专利名称：附着式现场智能仪表总线通讯接口模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工业过程控制系统和现场总线通信领域，特别是涉及一种附 着式现场智能仪表总线通讯接口模块。
背景技术：
过程控制系统(process control systems)是通过对过程参量的控制，可使生产 过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。由于所述的过程控制系统具有及时、精确及 智能等优点，被广泛应用于例如石油、化工、电力、冶金等行业。目前常用的过程控制系统通 常是DCS和PLC，这两种过程控制系统的结构配置比较类似，目标端点的设备(例如模块或 者卡件)，都是通过一个或者是多个数据总线，连接到一个或者多个控制器的数据总线接口 上，由总线将目标端点的过程变量数据传递到控制器和工作站上位系统中，控制器和工作 站上位系统的主要功能，是实现监视过程变量，然后通过控制参数或者控制算法，对不同的 过程变量进行调整。无论是逻辑层次上的分布或者是物理层次上的分布，控制器设备都必须连接到遍 及整个过程分布的许多个电子监控设备和现场装置上。传统的电子监控设备和现场装置大 都采用模拟量传输的方式，无论源信号的形式如何，都会被转化成为原始的电压或者电流 信号，传递到目标端点的接口上，然后通过目标端点上一层的电路进行转换，或由CPU进行 处理后经过通讯接口传递到数据总线上。随着智能现场仪表的普及，目前的工业现场智能仪表的使用越来越多，与传统的 模拟量传输的方式不同，现场智能仪表利用数字信号进行通讯传输。相较于传统的模拟 量传输方式，其优点是在同一个总线上可以连接多个设备，除了能通过仪表对源信号进 行采集，还可以通过数据总线，读取或者修改现场智能仪表的参数，从而实现对远距离现 场智能仪表的本地配置和信号采集。目前世界上比较成熟用于现场智能仪表的方式是 HART (Highway Addressable Remote Transducer，即可寻址远程传感器高速通道的开放通 信协议)。在该HART协议通信中主要变量和控制信息采用传统两线制的4-20mA电流传递 技术，通过对电流信号的调制，在线路上叠加一个低速的电流FSK信号，包括检测、校准、信 息诊断、过程参数修改和设备组态，均是通过该HART协议进行操作。过程控制系统为了与该类型的现场智能仪表进行连接，一般采用的是协议网关设 备。协议网关设备是一种独立的设备装置，通过微处理器和电路将不同协议的物理层、协议 层和应用层进行转换，将过程控制系统数据翻译成现场智能仪表可识别的数据，从而进行 数据通讯。然，该种连接方式的缺点是第一，协议网关设备是一个独立的设备，无论是自主 研发或者是购买成品都很昂贵；第二，现场智能仪表的分布状况是不规则的，必须独立进行 安装；第三，现场智能仪表采用通讯方式采集数据，数据的更新频率是以通讯速率基准的， 换言之通讯速率越快，数据更新的越快，而HART仪表的通讯速率为1200比特/秒，更新速 度偏慢。因而，介于上述连接方式的缺点，如何实现一种成本更低，连接更加简便同时能快速响应数据的方式，而解决现有技术中存在的缺失，实已成为亟待解决的课题。 发明内容鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种附着式现场智能 仪表总线通讯接口模块，以在不增加微处理器和额外布线的情况下，实现较低成本对现场 智能仪表总线的通信，并使连接更加简便同时能快速响应数据。为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种附着式现场智能仪表总线 通讯接口模块，其应用于过程控制系统模块与现场智能仪表的HART协议通讯系统中，所述 过程控制系 统模块具有主控电路以及HART调制解调单元，其特征在于，所述附着式现场智 能仪表总线通讯接口模块至少包括通讯接口单元、HART通讯单元、V/I转换单元、以及转 发单元。其中，所述通讯接口单元电性连接于所述主控电路；所述HART通讯单元电性连接 于所述通讯接口单元，用以将所述主控电路通过所述通讯接口单元发送来的HART命令转 变为FSK载波电压信号后输出，以及通过所述主控电路对相应HART通路进行选择；所述V/ I转换单元电性连接于所述HART通讯单元，用以接收到所述HART通讯单元发送之FSK载波 电压信号后将其转换电流信号；所述转发单元电性连接于所述V/I转换单元，用以将所述 电流信号转发到所述HART调制解调单元，以进行双向数字通讯。如上所述，本实用新型的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块与现有技术相 比，使用本实用新型的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块具有如下几个优点即体积 小、造价低、安装灵活、节约布线成本和人力成本。以在不增加微处理器和额外布线的情况 下，实现较低成本对现场智能仪表总线的通信，并使连接更加简便同时能快速响应数据， 故，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点。
