设备包括用于动态地调整电源端子和接收来自I/O设备的二值信号的端子两端的阻抗的电路。在所监控的逻辑信号的状态变化时，控制器命令阻抗调整电路暂时改变其输入阻抗，以确定负责逻辑信号的状态的监控的变化的二值信号是真还是假。如果所监控的逻辑信号在阻抗的瞬时变化期间没有改变状态，则二值信号将被验证为“真”。如果所监控的逻辑信号在阻抗的瞬时变化期间确实改变了状态，则二值信号将被视为“假”。

【技术实现步骤摘要】
动态数字输入滤波专利
本专利技术大体上针对用于工业控制系统的数字输入，并且具体地针对减少输入电路中的电噪声，该电噪声可以导致接收二值信号的逻辑设备的错误读数。专利技术背景控制系统使用离散输入和输出(I/O)来在设备之间进行通信，以传递诸如状态的信息或者发出命令。与通信网络相比，离散I/O在需要简单而可靠的操作的许多应用中被视为不太复杂且昂贵的解决方案。特别感兴趣的是二值输入端口的设计，这是由于这些可能是控制装置中最广泛使用的输入端口类型。这些输入端口必须被设计为在至少两个特定的信号电平之间进行区分。图1图示现有技术的离散输入/输出电路10的简化视图，其中远程设备14由在图1中被标识为逻辑设备18的二值输入端口来监控。通过在电源22的第一端子30和远程设备14的第一端子34之间连接的第一导体26、在远程设备14的第二端子42和逻辑设备18的第一端子46之间连接的第二导体38以及在逻辑设备18的第二端子54和电源22的第二端子58之间连接的第三导体50将远程设备14、逻辑设备18以及电源22进行电串联连接。远程设备14由双态开关S1(电机式或固态)组成，该双态开关S1在断开时中断从电源22到逻辑设备18的电力流动，以及在闭合时完成电源22和逻辑设备18之间的电路路径。逻辑设备18感测来自电源22的在逻辑设备18的端子46和54之间的电压的存在与否，并且将这些电压电平转换为逻辑信号以供控制系统使用。对于以下讨论，当远程设备14中的开关S1的状态是闭合的并且来自电源22的电压存在于逻辑设备18的输入端子46和54之间时，这种状态将被称为电路10或逻辑设备18的“导通状态”或“活动状态”。当远程设备14的开关S1的状态是断开的并且来自电源22的电压不存在于逻辑设备18的端子46和54之间时，将被称为电路10或逻辑设备18的“切断状态”或“非活动状态”。由于逻辑设备18具有与其端子46和54之间的路径相关联的阻抗，因此当远程设备14的开关S1闭合时，电流将环绕由电源22、远程设备14和逻辑设备18组成的电路10流动。整个电路10的阻抗和电源22的电压幅值将确定电流振幅和其他特性。对于图1中示出的电路10，电源22可以是AC或DC。由于在系统10的操作环境中发现的电噪声的存在使得区分信号电平的能力变得困难。在图1中，远程设备14可以距逻辑设备18相当远的距离，并且互连导体26和38经受称为电噪声的局部电场现象。存在许多形式的电噪声，其可以变得与所接收的信号交织在一起，从而破坏信号完整性。来自相邻电路的脉冲或信号的感应和电容耦合是可能的。另外，穿过或通过导体26和38或设备14和18的绝缘的电流漏泄(电流的或位移)表示有时被分类为噪声的电干扰的形式。其他形式的电噪声可以存在并且对于本领域的技术人员是公知的。现在参考图2，电噪声的大分类可以由附接在导体26和38之间的戴维南(Thevenin)等效电路62表示并且有效地对远程设备14分流。戴维南电压源可以表示各种类型(周期性、非周期性)、波形(正弦、脉冲、矩形等)、频率或振幅的噪声信号。戴维南电压源提供干扰电路的驱动能量。相关联的戴维南阻抗确定噪声信号如何紧密耦合到电路10。对于戴维南噪声模型，如果逻辑设备18的阻抗等于戴维南阻抗并且戴维南噪声电压具有与电源22相同的幅值和极性，则等效于电源22电压的电压将被施加到逻辑设备18的输入端子46和54之间。该电压将导致逻辑设备18报告远程设备14的开关S1的不正确的导通或切断状态。从系统的角度来看，对操作信号电平、信号检测阈值、输入阻抗和响应时间的适当选择都确定逻辑设备18的有效性，以在环境电噪声的存在下可靠地接收信息。例如，如果与戴维南阻抗相比，逻辑设备18两端的阻抗比较小(比如，ZT的1/100)，则在逻辑设备18的输入端子46和54之间将只存在戴维南噪声电压的1/100。这种噪声电压的减小极大地增加了逻辑设备18的分辨远程设备18的开关S1的正确的导通或切断状态的能力。相对于噪声源阻抗，减少逻辑设备18的阻抗虽然非常有效但确实具有限制。当远程设备14的开关S1闭合时，阻抗越低，越多的电流将环绕电路10流动。