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1、用于测试冗余控制配置中的辅助伺服控制电路的系统和方法专利名称：用于测试冗余控制配置中的辅助伺服控制电路的系统和方法技术领域：本公开一般地涉及过程控制系统。更具体地讲，本公开涉及一种用于测试冗余控制配置中的辅助伺服控制电路的系统、设备和方法。背景技术：经常使用过程控制系统管理处理设施。示例性处理设施包括(但不限于)制造厂、化工厂、原油炼油厂、矿石加工厂和纸或纸浆制造和加工厂。除了其它操作之外，过程控制系统通常管理电机、阀和处理设施中的其它工业装备的使用。在常规过程控制系统中，过程控制器经常用于控制处理设施中的工业装备的操作。过程控制器能够例如监测工业装备的操作，向工业装备提供控制信号，并在检测到
2、故障时产生警报和通知。作为例子，过程控制系统可提供冗余伺服控制器以在伺服系统中的故障的情况下确保关键的、高可用性子系统的连续控制。故障可包括发生故障的伺服线圈、野外用线缆、驱动电路或其它伺服控制部件。当发生故障时，过程控制系统可在提供伺服系统的冗余控制的两个电路之一中感测到故障，隔离故障的电路，并自动地把伺服系统的控制切换到冗余对的另一控制电路。中央过程控制器和/或局部过程控制器可提供故障感测和控制切换/故障转移功能。发明内容本公开提供一种用于测试(或监测)冗余控制配置中的辅助伺服控制电路的系统、设备和方法。在第一实施例中，一种方法包括:在主控制电路中，接收控制信号，并使用致动器的第一控制输入
3、基于控制信号控制致动器的属性。该方法还包括:在辅助控制电路中，使用测试信号测试致动器电路的操作。致动器电路包括辅助控制电路的至少一部分和致动器的第二控制输入。选择测试信号以避免引起致动器的独立运动。在第二实施例中，一种设备包括第一电路和第二电路。第一电路配置为接收控制信号并使用致动器的第一控制输入基于控制信号控制致动器的属性。第二电路配置为使用测试信号测试致动器电路的操作。致动器电路包括第二电路的至少一部分和致动器的第二控制输入。选择测试信号以避免引起致动器的独立运动。在第三实施例中，一种系统包括致动器、第一电路和第二电路。致动器包括第一和第二控制输入。第一电路配置为接收控制信号并使用致动器的
4、第一控制输入基于控制信号控制致动器的属性。第二电路配置为使用测试信号测试致动器电路的操作。致动器电路包括第二电路的至少一部分和致动器的第二控制输入。选择测试信号以避免引起致动器的独立运动。通过下面的附图、描述和权利要求，其它技术特征可容易地对于本领域技术人员而言显而易见。为了更完整地理解本公开，现在参照下面结合附图进行的描述，其中: 图1图解说明根据本公开的过程控制系统的示例性部分； 图2图解说明根据本公开的示例性双线圈伺服阀控制系统； 图3图解说明根据本公开的在从主控制器到辅助控制器的转换期间的线圈电流与时间的示例性曲线图；和 图4图解说明根据本公开的用于测试冗余控制配置中的辅助伺服控制电路
5、的示例性过程。具体实施例方式以下讨论的图1至4和用于描述本专利文件中的本发明的原理的各种实施例仅作为说明，而不应该以任何方式被解释为限制本发明的范围。本领域技术人员将会理解，本发明的原理可实现在任何类型的合适地设置的装置或系统中。图1图解说明根据本公开的过程控制系统100的示例性部分。图1中示出的系统100的实施例仅用于说明。在不脱离本公开的范围的情况下，可使用系统100的其它实施例。图1中示出的过程控制系统100的部分包括涡轮机102和阀104。阀104可控制燃料、冷却液或用于涡轮机102的操作的某一其它流体或气体的供给。阀104经由输入106接收气体或流体的供给，并经由输出108把受控的气
