CN102904788A - 现场总线适配器及使用现场总线适配器的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了现场总线适配器及使用现场总线适配器的方法。连接在处理数字信号的现场总线和处理模拟信号的现场装置之间的现场总线适配器包括：第一连接单元，其可拆卸地连接至现场总线；第二连接单元，其可拆卸地连接至现场装置；以及转换单元，其设置在第一连接单元和第二连接单元之间，该转换单元对由现场总线处理的数字信号与由现场装置处理的模拟信号进行双向转换。

Description

现场总线适配器及使用现场总线适配器的方法
技术领域
本发明涉及连接在处理数字信号的现场总线和处理模拟信号的现场装置之间的现场总线适配器。
要求于2011年7月28日提交的日本专利申请第2011-165408号的优先权，其内容通过引用并入本文。
背景技术
以下将在本发明中引用或认同的所有专利、专利申请、专利公开、科技文章等的全部内容将通过引证并入本文，以更加充分地描述本发明所属的技术领域的现状。
当前，用于现场总线的协议包括HART、FOUNDATION现场总线、PROFIBUS、BRAIN、ISA100.11a等。HART、BRAIN等在通过使数字信号与现有的4至20mA的模拟电流输出相叠加来利用模拟控制系统的资源的同时实现了数字输入/输出。同时，在FOUNDATION现场总线和ISA100.11a中，利用功能块将各装置的测量和计算功能相连接从而构建了自主控制系统。
当引入了FOUNDATION现场总线的自主控制系统时，在利用模拟控制系统的资源的同时对ISA100.11a等进行了尝试，而由于与现有的HART、BRAIN等的总线不具兼容性从而现有的HART、BRAIN等的总线不可用。因此，模拟控制系统的资源不能被结合到自主控制系统中。
发明内容
本发明提供了一种能够将模拟类型的现场装置结合到自主控制系统中的现场总线适配器。
连接在处理数字信号的现场总线和处理模拟信号的现场装置之间的现场总线适配器包括：第一连接单元，其可拆卸地连接至现场总线；第二连接单元，其可拆卸地连接至现场装置；以及转换单元，其设置在第一连接单元和第二连接单元之间，该转换单元对由现场总线处理的数字信号与由现场装置处理的模拟信号进行双向转换。
所述模拟信号可以是4至20mA的信号。
所述现场总线可以是符合FOUNDATION现场总线的总线。
所述转换单元可以包括功能块应用模块。
所述转换单元能够支持符合多个标准的多个现场装置。
该现场总线适配器还可以包括：协议栈，其符合与所述现场总线对应的FF H1总线和HSE总线之一；以及VFD（虚拟现场装置）对象，其符合FF标准规范，该VFD对象包括功能块应用模块，而该功能块应用模块包括作为符合FF标准规范的功能块的AI块和AO块。
当现场装置的PV（初值）被输出到现场总线时，转换单元可以读取作为4到20mA模拟信号的现场装置的PV，并将该PV转换成数字值。该数字值可以被输入至功能块应用模块的AI块。可以作为AI块中计算结果的数字数据经由协议栈被输出至现场总线。该数字数据可以被输入至其他的现场装置或操作监控设备并被使用。
从其他现场装置或操作监控设备输出至现场总线的数字数据可以经由协议栈被输入至功能块应用模块的AO块。AO块中的计算结果可以被转换单元转换成模拟值，并输入至现场装置。
可以通过协议栈利用符合FF标准规范的方法来执行对作为FF现场总线装置的现场装置进行处理所需的设置。
将模拟类型的现场装置结合到自主控制系统中的方法可以包括：读取模拟类型的现场装置的PV（初值）；将该PV转换成数字值；基于该数字值计算数字数据；将该数字数据输出至现场总线；以及利用其他现场装置或操作监控设备从现场总线接收该数字数据。
将模拟类型的现场装置结合到自主控制系统中的方法还包括：接收从其他现场装置或操作监控设备输出的数字数据；基于该数字数据计算数字值；将该数字值转换成模拟值；以及利用所述模拟类型的现场装置接收该模拟值。
所述现场总线可以是符合FOUNDATION现场总线的总线。
连接在处理数字信号的现场总线和处理模拟信号的现场装置之间的现场总线适配器的一种使用方法可以包括：经由所述现场总线适配器的连接单元将第一现场装置连接至该现场总线适配器；经由所述现场总线适配器来利用连接至现场总线的第一现场装置；经由所述连接单元将第一现场装置与所述现场总线适配器分离；经由所述连接单元将第二现场装置连接至所述现场总线适配器；以及经由所述现场总线适配器来利用连接至现场总线的第二现场装置。
