CN1941019A - 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(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，其与馈电直流电相叠加，其中表现测量值或调节值的直流电可以是馈电直流电的数倍。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具体是提供一种自动化技术设备，其具有用于借助公知的微控制器将FSK信号转换为数据比特流的装置。
按照本发明，该技术问题用权利要求1的特征解决。本发明的有利实施方式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。处理单元在发送端与数字模拟转换器连接，其中转换器后面连接有滤波器。
通过两个对应于二值状态“0”和“1”的并根据数据位串被键控转换(umstasten)的信号频率传输数据比特流。
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，设置有过零检测器，其后面并联连接着第一、第二和第三可再触发的单稳态触发器。第一可再触发单稳态触发器具有小于较高信号频率的半个周期的保持时间。第二可再触发单稳态触发器具有小于较低信号频率的半个周期、并且大于较高信号频率的半个周期的保持时间。第三可再触发(retriggerbar)单稳态触发器具有大于较低信号频率的半个周期的保持时间。
第一、第二和第三单稳态触发器的输出端与分析级连接，在分析级中根据第一、第二和第三单稳态触发器的输出状态确定和输出数据位。
根据本发明的另一特征，通过微控制器的定时器通道形成单稳态触发器。有利地，用较少元件就可以重构所发送的数据比特流。
根据本发明的另一特征，通过微控制器的程序执行中的时间循环(Zeitschleife)形成单稳态触发器。由此，本发明还可以以可用定时器通道数量非常少的微控制器来实现。
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。从自动化技术设备100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的核心部件是控制器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的一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(Datensenke)130和数据源140的接头。
作为数据源140，可以设置用于将物理量转换为电气量的传感器，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。
从通信线路200出发，自动化技术设备在接收侧具有解调装置180。解调装置180主要由用于识别线路信号过零的过零检测器182组成，其中在过零检测器后面并联连接着第一、第二和第三可再触发的单稳态触发器。
第一可再触发单稳态触发器183具有小于较高信号频率的半个周期的保持时间。第二可再触发单稳态触发器184具有小于较低信号频率的半个周期、并且大于较高信号频率的半个周期的保持时间。第三可再触发单稳态触发器185具有大于较低信号频率的半个周期的保持时间。
第一、第二和第三单稳态触发器183、184和185的输出端与分析级186连接，在分析级中根据第一、第二和第三单稳态触发器183、184和185的输出状态确定和输出数据位。
另外，前提是设置用于传输逻辑“1”的较低信号频率和用于传输逻辑“0”的较高信号频率。由在第一单稳态触发器183同时保持时第二单稳态触发器184复位到静止状态而识别逻辑“0”。由在第二单稳态触发器184同时保持时第三单稳态触发器185复位到静止状态而识别逻辑“1”。
在本发明的一种特定实施方式中，通过微控制器110的定时器通道形成单稳态触发器183、184和185。有利地，用较少的元件就可以重构所发送的数据比特流。
在本发明的一个可选实施方式中，通过微控制器110的程序执行中的时间循环形成单稳态触发器183、184和185。由此，本发明也可以用可用定时器通道数量非常少的微控制器来实现。
根据本发明的另一特征，过零检测器后面连接有滤波器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第一可再触发单稳态触发器
184第二可再触发单稳态触发器
185第三可再触发单稳态触发器
186分析级
200通信线路
201FSK信号

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容纳所接收数据比特流的数据汇点连接，并且向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，
-设置过零检测器(182)，其中以下装置并联地连接到所述过零检测器：
a.第一可再触发单稳态触发器(183)，其保持时间小于较高信号频率的半个周期，
b.第二可再触发单稳态触发器(184)，其保持时间小于较低信号频率的半个周期、并且大于较高信号频率的半个周期，以及
c.第三可再触发单稳态触发器(185)，其保持时间大于较低信号频率的半个周期，
-第一、第二和第三单稳态触发器(183、184、185)的输出端与分析级(186)连接，其中在所述分析级内根据第一、第二和第三单稳态触发器(183、184、185)的输出状态确定和输出数据位。
2.根据权利要求1所述的自动化技术设备，其特征在于，通过所述微控制器(110)的定时器通道形成所述单稳态触发器(183、184、185)。
3.根据权利要求1所述的自动化技术设备，其特征在于，通过所述微控制器(110)的程序执行中的时间循环形成所述单稳态触发器(183、184、185)。
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