CN104635566A - 多种替选的自动化输入系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及多种替选的自动化输入系统和方法。提供了用于使用自动化控制器来控制和监视机器或处理的部件和设备，其中，自动化控制器能够接收来自数字源、模拟源或热敏电阻器源的输入。在一种实施方式中，自动化控制器可以包括第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子。第一输入端子和第二输入端子可以接收来自模拟传感器和数字传感器的输入信号，并且第二端子和第三端子可以接收来自热敏电阻器的输入信号。

Description

多种替选的自动化输入系统和方法

技术领域

本公开内容总体涉及自动控制系统(例如在商业或工业背景中使用的那些系统)领域。更具体地，本公开内容的实施方式涉及用于自动化控制器以从可变类型的输入源接收输入的技术。

背景技术

自动化控制器是用于控制工业自动化等的专用计算机。在所存储的程序的引导下，自动化控制器的处理器检查反映受控处理的状态的一系列输入(例如至自动化控制器的电输入信号)并且基于用于影响对受控处理的控制的分析和逻辑来改变输出(例如来自自动化控制器的电输出信号)。所存储的控制程序可以以一系列执行周期来连续地执行、周期地执行或基于事件来执行。由自动化控制器从受控处理接收的输入和由自动化控制器发送至受控处理的输出一般传送经过一个或更多个I/O设备，其中I/O设备是自动化控制系统的用作自动化控制器与受控处理之间的电接口的部件。然而，在一些实施方式中，自动化控制器的输入和输出可能不需要传送经过I/O设备。这可能在可以具有已经内置于控制器中的I/O功能的小型自动化控制器中发生。

传统自动化控制器支持模拟输入和数字输入二者。自动化控制器提供在固定的时间窗内影响输入以提供期望的输出的处理。然而，诸如热敏电阻器等其他设备作为至传统自动化控制器的输入是不兼容的。例如，因为热敏电阻器需要电源以适当地运行，所以热敏电阻器信号在从热敏电阻器发出的信号可以输入至自动化控制器中之前必须行经另一设备。现在认识到，提供一种将热敏电阻器信号输入至自动化控制器中的更有效的方法是有益的。这样，期望得到一种提供关于模拟输入、数字输入及热敏电阻器输入的输入功能的自动化控制器。

发明内容

在一种实施方式中，自动化部件包括第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子，其中，第一输入端子可以接收来自模拟传感器或数字传感器的输入，第二输入端子可以接收来自模拟传感器、数字传感器或热敏电阻器的输入，以及第三输入端子可以接收来自热敏电阻器的输入。

在另一实施方式中，自动化控制器可以包括第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子，第一输入端子和第二输入端子可以接收来自模拟传感器和数字传感器的输入信号，以及第二输入端子和第三输入端子可以接收来自热敏电阻器的输入信号。

在又一实施方式中，自动化部件可以包括第一输入端子、第二输入端子、电阻器、第三输入端子和电源，其中，第一输入端子可以接收来自模拟传感器或数字传感器的输入，第二输入端子可以接收来自模拟传感器、数字传感器或热敏电阻器的输入，电阻器可以跨接在第一输入端子和第二输入端子上，第三输入端子可以接收来自热敏电阻器的输入，以及电源可以耦接至第三输入端子并且可以在耦接至第三输入端子时向热敏电阻器供电。

附图说明

本发明的这些以及其他特征、方面和优点将在参照附图阅读以下的详细说明时变得更好理解，在全部附图中相同的附图标记表示相同的部分。在附图中：

图1是表示根据本技术的实施方式的适于与模拟、数字和热敏电阻器信号输入兼容的自动化控制器系统的示意图；

图2是表示根据本技术的实施方式的具有来自模拟、数字和热敏电阻器输入的输入路径的自动化控制器的电路图；以及

图3为根据本技术的实施方式的与自动化控制器相关联的示例性步骤或逻辑的流程图。

具体实施方式

以下将对一种或更多种具体实施方式进行描述。为了提供对这些实施方式的简洁描述，在说明书中并非对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，在任何这类实际实现的开发中，如同在任何工程或者设计方案中一 样，必须作出大量与具体实现相关的决策来达到开发者的具体目标，例如遵从与系统相关的并且与商业相关的约束，这些约束可能根据不同的实现而变化。而且，应当理解，如此的开发工作可能是复杂的和耗时的，但是对于将受益于本公开内容的普通技术人员而言，这仍然只是设计、加工和制造的例行工作。