增加的电流对电源22施加更大的电力负荷并且在电源22和逻辑设备18二者中引起额外热耗散。因此，将逻辑设备18的阻抗设置尽可能的高同时仍然使噪声对电路10的状态的影响最小化变得可期望。随着存在的逻辑设备18的数量增加，实现该目标的期望大大地增加。另外，设计者必须处理逻辑设备18中的许多其他约束。这些包括但不限于内加热、通道密度、信号完整性问题、速度和成本。这些约束通常彼此直接相对。例如，简单的设计将允许低成本，但是可能导致不可接受的大功率耗散，其需要额外的方法来去除废热；而低功率设计将加热问题最小化，但是需要更高的部件数。专利技术概述本专利技术的目的是降低数字输入/输出系统的功率需求并且提高功率效率，同时在电噪声环境中操作时保持信号检测的完整性。动态数字输入滤波系统包括：电源；远程设备，其具有双态开关；逻辑设备，其具有与电源和远程设备的双态开关电串联的阻抗调整电路，该逻辑设备基于由远程设备的双态开关发送的二值信号产生逻辑信号；以及控制设备，其监控逻辑设备的逻辑信号，并且响应于所监控的逻辑信号的状态的变化来调整阻抗调整电路的阻抗。一种用于动态地滤波在离散数字输入/输出设备处的噪声的方法包括以下步骤：通过控制器监控响应于在逻辑设备的阻抗调整电路的输入端子处从远程设备接收的二值信号而由逻辑设备产生的逻辑信号；通过控制器检测逻辑信号的状态中的变化；通过控制器启动阻抗调整电路的阻抗中的瞬时变化；通过控制器监控逻辑信号在阻抗的瞬时变化期间状态的变化；通过控制器确定逻辑信号的状态的所监控的变化是否是由于所接收的二值信号的状态的变化。附图简述图1是现有技术的噪声滤波器电路。图2是现有技术的噪声滤波器电路。图3是用于本专利技术的动态数字输入滤波器的逻辑设备的第一实施例。图4是用于本专利技术的动态数字输入滤波器的逻辑设备的第二实施例。图5是图3和图4的电路的输入电压与输入电流特性的图形表示。专利技术的详细描述本文所描述的方法和装置形成动态数字输入滤波系统，其目的是提高在图3和图4中标识为逻辑设备66的二值数字输入端口处的信号完整性，同时使功率噪声环境最小化，高输入阻抗将被设置，同时高电噪声环境将必然将阻抗设置为较低的值。这允许对于在存在低电噪声环境的情况对逻辑设备66的阻抗中的功率消耗和热耗散的减少。另外，随着电噪声环境改变(例如，控制系统是移动设备的部分、互连电缆的老化、对远程设备18布线的物理修改等)，逻辑设备66可以适应这些变化。具体地，这是通过响应于现有电噪声环境动态地调整逻辑设备66的输入阻抗来实现的。电噪声环境的状态基于监控逻辑设备66输出的状态扰动并且决定特定逻辑设备66的输入阻抗可以被增加还是降低。关于图1，该方法适用于使用直流信号或交流信号的信号系统。可以存在一个或多个逻辑设备66，每个逻辑设备66具有其自己的远程设备14。当存在多于一个远程设备14时，可以存在单个或多个电源22，并且可以共享电源导体26和38。为了示例实施例的目的，在图3和图4中图示了调整逻辑设备66阻抗的两种方法。然而，逻辑设备66的输入阻抗的可调性可以使用本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态数字输入滤波系统，包括：电源；远程设备，所述远程设备具有双态开关；逻辑设备，所述逻辑设备具有与所述电源和所述远程设备的所述双态开关电串联的阻抗调整电路，所述逻辑设备基于由所述远程设备的所述双态开关发送的二值信号产生逻辑信号；以及控制设备，所述控制设备监控所述逻辑设备的所述逻辑信号，并且响应于所监控的逻辑信号的状态的变化来调整所述阻抗调整电路的阻抗。

【技术特征摘要】
2015.12.21 US 14/976,2891.一种动态数字输入滤波系统，包括：电源；远程设备，所述远程设备具有双态开关；逻辑设备，所述逻辑设备具有与所述电源和所述远程设备的所述双态开关电串联的阻抗调整电路，所述逻辑设备基于由所述远程设备的所述双态开关发送的二值信号产生逻辑信号；以及控制设备，所述控制设备监控所述逻辑设备的所述逻辑信号，并且响应于所监控的逻辑信号的状态的变化来调整所述阻抗调整电路的阻抗。...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·M·杰弗里斯，本杰明·W·爱德华兹，马修·L·怀特，康斯坦丁·亚历山大·菲利潘科，理查德·卡尔·韦勒，
申请(专利权)人：施耐德电气美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US