具有采用看门狗定时电路的集成电路元件的工业控制系统技术方案

通过最优地利用集成电路元件以减少所需的部件数量并且提供交叉监控，可以提高工业控制系统中的安全性和/或可靠性。在一个方面，作为集成电路(IC)的零部件的用于控制第一通道的电路也可以用于监控并且提供用于控制第二通道的电路的安全操作，并且用于控制第二通道的电路可以相似地用于监控并且提供用于控制第二通道的电路的安全操作。电路可以包括有窗口的看门狗电路，该看门狗电路可用于监控其他电路的各种事件，并且可以通过从其他电路去除电力以提供安全状态来提供安全操作。

【技术实现步骤摘要】

这里公开的主题总体上涉及工业控制器，更具体地，涉及使用具有看门狗定时电路的集成电路元件的工业控制器。此外，本公开涉及具有按功能安全性分区并且采用看门狗定时电路的集成电路元件的工业控制系统。
技术介绍
工业控制器是专用的计算机系统，用于例如在工厂环境中控制工业过程或机器。通常，工业控制器执行所存储的控制程序，其从与受控制的过程和机器相关联并且感测过程或机器的条件的多种传感器读取输入，并且基于这些输入和所存储的控制程序，计算用于控制致动器的一组输出，所述致动器控制所述过程或机器。工业控制器在许多方面不同于传统的计算机。在物理上，较之传统的计算机，工业控制器被构造成对于冲击和破坏明显更为牢固并且更好地耐受外部污染和极端环境条件。处理器和操作系统被最优化用于实时控制并且通过被设计成允许迅速开发适合恒常变化的机器控制或过程控制应用的集合的控制程序的语言进行编程。通常，控制器具有高度模块化的架构，例如允许使用数目和类型不同的输入和输出模块将控制器连接到要控制的过程或机器。通过使用适用于高度可靠的和可用的实时通信的特殊的“控制网络”来促成这种模块化。这些控制网络(例如，ControlNet或EtherNet/IP)与标准的通信网络(诸如Ethernet)的不同之处在于通过预先调度网络的通信容量来确保最大通信延迟，和/或为了高度可用性而提供冗余通信能力。由于工业控制器典型地用于控制工业过程和机器，因此较之传统的计算机，工业控制器典型地需要更大的安全性和可靠性。例如，不同于传统的计算机，制造环境中的工业控制器的失效可能潜在地导致损失惨重的制造停工期、伤害等。此外，增加工业控制系统的复杂性典型地导致增加的零部件数目，每个零部件易于遭受某些失效。因此，期望提供一种高效的和成本有效的方式来提高工业控制器和工业控制系统的安全性和/或可靠
性。
技术实现思路
本专利技术人认识到通过最优地利用集成电路元件减少所需的部件数量并且提供交叉监控可以提高工业控制系统中的安全性和/或可靠性。在一个方面，作为集成电路(IC)的零部件的用于控制第一通道的电路也可以用于监控并且提供用于控制第二通道的电路的安全操作，并且用于控制第二通道的电路可以相似地用于监控并且提供用于控制第二通道的电路的安全操作。电路可以包括有窗口的看门狗电路，该看门狗电路可用于监控其他电路的各种事件，并且可以通过从其他电路去除电力以提供安全状态来提供安全操作。因此，功能安全性控制电路可以集成在诸如专用集成电路(ASIC)的混合信号IC内，使可能是高电流路径的零部件或者可能具有不适合集成的热耗散特性的那些部件不被集成。通过集成，实现功能安全性所需的印刷电路板(PCB)的面积可以减小。结果，可以实现在时间上的失效总量的减少。对应的IC实现方案可以通过降低总零部件成本、设置成本和制造成本来降低产品成本。此外，可以减少制造错误的机会，并且减少的零部件可以提供减少的在时间上的失效总和。可以提供“有窗口的”看门狗定时电路以提高功能安全性。可以额定地提供可调整的跳跃时段(kick period)，诸如约4ms。可以在暂停时段(timeout period)中提供紧密控制，诸如2ms≤暂停≤6ms。暂停可以使看门狗定时电路的输出锁存到“禁用”状态。然而，随后，多个连续的良好跳跃可以可操作地重新启用输出。操作电压可以被设计成处置外部故障情况，并且可以提供内部过压或欠压检测以确保其他部件的操作符合规范。因此，针对过慢或过快脉动的看门狗电路的输入可以引起暂停条件，这会导致下游电路的硬禁用(hard disable)，诸如去除用于驱动电信号的电力。多个连续的(符合规范)事件可以使看门狗电路返回启用状态，从而可以恢复电力和/或允许执行状态改变诊断。具体地，在一个方面，本专利技术提供了一种工业控制系统，其包括：第一集成电路元件和第二集成电路元件，分别提供第一现场信号和第二现场
