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1、10申请公布号CN104137010A43申请公布日20141105CN104137010A21申请号201380010616022申请日2013081461/683,08920120814US13/964,73020130812USG05B19/04220060171申请人费希尔控制国际公司地址美国爱荷华州72发明人SG塞伯格74专利代理机构北京市金杜律师事务所11256代理人郑立柱54发明名称控制信号保护设备57摘要本发明公开了一种具有第一操作模式和第二操作模式的控制信号保护设备210，包括把所述信号保护设备210连接至控制系统202的第一端；把所述信号保护设备210连接至现场设备220的。
2、第二端；所述控制信号保护设备210进一步包括用于临时累积电能的储能元件和用于控制所述信号保护设备210的操作模式的开关电路；在所述第一操作模式中，电能被储存在所述储能元件中，在所述第二操作模式中，储存在所述储能元件中的电能被提供至所述第二端子对中的正极端口。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014082286PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0550222013081487PCT国际申请的公布数据WO2014/028673EN2014022051INTCL权利要求书3页说明书10页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书10页附图4。
3、页10申请公布号CN104137010ACN104137010A1/3页21一个具有第一操作模式和第二操作模式的控制信号保护设备，包括第一端，其把所述信号保护设备连接至控制系统，其中所述控制系统提供控制信号；第二端，其把所述信号保护设备连接至现场设备；储能元件，其用于临时累积电能；和开关电路，其用于控制所述信号保护设备的操作模式，其中在所述第一操作模式，电能被储存在所述储能元件中；并且在所述第二操作模式，存储在所述储能元件中的电能被提供至所述第二端。2根据权利要求1所述的控制信号保护设备，其中，所述储能元件包括至少一个电容。3根据权利要求1所述的控制信号保护设备，其中，所述储能元件包括第一电容。
4、和第二电容，并且其中电能被从所述第一电容和从所述第二电容提供至所述输出端。4根据权利要求1所述的控制信号保护设备，其中，所述开关电路响应于进入到所述信号保护设备内的输入电流的变化，控制所述操作模式。5根据权利要求1所述的控制信号保护设备，进一步包括电流监控电路，其中所述电流监控电路当进入到所述信号保护设备内的电流低于阈值时，使得所述控制信号保护设备从所述第一操作模式转变成所述第二操作模式；当进入到所述信号保护设备内的电流高于所述阈值时，使得所述控制信号保护设备从所述第二操作模式转变成所述第一操作模式。6根据权利要求5所述的控制信号保护设备，其中，所述阈值是2MA。7根据权利要求1所述的控制信号。
5、保护设备，进一步包括电压保持元件，其用于，对应于在所述第一操作模式中输入端的电压水平，在所述第二操作模式中的输出端保持一个经滤波和经缩放的电压。8根据权利要求1所述的控制信号保护设备，其中，所述第一操作模式是正常模式，在所述正常模式中所述控制信号被提供至所述输入端，并且其中，所述第二操作模式是保护模式，在所述保护模式中所述控制信号未被提供至所述输入端。9根据权利要求1所述的控制信号保护设备，其中，所述开关电路响应于所述信号保护设备的输出电流的变化，控制所述操作模式。10一种在过程控制系统中保护提供至现场设备的控制信号的方法，所述方法包括提供主站；将所述主站通信地耦合至多个输入输出I/O卡，所述。
6、多个输入输出卡包括第一卡和第二卡，其中操作被可选择地从所述第一卡切换至所述第二卡；通过所述第一卡或所述第二卡从所述主机站向控制信号保护设备提供控制信号；在从所述第一卡向所述第二卡的切换操作期间，使得所述控制信号保护设备从第一操作模式切换至第二操作模式。11根据权利要求10所述的方法，其中，所述控制信号保护设备在所述第一操作模式中，在储能元件中储存电能；在所述第二操作模式中，把储存在所述储能元件中的电能提供给所述控制信号保护设备的输出端。12根据权利要求11所述的方法，其中，在所述储能元件中储存电能的步骤包括在第权利要求书CN104137010A2/3页3一电容和第二电容中储存能量，并且其中，提。
