CN100501614C - 自动配置hart多点系统的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动配置HART多点系统的方法，该系统包括主设备(1)和多个连接到所述主设备(1)的从设备(21...215)。本发明也涉及一种为根据本发明的方法实现定制的HART多点系统。根据本发明的方法具有以下步骤：a)将从设备(21...215)连接到主设备(1)；b)在主设备(1)上接通从设备(21...215)的电源(3)；c)将HART指令“写轮询地址”作为广播指令从主设备(1)发送，其带有一个不等于0的轮询地址，使得所有连接到主设备(1)的从设备(21...215)自动切换到多点模式，并且使所有从设备(21...215)获得不等于0的同一地址；d)将所有从设备(21...215)的地址从所述同一地址改变为每个从设备(21...215)的唯一地址。

Description

自动配置HART多点系统的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种自动配置所谓HART(Highway AddressibleRemote Transducer，可寻址远程传感器数据公路)多点系统的方法，该系统包括主设备，和连接到至少一个主设备的多个从设备。此外，本发明涉及实现依据本发明的方法实现的用户定制的HART多点系统。
背景技术
HART多点系统基本上包括一个或两个主设备以及连接到至少一个主设备的多个从设备。从设备通常也称为现场设备，并且包括各种传感器、激励器或其它设备，例如手持设备。尤其是，这样的从设备是填充水平传感器、压力或温度传感器或流传感器(flow-throughsensor)。
从设备通过所谓4到20mA的双线回路连接到至少一个主设备。使用已知的HART协议实现主设备和从设备之间的通信。关于HART协议，特别参考出版物＂HART-field Communications Protocol，ATechnical Overview(第二版)，Romilly Bowden，2003年9月，EmersonProcess Management＂。该HART协议规范由Fisher-Rosemount Ltd.销售，并且通常应用在商业上。
在HART多点系统中，主设备通常维护从设备的能量供应，并且通过主设备实现与连接的从设备通信。HART系统的从设备通常适合于这样的方式，它们可以用最大馈入电流20mA运行。当主设备和从设备之间的通信是模拟的时，即当由从设备馈入到双线回路的电流与测量的信号成比例时，这是主设备能够提供的最大电流。当有多个从设备时，与主设备的通信是数字的。在此馈入电流减少到4mA。从设备因此具有与主设备进行模拟通信的第一模式，和与主设备进行数字通信的第二模式(多点模式)，在此时的操作中，每个从设备用4mA馈入电流操作。
在常规HART多点系统中，每个从设备由操作者现场转换到多点模式。当几个从设备距离主设备特别远时或当从设备相互之间位于很远的距离时，这尤其是麻烦的。在生产过程中，例如不得不在各种存储罐检查填充水平、温度和压力，然而其中存储罐可以相互位于几十或几百米或更远。为了配置这样的HART多系统，操作者必须将每个从设备单独地连接到系统，并在现场将其转换到多点模式。这种耗时处理必须在HART多点系统进入运行之前完成。
发明内容
根据本发明的第一方面，一种自动配置包括至少一个主设备和多个从设备的HART多点系统的方法，包括下列处理步骤。根据本发明的第一个方面，系统是新建的：从设备连接到多点系统。一旦从设备连接到主设备，为供应从设备，在主设备存在的电源被接通。同时或稍后，HART指令No.6“写轮询地址”作为广播指令发送。通过作为广播指令发送指令No.6，HART多点系统的所有从设备被编址并被转换到多点模式。作为从设备的一个地址，由指令No.6分配的轮询地址不等于0(即根据现有技术，如HART协议规定的在1和15之间的整数值)。结果，所有从设备现在假设为多点模式，但是它们都具有相同地址。此时必须确保在HART多点系统中出现的每个从设备获得唯一地址和唯一标识符。这可以以两种方式完成，将在下面解释。
