CN101689155A - 数据传输体系结构 - Google Patents

Abstract

本发明是一种新颖的用于数据传输的设备、系统和方法以及总线体系结构。根据本发明的示例性实施例，所述总线体系结构可以包括连续的串行总线，该连续的串行总线可以被合并到过程控制样品系统中，以便提供本质安全的和高效的系统。作为可替换的示例性实施例，在本质安全型控制采样系统中，数据传输设备可以被用来耦合各采样控制装置和分析器。本发明的示例性实施例可以包含接入控制器，该接入控制器为本质安全型控制采样系统提供协议桥，以便耦合各采样控制装置和分析器。

Description

数据传输体系结构

技术领域

本发明涉及一种数据传输体系结构，并且更特别地，本发明涉及一种用于数据传输的设备、方法和系统，而且本发明还涉及总线以及用于控制采样系统的桥体系结构。

背景技术

本发明涉及连接各采样系统部件。本质安全型(intrinsically safe)标准化电子总线提供被用于构造采样系统的各分析器和机械部件之间的互连。对这种能力的市场需求正在发展，并且预期会快速增长。越来越多的用户已经知道，在拥有分析器系统时的一个重要的成本起因是对样品预处理系统(sample conditioning system)的维护和操作。在这一区域内，以各种方式给用户招致成本：

-进行维护所需的工时的数目；

-所涉及到的人员所需的训练和经验水平；

-所述分析器系统在进行维护的时候的离线时间。

用户可能有很强的动机降低拥有成本，并且认识到可以通过改进采样系统设计以及使用新式电子控制装置以促成“智能”系统来实现这一点。但是，为此目的所要求的机械和电子部件可能笨重且昂贵，而且可能无法以成本有效的方式或者以所需的可靠性水平建立所期望的这种改进。作为工业标准化努力的部分而造成的机械部件设计方面的最新进展已经解决了上述问题的某些机械部分。

本发明旨在解决所述问题的电子部分。提取类型的过程分析器可能要求样品预处理系统。所述SCS的目的在于：

-从所述过程中取出一定量的过程流体(process fluid)；

-将其传输到所述分析器；

-必要时改变其压力和温度，以便与所述分析器兼容；

-必要时清洁、过滤所述样品以及改变所述样品的状态，以便确保可以对其进行分析；

-将所述样品注入到所述分析器中；以及

-确保最终得到的样品代表原始过程(original process)。

为了执行上述功能，可以使用许多机械部件，比如调节器、流量控制器阀门、计量器、过滤器、加热器、温度控制器、液体脱落组件(liquid-drop out assembly)、蒸发器以及更多。一般来说，这些机械部件可以是分立器件。所述机械部件由各种公司制造。所述机械部件可以与手工切割的及手工成形的管道和管道连接器互连。虽然来自不同制造商的部件可以执行彼此类似的功能，但是所述部件通常是不能互换的。完整的SCS成套设备(package)通常较大，从而在拥挤的加工厂环境中要求很大的墙壁或地板空间。整个组件可能会遇到严重的维护问题，其包括阻塞、堵塞以及彻底的故障。可能直到从所述分析器进行读取本身受到影响才能观察到所述系统的故障。另外，所述SCS的故障可能导致损坏所述分析器。

过去已经考虑了对SCS设计的许多替换方案。某些分析器类型(诸如由制造的LDS)直接在过程容器(process vessel)内部进行其测量，这完全消除对SCS的需要。其它类型的样品预处理涉及到“远程采样”以及“离散的”或“分组采样”方法。这些设计的目标是使得必须处理的过程流体的数量最小化，并且因此使得SCS的维护需求最小化。但是，许多分析器技术只有在首先从过程中提取出样品之后才能进行操作。因此，为了以更为直接的方式解决问题，已经做了各种尝试。

一种技术是创建“智能”采样系统。这种系统会被设计成具有并行的或替换的流路径和备用系统，并且使用自动控制装置来监控操作以及切换样品路径。原则上可以建造提供100％在线时间的系统。但是，所有这些设计对于大多数用途来说都是不切实际的。这是因为所涉及到的机械部件的成本和尺寸，以及缺少简单易用的电子互连系统和控制器。

