CN104267680A - 一种具有分离式hart功能板的模拟量输入模块 - Google Patents

一种具有分离式hart功能板的模拟量输入模块 Download PDF

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章伟杰
郭荣
屠勤
张强
肖伯乐
张绪炎
康磊
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Abstract

本发明涉及一种具有分离式HART功能板的模拟量输入模块，其特征在于，还包括可拔插的HART功能板，该HART功能板包括光电隔离单元一、信号接收单元、信号发送单元及通讯转换单元，信号接收单元的输入端连接光电隔离单元一，其输出端连接通讯转换单元，信号发送单元的输出端连接光电隔离单元一，其输入端连接通讯转换单元，光电隔离单元一与数据采集组件共用HART协议载波信号输入端及HART协议载波信号输出端，通讯转换单元则与微处理器和通讯组件相连。本发明的优点是在工业过程控制系统的通用模拟量输入模块中选配HART功能板的方式，使之转化成专用的HART协议模拟量输入模块，方便灵活。

Description

一种具有分离式HART功能板的模拟量输入模块
技术领域
本发明涉及一种具有分离式HART功能板的模拟量输入模块，用于工业过程控制系统与智能仪器仪表采样和通讯的输入接口，属于自动控制仪表技术领域。
背景技术
高通道可寻址远程传感器(Highway Addressable Remote Transducer，HART)现场总线协议在工业过程控制领域得到广泛的应用，符合该协议的智能仪器仪表包括了压力变送器、流量变送器、温度变送器、调节器和执行机构等等绝大部分的过程自动化仪器仪表设备。
通常地，这些带HART协议功能的智能仪器仪表被接入到分散控制系统(DCS)或可编程控制系统(PLC)参与工业过程的数据采集及控制，而对于智能仪器仪表的通讯和管理、组态和诊断、校验和维护是由手持式编程器逐点来完成了，过程繁琐，工作量很大。随着信息化技术的发展，对智能仪器仪表进行统一管理维护的需求就越来越强烈。
对不具有HART协议接口功能的工业过程控制系统(DCS或PLC)，会采用第三方产品来完成智能仪器仪表的管理和维护。如图1所示，过程为现场HART变送器或阀位定位器通过分线端子或编组端接线部件MTA，一路4～20mA信号接入到工业过程控制系统的输入模块中，使其信号参与数据采集及控制。另一路HART载波信号接入HART接口组件和HART通讯组件后与装有智能仪表管理软件的工作站进行通讯，完成智能仪器仪表的管理和维护。缺点是投资成本会增大，现场接线工作量也会增加。
对具有HART协议接口功能的工业过程控制系统(DCS或PLC)，会采用专用的HART协议模拟量输入模块替代通用的模拟量输入模块来连接现场HART变送器或阀位定位器信号，由工业过程控制系统自身来完成智能仪器仪表的管理和维护。如图2所示。它克服了图1方案的缺点，但增加了工业过程控制系统的IO卡件种类。
发明内容
本发明要解决的技术问题是减少工业过程控制系统的IO卡件种类。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种具有分离式HART功能板的模拟量输入模块，包括数据采集组件以及微处理器和通讯组件，其特征在于，还包括可拔插的HART功能板，该HART功能板包括光电隔离单元一、信号接收单元、信号发送单元及通讯转换单元，信号接收单元的输入端连接光电隔离单元一，其输出端连接通讯转换单元，信号发送单元的输出端连接光电隔离单元一，其输入端连接通讯转换单元，HART功能板与数据采集组件以及微处理器和通讯组件插接后，光电隔离单元一与数据采集组件共用HART协议载波信号输入端及HART协议载波信号输出端，通讯转换单元则与微处理器和通讯组件相连。
优选地，所述数据采集组件包括相连的光电隔离单元二及模数转换单元，所述HART功能板与所述数据采集组件以及所述微处理器和通讯组件插接后，所述光电隔离单元一与光电隔离单元二共用HART协议载波信号输入端及HART协议载波信号输出端。
优选地，所述微处理器和通讯组件包括数据采集处理单元、通讯处理单元及HART协议处理单元，通讯处理单元分别连接数据采集处理单元及HART协议处理单元，所述数据采集处理单元与所述模数转换单元相连，所述HART功能板与所述数据采集组件以及所述微处理器和通讯组件插接后，所述通讯转换单元与HART协议处理单元相连。
优选地，所述信号接收单元包括接收整形电路及信号解调电路，接收整形电路的输入端与所述光电隔离单元一的输出端相连，其输出端连接信号解调电路的输入端，信号解调电路的输出端与所述通讯转换单元的输入端相连。
优选地，所述信号发送单元包括发送整形电路及信号调制电路，发送整形电路的输出端与所述光电隔离单元一的输入端相连，其输入端连接信号调制电路的输出端，信号调制电路的输入端与所述通讯转换单元的输出端相连
本发明提供了一种具有分离式HART功能板的模拟量输入模块，能够自由地在通用的模拟量输入模块中选配HART功能板，减少工业过程控制系统的IO卡件种类。
本发明的优点是在工业过程控制系统(DCS或PLC)的通用模拟量输入模块中选配HART功能板的方式，使之转化成专用的HART协议模拟量输入模块，方便灵活。
附图说明
图1为不具有HART协议接口功能的控制系统实现智能仪器仪表管理方法示意图；
图2为具有HART协议接口功能的控制系统实现智能仪器仪表管理方法示意图；
图3为具有分离式HART功能板的模拟量输入模块示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图3所示，本发明提供的一种具有分离式HART功能板的模拟量输入模块，包括数据采集组件，微处理器和通讯组件，可拔插的HART功能板。
数据采集组件包括相连的光电隔离单元二及模数转换单元。
微处理器和通讯组件包括数据采集处理单元、通讯处理单元及HART协议处理单元，通讯处理单元分别连接数据采集处理单元及HART协议处理单元，数据采集处理单元与模数转换单元相连。
HART功能板包括光电隔离单元一、接收整形电路、信号解调电路、发送整形电路、信号调制电路及通讯转换单元。接收整形电路的输入端与光电隔离单元一的输出端相连，其输出端连接信号解调电路的输入端，信号解调电路的输出端与通讯转换单元的输入端相连。发送整形电路的输出端与光电隔离单元一的输入端相连，其输入端连接信号调制电路的输出端，信号调制电路的输入端与通讯转换单元的输出端相连。
HART功能板与数据采集组件以及微处理器和通讯组件插接后，光电隔离单元一与数据采集组件中的光电隔离单元二共用HART协议载波信号输入端及HART协议载波信号输出端。通讯转换单元则与微处理器和通讯组件中的通讯处理单元相连。
本发明是基于三冗错控制系统的其中一项技术，三冗错控制系统的每组控制器下可以挂接96块各种类型的卡件，整个系统可以具有64个组控制器，以下以一个三冗错控制系统DEMO演示系统(样机)为例，该样机拥有两套操作员/工程师站，一组交换机，两组三冗错控制器，每组控制器下挂三层机槽，每机槽拥有开关量输入卡、开关量输出卡、模拟量输入卡和模拟量输出卡各两块，另外在各机槽内加插一块具有分离式HART功能板的模拟量输入模块，结合实施例来具体说明本发明。
将一个具有HART协议的压力变送器信号接入到具有分离式HART功能板的模拟量输入模块的一个通道中，但分离式HART功能板未插入到该模拟量输入模块中，在三冗错控制系统中能够监测到压力变送器输出的4～20mA所对应的压力值，而三冗错控制系统所包含的智能仪表管理软件检测到该智能变送器通讯失效。
此时将分离式HART功能板插入到该模拟量输入模块中，在三冗错控制系统中不但能够监测到压力变送器输出的4～20mA所对应的压力值，而智能仪表管理软件检测到该智能变送器通讯成功，能够对该变送器进行通讯和管理、组态和诊断、校验和维护等一系列工作。

