CN206594515U - 一种dcs系统hart模拟量输入模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种DCS系统HART模拟量输入模块，包括CPLD、微处理器、HART协议处理芯片、隔离总线和多路开关；CPLD用于和DCS系统上位机通讯，并将接收到多通道开关量发送到模数转换子模块，控制多路开关的切换，与微处理器进行数据交换；HART协议处理芯片为HART协议的解码芯片，可以将1.2kHz的HART信号叠加到4‑20mA的模拟量信号上完成HART协议的通讯；通过多路开关切换，HART协议可以轮流无扰动的切换到各个通道上。本实用新型能够实现在模拟量输入采样的同时实现HART信号的传输，可以无扰动的实现多个通道数据采集和HART信息的采集，满足工业现场的需要。
Description
技术领域
本实用新型涉及DCS系统，尤其涉及一种DCS系统HART模拟量输入模块。
背景技术
目前，分布式控制系统(distributed control systems,简称DCS)是一个高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、协调性、控制功能齐全的系统，已被广泛应用于电力、石油、化工、钢铁、造纸、水泥、脱硫、除尘、水处理等自动化控制领域中，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。新华DCS系统NetPAC是新华新一代的DCS系统。
HART协议(Highway Addressable Remote Transducer)，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国ROSEMOUNT公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。目前HART协议已成为全球智能仪表的工业标准。
现有技术中，DCS系统中的模拟量输入模块仅负责模拟量信号4-20mA信号的输入采集，并不具有解包HART协议的功能。不能满足对工业现场仪表信息采集的需要。
因此，本领域的技术人员致力于研究一种DCS系统HART模拟量输入模块，在模拟量输入采样的同时实现HART信号的传输，满足工业现场的需要。
实用新型内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型提供一种DCS系统HART模拟量输入模块，能够实现在模拟量输入采样的同时实现HART信号的传输，通过高速、低阻抗的切换开关让模拟量输入模块可以无扰动的实现多个通道数据采集和HART信息的采集，满足工业现场的需要。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种DCS系统HART模拟量输入模块，所述HART模拟量输入模块包括CPLD(Complex programmable logic devices，复杂可编程逻辑器件)、微处理器、HART协议处理芯片、隔离总线和多路开关，其中，
所述CPLD用于和所述DCS系统的上位机通讯，把现场仪表的模拟量和状态参数送给所述DCS系统的操作员站进行处理；通过所述隔离总线控制所述多路开关的切换；与所述微处理器进行数据交换；
所述微处理器负责HART协议的数据处理，通过经过所述隔离总线和HART协议芯片通讯，读取通道上的HART信息，完成数据存储；与所述CPLD进行数据交换；
所述HART协议处理芯片为HART协议的解码芯片，可以将1.2kHz的HART信号叠加到4-20mA的模拟量信号上完成HART协议的通讯，通过串口与微处理器通讯；
所述隔离总线位于所述CPLD与所述多路开关之间，所述微处理器与所述HART协议处理芯片之间，用于降低信号干扰；
所述多路开关用于通道切换，在所述CPLD的控制下将所述HART协议处理芯片的信号轮询的切换到每个通道上。
在本实用新型的较佳实施方式中，所述CPLD为LATTICE公司MachXO2系列中的LCMXO2-2000芯片。
在本实用新型的较佳实施方式中，所述CPLD设置有两个通讯接口，来实现和所述DCS系统上位机的数据交换。
在本实用新型的另一较佳实施方式中，所述微处理器为32位的ARM M0芯片。
在本实用新型的较佳实施方式中，所述HART协议处理芯片为A5191HRT型HART调制解调器。
在本实用新型的另一较佳实施方式中，所述多路开关为MUX508。
在本实用新型的较佳实施方式中，所述隔离总线为隔离的SPI总线。
在本实用新型的另一较佳实施方式中，所述HART模拟量输入模块可以连接16个现场设备仪表，提供16个通道的模拟量4-20mA信号的输入。
本实用新型能够实现在模拟量输入采样的同时实现HART信号的传输，通过高速、低阻抗的切换开关让模拟量输入模块可以无扰动的实现多个通道数据采集和HART信息的采集，满足工业现场的需要。