7、供电能的步骤包括把所储存的电能从所述第一电容和从所述第二电容传输到所述控制信号保护设备的所述输出端。13根据权利要求10所述的方法，其中，使得所述控制信号保护设备从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式的步骤包括当进入所述信号保护设备的电流小于阈值时，使得所述控制信号保护设备从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式；并且当进入所述信号保护设备的电流大于所述阈值时，使得所述控制信号保护设备从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式。14根据权利要求10所述的方法，其中，使得所述控制信号保护设备从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式的步骤包括响应于检测到提供给所述第二端的电流水平的减少，使得所述控。
8、制信号保护设备从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式；并且响应于检测到提供给所述第二端的电流水平已经停止减少，使得所述控制信号保护设备从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式。15一种在过程控制系统中用于控制现场设备的控制系统，包括主站；多个输入输出I/O卡，其被耦合至所述主站，以用于向所述现场设备提供控制信号，其中所述多个I/O卡包括主I/O卡和备用I/O卡；I/O卡控制器，其被配置为可选地在所述主I/O卡和所述备用I/O卡之间切换；且控制信号保护设备，其被通信耦合至所述I/O卡和所述现场设备中，其中，在所述主I/O卡和所述备用I/O卡的切换操作期间，所述控制信号保护设备保持所述控制信号保。
9、护设备的输出端的所述控制信号。16根据权利要求15所述的控制系统，其中，所述控制信号保护设备被配置为在第一操作模式中，在储能元件中储存电能；并且在第二操作模式中，把储存在所述储能元件中的电能提供给所述控制信号保护设备的输出端。17根据权利要求15所述的控制系统，其中，所述储能元件包括至少一个电容。18根据权利要求15所述的控制系统，其中，所述储能元件包括第一电容和第二电容，并且其中电能被从所述第一电容和从所述第二电容供应至所述控制信号保护设备的输出端。19根据权利要求15所述的控制系统，其中，所述储能元件包括电荷泵。20根据权利要求15所述的控制系统，其中，所述控制信号保护设备被进一步配置为在。
10、所述控制信号保护设备的输入端监控电流水平；并且响应于检测到所述电流水平低于阈值，把所述控制信号保护设备的操作从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式。21根据权利要求15所述的控制系统，其中，所述控制信号保护设备被进一步配置为在所述控制信号保护设备的输出端监控电流水平；并且响应于检测到所述控制信号保护设备的输出端上的电流水平的减少，把所述控制信号保护设备的操作从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式。权利要求书CN104137010A3/3页422根据权利要求15所述的控制系统，其中，所述控制信号保护设备作为独立于所述现场设备的元件被提供。23一种具有第一操作模式和第二操作模式的控制信号保护设。
11、备，包括第一端，其把所述信号保护设备连接至控制系统，其中所述控制系统提供控制信号；第二端，其把所述信号保护设备连接至现场设备；储能元件，其用于临时累积电能；和开关电路，其用于控制所述信号保护设备的操作模式，其中，所述信号保护设备被配置为在第一操作模式中，在所述储能元件中储存电能；检测提供至所述第二端的电流水平的降低；并且响应于检测到的提供至所述第二端的电流降低，切换至第二操作模式，其中，在所述第二操作模式，储存在所述储能元件中的所述电能被供应至所述第二端，以在所述第二端维持所期望的电压水平。权利要求书CN104137010A1/10页5控制信号保护设备技术领域0001本发明涉及，在过程控制系统。
12、中用于控制现场设备的控制信号，更具体地，涉及一种用于保持控制信号的方法和装置。背景技术0002过程控制系统，比如那些用于化学、石油和其他加工厂的，通常包括一个或多个集中或分散的过程控制器，通过模拟，数字，或混合模拟/数字总线，通信耦合至至少一个主站，和一个或多个过程控制和仪器设备。现场设备，比如阀，阀定位器，开关，发射机，和传感器例如温度，压力，或流速传感器，在该过程中执行不同功能，比如开或关阀或测量过程参数。该过程控制器接收通过该通信总线指示由该现场设备生成的或与其相关的过程测量值或过程变量的信号，基于该接收到的信息实施控制例程，并生成控制信号，该控制信号通过一个或多个总线发送至该现场设备以。
