用于把传统工业仪表接入基金会现场总线系统的装置的制作方法

本申请涉及通信领域，具体而言，涉及一种用于把传统工业仪表接入基金会现场总线系统的装置。

背景技术：

在传统的dcs应用中，所涉及到的变送器仪表以二线制的电流型为主，这类变送器把温度、压力、流量等物理量转换成0～20ma或4～20ma的电流信号。这些电流信号送入dcs系统中的模拟量输入卡(ai)进行采集量化，从而使dcs系统获得现场数据。其中，变送器仪表是安装在工业现场的，而dcs的模拟量输入卡是安装在专门的控制室内的，二者之间通常会有较长的距离，而每个变送器都要由导线连接到控制室，线缆的规模通常都会非常庞大，敷设困难，改造也不方便。

现场总线技术的一个优点就是可以节省大量的线缆。在现场总线系统中，变送器的温度、压力、流量等物理量不是转换成电流信号，而是直接转换成数字信号，然后通过二线制总线的方式传给控制系统。这样，现场的多台仪表可以就近通过一条总线就可以把现场数据传送到控制系统里面，从而节省了大量线缆；也能提升现场改造的灵活度，新增仪表的时候可以直接挂入总线，不必再敷设新的线缆。

目前现场总线仪表技术仍然掌握在国外仪表厂家，总线仪表价格昂贵，应用跟传统仪表相比少了很多。传统仪表技术成熟、价格便宜、应用广泛，用量以及存量都很大。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种用于把传统工业仪表接入基金会现场总线系统的装置，以解决问题。

为了实现上述目的，提供了一种用于把传统工业仪表接入基金会现场总线系统的装置，所述基金会现场总线用于给下游设备供电以及通信，其特征在于，包括：受控恒流源电路、控制模块以及接口电路；

所述受控恒流源电路分别连接基金会现场总线和控制模块，受控恒流源电路用于给控制模块供电；

所述接口电路分别连接基金会现场总线和传统工业仪表；

所述控制模块包括mcu模块、信号接收模块以及通讯信号调制模块，所述接口电路、信号接收模块、mcu模块、通讯信号调制模块以及受控恒流源电路依次连接，接口电路用于连接传统工业仪表并将其信号传输给信号接收模块，信号传输给mcu模块，mcu模块对信号进行转化并处理，再传输给通讯信号调制模块，通讯信号调制模块对信号进行调制并传输给受控恒流源电路，受控恒流源电路能够在基金会现场总线上产生一个交变电流，能够使传统工业仪表信号通过总线信号的方式传递到基金会现场总线系统中。

进一步的，还包括电压、电流保护电路，所述mcu模块内置adc模块，adc模块用于对信号接收模块传输的信号进行采集并转化成供mcu进行处理的信号。

进一步的，还包括电压、电流保护电路，用于先对基金会现场总线进行电压、电流保护处理，处理后的基金会现场再连接到受控恒流源电路以及接口电路。

进一步的，所述接口电路用于和现场的传统工业仪表接口进行连接，接口电路包括n个通道，用于连接n个传统工业仪表，n为大于等于1的整数。

进一步的，所述接口电路包括第一恒流源电路、第一稳压电路、采样电阻电路以及滤波电路，其中第一恒流源电路用于从基金会现场总线上汲取电流，所述第一稳压电路用于将恒流源汲取的多余电流部分进行回流，所述采样电阻电路用于对现场的传统工业仪表进行信号采样，所述滤波电路用于对采样的信号进行滤波并传输到所述控制模块。

进一步的，所述第一恒流源电路包括npn型三极管、偏置电阻、tl431以及恒流源电流设置电阻；所述第一稳压电路包括第一稳压管；所述采样电阻电路包括采样电阻；所述滤波电路采用rc滤波电路，包括滤波电路电阻和滤波电路电容；

偏置电阻一端接总线正，偏置电阻另一端分别接npn型三极管基极和tl431阴极，npn型三极管集电极接总线正，npn型三极管基发射极分别接恒流源电流设置电阻一端和tl431参考极，tl431阳极、恒流源电流设置电阻另一端以及第一稳压管负极接传统工业仪表一端，第一稳压管正极、滤波电容一端以及采样电阻一端接总线负，滤波电容另一端接滤波电阻一端同时还接到信号接收模块的输入端，滤波电阻另一端和采样电阻另一端同时接传统工业仪表另一端。

进一步的，所述受控恒流源电路包括镜像电流源电路，第二恒流源电路以及第二稳压电路；

所述第二恒流源电路用于控制镜像电流源中电流的大小，所述第二稳压电路用于将从总线上汲取的多余的电流进行回流。

进一步的，所述镜像电流源电路包括电阻r1、r2，三极管q1、q2，电阻r1、r2的一端同时连接信号接收模块的输入端，电阻r1另一端接三极管q1的发射极，电阻r2另一端接三极管q2的发射极，三极管q1和三极管q2的基极互连并接到三极管q1的集电极，三极管q2的集电极连接到总线vcc，三极管q1的集电极用于连接到恒流源电路。