信号并且分别提供第一行为信号和第二行为信号。第一集成电路元件和第二集成电路元件均可以包括看门狗定时电路。第一断电部件和第二断电部件可以被配置成选择性地在1)分别为第一现场信号和第二现场信号提供电力和2)分别从第一现场信号和第二现场信号去除电力之间切换。第一集成电路元件的看门狗定时电路可以从第二集成电路元件接收第二行为信号，并且第二集成电路元件的看门狗定时电路可以从第一集成电路元件接收第一行为信号。第一集成电路元件的看门狗定时电路可以被配置成触发第二断电部件进行选择性切换，并且第二集成电路元件的看门狗定时电路可以被配置成触发第一断电部件进行选择性切换。此外，看门狗定时电路均可以被配置成：在第一预定时间量内检测到接收到的行为信号的边沿时，触发各个断电部件选择性地切换至去除电力。再者，看门狗定时电路均可以被配置成：在第二预定时间量内没有检测到接收到的行为信号的边沿时，触发各个断电部件选择性地切换至去除电力。再者看门狗定时电路均可以被配置成：在检测到接收到的行为信号的至少三个边沿时，触发各个断电部件选择性地切换至提供电力，其中在第一预定时间量之后和在第二预定时间量之前检测每个边沿。通过详细描述和附图，本专利技术的这些和其他的优点和特征对于本领域技术人员将变得明显。然而，应当理解，指出本专利技术的优选实施例的详细描述和附图被给出作为说明而非限制。在不偏离本专利技术的精神的情况下可以在本专利技术的范围内进行许多改变和修改，并且本专利技术应包括所有这些修改。附图说明在附图中图示了这里公开的主题的各种示例性实施例，在附图通篇中相同的附图标记表示相同的零部件，并且其中：图1是根据本专利技术的一个实施例提供的包括集成电路元件的工业控制系统的简图，每个集成电路元件包括看门狗定时电路；图2是图1的工业控制系统的简图，其中集成电路元件是单个集成电路的零部件；图3是封装的横截面，其中集成电路元件被设置为单个封装中包含的分立的集成电路；图4是集成电路元件的横截面，其被设置为安装在系统板的相反面上
的分立的封装中包含的分立的集成电路；图5是图示在第一预定时间量内检测到接收到的行为信号的边沿时图1-4的看门狗定时电路去除电力的时序图；图6是图示在第二预定时间量内没有检测到接收到的行为信号的边沿时图1-4的看门狗定时电路去除电力的时序图；图7是图示在检测到接收到的行为信号的至少三个边沿时图1-4的看门狗定时电路提供电力的时序图，其中在第一预定时间量之后和在第二预定时间量之前检测每个边沿；以及图8是图示在各种条件下图1-4的看门狗定时电路提供电力和去除电力的时序图。在描述附图中所示的本专利技术的各实施例时，为了清楚起见将采用特定术语。然而，本专利技术并非限于这样选择的特定术语并且应理解每个特定术语包括以相似的方式进行操作以实现相似的目的的所有技术等同物。例如，经常使用用语“连接”、“附接”或者相似的术语。它们并非限于直接连接，而是包括经由其他元件的连接，本领域技术人员将这样的连接认识为等同的。具体实施方式现在参照图1，根据本专利技术的一个实施例提供了示例性工业控制系统10的简图。工业控制系统10可以包括多个通道，诸如实现8通道配置的系统，每个通道包括偶数侧12(作为示例可被称为“A”侧)和奇数侧14(作为示例可被称为“B”侧)二者。对于特定通道，每个通道的A侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业控制系统，包括：第一集成电路元件和第二集成电路元件，分别传递第一现场信号和第二现场信号并且分别传递第一行为信号和第二行为信号，所述第一集成电路元件和所述第二集成电路元件均包括看门狗定时电路；以及第一断电部件和第二断电部件，被配置成选择性地在1)分别为所述第一现场信号和所述第二现场信号提供电力和2)分别从所述第一现场信号和所述第二现场信号去除电力之间切换，其中所述第一集成电路元件的看门狗定时电路从所述第二集成电路元件接收所述第二行为信号，并且所述第二集成电路元件的看门狗定时电路从所述第一集成电路元件接收所述第一行为信号，以及其中所述第一集成电路元件的看门狗定时电路被配置成使所述第二断电部件选择性地进行切换，并且所述第二集成电路元件的看门狗定时电路被配置成使所述第一断电部件选择性地进行切换。