13、用于控制该过程的操作。来自该现场设备和该控制器的信息，对于主站执行的一个或多个应用通常是可用的，以使得操作员可以执行关于该过程的期望的功能，比如查看该过程的电流状态，修改该过程的操作等。0003执行一个或多个过程控制函数的“智能”现场设备，在过程控制工业中盛行。除了在该过程中执行首要功能例如监控温度或控制阀位置，每个智能现场设备包括内存和微处理器。该内存存储有关该设备的数据，该微处理器和该控制器和/或其他设备实施通信，和/或执行例如，自校准，识别，诊断，等次要任务。例如高速可寻址远程传感器，FOUNDATIONTM现场总线，和控制器局域网络CAN协议的一系列标准，开放，数字或混合数字，和模拟通。
14、信协议，被开发以使得不同制造商制造的智能设备，在执行一个或多个过程控制功能时可以和另一个通信。0004控制信号通常通过输入/输出I/O卡，被提供至现场设备，输入输出卡把控制信号转换至适合于被提供控制信号的特定现场设备的期望格式。为了改善控制系统的鲁棒性，控制系统有时使用冗余I/O卡来控制现场设备。在这些控制系统中，当主I/O卡失败时，操作从主I/O卡切换至备用I/O卡。这样的冗余I/O卡配置，通常允许被控制的过程在I/O卡失败无法正常操作时可以继续运行而不产生重大中断。在一些系统中，I/O卡控制器被配置用于周期性地从主I/O卡向备用I/O卡切换，以用于验证备用I/O卡的性能。I/O卡从主I/O。
15、卡切换至备用I/O卡或反之亦然通常导致提供至该现场设备的控制信号的短暂中断。一些现场设备以不期望的方式响应该控制信号中断。例如，如果该被控制的现场设备是阀，阀控制器可控制该阀移动到不期望的位置，潜在地中断该过程。发明内容0005在第一示例性方面，控制信号保护设备在第一或第二操作模式中操作。在该第一操作模式中，该控制信号保护设备在该控制信号保护设备中的一个或多个储能元件中存储说明书CN104137010A2/10页6能量。在该第二操作模式中，该控制信号保护设备使用该存储的能量以维持该设备的输出端上的控制信号，比如倘若在该设备的输入端的控制信号有中断时。在一个实施例中，该信号保护设备包括用于控制该。
16、设备的操作模式的开关电路。在一方面，该控制信号保护设备还包括控制该开关电路的输入电流监控元件。在这方面，在该设备的输入电流低于阈值时，该输入电流监控元件可使得该设备从该第一操作模式切换至该第二操作模式，并且在该输入电流高于该阈值时，可使得该设备从该第二操作模式切换至该第一操作模式。在一些实施例中，该控制信号保护设备包括用于监控该设备的输出端的电压的电压监控元件。在这方面，当操作于该第二操作模式时，并且该设备的输入端的控制信号缺失，该设备可以维持输出电压处于该电压监控元件指示的电压水平。在另一方面，该控制信号保护设备包括监控该设备的输出端电流的电流监控元件。在这一方面，当操作于该第二操作模式时，。
17、该控制信号保护设备可以维持输出电流处于该电流监控元件在该第一操作模式时感应到的电流水平。0006进一步根据该第一示例性方面，该控制信号保护设备还可以包括，任意组合，任意一个或多个该下述优选形式。0007在一个优选形式，该储能元件包括至少一个电容。0008在另一个优选形式，该储能元件包括第一电容和第二电容，且电能从该第一电容和该第二电容被供应至该输出端。0009在另一个优选形式，该开关电路响应于进入该信号保护设备的输入电流的变化，控制该操作模式。0010在另一些优选形式，该控制信号保护设备还包括电流监控电路。当进入该信号保护设备的电流低于阈值时，该电流监控电路使得该控制信号保护设备从该第一操作模。
18、式转换至该第二操作模式，且当进入该信号保护设备的电流高于阈值时，使得该控制信号保护设备从该第二操作模式转换至该第一操作模式。在一个优选形式，该阈值是2MA。0011在另一个优选形式，该控制信号保护设备还包括电压维持元件，其用于在正常操作模式时，对应于输入端两端的电压水平，维持一个滤波后且经缩放的电压。0012在另一个优选形式，在该第二操作模式中，该输出端上的电压被维持为滤波后电压。0013在另一个优选形式，该第一操作模式是正常模式，其中在输入端提供该控制信号，且其中该第二操作模式是保护模式，其中在输入端不提供该控制信号。0014根据第二示例性方面，在过程控制系统中，一种保护提供至现场设备的控制。
