專利名稱：實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能設(shè)備互連的接口裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式控制系統(tǒng)(DCS, Distributed Control System)的數(shù)據(jù)交換技術(shù)，尤其涉及實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能設(shè)備互連的接口裝置及方法。
背景技術(shù)：
分布式控制系統(tǒng)是一個(gè)由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它綜合了計(jì)算機(jī)(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)技術(shù)(即4C技術(shù))，基本思想是實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的分散控制、集中操作、分級管理、靈活配置以及方便組態(tài)。DCS具有數(shù)據(jù)獲取、直接數(shù)字控制、人機(jī)交互以及監(jiān)控和管理等功能。自從分布式控制系統(tǒng)問世以來已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)的工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤以系統(tǒng)本身的高可靠性、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法以及開放的聯(lián)網(wǎng)能力等漸成為過程工業(yè)自動(dòng)控制的主流系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，DCS正向著多元化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化以及集成管理的方向發(fā)展。因此，對其提出了更高的要求:必須能夠?qū)CS與智能設(shè)備以及不同的DCS設(shè)備進(jìn)行互連，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換?？蓪ぶ愤h(yuǎn)程傳感器高速通道(HART,Highway Addressable Remote Transducer)現(xiàn)場總線協(xié)議是工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛認(rèn)可的通訊標(biāo)準(zhǔn)，它兼容現(xiàn)有的4 20mA工業(yè)設(shè)備及電纜，同時(shí)還增加了設(shè)備間的數(shù)字通訊的能力。目前，還沒有采用HART現(xiàn)場總線協(xié)議應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能設(shè)備互連的多通道接口裝置，且現(xiàn)有的接口裝置還普遍存在著可靠性和速度性能問題。因此，需要提供一種實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能設(shè)備互連的接口裝置及方法來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能設(shè)備的接口裝置及方法，能夠通過采用HART現(xiàn)場總線協(xié)議提高互連的性能。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能設(shè)備互連的接口裝置，包括控制模塊、隔離模塊以及多路輸出通道，每一輸出通道除了包括模擬輸出通道的模擬輸出信號處理模塊外，還包括可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的整形模塊，其中:控制模塊，用于對接收的每一輸出通道的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號輸出，同時(shí)將接收的相應(yīng)通道的電流數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的數(shù)字信號輸出；隔離模塊，用于在將控制模塊與可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道、模擬輸出通道隔離的同時(shí)，將控制模塊輸出的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號傳輸給整形模塊，并將控制模塊輸出的數(shù)字信號傳輸給模擬輸出信號處理模塊；整形模塊，用于通過相應(yīng)的HART發(fā)送整形模塊對輸入的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號進(jìn)行整形濾波，并通過相應(yīng)的輸出耦合電容濾波輸出；模擬輸出信號處理模塊，用于將相應(yīng)通道輸入的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，形成模擬電壓信號，與濾波輸出的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號疊加，經(jīng)相應(yīng)的壓/流變換器變換成對應(yīng)的電流，輸出在相應(yīng)的模擬輸出通道上。