CN1704918A - 信号传送装置 - Google Patents

Abstract

一种信号传送装置，至少连接一个现场设备，并且向主机发送从现场设备所获得的信号，包括：至少一个输入端子，从现场设备发送来的信号输入至所述输入端子；信号处理单元，基于通过输入端子所输入的信号、来生成符合无线通信协议的通信帧；以及无线发送单元，其以无线方式向主机发送通信帧。

Description

信号传送装置

本申请基于申请日为2004年5月31日提交的日本在先专利申请No.2004-160567，并要求其优先权，在先专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种采集信号、并将所述信号向安装在远端的主机传送的信号传送装置。所述信号，例如是由设置于各种工业处理中、或者安装在工厂生产线上或各种实验设备内的有线型传感器以及现场设备传送而来。

背景技术

下列文件涉及一种采集数据、并将所述数据向安装在远端的主机传送的信号传送装置。所述数据由设置于各种工业处理中、或者安装在工厂生产线上或各种实验设备内的有线型传感器以及现场设备传送而来。

作为现有技术，参照JP-T-2003-533809。

图9是清楚地显示作为现有技术的信号传送装置实例的配置方框图。

图9中，信号传送装置S具有输入/输出通道CH1和CH2，存储器m，控制器C，电源模块P以及通信设备D。

由于通道CH1和CH2具有相同的结构，所以仅描述通道CH1的结构。

对于通道CH1，传感器S11、S12、S13和S14是安装在本地、并且检测诸如处理流体的温度、压力和流速的设备。以下，不但这些传感器，而且现场设备均被简称为传感器。

多路复用器M11选择传感器S11至S14所输出的信号之一，A/D转换器AD11对所选择的输出信号执行模/数转换。

通过A/D转换所获得的信号被隔离器I11隔离，并且结果信号被输入到控制器C。控制器C对所接收的信号执行各种运算，并且经由通信设备D向通信线L发送输出信号，所述控制器C利用存储在存储器m中的程序而工作。

通信线L，例如，是连接到控制装置或调节装置(未示出)上的两线式传送线，所述控制装置或调节装置为安装在远端的主机。需要指出，控制装置或调节装置对经由通信线L而被接收的信号执行控制运算。

利用这样的结构，多路复用器M11选择发送至传感器S11至S14的多个传感器信号之一；A/D转换器AD11对所选择的信号执行模/数转换；隔离器隔离结果信号、并向控制器C发送所获得的信号。控制器C转换所接收的信号，并经由通信设备D、向通信线L发送该通信信号。以这样的方式，执行信号传送装置S的操作。

电源模块P是用于向通道CH1和CH2、存储器m、控制器C以及通信设备D供应电力P的模块。具体地，经由隔离器IP11和IP12向通道CH1和CH2供应电力P。

因为通道CH2采用与CH1相同的结构，所以通道CH2执行与上述相同的操作。

在本信号传送装置S中，分别将传感器S11、S12、S13和S14以及传感器S21、S22、S23和S24的信号传送到通道CH1和CH2；选择这些信号之一、并将其传送到通信线L。还有另外的输出通道配置，其中：经由通信线L所接收的信号之一通过设置在通道中的输出端子之一被输出到执行器。

信号传送装置设置有两个通道CH1和CH2。然而，在实际应用中，可以设置多于两个的通道，或者可以使输入通道和输出通道共存。

然而，下列问题将影响上述信号传送装置。

在控制装置或调节装置(其为位于远端的主机)和信号传送装置S(位于本地)之间，需要使用较为麻烦的有线电缆布线操作。

只要输入到信号传送装置S的传感器信号是来自不耗电的传感器(诸如热偶传感器)的信号，就仅仅需要通信设备D，因而可以减小信号传送装置S的耗电总量。然而，当传感器为传送4mA至20mA通信信号的压力传送设备时，就会存在耗电问题。

即，当采用耗电量大的传感器时，信号传送装置S的耗电总量将随着输入信号数量的增加而增加。因此，会对实现基本安全和防爆产生较大问题。

而且，当采用无线方式代替两线式信号线来传送传感器信号时，可以减小主机和安装在本地的多个传感器之间的布线成本。然而，为所有的传感器设置无线方式(无线通信接口)会使得成本较高。