19、信号的方法包括提供主站和可通信地把该主站耦合至包括第一卡和第二卡的多个输入输出I/O卡，其中操作被可选地从该第一卡切换至该第二卡。该方法还包括通过该第一卡和该第二卡，从该主站向控制信号保护设备提供控制信号。在操作从该第一卡转换至该第二卡时，该控制信号保护设备从第一操作模式切换至第二操作模式。在一个实施例中，在该第一操作模式，该控制信号保护设备在储能元件中存储电能，在该第二操作模式，把存储于该储能元件的电能供应至该控制信号保护设备的输出端。0015根据该第二示例性方面，该方法还包括，任意组合，任意一个或多个下述优选形式0016在一个优选形式，在该第一操作模式，该控制信号保护设备在储能元件中存储电。
20、说明书CN104137010A3/10页7能，在该第二操作模式，把存储于该储能元件中的电能供应至该控制信号保护设备的输出端。0017在另一个优选形式，在该储能元件中存储电能包括，在第一电容和第二电容中存储能量，且供应电能包括把储存的电能从该第一电容和该第二电容传输至该控制信号保护设备的输出端。0018在另一个优选形式，使得该控制信号保护设备从该第一操作模式切换至该第二操作模式包括，当进入该信号保护设备的电流低于阈值，使得该控制信号保护设备从该第一操作模式转换至该第二操作模式，且当进入该信号保护设备的电流高于阈值，使得该控制信号保护设备从该第一操作模式转换至该第二操作模式。0019在另一个优选形。
21、式，响应于检测到供应至该第二端的电流减少，使得该控制信号保护设备从该第一操作模式转换至该第二操作模式，并响应于检测到供应至该第二端的电流停止减少，使得该控制信号保护设备从该第一操作模式转换至该第二操作模式。0020根据第三示例性方面，一种用于控制过程控制系统中的现场设备的系统包括主站和用于提供控制信号至该现场设备的多个输入/输出I/O卡，所述输入/输出I/O卡被耦合至该主站上。该多个I/O卡包括主I/O卡和备用I/O卡。该系统还包括被配置用于可选地在该主I/O卡和该备用I/O卡之间切换的I/O卡控制器。控制信号保护设备通信耦合至该I/O卡和该现场设备，其中在主I/O卡和备用I/O卡切换操作期间。
22、，该控制信号保护设备维持该信号保护设备的输出端的控制信号。0021根据该第三示例性方面，该系统还可以包括，任意组合，任意一个或多个下述优选形式。0022在一个优选形式，在第一操作模式，该控制信号保护设备被配置用于在储能元件中存储电能，在第二操作模式，把存储于该储能元件中的电能供应至该控制信号保护设备的输出端。0023在另一个优选形式，该储能元件包括至少一个电容。0024在另一个优选形式，该储能元件包括第一电容和第二电容，且电能从该第一电容和该第二电容供应至该控制信号保护设备的输出端。0025在另一个优选形式，该储能元件包括电荷泵。0026在另一个优选形式，该控制信号保护设备还被配置用于监控该控。
23、制信号保护设备输入端的电流水平，且响应于检测到该电流水平低于阈值，把所述控制信号保护设备的操作从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式。0027在另一个优选形式，该控制信号保护设备作为独立于该现场设备的元件被提供。0028根据第四示例性方面，一种具有第一操作模式和第二操作模式的控制信号保护设备，包括连接该信号保护设备至控制系统的第一端，其中该控制系统提供控制信号，和连接该信号保护设备至现场设备的第二端。该控制信号保护设备还包括用于临时累积电能的储能元件，和用于控制该信号保护设备的操作模式的开关电路。在第一操作模式中，该信号保护设备被配置用于在该储能元件中存储电能，检测供应至该第二端的电流水平的。
24、下降，并且响应于检测到供应至该第二端的电流水平的下降，切换至第二操作模式，其中在该第二操作模式中，存储于该储能元件中的电能被供应至该第二端，用于维持该第二端上的期望的电压水平。说明书CN104137010A4/10页8附图说明0029图1示出了一个过程控制系统，其结合了根据本发明的实施例中所公开控制信号保护技术；0030图2示出了一个使用了中断穿越电路的系统示意图；0031图3示出了在一个可能的电路配置中的中断穿越电路的电路图；以及0032图4示出了在另一个可能的电路配置中的中断穿越电路的电路图。具体实施方式0033图1示出了，根据一个实施例，结合根据本发明所公开的控制信号保护技术的过程控制系。