進(jìn)一步地，整形模塊還通過輸入耦合電容采集濾波輸入的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號，通過相應(yīng)的HART接收整形模塊對采集濾波的信號進(jìn)行整形濾波；隔離模塊在將控制模塊與可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道、模擬輸出通道隔離的同時(shí)，還將HART接收整形模塊整形濾波的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號傳輸給控制模塊；控制模塊將輸入的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號處理成可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，并傳輸給分布式控制系統(tǒng)處理單元。進(jìn)一步地，多路可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的整形模塊和多路模擬輸出通道的模擬輸出信號處理模塊安裝在子卡上，隔離模塊和控制模塊安裝在主卡上；采用兩套子卡上的模擬輸出信號處理模塊并行輸出兩側(cè)信號來實(shí)現(xiàn)信號冗余輸出，即在一底座上將所述每一路信號并行連接在兩套插槽相應(yīng)位置上，每一套插槽包括一主卡插槽和一子卡插槽；其中，主卡插在主卡插槽上，子卡插在子卡插槽上，主卡和所述子卡相互通過信號的插針連在一起，并通過一個(gè)外殼罩住。進(jìn)一步地，每一輸出通道除了包括模擬輸出信號處理模塊外，還包括反饋信號采集模塊和信號選通模塊，其中:反饋信號采集模塊，用于對相應(yīng)通道輸出的模擬電流信號采樣并變換成模擬電壓信號，經(jīng)相應(yīng)通道的濾波器進(jìn)行濾波，并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸出相應(yīng)的串行數(shù)字信號給隔離模塊；隔離模塊在將控制模塊與可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道、模擬輸出通道隔離的同時(shí)，還將串行數(shù)字信號傳輸給控制模塊；將控制模塊輸出的冗余切換驅(qū)動(dòng)信號傳輸給信號選通模塊；控制模塊接收隔離模塊傳輸?shù)臄?shù)字信號并處理成相應(yīng)通道的電流數(shù)據(jù)，根據(jù)該電流數(shù)據(jù)的正常與否確定輸出冗余切換驅(qū)動(dòng)信號；信號選通模塊，用于根據(jù)輸入的冗余切換驅(qū)動(dòng)信號控制相應(yīng)通道的信號選通繼電器，選擇切換兩套子卡上各自的模擬輸出信號處理模塊中相應(yīng)的兩個(gè)壓/流變換器分別輸出的兩個(gè)電流信號中的一個(gè)電流信號輸出。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能設(shè)備互連的接口方法，涉及控制模塊、隔離模塊以及多路輸出通道，該方法包括:控制模塊將每一輸出通道的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號，同時(shí)將相應(yīng)通道的電流數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的數(shù)字信號，與可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號一起通過隔離模塊傳輸；在每一路輸出通道上，對隔離模塊傳輸?shù)臄?shù)字信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，對隔離模塊傳輸?shù)目蓪ぶ愤h(yuǎn)程傳感器高速通道信號進(jìn)行整形濾波，并經(jīng)濾波電容濾波輸出；將經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換成的模擬電壓信號與濾波輸出的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號疊加在一起變換成相應(yīng)的電流輸出。進(jìn)一步地，該方法還包括:通過濾波電容采集輸入的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號，并經(jīng)整形濾波，通過隔離模塊輸出給控制模塊；控制模塊將接收的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號處理成可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，并傳輸給分布式控制系統(tǒng)處理單元。進(jìn)一步地，該方法在執(zhí)行前還包括:將多路可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的整形模塊和多路模擬輸出通道的模擬輸出信號處理模塊安裝在子卡上，將隔離模塊和所述控制模塊安裝在主卡上；采用兩套子卡上的模擬輸出信號處理模塊并行輸出兩側(cè)信號來實(shí)現(xiàn)信號冗余輸出，即在一底座上將所述每一路信號并行連接在兩套插槽相應(yīng)位置上，每一套插槽包括一主卡插槽和一子卡插槽；其中，主卡插在主卡插槽上，子卡插在子卡插槽上，主卡和子卡相互通過信號的插針連在一起，并通過一個(gè)外殼罩住。進(jìn)一步地，該方法還包括:采集每一輸出通道反饋的模擬電壓信號，并對模擬電壓信號進(jìn)行濾波，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將經(jīng)濾波的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，并通過隔離模塊傳輸給控制模塊；控制模塊將接收的相應(yīng)通道的數(shù)字信號處理成相應(yīng)的電流數(shù)據(jù)，通過判斷該電流數(shù)據(jù)正常與否確定輸出冗余切換驅(qū)動(dòng)信號并通過隔離模塊傳輸；根據(jù)冗余切換驅(qū)動(dòng)信號控制選擇切換兩套子卡上分別輸出的兩個(gè)電流信號中的一個(gè)電流信號輸出。