在介绍本发明的各种实施方式的要素时，冠词“一(a)”、“一个(an)”、“该(the)”和“所述(said)”意在表示存在一个或更多个要素。术语“包括(comprising)”、“包含(including)”和“具有(having)”意为包括性的，并且表示除了所列要素之外还可以存在另外的要素。

图1为表示自动化控制器系统10的示意图。自动化控制器系统10可以包括由自动化控制器14控制的受控且受监视的机器或处理12。受控且受监视的机器或处理12可以采取许多形式，并且包括用于实现许多不同目的的设备。例如，受控且受监视的机器或处理12可以包括：供暖、通风和空调(HVAC)单元；压缩机站；炼油厂；用于制作食物的分批操作以及机械化装配线等。相应地，受控且受监视的机器或处理12可以包括诸如电机、阀门、执行器、温度元件、压力传感器等多种操作部件，或者大量制造、处理、材料处理以及其他应用。此外，受控且受监视的机器或处理12可以包括用于通过自动化和/或观测来调节处理变量的控制和监视装备。

另外，在一种实施方式中，受控且受监视的机器或处理12可以直接将输出信号发送至自动化控制器14并且可以直接从自动化控制器14接收输入信号。在其他实施方式中，受控且受监视的机器或处理12可以经由输入/输出(I/O)模块16将输出信号发送至自动化控制器14。此外，受控且受监视的机器或处理12可以经由I/O模块16从自动化控制器14接收输入信号。自动化控制器14可以不需要I/O模块16来与受控且受监视的机器或处理12进行交互。在该情形下，自动化控制器14与受控且受监视的机器或处理12之间的连接可以是直接的，或者该连接仍可以通过I/O模块16而发生。

例如，所示受控且受监视的机器或处理12包括执行器18和传感器20。执行器18可以包括适于响应于来自控制器(例如自动化控制器14)的信号而执行机械动作的任意数量的设备。传感器20可以包括适于提供关于处理条件的信息的任意数量的设备。执行器18和传感器20可以被用于操作处理装备。事实上，它们可以被用于由自动化控制器14监视并控 制的处理回路中。这样的处理回路可以基于处理输入(例如来自传感器20的输入)而被激活，或者基于通过网络22接收的、源自远程控制和监视系统24的直接的操作员输入而被激活。另外，如上所指出的，可以通过与自动化控制器14进行直接交互而实现对制动器18和传感器20的利用。此外，还可以通过将信号馈送通过I/O模块16并且随后到达自动化控制器14中来实现对执行器18和传感器20的利用。

而且，热敏电阻器26可以用作用于控制受控且受监视的机器或处理12的机制的自动化控制系统10中的传感器20中的一个。热敏电阻器26可以是一种类型的电阻器，该类型的电阻器具有可以取决于热敏电阻器26周围的温度而变化的电阻。这样，热敏电阻器26的电阻可以随着温度增加而增加或者随着温度的增加而减小。例如，其电阻在温度增加时增加的热敏电阻器26可以被称为正温度系数(PTC)热敏电阻器，而其电阻在温度减小时增加的热敏电阻器26可以被称为负温度系数(NTC)热敏电阻器。自动化控制器14可以进行编程以使得能够使用PTC热敏电阻器和NTC热敏电阻器二者。

再者，可以注意到，自动化控制器14可以包括如图1所示的处理器P。如上所述的处理器P可以检查输入，并且基于对受控且受监视的机器或处理12的控制产生影响的分析和逻辑来确定输出什么。当热敏电阻器26正在向自动化控制器14提供输入时，处理器P可以查阅包括查找表LUT的存储器部件M。存储器M可以存储查找表LUT，查找表LUT可以包括热敏电阻器26的电阻值以及可能与该电阻值对应的一组温度值。以此方式，自动化控制器14可以确定恰当的输出信号以与执行器18进行交互并且对受控且受监视的机器或处理12进行控制。

例如，以下表1中所呈现的查找表LUT的一种实施方式可以表示所确定的热敏电阻器26的电阻与对应于该电阻26的温度值之间的关系。表1仅是说明性的，并不意在作为热敏电阻器26查找表LUT的穷举列表。具有不同查找表LUT的其他热敏电阻器26也可以用于本文中所描述的技术。

表1：热敏电阻器电阻温度查找表

而且，在另一实施方式中，处理器P可以执行涉及特定类型的热敏电阻器26的等式以确定在任意给定时间处与所测量的热敏电阻器26的电阻值对应的温度值。可以由处理器用来根据热敏电阻器26的电阻来确定温度的等式可以是Steinhart-Hart等式。Steinhart-Hart等式可以用于对热敏电阻器26的温度测量值进行近似。等式可以如下所示：