图1显示为本实用新型的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块应用架构示意 图。元件标号的简单说明1过程控制系统模块11主控电路111微处理器112扩展通讯接口12HART调制解调单元13连接端子2通讯接口模块21通讯接口单元22HART通讯单元23V/I转换单元24转发单元241隔离电路242开关电路[0025]3底座4信号电缆5现场总线设备具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说 明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另 外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应 用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1，图1显示为本实用新型的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块应 用架构示意图，图1而仅以示意的方式说明本实用新型的基本构想，其组件布局型态也可 能更为复杂。如图所示，本实用新型提供一种附着式现场智能仪表总线通讯接口模块2，(为方 便说明，于实施方式中简称为通讯接口模块2)，所述通讯接口模块2应用于过程控制系统 模块1与现场智能仪表的HART协议通讯系统中，所述过程控制系统模块1具有主控电路11 以及HART调制解调单元12，于本实施例中，所述主控电11路具有微处理器111以及连接所 述微处理器111的扩展通讯接口 112;所述HART调制解调单元为HART调制解调芯片。于 本实施例中，所述过程控制系统模块1还包括一连接端子13，所述连接端子13藉由一信号 电缆4电性连接于现场总线设备5上。本实用新型的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块2至少包括通讯接口单元 21、HART通讯单元22、V/1转换单元23、以及转发单元24。所述通讯接口单元21电性连接于所述主控电路11，具体地，所述通讯接口单元21 电性连接于所述扩展通讯接口 112上，于本实施例中，所述通讯接口单元21为一连接器。所述HART通讯单元22电性连接于所述通讯接口单元21，用以将所述主控电路 11通过所述通讯接口单元21发送来的HART命令转变为FSK载波电压信号后输出，以及通 过所述主控电路11对相应HART通路进行选择，具体地，所述HART通讯单元通过所述微处 理器对相应HART通路进行选择。于本实施例中，所述HART通讯单元22为HART通讯芯片 HM1200。所述V/I转换单元23电性连接于所述HART通讯单元22，用以接收到所述HART通 讯单元22发送之FSK载波电压信号后将其转换电流信号，于本实施例中，所述V/I转换单 元23接收到所述HART通讯单元22发送之FSK载波电压信号后将其转换成士0. 5mA的电
流信号。所述转发单元24电性连接于所述V/I转换单元23，用以将所述电流信号转发到所 述HART调制解调单元12，以进行双向数字通讯。于本实施例中，所述转发单元24包括有隔 离电路241以及开关电路242，更为具体地，所述开关电路242为8路电子开关。综上所述，如图1所示，所述通讯接口模块2应用于过程控制系统模块1与现场智 能仪表的HART协议通讯系统中，上位机(未图示)将HART命令通过现场总线发布到目标 过程控制系统模块1上，由所述过程控制系统模块1上的微处理器111进行解析，所述微处 理器111的串口经由所述通讯接口单元21连接到所述HART通讯单元22的串口上，再由所述微处理器111进行控制，所述通讯接口单元21接收串口发送来的HART命令，并将这些命 令转变为FSK载波电压信号，这些电压信号经由所述V/I转换单元23转换为士 0. 5mA的电 流信号，通过隔离电路241和电子开关242转发到对应的通道上，在低频的4-20mA模拟信 号上叠加幅度为0. 5mA的音频数字信号进行双向数字通讯。由于FSK信号的平均值为0，不 影响传送给控制系统模拟信号的大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。 于实际的实施方式中，在HART协议通信中主要的变量和控制信息由4_20mA模拟 信号传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协 议访问。微处理器111会锁定该通道等待现场智能仪表应答。现场智能仪表接收到命令后， 直接对通讯接口模块2进行应答，通讯接口模块2的HART通讯芯片HM1200将FSK载波信 号转换为串口信号后输出，由所述微处理器111转发到上位机。本实用新型的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块2可以根据需要，直接插入 通用电流量采集卡对应的通讯接口单元21上，采集卡控制和处理部分可以自行辨别出模 块的接入，并启动相应的处理进程。