CN100520847C - 自动化技术设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动化技术设备，其中多个在空间上分离的功能单元借助共同的传输协议相互通信。该设备具有微控制器(110)，其中为微控制器分配至少一个时钟发生器(120)和存储单元(150)，并且微控制器至少与用于输出待发送的数据比特流的数据源(140)连接。在存储单元(150)中可调用地存储梯形时间特性曲线的等间距采样值的连续序列，使得可以根据数据比特流交替地用第一时钟发生器(112)的时钟或第二时钟发生器(113)的时钟输出采样值。

Description

自动化技术设备

技术领域

本发明涉及一种自动化技术设备，其中多个在空间上分离的功能单元借助于共同的传输协议相互通信。根据功能单元的自动化技术功能，这些功能单元作为现场设备或操作设备出现。

背景技术

在测量技术、控制技术和调节技术中，长久以来通常通过两线线路(Zweitdrahtleitung)来对现场设备馈电，并从该现场设备向显示设备和/或调节技术设备传输测量值或从调节技术设备向现场设备传输调节值。其中，将每个测量值或调节值转换为按比例的直流电流，其与馈电直流电流相叠加，其中表现测量值或调节值的直流电流可以是馈电直流电流的数倍。因此，通常将现场设备的馈电电流需求设置为大约4mA，并且将测量值或调节值的动态范围映射到0到16mA之间的电流，使得可以采用已知的4...20mA电流回路。

新型现场设备的特征除此之外还在于通用的、尽可能与相应过程匹配的特性。为此，与单向直流电传输路径并行地设置可双向运行的交流电传输路径，通过该交流电传输路径在到现场设备的方向上传输参数数据，并从现场设备方向传输测量值和状态数据。参数数据和测量值以及状态数据被调制为交流电压，优选通过频率调制。

在过程控制技术中，通常在所谓的现场区域内根据预定的安全条件现场设置和连接作为测量组件、调节组件和显示组件的现场设备。这些现场设备为了相互传输数据而具有模拟和数字接口。其中，数据传输通过设置在维护区域中的电源的馈电线路进行。为了远程控制和远程诊断这些现场设备，在所谓的维护区域中还设置有操作设备，通常对维护区域的安全性测定提出很少的要求。

通过借助于FSK(频移键控)调制叠加已知的20mA电流回路来实现维护区域中的操作设备与现场设备之间的数据传输。其中，以框架方式(rahmenweise)模拟地传输对应于二值状态“0”和“1”的两个频率。

FSK信号的边界条件(Rahmenbedingung)和调制类型描述在1990年6月20日的“HART Physical Layer Specification Revision7.1-Final”(Rosemount Dokument Nr.D8900097：Revision B)中。

为了按照HART协议实施FSK接口，特别为此目的实施的ASIC、如例如SMAR公司的HT2012是市场上常见和常用的。这些专用电路的缺点在于无法改变的固定功能范围，以及由此导致的缺乏与变化的要求相匹配的灵活性。

已知的新型自动化技术设备通常具有处理单元、所谓的微控制器，其中微控制器被用于根据所涉及的功能单元的自动化技术任务按照指定处理数据。

寻求在自动化技术设备的处理单元的控制中按照HART协议映射(abbilden)FSK接口的功能，而其中不影响所涉及的功能单元的自动化技术任务。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题具体是提供一种自动化技术设备，具有用于借助本身公知的微控制器将数据比特流转换为FSK信号的装置。

按照本发明，该技术问题用权利要求1的特征解决。

本发明从具有处理单元的自动化技术设备出发，其中为处理单元分配至少一个用于保存指令和数据的存储单元。该处理单元与数字模拟转换器连接，其中数字模拟转换器后面连接有滤波器。

在存储单元中存储表格。该表格包括梯形时间特性曲线的可预定数量的采样值。

优选地，以比采样值的正弦形时间特性曲线所基于的分辨率小的分辨率就足以在采样值的梯形时间特性曲线上产生FSK信号。因此，对数字模拟转换器的要求降低了；更简单的实施就足够了。此外，因此处理单元需要更少的输入/输出线路来输出采样值，从而有更多的输入/输出线路用于其它任务、尤其是自动化技术任务。

