用于控制系统的校准设备

摘要

本发明的实施例涉及一种用于控制系统的校准设备。该设备包括：多个检测单元，耦合于控制单元，用于分别针对检测单元的输入输出进行检测；切换单元，包括多个开关，被配置为基于控制单元所生成的关于所述校准设备的校准模式控制指令，使得多个开关中的至少部分开关导通或者关断，以便变换多个检测单元的检测通路；以及控制单元，被配置为基于所获取的校准指令，生成关于校准设备的校准模式控制指令，以使得变换后的检测通路与校准设备的校准模式相适应，所述校准指令至少与待校准的控制系统和/或所述校准设备相关。由此，能够有效的提高适用于多种类型板卡的校对检测需求，且操作简单硬件成本低。

权利要求

1.一种用于控制系统的校准设备，其特征在于，包括：

多个检测单元，耦合于控制单元，用于分别针对检测单元的输入输出进行检测；所述多个检测单元包括模拟信号检测单元、数字信号检测单元，一个检测单元用于至少一种信号类型的检测；

切换单元，包括多个开关，被配置为基于控制单元所生成的关于所述校准设备的校准模式控制指令，使得多个开关中的至少部分开关导通或者关断，以便变换多个检测单元的检测通路，所述校准模式包括自校准模式、外校准模式，多个检测通路至少包括能够在两个检测单元之间形成检测通路；以及控制单元，被配置为基于所获取的校准指令，生成关于校准设备的校准模式控制指令，以使得变换后的检测通路与校准设备的校准模式相适应，所述校准指令至少与待校准的控制系统和/或所述校准设备相关；

所述控制单元还被配置为：响应于确定所生成的校准模式控制指令指示自校准模式，校准第一模拟信号检测单元，控制切换单元分别建立多个检测单元中的第一模拟信号检测单元与多个检测单中的其他检测单元之间的电连接，或者建立其他检测单元中的两个检测单元之间的电连接，以便直接或间接的基于已校准的第一模拟信号检测单元，校准其他检测单元；

其中，第一标准模拟信号源是模拟输入信号或者模拟输出信号。

2. 根据权利要求1所述的校准设备，其特征在于，还包括：信号接口，耦合于切换单元，用于与控制系统连接，使得所连接的控制系统至少可接入部分检测通路，以便针对所述多个检测单元中的至少一个检测单元输入或输出电信号；以及至少一个通讯接口，被配置为与控制系统通信连接，以便所述控制单元接收来自所连接的控制系统的校准反馈信息；以及被配置为与上位机连接，以便所述控制单元接收上位机发送的校准指令和/或向上位机发送校准进度。

3.根据权利要求1所述的校准设备，其特征在于，还包括：模式切换按钮，被配置为接收用户的触发操作，以便所述控制单元基于用户的触发操作生成校准模式控制指令；

其中，所述校准模式控制指令指示关于所述校准设备的以下至少一项：自校准模式、外校准模式、待自校的准检测单元、待外校准的信号类型。

4.根据权利要求2所述的校准设备，其特征在于，模拟信号检测单元，包括模拟信号输出检测单元和模拟信号输入检测单元；以及数字信号检测单元，包括数字信号输出检测单元和数字信号输入检测单元。

5.根据权利要求4所述的校准设备，其特征在于，变换后的检测通路支持以下电信号传输关系中的一项或多项：通过模拟信号检测单元接收控制系统输出的模拟信号；

通过数字信号检测单元接收控制系统输出的数字信号；

通过模拟信号检测单元向控制系统输出模拟信号；

通过数字信号检测单元向控制系统输出数字信号；

通过模拟信号检测单元向数字信号检测单元输出模拟信号；

通过数字信号检测单元向模拟信号检测单元输出数字信号；

通过模拟信号输出检测单元接收模拟信号输入检测单元输出的模拟信号；

通过数字信号输出检测单元接收数字信号输入检测单元输出的数字信号。

6.根据权利要求4所述的校准设备，其特征在于，所述切换单元中的多个开关组成多条开关支路，所述多条开关支路包括：第一开关支路，被配置为第一开关支路的第一开关闭合后建立模拟信号输出检测单元和信号接口之间的电连接；

第二开关支路，被配置为第二开关支路的第二开关闭合后建立模拟信号输出检测单元和模拟信号输入检测单元之间的电连接；

第三开关支路，被配置为第三开关支路的第三开关闭合后建立模拟信号输入检测单元和信号接口之间的电连接；

第四开关支路，被配置为第四开关支路的第四开关闭合后建立数字信号输入检测单元和信号接口之间的电连接；

第五开关支路，被配置为第五开关支路的第五开关闭合后建立模拟信号输入检测单元和数字信号输出检测单元之间的电连接；

第六开关支路，被配置为第六开关支路的第六开关闭合后建立数字信号输出检测单元和信号接口之间的电连接；

第七开关支路，被配置为第七开关支路的第七开关闭合后建立数字信号输入检测单元和数字信号输出检测单元之间的电连接。

7.根据权利要求1‑6中任一项所述的校准设备，其特征在于，所述控制单元被配置为：响应于确定所生成的校准模式控制指令指示自校准模式，控制切换单元，以实现信号接口和用于模拟信号检测的第一模拟信号检测单元之间的电连接，以便校准第一模拟信号检测单元。

8.根据权利要求7所述的校准设备，其特征在于，所述控制单元还被配置为：响应于确定所生成的校准模式控制指令指示外校准模式，确定所接收的校准指令所指示的信号类型和待校准目标；

在校准设备进入外校准模式之前，使得所述校准设备进入自校准模式，以便基于所确定的信号类型，至少针对所确定的信号类型所对应的检测单元进行自校准；以及通过已校准的检测单元，执行所述校准指令，以校准检测单元所连接的待校准的控制系统。