6、体或流体量提供给涡轮机102。分别经由控制链路(或线缆)112a和112b控制阀104的阀控制电路(VCC) IlOa和IlOb提供阀104的冗余控制。阀104是双线圈伺服阀。任一线圈能够独立地控制阀104的位置，或者这些线圈可协作地操作以控制阀104的位置。通过提供冗余VCC IlOa和110b、冗余控制链路112a和112b和双线圈伺服阀104，系统100减小或消除由于单个部件的故障导致对阀104失去正确的控制的可能性，对阀104失去正确的控制能够导致对涡轮机102的损坏或涡轮机102的关闭。VCC I IOa和IlOb经由通信链路116从过程控制系统(PCS) 114接收控制信号。为了减
7、小或消除单点的故障的可能性，通信链路116包括PCS 114和VCC IlOa和IlOb之间的冗余的一对链路。在其它实施例中，通信链路116可包括PCS 114和VCC IlOa和IlOb中的每一个之间的单个单独的链路。在其它实施例中，通信链路116可以是总线、网络或其它通信链路。VCC IlOa和IlOb还经由通信链路118彼此通信。如将参照图2更详细所解释，VCC IlOa和IlOb可经由通信链路118交换信号。能够实现这一点以在主控制电路中的故障的情况下引起控制转换。还能够实现这一点以允许一个控制电路禁止另一控制电路控制该阀104。在一些系统中，PCS 114把所希望的阀104的设置点发
8、送给VCC IlOa和VCCIlOb0每个VCC驱动电流的一半(或全电流的另一指定份额)。任一组的电路、线缆或线圈中的故障可导致剩余的正确操作的电路把全控制电流提供给阀104。在这种系统中，可在正常操作期间监测两组电路、线缆和线圈的正确操作，因为电流可总是由每组的控制电路、线缆和线圈提供。在其它系统中，一个VCC驱动使阀104定位在由PCS 114命令的位置所需的全电流，而另一 VCC不向阀104提供电流或者另外保持在待机或禁止模式。在这些系统中，工作的VCC的控制电路、线缆或线圈中的故障导致另一 VCC承担阀104的控制。然而，在备用VCC处于待机的同时，确定备用控制电路、线缆和线圈的功能状
9、态可能很难。如参照图3更详细所解释，过程控制系统100从例如VCC IIOa提供阀104的控制，而VCC IlOb产生诊断电流或其它测试信号以在不显著影响由VCC IlOa对阀104的控制的情况下测试它的控制电路、线缆和线圈。以这种方法，可确定VCC IlOb的备用控制电路、线缆和线圈的功能状态。尽管阀104在图1中被示为涡轮机102的控制元件，但在其它实施例中，控制系统可用于控制与熔炉、混合系统或需要操纵变量的高度可靠控制的其它过程部件一起使用的过程控制致动器。另外，尽管这个例子中的阀104是双线圈伺服阀，但在其它实施例中，控制系统可使用具有两个或更多的控制输入的任何其它过程控制致动器。另外
10、，尽管这个例子中的系统100控制阀104的位置，但控制系统可用于控制致动器的其它属性，诸如电机的旋转速度。图2图解说明根据本公开的示例性双线圈伺服阀控制系统200。图2中示出的阀控制系统200的实施例仅用于说明。在不脱离本公开的范围的情况下，可使用阀控制系统200的其它实施例。在这个例子中，双线圈伺服阀204包括线圈220a和线圈220b，线圈220a和线圈220b能够一起操作或者单独地操作以控制阀元件205的位置。阀元件205调节从阀204的输入206前进到阀204的输出208的流体或气体的量。阀控制电路(VCC) 210a经由控制链路212a控制线圈220a。类似地，VCC 210b经由控
11、制链路212b控制线圈220b。VCC 210a包括核心板224a和应用板246a。类似地，VCC210b包括核心板224b和应用板246b。在一些实施例中，核心板224a和224b主要包括数字电路，并且应用板246a和246b主要包括模拟电路。在其它实施例中，核心板224a和224b以及应用板246a和246b可包括其它比例的数字电路和模拟电路。VCC 210a和VCC 210b由过程控制系统(PCS) 214经由通信链路216控制。核心板224a和224b使用适合于通信链路216的通信协议接收命令并向PCS 214提供响应。核心板224a和224b分别在控制链路242a和242b上提供线圈
