專利名稱：附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種工業(yè)過程控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線通信領域，特別是涉及一種附 著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊。
背景技術：
過程控制系統(tǒng)(process control systems)是通過對過程參量的控制，可使生產 過程中產品的產量增加、質量提高和能耗減少。由于所述的過程控制系統(tǒng)具有及時、精確及 智能等優(yōu)點，被廣泛應用于例如石油、化工、電力、冶金等行業(yè)。目前常用的過程控制系統(tǒng)通 常是DCS和PLC，這兩種過程控制系統(tǒng)的結構配置比較類似，目標端點的設備(例如模塊或 者卡件)，都是通過一個或者是多個數(shù)據(jù)總線，連接到一個或者多個控制器的數(shù)據(jù)總線接口 上，由總線將目標端點的過程變量數(shù)據(jù)傳遞到控制器和工作站上位系統(tǒng)中，控制器和工作 站上位系統(tǒng)的主要功能，是實現(xiàn)監(jiān)視過程變量，然后通過控制參數(shù)或者控制算法，對不同的 過程變量進行調整。無論是邏輯層次上的分布或者是物理層次上的分布，控制器設備都必須連接到遍 及整個過程分布的許多個電子監(jiān)控設備和現(xiàn)場裝置上。傳統(tǒng)的電子監(jiān)控設備和現(xiàn)場裝置大 都采用模擬量傳輸?shù)姆绞?，無論源信號的形式如何，都會被轉化成為原始的電壓或者電流 信號，傳遞到目標端點的接口上，然后通過目標端點上一層的電路進行轉換，或由CPU進行 處理后經(jīng)過通訊接口傳遞到數(shù)據(jù)總線上。隨著智能現(xiàn)場儀表的普及，目前的工業(yè)現(xiàn)場智能儀表的使用越來越多，與傳統(tǒng)的 模擬量傳輸?shù)姆绞讲煌?，現(xiàn)場智能儀表利用數(shù)字信號進行通訊傳輸。相較于傳統(tǒng)的模擬 量傳輸方式，其優(yōu)點是在同一個總線上可以連接多個設備，除了能通過儀表對源信號進 行采集，還可以通過數(shù)據(jù)總線，讀取或者修改現(xiàn)場智能儀表的參數(shù)，從而實現(xiàn)對遠距離現(xiàn) 場智能儀表的本地配置和信號采集。目前世界上比較成熟用于現(xiàn)場智能儀表的方式是 HART (Highway Addressable Remote Transducer，即可尋址遠程傳感器高速通道的開放通 信協(xié)議)。在該HART協(xié)議通信中主要變量和控制信息采用傳統(tǒng)兩線制的4-20mA電流傳遞 技術，通過對電流信號的調制，在線路上疊加一個低速的電流FSK信號，包括檢測、校準、信 息診斷、過程參數(shù)修改和設備組態(tài)，均是通過該HART協(xié)議進行操作。過程控制系統(tǒng)為了與該類型的現(xiàn)場智能儀表進行連接，一般采用的是協(xié)議網(wǎng)關設 備。協(xié)議網(wǎng)關設備是一種獨立的設備裝置，通過微處理器和電路將不同協(xié)議的物理層、協(xié)議 層和應用層進行轉換，將過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)翻譯成現(xiàn)場智能儀表可識別的數(shù)據(jù)，從而進行 數(shù)據(jù)通訊。然，該種連接方式的缺點是第一，協(xié)議網(wǎng)關設備是一個獨立的設備，無論是自主 研發(fā)或者是購買成品都很昂貴；第二，現(xiàn)場智能儀表的分布狀況是不規(guī)則的，必須獨立進行 安裝；第三，現(xiàn)場智能儀表采用通訊方式采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的更新頻率是以通訊速率基準的， 換言之通訊速率越快，數(shù)據(jù)更新的越快，而HART儀表的通訊速率為1200比特/秒，更新速 度偏慢。因而，介于上述連接方式的缺點，如何實現(xiàn)一種成本更低，連接更加簡便同時能快速響應數(shù)據(jù)的方式，而解決現(xiàn)有技術中存在的缺失，實已成為亟待解決的課題。 發(fā)明內容鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種附著式現(xiàn)場智能 儀表總線通訊接口模塊，以在不增加微處理器和額外布線的情況下，實現(xiàn)較低成本對現(xiàn)場 智能儀表總線的通信，并使連接更加簡便同時能快速響應數(shù)據(jù)。為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種附著式現(xiàn)場智能儀表總線 通訊接口模塊，其應用于過程控制系統(tǒng)模塊與現(xiàn)場智能儀表的HART協(xié)議通訊系統(tǒng)中，所述 過程控制系 統(tǒng)模塊具有主控電路以及HART調制解調單元，其特征在于，所述附著式現(xiàn)場智 能儀表總線通訊接口模塊至少包括通訊接口單元、HART通訊單元、V/I轉換單元、以及轉 發(fā)單元。其中，所述通訊接口單元電性連接于所述主控電路；所述HART通訊單元電性連接 于所述通訊接口單元，用以將所述主控電路通過所述通訊接口單元發(fā)送來的HART命令轉 變?yōu)镕SK載波電壓信號后輸出，以及通過所述主控電路對相應HART通路進行選擇；所述V/ I轉換單元電性連接于所述HART通訊單元，用以接收到所述HART通訊單元發(fā)送之FSK載波 電壓信號后將其轉換電流信號；所述轉發(fā)單元電性連接于所述V/I轉換單元，用以將所述 電流信號轉發(fā)到所述HART調制解調單元，以進行雙向數(shù)字通訊。如上所述，本實用新型的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊與現(xiàn)有技術相 比，使用本實用新型的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊具有如下幾個優(yōu)點即體積 小、造價低、安裝靈活、節(jié)約布線成本和人力成本。以在不增加微處理器和額外布線的情況 下，實現(xiàn)較低成本對現(xiàn)場智能儀表總線的通信，并使連接更加簡便同時能快速響應數(shù)據(jù)， 故，本實用新型有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點。

