监视和切换负载电路的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于监视和切换负载电路的装置和方法，因而涉及一种包括负载电路电源和负载的电流电路，其中可以由负载开关切换特别是闭合或切断该电流电路。
【背景技术】
[0002]在过程自动传感器和/或致动器(或者效应器等等)的领域中，控制器频繁地经由点到点连接来控制这样的转换器(或者驱动元件、控制元件)，所述转换器将大部分以电信号的形式存在的控制器(例如控制计算机)的命令转换为力、运动或其它物理效应(诸如压力或温度变化)。接口组件(接口)被频繁地布置在实际控制器和传感器或致动器之间设置，该传感器或致动器将由控制器发出的信号的电属性适配于传感器或致动器要接收的信号由于这些传感器或致动器的构造和功能模式引起的所需的属性。在这些情况下，控制器位于接口的控制侧上，而接口背向控制器的一侧称为现场侧。
[0003]术语“线路故障透明度”被理解为是这样的系统的功能，该功能保证在接口的现场侧上的布线中的、例如线路破损或短路的故障被发射到其控制侧，使得控制器可以检测该故障，并且其中，该故障理想上以对于控制器相同的方式在控制侧上显现示其本身，就好像在现场侧上产生的该故障存在于接口的控制侧上。一系列传统控制器事实上提供了下述可能:检测在直接连接到控制器的现场装置的布线中的诸如线路破损或短路的故障。
[0004]如果在控制器和现场装置之间切换接口，则控制器可以仅检测到在接口的控制侧上的电缆连接中的故障而不是在接口的现场侧上的故障。在下述情况下这特别有问题:将接口布置得接近控制器，因为在接口和现场装置之间的相对长的电缆部分保持未被监视。
【发明内容】
[0005]因而，可以看出本发明的目标在于指示一种技术教导，通过这种技术教导尽可能地改善概述的情况。
[0006]通过具有权利要求1的特征的装置以及通过具有权利要求14的特征的方法实现该目标。
[0007]下面特别参考从属权利要求和附图将描述本发明的优选实施例。
[0008]根据本发明，提供一种用于监视和切换负载电路的装置，
[0009]-具有输入部分和输出部分，
[0010]-具有切换输入端，用于将控制器连接至输入部分，
[0011]-具有切换输出端，用于将至少一个负载电路与至少一个负载连接以被切换至输出部分，
[0012]-具有至少一个负载开关，用于切换一一特别是接通和关断一一所述至少一个负载，
[0013]-具有第一故障检测电路，第一故障检测电路与负载电路并联，用于检测负载电路中的故障，并且
[0014]-具有第二故障检测电路，第二故障检测电路与负载电路串联，用于检测负载电路中的故障。
[0015]其中，输入部分具有将经由切换输入传入的控制器的切换命令转换为负载开关的切换处理的输入电路。第一故障检测电路和第二故障检测电路每个都生成中间故障信号，所述中间故障信号逻辑上链接在逻辑电路中，以产生总体故障信号。总体故障信号从输出部分被发射至输入部分，并且经由切换输入使得总体故障信号可用于评估。
[0016]优选地，根据本发明的用于监视和切换负载电路的装置或其优选实施例中的一个作为接口，在控制器和要在现场侧上控制的单兀因而特别是传感器或致动器之间切换，或者是这种接口的组成部分。在这种意义上，下文也参考根据本发明的接口。
[0017]在本上下文中，负载电路应被理解为包括(不必为欧姆)负载和负载电路电源，因而是电能源的电流电路，其允许电流特别是直流电流或交流电流在负载电路中流过负载。负载电路是要在装置的现场侧上控制的单元中一一因而特别是传感器中或致动器中的电流电路。
[0018]在本上下文中，负载应被理解为任何普通的一一特别是也为非欧姆的一一耗电器。
[0019]在本上下文中，负载开关应被理解为一种用于切换负载或负载电路中的电流一一特别是用于接通和关断负载或者负载电路中的电流一一的装置。
[0020]在本上下文中，用于监视负载电路的装置应被理解为一种电子电路或电路，其确保要在装置的现场侧上监视的负载电路中的故障一一特别是断路或短路一一优选地以与控制器的装置的控制侧上的故障——特别是断路或短路——相同的方式显现自身。
[0021]在本上下文中，根据本发明的装置的输入部分一一特别是根据本发明的接口一一应被理解为控制器经由切换输入与其连接或可以经由切换输入与其连接的子装置，特别是子电路。输入部分经由切换输入接收控制器的切换命令，从根据本发明的装置的输出部分接收故障信号，并且使得所接收到的故障信号经由切换输入端可用于控制器以用于评估。优选地，这以根据所接收到的故障信号切换的输入部分中的可切换无负载电流形式发生。可通过这种电路特别简单且有效地实现线路故障透明度的目标，特别是在根据本发明的装置的输入部分提供限定无负载电流。