相应地，需要一种用于改进SCS的各部件之间的通信和兼容性的设备、方法和系统。此外可能还需要减少维护以及减少所涉及到的人员所需的训练和经验。

发明内容

本发明是一种新颖的用于数据传输的设备、系统和方法以及通信总线体系结构。根据本发明的示例性实施例，所述总线体系结构可以包括连续的串行总线，该连续的串行总线可以被合并到过程控制样品系统中，以便提供本质安全的和高效的系统。所述串行总线可以使用连续的低态有效高态无效的通信信号。在这种总线体系结构中，各组或各段设备之间的隔离链路或耦合器可能不是必要的。这种类型的通信信号还可以考虑到要被使用的本质安全型单端电源。由于所述总线可能具有多于一个本质安全型电源，所以相对小的各段设备可能不再需要分别具有其自身的电源。作为所述总线体系结构中的电源管理的结果，可以相对于现有技术的可允许节点的数目来增加所述系统中的可允许节点的数目。对于每个节点，可以使用接入控制器(access controller)以作为接口。根据用在过程控制采样系统中的示例性实施例，每个单独的设备(诸如阀门、传感器、流量控制装置或数字I/O)可以与接入控制器接口连接(interface)，所述接入控制器与所述串行总线进行通信。所述总线可以被用来耦合各采样控制装置(例如流量或压力控制装置)和分析器(例如温度传感器)。

作为替换的示例性实施例，在本质安全型控制采样系统中，数据传输设备可以被用来耦合各采样控制装置和分析器。在本发明的示例性实施例中，数据传输设备可以包括用于在连续的串行总线上发送及接收信号的模块，所述连续的串行总线具有低态有效高态无效的并且本质安全的通信信号。所述数据传输设备可以提供对与所述控制采样系统的节点相关联的转换器的自动配置。所述数据传输设备还可以包括用于把往返于所述控制采样系统的终端设备的信号翻译成数据传输协议的转换器。所述模块的示例性实施例可以利用集成电路间协议发送及接收信号。所述模块还可以包括用于所述转换器的单独的输入/输出存储器映射。所述模块的钟控(clocking)和数据线可以使用时控转换速率(slew rate)实现方式。在示例性实施例中，所述模块可以向所述转换器以及向所述节点的各部件供电。所述数据传输设备提供与所述转换器的无端接结构。示例性实施例可以依赖于所述模块从与控制采样系统接口连接的分析器发送及接收信号。

本发明的示例性实施例可以包含接入控制器，该接入控制器提供来自本质安全型控制采样系统的链路，以便耦合各采样控制装置和分析器。所述接入控制器可以包括用于传送(communicate)集成电路间协议的高级接口。所述接入控制器可以包括用于按照协议与所述控制采样系统的一个或更多节点进行通信的串行外设接口(SPI)。所述串行外设接口可以提供对与所述节点相关联的设备的自动配置。所述协议桥的示例性实施例可以合并利用低态有效高态无效的信号进行通信的高级接口。所述协议桥的高级接口可以给与所述节点相关联的所述设备供电。所述高级接口可以具有对于所述接入控制器特定的输入/输出存储器映射。在示例性实施例中，所述钟控线和数据线可以使用时控转换速率实现方式。在另一实施例中，所述接入控制器可以允许所述高级接口达到等于或大于约9伏特的电压差。

重要的是应当注意到，本发明并不意图被限制于必须满足本发明的任何所述目的或特征中的一项或更多项的系统或方法。还重要的是要注意到，本发明并不限于这里所描述的示例性实施例。本领域技术人员所能想到的修改和置换被视为落在本发明的范围内，本发明的范围除了由所附的权利要求书限定之外不应被限制。

