CN204228299U - 一功能安全型hart测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的一种功能安全型HART测量系统，包括：用于采集温度信号的信号输入采样电路、及连接信号输入采样电路的输出端的信号输出电路，其中，信号输入采样电路包括第一诊断电路；第一诊断电路包括：第一A/D采样器、第二A/D采样器、及信号比较器；第一A/D采样器用于对信号输入采样电路采集的温度信号进行采样并送出第一采样信号至信号比较器，第二A/D采样器也同时采样温度信号并生成第二采样信号，信号比较器用于比较第一采样信号及第二采样信号，在比较超过预设偏差时，输出故障信号，使得信号输出电路在接收到故障信号时，输出小于故障理论值的电流，从而实现HART测量系统的诊断功能，大大提升设备安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及HART测量系统，特别是涉及一种功能安全型HART测量系统。
背景技术
现有HART温度测量仪表，仅实现温度信号调理、变送输出的功能以及HART(HighwayAddressable Remote Transducer，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议)信号通讯的功能，仅能监测到输入信号的故障，不能监测到仪表内部发生的故障，若仪表内部发生故障，输入信号正常的情况下，输出故障信号，或在可能在输入信号异常的情况下仍输出正常信号；前者可能造成后续生产设备的误停车等情况，可能造成巨大的经济损失；而后者则有可能对现场的危险因素不报警，可能造成设备的损坏，甚至在某些危险场合会造成人员等重大伤亡。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种功能安全型HART测量系统，解决上述现有技术中现有HART温度测量仪表无诊断功能的问题。
为实现上述目标及其他相关目标，本实用新型提供一种功能安全型HART测量系统，包括：信号输入采样电路，用于采集温度信号；所述信号输入采样电路包括第一诊断电路；所述第一诊断电路包括：第一A/D采样器、第二A/D采样器、及信号比较器；所述第一A/D采样器连接所述第二A/D采样器，用于对信号输入采样电路采集的温度信号进行采样并送出第一采样信号至信号比较器；所述第二A/D采样器，也同时采样所述温度信号并生成第二采样信号；所述信号比较器，连接所述第一A/D采样器、及第二A/D采样器，用于比较所述第一采样信号及第二采样信号，在比较超过预设偏差时，输出故障信号；信号输出电路，连接所述信号输入采样电路的输出端，用于在所述系统无故障的情况下输出正常工作电流值范围内的电流来传递信号，并用于在接收到所述故障信号时，输出小于故障理论值的电流；HART通讯电路，连接所述信号输出电路的输出端，用于将所述信号输出电路的输出电流经调制及解调后输出；电源模块，用于对所述信号输入采样电路和信号输出电路分线路进行供电。
可选的，所述第二A/D采样器通过多路复用开关连接至第一A/D采样器。
可选的，所述信号输入采样电路包括：A/D转换器，包括所述第一A/D采样器；第一处理芯片，连接所述A/D转换器的输出端，集成有所述第二A/D采样器及信号比较器。
可选的，所述第一处理芯片为单片机，所述第一诊断电路对所述第一处理芯片诊断，包括：单片机RAM的诊断、单片机FLASH的诊断、单片机堆栈的诊断、单片机的基本功能寄存器的诊断、单片机的程序计数器的诊断、单片机的堆栈指针的诊断、单片机的时钟诊断、及单片机的通讯的诊断。
可选的，所述信号输出电路包括：第二诊断电路；所述第二诊断电路包括第三A/D采样器，所述第三A/D采样器用于对所述输出电流采样。
可选的，所述信号输出电路包括：第二处理芯片及连接所述第二处理芯片输出端的D/A转换器，所述D/A的输出端输出所述输出电流；所述第三A/D采样器集成于所述第二处理芯片。
可选的，所述第二处理芯片为单片机，所述第二诊断电路对所述第二处理芯片诊断，包括：单片机RAM的诊断、单片机FLASH的诊断、单片机堆栈的诊断、单片机的基本功能寄存器的诊断、单片机的程序计数器的诊断、单片机的堆栈指针的诊断、单片机的时钟诊断、及单片机的通讯的诊断。
可选的，所述HART通讯电路，连接所述第二处理芯片。
