CN102368152A - 具有hart通信功能的输入输出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种消除HART通信的处理等待、减少系统的延迟的具有HART通信功能的输入输出装置。该装置具有：对应于每个作为HART通信信号的输入输出目的地的下位设备(5)而分配的通路(15)，该HART通信信号是在被转换为1200Hz和2200Hz的频率信号的数字信号上叠加于4～20mA的直流信号所生成的；控制在具有HART通信功能的输入输出装置与上位设备(3)之间进行的通信的第1控制部(11)；和HART通信部，该HART通信部对应于每个所述通路(15)而设置，从通过所述通路(15)接收到的HART通信信号取出频率信号，将与该频率信号对应的数字信号发送至所述控制部(11)，所述第1控制部(11)将从各HART通信部接收到的数字信号发送至上位设备(3)。

Description

具有HART通信功能的输入输出装置
技术领域
本发明涉及一种具有HART通信功能的输入输出装置。
背景技术
在管理生产过程的现场，有发信功能的各种的现场设备(例如传感器、阀等)设置于工厂内，通过将从现场设备发出的信号载入到系统中来管理各种的生产过程。作为管理生产过程的系统，例如有基于从传感器取得的流量、温度、压力等控制阀的开度等的系统。
近年来，作为与这样的过程管理系统连接的现场设备，采用装载了HART(HighwayAddressable Remote Transducer)通信功能的设备(以下称为“HART通信对应设备”)。HART通信对应设备输入输出下面这样的信号：通过在表示测量值、控制值的4～20mA的直流信号上叠加被变换成1200Hz和2200Hz的频率信号的数字信号而生成的信号(以下，称为“HART通信信号”)。即，HART通信对应设备除了测量值、控制值之外，还能够附加各种信息进行交换。在下述专利文献1以及专利文献2中揭示了使用HART通信对应设备的系统。
背景技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2003-186503号公告
专利文献2：日本专利第4129715号公告
发明内容
发明要解决的问题
上述各专利文献的系统中，通过多路选择器依次地选择从多个HART通信对应设备输出的HART通信信号并发报至上位侧的设备。由于HART通信一般以1200pbps这样的低速进行，用多路转换器依次地通信的话，一个一个的通信都需要时间。因此，产生HART通信的处理等待，从而系统产生延迟。
本发明是为了消除上述现有技术的问题点而作出的，本发明的目的在于提供一种具有HART通信功能的输入输出装置，其可以消除HART通信导致的处理等待，减少系统的延迟。
解决问题的手段
本发明涉及一种具有HART通信功能的输入输出装置，其特征在于，具有：通路，所述通路对应于HART通信信号的每个输入输出目的地进行分配，所述HART通信信号是在第1信号上叠加第2信号而生成的；控制部，所述控制部控制与上位侧的设备之间进行的通信；和HART通信部，所述HART通信部对应于每个所述通路而进行设置，从通过所述通路接收到的所述HART通信信号取出所述第2信号，将与该第2信号对应的数字信号发送至所述控制部，所述控制部将通过各所述HART通信部所发送的所述数字信号发送至所述上位侧的设备。
通过采用这样的构成，例如将从各种现场设备所发送的HART通信信号可以用设置在每个通路的HART通信部分别处理，且将处理后的信号通过控制部发送至上位侧的设备。由此，用需要处理时间的HART通信部处理，可以以并行在每个通路同时实行。
所述控制部在从所述上位侧的设备接收到请求信号的情况下，将该请求信号发送至与该请求信号对应的所述HART通信部，
所述HART通信部通过所述通路将包含所述请求信号的HART通信信号发送至作为所述输入输出目的地的下位侧的设备。
