CN103901797A - 基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断电路及方法 - Google Patents

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于海斌
徐皑冬
康凯
白占元
闫炳均
王志平
宋岩
刘梁梁
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Abstract

本发明涉及基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断电路及方法。具体的说，涉及工业控制系统的智能安全仪表变送器中双处理器串行控制架构设计电路。从功能上来说，该双处理器串行架构，分别实现模拟量数据采集处理，HART通信处理，同时还对处理数据进行比较，从而实现互相诊断，发现数据的错误所导致的处理结果的错误，避免输出错误的信号，确保系统运行安全。该设计具有实用性强，可应用范围广，成本低，诊断效果好等特点。

Description

基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断电路及方法
技术领域
本发明涉及基于微控制器冗余技术的仪表变送器数据处理诊断电路及方法。具体的说，涉及工业控制系统的智能安全仪表变送器中双处理器串行控制架构设计电路。
背景技术
安全仪表变送器是一种专门为条件苛刻的任务或是安全相关的应用而设计的仪表变送器。如果安全仪表变送器不能正常工作或损坏，将导致控制系统部分功能停止工作或甚至整个系统崩溃，将严重危及工作人员安全。
采用安全仪表变送器的行业包括油/气行业、石油化工行业、炼油行业、危险化学行业、煤矿行业、船舶、电厂、焚烧处理、机械行业、锅炉控制和燃烧控制、高压应用等工业领域。此外，还要加上非传统的安全应用领域，一旦发生安全事故，将会对企业和社会带来巨大的经济损失。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提出基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断电路及方法，作为安全仪表变送器的重要组成部分，用于实现智能安全仪表变送器模拟量采集数据的处理，通信数据处理，以及数据错误诊断，提高系统的安全性和可靠性。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断电路，包括两个处理器：微控制器一和微控制器二；所述微控制器一和微控制器二通过串行接口进行数据传输；所述微处理器一连接模拟量采集芯片，用于实现数据采集，并将采集的数据进行变换，同时将原始数据和变换后的数据发送给所述微控制器二；所述微控制器二连接模拟量输出芯片，用于HART通信功能及控制电流输出，将所述微处理器一发送过来的数据进行变换，并与所述微处理器一发送过来的变换结果进行比较并输出。
所述微控制器二中的比较不一致时，所述微控制器二制智能安全仪表变送器发出报警电流。
所述微处理器一读取所述安全仪表中传感器输出的电压值，并根据配置信息进行计算，得到该电压值对应的温度值和输出的电流值，并将上述3个数据进行循环冗余校验编码，并发送给所述微控制器二。
所述微控制器二接收微控制器一发送的所述安全仪表变送器连接的传感器的测量值，根据相同的计算方式计算出该值对应的温度值以及输出电流值，并将上述两个数据与微控制器一发送过来的温度值和输出电流值进行比较。
如果比较值一致，则通过显示屏显示温度值，通过所述模拟量输出芯片输出该值电流。
如果比较不一致，则所述微控制器二输出报警电流。
如果比较不一致，则所述微控制器二要求微控制器一重新发送该数据，如果连续比较不一致，则发出报警电流。
一种基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断方法，包括以下步骤：
通过微控制器一读取模拟量采集芯片测量的传感器输出的电压值，并根据配置信息进行计算，得到该电压值对应的温度值和输出的电流值，并将上述3个数据整体进行循环冗余校验编码，通过串行通信接口发送给微控制器二；
通过微控制器二以相同的计算方式计算出该值对应的温度值以及输出电流值，并将上述两个数据与微控制器一发送过来的温度值和输出电流值进行比较；
如果比较值一致，则通过显示屏显示温度值，通过模拟量输出芯片输出该值电流，如果比较不一致，则微控制器二输出报警电流。
所述如果比较不一致，则所述微控制器二要求微控制器一重新发送该数据，如果连续比较不一致，则发出报警电流。
本发明基于微控制器冗余技术，是安全仪表变送器的重要组成部分。采用串行通信技术，微控制器一和微控制器二之间数据通信采用循环冗余校验技术，可以发现数据在传输通信过程中发生的错误。处理器一进行数据采集和变换，并通过串行接口将数据发送给处理器二；处理器二将原始数据重新进行处理变换，并与处理器一的结果进行比较，来实现对处理结果的诊断。
本发明用于实现智能安全仪表变送器模拟量采集数据的处理，通信数据处理，以及数据错误诊断，并避免错误影响到系统安全，可以有效的确保系统的运行稳定与安全，为整个系统正常工作提供了重要保障，提高系统安全性和可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是图1中微控制器一和微控制器二的具体连接实施例示意图；
图3是数据处理比较流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明涉及以下几项关键技术：
1）串行通信技术。本设计描述的智能安全仪表变送器处理器通信及诊断电路。
2）循环冗余校验，微控制器一和微控制器二之间数据通信采用循环冗余校验技术，可以发现数据在传输通信过程中发生的错误。
3）诊断技术，处理器一进行数据采集和变换，并通过串行接口将数据发送给处理器二；处理器二将原始数据重新进行处理变换，并与处理器一的结果进行比较，来实现对处理结果的诊断。
本发明作为安全仪表变送器的重要组成部分，用于实现智能安全仪表变送器模拟量采集数据的处理，通信数据处理，以及数据错误诊断，提高系统的安全性和可靠性。
其主要原理是本安全仪表变送器主要功能是采集现场传感器信号，并根据传感器类型，计算变送器所测量的温度，输出相应的电流值。具体工作流程如图1所示，安全仪表变送器分别由端子板、按键板、模拟量采集板、通信板以及显示屏组成。
安全仪表变送器在使用前，上位机软件通过HART接口，对安全仪表进行初始化，配置传感器类型等信息，通信板通过HART通信芯片将通过HART接收的配置信息存储在铁电存储器中，并将传感器配置类型等信息发送给模拟量采集板。
配置好安全仪表变送器的工作状态以后，模拟量采集板根据配置信息来对传感器输出值进行测量，微控制器一读取模拟量采集芯片测量的传感器输出的电压值，并根据配置信息进行计算，得到该电压值对应的温度值和输出的电流值，并将上述3个数据整体进行循环冗余校验编码，通过串行通信接口发送给通信板上面的微控制器二，微控制器二首先对微控制器一发送的数据进行循环冗余校验，来验证在通信过程中数据没有发生改变。
如果循环冗余校验错误，则要求微控制器一重新发送该数据，如果三次错误，则发出报警电流，如果收到的数据循环冗余校验正确则转入下一步数据处理。
根据微控制器发送的模拟量数字量转换处理芯片的初始值，根据相同的计算方式，计算出该值对应的温度值以及输出电流值，并将上述两个数据与微控制器一发送过来的温度值和输出电流值进行比较。如果比较值一致，则通过显示屏显示温度值，通过模拟量输出芯片输出该值电流，如果比较不一致，则可确定微控制器一或者微控制器二在处理中出错，微控制器二输出报警电流，避免系统发生危险失效。