附图说明

通过阅读下面参照附图进行的详细描述，将更好地理解本发明的这些及其它特征和优点，其中：

图1是过程控制采样系统100的本发明的示例性实施例的方框图。

图2是用在现有技术中的过程控制采样系统的物理部件部分的方框图。

图3是在更加完整的过程控制采样系统300中利用本发明的另一示例性实施例的方框图。

图4是针对过程控制采样系统的两种完整选项的示例性实施例的方框图。

图5是根据本发明的电气原理图的示例性实施例的方框图。

图6是过程控制采样系统600的示例性实施例的方框图，该过程控制采样系统600利用了根据本发明的接入控制器602。

图7是根据本发明的过程控制采样系统700的更加复杂的示例性实施例的方框图。

图8是根据本发明的过程控制采样系统800的复杂度较低的示例性实施例的方框图。

图9是根据本发明的具有多个外设和使能端(enable)的串行外设接口体系结构的示例性实施例的方框图。

图10是根据本发明的I2C的串行外设接口体系结构变型的示例性实施例的方框图，该I2C具有多个外设并且使能两个单独的单向部件。

图11是根据本发明的用于本质安全型总线的示例性方法的流程图。

图12是根据本发明的示例性数据传输方法的流程图。

图13是根据本发明的用于为本质安全型控制采样系统提供协议桥的方法的流程图。

具体实施方式

参照图1，示出了在过程控制采样系统100的部分中利用本发明的示例性实施例的一种可能配置。来自所述过程控制采样系统100的所示出的部分包含电子装置封装104，该电子装置封装104可以具有本质安全型(IS)电源102、集成电路间(I2C)缓冲器106以及本质安全型(IS)安全栅(barrier)108。所述本质安全型(IS)电源102是满足或超出针对将被用在危险环境中的IS额定值的要求的电源设备。危险环境可以包含可燃气体或蒸气、可燃粉尘或者易燃纤维。在本发明的示例性实施例中，所述本质安全型(IS)电源102可以供给等于或大于约9伏特的电压差。所述集成电路间(I2C)缓冲器106给出了考虑到在长度不确定的线缆两端存在等于或大于约1伏特的模拟电压降的能力。这准许所述总线的驱动电平与所述样品控制系统的总电流消耗(current draw)相关。这样可以在更长的线缆长度上得到更好的通信性能以及更高的共模容差。本发明的示例性实施例可以使用“Phillips缓冲器P82B96”作为缓冲器106。使用其它缓冲器实现方式是可能的，并且落在本发明的范围内。所述本质安全型(IS)安全栅108考虑到在没有额定用在危险区域内的附加保护(诸如从所述电子装置封装104延伸的导管)的情况下进行布线。通信信号通过稳健的(工业化的)和屏蔽了的接口110进入及离开所述电子装置封装104。使用附加的集成电路间(I2C)缓冲器106来把所述工业化信号翻译成接入控制器112所能支持的格式。接入控制器112提供所述电子装置封装110的集成电路间(I2C)协议与采样系统部件或外设116的协议之间的接口。所述串行总线的实际配置的示例性实施例位于所述电子装置封装104的上游。

每个部件116的制造商可以把所述接入控制器112集成到所述部件电子装置中。部件电子装置接口114被表示在所述过程控制采样系统100的该部分中。所述部件电子装置接口114位于每个部件或外设116上。所述接口114把所述接入控制器112电子地集成到所述部件电子装置中。这种集成为所述部件116提供了“即插即用”能力。举例来说，一旦把所述部件116物理地连接到所述系统，所述部件116就立即可用于其预定用途。该系统100是实例配置，并且本发明不限于这种配置。在大多数过程控制采样系统或其它应用中，所述部件116可以是包括许多采样部件的连续的串中的第一个部件。为了大大简化所述系统的设置和维护以及显著提高所述系统的灵活性，可能有益的是对于每个部件具有所述“即插即用”能力。系统的其它配置是可能的并且在本发明的范围内。

参照图2，示出了用在现有技术中的过程控制采样系统的物理部件部分的实例。在协作地实施对分析器系统的改进的一系列提案中，ISA标准与实践委员会曾研发了一种机械标准SP76。所述机械标准定义了可以被适配成由用在采样预处理系统(SCS)中的大多数传感器和部件使用的固定“足迹”。所述系统的外设或部件202可以是计量器、调节器、流量控制器、自动或手动阀、传感器等等。利用由所述机械标准SP76确定的安装模式208把所述部件202耦合到标准“基板”206中。过程控制采样系统的该部件部分的布局提供了过程控制采样系统中的其它变型。

参照图3，示出了在更加完整的过程控制采样系统300中利用本发明的另一示例性实施例的一种可能配置。连续的串行总线302的示例性实施例可以被用来往返于电子装置封装304发送通信信号。所述电子装置封装304可以包括本质安全型(IS)电源、集成电路间(I2C)缓冲器以及本质安全型(IS)安全栅。所述电子装置封装304可以类似于图1中的先前提到的电子装置封装104。所述通信信号通过集成电路间(I2C)接口310进入及离开所述电子装置封装304。在该示例性过程控制采样系统300中有许多部件或外设308。每个部件可以通过接入控制器306串联连接。每个部件308与接入控制器306电集成。

这种集成概念允许所述接入控制器306处理所有的集成电路间(I2C)总线通信，从而考虑到消除部件制造商连接到总线本身的任何需要。微控制器设备例如可以是由亚利桑那州钱德勒的制造的“PIC”芯片或者其它适当设备。所述微控制器设备可以被用在所述接入控制器的示例性实施例中。所述微控制器设备可以被加载有与所述接入控制器的示例性实施例相关的操作信息，并且将其部件电子装置接口连接到所述微控制器设备上的标准端口。