可选的，所述正常工作电流值范围为4～20mA。
可选的，所述故障理论值小于4mA或大于20mA。
如上所述，本实用新型提供的一种功能安全型HART测量系统，包括：用于采集温度信号的信号输入采样电路、及连接所述信号输入采样电路的输出端的信号输出电路，其中，所述信号输入采样电路包括第一诊断电路；所述第一诊断电路包括：第一A/D采样器、第二A/D采样器、及信号比较器；所述第一A/D采样器用于对信号输入采样电路采集的温度信号进行采样并送出第一采样信号至信号比较器，所述第二A/D采样器还用于采样所述温度信号并生成第二采样信号，所述信号比较器用于比较所述第一采样信号及第二采样信号，在比较超过预设偏差时，输出故障信号，使得所述信号输出电路在接收到所述故障信号时，输出小于故障理论值的电流，从而实现HART测量系统的诊断功能，大大提升设备安全性。
附图说明
图1显示为本实用新型一实施例中功能安全型HART测量系统的结构示意图。
图2显示为本实用新型一实施例中第一诊断电路的结构示意图。
图3显示为本实用新型一实施例中第一诊断电路的电路原理示意图。
图4显示为本实用新型一实施例中功能安全型HART测量系统的具体实现结构示意图。
元件标号说明
1 功能安全型HART测量系统
11 信号输入采样电路
111 第一诊断电路
1111 第一A/D采样器
1112 第二A/D采样器
1113 信号比较器
12 信号输出电路
13 HART通讯电路
14 电源模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1，本实用新型提供一种功能安全型HART测量系统1，包括：具有第一诊断电路111的信号输入采样电路11、信号输出电路12、HART通讯电路13、及电源模块14等。
所述信号输入采样电路11，用于采集温度信号；请一并参阅图2，所述第一诊断电路111包括：第一A/D采样器1111、第二A/D采样器1112、及信号比较器1113；所述第一A/D采样器1111连接信号比较器1113，用于对信号输入采样电路11的温度信号进行采样并送出第一采样信号至信号比较器1112；所述第二A/D采样器1112，也同时采样(优选为分时采样)所述温度信号并生成第二采样信号；所述信号比较器1113，连接所述第一A/D采样器1111、及第二A/D采样器1112，用于比较所述第一采样信号及第二采样信号，在比较超过预设偏差时，输出故障信号。
请参阅图3，以一具体实施例来展示第一A/D采样器1111和第二A/D采样器1112之间的连接，所述第二A/D采样器1112通过多路复用开关连接至第一A/D采样器1111；具体来讲，第一A/D采样器1111至少具有A0、A1、A2三端，所述ADC2具有A3、A4两端，所述多路复用开关包括一个至少有16脚的芯片U27。
其中，A0端经电容C54接至A1端，A0端通过电容C56连接至A2端，A0端经电容C57接地，A0端连接电阻R64一端，R64另一端连接R67一端，R67另一端接参考电平Vref；R68一端连接于R64和R67的公共端，R65一端连接于A1端，R65另一端连接于R68的另一端；外部的现场热电阻RTD一端连接所述R64、R67和R68的公共端，电阻RTD另一端连接所述R65的另一端；A1端经电容C55连接A2端；A1端经电容C58接地；A2端经电容C59接地，A2端连接电阻R66的一端，所述电阻R66的另一端连接R65和R68的公共端，且R66的另一端还经电阻R69接地。
所述芯片U27的16脚接电压VCC3-1，16脚还经电容C60接地；所述第一A/D采样器1111的A0端接至U27的12脚，A1端接至U27的1脚和14脚，A2端接至U27的5脚；A3端和A4端分别接至U27的13脚和3脚；U27的2脚、4脚、10脚及9脚悬空待接；U27的6、7、8脚接地；U27的15脚经电阻R71接电压VCC3，15脚还经电阻R72接地；11脚经电阻R73接电压VCC3-1，11脚还经电阻R74接地。在一实施例中，所述电压VCC3及VCC3-1均可由所述电源模块14提供，所述VCC3可为5V，VCC3-1为3.3V。
以上电路结构仅为例示，在现有技术中均可参考加以变化实现，并非以本实施例所示为限，且本领域技术人员应当可以根据本实用新型的教示结合现有技术实现。