9.根据权利要求7所述的校准设备，其特征在于，所述控制单元还被配置为：基于第一标准模拟信号源和校准指令所指示的校准精度阈值，对多个预定的检测点进行校准，所述检测点指示关于所述校准设备的待校准的最大量程的比例；

基于每个检测点的校准结果，将每两个相邻的检测点的校准结果拟合，以生成至少一条关于相邻检测点所对应的量程范围的拟合直线；以及基于拟合结果确定所述多个预定的检测点所指示的各量程范围的自校准结果。

10.根据权利要求9所述的校准设备，其特征在于，所述控制单元还被配置为：响应于确定一条拟合直线不符合预定的校准精度阈值，在所确定的不符合校准精度阈值的拟合直线所对应的两个相邻检测点之间，确定至少一个新的检测点；

对新的检测点进行校准；以及

基于新的检测点的校准结果，将所确定的不符合校准精度阈值的拟合直线所对应的量程范围内的每两个相邻的检测点的校准结果重新拟合，以生成至少两条新的拟合直线。

说明书

用于控制系统的校准设备

技术领域

[0001] 本发明的实施例总体涉及工业自动控制领域，并且更具体地涉及一种用于控制系统的校准设备。

背景技术

[0002] 随着工业自动化的发展，控制系统在各行各业的应用越发普遍，而控制系统中所搭载的板卡类型也越来越多。每种板卡在经过一段时间的使用后，都会出现一定程度的参数漂移，尤其是模拟量板卡。因此，每隔一段时间都要对系统中的板卡进行校准和检测。

[0003] 传统的用于控制系统校准的方式，例如采用高精度测量仪表对每个通道打点的方式；例如为每种信号板卡配备对应的高精度源卡进行校准，比如用AO（AO，Analog Output，模拟信号输出）源卡对AI（AI，Analog Input，模拟信号输入）板卡进行校准，用AI源卡对AO板卡进行校准，用DO（Digital Output，数字信号输出）源卡对DI（Digital Input，数字信号输入）板卡进行校准，用DI源卡对DO板卡进行校准；上述两种方法，前者工作量大且操作复杂；后者需要为每个信号类型的板卡准备专用源卡，且对于非标信号还需要重新定制源，成本高昂。

[0004] 综上，传统的用于控制系统校准的方式存在的不足之处在于：在应对控制系统中的多种类型板卡的校对检测需求时，操作复杂且成本高昂。

发明内容

[0005] 针对上述问题，本发明提供了一种用于控制系统的校准设备，能够有效的提高适用于多种类型板卡的校对检测需求，且操作简单硬件成本低。

[0006] 根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制系统的校准设备，包括：多个检测单元，耦合于控制单元，用于分别针对检测单元的输入输出进行检测；切换单元，包括多个开关，被配置为基于控制单元所生成的关于校准设备的校准模式控制指令，使得多个开关中的至少部分开关导通或者关断，以便变换多个检测单元的检测通路；以及控制单元，被配置为基于所获取的校准指令，生成关于校准设备的校准模式控制指令，以使得变换后的检测通路与校准设备的校准模式相适应，校准指令至少与待校准的控制系统和/或校准设备相关。

[0007] 在一些实施例中，控制系统的校准设备还包括：信号接口，耦合于切换单元，用于与控制系统连接，使得所连接的控制系统至少可接入部分检测通路，以便针对多个检测单元中的至少一个检测单元输入或输出电信号；以及至少一个通讯接口，被配置为与控制系统通信连接，以便控制单元接收来自所连接的控制系统的校准反馈信息；以及被配置为与上位机连接，以便控制单元接收上位机发送的校准指令和/或向上位机发送校准进度。

[0008] 在一些实施例中，控制系统的校准设备还包括：模式切换按钮，被配置为接收用户的触发操作，以便控制单元基于用户的触发操作生成校准模式控制指令；其中，校准模式控制指令指示关于校准设备的以下至少一项：自校准模式、外校准模式、待自校的准检测单元、待外校准的信号类型。

[0009] 在一些实施例中，多个检测单元包括：模拟信号检测单元，包括模拟信号输出检测单元和模拟信号输入检测单元；以及数字信号检测单元，包括数字信号输出检测单元和数字信号输入检测单元。

[0010] 在一些实施例中，变换后的检测通路支持以下电信号传输关系中的一项或多项：通过模拟信号检测单元接收控制系统输出的模拟信号；通过数字信号检测单元接收控制系统输出的数字信号；通过模拟信号检测单元向控制系统输出模拟信号；通过数字信号检测单元向控制系统输出数字信号；通过模拟信号检测单元向数字信号检测单元输出模拟信号；通过数字信号检测单元向模拟信号检测单元输出数字信号；通过模拟信号输出检测单元接收模拟信号输入检测单元输出的模拟信号；通过数字信号输出监测单元接收数字信号输入检测单元输出的数字信号。

[0011] 在一些实施例中，切换单元中的多个开关组成多条开关支路，多条开关支路包括：第一开关支路，被配置为第一开关支路的第一开关闭合后建立模拟信号输出检测单元和信号接口之间的电连接；第二开关支路，被配置为第二开关支路的第二开关闭合后建立模拟信号输出检测单元和模拟信号输入检测单元之间的电连接；第三开关支路，被配置为第三开关支路的第三开关闭合后建立模拟信号输入检测单元和信号接口之间的电连接；第四开关支路，被配置为第四开关支路的第四开关闭合后建立数字信号输入检测单元和信号接口之间的电连接；第五开关支路，被配置为第五开关支路的第五开关闭合后建立模拟信号输入检测单元和数字信号输出检测单元之间的电连接；第六开关支路，被配置为第六开关支路的第六开关闭合后建立数字信号输出检测单元和信号接口之间的电连接；第七开关支路，被配置为第七开关支路的第七开关闭合后建立数字信号输入检测单元和数字信号输出检测单元之间的电连接。

