用于自动化设备的负逻辑输出的控制和保护系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于设计用以驱动电负载（Ｃ）的自动化设备的输出通道的控制和保护系统。该系统包括：开关装置（１０），其包括负载电阻器（Ｒ１０）和可以在其中负载（Ｃ）与负载电阻器（Ｒ１０）串联提供的导通状态、和截止状态之间切换的开关ＭＯＳ晶体管（Ｔ１０）；限制装置（２０、２０’），限制负载电阻器（Ｒ１０）端子的电压值为预先确定的最大值；跳闸装置（３０、３０’），当流经负载电阻器（Ｒ１０）的电流值超过预先确定的阈值一预定义时段时，其可以将开关晶体管（Ｔ１０）切换到截止状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于例如工业可编程逻辑控制器(或PLC )的自动化设 备的输出通道的电子控制和保护系统，特别地，涉及用于能够依据源于自动 化设备的数字控制信号来驱动电负载的静态输出通道的电子控制和保护系统。
技术介绍
可编程逻辑控制器是能够驱动、控制和/或监^f见一个或多个过程的自动化 设备，特别是在工业自动化、建造或配电领域中。其通常包括一个中央处理 器单元和一定数目的输入通道和输出通道。当可编程逻辑控制器是模块化结 构时，这些输入/输出可以分组集合在输入/输出模块中，每个输入/输出模块 包括例如8个、16个或32个通道。输入使得可以从与过程相关联的传感器中特定地接收信息。中央处理器 单元首先扫描输入，随后为了驱动输出而运行应用程序(或用户程序)，该 程序可以控制预执行器类型的电负载，诸如电磁开关的励磁线圈或其他装 置。发生故障时，通过允许输出跳闸(tripping)的电子保护系统，可以保护 静态输出避免过载和短路。通常地，跳闸电流的值被设计为从近似为最大额 定电流值的1.25倍开始跳闸，即对于100mA标称电流的输出，跳闸电流为 125mA,而对于500mA的输出，跳闸电流为625mA。然而，在某些情况下，特别是针对用于控制电容性负载或白炽灯类的预 执行器的输出通道而言，该跳闸电流值可能是不利的。具体地，已知例如在 白炽灯的情况中，灯的电阻根据灯丝的温度大幅改变，其导致流经灯的电流 根据灯丝的温度大幅改变。当灯丝的温度低的时候，例如在开灯时的环境温 度下，灯丝的电阻低因而通过灯的电流很高。灯丝的温度随后迅速增加和稳 定，这迅速增加了它的电阻且从而减小了电流。因此，认为在该开始阶段期间可能流经灯的峰值电流的初始值可以因此4达到标称电流的5倍(例如对于100mA标称电流的24 Vdc输出，该值为 500mA),且在^f又仅约10ms后通过灯的电流稳定在其标称值。这种情况也 可能出现在电容性负载的启动时。因此显而易见，用于保护输出通道的传统 系统将随后被启动跳闸。文件US 4,750,079已经描述了 一种用于设计用以控制负载的MOS晶体 管的控制和保护电路。然而，该电路不直接测量流经负载的电流值，不包括 任何用以限制通过负栽的电压的装置，并且不包括任何在电流超过预定阈值 一预定时段时可以使MOS晶体管处于截止状态的跳闸装置。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是在启动和电流稳定的阶段期间防止晶体管化静态 输出通道的不适当的跳问，同时确保免除由于通过其的电流的增加而生成的 功率的影响以及因而免除损害或甚至破坏的影响。本专利技术进一步的目的是在稳定时段期间限制峰值电流，以便因此免除为 了能在启动阶段吸收初始的峰值电流而过度费力设计输出的静态开关元件 (如晶体管)的必要性。有利地，本专利技术可以用独立的方式控制和保护输出， 而不需要例如额外的热跳闸设备。为此，本专利技术描述了 一种用于自动化设备的输出通道的控制和保护系 统，该自动化设备的输出通道设计为依照来自自动化设备的控制信号而驱动 电负载。该系统包括具有负载电阻器和开关MOS晶体管的开关装置，该 开关MOS晶体管可以通过控制信号在其中负载与负载电阻器串联提供的导 通状态、和截止状态之间切换；限制装置，其将负载电阻器端子的电压值限 制为预先确定的最大值；以及用于输出通道的跳闸装置，当流经负载电阻器 的电流值超过预先确定的阈值一预定义时段时，其可以将开关晶体管切换到 截止状态。依照一个特征，负载电阻器连接在开关晶体管的源极和负电压端子之 间，电负载连接在开关晶体管的漏极和正电压源之间，当开关晶体管处于截 止状态时负载不受控制(这意味着未被供电)。依照另一个特征，限制装置包括电压降元件，布置其使得负载电阻器端 子的电压的最大值由该元件端子的预先确定的电压降限制。