Claims (5)

1.一种具有分离式HART功能板的模拟量输入模块，包括数据采集组件以及微处理器和通讯组件，其特征在于，还包括可拔插的HART功能板，该HART功能板包括光电隔离单元一、信号接收单元、信号发送单元及通讯转换单元，信号接收单元的输入端连接光电隔离单元一，其输出端连接通讯转换单元，信号发送单元的输出端连接光电隔离单元一，其输入端连接通讯转换单元，HART功能板与数据采集组件以及微处理器和通讯组件插接后，光电隔离单元一与数据采集组件共用HART协议载波信号输入端及HART协议载波信号输出端，通讯转换单元则与微处理器和通讯组件相连。
2.如权利要求1所述的一种具有分离式HART功能板的模拟量输入模块，其特征在于：所述数据采集组件包括相连的光电隔离单元二及模数转换单元，所述HART功能板与所述数据采集组件以及所述微处理器和通讯组件插接后，所述光电隔离单元一与光电隔离单元二共用HART协议载波信号输入端及HART协议载波信号输出端。
3.如权利要求2所述的一种具有分离式HART功能板的模拟量输入模块，其特征在于：所述微处理器和通讯组件包括数据采集处理单元、通讯处理单元及HART协议处理单元，通讯处理单元分别连接数据采集处理单元及HART协议处理单元，所述数据采集处理单元与所述模数转换单元相连，所述HART功能板与所述数据采集组件以及所述微处理器和通讯组件插接后，所述通讯转换单元与HART协议处理单元相连。
4.如权利要求1所述的一种具有分离式HART功能板的模拟量输入模块，其特征在于：所述信号接收单元包括接收整形电路及信号解调电路，接收整形电路的输入端与所述光电隔离单元一的输出端相连，其输出端连接信号解调电路的输入端，信号解调电路的输出端与所述通讯转换单元的输入端相连。
5.如权利要求1所述的一种具有分离式HART功能板的模拟量输入模块，其特征在于：所述信号发送单元包括发送整形电路及信号调制电路，发送整形电路的输出端与所述光电隔离单元一的输入端相连，其输入端连接信号调制电路的输出端，信号调制电路的输入端与所述通讯转换单元的输出端相连。
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