12、220a和220b的控制信号。核心板224a和224b分别包括伺服禁用逻辑电路234a和234b，伺服禁用逻辑电路234a和234b在控制链路244a和244b上提供线圈220a和220b的禁用信号。核心板224a和224b还使用通信链路218彼此直接通信。通信链路218包括备用请求链路238和禁止命令链路240。备用请求链路238能够传输两个单向信号，即从VCC210a和210b中的每一个到另一个的信号。使用备用请求链路238，如果VCC 210a(例如)正用作主控制器，则它可操作用于信号通知VCC 210b接管作为主控制器。在一些情况下，VCC 210a可在内部感测到它的电路或程序执行中的
13、故障时发送备用请求信号。在其它情况下，VCC 210a可响应于来自PCS 214的命令发送备用请求信号，其中PCS 214已识别VCC210a的操作中的故障或者已从维修人员接收到将要对VCC 210a执行维修的指示。禁止命令链路240也能够传输两个单向信号，即从VCC 210a和210b中的每一个到另一个的信号。任一 VCC可命令另一 VCC禁止(或禁用)其向阀204的伺服控制输出。VCC 210a和210b通过使它们的电路与阀204中的它们关联的各自线圈220a和220b断开连接来禁用它们的伺服输出。另外或者替代地，VCC可响应于来自PCS 214的命令禁止它的电路。VCC 210a和210
14、b分别包括伺服禁用逻辑234a和234b，伺服禁用逻辑234a和234b分别操作用于经由控制链路244a和244b禁止由应用板246a和246b执行的伺服控制。核心板224a能够基于从PCS 214和在核心板224a内部的逻辑电路接收的命令在控制链路242a上产生线圈220a的控制信号。应用板246a包括数模转换器226，数模转换器226从核心板224a接收控制信号并把控制信号转换成模拟控制电压。模拟控制电压被输入到电流源228a，电流源228a向线圈220a提供基于模拟控制电压的控制电流。控制电流流经禁止开关230a、控制链路212a、线圈220a和感测电阻232a到地。利用相似标号的元件在
15、应用板246b中设置类似的电路以使控制电流流经线圈220b。在操作的一个方面，PCS 214能够命令VCC 210a用作阀204的主控制电路，并命令VCC 210b用作阀204的辅助(或备用)控制电路。随后，PCS 214能够发出命令以使阀204定位在指定设置。然而，仅VCC 210a可通过产生用于线圈220a的电流来执行该命令以移动阀元件205的位置，由此实现所希望的设置。VCC 210b能够存储该命令以便在VCC210b被请求承担阀204的主控制的情况下使用。在VCC 210a正用作阀204的主控制器的同时，VCC 210b从电流源228b产生诊断电流或其它测试(或监测)信号。测试信号流经
16、应用板246b的电路元件、控制链路212b、线圈220b和感测电阻232b(总地称为“线圈电路”或“致动器电路”)。应用板246b进行两次测量以监测线圈电路的故障。首先，应用板246b感测由测试信号在感测电阻232b上产生的电压。如果在感测电阻232b上未产生电压或者产生错误的电压，则应用板246b能够确定故障已发生在线圈电路的一个或多个元件中。另外，应用板246b感测由测试信号在线圈220b、控制链路212b和感测电阻232b上产生的电压。如果在线圈220b、控制链路212b和感测电阻232b上未产生电压或者产生错误的电压，则应用板246b能够确定故障已发生在线圈电路的一个或多个元件中。在一些实施例中，可由应用板246b进行这两项测量中的一项或另一项。如果任一测量指示线圈电路中的故障，则VCC 210b能够随后把这种故障状况报告给PCS 214。在由应用板246b测量的电压指示线圈电路正在正确地操作的同时，VCC 210b可操作用于接收命令以承担阀204的主控制。该命令可经由备用请求链路238来自于VCC210a，或者经由通
