CN1932913A - 自动化技术装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动化技术装置，在该装置中多个空间上分散开的功能单元借助一个共同的传输协议彼此进行通信。所述装置具有一个微控制器(110)，为该微控制器分配了至少一个节拍发生器(120)和一个存储单元(150)，并且所述微控制器至少连接到一个数据宿(130)，所述数据宿被设计为用于接纳所接收的数据比特流。

Description

自动化技术装置
技术领域
本发明涉及一种自动化技术装置，在该装置中多个空间上分散开的功能单元借助一个共同的传输协议彼此进行通信。与其自动化技术功能相对应，这些功能单元表现为现场设备或操作设备。
背景技术
长久以来，在测量技术、控制技术和调控技术中通常是通过双线导线为现场设备馈电，并将测量值从这个现场设备传输到一个显示设备和/或传输到一个调控技术设备，或者将调节值从一个调控技术设备传输到所述现场设备。其中每个测量值或调节值以一个叠加在馈电直流电流之上的、成比例的直流电流发生改变，其中代表所述测量值或调节值的所述直流电流可能是馈电直流电流的多倍。因此现场设备的馈电电流需求通常被调节到大约4mA，测量值或调节值的动态范围在电流上表示为0至16mA之间，这样可采用已知的4...20mA电流回路。
此外，较新型的现场设备表现出通用的、广泛适用于各种处理过程的特性。为此，平行于单向直流电流传输路径设置了一条可双向工作的交流电流传输路径，通过它在进入现场设备的方向上传输参量数据，并在从现场设备出来的方向上传输测量值和状态数据。所述参量数据和测量值及状态数据被调制、最好是频率调制到一个交流电压上。
在过程控制技术中，在作为测量、调节和显示组件的所谓场范围现场设备中，通常相应地设置和结合预定的现场安全条件。这些现场设备具有彼此实现数据传输的模拟和数字接口。其中数据传输通过设置在维护区域内的电源的馈电线来完成。为了对这些现场设备进行远程控制和远程诊断，还在所谓的维护区域内设置了操作设备，对其安全性保证的要求往往比较低。
在维护区域内的操作设备与现场设备之间的数据传输借助FSK调制(频移键控)通过叠加已知的20mA电流回路来实现。其中对应于二进制状态“0”和“1”的两个频率以帧的方式模拟传输。
对于FSK信号的帧格式和调制的方式在1990年6月20日出版的“HART Physical Layer Specification Revision 7.1-Final”(Rosemount Document No.D8900097；Revision B)中做了描述。
为了实现符合HART协议的FSK接口，专门为此目的而发布的ASIC，例如SMAR公司的HT2012，是市场上常见的。这些专用电路的缺点是其固定的功能范围不能改动，从而缺乏与变化的需求相适应的灵活性。
当前已知的自动化技术装置通常配备有一个处理单元，即所谓的微控制器，它根据自动化技术任务使用相关的功能单元来进行特定的数据处理。
人们力求能够在控制自动化技术装置的处理单元时反映符合HART协议的FSK接口的功能，其中不会影响到相关功能单元的自动化技术任务。
发明内容
因此，本发明的目的在于给出一种借助本身已知的微控制器将FSK信号转换成数据比特流的装置。
根据本发明，该任务通过权利要求1的特征来解决。本发明的具有优点的实施例在从属权利要求中给出。
本发明从具有一个处理单元的自动化技术装置出发，为该处理单元分配了至少一个用于保存指令和数据的存储单元，并且该处理单元连接在一条通信线上。在这个处理单元上连接有一个数据宿，该数据宿被设计为与接纳所接收的数据比特流。
从所述通信线出发，所述自动化技术装置具有一个链电路，这个链电路由第一比较器、采样级、延时级、混频级和第二比较器组成。采样级的输出端与混频级的另一个输入端相连接。延时级的延迟时间对应于传导信号的载频的90°相位角。
混频级作为一个乘法级来实现。其中采样级的输出信号构成了相乘的第一个因数，而延时级的输出信号构成了第二个因数。在混频级和第二比较器之间接有一个低通滤波器。第二比较器的输出端与处理单元相连接。
所接收到的传导信号由第一比较器进行数字化，其中信号电压的正弦波形被转换成矩形波形。经过数字化后的传导信号以第一个频率被采样。采样后的信号在混频级中与一个通过延时级延迟后的采样信号以相乘的方式进行混频。混频后的结果通过一个滤波器接至第二比较器。
具有优点的是，数字化后的传导信号是一个二值信号，从而使所有后续步骤都可以作为二进制操作来实现。这样，处理过程只需要很少的计算时间。
附图说明
下面借助一个实施例详细说明本发明。为此所需的附图示出了：
图1 一个自动化技术装置的原理图
图2 用于将FSK信号转换成数据比特流的示意图
具体实施方式