$\frac{1}{T}=\mathrm{\α}+b\ln \left(R\right)+c\ln {\left(R\right)}^3---\left(1\right)$

其中，T可以是温度近似值，R可以是所确定的热敏电阻器26的电阻，以及a、b和c可以是取决于特定热敏电阻器26的常数。另外，还可以使用用于对温度测量值进行近似的其他等式。

现在参照图2，示出了自动化控制器14的电路图。自动化控制器14可以从图1的受控且受监视的机器或处理12接收模拟输入28、数字输入30或热敏电阻器输入32。而且，自动化控制器14可以向受控且受监视的机器或处理12提供输出信号以控制机器或处理12。模拟输入28和数字输入30二者可以共享自动化控制器14上的负极端子34。此外，模拟输入28、数字输入30和热敏电阻器输入32可以全部共享自动化控制器14上的正极端子36。另外，在自动化控制器14中可以存在有在一端耦接至正极端子36并且在另一端耦接至负极端子34的电阻器38。再者，热敏电阻器输入32可以耦接至+10V调节电力端子40。+10V调节电力端子40可以通过电力电路42调节至+10V输出。换言之，可以向热敏电阻器26提供恒定DC电源以便于自动化控制器14确定在热敏电阻器26上的压降。还可以注意，如果热敏电阻器26使用不同的电压运行，则电力电路42可以提供除了+10V DC供电以外的许多不同的电压。而且，电力电路42可以包括调压器，该调压器可以使+10V调节电力端子40的DC电力输出稳定。这样，自动化控制器14可以使用不超过三个的端子从三个不同类型的源接收输入。

在至少一种实施方式中，在热敏电阻器26被耦接至+10V调节电力端子40和正极端子36时，+10V调节电力端子40可以向热敏电阻器26供电。热敏电阻器26的电阻可以通过测量在热敏电阻器26上的压降来确定。一旦压降被确定，则可以使用以下公式来求解热敏电阻器26的电阻：

$R_T=\frac{R_{38}\·10V}{V_D}-R_{38}---\left(2\right)$

其中，V_D可以是在热敏电阻器26上的压降，R₃₈可以是电阻器38的固定电阻，R_T可以是热敏电阻器26的电阻，以及10V可以是+10V调节电力端子40输出的电压。这样，当电阻器38的电阻确定时，处理器P可以使存储器M的查找表LUT中的电阻与对应的温度配对。

另外，自动化控制器14可以接收来自PTC热敏电阻器和NTC热敏 电阻器二者的输入。取决于何种类型的热敏电阻器26正在将输入提供到自动化控制器14中，自动化控制器的处理器能够查询存储在自动化控制器14的存储器M中的若干查找表中的可能对应于特定热敏电阻器26的一个查找表。以此方式，自动化控制器14可以在从若干不同类型的热敏电阻器26接收热敏电阻器输入32的情况下向受控且受监视的机器或处理12提供精确的温度控制。

此外，为了精确测量热敏电阻器输入32，可以对自动化控制器14进行校准。针对热敏电阻器输入32来校准自动化控制器14，可以通过使正极端子36与+10V调节电力端子40之间的热敏电阻器26周围的导线短路来实现。在另一实施方式中，在对自动化控制器14的校准期间，导线可以用于仅仅输入到正极端子36和+10V调节电力端子40中(即没有热敏电阻器26)。跨短路所测量的电阻值可以能够实现对自动化控制器14的校准。相应地，可以在自动化控制器14的处理器查询查找表以确定对应的温度之前，从热敏电阻器输入32的电阻中减去短路的测量电阻。

在另一实施方式中，自动化控制器14可以用于测量跨接在正极端子36和+10V调节电力端子42上的电阻器的电阻。以与确定热敏电阻器26的电阻相类似的方式，自动化控制器14的处理器可以通过测量从+10V调节电力端子42至正极端子36的压降来确定电阻器的电阻。处理器然后可以执行以上等式2，其中R_T可以表示电阻器的电阻而非热敏电阻器26的电阻。以此方式，自动化控制器14可以用作欧姆计。

此外，可以类似地使用跨正极端子36和+10V调节电力端子42的短路来实现对自动化控制器14的欧姆计功能的校准。短路可以按照与已经就位的电阻器并联的方式发生，或者短路可以是仅仅到端子36和端子42的输入。如上所述，自动化控制器14的处理器可以从耦接在正极端子36与+10V调节电力端子42之间的电阻器的测量电阻中减去跨短路所测量的电阻。而且，可以再次使用等式2来确定短路的电阻，其中R_T可以表示短路的电阻。