25、统100。该示例过程控制系统100包括有线的工厂自动化网络110，其根据工业自动化协议例如HART，PROFIBUSDP等或其他适用的通信协议操作。有线的工厂自动化网络110包括一个或多个控制器114，其连接至一个或多个主站或计算机111可以是任何类型的个人电脑或工作站并连接至多个输入/输出I/O设备库116，其中每个，依次地，连接至一个或多个现场设备122。控制器114，可以是，仅作举例，FISHERROSEMOUNT系统工厂销售的DELTAVTM控制器，其通过，例如，以太网120或其他通信链接，通信耦合至主站111。同样地，控制器114通信耦合至使用任意适用的，例如标准420MA设备和/或。
26、任何智能通信协议比如现场总线或HART协议的，相关硬件和软件的现场设备122上。通常所知，控制器114实施或监督存储其中或与其相关的过程控制例程，并与设备122通信用于以任何期望方法控制过程。0034现场设备122可以是任意类型的设备，比如阀，阀定位器，开关，传感器例如温度，压力，振动，流速，或PH传感器，泵，风扇，等，或两个或多个这类的组合，同时，卡库116中的I/O卡可以是符合任何适用的通信或控制协议，比如HART，现场总线，PROBUS，等的任意类型的I/O设备。现场设备122在过程和过程控制环中，执行控制，监控，和/或实际功能，例如开或关阀或测量过程参数。在图1所示实施例中，现场设备1。
27、22A122C是标准的420MA设备，在逻辑线路上和I/O卡116A通信。在另一个实施例中，现场设备112A122C是HART设备并且I/O卡116A是HART可兼容I/O卡。在一个实施例中，控制系统100包括HART设备和420MA设备。相应地，在这个实施例中，控制系统100包括一个或多个HART可兼容I/O卡和一个或多个420MA可兼容I/O卡。0035在图1的实施例中，现场设备122D122F是智能设备，比如现场总线现场设备，其在数字总线118上和I/O卡118通信，I/O卡使用了，例如，现场总线通信协议。当然，除了该420MA，HART或现场总线协议外，现场设备122和I/O卡库116。
28、可符合任意适用的标准或协议，包括任意将来发展的标准和协议。0036每个控制器114被配置用于实施通常被称为的功能块的控制战略，其中每个功能块是整个控制例程的一部分例如子例程，和其他功能块结合运行经由通信，该通信被称为链接，以在过程控制系统100中实现过程控制环。功能块通常执行，比如与发射器，传感器或其他过程参数测量设备相关的输入功能，比如与执行PID，模糊逻辑等控制的控制例程相关的控制功能，或控制某些设备，比如阀，操作的输出功能，从而在过程控制系统100中执行实际功能。当然存在混合或其他类型的功能块。这些功能块的组被称为模块。功能说明书CN104137010A5/10页9块和模块可以被存储在控。
29、制器12中并被其执行，当这些功能块被使用，或与标准420MA设备及某些类型的智能设备相关联，或可以被存储在该现场设备本身中并由其实现时，这是很典型的情况，这可以是现场设备的情况。尽管本文提供的该控制系统的描述中使用功能块控制战略，但是该控制战略也可以使用其他方法，比如梯形逻辑，顺序流程图等，并且使用任意适用的专有或非专有的编程语言来实现或设计。0037图2控制系统200的示意图，其中控制信号保护设备被用于维持控制信号以防止控制信号发生中断。控制系统200包括连接至冗余I/O子系统204的主站202。参照图1，在一个实施例中，例如，主站202对应于主站111A或主站111B，并且I/O子系统20。
30、4被包含在I/O卡库116中。I/O子系统204的输出被提供至现场设备220中，以用于控制现场设备220的操作。现场设备220可以是适用的420MA现场设备，比如流压转换器或阀控制器，例如，其可以接受在420MA范围内的控制信号并转换该控制信号成为气动控制信号以用于控制阀的位置。0038I/O子系统204包括冗余配置，其用于为该现场设备220提供冗余控制。特别是，该I/O子系统包括第一I/O卡206A和第二I/O卡206B。I/O卡206A可以是主或激活I/O卡，而I/O卡206B可以是备用I/O卡。I/O卡控制器208可以通过在主卡206A失败时，自动从主卡206A切换操作至备用卡206B，。
31、控制I/O子系统204的操作。此外，I/O控制器208可以被配置为周期性地自动从主卡206A切换操作至备用卡206B，以用于验证备用卡206B的功能。从主卡206A切换至备用卡206B，或从备用卡206B切换至主卡206A，通常，可能造成I/O子系统204输出的控制信号的中断。提供给现场设备220的控制信号中的该中断，可能在受控的过程中产生某些不期望的效果。例如，提供给阀控制器的控制信号的暂时丢失，可能造成该对应阀移动至不期望的位置，因此潜在地扰乱该被控制的过程的正常操作。进一步，在一些情况下，控制信号暂时丢失可使阀控制器造成该阀锁定在安全状态，例如，全开或全关位置，或者在另一个预设位置。例如。