参照图4，提供了对于过程控制采样系统的两种完整选项。在本发明的一个示例性应用中，使用智能分析器412来控制和/或监控所述采样系统。在本发明的另一种示例性应用中，例如使用气体分析器408连同例如可编程逻辑控制器(PLC)406和协议桥402的连接设备(connectivitydevice)来控制和/或监控所述采样系统。要被控制的系统参数的几个例子可以是流选择(stream selection)(选择要采样的流体)、温度调节以及压力调节。要被监控的输出可以包括故障检测、阻塞或者其它错误状况。在这两种系统中，计算机监视器接口404可以被用作用于通过连接设备串联连接的所有部件或外设410的可视化工具。所述连接设备可以是来自加拿大大不列颠哥伦比亚省维多利亚的

Controls的Modbus链路或者会在Modbus连接与以太网连接之间提供连接性的类似设备。所述协议桥402可以是本发明的另一示例性实施例。该实施例可以从标准Modbus协议桥接到集成电路间(I2C)协议。所述示例性实施例的示例性应用可以涉及到把所述协议桥402安装到DIN导轨模块，以便允许将其与可编程逻辑控制器(PLC)一起使用。

参照图5，示出了过程控制采样系统的元件(图1上的112)的示例性实施例的电气原理图500。这是本发明的一个示例性示意图，尽管本发明并不限于这种配置。系统的其它配置是可能的并且保持在本发明的范围之内。

参照图6，这是利用了接入控制器602的过程控制采样系统600的示例性实施例。所述接入控制器602可以被用作串行总线上的集成电路间(I2C)从设备，所述串行总线诸如是Siemens Energy & Automation的Maxum数据链路总线(Datalink bus)。所述微控制器设备可以充当用于过程仪表外设的通用输入/输出控制器(IOC)。可以通过EEPROM设置预先定义该IO的用途并且可以对其进行配置。该IO可以是“内部”IO(即存在于所述微控制器设备上的外设)，或者可以是接口连接到所述微控制器设备接口引脚的预先确定的外部设备。也可以支持外部与内部I/O的组合。所述SPI总线可以连接到具有其自己的一组模拟输入(AI)、模拟输出(AO)、数字输入(DI)和数字输出(DO)的另一独立处理器以作为所述接入控制器602的扩展。在这种配置中，所述接入控制器602可以按照通过内部EEPROM设置预先定义并且可以对之进行配置的方式在所述SPI与所述集成电路间(I2C)接口之间接口连接。所述接入控制器602的示例性实施例可以在针对该接入控制器602的预先定义的和静态的(不变的)软件要求与可能是动态的或产品和供应商特定的要求(其可以在不同于所述接入控制器中的功能中实施)之间做出明确的分离。倘若在相同的物理部件引脚或资源的使用之间不存在冲突，则可以支持图6中所示的功能的任意或所有组合。

所述接入控制器602的示例性实施例可以是普遍适用的/可配置的设备，其可以被用作针对“NeSSI”样品系统部件的标准接口设备。(NeSSI代表“新采样系统提案”。)部件制造商可以获得用在所述接入控制器602的示例性实施例中的所述微控制器设备，利用与所述接入控制器602的示例性实施例相关的操作信息对其进行编程，并且将其专有部件电子装置接口连接到所述微控制器设备上的各标准端口。所述接入控制器602还可以被用在诸如色谱分析之类的应用中。

参照图7，提供了更加复杂的过程控制采样系统700的示例性实施例。在另一示例性实施例中，在图8中示出了复杂度较低的过程控制采样系统800。在这里描述这两个过程控制采样系统700和800的部件和通信协议。

MAC_IOC可以与Maxum I2C数据链路总线相兼容。与Maxum I2C总线不同，NeSSI I2C总线在总线管理器与从设备之间可能没有专用的复位线。在Maxum中，I2C总线复位线被连接到所述从微控制器设备的MCLR(Master CLeaR，主清除)引脚，并且可以被所述总线管理器使用来强制所连接的设备的硬件复位。

如在图6中所示，系统中的每一个MAC-IOC设备可能被要求使用模块位置识别开关(或者等效的硬件功能)。这可被要求来唯一地区别相同的系统中的两个或更多完全相同的模块。在示例性NeSSI系统中，也可能优选的是使得这些识别在全系统的基础上是唯一的，从而易于识别所有模块。