Claims (9)

1.一种基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断电路，其特征在于，包括两个处理器：微控制器一和微控制器二；所述微控制器一和微控制器二通过串行接口进行数据传输；所述微处理器一连接模拟量采集芯片，用于实现数据采集，并将采集的数据进行变换，同时将原始数据和变换后的数据发送给所述微控制器二；所述微控制器二连接模拟量输出芯片，用于HART通信功能及控制电流输出，将所述微处理器一发送过来的数据进行变换，并与所述微处理器一发送过来的变换结果进行比较并输出。
2.根据权利要求1所述的基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断电路，其特征在于，所述微控制器二中的比较不一致时，所述微控制器二制智能安全仪表变送器发出报警电流。
3.根据权利要求1所述的基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断电路，其特征在于，所述微处理器一读取所述安全仪表中传感器输出的电压值，并根据配置信息进行计算，得到该电压值对应的温度值和输出的电流值，并将上述3个数据进行循环冗余校验编码，并发送给所述微控制器二。
4.根据权利要求1所述的基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断电路，其特征在于，所述微控制器二接收微控制器一发送的所述安全仪表变送器连接的传感器的测量值，根据相同的计算方式计算出该值对应的温度值以及输出电流值，并将上述两个数据与微控制器一发送过来的温度值和输出电流值进行比较。
5.根据权利要求4所述的基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断电路，其特征在于，如果比较值一致，则通过显示屏显示温度值，通过所述模拟量输出芯片输出该值电流。
6.根据权利要求4所述的基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断电路，其特征在于，如果比较不一致，则所述微控制器二输出报警电流。
7.根据权利要求4所述的基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断电路，其特征在于，如果比较不一致，则所述微控制器二要求微控制器一重新发送该数据，如果连续比较不一致，则发出报警电流。
8.一种基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过微控制器一读取模拟量采集芯片测量的传感器输出的电压值，并根据配置信息进行计算，得到该电压值对应的温度值和输出的电流值，并将上述3个数据整体进行循环冗余校验编码，通过串行通信接口发送给微控制器二；
通过微控制器二以相同的计算方式计算出该值对应的温度值以及输出电流值，并将上述两个数据与微控制器一发送过来的温度值和输出电流值进行比较；
如果比较值一致，则通过显示屏显示温度值，通过模拟量输出芯片输出该值电流，如果比较不一致，则微控制器二输出报警电流。
9.根据权利要求8所述的基于微控制器冗余技术安全仪表数据处理诊断方法，其特征在于，所述如果比较不一致，则所述微控制器二要求微控制器一重新发送该数据，如果连续比较不一致，则发出报警电流。
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