進(jìn)一步地，控制模塊將每一輸出通道的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號，同時(shí)將相應(yīng)通道的電流數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的數(shù)字信號，與可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號一起通過隔離模塊傳輸，具體包括:控制模塊通過雙RS-485接口從分布式控制系統(tǒng)處理單元接收每一通道的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)；將接收的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的并行數(shù)據(jù)，然后將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的串行數(shù)據(jù)，通過UART發(fā)送方式發(fā)送該串行數(shù)據(jù)，將發(fā)送的串行數(shù)據(jù)調(diào)制成相應(yīng)的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號；將接收的電流數(shù)據(jù)解析成相應(yīng)的數(shù)字信號，分別將可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號和數(shù)字信號與通過隔離模塊輸出。進(jìn)一步地，控制模塊將接收的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號處理成可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，并傳輸給分布式控制系統(tǒng)處理單元，具體包括:控制模塊將經(jīng)整形濾波的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號解調(diào)成相應(yīng)的串行數(shù)據(jù)，通過UART接收方式接收該串行數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的并行數(shù)據(jù)并解析成可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，通過雙RS-485接口輸出給分布式控制系統(tǒng)處理單元。本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能設(shè)備互連的接口裝置及方法，由于將HART現(xiàn)場總線協(xié)議運(yùn)用于分布式控制系統(tǒng)(DCS)與智能設(shè)備的互連接口上，因此能夠在DCS與智能設(shè)備之間傳遞4 20mA工業(yè)信號的同時(shí)，方便地進(jìn)行雙向數(shù)字通訊，從而大大簡化了信號傳輸方式并提高了可靠性。另外，通過接口裝置中的冗余設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高了接口的可靠度。


圖1為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)互連的輸出接口裝置實(shí)施例的原理框圖2為圖1所示的輸出接口裝置實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)框圖；圖3為圖1所示的輸出接口裝置實(shí)施例中8通道信號冗余底座線路板安裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1所示的輸出接口裝置實(shí)施例中8通道AO信號及其冗余底座原理框圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地闡述。應(yīng)該理解，以下例舉的實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對本發(fā)明技術(shù)方案的限制。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能設(shè)備互連的接口裝置實(shí)施例，其原理如圖1所示，包括控制模塊、隔離模塊以及多路輸出通道，每一輸出通道除了包括模擬輸出(AO)通道的AO信號處理模塊外，還包括HART通道的整形模塊，其中:控制模塊，用于對從DCS處理單元(DPU)接收的每一輸出通道的HART數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的HART信號，通過隔離模塊輸出給相應(yīng)的整形模塊；同時(shí)將相應(yīng)通道的電流數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的數(shù)字信號，通過隔離模塊輸出給相應(yīng)輸出通道的AO信號處理模塊；隔離模塊，用于在將控制模塊分別與HART通道、AO通道隔離的同時(shí)，傳輸控制模塊輸出的HART信號及數(shù)字信號；整形模塊，用于通過相應(yīng)的HART發(fā)送整形模塊(j，j = I 8)對輸出的HART信號進(jìn)行整形濾波并通過相應(yīng)的輸出耦合電容(C?！?，j = I 8)濾波輸出；AO信號處理模塊，用于將隔離模塊傳輸?shù)臄?shù)字信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換形成相應(yīng)通道的模擬電壓信號，與輸出耦合電容濾波輸出的HART信號疊加在一起經(jīng)相應(yīng)的壓/流變換器變換成對應(yīng)的電流(4 20mA)，輸出在相應(yīng)的AO通道上。