如在前面的图中所示的那样，所述MAC-IOC可以具有内部EEPROM。可以在所述模块的制造商处针对这一点进行编程。所述EEPROM包含所述MAC-IOC的配置，使得定义所述MAC-IOC的特性。所述EEPROM配置可以在适用的情况下使能所使用的图8中的那些I/O、配置、定标(scaling)等等。按照相同的方式，还可以配置在所述SPI接口上传递的该类型数据。所述模块设备类型、序列号以及其它标准信息也将被包含在所述EEPROM中。

所述微控制器设备内部的SPI外设的内部I2C能力可以被利用于到Maxum色谱仪或相关联的硬件的MAC-IOC接口。如在图7中所示的那样，所述MAC-IOC可以利用到所述Maxum数据链路的直接I2C连接或者利用飞利浦P82B96 I2C缓冲器进行操作。

本质安全(I.S.)的基础是把所述系统中的能量限制到一水平以下，使得在递送一些或全部可用能量从而产生火花的情况下不会点燃爆炸性气体。I.S.的第二个关键点在于，能量不能以如下方式来存储：所述能量被释放到其能量高于所述系统首先被限制的能量的火花中。必须对任何电容、电感或其组合的数值进行限制，或者限制其相应的电压或电流，使得永远不会发生导致火花的爆炸。针对I.S.的标准(例如UL 913、IEC 600079-11)规定，必须规定发生两次“可计数”故障并且所述系统仍然安全。

所述标准具有关于可允许的电容与最大系统电压的关系以及针对最大电流的可允许电感的良好表征的表格和曲线。还有针对纯电阻性系统的曲线。在这种情况下，其事实上是最大电压与最大电流的关系曲线。所述电压或电流越高，就意味着可允许的相应的电容或电感越小。为了进一步使事物复杂，所述标准可不考虑电阻、电感与电容的组合。此时，所述情况“落在曲线外”。因此，可能很难设计一种复杂的系统并且在没有测试所述组合的情况下简单地将其拟合到所述曲线中。这种测试相当昂贵，并且通常要求数次迭代。另一种替换方案是使用已经被检定合格的电源和/或I.S.安全栅，以便与特定电压、电流以及最大电容和电感一起使用。对于所述NeSSI系统，由倍加福(Pepperl+Fuchs)制造的电源是9.5V 1A电源，其经过测试、检验并且已经被检定合格来：当所述9.5V 1A电源被用在其中的系统具有不超过总共800nF的电容和不超过10μH的电感或二者的任意组合时，所述9.5V 1A电源是本质安全的。这样，只要相关联的电路中的每个电容或电感的总数不超出所述电源所允许的总数，相关联的电路中的所述电容或电感的数值可能就不重要。

考虑I.S.电路或系统的一种简单方式是把进入或离开所述系统的所有扭绞(wring)视为潜在的能量源，并且为了考虑所有的电容和电感而将其作为潜在的能量源对待。必须解释组合的总能量并且确保其低于可接受的(经常测试的)水平，以便在存在爆炸性气体时防止出现点燃状况。

在实施数字串行总线时，如果所述(多个)总线驱动器产生电流，则所述总线自身就是潜在的能量源。举例来说，所述CAN总线是多分支“或”总线(比如I2C)，但是其使用差分驱动器。因此，所述总线上的高和低状态要求有一个或更多设备来把能量驱动到所述总线中。这里的示例性总线实现方式可以被设计成不向所述系统添加能量。其可以被设计成使得只能从所述系统中取出能量。

参照图10，只要不超出所述系统的实体参数并且假如没有其它的任何其它布线或电路向所述系统的能量贡献，则前面描述的倍加福I.S.电源(或类似设备)可以把电力递送到所述系统中。电阻器R3把所述总线“上拉”到高态无效或数字“1”状态。当在所述总线上没有通信时，该状态就是所述总线所保持的状态。当设备在所述总线上“发言”时，该设备就把所述总线驱动到低态，从而在所述总线上呈现数字“0”。由所述无效“1”和有效“0”系列构造串行数据流。由于所有设备都只吸收电流并且从不产生电流，所以在各电设备之间可能永远不会有具有物理破坏性的争用。

I2C是一种双线协议，其包括数据和时钟信号。所述数据信号是双向的，并且在某些系统中，所述时钟也是双向的。这意味着：设备可以在某一时间发送由另一设备接收到的低态，并且另一个设备可以在另一时间点在所述总线上发送低态，以供所述原始设备接收。每条线可以实质上是完全双向的。这是所述I2C协议所固有的。为了缓冲或加强信号，有可能利用缓冲器设备或者构造4线的I2C接口设备。在这种情况下，其中两条线用于在时钟和数据线上从设备发送低的或“0”值，而另外两条时钟和数据线则被保留以仅仅用于接收所述总线的电平。按照这种方式，可以作为4条线发送所述信号，或者可以在长距离上把所述线重新组合成两组线。在图10中示出了这种体系结构。