所述HART通信部包括：将所述HART通信信号分离为所述第1信号和所述第2信号，或者将所述第2信号叠加于所述第1信号而生成所述HART通信信号的分离叠加部，实行所述第2信号和所述数字信号的转换处理的调制解调部和控制在所述调制解调部和所述控制部之间进行的所述数字信号的收发的第2控制部。
所述第1信号是4～20mA的直流信号，所述第2信号是将数字信号变换了的频率信号。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种可以消除HART通信导致的处理等待、减少系统的延迟，且具有HART通信功能的输入输出装置。
附图说明
图1是例示实施形态中的HART-IO的构成的图。
图2是表示在上位设备和HART-IO之间进行通信的一个实例的时序图。
图3是表示在上位设备和HART-IO之间进行通信的一个实例的时序图。
图4是例示变形例中的绝缘型HART-IO的构成的图。
符号说明
1…具有HART通信功能的输入输出装置(HART-IO)
3…上位设备
5a～5p…下位设备
11…第1控制部
12a～12p…第2控制部
13a～13p…调制解调部
14a～14p…分离叠加部
15a～15p…通路
16…绝缘部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明中涉及的实施形态进行说明。但是，在以下进行说明的实施形态始终都是举例说明，并不排除下文没有明确记载的各种的变形或技术的适用。即，本发明可以在不脱离本发明要旨的范围内进行各种变形而实施。
首先，参照图1，对实施形态中的具有HART通信功能的输入输出装置(以下，称为“HART-IO”)的构成进行说明。如图1所示，HART-IO1具有第1控制部11、第2控制部12a～12p、调制解调部13a～13p、分离叠加部14a～14p和通路15a～15p。在本实施形态中，对具有对应于16个通路的端口的HART-IO进行说明，但是本实施形态中不限定通路(端口)数量。又，关于第2控制部12a～12p、调制解调部13a～13p、分离叠加部14a～14p、通路15a～15P以及下位设备5a～5p，在以下没有必要特别区别记载的情况下，分别记载为第2控制部12、调制解调部13、分离叠加部14、通路15以及下位设备5。
下位设备5是被分配给HART-IO1的各通路15的下位侧的设备。作为下位设备5，例如，装载了HART通信功能的现场设备(以下称为“HART通信对应设备”)是合适的。HART通信对应设备收发HART通信信号。HART通信信号是通过将被转换为1200Hz和2200Hz的频率信号的数字信号叠加于4～20mA的直流信号而生成的信号。
上述直流信号是表示被传达至每一个HART通信对应设备的一个变量的值的信号。作为变量的值，例如可以是流量、压力、温度等的测定值或阀开度等的控制值。上述数字信号例如是表示在HART通信对应设备内可能收集的各种数据的信号。作为各种数据，例如可以是HART通信对应设备的过程信息或编入于HART通信对应设备的硬件的故障信息。又，也可以将HART通信对应设备的测定值、控制值包含在各种数据中。
第2控制部12、调制解调部13以及分离叠加部14对应于每个通路15而被设置，它们构成“HART通信部”。即，在本实施形态中，将16个HART通信部并列连接在第1控制部11的下位侧。HART通信部例如从通过通路15接收到的HART通信信号取出频率信号，并将与频率信号对应的数字信号发送至第1控制部11。
虽然图中未示出，但分离叠加部14具有将HART通信信号分离为直流信号和频率信号的分离部和将频率信号叠加于直流信号而生成HART通信信号的叠加部。分离叠加部14在其与调制解调部13之间收发频率信号，且将直流信号传输至图中未示出的外部设备(例如控制器)。
调制解调部13在物理上例如是由HART调制解调器构成。调制解调部13实行频率信号和数字信号的转换处理。作为转换处理，例如可以是，将用0和1表示的数字信号变换为用2200Hz的信号和1200Hz的信号表示的频率信号的处理。又，也可以是，将用2200Hz的信号和1200Hz的信号表示的频率信号变换为用0和1表示的数字信号的处理。