该现场总线适配器可以包括可拆卸连接至现场总线的第一连接单元和可拆卸连接至现场装置的第二连接单元。可以在第一连接单元和第二连接单元之间设置转换单元。该转换单元可以对由现场总线处理的数字信号和由现场装置处理的模拟信号进行双向转换。
所述模拟信号可以是4至20mA的信号。
所述现场总线可以是符合FOUNDATION现场总线的总线。
所述转换单元可以包括功能块应用模块。
所述转换单元能够支持符合多个标准的现场装置。
根据本发明的现场总线适配器，其中包括了用于对由现场总线处理的数字信号和由现场装置处理的模拟信号进行双向转换的转换单元。因此，可以将模拟类型的现场装置结合到自主控制系统中。
根据本发明的现场总线适配器的使用方法，其中包括了用于对由现场总线处理的数字信号和由现场装置处理的模拟信号进行双向转换的转换单元。因此，可以将模拟类型的现场装置结合到自主控制系统中。
附图说明
本发明的上述特征和优点将从下面结合附图对某些优选实施例进行的描述变得更加明显，附图中：
图1是示出利用根据本发明第一优选实施例的现场总线适配器的现场控制系统的构造的框图；
图2是示出根据本发明第一优选实施例的现场总线适配器的操作的流程图；
图3是示出根据本发明第一优选实施例的现场总线适配器的操作的流程图；
图4是示出根据本发明第一优选实施例的现场总线适配器的操作的流程图；以及
图5是示出根据本发明第一优选实施例的能够支持无线现场装置的现场总线适配器的构造的示例的框图。
具体实施方式
下面将参照例示优选实施例来描述本发明。本领域技术人员将会意识到，利用本发明的教导可以实现多种替换优选实施例，并且本发明不限于本文中出于说明目的而示出的各优选实施例。
图1是示出利用根据本发明第一优选实施例的现场总线适配器的现场控制系统的构造的框图。如图1所示，现场控制系统包括模拟类型的现场装置1A、模拟类型的现场装置1B、和现场装置1C,该现场装置1C是符合FOUNDATION总线的现场总线协议的FF现场总线装置。即，现场控制系统包括多种形式的现场装置。
如图1所示，模拟类型的现场装置1A和模拟类型的现场装置1B经由现场总线适配器2连接至总线3。总线3是FF H1总线或符合FOUNDATION现场总线(下文中称作“FF”)的现场总线协议的HSE总线。作为FF现场总线装置的现场装置1C直接连接至总线3。
操作监控设备4设置在上述现场装置组的上级。操作监控设备4对现场装置组的操作以及现场控制系统的各单元的维护进行监控。操作监控设备4连接至总线3。
如图1所示，现场总线适配器2包括连接至现场装置的连接单元2a和连接至总线3的连接单元2b。连接单元2a使得现场装置可拆卸地连接，并且通过在该连接单元2a中进行的连接和拆卸操作来更换连接至现场总线适配器2的现场装置。此外，连接单元2b可拆卸地连接至总线3，且现场总线适配器2可以经由连接单元2b连接至总线3的任意位置。
如图1所示，现场总线适配器2包括符合与总线3相对应的FFH1总线或HSE总线的协议栈21、VFD（虚拟现场装置）对象22、和模拟/数字转换单元23。
VFD对象22符合FF标准规范并包括功能块应用模块22A。此外，VFD对象22包括NMA-VFD。然而，由于NMA-VFD与本发明不直接相关从而未对其进行示出。
如图1所示，功能块应用模块22A包括作为符合FF标准规范的功能块的AI块22a和AO块22b。功能块应用模块22A还可以包括作为符合FF标准规范的功能块的DI块和DO块。
如图1所示，模拟/数字转换单元23支持针对HART的I/O处理和针对BRAIN的I/O处理。因此，可得到符合HART或BRAIN的模拟类型的现场装置。
接下来，将描述根据本发明第一优选实施例的现场总线适配器的操作。
当现场装置1A的PV（初值）输出至总线3时，模拟/数字转换单元23读取该现场装置1A的PV（其为4至20mA的模拟信号）并将该PV转换成数字值。该数字值被输入到功能块应用模块22A的AI块22a，并且作为AI块22a中计算结果的数字数据经由协议栈21被输出至总线3。该数字数据被输入至包括现场装置1B和现场装置1C在内的其他各现场装置、或操作监控设备4，并被使用。
同时，从其他现场装置或操作监控设备4输出至总线3的数字数据经由协议栈21被输入至功能块应用模块22A的AO块22b。AO块22b中的计算结果被模拟/数字转换单元23转换成模拟值并被输入至现场装置1A。
类似地，从现场装置1B至总线3的数据输出和从总线3至现场总线1B的数据输入通过连接在现场装置1B和总线3之间的现场总线适配器2来执行。