圖1顯示為本實用新型的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊應用架構示意 圖。元件標號的簡單說明1過程控制系統(tǒng)模塊11主控電路111微處理器112擴展通訊接口12HART調制解調單元13連接端子2通訊接口模塊21通訊接口單元22HART通訊單元23V/I轉換單元24轉發(fā)單元241隔離電路242開關電路[0025]3底座4信號電纜5現(xiàn)場總線設備具體實施方式
以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說 明書所揭示的內容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點與功效。本實用新型還可以通過另 外不同的具體實施方式
加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應 用，在不背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。請參閱圖1，圖1顯示為本實用新型的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊應 用架構示意圖，圖1而僅以示意的方式說明本實用新型的基本構想，其組件布局型態(tài)也可 能更為復雜。如圖所示，本實用新型提供一種附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊2，(為方 便說明，于實施方式中簡稱為通訊接口模塊2)，所述通訊接口模塊2應用于過程控制系統(tǒng) 模塊1與現(xiàn)場智能儀表的HART協(xié)議通訊系統(tǒng)中，所述過程控制系統(tǒng)模塊1具有主控電路11 以及HART調制解調單元12，于本實施例中，所述主控電11路具有微處理器111以及連接所 述微處理器111的擴展通訊接口 112;所述HART調制解調單元為HART調制解調芯片。于 本實施例中，所述過程控制系統(tǒng)模塊1還包括一連接端子13，所述連接端子13藉由一信號 電纜4電性連接于現(xiàn)場總線設備5上。本實用新型的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊2至少包括通訊接口單元 21、HART通訊單元22、V/1轉換單元23、以及轉發(fā)單元24。所述通訊接口單元21電性連接于所述主控電路11，具體地，所述通訊接口單元21 電性連接于所述擴展通訊接口 112上，于本實施例中，所述通訊接口單元21為一連接器。所述HART通訊單元22電性連接于所述通訊接口單元21，用以將所述主控電路 11通過所述通訊接口單元21發(fā)送來的HART命令轉變?yōu)镕SK載波電壓信號后輸出，以及通 過所述主控電路11對相應HART通路進行選擇，具體地，所述HART通訊單元通過所述微處 理器對相應HART通路進行選擇。于本實施例中，所述HART通訊單元22為HART通訊芯片 HM1200。所述V/I轉換單元23電性連接于所述HART通訊單元22，用以接收到所述HART通 訊單元22發(fā)送之FSK載波電壓信號后將其轉換電流信號，于本實施例中，所述V/I轉換單 元23接收到所述HART通訊單元22發(fā)送之FSK載波電壓信號后將其轉換成士0. 5mA的電
流信號。所述轉發(fā)單元24電性連接于所述V/I轉換單元23，用以將所述電流信號轉發(fā)到所 述HART調制解調單元12，以進行雙向數(shù)字通訊。于本實施例中，所述轉發(fā)單元24包括有隔 離電路241以及開關電路242，更為具體地，所述開關電路242為8路電子開關。綜上所述，如圖1所示，所述通訊接口模塊2應用于過程控制系統(tǒng)模塊1與現(xiàn)場智 能儀表的HART協(xié)議通訊系統(tǒng)中，上位機(未圖示)將HART命令通過現(xiàn)場總線發(fā)布到目標 過程控制系統(tǒng)模塊1上，由所述過程控制系統(tǒng)模塊1上的微處理器111進行解析，所述微處 理器111的串口經(jīng)由所述通訊接口單元21連接到所述HART通訊單元22的串口上，再由所述微處理器111進行控制，所述通訊接口單元21接收串口發(fā)送來的HART命令，并將這些命 令轉變?yōu)镕SK載波電壓信號，這些電壓信號經(jīng)由所述V/I轉換單元23轉換為士 0. 5mA的電 流信號，通過隔離電路241和電子開關242轉發(fā)到對應的通道上，在低頻的4-20mA模擬信 號上疊加幅度為0. 5mA的音頻數(shù)字信號進行雙向數(shù)字通訊。由于FSK信號的平均值為0，不 影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號的大小，保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。 于實際的實施方式中，在HART協(xié)議通信中主要的變量和控制信息由4_20mA模擬 信號傳送，在需要的情況下，另外的測量、過程參數(shù)、設備組態(tài)、校準、診斷信息通過HART協(xié) 議訪問。微處理器111會鎖定該通道等待現(xiàn)場智能儀表應答?，F(xiàn)場智能儀表接收到命令后， 直接對通訊接口模塊2進行應答，通訊接口模塊2的HART通訊芯片HM1200將FSK載波信 號轉換為串口信號后輸出，由所述微處理器111轉發(fā)到上位機。