由于每个信号被分成两个单独的单向分量，所以I2C的这种体系结构变型可以非常好地适配于I.S.实现方式。回到图10，示出了4个安全栅1002，两个安全栅用于时钟，而两个安全栅用于数据，并且其全部是更大的总安全栅设备1004的部分。施加到所述时钟的情况与针对所述数据的施加的情况完全相同。因此，上方的电路组与下方的电路组完全相同。下面将只提到上方组(时钟)，并且这同样适用于所述数据的情况。

当设备想要在所述总线上进行通信时，“缓冲的SCL输出”晶体管接通，从而把所述总线强制到低态。这从所述I.S.电路中汲取电流，从而从所述I.S.系统中取出能量。由于I.S.侧的总能量变少，因此这无疑是更安全的模式。

在描述了低态有效集电极开路或漏极开路晶体管在不添加能量的情况下驱动所述总线之后，还很重要的是表明所述设备可以在何处“侦听”所述总线上的活动。从I.S.的观点看，这比发送“吸收”电流的低态更具挑战性，这是因为为了在一种情况或另一种情况中感测高态和低态，必须有一定数量的电流从非I.S.侧流到I.S.侧。实现这一点的方式对于所述I.S.电路中所允许的总的能量水平可能不重要。由于可以在非常高的阻抗的情况下感测电压电平，所以高阻抗电阻(R1)被用作不会出错的安全栅设备。所述“缓冲的SCL输入”具有非常高的输入阻抗。该输入的性能可能不受R1的附加电阻的影响。因此可以看出，R1仅仅允许其数量可以忽略不计的能量进入到I.S.区域内。此外，对D1-D3的选择使得这些二极管把来自该接口的电压限制到最坏情况数值，所述最坏情况数值不大于已经存在于所述系统中的9.5V I.S.电源的电压。因此，所述可允许的实体电容上的电压不大于由所述电源自身供给的电压，并且潜在地通过R1添加的电流对于所存在的任何电感都可以忽略不计。系统的其它配置是可能的并且在本发明的范围内。

所述“缓冲的SCL输出”晶体管可以是双极型或FET晶体管。在任一种情况中，用于所述晶体管的驱动电路都包含转换速率限制，使得所述“低态”状况的上升和下降沿具有较低的转换速率，从而改进所述总线在EMC/RFI/EMI环境中的可接受性和可检定合格性。

重要的是应当注意到，本发明并不限于这里所描述的示例性实施例。本领域技术人员所能做出的修改和置换被视为在本发明的范围内。

参照图11，一种用于提供本质安全型总线的示例性方法包括所述控制器/数据收集关于各现场部件的数据，(块1102)。此外，所述方法还包括在具有低态有效高态无效的通信信号的连续的串行总线上进行通信的动作，(块1104)。所述连续的串行总线可以与一个或更多接入控制器进行通信，(块1106)。所述示例性方法规定，对于所述总线的每个节点，接入控制器与过程仪表外设接口连接，(块1108)。所述采样系统中的每个外设或部件的制造商可以给接口电子装置提供每个外设，使得所述接入控制器能够与所述外设进行通信。通过包含在所述接入控制器中的内部EEPROM设置预先定义每个外设的功能或用途并且可以对其进行配置。所述示例性方法还提供针对每个接入控制器的输入/输出存储器映射，(块1110)。可以利用时控转换速率实现方式来控制所述总线时钟和数据线，(块1112)。此外，所述方法可以提供等于或大于约9伏特的总线电压差，(块1114)。一种用于提供本质安全型总线的示例性方法包括利用集成电路间(I2C)协议通过所述总线进行通信，(块1116)。所述方法还包括在所述总线上提供无端接的节点结构，(块1118)。

此外，所述用于提供本质安全型总线的方法可以涉及到这样一种应用，其中所述总线被用在控制采样系统中，以便耦合各采样控制装置和分析器。所述方法的另一种示例性应用可以涉及到把所述总线耦合到包括模拟的、数字的以及串行协议设备的组当中的一项的接入控制器。所述用于提供本质安全型总线的方法可以导致在高于20千比特的数据速率下进行通信。