[0012] 在一些实施例中，控制单元被配置为：响应于确定所生成的校准模式控制指令指示自校准模式，控制切换单元，以实现信号接口和用于模拟信号检测的第一模拟信号检测单元之间的电连接，以便校准第一模拟信号检测单元；控制切换单元分别建立多个检测单元中的第一模拟信号检测单元与多个检测单中的其他检测单元之间的电连接，或者建立其他检测单元中的两个检测单元之间的电连接，以便直接或间接的基于已校准的第一模拟信号检测单元，校准其他检测单元；其中，第一标准模拟信号源是模拟输入信号或者模拟输出信号。

[0013] 在一些实施例中，控制单元还被配置为：响应于确定所生成的校准模式控制指令指示外校准模式，确定所接收的校准指令所指示的信号类型和待校准目标；在校准设备进入外校准模式之前，使得校准设备进入自校准模式，以便基于所确定的信号类型，至少针对所确定的信号类型所对应的检测单元进行自校准；以及通过已校准的检测单元，执行校准指令，以校准检测单元所连接的待校准的控制系统。

[0014] 在一些实施例中，控制单元还被配置为：基于第一标准模拟信号源和校准指令所指示的校准精度阈值，对多个预定的检测点进行校准，检测点指示关于校准设备的待校准的最大量程的比例；基于每个检测点的校准结果，将每两个相邻的检测点的校准结果拟合，以生成至少一条关于相邻检测点所对应的量程范围的拟合直线；以及基于拟合结果确定多个预定的检测点所指示的各量程范围的自校准结果。

[0015] 在一些实施例中，控制单元还被配置为：响应于确定一条拟合直线不符合预定的校准精度阈值，在所确定的不符合校准精度阈值的拟合直线所对应的两个相邻检测点之间，确定至少一个新的检测点；对新的检测点进行校准；基于新的检测点的校准结果，将所确定的不符合校准精度阈值的拟合直线所对应的量程范围内的每两个相邻的检测点的校准结果重新拟合，以生成至少两条新的拟合直线。

[0016] 应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

[0017] 结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标注表示相同或相似的元素。

[0018] 图1示出了用于实现根据本发明的实施例的用于控制系统的校准设备的一种结构示意图。

[0019] 图2示出了用于实现根据本发明的实施例的用于控制系统的校准设备的第二种结构示意图。

[0020] 图3示出了用于实现根据本发明的实施例的用于控制系统的校准设备的第三种结构示意图。

[0021] 图4示出了根据本发明的实施例的用于控制系统的自校准的方法的流程图。

[0022] 图5示出了根据本发明的实施例的用于控制系统的外校准的方法的流程图。

[0023] 图6示出了根据本发明的实施例的模拟信号输出检测单元结构的示意图。

[0024] 图7示出了根据本发明的实施例的模拟信号输入检测单元结构的示意图。

[0025] 图8示出了根据本发明的实施例的数字信号输出检测单元结构的示意图。

[0026] 图9示出了根据本发明的实施例的数字信号输入检测单元结构的示意图。

具体实施方式

[0027] 以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

[0028] 在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

[0029] 如前文所描述，传统的用于控制系统校准的方式，例如采用高精度测量仪表对每个通道打点的方式进行；例如为每种信号板卡配备对应的高精度源卡进行校准，比如用AO（AO，Analog Signal Output，模拟信号输出）源卡对AI（AI，Analog Signal Input，模拟信号输入）板卡进行校准，用AI源卡对AO板卡进行校准，用DO（Digital Signal Output，数字信号输出）源卡对DI（Digital Signal Input，数字信号输入）板卡进行校准，用DI源卡对DO板卡进行校准；上述两种方法，前者工作量大且操作复杂；后者需要为每个信号类型的板卡准备专用源卡，且对于非标信号还需要重新定制源，成本高昂。

[0030] 综上，传统的用于控制系统校准的方式存在的不足之处在于：在应对控制系统中的多种类型板卡的校对检测需求时，操作复杂且成本高昂。

[0031] 为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个，本发明的示例实施例提出了一种用于控制系统的校准的方案，在本发明方案中，提供了一种用于控制系统的校准设备，包括多个检测单元，耦合于控制单元，用于分别针对检测单元的输入输出进行检测；切换单元，包括多个开关，被配置为基于控制单元所生成的关于校准设备的校准模式控制指令，使得多个开关中的至少部分开关导通或者关断，以便变换多个检测单元的检测通路；由此，能够通过切换检测通路来匹配不同信号的检测需求。

[0032] 另外，还包括控制单元，被配置为基于所获取的校准指令，生成关于校准设备的校准模式控制指令，以使得变换后的检测通路与校准设备的校准模式相适应，校准指令至少与待校准的控制系统和/或校准设备相关；由此，通过控制单元控制切换单元，从而控制多个开关，以变换多个检测单元的检测通路，可实现对校准设备内部多个检测通道的校准，以及实现对外部控制系统各信号通道的校准，由此能够仅通过一个校准设备就满足对多种信号的检测需求，操作简单且成本低。

[0033] 图1示出了用于实现根据本发明的实施例的用于控制系统的校准设备100的一种结构示意图。校准设备100包括多个检测单元（200、300）、切换单元130、控制单元110、信号接口140和通讯接口150。

[0034] 多个检测单元（200、300），耦合于控制单元110，用于分别针对检测单元的输入输出进行检测。

[0035] 关于多个检测单元，其中每一个检测单元都能够用于至少一种信号类型的输入或输出的检测，以用于针对信号类型，基于对应的检测通路通过对应的检测单元进行检测，以实现针对校准设备100内部的多个检测单元的自校准或针对外部控制系统的外校准。