在一具体实施例中，如图4所示，所述信号输入采样电路11还包括：A/D转换器、及第一处理芯片；所述第一A/D采样器1111可集成于所述A/D转换器内；所述第一处理芯片连接所述A/D转换器的输出端，集成有所述第二A/D采样器1112及信号比较器1113。
所述第一处理芯片可为单片机(MCU1)，所述第一诊断电路111对所述第一处理芯片诊断，包括：单片机RAM的诊断、单片机FLASH的诊断、单片机堆栈的诊断、单片机的基本功能寄存器的诊断、单片机的程序计数器的诊断、单片机的堆栈指针的诊断、单片机的时钟诊断、及单片机的通讯的诊断。
所述信号输出电路12，连接所述信号输入采样电路11的输出端，用于在所述系统无故障的情况下输出正常工作电流值范围内的电流来传递信号，并用于在接收到所述故障信号时，输出小于故障理论值的电流；可选的，为了同时侦测信号输出电路12本身是否存在故障，所述信号输出电路12包括：第二诊断电路；所述第二诊断电路包括第三A/D采样器，所述第三A/D采样器用于对所述输出电流采样。
在一具体实施例中，所述信号输出电路12包括第二处理芯片及连接所述第二处理芯片输出端的D/A转换器，所述D/A的输出端输出所述输出电流；所述第三A/D采样器集成于所述第二处理芯片；可选的，所述第二处理芯片为单片机(MCU2)，所述第二诊断电路对所述第二处理芯片诊断，包括：单片机RAM的诊断、单片机FLASH的诊断、单片机堆栈的诊断、单片机的基本功能寄存器的诊断、单片机的程序计数器的诊断、单片机的堆栈指针的诊断、单片机的时钟诊断、及单片机的通讯的诊断。
所述HART通讯电路13，连接所述信号输出电路12的输出端，用于将所述信号输出电路12的输出电流经调制及解调后输出。可选的，所述HART通讯电路13，连接所述第二处理芯片，并对输出信号进行传输。
所述电源模块14，用于对所述信号输入采样电路11和信号输出电路12分线路进行供电。如图4所示所述电源模块14可以将电压经直流转交流转换后分别经相互独立的交流转直流模块而分别对第一处理芯片和第二处理芯片独立供电。
具体来说，本实用新型的电路除了常规的温度信号调理、变送输出的功能以及HART信号通讯的功能以外，还实现以下安全指标：HART测量系统1对功能安全功能是输出4～20mA，精度保证5％，当输出电流与对应输入信号相比，偏差超过5％，输出安全电流小于3.6mA；2)内部诊断：当系统检测到内部故障时，输出安全电流小于3.6mA；3)输入监测：输入电路能够监测线路故障，包括断线和短路；输入断路时，输出电流大于21mA；当输入短路时，输出电流小于3.6mA；4)输出监测：当输出电路开路时，输出电流小于3.6mA；
也就是说，所述正常工作电流值范围为4～20mA，而所述故障理论值为3.6mA，当输出电流小于3.6mA的时候，则可认为系统故障发生。
所述信号输入采样电路11对现场热电阻、热电偶信号进行测量，请参考上述图示，第一A/D采样器1111可包含24位高精度运放，现场信号一方面送到第一A/D采样器1111中进行采样，另一方面通过例如模拟开关控制，送到第二A/D采样器1112中，第二A/D采样器1112采样输入信号，单片机第一处理芯片周期性的将第二A/D采样器1112与第一A/D采样器1111的采样信号进行对比，若偏差超过指标，则产生内部故障；第二A/D采样器1112还通过分压电阻R71，R72，R73，R74将输入模块各级电压分压后进行采样监控，第一处理芯片可周期性的将采样值与理论值对比。
需说明的是，上述单片机对信号的例如分时周期性采样或比对处理方式本身为现有技术，属于本实用新型在实现HART诊断的技术方案中所利用到的现有技术手段。
综上所述，本实用新型提供的一种功能安全型HART测量系统，包括：用于采集温度信号的信号输入采样电路、及连接所述信号输入采样电路的输出端的信号输出电路，其中，所述信号输入采样电路包括第一诊断电路；所述第一诊断电路包括：第一A/D采样器、第二A/D采样器、及信号比较器；所述第一A/D采样器用于对信号输入采样电路采集的温度信号进行采样并送出第一采样信号至信号比较器，所述第二A/D采样器还用于采样所述温度信号并生成第二采样信号，所述信号比较器用于比较所述第一采样信号及第二采样信号，在比较超过预设偏差时，输出故障信号，使得所述信号输出电路在接收到所述故障信号时，输出小于故障理论值的电流，从而实现HART测量系统的诊断功能，大大提升设备安全性。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种功能安全型HART测量系统，其特征在于，包括：