根据本发明的第二个方面，包括一个或多个从设备的现有HART多点系统由至少一个附加的从设备补充。因为该目的，至少一个附加从设备被连接到现有HART多点系统。一旦连接了所有的从设备，切断存在于主设备的电源(如果确实仍是接通的话)，一旦从设备被从电压或电流隔离，此时电源被再次接通。同时或稍后，HART指令No.6“写轮询地址”作为广播指令发送。通过作为广播指令发送指令No.6，所有HART多点系统的从设备被编址并转换到多点模式。作为从设备的一个地址，由指令No.6分配的轮询地址不等于0(即，根据现有技术，如HART协议规定的1和15之间的值)。使用这些，所有的从设备现在被假设为多点模式，但是他们具有相同地址。此时必须确保存在于HART多点系统中的每个从设备获得唯一地址和唯一标识符。
可以实现唯一轮询地址和/或唯一标识符的分配，如下所述。例如，通过编程例程查询从设备的唯一标识符，其由操作者人工输入，同样也查询轮询地址(1和15之间的数值)，其必须由操作者输入。作为修正，在标识符输入后自动地分配轮询地址也是可能的，这意味着上述操作不需要输入相应轮询地址。此时相应于输入标识符具有长帧地址的指令No.6与现在确定的从设备的轮询地址一起发送。现在由长帧地址唯一编址从设备，由此获得新分配的轮询地址。这个处理对所有连接的从设备重复。最后，所有从设备都有确定的地址(1到15)并且通过上述唯一标识符由主设备单独地可寻址。
可替换地，整个处理可以部分地或全部自动化。因为这个目的，每个连接的从设备的唯一标识符自动地从预先确定的数据库那里获取，并且自动地分配轮询地址。以这个方式创造的长帧地址和具有为某个从设备确定的轮询地址的指令No.6被自动地传输。换句话说：系统检查哪些从设备连接到多点系统，以及自动地为每一个从设备分配特定地址，这可以是1和15之间的(如现在由HART协议规定的)数值。如果已经分配了地址，例如2，则还没有分配的一个地址被自动地分配，尤其是下一更高的地址。最后，所有连接到主设备的从设备获得了它们的唯一轮询地址，并且可以单独地识别。
对于如何实现地址分配自动处理的更多细节，可以参考DE 10202 851 A1(US 2003140125或EP 1331794)以避免不适当重复。在这里，详细解释在网络组件中分配地址的方法的一个例子。此外，其他众所周知的自动地址分配技术也可以用于现有HART多点系统。
由于根据现有技术的上述事实，HART通信相对慢速，上述解释的半-自动的地址分配方法优于上述解释的全自动地址分配方法。
在本发明的另一个典型实施例中，再次打开主设备的电源以供给从设备之前，检查从设备是否的确没有电压或电流。换句话说，检查用于从设备供应的主设备中的电源电压或电源电流是否大约是0，即，电流<4mA或尤其是电流<3.6mA。
可替换地，当电源断开之后，在预定的时间间隔后，电源重新打开。以这样的方式选择所述时间间隔，确保从设备的电源再次打开之前，没有施加电压或没有明显电流可用。
在本发明的另一个实施例中，在切换到多点模式后，重新分配一个地址给从设备，可以由操作者为每个从设备输入1和15之间的唯一地址。可以通过查询或从数据库获得每个从设备的唯一地址。
本发明的另一个示例性实施例提供在输入从设备的唯一地址之前，查询该从设备之前是否已经配置了，如果是，为该从设备再次分配相同的地址。由此，如果从设备的唯一标识符和地址(1和15之间的值)是已知的，它们随着HART指令No.6在长帧地址中发送，以使得由唯一标识符唯一标识的从设备现在也可以获得自己的轮询地址。
从设备的唯一标识符可以是从设备的序列号和制造商ID代码和所谓设备类型代码。以这三个特征，可以形成唯一长帧地址，因而可以直接编址一个从设备。通过使用集成了唯一长帧地址的HART指令No.6，唯一轮询地址(1-15)可以分配给该特定从设备，该地址不同于对所有从设备是相同的同一地址(轮询地址)。