图1中在框内原理性地示出了一个自动化技术装置100，它是为理解本发明所必需的。该自动化技术装置100通过一根通信线200与一个基本上为同样类型的自动化技术装置100’相连接。所述通信线200是双向工作的。由自动化技术装置100发送的信息被自动化技术装置100’接收，反之亦然。另外，这里只参照详细绘出的自动化技术装置100。
自动化技术装置100的核心部件是一个控制器110，这个控制器至少与一个存储器150和一个节拍发生单元相连接，另外为了简单起见，所述节拍发生单元表示为节拍发生器120。但通常节拍发生器120的部件已经在控制器110内实现。
控制器110具有用于连接数据宿130和数据源140的连接端。
作为数据源140，可以设置一个传感器，用于将一种物理量转换成可配置和/或可参数化的电量。其中所述的配置和/或参数化就是数据宿130。
在一种作为替代的实施方式中，数据宿130可以是一个用于将电量转换成一种可对其特性进行诊断的物理量的执行器。为此所设置的诊断装置就是数据源140。
在另外一种实施方式中，自动化技术装置100是一个上级装置的组成部件，这个上级装置被设计为用于与其他自动化技术装置100’进行双向通信。在这个实施方式中，所述上级装置既是数据源140又是数据宿130。
在另外一种实施方式中，自动化技术装置100可以被设计为所谓的协议转换器。在这种实施方式中，上级装置通过第二套通信系统来构成数据源140和数据宿130。
然而，为了实现本发明，当缺少数据宿130时，具有数据源140就足够了。
此外，在控制器110上连接有一个数/模转换器160，在该数/模转换器后面接有一个滤波器170。滤波器170的输出端与通信线200相连接。另外所述通信线200被引至控制器110的输入连接端，通过所述输入连接端来记录所述通信线200上的传导信号。
从所述通信线200出发，所述自动化技术装置在接收端具有一个解调装置180。通过使用相同的附图标记来表示相同的装置，在图2中示出了一个解调装置180。
所述解调装置180具有一个由第一比较器187、采样级181、延时级182、混频级183和第二比较器185组成的链电路。采样级181的输出端与混频级183的另外一个输入端相连接。延时级182的延迟时间对应于传导信号201的载频的90°相位角。
混频级183作为乘法级来实现。其中采样级181的输出信号构成了相乘的第一个因数，而延时级182的输出信号构成了第二个因数。在混频级183和第二比较器185之间接有一个低通滤波器184。第二比较器185的输出端与处理单元110相连接。
在一种作为替代的实施方式中，在混频级183和第二比较器185之间接有一个具有进行平滑的均值的滤波器184。
在本发明的特别实施例中，第二比较器185作为施密特触发器来实现。
所接收到的传导信号由第一比较器187进行数字化，其中信号电压的正弦波形被转换成矩形波形。经过数字化后的传导信号以第一个频率被采样。采样后的信号在混频级183中与一个通过延时级延迟后的采样信号以相乘的方式进行混频。混频后的结果通过一个低通滤波器184接至第二比较器185。
附图标记列表
100，100’ 自动化技术装置
110  控制器
120  节拍发生器
130  数据宿
140  数据源
150  存储器
160  数/模转换器
170  滤波器
180  解调装置
181  采样级
182  延时级
183  混频级
184  低通滤波器
185  第二比较器
186  滤波器
187    第一比较器
200    通信线
201    FSK信号

Claims (6)

1.一种自动化技术装置，在该装置中多个空间上分散开的功能单元借助一个共同的传输协议彼此进行通信，所述装置具有一个微控制器，为该微控制器分配了至少一个节拍发生器和一个存储单元，并且所述微控制器至少连接到一个数据宿，所述数据宿被设计为用于接纳所接收的数据比特流，并将一个传导信号引至所述数据宿，其特征在于，
设置有一个由第一比较器(187)、采样级(181)、延时级(182)、混频级(183)和第二比较器(185)组成的链电路，其中采样级(181)的输出端与混频级(183)的一个输入端相连接。
2.如权利要求1所述的自动化技术装置，其特征在于，所述混频级(183)是一个乘法级。
3.如权利要求1所述的自动化技术装置，其特征在于，所述延时级(182)的延迟时间对应于传导信号(201)的载频的90°相位角。
4.如权利要求1所述的自动化技术装置，其特征在于，在所述混频级(183)后面接有一个低通滤波器(184)。
5.如权利要求1所述的自动化技术装置，其特征在于，在所述混频级(183)后面接有一个具有进行平滑的均值的滤波器(184)。
6.如权利要求1所述的自动化技术装置，其特征在于，在第一比较器(187)前面接有一个滤波器(186)。
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