整个采集卡连接到所述底座3上，而无须增加任何外围 线路，依旧使用原有的信号电缆4，连接现场总线设备5上。同时不影响通道数据的高速实 时采集。本实用新型的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块与现有技术相比，使用本实 用新型的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块具有如下几个优点即体积小、造价低、安 装灵活、节约布线成本和人力成本。以在不增加微处理器和额外布线的情况下，实现较低成 本对现场智能仪表总线的通信，并使连接更加简便同时能快速响应数据，故，本实用新型有 效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新 型。任何熟习此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行 修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精 神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由后述的权利要求所涵盖。
权利要求一种附着式现场智能仪表总线通讯接口模块，其应用于过程控制系统模块与现场智能仪表的HART协议通讯系统中，所述过程控制系统模块具有主控电路以及HART调制解调单元，其特征在于，所述附着式现场智能仪表总线通讯接口模块至少包括通讯接口单元，电性连接于所述主控电路；HART通讯单元，电性连接于所述通讯接口单元，用以将所述主控电路通过所述通讯接口单元发送来的HART命令转变为FSK载波电压信号后输出，以及通过所述主控电路对相应HART通路进行选择；V/I转换单元，电性连接于所述HART通讯单元，用以接收到所述HART通讯单元发送之FSK载波电压信号后将其转换电流信号；以及转发单元，电性连接于所述V/I转换单元，用以将所述电流信号转发到所述HART调制解调单元，以进行双向数字通讯。
2.如权利要求1所述的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块，其特征在于所述主 控电路具有微处理器以及连接所述微处理器的扩展通讯接口。
3.如权利要求2所述的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块，其特征在于所述通 讯接口单元电性连接于所述扩展通讯接口。
4.如权利要求2所述的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块，其特征在于所述 HART通讯单元通过所述微处理器对相应HART通路进行选择。
5.如权利要求1所述的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块，其特征在于所述V/I 转换单元接收到所述HART通讯单元发送之FSK载波电压信号后将其转换成士0. 5mA的电 流信号。
6.如权利要求1所述的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块，其特征在于所述转 发单元包括有隔离电路以及开关电路。
7.如权利要求6所述的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块，其特征在于所述开 关电路为8路电子开关。
8.如权利要求1所述的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块，其特征在于所述通 讯接口单元为连接器。
9.如权利要求1所述的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块，其特征在于所述 HART通讯单元为HART通讯芯片HM1200。
10.如权利要求1所述的附着式现场智能仪表总线通讯接口模块，其特征在于所述 HART调制解调单元为HART调制解调芯片。
专利摘要本实用新型提供一种附着式现场智能仪表总线通讯接口模块，应用于过程控制系统模块与现场智能仪表的HART协议通讯系统中，该过程控制系统模块具有主控电路及HART调制解调单元，其至少包括电性连接于该主控电路的通讯接口单元；用以将该主控电路发送来的HART命令转变为FSK载波电压信号后输出，并通过该主控电路对相应HART通路进行选择；用以接收到该HART通讯单元发送之FSK载波电压信号后将其转换电流信号的V/I转换单元；及用以将电流信号转发到HART调制解调单元以进行双向数字通讯的转发单元，本实用新型之模块增加了传统电流量采集卡的功能和系统的安全性，降低了人力成本和设备成本并提高响应速度。
文档编号G05B19/418GK201732276SQ20092020873
公开日2011年2月2日 申请日期2009年8月31日 优先权日2009年8月31日
发明者高飞 申请人:京仪华文自动化系统工程(上海)有限公司