此外，在又一实施方式中，向自动化控制器14提供模拟输入28或数字输入30的有源传感器(例如有源压力传感器)可以由恒定DC电源来供电。在该实施方式中，有源传感器可以使用+10V调节电力端子40作为恒定DC电源。这样，有源传感器可以使用自动化控制器14的所有三个端子34、36和40。

图3示出了自动化控制器14与模拟输入28、数字输入30或热敏电 阻器输入32进行交互的示例性步骤或逻辑44。最初，可以为自动化控制器14选择一种类型的输入以进行接收。在框46处，可以在模拟输入28与数字输入30之间进行选择。此外，因为模拟输入28和数字输入30每一个都可以使用自动化控制器14的正极端子36和负极端子34，所以可以将用于这两个输入28和30的步骤或逻辑44一起进行讨论。这样，可以为自动化控制器14选择输入类型以确定响应于输入的恰当的输出。

在选择了输入可以是模拟还是数字之后，在框48中可以将模拟输入28或数字输入30在电阻器38的两端连接至正极端子36和负极端子34。如上所述，模拟输入28和数字输入30二者可以使用自动化控制器14的正极端子36和负极端子34二者。为此，自动化控制器14可以是能够通过软件程序(例如Connected Components Workbench^TM)而进行编程的，以对自动化控制器14可以接收的输入的类型进行编程。

随后，在框50中，软件程序可以能够对自动化控制器14接收的输入进行校准或配置。对于模拟输入28，软件程序可以能够设置输入增益和输入偏移。对输入增益或输入偏移进行操纵可以实现通过添加或消除增益或偏移对输入信号进行校准，以便于消除来自输入的任何增益或偏移误差。此外，对于数字输入30，软件程序可以设置阈值或滞后值，该阈值或滞后值可以限制由于数字输入30中的噪声而产生的误差。

现在转向热敏电阻器输入32，在框52中，将热敏电阻器26选择为至自动化控制器的输入。因为热敏电阻器输入32可以在正极端子36与+10V调节电力端子40之间，所以热敏电阻器26可以仅使用模拟输入28和数字输入30共用的一个端子。这可以使得自动化控制器14能够确定当仅正极端子36和+10V调节端子40在使用中时热敏电阻器输入32正在被接收。

接着，在框54中，可以将热敏电阻器26连接至正极端子36和+10V调节电力端子40。还可以注意，在一些实施方式中，如果自动化控制器14可以被用作以上所述的欧姆计，则可以用电阻器来代替热敏电阻器26。此外，在框56中，可以对自动化控制器14进行校准或配置。相应地，可以通过以上所述的在正极端子36与+10V调节电力端子40之间的短路，来针对热敏电阻器输入32校准自动化控制器14。在框50中，可以使用软件程序来实现校准或配置，该软件程序还可以对模拟输入28或数字输入30进行校准或配置。软件程序可以使用软件程序中的功能块来校准热敏电阻器输入32。相应地，可以对功能块进行编程以接收与跨热敏电阻 器26端子的短路对应的电阻测量值，并且向自动化控制器14提供可以限制热敏电阻器输入32中的电阻误差的恰当的校准。

在框50或框56中可以实现校准和配置之后，在框58中，自动化控制器14可以接收输入，以确定在控制机器或处理12时可以发生什么操作。对于模拟输入28或数字输入30，自动化控制器14可以接收输入并且基于输入来输出操作命令。另一方面，自动化控制器14可以在接收热敏电阻器输入32时使用额外的步骤以基于热敏电阻器输入32来确定恰当的操作命令。例如，在框60中，自动化控制器14可以将热敏电阻器输入32转换成热敏电阻器26的电阻，并且查阅自动化控制器14的存储器中的查找表以向电阻分配温度。框60可以使自动化控制器14能够基于对应于热敏电阻器输入32的温度来确定用于受控且受监视机器或处理12的恰当的操作命令。

此外，在自动化控制器可以用作以上描述的使用在电阻器情形下的热敏电阻器输入32的欧姆计时，自动化控制器14可以接收输入并且通过发送所确定的要被显示在远程控制和监视系统24上的电阻值来进行操作。以类似的方式，自动化控制器14可以给远程控制和监视系统24提供由热敏电阻器26所观测的温度的实时馈送。这样，用户可以恒定地或间断地监视受控且受监视的机器或处理12的温度异常。