参照图12，以流程图详细描述了一种示例性数据传输方法。一种用于本质安全型控制采样系统以耦合各采样控制装置和分析器的示例性方法最初在具有低态有效高态无效信号的连续的串行总线上发送及接收数据，(块1202)，所述低态有效高态无效信号附加地还是本质安全型通信信号。可以利用集成电路间(I2C)协议发送及接收所述数据。所述方法可以提供对与所述控制采样系统的节点相关联的转换器的自动配置，(块1204)。此外，所述方法可以涉及到把往返于所述控制采样系统的终端设备的信号翻译成数据传输协议，(块1206)。一种示例性方法还可以提供针对所述转换器的单独的输入/输出存储器映射。此外，所述方法还包括提供利用时控转换速率实现方式的所发送的及接收到的数据的总线钟控和数据线的动作，(块1210)。所述方法还可以通过所述总线向所述转换器和所述节点的各部件供电，(块1212)。一种示例性数据传输方法包括提供与所述转换器的无端接结构的动作，(块1214)。一种示例性数据传输方法还可以涉及到从可编程逻辑控制器(PLC)或所述控制采样系统发送及接收数据。

参照图13，以流程图详细描述了一种为本质安全型控制采样系统提供协议桥以便耦合各采样控制装置和分析器的示例性方法。一种示例性方法可以包括按照集成电路间(I2C)协议与接入控制器进行通信的动作，(块1302)。此外，所述方法可以包括按照协议从所述接入控制器与所述控制采样系统中的一个或更多节点进行通信的动作，其中所述接口提供对与所述节点相关联的设备的自动配置，(块1304)。一种示例性方法可以利用低态有效高态无效的通信信号。所述方法还可以包括通过所述接入控制器为所述节点供电的动作，(块1306)。一种提供协议桥的示例性方法可以包括提供对于所述协议桥特定的输入/输出存储器映射，(块1308)。此外，所述方法还可以包括提供利用时控转换速率实现方式的到所述协议桥的钟控和数据线的动作，(块1310)。此外，所述方法还可以包括向所述协议桥提供等于或大于约9伏特的电压差的行动，(块1312)。一种示例性方法还可以包括与处在包括模拟的、数字的以及串行协议设备的组当中的一项内的一个或更多节点进行通信。

本发明并不意图被限制于必须满足任何所声明的或暗示的本发明的目的或特征当中的一项或更多项的系统、设备或方法，并且并不限于这里所描述的示例性实施例。本领域技术人员所能想到的修改和置换被视为在本发明的范围之内。

Claims (46)

1、一种提供本质安全型总线的总线体系结构，其包括：

作为具有低态有效高态无效的通信信号的连续的串行总线的总线；

单端隔离电源；以及

用于针对总线的每个节点接口连接的一个或更多接入控制器。

2、权利要求1的总线体系结构，其中，所述总线被用在控制采样系统中，以便耦合采样控制装置和分析器。

3、权利要求1的总线体系结构，其还包括：

针对每个接入控制器的单独的输入/输出存储器映射。

4、权利要求1的总线体系结构，其中，所述总线的钟控和数据线使用时控转换速率实现方式。

5、权利要求1的总线体系结构，其中，所述总线达到等于或大于约9伏特的电压差。

6、权利要求1的总线体系结构，其中，所述接入控制器把所述总线耦合到包括模拟的和串行协议设备的组当中的一项。

7、权利要求1的总线体系结构，其中，所述总线利用集成电路间协议进行操作。

8、权利要求1的总线体系结构，其中，所述总线提供无端接的节点结构。

9、权利要求1的总线体系结构，其中，所述总线在高于20千比特的速率下传送数据。

10、一种用于提供本质安全型总线的方法，其包括以下动作：

隔离总线电源；

在具有低态有效高态无效的通信信号的连续的串行总线上与一个或更多接入控制器进行通信，以便针对所述总线的每个节点接口连接。

11、权利要求10的方法，其中，所述总线被用在控制采样系统中，以便耦合采样控制装置和分析器。

12、权利要求10的方法，其还包括以下动作：

提供针对每个接入控制器的输入/输出存储器映射。

13、权利要求10的方法，其还包括以下动作：

利用时控转换速率实现方式来控制所述总线的时钟和数据线。

14、权利要求10的方法，其还包括以下动作：

提供等于或大于约9伏特的总线电压差。

15、权利要求10的方法，其中，所述接入控制器把所述总线耦合到包括模拟的和串行协议设备的组当中的一项。

16、权利要求10的方法，其还包括以下动作：

利用集成电路间协议通过所述总线进行通信。

17、权利要求10的方法，其还包括以下动作：

在所述总线上提供无端接的节点结构。

18、权利要求10的方法，其中，在高于20千比特的数据速率下实现通信。

19、一种用于本质安全型控制采样系统以耦合采样控制装置和分析器的数据传输设备，其包括：

用于在连续的串行总线上发送及接收数据并且提供对与所述控制采样系统的节点相关联的转换器的自动配置的模块，其中所述连续的串行总线具有低态有效高态无效的并且本质安全的通信信号；以及