[0036] 应当理解，图1中示意的多个检测单元（200，300）示意的模拟信号检测单元200和数字信号检测单元300，仅是一种示意，根据实际的信号需求可以配置更多的检测单元以针对各种信号校准需求，以及一个检测单元可以支持至少一种信号类型，例如模拟信号检测单元200可以支持模拟信号输入信号和模拟信号输出信号的检测。

[0037] 值得注意的是，多个检测单元能够通过切换单元的开关切换形成多种的检测通路，以实现对检测单元内部的信号、其他检测单元的信号，以及外部控制系统的信号的检测，将检测获取的信号向控制单元110反馈，以使得控制单元110能够确定信号校准的结果。

[0038] 切换单元130，包括多个开关，被配置为基于控制单元110所生成的关于校准设备100的校准模式控制指令，使得多个开关中的至少部分开关导通或者关断，以便变换多个检测单元（200、300）的检测通路。

[0039] 控制单元110，被配置为基于所获取的校准指令，生成关于校准设备的校准模式控制指令，以使得变换后的检测通路与校准设备的校准模式相适应，校准指令至少与待校准的控制系统和/或校准设备相关。

[0040] 关于控制单元110，其例如可以采用MCU（Micro Controller Unit，微控制单元）、CPU（Central Processing Unit，中央处理器）、FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）或者其它可编程逻辑器件、ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等实现。控制单元110可以具有一个或多个处理单元，包括诸如GPU、FPGA和ASIC等的专用处理单元以及诸如CPU的通用处理单元。

[0041] 关于校准指令，例如控制单元110内部可以预定一些校准指令，例如，也可以通过接收来自外部的输入、操作信息生成校准指令。例如，校准指令指示校准设备100进行自校准，则控制单元110控制切换单元130切换检测通路以使得多个检测单元完成自校准。

[0042] 例如，校准指令指示校准设备100对接入的控制系统A的模拟信号输出通道进行校准，则控制单元110控制切换单元130切换检测通路，以建立控制系统A的模拟信号输出通道与多个检测单元中支持模拟信号输出信号检测的单元建立检测通路，以便于控制单元110通过所建立的检测通路，采集关于控制系统A的模拟信号输出通道的检测信号，以完成关于控制系统A的模拟信号输出通道的校准。

[0043] 关于校准模式控制指令，例如包括将校准设备100切换为自校准模式，将校准设备100切换为外校准模式，将校准设备100的某一个检测通路导通等，可以包括为满足模式切换或通路导通的切换单元开关指令等信息。

[0044] 由此，本发明实施例提供的校准设备，通过控制单元获取校准指令，以基于校准指令控制切换单元，使得切换单元变换多个检测单元的检测通路，以满足针对控制系统进行多种信号通道的检测和校准，以及满足针对校准设备多个检测单元的自校准。

[0045] 信号接口140，耦合于切换单元130，用于与控制系统连接，使得所连接的控制系统至少可接入部分检测通路，以便针对多个检测单元中的至少一个检测单元输入或输出电信号。

[0046] 例如，请参考图1，待校准的控制系统A通过信号接口140与校准设备100连接，校准指令指示校准待校准的控制系统A的数字信号输出通道，通过切换单元130的开关切换控制系统A接入数字信号检测单元300的数字信号输出检测通路，以进行检测和校准。

[0047] 校准设备100还包括至少一个通讯接口，例如通讯接口150，被配置为与控制系统通信连接，以便控制单元接收来自所连接的控制系统的校准反馈信息，或者向所连接的控制系统发送校准反馈信息；以及被配置为与上位机连接，以便控制单元接收上位机发送的校准指令和/或向上位机发送校准进度。

[0048] 关于通信连接，可以是有线通信连接，也可以是无线通信连接，具体根据校准设备100的实际使用场景，以及待校准的控制系统或上位机所支持的接口来确定通信连接的方式。

[0049] 关于校准反馈信息，例如，控制系统A接入模拟信号输入检测通路，接收来自模拟信号检测单元输出的模拟信号，控制系统A基于所接收到的模拟信号，向控制单元反馈其接收到的值，以便控制单元110确定其接收到的模拟信号值与实际输出的模拟信号值之间的偏差，以向控制系统A发送校准反馈信息，例如包括校准结果，或包括偏差调整信息的校准反馈信息，以便控制系统A调整其对应的信号通道。

[0050] 关于上位机，其例如包括移动终端、或台式机、服务器等搭载有输入、输出和显示设备，以及具备通信功能的上位机设备，以便用户通过在上位机上执行相关的操作，以向控制单元110发送操作指令如校准指令等，同时也可通过上位机接收控制单元110发送的校准进度信息，如校准结果，当前所处于的校准环节等信息，以便用户可视化的了解校准设备100的运行状态和当前的校准进度等信息。

[0051] 由此，本发明实施例提供的校准设备，能够与上位机连接，以便于用户下发校准指令，和监控校准过程；以及能够通过与控制系统的通信交互，及时提供校准反馈信息，以便控制系统更高效率的完成信号校准。

[0052] 请继续参考图1，校准设备100还包括模式切换按钮，例如按键1(160)和按键2(162)，被配置为接收用户的触发操作，以便控制单元基于用户的触发操作生成校准模式控制指令；校准模式控制指令指示关于校准设备的以下至少一项：自校准模式、外校准模式、待自校的准检测单元、待外校准的信号类型。

[0053] 关于自校准，在自校准模式下校准设备针对其内部的多个检测单元的校准；关于外校准，在外校准模式下校准设备针对其连接的外部待校准的控制系统的信号通道进行校准。

[0054] 关于图1中的模式切换按钮（按键1(160)和按键2(162)）的具体使用方式，在后文中结合具体的切换方式进一步说明，此处不再赘述。

[0055] 图2示出了用于实现根据本发明的实施例的用于控制系统的校准设备100的第二种结构示意图。校准设备100包括多个检测单元（200、300）、切换单元130、控制单元110、信号接口140和通讯接口150。 其中，多个检测单元包括：模拟信号检测单元200，包括模拟信号输出检测单元210和模拟信号输入检测单元220；以及数字信号检测单元300，包括数字信号输出检测单元310和数字信号输入检测单元320。