[0022]在本上下文中，根据本发明的装置的输出部分一一特别是根据本发明的接口一一应被理解为具有至少一个负载的、要控制的至少一个单元的至少一个负载电路经由切换输出所连接或所可以连接到的子装置，特别是子电路。输出部分具有至少一个负载开关，以切换优选地与输入部分的输入电路有源连接的至少一个负载，其中输入电路将经由切换输入传入的控制器的切换命令转换为负载开关的切换处理。
[0023]在本上下文中，切换输入应被理解为根据本发明的装置的输入部分一一特别是根据本发明的接口一一的至少一个导电端子触点，输入部分并且因而所述装置经由其或者可以经由其连接至控制器。
[0024]在本上下文中，切换输出应被理解为根据本发明的装置的输出部分一一特别是根据本发明的接口一一的至少一个导电端子触点，输出部分并且因而所述装置经由其或者可以经由其连接至负载电路。
[0025]在本上下文中，输入电路应被理解为根据本发明的装置的输入部分一一特别是根据本发明的接口一一的子电路，其将经由切换输入传入的控制器的切换命令转换为负载开关的切换处理。优选地，这种输入电路具有至少一个继电器，以切换至少一个电路开关。
[0026]在本上下文中，控制器的切换命令应被理解为输入电路经由控制器的切换输入接收的，并且优选地在输出电路的帮助下转换为负载开关的切换处理的电信号、多个同时电信号和/或电信号的时间序列。
[0027]在本上下文中，故障信号应被理解为电，特别是电磁、机械、光学或光电信号或者这样的信号的组合或者这样的信号的时间序列，其意在指示负载电路中的故障。中间故障信号应被理解为根据本发明的装置的输出部分一一特别是根据本发明的接口一一中的这种故障信号。所发射的故障信号或总体故障信号应被理解为根据本发明的装置的输入部分一一特别是根据本发明的接口一一中的这种故障信号。
[0028]在本上下文中，故障检测电路应被理解为电连接优选地串联或并联连接至少一个负载电路，并且如果在该至少一个负载电路中产生或存在故障就生成故障信号的电路或电子电路。
[0029]在本上下文中，故障信号的评估应被理解为优选地通过控制器或所述控制器处理该故障信号，其在控制器中的结果影响控制器关于切换由控制器切换的至少一个负载电路中的至少一个负载的控制器的操作模式。
[0030]在本上下文中，无负载电流和无负载电流路径应被理解为在根据本发明的装置的控制侧上流动的可切换电流，或者用于生成可切换无负载电流的电路布置。无负载电流的流动优选地向控制器指示在负载电路中不存在断路。
[0031]在本上下文中，负载电路中的故障特别应被理解为负载电路中的断路或者短路。
[0032]如果例如由于电缆有缺陷或者插入连接松脱，线路在电流电路中的一点处断开，就存在断路。这在所有操作状态下都防止电流流动，并且因而原则上非常易于检测。在接通负载的情况下，电流流动的测试因而足以检测断路。如果负载关断，例如，本发明就提供从负载电路获取优选低测试电流，高低测试电流特别是恒定的并且特别优选将其选择地非常低，以致该电流不能接通负载。如果该测试电流流动断开或者已经断开，就可推断存在断路。
[0033]短路可能取决于其发生的位置而具有不同结果。存在是否由根据本发明的接口或者由外部电压源实现负载的电压源的问题。在前一种情况下，因而如果由根据本发明的接口实现负载的电压源，则通常在接口和负载之间只存在两根通电电线。如果这里的短路在任何点处发生，就可能通过所讨论的电流电路中与短路并发的电阻降低而检测出短路。
[0034]在负载的接通状态下，由于短路，电流将增大至比正常、无故障操作时产生的电流高相当多的值。可由可检测这种不常见高电流(过电流)的电路检测这种情况。在负载的关断状态下，可能参考由负载电路中的无负载电流生成的电压来检测出短路。由此必须观察线路电阻，其也可在短路的情况下确保在负载电路中产生电压。如果将根据本发明的接口的输出端子与现场侧电隔离，就可仅在发生第二故障时检测出接地故障。
[0035]如果根据本发明的接口仅包括接通或关断外部电压源的切换元件，则短路可能在不同点处发生。
[0036]电压源处的短路切断负载电源，并且因而防止电流流过负载。这像是断路一样影响大多数诊断电路，虽然配线未在任何点处断开。
[0037]如果短路在该负载上发生，这就难以在关断状态下确定，因为也难以通过无负载电流测量由短路引起的负载电阻的变化，这是因为总