用于把往返于所述控制采样系统的终端设备的信号翻译成数据传输协议的转换器。

20、权利要求19的数据传输设备，其中，所述模块利用集成电路间协议发送及接收数据。

21、权利要求19的数据传输设备，其中，所述模块还包括：

针对所述转换器的单独的输入/输出存储器映射。

22、权利要求19的数据传输设备，其中，所述模块的钟控和数据线使用时控转换速率实现方式。

23、权利要求19的数据传输设备，其中，所述模块向所述转换器和所述节点的部件供电。

24、权利要求19的数据传输设备，其中，所述模块提供与所述转换器的无端接结构。

25、权利要求19的数据传输设备，其中，所述模块从所述控制采样系统的可编程逻辑控制器发送及接收数据。

26、一种用于本质安全型控制采样系统以耦合采样控制装置和分析器的数据传输方法，其包括以下行动：

在具有低态有效高态无效的并且本质安全的通信信号的连续的串行总线上发送及接收数据；

提供对与所述控制采样系统的节点相关联的转换器的自动配置；以及

把往返于所述控制采样系统的终端设备的信号翻译成数据传输协议。

27、权利要求26的数据传输方法，其中，利用集成电路间协议发送及接收所述数据。

28、权利要求26的数据传输方法，其还包括以下动作：

提供针对所述转换器的单独的输入/输出存储器映射。

29、权利要求26的数据传输方法，其还包括以下动作：

提供利用时控转换速率实现方式的所发送的及接收到的信号的钟控和数据线。

30、权利要求26的数据传输方法，其还包括以下动作：

通过所述总线向所述转换器和所述节点的部件供电。

31、权利要求26的数据传输方法，其还包括以下动作：

提供与所述转换器的无端接结构。

32、权利要求26的数据传输方法，其中，从所述控制采样系统的可编程逻辑控制器发送及接收信号。

33、一种为本质安全型控制采样系统提供协议桥以便耦合采样控制装置和分析器的接入控制器，其包括：

用于按照集成电路间协议进行通信的第一接口；

用于按照协议与所述控制采样系统的一个或更多节点进行通信的第二接口，其中该接口提供对与节点相关联的设备的自动配置。

34、权利要求33的接入控制器，其中，所述第一接口利用低态有效高态无效的通信信号进行通信。

35、权利要求33的接入控制器，其中，所述第一接口向所述与节点相关联的设备供电。

36、权利要求33的接入控制器，其中，所述第一接口具有针对所述接入控制器特定的输入/输出存储器映射。

37、权利要求33的接入控制器，其中，所述第一接口的钟控和数据线使用时控转换速率实现方式。

38、权利要求33的接入控制器，其中，所述第一接口达到等于或大于约9伏特的电压差。

39、权利要求33的接入控制器，其中，所述第二接口在包括模拟的和串行协议设备的组当中的一项内进行通信。

40、一种为本质安全型控制采样系统提供协议桥以便耦合采样控制装置和分析器的方法，其包括以下动作：

按照集成电路间协议与协议桥进行通信；以及

按照协议从接入控制器与所述控制采样系统的一个或更多节点进行通信，其中接口提供对与节点相关联的设备的自动配置。

41、权利要求40的提供协议桥的方法，其中，与协议桥进行通信的所述行动涉及到低态有效高态无效的通信信号。

42、权利要求40的提供协议桥的方法，其还包括以下动作：

通过所述接入控制器向所述节点供电。

43、权利要求40的提供协议桥的方法，其还包括以下动作：

提供针对所述协议桥特定的输入/输出存储器映射。

44、权利要求40的提供协议桥的方法，其还包括以下动作：

提供利用时控转换速率实现方式的到所述协议桥的钟控和数据线。

45、权利要求40的提供协议桥的方法，其还包括以下动作：

向所述协议桥提供等于或大于约9伏特的电压差。

46、权利要求40的提供协议桥的方法，其中，与一个或更多节点进行通信是在包括模拟的和串行协议设备的组当中的一项内进行的。

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