第2控制部12在物理上例如用CPU以及周边装置构成。第2控制部12控制在HART通信部和第1控制部之间进行信号的收发。第2控制部12和第1控制部11之间用专用总线(例如100kbps)连接。
第1控制部11在物理上例如用CPU以及周边装置构成。第1控制部11控制和上位设备3之间进行的通信。作为上位设备3，例如，可以是包含在监视HART通信对应设备的状态等的监视系统中的HUB。HART-IO1和HUB之间用Ethernet(登录商标)规格的通信电缆(例如100Mbps)连接。
监视系统所包含的设备监视部(未图示)通过HUB接收从HART-IO1输出的数字信号。设备监视部基于接收到的数字信号，对HART通信对应设备中的过程的实行情况、编入HART通信对应设备的硬件的故障情况、HART通信对应设备的维护以及修理的必要时期等进行诊断。设备监视部将诊断结果等显示在监视器上。由此，运用者可以监视HART通信对应设备。
接着，参照图2，对在上位设备和HART-IO之间实行的通信进行说明。这里，为了说明的方便，限定为在被分配给16个通路中的通路15a“ch1”的下位设备5a和上位设备3之间进行的通信的一个周期来进行说明。
图2的各横轴表示时间。图2(a)是表示上位设备3和第1控制部11之间的通信状态的图表。图2(b)是表示在第1控制部11中的处理状态的图表。图2(c)是表示第1控制部11和第2控制部12a之间的通信状态的图表。图2(d)是表示在第2控制部12a中的处理状态的图表。图2(e)是表示第2控制部12a和通路15a之间的通信/处理状态的图表。在图2的各图表上表示的“1”示意性地表示是“ch1”用的处理。
最初，上位设备3发送相对于下位设备5a的请求信号的话，在时刻t1到时刻t2之间，从上位设备3发送请求信号至第1控制部11(Ethernet(登录商标)通信)。
接着，在时刻t2到时刻t3之间，用第1控制部11进行处理，在时刻t3到时刻t4之间，从第1控制部11发送请求信号至第2控制部12a(芯片间通信)。
再接着，在时刻t4到时刻t5之间，用第2控制部12a进行处理，在时刻t5到时刻t6之间，调制解调部13a以及分离叠加部14a将基于请求信号生成的HART通信信号通过通路15a“ch1”发送至下位设备5a(HART通信a)。
再接着，在时刻t6和时刻t7之间，等待来自下位设备5a的应答，在时刻t7到时刻t8之间，分离叠加部14a以及调制解调部13a根据通过通路15a“ch1”从下位设备5a接收到的HART通信信号取得数字信号，并将所取得的数字信号发送至第2控制部12a(HART通信a)。
再接着，在时刻t8到时刻t9之间，用第2控制部12a进行处理，在时刻t9到时刻t10之间，从第2控制部12a发送数字信号至第1控制部11(芯片间通信)。
再接着，在时刻t10到时刻t11之间，用第1控制部11进行处理，在时刻t11到时刻t12之间，从第1控制部11发送数字信号至上位设备3(Ethernet(登录商标)通信)。
然后，参照图3，对使用多个通路进行通信的情况进行说明。这里，为了说明的方便，对使用三个通路通信的情况进行说明。图3是在被分配给16个通路中的通路15a“ch1”～通路15c“ch3”的下位设备5a～下位设备5c控制部之间进行通信的一个周期的时序图。
图3的各横轴表示时间。图3(a)是表示上位设备3和第1控制部11之间的通信状态的图表。图3(b)是表示第1控制部11中的处理状态的图表。图3(c)是表示第1控制部11和第2控制部12a～12c之间的通信状态的图表。图3(d)是表示第2控制部12a中的处理状态的图表。图3(e)是表示第2控制部12a和通路15a之间的通信/处理状态的图表。图3(f)是表示第2控制部12b中的处理状态的图表。图3(g)是表示第2控制部12b和通路15b之间的通信/处理状态的图表。图3(h)是表示第2控制部12c中的处理状态的图表。图3(i)是表示第2控制部12c和通路15c之间的通信/处理状态的图表。在图3的各图表上表示的“1”～“3”分别示意性地表示是“ch1”～“ch3”用的处理。