根据本发明的另一个方面，HART多点系统包括至少一个具有提供供给从设备的电源的主设备，和多个连接到所述至少一个主设备的从设备。此外，也存在控制单元，其用于自动配置HART多点系统关闭主设备电源(如果当从设备连接时仍然是接通的)，以及为了供给从设备，稍后再次打开主设备的电源。在恢复打开后，控制单元将HART指令“写轮询地址”作为带有不等于0的轮询地址的广播指令发送，这使得连接到主设备的所有从设备自动切换到多点模式。所有从设备由此都获得不等于0的相同地址。控制单元也具有如下功能，全部自动地或者与操作者输入结合地按照查询例程，将由上述广播指令发送引起的所有从设备的相同地址改变为每个从设备的唯一地址。因为这个目的，最好存在一个输入单元用于操作者使用。如果存在显示单元同样也是有利的，在显示单元上由操作者输入的值或数据被稍后查询。
附图说明
为了进一步解释和更好的理解，参照附图在下面描述本发明的几个示例性实施例，其中：
图1示出了HART多点系统的基本结构；
图2a示出了处理例程流程图的第一部分，借助于该例程图HART多点系统中的从设备自动切换到多点模式；
图2b示出处理例程的一个流程图，示出在切换到多点模式后，将地址分配到已经配置的传感器的选项；
图2c示出处理例程的另一个流程图，将地址分配给还没有配置的传感器以将它们分配到测量位置；
图3示出在显示单元上向操作者显示(例如在主设备上)图2提到的对话1；
图4示出在显示单元上向操作者显示图2提到的对话2；
图5示出在显示单元上向操作者显示图2提到的对话3；
图6示出在显示单元上向操作者显示图2提到的对话4；
图7示出在显示单元上向操作者显示图2提到的对话5；
图8示出在主设备的显示单元上向操作者显示图2提到的对话6；
图9示出在主设备的显示单元上向操作者显示图2提到的对话7；
图10示出在主设备的显示单元上向操作者显示图2提到的对话8。
具体实施方式
参考图1，示出HART多点系统的基本结构。HART多点系统包括主设备1，多个从设备21...215可以经双线线路4连接到其上。主设备可以通过双线回路4与从设备21...215通信并向其提供能量。使用从HART协议获知的指令实现主设备和从设备21...215之间的通信。当它们寻址时，再次使用HART协议，从设备21...215依次发送信息到主设备1。
对于主设备1和特定从设备21...215之间的通信，每个从设备21...215都具有唯一标识符和特定地址(轮询地址)。唯一标识符包括序列号和/或制造商ID代码和/或设备类型代码。从设备21...215的其它特定特征当然也可以用于唯一标识。然后使用这些特征形成唯一长帧地址，其用于寻址特定从设备21...215。所谓轮询地址是1和15之间的数值。轮询地址0意指该设备不处于多点模式。
如图1所示，主设备1包括用于向从设备提供能量的电源3。在在此示出的示例性实施例中，输入和显示单元5连接到主设备1。然而不将输入和显示单元连接到主设备1而是连接到线路4上的任何地方也是可能的。输入和显示单元的细节，参考以下解释。
图2a到2c示出了基本流程图，该流程图示出根据本发明方法或部分方法的基本顺序。在图2a示出的流程图，各种从设备21...215切换到多点模式并且都设置为相同地址(轮询地址)。在步骤10，主设备1的传感器电源3关闭。在步骤11检查从设备21...215的电流是否为0mA。可替换地，也可以检查电压是否为0伏特。如果确定电流或电压分别不是大约0mA或0伏特，传感器电源不切换回打开，否则在步骤12主设备1的电源3再次打开。此时在可选步骤13检查是否有短路或双线回路4里的电流是否小于3.6mA。如果对任意一个的答案为是，输出错误消息14。错误消息可以在根据图3或图4的显示和输入单元5上显示。
如果没有短路或如果电流大于3.6mA，下一步是步骤15。从设备21...215由作为广播指令的HART指令No.6设置轮询地址15。将指令No.6作为具有不等于0的轮询地址的广播指令发送，通过该指令编址所有从设备并获得相同轮询地址15。
