CN1925487B - 自动化技术设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动化技术设备，其中多个在空间上分离的功能单元借助共同的传输协议相互通信。该设备具有微控制器(110)，为微控制器分配至少一个时钟发生器(120)和存储单元(150)。微控制器至少与用于输出待发送的数据比特流的数据源(140)连接，并且与用于容纳所接收的数据比特流的数据汇点(130)连接。在存储单元(150)中存储了用于将待发送的数据比特流转换为相应的频率调制的线路信号的采样值序列的第一程序，以及用于识别频率调制的线路信号并将其顺序转换为所接收的数据比特流的第二程序，并分配给微控制器(110)。可以交替地执行第一和第二程序。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动化技术设备，其中多个在空间上分离的功能单元借助于共同的传输协议相互通信。根据功能单元的自动化技术功能，这些功能单元作为现场设备或操作设备出现。
背景技术
在测量技术、控制技术和调节技术中，长久以来通常通过两线线路(Zweitdrahtleitung)来对现场设备馈电，并从该现场设备向显示设备和/或调节技术设备传输测量值或从调节技术设备向现场设备传输调节值。其中，将每个测量值或调节值转换为按比例的直流电，其与馈入直流电相叠加，其中表现测量值或调节值的直流电可以是馈入直流电的数倍。因此，通常将现场设备的馈入电流需求设置为大约4mA，并且将测量值或调节值的动态范围映射到0到16mA之间的电流，使得可以采用已知的4...20mA电流回路。
新型现场设备的特征除此之外还在于通用的、尽可能与相应过程匹配的特性。为此，与单向直流电传输路径并行地设置可双向运行的交流电传输路径，通过该交流电传输路径向现场设备传输参数化数据，并从现场设备方向传输测量值和状态数据。参数化数据和测量值以及状态数据被调制为交流电压，优选通过频率调制。
在过程控制技术中，通常在所谓的现场区域内根据预定的安全条件现场设置和连接作为测量组件、调节组件和显示组件的现场设备。这些现场设备为了相互传输数据而具有模拟和数字接口。其中，数据传输通过设置在维护区域中的电源的馈电导线进行。为了远程控制和远程诊断这些现场设备，在所谓的维护区域中还设置有操作设备，通常对维护区域的安全性测定提出很少的要求。
通过借助于FSK(频移键控)调制叠加已知的20mA电流回路来实现维护区域中的操作设备与现场设备之间的数据传输。其中，以框架方式(rahmenweise)模拟地传输对应于二值状态“0”和“1”的两个频率。
FSK信号的边界条件(Rahmenbedingung)和调制类型描述在1990年6月20日的“HART Physical Layer Specification Revision7.1-Final”(Rosemount Dokument Nr.D8900097：Revision B)中。
为了按照HART协议实施FSK接口，特别为此目的实施的ASIC、如例如SMAR公司的HT2012是市场上常见和常用的。这些专用电路的缺点在于无法改变的固定功能范围，以及由此导致的缺乏与变化的要求相匹配的灵活性。
已知的新型自动化技术设备通常具有处理单元、所谓的微控制器，其中微控制器根据所涉及的功能单元的自动化技术任务被用于按照指定处理数据。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是在自动化技术设备的处理单元的控制中构造按照HART协议的FSK接口的功能，而不会干扰所涉及的功能单元的自动化技术任务。
按照本发明，该技术问题用权利要求1的特征解决。本发明的优选实施方式在从属权利要求中给出。
本发明从微控制器出发，其中为该微控制器分配至少一个时钟发生器和用于存储指令和数据的存储单元。该微控制器至少与用于输出待发送数据比特流的数据源连接，并且与用于容纳所接收的数据比特流的数据汇点(Datensenke)连接。
为微控制器分配用于将待发送数据比特流转换为相应的频率调制的线路信号(Leitungssignal)的采样值序列的第一程序。此外，还为微控制器分配用于识别频率调制的线路信号并将其顺序转换为所接收的数据比特流的第二程序。第一和第二程序可调用地存储在存储单元中。此外，可以交替地执行第一和第二程序。
将在数据源中所提供的待发送数据比特流量化地读入微控制器中。根据每个待发送比特的逻辑值，输出第一或第二频率的连续采样值序列。其中，第一频率代表逻辑0，第二频率代表逻辑1。
为此，可以将所述连续采样值存放在被可调用地存储于存储单元中的表中。
在本发明的另一实施方式中，在发送侧，数字模拟转换器与所述微控制器连接，其中数字模拟转换器后面连接有滤波器。由此，连续的扫描值被转换为频率调制的线路信号的封闭时间特性曲线。
在接收方向上，频率调制的线路信号经由可以是微处理器组成部分的模拟数字转换器被接入微控制器，并被量化地读入。所读入的线路信号包括一系列在时间光栅中交替连续的第一频率序列和第二频率序列。其中，第一频率代表逻辑0，第二频率代表逻辑1。从所接收的线路信号的时间特性曲线中，为每个时间光栅段(Zeitrasterfeld)确定所传输的相应比特值，并输出给数据汇点。
有利地，通过在实施协议功能的组件中产生和识别线路信号，实现了自动化技术设备与传输协议的动态扩展之间的灵活匹配。因此，接口的功能范围可以与需求以及变化的要求灵活地匹配。