依照另一个特征，跳闸装置包括可以将负载电阻器端子的电压与参考 电压相比较的比较器模块；定时器模块，其输入连接到比较器模块的输出；5以及跳闸MOS晶体管，其栅极连接到定时器模块的输出。依照第一实施例，电压降元件包括其阴极布置在负电压端子的一侧的两 个串联的二极管。可替代地，电压降元件包括其阴极布置在负电压端子的一 侧的稳压二极管。依照第二实施例，电压降元件包括双极晶体管，其基极连接到开关晶体 管的源极，其发射极连接到负电压端子且其集电极连接到开关晶体管的栅 极，该元件端子的电压降根据所述双极晶体管的基极-发射极的电压来预先 确定。本专利技术还涉及一种自动化设备，包括中央处理器单元和至少一个用于控 制电负载目的的输出通道，中央处理器单元在控制和/或监视程序的执行的期 间能够生成控制信号以便切换所述输出通道，自动化设备包括这种用于所述 输出通道的控制和保护系统。附图说明参照给出作为例子的且根据附图描述的实施例，在下面的具体说明中，其它特征和优点将是明显的，其中图1表示依照本专利技术的用于输出通道的电子控制和保护系统的第 一实施 例的简化图2示出本专利技术的第二实施例的简化图。具体实施例方式参照图1和图2,基于源自例如可编程逻辑控制器的自动化设备的输出 通道的数字控制信号S能够控制外部电负载C。控制信号S由可编程逻辑控 制器的中央处理器单元生成，作为例如应用程序的运行结果。基于该控制信 号S,设计电子控制和保护系统来驱动输出电子电路并保护其免受负载C的 过载和/或短路故障的影响。在图l所示的第一实施例中，电子控制和保护系统包括控制信号S抵达 的控制装置40、可控制电负载C的静态开关装置10、可限制在静态开关装 置10中流过的电流的限制装置20、以及如果发生故障时可切断静态开关装 置IO的控制的跳闸装置30。开关装置10包括负载电阻器R10和N沟道MOSFET型的开关晶体管 TIO。电负载C连接在正电压源(如24Vdc预执行器电压)和开关晶体管T10的漏极之间。负载电阻器R10连接在负电压端子N (对应于地或电压0 点-零电压)以及开关晶体管T10的源极之间。因此，当开关晶体管T10处 于导通状态时，在正电压源和负电压端子N之间串联地提供负载C和负载 电阻器RIO。当开关晶体管T10处于截止状态时，不提供负载C。限制装置20的功能是将负载电阻器R10端子的电压限制在预先确定的 最大值，以使得限制流经电阻器RIO的最大电流并因此限制流经开关晶体管 T10的最大电流。限制装置20主要包括NPN双极晶体管T21、 PNP双极晶 体管T22和电压降元件E。晶体管T22的发射极连接到正电压端子P。晶体管T22的集电极通过电 阻器R22连接到负电压端子N且其还连接到开关晶体管T10的栅极。晶体 管T22的基极通过电阻器R21连接到晶体管T21的集电极。晶体管T21的 发射极连接到开关晶体管T10的源极。晶体管T21的基极连接到控制装置 40的输出信号。晶体管T21的基极形成点M,点M通过电压降元件E连接 到负电压端子N。点M对应于跳闸装置30中所使用的电压测量点。在正电 压端子P和负电压端子N之间，具有例如等于5Vdc的电压V,其可以由预 ^L行器电压(例如24vdc)来生成。在第一实施例中，电压降元件E由串耳关在点M和负端子N之间的两个 二极管D20和D21组成。二极管D20和D21的阳极指向点M而阴极指向负 端子N。跳闸装置30包括N本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于自动化设备的输出通道的控制和保护系统，自动化设备的输出通道能够依照来自自动化设备的控制信号（Ｓ）而驱动电负载（Ｃ），该系统包括开关装置（１０），其包括负载电阻器（Ｒ１０）和开关ＭＯＳ晶体管（Ｔ１０），所述开关ＭＯＳ晶体管（Ｔ１０）可以通过控制信号（Ｓ）在其中负载（Ｃ）与负载电阻器（Ｒ１０）串联提供的导通状态、和截止状态之间切换，负载电阻器（Ｒ１０）连接在开关晶体管（Ｔ１０）的源极和负电压端子（Ｎ）之间，其特征在于所述系统包括：　－限制装置（２０、２０’），其将负载电 阻器（Ｒ１０）端子的电压值限制为预先确定的最大值（Ｖ↓［Ｒ１０ｍａｘ］），－用于输出通道的跳闸装置（３０、３０’），当流过负载电阻器（Ｒ１０）的电流值超过预先确定的阈值一预定义时段时，其能够将开关晶体管（Ｔ１０）切换到截止状态，该跳闸装置（３０、３０’）包括比较器模块（３１），其能够比较负载电阻器（Ｒ１０）端子的电压和参考电压（Ｖ↓［ｒｅｆ］）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：理查德托尼特，
申请(专利权)人：施耐德电器工业公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]