虽然本文已经示出并描述了本发明的仅仅某些特征，但是本领域的技术人员将可以进行许多修改和改变。因此，要理解的是，所附权利要求意在涵盖落在本发明的真实精神范围内的所有这样的修改和改变。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年11月12日提交的新加坡专利申请No.201308400-9的权益。

Claims (20)

1.一种自动化部件，包括：

第一输入端子，所述第一输入端子被配置成接收来自模拟传感器或数字传感器的输入；

第二输入端子，所述第二输入端子被配置接收来自所述模拟传感器、所述数字传感器或热敏电阻器的输入；以及

第三输入端子，所述第三输入端子被配置成接收来自所述热敏电阻器的输入。

2.根据权利要求1所述的自动化部件，其中，所述自动化部件包括在操作中对机器或处理进行控制的自动化控制器，并且其中，所述第一输入端子、所述第二输入端子和所述第三输入端子被设置在所述自动化控制器上。

3.根据权利要求1所述的自动化部件，包括跨接在所述第一输入端子和所述第二输入端子上的电阻器。

4.根据权利要求1所述的自动化部件，包括电源，所述电源耦接至所述第三输入端子并且被配置成在耦接至所述第三输入端子时向所述热敏电阻器供电。

5.根据权利要求4所述的自动化部件，其中，所述电源提供10V调节电力以操作所述热敏电阻器。

6.根据权利要求1所述的自动化部件，其中，所述自动化部件被配置成将从耦接至所述第二输入端子和所述第三输入端子的热敏电阻器接收的信号转换成温度值。

7.根据权利要求6所述的自动化部件，其中，所述自动化部件参照所存储的查找表将从耦接至所述第二输入端子和所述第三输入端子的热敏电阻器接收的信号转换成所述温度值。

8.根据权利要求6所述的自动化部件，其中，所述温度值在约-40℃与155℃之间。

9.根据权利要求6所述的自动化部件，其中，所述自动化部件使用近似等式对从所述热敏电阻器接收的信号进行转换以计算所述温度值的近似值。

10.根据权利要求1所述的自动化部件，其中，所述自动化部件被配置成通过输入/输出模块耦接至所述模拟传感器、所述数字传感器或所述热敏电阻器。

11.一种自动化控制器，包括：

第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子，所述第一输入端子和所述第二输入端子被配置成接收来自模拟传感器和数字传感器的输入信号，并且所述第二输入端子和所述第三输入端子被配置成接收来自热敏电阻器的输入信号。

12.根据权利要求11所述的自动化控制器，其中，所述输入能够通过自动化控制器软件程序进行配置。

13.根据权利要求12所述的自动化控制器，其中，使用所述自动化控制器软件程序来建立所述输入的增益或偏移。

14.根据权利要求12所述的自动化控制器，其中，使用所述自动化控制器软件程序对来自所述热敏电阻器的输入信号进行校准。

15.根据权利要求12所述的自动化控制器，其中，所述第二输入端子和所述第三输入端子被配置成接收电阻器的两端，并且所述自动化控制器软件程序将所述自动化控制器配置成测量所述电阻器的电阻。

16.根据权利要求11所述的自动化控制器，其中，所述自动化控制器被配置成接收来自所述热敏电阻器的输入信号并且使用来自所述热敏电阻器的输入信号来控制供暖、通风和空调(HVAC)系统。

17.一种自动化部件，包括：

第一输入端子，所述第一输入端子被配置成接收来自模拟传感器或数字传感器的输入；

第二输入端子，所述第二输入端子被配置成接收来自所述模拟传感器、所述数字传感器或热敏电阻器的输入；

电阻器，所述电阻器跨接在所述第一输入端子和所述第二输入端子上；

第三输入端子，所述第三输入端子被配置成接收来自所述热敏电阻器的输入；以及

电源，所述电源耦接至所述第三输入端子并且被配置成在耦接至所述第三输入端子时向所述热敏电阻器供电。

18.根据权利要求17所述的自动化部件，其中，所述自动化部件参照所存储的查找表将从耦接至所述第二输入端子和所述第三输入端子的热敏电阻器接收的信号转换成温度值。

19.根据权利要求17所述的自动化部件，其中，通过创建横跨所述第二输入端子至所述第三输入端子的短路、确定所述短路的电阻并且从所述热敏电阻器的电阻减去所述短路的电阻来对热敏电阻器输入进行校准。

20.根据权利要求17所述的自动化部件，其中，所述第二输入端子和所述第三输入端子被配置成接收来自正温度系数热敏电阻器和负温度系数热敏电阻器二者的输入。