CN1933469A - 自动化技术设备 - Google Patents

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CN1933469A
CN1933469A CN200610153916.6A CN200610153916A CN1933469A CN 1933469 A CN1933469 A CN 1933469A CN 200610153916 A CN200610153916 A CN 200610153916A CN 1933469 A CN1933469 A CN 1933469A
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海科·克雷瑟
安德烈斯·施特尔特
拉尔夫·谢弗
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ABB Patent GmbH
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ABB Patent GmbH
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Abstract

本发明涉及一种自动化技术设备(100，100’)，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)，其中为微控制器分配至少一个时钟发生器(120)和存储单元(150)，并且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。

Description

自动化技术设备
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流，其与馈电直流电流相叠加，其中表现测量值或调节值的直流电流可以是馈电直流电流的数倍。因此，通常将现场设备的馈电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在到现场设备的方向上传输参数数据，并从现场设备方向传输测量值和状态数据。参数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线路进行。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，其中微控制器被用于根据所涉及的功能单元的自动化技术任务按照指定处理数据。
寻求在自动化技术设备的处理单元的控制中按照HART协议映射(abbilden)FSK接口的功能，而其中不影响所涉及的功能单元的自动化技术任务。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题具体是提供一种自动化技术设备，具有用于借助已知的微控制器将数据比特流转换为FSK信号的装置。
按照本发明，该技术问题用权利要求1的特征解决。本发明的优选结构在从属权利要求中给出。
本发明从具有处理单元的自动化技术设备出发，其中为处理单元分配至少一个用于保存指令和数据的存储单元。该处理单元在发送端与数字模拟转换器连接，其中数字模拟转换器后面连接有滤波器。
从通信线路出发，所述自动化技术设备具有链式电路，其中链式电路包括用于识别线路信号的过零的装置、用于确定线路信号的两个连续过零之间的时间的装置、用于分析线路信号的两个连续过零之间的时间的装置、用于根据所确定的线路信号的两个连续过零之间的时间而输出所接收的数据比特流的装置。
为了从经过频移键控的线路信号中重构所发送的数据比特流，检测线路信号的过零，并测量两个连续过零之间的时间。由两个连续过零之间的时间距离，为过去的半波识别特征频率，并输出相应的比特值。
根据本发明的另一特征，用于确定线路信号的两个连续过零之间的时间的装置、用于分析线路信号的两个连续过零之间的时间的装置、用于根据所确定的线路信号的两个连续过零之间的时间而输出所接收的数据比特流的装置彼此同步。由此，两个连续过零之间由线路信号中的干扰引起的容差被补偿。
根据本发明的另一特征，同步被从所识别的过零中导出。由此实现了容差补偿与受干扰的线路信号的动态匹配。
根据本发明的另一特征，在用于识别线路信号的过零的装置前面连接有滤波器。由此，从线路信号中消除干扰信号。
附图说明
下面借助实施例详细解释本发明。为此所需的附图示出：
图1示出自动化技术设备的原理图，
图2示出将FSK信号转换为数据比特流的示意图。
具体实施方式
在图1中以理解本发明所需的程度示出自动化技术设备100。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。从自动化设备100发送的信息被自动化设备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201。
从通信线路200出发，自动化技术设备在接收端具有解调装置180。图2在对相同的装置使用相同附图标记的情况下以示意图示出解调装置180。
解调装置180包括链式电路，其中链式电路包括用于识别线路信号201的过零的过零检测器182、用于确定线路信号201的两个连续过零之间的时间的时间测量器183、用于分析线路信号201的两个连续过零之间的时间的判决器184、用于根据所确定的线路信号201的两个连续过零之间的时间而输出所接收的数据比特流的输出级185。
为了从经过频移键控的线路信号201中重构所发送的数据比特流，检测线路信号201的过零，并测量两个连续过零之间的时间。由两个连续过零之间的时间距离，为过去的半波识别特征频率，并输出相应的比特值。
在频移键控的线路信号201中，将来自第一频率的半个周期和第二频率的半个周期的平均值定义为测量时间。只要在测量时间内检测到线路信号201的另一过零，就输出相应的比特值。如果在测量时间内没有检测到线路信号201的另一过零，则输出相应的相反的(inverse)比特值。
在本发明的另一实施方式中，过零检测器182、时间测量器183和判决器184彼此同步，并与同步线路186相互连接。
根据本发明的另一特征，从所识别的过零中导出同步。为此，同步线路186从过零检测器182引出。
根据本发明的另一特征，过零检测器182前面连接有滤波器181。由此，从线路信号中去除干扰信号。
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
180 解调装置
181 滤波器
182 过零检测器
183 时间测量器
184 判决器
185 输出级
186 同步线路
200 通信线路
201 FSK信号

Claims (4)

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共同的传输协议相互通信，所述设备具有微控制器，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容纳所接收的数据比特流的数据汇点连接，并且为所述自动化技术设备输入经过频移键控的线路信号，其特征在于，在通信线路(200)与处理单元(110)之间连接链式电路，其中所述链式电路包括：
-用于识别所述线路信号(201)的过零的装置(182)；
-用于确定所述线路信号(201)的两个连续过零之间的时间的装置(183)；
-用于分析所述线路信号(201)的两个连续过零之间的时间的装置(184)；
-用于根据所确定的线路信号(201)的两个连续过零之间的时间而输出所接收的数据比特流的装置(185)。
2.根据权利要求1所述的自动化技术设备，其特征在于，所述用于确定所述线路信号(201)的两个连续过零之间的时间的装置(183)、用于分析所述线路信号(201)的两个连续过零之间的时间的装置(184)、用于根据所确定的线路信号(201)的两个连续过零之间的时间而输出所接收的数据比特流的装置(185)彼此同步。
3.根据权利要求1所述的自动化技术设备，其特征在于，所述同步从所识别的过零中导出。
4.根据权利要求1所述的自动化技术设备，其特征在于，在所述用于识别所述线路信号(201)的过零的装置(182)前面连接有滤波器(181)。
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