通过协议栈21来利用符合FF标准规范的方法执行将现场装置1A或现场装置1B当做FF现场总线装置进行处理所需的设置。
图2是示出根据本发明第一优选实施例的现场总线适配器的操作的流程图。在步骤S21中，读取现场装置1A的PV并将其转换成数字值。然后，在步骤S22中，基于该数字值计算数字数据并将其输出至总线3。然后，在步骤S23中，该数字数据被输入至其他现场装置1B和1C或操作监控设备4并被使用。
图3是示出根据本发明第一优选实施例的现场总线适配器的操作的流程图。在步骤S31中，将数字数据从其他现场装置1B和1C或操作监控设备4输入至总线3。然后，在步骤S32中，基于该数字数据计算数字值。然后，在步骤S33中，该数字值被转换成模拟值。接下来，在步骤S34中，该模拟值被输入至现场装置1A。
如上所述，根据本实施例的现场总线适配器，在模拟类型的现场装置和总线之间连接现场总线适配器使得该模拟类型的现场装置与FF现场总线装置相似地也受自主现场控制系统的控制。
此外，由于应用功能块符合FF标准规范，因此现场总线适配器可以应用于宽范围的现场装置的模型，并可以用作这样的转换器，该转换器无需对专用于所连接的现场装置的装置参数进行操作。
此外，由于该应用功能块的处理内容限于数据输入/输出功能，因此可以提高现场总线适配器的多功能性。此外，相比于标准的FF现场总线装置，可以大大降低安装尺寸，以及可以节省例如存储器之类的资源。
此外，为了提高现场总线适配器的通用性，例如，已被当作现场装置使用的现场装置1A与连接单元2a分离，并且经由连接单元2a连接了现场装置1D，如图1所示。下面，可以将现场装置1D作为FF现场总线装置来处理。在此情况下，现场装置1D的模型或功能可以与现场装置1A的模型或功能不同。从而，可以针对各种现场装置来使用现场总线适配器2，并且实现成本降低、硬件资源节约、或降低工程工作负担。
图4是示出根据本发明第一优选实施例的现场总线适配器的操作的流程图。在步骤S41中，现场装置1A经由连接单元2a连接至现场总线适配器2。然后，在步骤S42中，现场装置1A经由现场总线适配器2连接至总线3并被使用。然后，在步骤S43中，现场装置1A通过连接单元2a与现场总线适配器2分离。接下来，在步骤S44中，不同于现场装置1A的现场装置1D经由连接单元2a连接至现场总线适配器2。然后，在步骤S45中，现场装置1D经由现场总线适配器2连接至总线3并被使用。
图5是示出根据本发明第一优选实施例的能够支持无线现场装置的现场总线适配器的构造的示例的框图。在图5中，对与图1相同部件分配了相同的参考标号。
如图5所示，在现场总线适配器20中设置了针对ISA100.11的处理单元25，其执行针对ISA100.11的处理。因此，无线现场装置10经由无线现场装置10和针对ISA 100.11的处理单元25之间的无线通信连接至总线3。在此情况下，在功能块应用模块22A中设置了DI块22c和DO块22d。因此，经由协议栈21、功能块应用模块22A、和针对ISA100.11的处理单元25执行无线现场装置10和总线3之间的数据输入/输出。在进行这种数据输入/输出时未使用模拟/数字转换单元23。
从而，在现场总线适配器20中设置了针对ISA100.11的处理单元25。这使得能够将无线现场装置10当做FF现场总线装置来处理。
尽管在上述实施例中示出了其中将一个VFD对象安装到现场总线适配器的示例，但是还可以将多个VFD对象安装在现场总线适配器上，这使得能够利用一个现场总线适配器将多个现场装置连接至总线3。
本发明的应用范围不限于上述实施例。本发明可以广泛应用于连接在处理数字信号的现场总线和处理模拟信号的现场装置之间的现场总线适配器。
如本文中所使用的，下面的方向性术语“向前、向后、上方、向下、左、右、竖直、水平、下方、横向、行和列”以及其他类似的方向性术语是指装备了本发明的设备的这些方向。因此，用来描述本发明的这些术语应该针对装备了本发明的设备来解释。
术语“被构造为”用于描述一个装置的部件、单元或部分包括被构建和/或被编程来执行期望功能的硬件和/或软件。
此外，在权利要求书中表达为“装置加功能”的术语应该包括可以用来执行本发明各部分的功能的任何结构。
术语“单元”用于描述被构建和/或被编程来执行期望功能的硬件和/或软件的部件、单元或部分。硬件的典型示例可包括但不限于装置和电路。