本實用新型的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊2可以根據(jù)需要，直接插入 通用電流量采集卡對應的通訊接口單元21上，采集卡控制和處理部分可以自行辨別出模 塊的接入，并啟動相應的處理進程。整個采集卡連接到所述底座3上，而無須增加任何外圍 線路，依舊使用原有的信號電纜4，連接現(xiàn)場總線設備5上。同時不影響通道數(shù)據(jù)的高速實 時采集。本實用新型的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊與現(xiàn)有技術相比，使用本實 用新型的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊具有如下幾個優(yōu)點即體積小、造價低、安 裝靈活、節(jié)約布線成本和人力成本。以在不增加微處理器和額外布線的情況下，實現(xiàn)較低成 本對現(xiàn)場智能儀表總線的通信，并使連接更加簡便同時能快速響應數(shù)據(jù)，故，本實用新型有 效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產業(yè)利用價值。上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新 型。任何熟習此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行 修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精 神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由后述的權利要求所涵蓋。
權利要求一種附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊，其應用于過程控制系統(tǒng)模塊與現(xiàn)場智能儀表的HART協(xié)議通訊系統(tǒng)中，所述過程控制系統(tǒng)模塊具有主控電路以及HART調制解調單元，其特征在于，所述附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊至少包括通訊接口單元，電性連接于所述主控電路；HART通訊單元，電性連接于所述通訊接口單元，用以將所述主控電路通過所述通訊接口單元發(fā)送來的HART命令轉變?yōu)镕SK載波電壓信號后輸出，以及通過所述主控電路對相應HART通路進行選擇；V/I轉換單元，電性連接于所述HART通訊單元，用以接收到所述HART通訊單元發(fā)送之FSK載波電壓信號后將其轉換電流信號；以及轉發(fā)單元，電性連接于所述V/I轉換單元，用以將所述電流信號轉發(fā)到所述HART調制解調單元，以進行雙向數(shù)字通訊。
2.如權利要求1所述的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊，其特征在于所述主 控電路具有微處理器以及連接所述微處理器的擴展通訊接口。
3.如權利要求2所述的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊，其特征在于所述通 訊接口單元電性連接于所述擴展通訊接口。
4.如權利要求2所述的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊，其特征在于所述 HART通訊單元通過所述微處理器對相應HART通路進行選擇。
5.如權利要求1所述的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊，其特征在于所述V/I 轉換單元接收到所述HART通訊單元發(fā)送之FSK載波電壓信號后將其轉換成士0. 5mA的電 流信號。
6.如權利要求1所述的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊，其特征在于所述轉 發(fā)單元包括有隔離電路以及開關電路。
7.如權利要求6所述的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊，其特征在于所述開 關電路為8路電子開關。
8.如權利要求1所述的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊，其特征在于所述通 訊接口單元為連接器。
9.如權利要求1所述的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊，其特征在于所述 HART通訊單元為HART通訊芯片HM1200。
10.如權利要求1所述的附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊，其特征在于所述 HART調制解調單元為HART調制解調芯片。
專利摘要本實用新型提供一種附著式現(xiàn)場智能儀表總線通訊接口模塊，應用于過程控制系統(tǒng)模塊與現(xiàn)場智能儀表的HART協(xié)議通訊系統(tǒng)中，該過程控制系統(tǒng)模塊具有主控電路及HART調制解調單元，其至少包括電性連接于該主控電路的通訊接口單元；用以將該主控電路發(fā)送來的HART命令轉變?yōu)镕SK載波電壓信號后輸出，并通過該主控電路對相應HART通路進行選擇；用以接收到該HART通訊單元發(fā)送之FSK載波電壓信號后將其轉換電流信號的V/I轉換單元；及用以將電流信號轉發(fā)到HART調制解調單元以進行雙向數(shù)字通訊的轉發(fā)單元，本實用新型之模塊增加了傳統(tǒng)電流量采集卡的功能和系統(tǒng)的安全性，降低了人力成本和設備成本并提高響應速度。
文檔編號G05B19/418GK201732276SQ20092020873
公開日2011年2月2日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權日2009年8月31日
發(fā)明者高飛 申請人:京儀華文自動化系統(tǒng)工程(上海)有限公司