以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本实用新型的一个较佳实施例的DCS系统HART模拟量输入模块的结构框图。
具体实施方式
如图1所示，一种DCS系统HART模拟量输入模块，包括CPLD(Complex programmablelogic devices，复杂可编程逻辑器件)、微处理器、HART协议处理芯片、隔离总线和多路开关。
所述CPLD用于和所述DCS系统上位机通讯，把现场仪表的模拟量和状态参数送给所述DCS系统的操作员站进行处理；将得到的待输出的模拟量输入信号发送给所述输出子模块；并将接收到多通道开关量发送到所述模数转换子模块；控制所述多路开关的切换；与所述微处理器进行数据交换；本实施例中CPLD采用的是LATTICE公司MachXO2系列中的LCMXO2-2000芯片，并使用Verilog语言编程。由于DCS系统的结构特点，与上位机通讯需要冗余，故在CPLD中设置了两个通讯接口，来实现和上位机的数据交换。
所述微处理器负责HART协议的数据处理，通过经过隔离的串口总线和HART协议芯片通讯，读取通道上的HART信息，完成数据存储，与CPLD进行数据交换；本实施例中微处理器采用的是32位的ARM M0芯片，用C语言编程，该芯片与现场信号之间采用高速磁介质隔离，以免现场设备对其的干扰，保证其正常工作。
所述HART协议处理芯片为HART协议的解码芯片，可以将1.2kHz的HART信号叠加到4-20mA的模拟量信号上完成HART协议的通讯，该芯片还提供一个串口，可以与微处理器通讯。
所述隔离总线位于所述CPLD与所述多路开关之间，所述微处理器与所述HART协议处理芯片之间，用于降低信号干扰，隔离总线为串口隔离的总线，优选为隔离的SPI总线。
所述多路开关用于通道切换，在所述CPLD的控制下将所述HART协议处理芯片的信号轮询的切换到每个通道上。本实施例中采用MUX508的多路开关，进行通道切换，将HART调制解调器的信号轮询的切换到每个通道上，并且可以实现无扰动切换，通过轮询主从的方式，读取每个通道上HART协议内容。
在一较佳实施例中，HART模拟量输入模块可以连接16个现场设备仪表，提供16个通道的模拟量4-20mA信号的输入。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种DCS系统HART模拟量输入模块，其特征在于，所述HART模拟量输入模块包括CPLD、微处理器、HART协议处理芯片、隔离总线和多路开关，其中，
所述CPLD用于和所述DCS系统的上位机通讯，把现场仪表的模拟量和状态参数送给所述DCS系统的操作员站进行处理；通过所述隔离总线控制所述多路开关的切换；与所述微处理器进行数据交换；
所述微处理器负责HART协议的数据处理，通过经过所述隔离总线和HART协议芯片通讯，读取通道上的HART信息，完成数据存储；与所述CPLD进行数据交换；
所述HART协议处理芯片为HART协议的解码芯片，可以将1.2kHz的HART信号叠加到4-20mA的模拟量信号上完成HART协议的通讯，通过串口与微处理器通讯；
所述隔离总线位于所述CPLD与所述多路开关之间，所述微处理器与所述HART协议处理芯片之间，用于降低信号干扰；
所述多路开关用于通道切换，在所述CPLD的控制下将所述HART协议处理芯片的信号轮询的切换到每个通道上。
2.如权利要求1所述的DCS系统HART模拟量输入模块，其特征在于，所述CPLD为LATTICE公司MachXO2系列中的LCMXO2-2000芯片。
3.如权利要求2所述的DCS系统HART模拟量输入模块，其特征在于，所述CPLD设置有两个通讯接口，来实现和所述DCS系统上位机的数据交换。
4.如权利要求1所述的DCS系统HART模拟量输入模块，其特征在于，所述微处理器为32位的ARM M0芯片。
5.如权利要求1所述的DCS系统HART模拟量输入模块，其特征在于，所述HART协议处理芯片为A5191HRT型HART调制解调器。
6.如权利要求1所述的DCS系统HART模拟量输入模块，其特征在于，所述多路开关为MUX508。
7.如权利要求1所述的DCS系统HART模拟量输入模块，其特征在于，所述隔离串口总线为隔离的SPI总线。
8.如权利要求1所述的DCS系统HART模拟量输入模块，其特征在于，所述HART模拟量输入模块可以连接16个现场设备仪表，提供16个通道的模拟量4-20mA信号的输入。
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2017
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