在上述輸出接口裝置實(shí)施例中，每一輸出通道的整形模塊還通過輸入耦合電容(Cij, j = I 8)采集濾波輸入的HART信號，通過相應(yīng)的HART接收整形模塊(j，j = I 8)對采集濾波的HART信號進(jìn)行整形濾波；隔離模塊在將控制模塊分別與HART通道、AO通道隔離的同時(shí)，還傳輸HART接收整形模塊整形濾波的HART信號；控制模塊對隔離模塊傳輸?shù)腍ART信號處理成HART數(shù)據(jù)，并傳輸給DCS處理單元(DPU)。上述接口裝置實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中，多個(gè)HART通道(I 8)HART信號的整形模塊(圖2中未示出整形模塊中的輸入、輸出耦合電容)、多個(gè)AO通道(I 8)的AO信號處理模塊以及相應(yīng)的反饋信號采集模塊均安裝在子卡上，隔離模塊和控制模塊均安裝在主卡上；A0信號處理模塊包括多個(gè)AO通道的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊以及壓/流變換器(j，j =I 8);其中:控制模塊通過雙RS-485接口接收DPU輸出的每一通道的HART數(shù)據(jù)(包括控制命令和信息)和電流數(shù)據(jù)，依次通過HDLC單元、HART協(xié)議處理單元將HART數(shù)據(jù)處理成HART并行數(shù)據(jù)，通過并串轉(zhuǎn)換單元將HART并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成HART串行數(shù)據(jù)，通過UART發(fā)送單元發(fā)送該HART串行數(shù)據(jù)，通過信號調(diào)制單元將該HART串行數(shù)據(jù)調(diào)制成HART信號；通過HART協(xié)議處理單元將接收的電流數(shù)據(jù)解析成相應(yīng)的數(shù)字信號，通過AO信號輸出控制單元輸出的數(shù)字信號與HART信號一起通過隔離模塊輸出；隔離模塊通過相應(yīng)的光電隔離器,將信號調(diào)制單兀輸出的HART信號傳輸給相應(yīng)通道的HART發(fā)送整形模塊，同時(shí)將AO信號輸出控制單元輸出的數(shù)字信號傳輸給數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，用于將光電隔離器傳輸?shù)南鄳?yīng)通道的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號;壓/流變換器，用于將數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成的相應(yīng)通道的模擬電壓信號與輸出的HART信號疊加在一起，變換成相應(yīng)的4 20mA電流信號，通過相應(yīng)輸出通道的第一輸出端(lout i+, i = I 8)和第二輸出端(lout i_, i = I 8)輸出。在上述接口裝置實(shí)施例中，控制模塊通過信號解調(diào)單元對經(jīng)整形濾波的HART信號解調(diào)成HART串行數(shù)據(jù)，通過UART接收單元接收該HART串行數(shù)據(jù)，通過串并轉(zhuǎn)換單元將接收的HART串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成HART并行數(shù)據(jù)，通過HART協(xié)議處理單元將HART并行數(shù)據(jù)解析成HART數(shù)據(jù)；通過高級數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)單元將HART通道的HART數(shù)據(jù)(包括控制命令和信息)通過雙RS-485接口輸出給DPU。在上述接口裝置實(shí)施例中，采用兩套子卡上的AO信號處理模塊并行輸出兩側(cè)信號(A側(cè)和B側(cè))來實(shí)現(xiàn)信號冗余輸出。如圖3所示表示了 8通道HART PLUS AO信號冗余底座線路板安裝結(jié)構(gòu)，在該底座上將輸出的8路通道的每一路信號并行連接在兩套插槽(A側(cè)主/子插槽、B側(cè)主/子插槽)相應(yīng)位置上；其中，主卡插在主卡插槽上，子卡插在子卡插槽上，主卡、子卡相互通過信號的插針連在一起，并通過一個(gè)外殼罩住。該底座上還安裝有信號選通模塊，通過8個(gè)通道各自的信號選通繼電器選通兩側(cè)信號(A側(cè)和B側(cè))中的一側(cè)，請參見圖4。該線路板上左端為信號引出接線端子，每個(gè)通道引出2個(gè)信號端子，則8通道共16個(gè)端子；下端為電源信號端子，分別為A、B兩側(cè)的主/子卡以及底座提供必要的工作電源。在上述接口裝置實(shí)施例中，每一輸出通道除了包括模擬輸出(AO)通道的AO信號處理模塊外，還包括安裝在子卡上的反饋信號采集模塊和安裝在底座上的信號選通模塊，其中:反饋信號采集模塊，用于對相應(yīng)通道輸出的模擬電流信號采樣并變換成模擬電壓信號，經(jīng)相應(yīng)通道的濾波器進(jìn)行濾波并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸出數(shù)字信號給隔離模塊；隔離模塊通過相應(yīng)的光電隔離器將反饋信號采集模塊輸出的相應(yīng)AO通道反饋的數(shù)字信號傳輸給控制模塊，將控制模塊并串轉(zhuǎn)換單元輸出的冗余切換驅(qū)動(dòng)信號傳輸給信號選通模塊；控制模塊通過Al數(shù)據(jù)采集處理單元將隔離模塊傳輸?shù)臄?shù)字信號處理成電流數(shù)據(jù)；通過HDLC單元接收相應(yīng)通道處理的電流數(shù)據(jù)，并通過冗余切換處理單元根據(jù)該電流數(shù)據(jù)的正常與否確定輸出冗余切換控制信號，通過HART協(xié)議處理單元輸出給并串轉(zhuǎn)換單元，由該并串轉(zhuǎn)換單元將冗余切換控制信號轉(zhuǎn)換成冗余切換驅(qū)動(dòng)信號輸出給隔離模塊；信號選通模塊，用于根據(jù)輸入的冗余切換驅(qū)動(dòng)信號控制相應(yīng)通道的信號選通繼電器(如圖4所示)選擇切換兩側(cè)子卡上各自的AO信號處理模塊中相應(yīng)的兩個(gè)壓/流變換器分別輸出的兩個(gè)電流信號中的一個(gè)電流信號輸出。