32、，该阀控制器可以与紧急关闭阀相关联，响应于控制信号丢失，可以使得该紧急关闭阀锁定全关位置以用于防止液体流动。在这种情况，回到该阀的正常操作要求操作员手动解锁该阀。0039系统200包括控制信号保护设备210，其串联I/O子系统204和现场设备220。如图2所示，控制信号保护设备210包括一对输入端212和一对输出端214。输入端212把控制信号保护设备210连接至电流环例如420MA电流环，其从I/O子系统204向现场设备220提供控制信号。输出端214把控制信号保护设备210连接至现场设备220的控制信号电流环终端。通常来说，控制信号保护设备210被配置用于，在控制信号保护设备210的输入端。
33、的控制信号丢失或短暂中断的情况时，在特定时间段中，在控制信号保护设备210的输出端214上维持信号水平例如电压水平。为此，控制信号保护设备210可以包括或耦合至存储元件例如电容其可以在控制系统200正常操作时存储足够能量于该存储元件中，并且在设备210输入的控制信号暂时中断时，可以使用该存储能量以维持在设备210的输出端的该控制信号。因此，现场设备220的操作不会被暂时的控制信号丢失影响，或者至少不会被显著影响，比如在主卡206A和备用卡206B之间的操作切换期间。在一个实施例中，例如，通过控制信号保护设备210提供至阀的控制信号将会被维持在该受控阀的关闭阈值以上的足够的水平，因此，在暂时控制。
34、信号中断时，该阀不会被关闭而重设。0040在一个实施例中，控制信号保护设备210通过从该控制信号环例如420MA控制说明书CN104137010A6/10页10信号环中提取少量能量来运行，并将该提取的能量存储在存储元件中，该存储元件被包括在或耦合至信号保护设备210中。在信号保护设备210的正常操作模式，当控制信号出现在控制信号保护设备210的输入处，信号保护设备210在控制保护设备210的输出处显现滤波后的控制信号。因而，在该正常操作模式时，控制信号设备210通常把来自主站202的该控制信号传递至现场设备220，以用于控制现场设备220的操作。在一个实施例中，信号保护设备210被配置用于把来。
35、自主站202的该控制信号传递至现场设备220，而不对该控制信号大量滤波，因此，没有显著延迟提供至现场设备220的该控制信号。进一步，在一个实施例中，控制信号保护设备210被配置用于在控制系统200的正常操作时，从该控制电流环中提取少量能量，只要不扰乱该电流环的操作，并且不显著干扰在该电流环上的通信信号例如HART通信信号。0041在一个实施例中，控制信号保护设备210被配置用于监控输入端212上的输入电流或电压，检测何时该输入电流或电压低于一定阈值，这表示来自I/O子系统204的在控制信号保护设备210的输入上的控制信号丢失。响应于监测到控制信号保护设备210的输入上的控制信号缺失，控制信号保。
36、护设备210被配置为切换到保护操作模式，其中存储于该存储元件中的能量被用于维持控制信号保护设备210的输出端214上的控制信号水平。控制信号保护设备210也被配置为检测输入端212上的被监控的输入电流或电压何时升高过了该阈值，这表示来自I/O子系统204的控制信号已经被重建。当监测到该控制信号已返回控制信号保护设备210的输入，控制信号保护设备210被配置为切换操作至该正常操作模式，其中控制信号保护设备210的输入端212上出现的滤波后的该控制信号被传输到控制信号保护设备210的输出端214上。在另一个实施例中，取代监控终端212上的输入电流或电压，控制信号保护设备210通过检测信号保护设备2。
37、10的输出端214上的输出电流或电压的下降，而进行操作。即，在这个实施例中，检测到的该输出电流或电压的下降可以指示供应至控制信号保护设备210的控制信号丢失。在这个实施例中，控制信号保护设备210不需要包括监控输入端212上的输入电流或电压的功能。当该控制信号被供应至控制信号保护设备212，控制信号保护设备210可以操作在正常操作模式，并且可以响应于检测到的在输出端214上的电流或电压下降，切换操作至该保护模式。0042控制信号保护系统210可以集成到现场设备220。例如，控制信号保护设备210可以被集成到配备给现场设备的用于手动操作该现场设备的本地控制面板，例如可以手工打开或关闭安全关闭阀。。