[0056] 请继续参考图1和图2，在一些实施例中，变换后的检测通路支持以下电信号传输关系中的一项或多项：通过模拟信号检测单元200接收控制系统输出的模拟信号；通过数字信号检测单元300接收控制系统输出的数字信号；通过模拟信号检测单元200向控制系统输出模拟信号；通过数字信号检测单元300向控制系统输出数字信号；通过模拟信号检测单元200向数字信号检测单元300输出模拟信号；通过数字信号检测单元300向模拟信号检测单元200输出数字信号；通过模拟信号输出检测单元210接收模拟信号输入检测单元220输出的模拟信号；通过数字信号输出检测单元310接收数字信号输入检测单元320输出的数字信号。

[0057] 应当理解，在本方案中关于检测单元的命名为输入检测或输出检测单元，取决于检测单元所要检测的外部信号。例如，信号输出检测单元检测的是控制系统的信号输出通道，既信号输出检测单元接收控制系统输出的信号；例如，信号输入检测单元用于检测控制系统的信号输入通道，即信号输入检测单元向控制系统输出信号，以便检测控制系统的信号输入通道；例如，信号输出检测单元接收信号输入检测单元输出的信号，或接收外部标准信号，或信号输入检测单元向外部标准信号源设备输出信号，以用于自校准。

[0058] 由此，控制单元110通过控制切换单元130中的一个或多个开关的通断，即可变换多种检测通路，以使校准设备100支持多种输入输出信号的校准检测。

[0059] 请继续参考图2，在一些实施例中，切换单元130中的多个开关组成多条开关支路。例如，第一开关支路，被配置为第一开关支路的第一开关T1闭合后建立模拟信号输出检测单元210和信号接口140之间的电连接。例如，第二开关支路，被配置为第二开关支路的第二开关闭T2合后建立模拟信号输出检测单元210和模拟信号输入检测单元之间220的电连接。
例如，第三开关支路，被配置为第三开关支路的第三开关T3闭合后建立模拟信号输入检测单元220和信号接口140之间的电连接。第四开关支路，被配置为第四开关支路的第四开关闭T4合后建立数字信号输入检测单元320和信号接口140之间的电连接。第五开关支路，被配置为第五开关支路的第五开关T5闭合后建立模拟信号输入检测单元320和数字信号输出检测单元310之间的电连接。第六开关支路，被配置为第六开关支路的第六开关T6闭合后建立数字信号输出检测单元310和信号接口140之间的电连接。第七开关支路，被配置为第七开关支路的第七开关T7闭合后建立数字信号输入检测单元320和数字信号输出检测单元
310之间的电连接。

[0060] 由此，通过本发明实施例所提供的切换单元中的具体开关电路结构，能够实现闭合任一个开关就导通一种检测通道，能够以简单的控制操作，实现对多种输入、输出信号的自检测和外检测。

[0061] 图4示出了根据本发明的实施例的用于控制系统的自校准的方法400的流程图。方法400可由如图1‑3所示的控制单元110执行。应当理解的是，方法400还可以包括未示出的附加步骤和/或可以省略所示出的步骤，本发明的范围在此方面不受限制。

[0062] 在步骤402，如果控制单元110确定所生成的校准模式控制指令指示自校准模式，控制切换单元，以实现信号接口和用于模拟信号检测的第一模拟信号检测单元之间的电连接，以便校准第一模拟信号检测单元。

[0063] 在步骤404，控制单元110控制切换单元分别建立多个检测单元中的第一模拟信号检测单元与多个检测单中的其他检测单元之间的电连接，或者建立其他检测单元中的两个检测单元之间的电连接，以便直接或间接的基于已校准的第一模拟信号检测单元，校准其他检测单元；其中，第一标准模拟信号源是模拟输入信号或者模拟输出信号。

[0064] 例如，请结合图1‑3中所示的校准设备100，当切换单元进入自校准模式时，首先在信号接口140和模拟信号检测单元200之间建立电连接。提供第一标准模拟信号的信号源设备与信号接口140连接，通过其提供的第一标准模拟信号，校准设备100对模拟信号检测单元进行校准。具体的，确定用于自校准的第一标准信号源是模拟输入信号或者模拟输出信号，如第一标准模拟信号源是标准模拟输出信号，则在模拟信号输出检测单元210和信号接口140之间建立电连接，首先根据标准模拟输出信号校准模拟信号输出检测单元210。

[0065] 关于建立多个检测单中的第一模拟信号检测单元与多个检测单中的其他检测单元之间的电连接，例如，在校准模拟信号输出检测单元210之后，闭合开关T2在模拟信号输出检测单元210和模拟信号输入检测单元220之间建立电连接，使得模拟信号输入检测单元220向模拟信号输出检测单元210输出模拟信号，以通过完成校准的模拟信号输出检测单元
210校准模拟信号输入检测单元220。

[0066] 关于建立其他检测单元中的两个检测单元之间的电连接，例如，闭合开关T5，在模拟信号输入检测单元220和数字信号输出单元310之间建立电连接，以通过完成校准的模拟信号输入检测单元220校准数字信号输出单元310。例如，闭合开关T7，在数字信号输出单元310和数字信号输入单元320之间建立电连接，以通过完成校准的数字信号输出单元310校准数字信号输入单元320。

[0067] 由此，本发明实施例提供的用于控制系统的校准设备，能够仅通过一种标准模拟信号，通过切换单元变换不同的检测通路，即可实现校准设备内部多个检测单元的自校准。