信号输入采样电路，用于采集温度信号；所述信号输入采样电路包括第一诊断电路；
所述第一诊断电路包括：第一A/D采样器、第二A/D采样器、及信号比较器；所述第一A/D采样器连接所述第二A/D采样器，用于对信号输入采样电路采集的温度信号进行采样并送出第一采样信号至信号比较器；所述第二A/D采样器，也同时采样所述温度信号并生成第二采样信号；所述信号比较器，连接所述第一A/D采样器、及第二A/D采样器，用于比较所述第一采样信号及第二采样信号，在比较超过预设偏差时，输出故障信号；
信号输出电路，连接所述信号输入采样电路的输出端，用于在所述系统无故障的情况下输出正常工作电流值范围内的电流来传递信号，并用于在接收到所述故障信号时，输出小于故障理论值的电流；
HART通讯电路，连接所述信号输出电路的输出端，用于将所述信号输出电路的输出电流经调制及解调后输出；
电源模块，用于对所述信号输入采样电路和信号输出电路分线路进行供电。
2.根据权利要求1所述的功能安全型HART测量系统，其特征在于，所述第二A/D采样器通过多路复用开关连接至第一A/D采样器。
3.根据权利要求1所述的功能安全型HART测量系统，其特征在于，所述信号输入采样电路包括：
A/D转换器，包括所述第一A/D采样器；
第一处理芯片，连接所述A/D转换器的输出端，集成有所述第二A/D采样器及信号比较器。
4.根据权利要求3所述的功能安全型HART测量系统，其特征在于，所述第一处理芯片为单片机，所述第一诊断电路对所述第一处理芯片诊断，包括：单片机RAM的诊断、单片机FLASH的诊断、单片机堆栈的诊断、单片机的基本功能寄存器的诊断、单片机的程序计数器的诊断、单片机的堆栈指针的诊断、单片机的时钟诊断、及单片机的通讯的诊断。
5.根据权利要求1所述的功能安全型HART测量系统，其特征在于，所述信号输出电路包括：第二诊断电路；所述第二诊断电路包括第三A/D采样器，所述第三A/D采样器用于对所述输出电流采样。
6.根据权利要求5所述的功能安全型HART测量系统，其特征在于，所述信号输出电路包括：第二处理芯片及连接所述第二处理芯片输出端的D/A转换器，所述D/A的输出端输出所述输出电流；所述第三A/D采样器集成于所述第二处理芯片。
7.根据权利要求6所述的功能安全型HART测量系统，其特征在于，所述第二处理芯片为单片机，所述第二诊断电路对所述第二处理芯片诊断，包括：单片机RAM的诊断、单片机FLASH的诊断、单片机堆栈的诊断、单片机的基本功能寄存器的诊断、单片机的程序计数器的诊断、单片机的堆栈指针的诊断、单片机的时钟诊断、及单片机的通讯的诊断。
8.根据权利要求6所述的功能安全型HART测量系统，其特征在于，所述HART通讯电路，连接所述第二处理芯片。
9.根据权利要求1所述的功能安全型HART测量系统，其特征在于，所述正常工作电流值范围为4～20mA。
10.根据权利要求9所述的功能安全型HART测量系统，其特征在于，所述故障理论值小于4mA或大于20mA。
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|---|---|---|---|
| CN201420634874.8U CN204228299U (zh) | 2014-10-29 | 2014-10-29 | 一功能安全型hart测量系统 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN104914376A (zh) * | 2015-05-08 | 2015-09-16 | 武汉合康动力技术有限公司 | 一种数字量电路状态检测电路和方法 |
| CN105547523A (zh) * | 2014-10-29 | 2016-05-04 | 上海辰竹仪表有限公司 | 一功能安全型hart测量系统 |
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2014
- 2014-10-29 CN CN201420634874.8U patent/CN204228299U/zh active Active
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