在选择步骤16确定双线4中的电流是否是4mA的倍数。如果不是这种情况，在步骤17确定测量的电流是否不等于0，如果答案为是，重复步骤15。如果不是这种情况，在步骤18的输出是没有连接传感器。在根据图3的输出和显示单元5示出相应对话。
如果在步骤16确定测量的电流确实是4mA的倍数，在步骤19用4mA除测量的电流确定连接的从设备的数目。
据此，完成在HART多点系统中多个从设备21...215自动操作的处理步骤的基本顺序，然而所有从设备21...215都具有轮询地址15。
在根据图2b的流程图示出的可选例程中，检查是否存在已经配置的传感器，并且这些配置的传感器是否需要被给予新地址。因为这个目的，在步骤20中将计数器n设置为值1。在步骤21检测该值是否大于15。如果不是这样，在步骤22检查具有值n的测量位置是否已经配置。如果是，在步骤22确定具有长帧地址的HART指令No.6，其中具有值n的测量位置被设置为测量位置n的HART地址。此时，在步骤24中值n增加1。循环该过程直到已经记录了所有配置的测量位置。这意味着一旦n大于15循环21就中断。
图2c示出在没有给出唯一轮询地址之前从设备21...215的编址。在步骤25确定是否仍然有从设备具有地址15。如果不是这样，根据步骤25完成传感器编址并且开始HART多点系统的正常操作。如果仍然有具有地址15的从设备21...215’在步骤27提示操作者输入该从设备的序列号和期望的轮询地址。在图5示出相应对话。此时在步骤28，实现传感器分配的选择。在图7示出的显示和输出单元5上显示相应对话。
在步骤26检查是否只剩余一个从设备没有被分配唯一轮询地址。如果检查结果是只有一个从设备仍然具有分配给所有从设备的轮询地址，完成根据对话4(即图6)的例程。根据该对话，用户可以分配一个尚未分配的地址给该剩余从设备或让其保留已经分配的轮询地址。该最后的从设备不需要像根据以下描述的其它设备一样获取唯一标识符。
如果没有进行选择，操作进行到步骤29。如果测量位置是空闲的，操作进行到步骤30。如果已经配置了测量位置，在步骤31重写测量位置。如果进一步的测量位置要被分配给一个从设备，在步骤33实现相应查询。相应对话在图10示出。循环该过程直到所有测量位置已经被配置，并且所有从设备21...215具有它们的唯一地址和它们的唯一标识符。此时每个从设备在多点操作中被唯一地编址。进一步的细节参考HART协议。

Claims (19)

1.一种自动配置HART多点系统的方法，该系统包括一个主设备(1)和多个耦合到所述至少一个主设备(1)的从设备(21，...，215)，其中该方法包括步骤：
a)连接从设备(21，...，215)；
b)在主设备(1)上接通用于从设备(21，...，215)的电源(3)；
c)使用一个不等于0的轮询地址，从主设备(1)发送作为广播指令的HART指令“写轮询地址”，从而连接到主设备(1)的所有从设备(21，...，215)自动切换到多点模式，并且所有从设备(21，...，215)获得不等于0的同一地址；
d)将所有从设备(21，...，215)的地址从所述同一地址改变为每个从设备(21，...，215)的唯一地址。
2、一种自动配置现有HART多点系统的方法，该系统包括一个主设备(1)和多个连接到所述至少一个主设备(1)的从设备(21，...，215)，并且该系统由至少一个附加的从设备补充，其中该方法包括步骤：
a)连接所述至少一个附加的从设备(21，...，215)；
b)如果电源(3)仍然接通的话，在主设备(1)上切断从设备(21，...，215)的电源(3)；
c)在主设备(1)上接通所有从设备(21，...，215)的电源(3)；
d)使用一个不等于0的轮询地址从主设备(1)发送作为广播指令的HART指令“写轮询地址”，使得所有连接到主设备(1)的从设备(21，...，215)自动切换到多点模式，并且所有从设备(21，...，215)获得不等于0的同一地址；