根据本发明的另一特征，可以分别通过中断请求来启动第一和第二程序的执行。有利地，由此去除了第一程序的处理和第二程序的处理之间的耦合。
根据本发明的另一特征，中断请求是时间控制的。有利地，由此使微控制器去掉了没有结果的程序步骤。
根据本发明的另一特征，中断请求是周期性的。
附图说明
下面借助实施例详细解释本发明。
图1以理解本发明所需的程度原理性示出自动化技术设备100。
具体实施方式
自动化技术设备100通过通信线路200与基本上同类型的自动化技术设备100’连接。通信线路200是双向设置的。由自动化技术设备100所发送的信息被自动化技术设备100’接收，反之亦然。因此，下面只参照详细示出的自动化技术设备100。
自动化技术设备100的核心部分是控制器110，其至少与存储器150和给出时钟的元件-下面为简单起见称为时钟发生器120-连接。但是，通常，时钟发生器120的部分已经实施在控制器110中。
控制器110具有用于连接数据汇点130和数据源140的接头。
可以设置用于将物理量转换为电气量的传感器作为数据源140，其中传感器是可配置和/或可参数化的。其中，配置和/或参数化是数据汇点130。
在一个可选实施方式中，数据汇点130可以是将电气量转换为物理量的执行器，其特性可被诊断。于是，为此设置的诊断装置是数据源140。
在另一实施方式中，自动化技术设备100可以是用于与其它自动化技术设备100’双向通信的上级设备的组成部分。在该实施方式中，上级设备既是数据源140又是数据汇点130。
在另一实施方式中，自动化技术设备100可以被构成为所谓的协议转换器。在该实施方式中，上级设备通过第二通信系统形成数据源140和数据汇点130。
但是，为了执行本发明，在缺少数据汇点130时存在数据源140就足够了。
此外，控制器110与数字模拟转换器160连接，其中数字模拟转换器后面连接有滤波器170。滤波器170的输出端与通信线路200连接。此外，通信线路200引至控制器110的输入端点，通过该输入端点接收通信线路200上的线路信号。
为控制器110分配用于将待发送的数据比特流转换为相应的频率调制的线路信号的采样值序列的第一程序。此外，还为控制器110分配用于识别频率调制的线路信号并将其顺序转换为所接收的数据比特流的第二程序。第一和第二程序可调用地存储在存储器150中。第一和第二程序可交替执行。
在数据源140中所提供的待发送数据比特流被量化地读入控制器110。根据每个待发送比特的逻辑值，输出连续的第一或第二频率采样值的序列。其中，第一频率代表逻辑0，第二频率代表逻辑1。
为此，可以将所述连续的扫描值存放在可调用地存储于存储器150中的表中。
在本发明的另一实施方式中，在发送侧，数字模拟转换器160与控制器110连接，其中数字模拟转换器后面连接有滤波器170。由此，连续的采样值被转换为频率调制的线路信号的封闭时间特性曲线，并输出到通信线路200上。
在接收方向上，频率调制的线路信号被通信线路200接入到控制器100上，并被量化地读入。所读入的线路信号包括一系列在时间光栅中交替连续的第一频率和第二频率序列。其中，第一频率代表逻辑0，第二频率代表逻辑1。从所接收的线路信号的时间特性曲线中，为每个时间光栅段确定相应的传输比特值，并被输出给数据汇点130。
有利地，通过在实施协议功能的组件中产生和识别线路信号，实现了自动化技术设备与传输协议的动态扩展之间的灵活匹配。由此，接口的功能范围可以与需求以及变化的要求灵活地匹配。
在本发明的另一实施方式中，第一和第二程序的执行可以分别通过中断请求来启动。有利地，由此去除了第一程序的处理和第二程序的处理之间的耦合。
在本发明的另一实施方式中，中断请求是时间控制的。为此，可以以非常简单的方式设置本身递归启动的计时器。这样的计时器通常已经是控制器110的集成组件。有利地，由此使微控制器去掉了没有结果的程序步骤。
在本发明的另一实施方式中，中断请求是周期性的。为此，可以以非常简单的方式设置本身递归启动并触发中断请求的计时器。这样的计时器通常已经是控制器110的集成组件。
附图标记
100，100’自动化技术设备
110控制器
120时钟发生器
130数据汇点
140数据源
150存储器
160数字模拟转换器
170滤波器
200通信线路
Claims (3)
1.一种自动化技术设备，其中多个在空间上分离的功能单元借助于共同的传输协议相互通信，所述自动化技术设备具有微控制器，其中为所述微控制器分配至少一个时钟发生器和存储单元，并且所述微控制器至少与用于输出待发送数据比特流的数据源连接，并且与用于容纳所接收的数据比特流的数据汇点连接，其特征在于，
-为所述微控制器分配用于将待发送数据比特流转换为相应的频率调制的线路信号的采样值序列的第一程序，并且所述第一程序被存储在所述存储单元中，
-为所述微控制器分配用于识别频率调制的线路信号并将其顺序转换为所接收的数据比特流的第二程序，并且所述第二程序被存储在所述存储单元中，并且
-能交替地执行所述第一和第二程序；
所述第一和第二程序的执行能分别通过中断请求来启动。
2.根据权利要求1所述的自动化技术设备，其特征在于，所述中断请求是时间控制的。
3.根据权利要求2所述的自动化技术设备，其特征在于，所述中断请求是周期性的。
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