[发明专利]动态数字输入滤波

说明书

本发明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”。

发明领域

本发明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。

发明背景

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。