尽管以上已经描述和示出了本发明的优选实施例，但是应该理解，这些实施例仅是本发明的示例，而不应该将其理解为限制。在不背离本发明范围的情况下可以进行添加、省略、替代和其他改变。因此，本发明不应被看作由前述说明书限定，而是应仅由权利要求书的范围限定。

Claims (18)

1.一种连接在处理数字信号的现场总线和处理模拟信号的现场装置之间的现场总线适配器，其包括：
第一连接单元，其可拆卸地连接至所述现场总线；
第二连接单元，其可拆卸地连接至所述现场装置；以及
转换单元，其设置在所述第一连接单元和所述第二连接单元之间，所述转换单元对由所述现场总线处理的数字信号与由所述现场装置处理的模拟信号进行双向转换。
2.根据权利要求1所述的现场总线适配器，其中，
所述模拟信号是4至20mA的信号。
3.根据权利要求1所述的现场总线适配器，其中，
所述现场总线是符合FOUNDATION现场总线的总线。
4.根据权利要求1所述的现场总线适配器，其中，
所述转换单元包括功能块应用模块。
5.根据权利要求1所述的现场总线适配器，其中，
所述转换单元能够支持符合多个标准的多个现场装置。
6.根据权利要求1所述的现场总线适配器，还包括：
协议栈，其符合与所述现场总线对应的FF H1总线和HSE总线之一；以及
虚拟现场装置对象，其符合FF标准规范，所述虚拟现场装置对象包括功能块应用模块，而所述功能块应用模块包括作为符合FF标准规范的功能块的AI块和AO块。
7.根据权利要求6所述的现场总线适配器，其中，
当现场装置的初值被输出到所述现场总线时，所述转换单元读取所述现场装置的初值，并将所述初值转换成数字值，其中所述初值为4到20mA的模拟信号，
所述数字值被输入至所述功能块应用模块的AI块，
作为AI块中计算结果的数字数据经由所述协议栈被输出至所述现场总线，以及
所述数字数据被输入至其他现场装置或操作监控设备并被使用。
8.根据权利要求7所述的现场总线适配器，其中，
从所述其他现场装置或操作监控设备输出至所述现场总线的数字数据经由所述协议栈被输入至所述功能块应用模块的AO块，以及
所述AO块中的计算结果被所述转换单元转换成模拟值，并输入至所述现场装置。
9.根据权利要求6所述的现场总线适配器，其中，
通过所述协议栈利用符合FF标准规范的方法来执行对作为FF现场总线装置的所述现场装置进行处理所需的设置。
10.一种将模拟类型的现场装置结合到自主控制系统中的方法，包括：
读取模拟类型的现场装置的初值；
将所述初值转换成数字值；
基于所述数字值计算数字数据；
将该数字数据输出至现场总线；以及
利用其他现场装置或操作监控设备从所述现场总线接收所述数字数据。
11.根据权利要求10所述的将模拟类型的现场装置结合到自主控制系统中的方法，还包括：
接收从其他现场装置或操作监控设备输出的数字数据；
基于所述数字数据计算数字值；
将所述数字值转换成模拟值；以及
利用所述模拟类型的现场装置接收所述模拟值。
12.根据权利要求10所述的将模拟类型的现场装置结合到自主控制系统中的方法，其中，
所述现场总线是符合FOUNDATION现场总线的总线。
13.一种使用连接在处理数字信号的现场总线和处理模拟信号的现场装置之间的现场总线适配器的方法，所述方法包括：
经由所述现场总线适配器的连接单元将第一现场装置连接至所述现场总线适配器；
经由所述现场总线适配器来利用连接至所述现场总线的所述第一现场装置；
经由所述连接单元将所述第一现场装置与所述现场总线适配器分离；
经由所述连接单元将第二现场装置连接至所述现场总线适配器；以及
经由所述现场总线适配器来利用连接至所述现场总线的所述第二现场装置。
14.根据权利要求13所述的使用现场总线适配器的方法，其中，
所述现场总线适配器包括可拆卸连接至所述现场总线的第一连接单元和可拆卸连接至所述现场装置的第二连接单元，
在所述第一连接单元和所述第二连接单元之间设置转换单元，所述转换单元对由所述现场总线处理的数字信号和由所述现场装置处理的模拟信号进行双向转换。
15.根据权利要求13所述的使用现场总线适配器的方法，其中，所述模拟信号是4至20mA的信号。
16.根据权利要求13所述的使用现场总线适配器的方法，其中，所述现场总线是符合FOUNDATION现场总线的总线。
17.根据权利要求13所述的使用现场总线适配器的方法，其中，所述转换单元包括功能块应用模块。
18.根据权利要求13所述的使用现场总线适配器的方法，其中，所述转换单元能够支持符合多个标准的多个现场装置。
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