[0068] 图5示出了根据本发明的实施例的用于控制系统的外校准的方法500的流程图。方法500可由如图1‑3所示的控制单元110执行。应当理解的是，方法500还可以包括未示出的附加步骤和/或可以省略所示出的步骤，本发明的范围在此方面不受限制。

[0069] 在步骤502，如果控制单元110确定所生成的校准模式控制指令指示外校准模式，确定所接收的校准指令所指示的信号类型和待校准目标。

[0070] 关于待校准目标，其包括校准指令针对的对象如控制系统、针对的信号类型、待校准的量程范围，各量程范围的精度要求，通过校准指令能够指示校准目标中的各个参数。例如，控制指令指示进行外校准，信号类型为数字信号输出，量程范围为0‑50%（精度0.1‰），50%‑100%（精度0.1％）。

[0071] 在步骤504，控制单元110在校准设备进入外校准模式之前，使得校准设备进入自校准模式，以便基于所确定的信号类型，至少针对所确定的信号类型所对应的检测单元进行自校准。

[0072] 在步骤506，控制单元110通过已校准的检测单元，执行校准指令，以校准检测单元所连接的待校准的控制系统。

[0073] 值得注意的是，在校准指令指示外校准时，校准设备首先进入自校准模式，基于标准信号源至少完成外校准指令所针对检测单元的自校准。例如，校准指令指示校准控制系统A的数字信号输出通道，校准设备100先进入自校准模式，完成对数字信号输出检测单元310的校准，后通过校准完成的数字信号输出检测单元310接收控制系统A的输出的数字信号，以校准控制系统A的数字信号输出通道。应当理解，当需要校准待校准的控制系统的其他通道时，以此类推，首先完成校准设备的自校准，再通过自校准完成的检测单元校准待校准的控制系统的对应信号通道。

[0074] 由此，上述方案能够通过多个检测通道，在切换单元变换后形成多个检测通路，通过变换开关开闭关系以使得接入的待校准控制系统能与至少部分检测单元形成电连接，以满足对应的信号校准需求。

[0075] 在一些实施例中，控制单元还被配置为：基于第一标准模拟信号源和校准指令所指示的校准精度阈值，对多个预定的检测点进行校准，检测点指示关于校准设备的待校准的最大量程的比例；基于每个检测点的校准结果，将每两个相邻的检测点的校准结果拟合，以生成至少一条关于相邻检测点所对应的量程范围的拟合直线；以及基于拟合结果确定多个预定的检测点所指示的各量程范围的自校准结果。

[0076] 例如，预定检测点为最大量程的0%、50%和100%，三个检测点，分别校准这3个检测点，并分别拟合0%—50%，50%‑100%，拟合后得到一条连续的折线覆盖量程范围0‑100%。

[0077] 在一些实施例中，控制单元还被配置为：如果控制单元确定一条拟合直线不符合预定的校准精度阈值，在所确定的不符合校准精度阈值的拟合直线所对应的两个相邻检测点之间，确定至少一个新的检测点；对新的检测点进行校准；基于新的检测点的校准结果，将所确定的不符合校准精度阈值的拟合直线所对应的量程范围内的每两个相邻的检测点的校准结果重新拟合，以生成至少两条新的拟合直线。

[0078] 例如，上述拟合结果中，0‑50%量程范围不符合预定的校准精度范围，从0‑50%之间再确定一个检测点，例如25%，校准25%检测点后，拟合0‑25%，25‑50%，进一步判断新的拟合结果是否符合精度阈值，如果符合则将0‑25%，25‑50%和50%‑100%的拟合以生成最后的校准结果，以完成校准。如果仍有量程范围不符合预定校准精度，则在不符合精度的量程范围内继续确定新的检测点，再次拟合，直到所有的量程范围都符合校准精度。

[0079] 在一些实施例中，校准指令中对于待校准的控制系统的各量程范围可以有不同的精度阈值要求，例如0‑10%，符合精度阈值1；10‑%‑50%，符合精度阈值2；50‑100%，符合精度阈值3。

[0080] 由此，上述方案能够对线性度不佳的信号，通过拟合多个量程范围进行组合的方式，提高各量程范围的精确度，以适应线性度较差的信号，以及还可以实现对各个量程范围内精度的调整，以使得对控制系统需要关注的量程范围获得更高的校准精度。

[0081] 请参考图6，示意了模拟信号输出检测单元210（以下简称AO检测单元）的具体结构，结合图3，AO检测单元包含信号开关CON1、模拟信号输入调理电路（以下简称AI调理电路）和ADC（Analog‑to‑Digital Converter，模数转换器）组成。控制单元110可以通过CON1管脚控制开关通断，当控制单元110控制CON1管脚输出低电平时，常闭开关闭合如图6中的0位置，当外部电流信号输入时，CON1控制开关切换到1的位置，电流信号会经过信号开关CON1流入R1电阻上。通过电阻R1将电流转换为相对应的电压信号AIN1，最后流入ADC的管脚上，控制单元110通过读取ADC的值可以获取接入的外部设备如控制系统的AO输出通道的信号值的大小。

[0082] AO检测单元会有两个工作模式，分别为自校准模式和外校准模式。在使用外校准模式之前，必须先进行一次自校准。AO检测单元通过信号接口140获取标准AO信号，进行多点校准。例如，首先在外部接口输入0%FS（Full Scale，最大量程范围），校准设备100通过读取ADC值，得到实测的信号y1。然后在外部接口输入20%FS，校准设备100通过读取ADC值，得到实测的信号y2。根据（0%FS，y1）和（20%FS，y2）两点对整条直线进行拟合，可得到拟合直线的斜率K和截距B，具体曲线如下公式所示，其中y为实际输出值，x为理论输出值：

[0083]

[0084] 类似的，对20%FS和50%FS进行直线拟合。对50%FS和80%FS进行直线拟合。对80%和100%FS进行直线拟合。总共4条直线，根据不同量程选用不同直线进行计算，可以提高校准设备的模拟信号输入检测单元210对AI检测的精度。