38、在另一个实施例中，控制信号保护设备210可以被集成到HART过滤设备，其被提供用于帮助在现场设备220和主站202之间的HART通信协议，例如，当现场设备220没有被配置为基于HART通信协议来实施通信。可选地，可以提供现场设备210作为外部部件，其串联控制输入至现场设备220。在一些实施例中，控制信号保护设备210可以是多通道设备，其能为现场设备220的多控制输入，和/或多个现场设备的对应的控制输入，提供控制信号保护。0043如图2所示，控制信号设备210可以通过和I/O子系统204的有线连接接受由I/O子系统204供应的该控制信号，或可以无线接收来自控制站的该控制信号，例如通过冗余有线I/。
39、O卡库。如图1所示，在一个实施例中，现场设备220对应于420MA或HART现场设备122。在另一个实施例中，现场设备220对应于被配置为与主站无线通信的420MA或说明书CN104137010A107/10页11HART现场设备。0044图3示出了对应于控制信号保护设备210的可能的实现的电路300。电路300包括具有正极输入端302A的输入端口302，和具有正极输出端304A的输出端口304。此外，电路300包括接地端303，其耦合至电路300的通用接地。在控制系统中，输入端口302可以被通信耦合至I/O卡子系统的输出。输出端口304可以被连接至现场设备，例如，至阀控制器。即使图3所示的电。
40、路300是具有通用接地终端303的三终端设备，在一些实施例中，电路300可以被实现为具有一对输入端和一对输出端的四终端设备。在这些实施例中，例如，可以为输入端口302和输出端口304分别提供接地终端。0045在操作中，电路300抽取或获取少量由穿过电路300的电流产生的电能，并在电路300中的存能元件中存储这些抽取的能量，在输入端302上发生进入电路300的电流的短中断时，例如因为I/O卡切换操作而暂时控制信号丢失时，使用被存储的能量用于维持输出端304A上的期望电压水平。可选地，在电路300的输入电流中断时，类似于电路300的电路可以使用该存储的能量供应期望的电流而不是电压至输出端304。0。
41、046电路300可以包括第一开关308和第一电流控制设备312。每个设备308和312可以是金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，不同类型的晶体管，或任意业内已知的电子开关。可提供第一运放OPAMP306用于控制开关308的运行状态，可提供第二运放310用于控制设备312中的电流。可以理解，在一些实施例中，可使用分立晶体管作为控制元件，代替运放306和310，用于控制设备306和308的操作。0047当进入电路300的电流足够高例如大于2MA，电路300可以运行在正常操作模式，供应该电流至输出端304。在该正常操作模式，运放306的输出足够高以保持开关308在开启状态。因此，运放310的输。
42、入可以使得运放310运行在饱和状态。如图所示，运放310的输出被用于控制设备312中的电流。特别是，运放310的饱和状态维持设备312中的电流等于或接近0MA。0048继续参照图3，提供电容314和电容316用于在电路300的正常操作模式时存储能量，用于在提供至电路300的控制信号暂时中断时，维持输出端304A上的输出电压。为了在电路300的正常操作模式时，以不干扰该电路的正常操作的足够低速，在电容314和316中存储能量，例如保持电路300造成的延迟足够低，或者不干扰该环上的正常通信例如HART通信，在电容314，316上的储能速率由电阻320和318分别控制。作为如图3所示的用于储能的双电。
43、容配置的替代，在一些实施例中，可使用单电容作为电路300的储能元件。可选地，可使用另一些储能方法。例如，可使用电荷泵CHARGEPUMP或电感升压电路INDUCTIVEBOOSTCIRCUIT。在这些实施例中，可以高于电路300的输入端302上的电压水平来存储能量。0049为了控制电路300的操作模式，可以用电流监控电路监控进入电路300的电流。在图3所示实施例中，该电流监控电路包括电阻340，342和344和电容346的结合，电容346耦合至运放306的输入端上。当进入电路300的输入电流低于一定阈值例如低于2MA该电流监控电路使得电路300从电路300的正常操作模式切换操作至电路300的保。
44、护操作模式。在该保护操作模式，在进入电路300的电流的中断的期间，电路300的输出端304的电压被维持在期望水平。因为很少或没有电流进入电路300，在这个操作模式，运放306的输入端上的电压差明显变小，从而运放306的输出控制开关308转变到关闭状态。开关说明书CN104137010A118/10页12308的关闭状态依次导致运放310的输入电压为0或接近0，如果输出端304的输出电压保持不变。输出端304上的电压下降，比如因为输入端302上的控制信号丢失，将导致运放310的正极端的电压大于运放310的负极端的电压，导致运放310的输出的电压下降。运放310的输出端的电压下降将会，依次地，造成。