进一步的，所述第二恒流源电路包括运放u1a、mos场效应管q3(漏极、源极、栅极)、电阻r3，所述第二稳压电路包括第二稳压管d1，所述运放u1a的同相输入端接所述通讯信号调制模块输出端，运放u1a的反相输入端分别接mos场效应管q3的源极和电阻r3一端，运放u1a的输出端接mos场效应管q3的栅极，运放u1a的正极电源端子接总线vcc，运放u1a的负极电源端子接地，电阻r3的另一端分别接mcu模块和第二稳压管d1的正极，第二稳压管d1的负极连接总线vcc，mos场效应管q3漏极接镜像电流源电路。

进一步的，所述mos场效应管q3采用n沟道增强型mos场效应管。

本发明所达到的有益效果：

1)通过ff现场总线(基金会现场总线)供电，遵循现场总线协议，并和ff系统进行通讯；

2)能接入传统的工业信号的现场仪表(0～20ma、4～20ma)。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是连接ff现场总线和传统仪表装置的一个具体实施方案；

图2是接口电路的一个具体实施方案；

图3是接口电路的电路结构示意图；

图4是受控恒流源电路和控制模块的示意图；

图5是工作时的总线电流。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，ff现场总线(基金会现场总线)1，其中ff现场总线(基金会现场总线)1的两根线分别为总线正和总线负，在这两根总线上既可以给下游设备供电，又可以进行通讯；

本发明装置2用于实现把普通仪表连接在ff现场总线上，该装置2包括：总线进来的电压、电流保护电路3，受控恒流源电路5，控制模块6，和现场传统仪表进行连接的接口电路7，该接口电路可以仅有1个通道，挂一台现场仪表，也可以有n个通道，可以挂n个现场仪表，可以就近放置在工业现场，并连接多台现场仪表；所述控制模块6包括mcu模块(mcu模块内置有adc模块)、信号接收模块、通讯信号调制模块，经过电压、电流保护电路3保护后的ff总线为总线4。

具体信号流：传统仪表的4～20ma或0～20ma信号传到接口电路7里面，然后通过信号接收模块接收，再通过adc进行数据采集并转化，接着通过mcu处理并由通讯信号调制模块调制并将调制通讯信号传输给受控恒流源电路5上，从而最终使ff现场总线1上产生一个交变电流，使数据通过总线信号的方式传递到ff现场总线系统中去。

如图2所示，接口电路包括第一恒流源电路a、第一稳压电路b、采样电阻电路c以及滤波电路d；

为了保持总线上保持一个较大的阻抗，通过第一恒流源电路a从总线上汲取能量；第一恒流源电路a从总线上汲取的电流大于20ma，多余的部分通过第一稳压电路b回流，采样电阻电路c对4～20ma或0～20ma信号采样，滤波电路d对采样的信号进行滤波并传输到所述控制模块。

如图3所示，第一恒流源电路包括npn型三极管a、偏置电阻b、tl431c以及恒流源电流设置电阻f；所述第一稳压电路包括第一稳压管d；所述采样电阻电路包括采样电阻g；所述滤波电路采用rc滤波电路e，包括滤波电路电阻和滤波电路电容；

偏置电阻一端接总线正，偏置电阻另一端分别接npn型三极管基极和tl431阴极，npn型三极管集电极接总线正，npn型三极管基发射极分别接恒流源电流设置电阻一端和tl431参考极，tl431阳极、恒流源电流设置电阻另一端以及第一稳压管负极接传统工业仪表一端，第一稳压管正极、滤波电容一端以及采样电阻一端接总线负，滤波电容另一端接滤波电阻一端同时还接到信号接收模块的输入端，滤波电阻另一端和采样电阻另一端同时接传统工业仪表另一端。

德州仪器公司(ti)生产的tl431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源，根据tl431的特性，恒流源电流设置电阻的电压等于tl431的参考基准电压时，电流达到恒定，第一稳压管将从总线上汲取的多余电流进行回流，并给传统仪表一个稳定的电压源，第一恒流源电路的电流约等于vref/rf，其中vref是tl431的参考基准电压，rf是恒流源电流设置电阻f的阻值，4～20ma或0～20ma信号流经采样电阻后产生一个电压，滤波后给经过信号接收模块接收并给adc进行采样。

如图4所示，其中r1、r2、q1、q2，组成一个镜像电流源，该镜像电流源中电流的大小受到u1a、q3、r3组成的横流源的控制，从总线上汲取的多余的电流通过稳压管d1回流。mcu模块可以通过波形接收电路接收现场总线上的通讯信号，然后把需要上传的数据，经过通讯信号调制模块调理后变成交变的电流信号通过受控恒流源调制到总线上去，从而实现数据的通讯。

如图5所示，表征了现场总线在通讯状态下和静默状态下的电流情况，在静默状态下，该电流是一个直流量，给下游所有器件进行供电；当进行通讯的时候，在该直流量的基础上叠加一个交流电流，来实现信号的传递。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。