特别是对控制区域执行处理的过程中，在无线型传感器仍不普及的最初引入时期，传感器经常与用于测量温度、压力、流速以及液位的无线系统不兼容。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有无线通信单元的信号传送装置，用来使成本和耗电最小化。

本发明提供的一种信号传送装置，至少连接一个现场设备，并且向主机发送从现场设备获得的信号，包括：至少一个输入端子，从现场设备发送来的信号输入至所述输入端子；信号处理单元，其基于通过输入端子输入的信号，生成符合无线通信协议的通信帧；以及无线发送单元，其以无线方式向主机发送通信帧。

所述信号传送装置进一步包括选择单元，其从通过输入端子输入的信号中，选择将被输入到信号处理单元的信号。

所述信号传送装置进一步包括电力供应单元，其为发送信号的现场设备供应电力，所述现场设备是由选择单元选择的。

在所述信号传送装置中，输入到所述信号处理单元的信号为从现场设备发送来的信号，所述现场设备由电力供应单元来供应电力。

在所述信号传送装置中，所述电力供应单元由电池作为备用设备。

在所述信号传送装置中，所述电池为太阳能电池。

在所述信号传送装置中，所述输入端子为发送和接收具有4mA至20mA电流的信号的端子。

在所述的信号传送装置中，所述输入端子包括电力供应端子和信号输入端子，从现场设备发送来的信号输入至所述信号输入端子。

在所述信号传送装置中，在所述输入端子和信号处理单元之间、设置用以隔离信号的隔离电路。

在所述信号传送装置中，在所述电力供应单元和电池之间、设置用以隔离信号的隔离电路。

在所述信号传送装置中，所述输入端子通过用于数字通信的总线接口而连接到信号处理单元。

本发明还提供了一种信号传送装置，至少连接一个现场设备，并且将从主机获得的信号发送至所述现场设备，包括：无线接收单元，其接收从主机发送来的无线信号；以及信号处理单元，其对所述无线信号执行信号处理，并且向所述现场设备输出与无线信号相对应的操作信号。

本发明还提供了一种信号传送装置，至少连接一个现场设备，并且设置在所述现场设备和主机之间，包括：信号处理单元，其基于从所述现场设备获得的信号而生成符合无线通信协议的通信帧，并且基于从主机获得的、符合无线通信协议的信号而生成将被发送至现场设备的通信帧。

根据所述信号传送装置，可以得到下列优点。

由于从安装在本地、并且与无线系统不兼容的现场设备接收的信号可以通过无线电而被发送至主机，所以引入无线装置是非常有效的。

由于无需为所安装的全部现场设备设置无线接口，所以可以降低无线接口和内置电池所需要的成本，从而，可以降低与本地现场设备有关的装置的总成本。

由于可以利用时分系统向现场设备供应电力，因此可以使无线接口的耗电量最小化；并且，当诸如无线接口、内置电池或者太阳能电池等装置必须采用有限的电力操作时，本发明对于可操作时期是有效的。

附图说明

图1显示的是根据本发明第一实施方式的信号传送装置的配置方框图；

图2显示的是包括第一实施方式的信号传送装置的整个系统的图；

图3显示的是根据本发明第二实施方式信号传送装置的图；

图4显示的是根据本发明第三实施方式信号传送装置的图；

图5显示的是包括第三实施方式的信号传送装置的整个系统的图；

图6显示的是根据本发明第四实施方式信号传送装置的图；

图7显示的是根据本发明第五实施方式信号传送装置的图；

图8显示的是根据本发明第六实施方式信号传送装置的图；

图9显示的是作为现有技术的信号传送装置的配置方框图。

具体实施方式

参照附图，详细描述本发明的优选实施方式。

首先，图2所示是一个实例，其中：包括无线通信单元的本发明的信号传送装置10通过有线方式连接到通常的传感器21至2n，所述传感器21至2n为应用于处理工业领域的现场设备。