45、设备312开始从电容314的负极端至电容316的正极端传导电流。因此，存储在电容314和316中的能量被供应至输出端304A。换而言之，当运行在保护模式，电路300通过在设备312中调节THROTTLE电流，从而使得输出端304上的电压被维持在至少与，当电路300被转变至该保护模式前运行在正常模式时，输出端304上的电压基本上一样的水平。0050在电路300的保护操作模式中，电路300的输出端304上的被维持的电压水平，由电路300中包含的电压维持元件决定，比如电容326。电容326上的电压是出现在输出端304上的电压的经缩放和经滤波的电压信号。因此，当该电路从正常操作模式被转变至保护操作模式。
46、时，电路300的输出端304的电压被维持在该输入电流中断前的例如在正常操作模式输出端304上的缩放电压水平。因此，在电路300的输出端302的控制信号中断时，输出端304上的电压，和供应至被耦合至输出端304的负载上的电流，没有显著变化。0051随后，当控制信号返回至电路300，比如在I/O子系统204中图2，从主I/O卡206A切换至备用I/O卡206B的切换完成，电路300的输入端302上的电流增加并超过由电路300的电流监控元件决定的阈值。当输入电流高于该阈值水平例如高于2MA，运放306和310控制对应的开关308和312转变至开启状态。因此，在这个例子中，电路300返回至正常操作模式。
47、。0052在一些实施例中，电路300还包括额外元件用于在电路300中出现瞬变噪声或干扰时，改进电路300的性能和/或增加电路300的鲁棒性。例如，图3所示电路300的实现包括齐纳二极管328，330，其分别连接于电路300中的输入端302和输出端304上。齐纳二极管328，330被提供用于保护电路300免于电路300中输入和输出端上的瞬变干扰。电容332可被提供用于对供应至运放306和310的电压实施滤波，以用于改进运放306和310的性能。进一步，齐纳二极管334和电阻338被用于向运放306和310提供期望的电压限制的电能。为此，齐纳二极管334和电阻338可根据所使用的特定运放306和3。
48、10指定的最大电压而选择。需要注意的是，这些额外元件对电路300的正常运行是非必需的，在一些实现中，至少一些额外元件在电路300中被去除。0053图4示出了对应于控制信号保护设备210的另一种可能的实现的电路400。电路400通常类似于电路300，并且以类似电路300的方法运行。然而，电路400省略了电路300的输入电流监控部分，而替代地监控在电路400的输出端上的电流或电压水平。因此，电路400被配置用于，根据检测或传感到的在电路400的输出上的输出电流或电压的变化，在该正常操作模式和保护操作模式之间转换。0054电路400包括具有正极输入端402A的输入端口402，和具有正极输出端404A。
49、的输出端口404。此外，电路400包括接地端403，其可以耦合至电路400的通用接地。输入端口402可以通信耦合至控制系统中的I/O卡子系统的输出。输出端口404可以连接至现场设备，例如至阀控制器。即使电路400在图4中被示意为具有通用接地端403的三终端设备，在一些实施例中，电路400可以被实现为具有一对输入端和一对输出端的四终端设备。例如，在这些实施例中，为输入端口402和输出端口404提供分别的接地端。说明书CN104137010A129/10页130055电路400可以包括输入端对402和输出端对404。输入端对402可以耦合至控制系统中的I/O卡子系统的输出端。输出端304可以连接至现场设备，例如阀控制器。电路400的运作类似于电路300，在电路400的正常操作模式时，电路400抽取或获取少量由穿过电路400的电流产生的电能，在电路400的保护操作模式时，向输出端404供应该收获的能量。0056电路400可以包括第一开关设备406和第二开关设备408。每个开关设备406和408可以是金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，不同类型的晶体管，或任意业内已知的其他电子开关。电路400也可以包括电容414和电容416，用于在电路400的正常模式时存储能量。通常来说，在电路400的正常操作模式时，电路400在电容414，416中累积能量，响应于检测到降低，比如输出端404A上。