附图说明

下面借助实施例详细解释本发明。为此所需的附图示出：

图1示出自动化技术设备的原理图，

图2示出将数据比特流转换为FSK信号的示意图。

具体实施方式

在图1中以理解本发明所需的程度示出自动化技术设备100。自动化技术设备100通过通信线路200与基本上同类型的自动化技术设备100’连接。通信线路200是双向设置的。从自动化技术设备100发送的信息被自动化技术设备100’接收，反之亦然。因此下面只参照详细示出的自动化技术设备100。

自动化技术设备100的核心部分是控制器110，其至少与存储器150和给出时钟的元件-下面为简单起见称为时钟发生器120-连接。但是，通常，时钟发生器120的部分已经实施在控制器110中。

控制器110具有用于连接数据汇点130和数据源140的接头。

可以设置用于将物理量转换为电气量的传感器作为数据源140，其中传感器是可配置和/或可参数化的。其中，配置和/或参数化是数据汇点130。

在一个可选实施方式中，数据汇点130可以是将电气量转换为物理量的执行器，其特性可被诊断。于是，为此设置的诊断装置是数据源140。

在另一实施方式中，自动化技术设备100可以是用于与其它自动化技术设备100’双向通信的上级设备的组成部分。在该实施方式中，上级设备既是数据源140又是数据汇点130。

在另一实施方式中，自动化技术设备100可以被构成为所谓的协议转换器。在该实施方式中，上级设备通过第二通信系统形成数据源140和数据汇点130。

但是，为了执行本发明，在缺少数据汇点130时存在数据源140就足够了。

此外，控制器110与数字模拟转换器160连接，其中数字模拟转换器后面连接有滤波器170。滤波器170的输出端与通信线路200连接。此外，通信线路200引至控制器110的输入端点，通过该输入端点接收通信线路200上的线路信号201。

下面详细解释本发明的作用原理。为此，图2通过对相同的装置采用相同的附图标记以示意图示出将数据比特流转换为FSK信号的作用连接图。

在存储器150中存储具有一个梯形时间变化过程的可预定数量的采样值的表格151。特别地，为梯形时间特性曲线规定恰好4个采样值。

根据在数据源140中所处理的发送数据141的数据比特流，连续地从表格151中读出相同的采样值，并对应于数据比特流更快或更缓慢地输出。为此，从第一时钟121中用第一分频器112推导出第一时钟频率，用第二分频器113推导出与第一时钟频率不同的第二时钟频率。时钟121优选地由控制器110的时钟发生器120提供。第一分频器112和第二分频器113的功能通过控制110反映(abbilden)。

在所选择的4个样本，已经以足够的可再现性、与转换时刻无关地将相位误差保持在容许的界限之内。

根据数据比特流，用于输出采样值的输出时钟-用开关114表示-为了输出逻辑1以及为了输出逻辑0而在第一时钟频率和第二时钟频率之间切换。开关114通过控制器110的程序功能形成。

借助数字模拟转换器160将采样值转换为模拟的、基本上正弦形的信号，该信号的曲线形状在连接在后的滤波器170中得到优化。滤波器170被实施为二阶的低通滤波器。在滤波器170的输出端可以获取FSK信号201。

有利地，相位误差通过从一个采样值到紧接着的下一个采样值的频率交换而保持得很小。

在本发明的特别实施方式中，数字模拟转换器160是被连接类型的(geschaltet Typ)脉冲宽度调制的数字模拟转换器。为此，将用于输出采样值的输出时钟引向数字模拟转换器160。

有利地，这种转换器的能量需求特别小，这迎合了在远程馈电的现场设备中的应用。

附图标记

100，100’ 自动化技术设备

110 控制器

112、113 分频器

114 开关

120 时钟发生器

121 时钟

130 数据汇点

140 数据源

141 发送数据

150 存储器

151 表格

160 数字模拟转换器

170 滤波器

200 通信线路

201 FSK信号

Claims (1)

1.一种自动化技术设备，其中多个在空间上分离的功能单元借助共同的传输协议相互通信，所述设备具有微控制器，其中为所述微控制器分配至少一个时钟发生器和存储单元，并且所述微控制器至少与用于输出待发送数据比特流的数据源连接，其特征在于，在所述存储单元(150)中可调用地存储梯形时间特性曲线的采样值的连续序列，使得可以根据所述数据比特流交替地用第一时钟发生器(112)的时钟或第二时钟发生器(113)的时钟输出所述采样值。

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