例如，假定这些传感器21至2n是应用在工厂工业领域中的差压和/或压力传送设备、以及流量计和温度计。

本发明的信号传送装置10从传感器21至2n的一个或多个传感器中选择信号，并且经由天线A、向安装在远端的主机(未示出)发送无线电信号。

图1中示出了本发明信号传送装置10的详细配置模块。

图1中，假定图2的传感器21至2n是发送或接收具有4mA至20mA电流的信号的设备。传感器21至2n分别连接到信号传送装置10的输入端子T1至Tn。

当信号被传感器21至2n发送至输入端子T1至Tn时，利用多路开关sw1至swn中的一路来选择所述信号之一，并且A/D转换器11对所选择的信号执行模/数转换。电阻R1至Rn为接收电阻。

例如，作为信号处理电路的CPU12使用存储在存储器13中的程序、对通过转换而获得的数字传感器信号进行线性处理或比例处理。随后，CPU12生成符合无线通信协议的通信帧，并且向无线发送/接收接口14发送该通信帧。

在本实施方式中，假定无线通信协议是诸如是无线LAN、蓝牙或者ZigBee之一的工业标准。

无线发送/接收接口14用于以无线发送方式、经由天线A、向位于远端的主机发送通信帧。所述通信帧接收自CPU12、并且与传感器信号相对应。

根据从CPU12接收的指令，控制电路15改变开关sw1至swn的开/关状态，以选择将被接受的传感器信号。

信号传送装置10进一步包括传感器的电力供应单元16。利用电力供应单元16，信号传送装置10向传感器供应电力，所述传感器连接到与控制电路15所选择的开关相对应的端子上。

即，本实施方式的信号传送装置10向利用开关sw1至swn所选择的传感器供应电力，并且也接收来自所选择的传感器的、通过无线电向主机发送的信号。

此外，可以用时分方式向传感器供应电力，可以对供应电力的各传感器的信号执行模/数转换，并且可以通过无线电来发送所获得的信号。经过此处理，可以使信号传送装置10以及所有连接的传感器的耗电量最小化。

而且，为了向信号传送装置10供应电力，在信号传送装置10中设置电池17。然而，在实际使用中，可以采用外部电源，或者可以采用太阳能电池作为内部电池或者作为外部电源，从而延长电池的使用寿命。

只要连接到信号传送装置10的传感器为这样的设备：其应用在工业领域处理中、并且发送或者接收4mA至20mA的信号；通常就适于采用电源作为电力供应单元16，所述电源可以提供至少为12V的直流电压。

必须适当地延迟在各传感器之间供电的切换和模/数转换的定时，直至各个传感器的输出稳定。

图3所示为根据本发明第二实施方式的信号传送装置100。

图1所示的实例中，连接到信号传送装置10的传感器处理4mA至20mA的信号，而图3的实例中，连接到传感器的输入端子发生变化。即，输入端子T21至T2n为电源端子(+)和(-)、以及传感器信号输入端子(Vi)。

除了接收电阻R1至Rn之外，本实施方式的配置和操作均与图1中第一实施方式的配置和操作相同。这样的配置能够适应输出为1至5V电压的电压输出型传感器。

根据这样的结构，也可以仅仅使用端子(Vi)和(-)来连接热偶传感器。

通常，采用至少5V的电源作为输出为1至5V的传感器的电力供应单元16；或者更恰当地，可以采用9V或高于9V的电源。

根据本发明的第三实施方式示于图4中。

除了设置多个输入通道CH1和CH2之外，本实施方式的基本配置与图1中第一实施方式的基本配置相同。

对于通道CH1，通过相应的输入端子T311至T31n接收来自传感器的信号，经由多路开关sw11至swln中的一路来选择所述信号之一，A/D转换器111对所选择的信号执行模/数转换。电阻R11至Rln为接收电阻。

类似地，对于通道CH2，通过相应的输入端子T321至T32n接收来自传感器的信号，经由多路开关sw21至sw2n中的一路来选择所述信号之一，A/D转换器112对所选择的信号执行模/数转换。电阻R21至R2n为接收电阻。