【技术特征摘要】
2015.03.11 US 14/644,5151.一种工业控制系统，包括：第一集成电路元件和第二集成电路元件，分别传递第一现场信号和第二现场信号并且分别传递第一行为信号和第二行为信号，所述第一集成电路元件和所述第二集成电路元件均包括看门狗定时电路；以及第一断电部件和第二断电部件，被配置成选择性地在1)分别为所述第一现场信号和所述第二现场信号提供电力和2)分别从所述第一现场信号和所述第二现场信号去除电力之间切换，其中所述第一集成电路元件的看门狗定时电路从所述第二集成电路元件接收所述第二行为信号，并且所述第二集成电路元件的看门狗定时电路从所述第一集成电路元件接收所述第一行为信号，以及其中所述第一集成电路元件的看门狗定时电路被配置成使所述第二断电部件选择性地进行切换，并且所述第二集成电路元件的看门狗定时电路被配置成使所述第一断电部件选择性地进行切换。2.根据权利要求1所述的工业控制系统，其中所述看门狗定时电路均被配置成：在第一预定时间量内检测到接收到的行为信号的边沿时，使各个所述断电部件选择性地切换至去除电力。3.根据权利要求1所述的工业控制系统，其中所述看门狗定时电路均被配置成：在第二预定时间量内没有检测到接收到的行为信号的边沿时，使各个所述断电部件选择性地切换至去除电力。4.根据权利要求1所述的工业控制系统，其中所述看门狗定时电路均被配置成：在检测到接收到的行为信号的至少三个边沿时，使各个所述断电部件选择性地切换至提供电力，其中在第一预定时间量之后和在第二预定时间量之前检测每个边沿。5.根据权利要求1所述的工业控制系统，其中所述第一集成电路元件和所述第二集成电路元件是分立的集成电路。6.根据权利要求5所述的工业控制系统，其中所述分立的集成电路包含在单个封装中。7.根据权利要求5所述的工业控制系统，其中所述分立的集成电路包含在系统板的相反面上安装的分立的分装中。8.根据权利要求1所述的工业控制系统，其中所述第一集成电路元件和所述第二集成电路元件是单个集成电路的零部件。9.根据权利要求8所述的工业控制系统，其中所述第一集成电路元件和所述第二集成电路元件在所述单个集成电路上彼此电隔离。10.根据权利要求8所述的工业控制系统，其中所述单个集成电路是具有模拟电路和数字电路二者的混合信号专用集成电路。11.根据权利要求1所述的工业控制系统，进一步包括第一螺钉端子和第二螺钉端子，分别用于传递所述第一现场信号和所述第二现场信号。12.一种工业控制系统，包括：第一集成电路元件和第二集成电路元件，分别传递第一现场信号和第二现场信号并且分别传递第一行为信号和第二行为信号，所述第一集成电路元件和所述第二集成电路元件均包括看门狗定时电路；以及第一断电部件和第二断电部件，被配置成选择性地在1)分别为所述第一现场信号和所述第二现场信号提供电力和2)分别从所述第一现场信号和所述第二现场信号去除电力之间切换，其中所述第一集成电路元件的看门狗定时电路从所述第二集成电路元件接收所述第二行为信号，并且所述第二集成电路元件的看门狗定时电路从所述第一集成电路元件接收所述第一行为信号，其中所述第一集成电路元件的看门狗定时电路被配置成使所述第二断电部件选择性地进行切换，并且所述第二集成电路元件的看...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华·C·霍普塞格，约瑟夫·G·瓦扎克，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US