这里，由于在图3所示的下位设备5a～5c和上位设备3之间分别进行的通信与上述的在下位设备5a和上位设备3之间进行的通信同样地进行处理，所以省略关于此的说明。
如图3所示，需要处理时间的各HART通信a～c没有等待时间，可以并行地同时地处理。根据上述的实施形态中的HART-IO1，可以通过对应于每个通路15而设置的HART通信部对从作为各种下位设备5的HART通信对应设备发送的HART通信信号分别进行处理，并可以通过第1控制部11将处理后的数字信号发送至位于上位侧的监视系统的上位设备3。由此，可以各个通路15并行地同时实行HART通信部中的需要处理时间的处理。因而，可以消除HART通信的处理等待，减低系统的延迟。
[变形例]
又，上述实施形态中的HART-IO也可以构成为绝缘型的HART-IO。在图4中例示了绝缘型HART-IO的构成。由于图4所示的绝缘型HART-IO1与上述实施形态中的HART-IO1的不相同在于，在图1所示的HART-IO1所具有的第2控制部12和调制解调部13之间追加了绝缘部16。绝缘部16例如通过使用光电耦合器、变压器，就每个HART通信部对数字信号、电源进行绝缘。通过设置绝缘部16，可以排除通路之间的接地等级差或静电的影响。
又，上述的实施形态中的HART-IO也可以设置在例如子板等的半导体基板上。由此，例如，通过在输入输出4～20mA的直流信号的现有的IO单元上安装该子板，可以将上述的实施形态中的HART-IO所具有的各种功能作为现有的IO单元的选择功能简易地实现。
又，在上述的实施形态的HART-IO中，对下位设备5基于来自上位设备3的请求而应答的情况进行了说明，但通信的形态并不限定于此，可以适用于各种各样的形态。例如，从作为下位设备5的HART通信对应设备定期地发送HART通信信号的形态也可以适用于本发明。
又，在上述的实施形态的HART-IO中，用Ethernet(登录商标)通信将信号从第1控制部11发送至上位设备5的时候，是将从各HART通信部接收到的信号分别发送的，但也可以将从各HART通信部接收到的信号根据每个通信周期集中发送。

Claims (4)

1.一种具有HART通信功能的输入输出装置，其特征在于，具有：
通路，所述通路对应于HART通信信号的每个输入输出目的地进行分配，所述HART通信信号是在第1信号上叠加第2信号而生成的；
控制部，所述控制部控制与上位侧的设备之间进行的通信；和
HART通信部，所述HART通信部对应于每个所述通路而进行设置，从通过所述通路接收到的所述HART通信信号取出所述第2信号，将与该第2信号对应的数字信号发送至所述控制部，
所述控制部将通过各所述HART通信部所发送的所述数字信号发送至所述上位侧的设备。
2.如权利要求1所述的具有HART通信功能的输入输出装置，其特征在于：
所述控制部在从所述上位侧的设备接收到请求信号的情况下，将该请求信号发送至与该请求信号对应的所述HART通信部，
所述HART通信部通过所述通路将包含所述请求信号的HART通信信号发送至作为所述输入输出目的地的下位侧的设备。
3.如权利要求1或2所述的具有HART通信功能的输入输出装置，其特征在于：
所述HART通信部包括：
将所述HART通信信号分离为所述第1信号和所述第2信号，或者将所述第2信号叠加于所述第1信号而生成所述HART通信信号的分离叠加部；
实行所述第2信号和所述数字信号的转换处理的调制解调部；和
控制在所述调制解调部和所述控制部之间进行的所述数字信号的收发的第2控制部。
4.如权利要求3所述的具有HART通信功能的输入输出装置，其特征在于：
所述第1信号是4～20mA的直流信号，所述第2信号是将数字信号变换了的频率信号。
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