CPU12根据存储在存储器13中的程序、执行各种处理，生成符合无线通信协议的通信帧，并且将所述通信帧发送至无线发送/接收接口14。

无线发送/接收接口14借助于无线电、经由天线A、将从CPU12所接收的传感器信号发送至位于远端的主机。

根据从CPU12所接收的指令，控制电路151改变开关sw11至swln的开/关状态，以选择将被接受的传感器信号。类似地，根据从CPU12所接收的指令，控制电路152改变开关sw21至sw2n的开/关状态，以选择将被接受的传感器信号。

信号传送装置110进一步包括电力供应单元161和162。利用这些电力供应单元161和162，信号传送装置110向传感器供应电力，所述传感器连接到与控制电路151和152所选择的开关相对应的端子上。

隔离电路181和182位于作为信号处理电路的CPU12以及A/D转换器111和112之间；隔离电路183和184位于电池17以及电力供应单元161和162之间。

利用这样的结构，可以减小共模电压对传感器的影响。隔离电路181、182、183和184，例如，可以是众所周知的隔离变换器或光电耦合器。

本发明的第四实施方式示于图5和6中。

图5中，传感器21至2n以及传感器31至3m分别连接到总线B1和B2上，以便传感器组经由总线、与信号传送装置120通信。需要指出，总线B1和B2包括终端负载t1和t2。

图6显示的是根据本实施方式的信号传送装置120的详细配置图。

除了设置终端负载t11至t1n以代替接收电阻R1至Rn之外，信号传送装置120的基本配置与图1中信号传送装置10的基本配置相同。

由于通过输入端子T1至Tn、从传感器接收的信号为数字信号，所以不需要A/D转换器；作为替代，设置用于数字通信的总线接口I/F1至I/Fn，所述总线接口I/F1至I/Fn与总线B1和B2相对应。

由于本实施方式的信号传送装置120与图1中信号传送装置10的不同点仅在于处理的是数字信号而不是模拟信号，并且在其他方面的操作与图1中第一实施方式相同，所以不再进一步对该操作给予说明。

用于处理工业的数字通信总线的典型例子为基金会现场总线(Foundation Field Bus)，Profi总线或MOD总线。

根据本发明的第五实施方式的信号传送装置200示于图7中。

在第一至第四实施方式中，对从传感器接收的信号进行处理；然而，在本实施方式中，对向执行器输出的信号进行处理。

具体地，无线I/F201接收主机(未示出)发送的无线操作信号；作为信号处理电路的CPU12，根据存储在存储器203中的程序、处理所接收的信号；D/A转换器204经由相应的端子t71至t7n、向传感器之一输出其所获得的信号。

本实施方式中，从主机接收信号之后，CPU202确定应当向哪个传感器输出所接收的信号。

本发明的信号传送装置用于处理输入的模拟传感器信号、输入的数字传感器信号，并且用于向传感器输出信号。然而，本发明不仅局限于此，在本发明的范围之内也包含这样的配置：其中，在单个装置中存在两个或更多个通道，所述通道诸如是模拟信号输入通道、数字信号输入通道和输出通道。

第六实施方式示于图8。其中，在单个装置中存在多个通道，所述通道诸如是模拟信号输入通道、模拟信号输出通道、数字信号输入通道和数字信号输出通道。

本实施方式中，信号传送装置220包括：用于接收传感器信号的模拟输入端子T1和T2；以及分别与执行器连接的模拟输出端子T3、数字输入端子T4和数字输出端子T5。

模拟输入端子T1和T2接收模拟传感器信号，A/D转换器A1和A2将该模拟传感器信号转换为数字信号。此时，CPU12执行用于提取由A/D转换器A1或A2所获得的数字值的处理。在本实施方式中，无需开关选择装置。

然后，基于提取的信号，CPU12生成符合无线通信协议的通信帧，并且将该帧变为无线发送/接收通信帧，所述无线发送/接收通信帧经由无线发送/接收接口14以及天线、向位于远端的主机发送。