[0085] 在外校准模式下，校准设备100会进行自适应校准。校准设备100首先会检测10%FS和90%FS这两个点，并将计算出的校准参数发送给控制系统。控制系统会输出50%FS的AO给校准设备100，若精度满足要求，那么无需继续进行校准。若精度不满足要求，校准设备100例如使用二分法，用10%FS和50%FS这两点进行直线拟合，用50%FS和90%FS这两点进行直线拟合，以提高校准精度。如果还不满足要求，继续使用二分法进行直线拟合，以满足精度要求。

[0086] 请参考图7，示意了模拟信号输入检测单元220（以下简称AI检测单元）的具体结构，结合图3，AI检测单元包含信号开关AO_CON1、模拟信号输出调理电路（以下简称AO调理电路）和DAC（Digital‑to‑ Analog Converter，数模转换器）组成。控制单元110可以通过AO_CON1管脚控制继电器通断。当控制单元110控制AO_CON1管脚输出低电平时，信号开关常闭触点会闭合在图7中0的位置，校准设备100的AO信号会通过AO1流出到外部控制系统上，既可以向控制系统输出标准电流也可以输出标准电压。

[0087] AI检测单元会有两个工作模式，分别为自校准模式和外校准模式。在使用外校准模式之前，必须先进行一次自校准。与AO检测单元自校准一样，AI检测单元自校准模式需要进行多点校准，需要对0%FS、20%FS、50%FS、80%FS和100%FS这五个点进行校准，并拟合4条线。与AO检测单元类似，根据（0%FS，y1）和（20%FS，y2）两点对整条直线进行拟合，可得到拟合直线的斜率K和截距B，具体直线如下公式所示，其中y为实际输出值，x为理论输出值：

[0088]

[0089] 类似的，对20%FS和50%FS进行直线拟合。对50%FS和80%FS进行直线拟合。对80%和100%FS进行直线拟合。总共4条直线，根据不同量程选用不同直线进行计算，可以提高AO检测精度。

[0090] 在外校准模式下，校准设备100会进行自适应校准。控制系统首先会检测10%FS和90%FS这两个点，并将计算出的校准参数发送给控制系统。校准设备100会输出50%FS的AO给控制系统，若精度满足要求，那么无需继续进行校准。若精度不满足要求，与AO检测单元类似，校准设备100会使用二分法，以满足校准精度。

[0091] 请参考图8，示意了数字信号输出检测单元310（以下简称DO检测单元）的具体结构，结合图3，DO检测单元包含信号开关DI_CON1和数字信号输入调理电路（简称DI调理电路）组成。控制单元110可以通过DI_CON1管脚控制信号开关DI_CON1的通断。当控制单元110控制DI_CON1管脚输出高电平时，信号开关常开触点会闭合如图8中的1位置，控制系统的DO信号通过IN2输入DO检测单元，经过信号开关和电阻分压（主要作用是将外部输入电压范围转换为控制单元110能够识别的电平范围），最终流入R2电阻上。通过检测R2上方的电压，可以检测控制系统的DO信号（DO检测单元接收的DI信号）是高电平还是低电平。

[0092] 请参考图9，示意了数字信号输入检测单元320（以下简称DI检测单元）的具体结构，DI检测单元包含信号开关DO_CON1和数字信号输出条理电路（简称DO调理电路）组成。控制单元110可以通过DO_CON1管脚控制信号开关通断，当控制单元110控制DO_CON1管脚输出高电平时，信号开关DO_CON1常开触点会闭合如图9 中的1位置；当DO1输出高点平时，CH1将输出高电平。当DO1输出低点平时，CH1将输出低电平，由此，可以对控制系统的DI通道进行检测校准。

[0093] 应当理解上述图6‑9所示的电路结构，仅是一种示意，具体根据实际使用需求可以对各检测单元的内部结构、元器件类型进行调整，使得各个检测单元能够针对对应的信号类型检测校准即可。

[0094] 为了便于理解，结合图1‑9，进一步举例说明本发明实施例公开的校准设备100的结构和其用于进行校准的使用过程。

[0095] 在校准时，校准设备100可将通讯接口150连接至上位机，通过上位机对整个校准过程进行监测、控制和反馈等。

[0096] 校准设备100的自校准模式用于对自身的多个检测单元的信号通道进行校准，用于保证校准设备100自身的准确性。外部校准模式建立在自校准模式之上，在校准设备100完成自校准后，对通过信号接口140接入的外部的控制系统的信号通道进行校准。

[0097] 控制单元110可控制切换单元130的多个开关T1 T7开关导通和关断，例如，当控制~信号为1时，相对应的开关导通。当控制信号为0时，相对应的开关关断。校准模式具体开关切换如下表1所示：

[0098]

[0099] 上表中，AI表示模拟输入信号、AO表示模拟输出信号、DI表示数字输入信号、DO表示数字输出信号，为了便于描述在下文中，以英文缩写表示上述对应的信号。

[0100] 由上表可知校准设备100的自校准模式会经历总共4个工作模式。首先校准设备100会进入AI自校准模式，此时T1开关闭合其他开关断开，通过信号接口140提供标准AO信号以作为模拟信号输出单元210的AI信号，模拟信号输出单元210对AI电流的各个量程进行多点校准，并计算校准参数并保存至主控的存储中（如闪存）中。通过该工作模式，校准设备
100对输入的模拟信号（即外部设备的AO信号）的准确性可以得到保证。完成对AI信号通道的校准，校准设备100可对自身AO、DI和DO信号通道进行相应的校准。

[0101] 应当理解，校准设备100的AI信号检测通道用于检测外部控制系统的AO信号通道，校准设备100的AO信号检测通道用于检测外部控制系统的AI信号通道，校准设备100的DO信号检测通道用于检测外部控制系统的DI信号通道，校准设备100的DI信号检测通道用于检测外部控制系统的DO信号通道，即外校准模式的输出通道对应于自校准模式的输入通道，外校准模式的输入通道对应于自校准模式的输出通道。