e)将所有从设备(21，...，215)的地址从所述同一地址改变为每个从设备(21，...，215)的唯一地址。
3.根据权利要求2的方法，其中在步骤b)之前检查从设备(21，...，215)的电源电压或电源电流是否大约是0。
4、根据权利要求2的方法，其中在步骤b)后的预定时间间隔后，实现步骤c)，这确保在从设备(21，...，215)的电源接通之前没有电压或电流施加到从设备(21，...，215)。
5、根据任意一个前述权利要求的方法，其中在作为广播指令发送的HART指令“写轮询地址”中，轮询地址具有1和15之间的一个值。
6、根据权利要求1至4中任一权利要求的方法，其中在如权利要求1所述的步骤d)中或在如权利要求2所述的步骤e)中，由操作者在一个查询程序中为每个从设备(21，...，215)输入一个在1和15之间的唯一地址。
7、根据权利要求6的方法，其中在为从设备(21，...，215)输入唯一地址之前，查询该从设备是否已经被配置，如果答案为是，为所述从设备(21，...，215)再次分配相同的地址。
8、根据权利要求7的方法，其中HART指令“写轮询地址”与所述从设备(21，...，215)的标识符和先前分配的地址一起发送。
9、根据权利要求6的方法，其中与输入所述从设备(21，...，215)的唯一地址一起，输入表征所述从设备(21，...，215)的标识符。
10、根据权利要求9的方法，其中输入所述从设备(21，...，215)的序列号作为所述标识符。
11、一种HART多点系统，包括：
-至少一个主设备(1)，具有用于从设备(21，...，215)的电源(3)；
-多个从设备(21，...，215)，耦合到所述至少一个主设备(1)，以及
-控制单元(4)，在主设备(1)上接通从设备(21，...，215)的电源(3)以自动配置HART多点系统，并将HART指令“写轮询地址”作为广播指令发送，其带有一个不等于0的轮询地址，使得所有连接到主设备(1)的从设备(21，...，215)自动切换到多点模式，其中所有从设备(21，...，215)接收不等于0的同一地址，并且还允许从设备(21，...，215)的所述同一地址改变为每个从设备的各自地址。
12、根据权利要求11的HART多点系统，其中在电源(3)接通之前，控制单元(4)检查从设备(21，...，215)的电源电压或电源电流是否大约为0。
13、根据权利要求11的HART多点系统，其中控制单元(4)被编程为，在一切断处理后的预定时间间隔接通电源(3)，这确保在从设备(21，...，215)的电源接通之前没有电压或电流施加到从设备(21，...，215)。
14、根据权利要求11到13的任意一个的HART多点系统，其中控制单元(4)运行查询程序，操作者可以在该查询程序中为每个从设备(21，...，215)输入1和15之间的一个唯一地址。
15、根据权利要求14的HART多点系统，其中控制单元(4)运行检查程序，在为从设备(21，...，215)输入唯一地址之前查询该从设备(21，...，215)是否已经被配置，如果答案为是，向该从设备(21，...，215)分配相同地址。
16、根据权利要求15的HART多点系统，其中检查程序涉及与所述从设备(21，...，215)的标识符和先前分配的地址一起发送的HART指令“写轮询地址”。
17、根据权利要求14的HART多点系统，其中与输入所述从设备(21，...，215)的唯一地址一起，输入表征所述从设备(21，...，215)的标识符。
18、根据权利要求17的HART多点系统，其中将所述从设备(21，...，215)的序列号作为所述标识符输入。
19、根据权利要求11的HART多点系统，其中在接通所述电源之前，切断主设备(1)的电源(3)。
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