当主机发送用以驱动连接在模拟输出端子T3上的执行器的驱动信号时，驱动信号作为通信帧、经由天线A和无线发送/接收接口14而被接收，并且由CPU12来解释驱动信号的内容。

在CPU12完成该处理之后，D/A转换器D1将该信号转换为模拟信号，所述模拟信号由模拟输出端子T3发送至相应的执行器。

输出数字信号的设备向数字输入端子T4发送数字信号；并且信号转换器S1将该数字信号变换为可被CPU12处理的信号形式，并向CPU12发送结果信号。

CPU12经由无线发送/接收接口14和天线A、向位于远端的主机发送通信帧，该通信帧为以适当定时、通过信号转换而获得的数字信号。

当主机发出用以驱动连接在数字输出端子T5上的执行器的驱动信号时，该驱动信号作为通信帧、经由天线A和无线发送/接收接口14而被接收，并且由CPU12来处理。

在CPU12完成该处理后，信号转换器S2将该信号转换为可以被所连接的执行器处理的数字信号，并且该数字驱动信号通过数字输出端子T5发送至相应的执行器。

电池17可以是太阳能电池，并且向本实施方式中的各个元件供应电力。

如上所述，根据本发明的第六实施方式，可以从诸如传感器的各种设备中接收信号，并且可以通过无线电向位于远端的主机发送该信号。而且，可以从主机中接收无线信号，并且可以向诸如执行器的连接设备提供驱动信号。

根据本发明的第六实施方式，根据CPU12指定的处理或从远端的主机接收的信号，可以任意地设定端子T1和T5，以从设备接收信号或者向设备输出信号。

Claims (13)

1.一种信号传送装置，至少连接一个现场设备，并且向主机发送从现场设备获得的信号，包括：

至少一个输入端子，从现场设备发送来的信号输入至所述输入端子；

信号处理单元，其基于通过输入端子输入的信号，生成符合无线通信协议的通信帧；以及

无线发送单元，其以无线方式向主机发送通信帧。

2.根据权利要求1所述的信号传送装置，进一步包括：

选择单元，其从通过输入端子输入的信号中，选择将被输入到信号处理单元的信号。

3.根据权利要求2所述的信号传送装置，进一步包括：

电力供应单元，其为发送信号的现场设备供应电力，所述现场设备是由选择单元选择的。

4.根据权利要求3所述的信号传送装置，

其中，输入到所述信号处理单元的信号为从现场设备发送来的信号，所述现场设备由电力供应单元来供应电力。

5.根据权利要求3所述的信号传送装置，

其中，所述电力供应单元由电池作为备用设备。

6.根据权利要求5所述的信号传送装置，

其中，所述电池为太阳能电池。

7.根据权利要求1所述的信号传送装置，

其中，所述输入端子为发送和接收具有4mA至20mA电流的信号的端子。

8.根据权利要求1所述的信号传送装置，

其中，所述输入端子包括电力供应端子和信号输入端子，从现场设备发送来的信号输入至所述信号输入端子。

9.根据权利要求1所述的信号传送装置，

其中，在所述输入端子和信号处理单元之间，设置用以隔离信号的隔离电路。

10.根据权利要求5所述的信号传送装置，

其中，在所述电力供应单元和电池之间，设置用以隔离信号的隔离电路。

11.根据权利要求1所述的信号传送装置，

其中，所述输入端子通过用于数字通信的总线接口而连接到信号处理单元。

12.一种信号传送装置，至少连接一个现场设备，并且将从主机获得的信号发送至所述现场设备，包括：

无线接收单元，其接收从主机发送来的无线信号；以及

信号处理单元，其对所述无线信号执行信号处理，并且向所述现场设备输出与无线信号相对应的操作信号。

13.一种信号传送装置，至少连接一个现场设备，并且设置在所述现场设备和主机之间，包括：

信号处理单元，其基于从所述现场设备获得的信号而生成符合无线通信协议的通信帧，并且基于从主机获得的、符合无线通信协议的信号而生成将被发送至现场设备的通信帧。

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