[0102] 通过闭合T2开关且断开其他开关，校准设备100进入AO自校准模式。校准设备100的模拟信号输入检测单元220连接到自身的模拟信号输出检测单元210上，由模拟信号输出检测单元210接收模拟信号输入检测单元220向其输出的AO信号，校准设备100对自身的AO电压和电流的各个量程进行多点校准，并将校准的相关参数保存到主控的存储中。

[0103] 校准设备100完成对自身AO通道的校准后，需要对自身的DI通道进行校准。DI自校准模式需要闭合开关T5，校准设备100的DI通道（数字信号输出检测单元310）会接入至AO通道（数字信号输入检测单元320）上。校准设备100的AO通道输出5V以下的电压信号，若DI通道检测到此时输入为0，则此时校准设备的DI通道（DO检测单元）检测正常，否则会将错误通过通讯接口上传至上位机，或者进行提示。校准设备100的AO通道（AI检测单元）输出15V以上的电压信号，若DI通道（DO检测单元）检测到此时输入为1，则此时校准设备100的DI通道（DO检测单元）检测正常，否则会将错误通过通讯接口上传至上位机。

[0104] 成功完成校准设备100的DI自校准后，校准设备100最后会进入DO自校准模式。此时开关T7闭合且其他开关将会断开，校准设备100 DO通道（DI检测单元）会接入至DI通道（DO检测单元）上。DO通道（DI检测单元）输出高电平，若DI通道（DO检测单元）检测到此时输入为1，则此时DO通道（DI检测单元）检测正常，否则会将错误通过通讯接口上传至上位机。DO通道输出低电平，若DI通道检测到此时输入为0，则此时DO通道（DI检测单元）检测正常，否则会将错误信息通过通讯接口上传至上位机。

[0105] 若上述自校准结果均正常，则校准设备100已具备外部控制系统校准能力。在外校准模式下，校准设备100将通讯接口连接至待校准的控制系统上，将信号接口150连接至带校准的控制设备的输入输出信号接口上，还可通过校准设备100的通讯接口接入上位机，以对整个校准过程进行监测。

[0106] 继续上述例子，如按下按键2(162)，将校准设备100设置为AO外校准模式，模式可通过上位机看出。校准设备100调整开关T1导通且其他开关关闭，校准设备100进入AO外校准模式。可对外部控制系统的AO通道进行校准，校准设备100可通过通讯接口对外部控制系统的AO通道进行输出控制和校准。首先对AO电流的10%和90%两个点进行两点校准，并对AO的50%这个点进行检测，若满足精度要求，则上位机显示通过，若不满足要求，则上位机显示不通过。校准点和检测点的选择可以在上位机进行配置。

[0107] 再触发按键2(162)，将校准设备100设置为AI外校准模式，模式可通过上位机看出。校准设备100通过调整T3导通且其他开关关断，可对外部控制系统的AI电流和电压通道进行校准。通过控制校准设备100的输出值，对外部控制系统AI电流和电压的10%和90%量程进行校准，将校准数据发送给外部控制系统。校准设备100控制输出50%的电流和电压信号，控制系统检测到改制，若满足精度要求，则上位机显示通过，若不满足要求，则上位机显示不通过。校准点和检测点的选择可以在上位机进行配置。

[0108] 再次触发按键2(162)，将校准设备100设置为DO外校准模式，模式可通过上位机看出。此时校准设备100调整T6导通且其他开关断开，校准设备100可以通过通讯接口控制控制系统输出高电平和低电平。当外部控制系统输出高电平时，若校准设备100检测到高电平，说明外部控制系统输出正常。当外部控制系统输出低电平时，若校准设备100检测到低电平，说明外部输出正常。当校准设备100检测到高电平和低电平均正常之后，校准设备100会发送检测成功信号给控制系统，否则会发送错误信号给控制系统，此外，还可以向上位机发送错误信息，以便用户及时获取校准结果。

[0109] 再次触发按键2(162)，将校准设备100设置为DI外校准模式，其中校准设备100所处的模式可通过上位机显示。此时校准设备100通过调整T4导通且其他开关断开。校准设备100可控制自身的DO通道（DI检测单元）输出高电平和低电平，并通过通讯接口向控制系统发送。当控制系统在校准设备100输出高电平时感应到高电平，说明控制系统感应高电平正常。当控制系统在校准设备100输出低电平时感应到低电平，说明控制系统感应低电平正常。当控制系统感应高低电平都正常时，会通过通讯接口向校准设备100发送检测成功信息，否则会向校准设备100发送错误信息。

[0110] 应当理解，图1‑3中示意的按键1(160)和按键2(162)只是一种示意，也可以为校准设备100配置多种按键，如每个按键对应于一种校准模式，或者通过触发同一个按键切换校准模式。

[0111] 由此，本发明实施例提供的用于控制系统的校准设备能够实现以下技术效果：通过单一模块支持多种信号类型，通过软件配置实现包括模拟量输入电流、模拟量输出电流电压、数字信号输入、数字信号输出的监测校准；只需要一种外部标准模拟信号源，即可使得其他信号均可以实现内部自校准；具备自动量程调节，阈值调节功能，可以适应多种信号类型，无需新增源卡；具备自动化检测和校准功能，可以对校准参数进行计算，并将校准参数发送给待校准模块；具备多点校准自适应功能，对线性度比较差的信号，有很强适应性，提高校验通过率。

[0112] 附图中的流程图和步骤图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或步骤图中的每个方步骤可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方步骤中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方步骤实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，步骤图和/或流程图中的每个方步骤、以及步骤图和/或流程图中的方步骤的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

[0113] 以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。