在上述接口裝置實(shí)施例中，采用FPGA部分實(shí)現(xiàn)信號解調(diào)單元、UART接收單元以及UART發(fā)送單元、信號調(diào)制單元以及冗余切換控制單元；采用微控制器(譬如ARM微控制器)實(shí)現(xiàn)Al數(shù)據(jù)采集處理單元、HART協(xié)議處理單元、HDLC單元、冗余通道切換處理單元以及AO信號輸出控制單元。圖4表示了圖1所示的輸出接口裝置實(shí)施例中8通道信號及其冗余底座原理，其中:IINA1+、IINAl-分別表示圖3的A套中第I通道HART信號與4 20mA電流輸出的正、負(fù)端，ΙΙΝΒ1+.ΠΝΒ1-分別表示圖3的B套中第I通道HART信號與4 20mA電流輸出的正、負(fù)端，10UT1+、IOUTl-分別表示通過信號選通繼電器I選通的第一路HART信號與
4-20mA電流輸出的正、負(fù)端；......；IINA8+、IINA8-分別表示圖3的A套中第8通道HART
信號與4 20mA電流輸出的正、負(fù)端，ΙΙΝΒ8+.ΠΝΒ8-分別表示圖3的B套中第8通道HART信號與4 20mA電流輸出的正、負(fù)端，10UT8+、10UT8-分別表示通過信號選通繼電器8選通的第八路HART信號與4-20mA電流輸出的正、負(fù)端。本發(fā)明針對上述裝置實(shí)施例，相應(yīng)地還提供了實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能設(shè)備互連的接口方法，包括:控制模塊將從DCS處理單元(DPU)接收的每一輸出通道的HART數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的HART信號，同時(shí)將接收的相應(yīng)通道的電流數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的數(shù)字信號，與HART信號一起通過隔離模塊輸出；在多路的每一路輸出通道上，對隔離模塊傳輸?shù)臄?shù)字信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換；對隔離模塊傳輸?shù)腍ART信號進(jìn)行整形濾波及經(jīng)耦合電容濾波輸出；將相應(yīng)通道數(shù)模轉(zhuǎn)換成的模擬電壓信號與濾波輸出的HART信號疊加在一起變換成相應(yīng)的4 20mA電流信號輸出。上述方法實(shí)施例還包括:通過濾波電容采集輸入的HART信號波形并經(jīng)整形濾波，并通過隔離模塊輸出給控制|吳塊；控制模塊將接收的HART信號處理成HART信號數(shù)據(jù)，并傳輸給DPU。上述方法實(shí)施例還包括:采用兩套子卡并行輸出兩側(cè)信號(A側(cè)和B側(cè))來實(shí)現(xiàn)信號冗余輸出，即在8通道HART PLUS AO信號冗余底座上將輸出的8路通道的每一路信號并行連接在兩套插槽相應(yīng)位置上；其中，主卡插在主卡插槽上，子卡插在子卡插槽上，主卡、子卡相互通過信號的插針連在一起，并通過一個(gè)外殼罩住。上述方法實(shí)施例還包括:采集每一輸出通道反饋的模擬電壓信號，并對采集的模擬電壓信號進(jìn)行濾波，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過隔離模塊傳輸給控制模塊；控制模塊將接收的相應(yīng)通道的數(shù)字信號處理成相應(yīng)的電流數(shù)據(jù)，通過判斷該電流數(shù)據(jù)正常與否確定輸出冗余切換控制信號；通過并串轉(zhuǎn)換將控制模塊確定輸出的冗余切換控制信號轉(zhuǎn)換成冗余切換驅(qū)動(dòng)信號，并通過隔離模塊傳輸；根據(jù)輸入的冗余切換驅(qū)動(dòng)信號控制相應(yīng)通道的信號選通繼電器選擇切換兩側(cè)子卡上相應(yīng)的兩個(gè)壓/流變換器分別輸出的兩個(gè)電流信號中的一個(gè)電流信號輸出。在上述方法實(shí)施例中，控制模塊將從DCS處理單元(DPU)接收的每一輸出通道的HART數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的HART信號，同時(shí)將接收的相應(yīng)通道的電流數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的數(shù)字信號，與HART信號一起通過隔離模塊輸出，具體包括:控制模塊通過雙RS-485接口接收DPU輸出的每一通道的HART數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)；將HART數(shù)據(jù)處理成HART并行數(shù)據(jù)，然后將HART并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成HART串行數(shù)據(jù)，通過UART發(fā)送方式發(fā)送該HART串行數(shù)據(jù)，將發(fā)送的HART串行數(shù)據(jù)調(diào)制成HART信號；將接收的電流數(shù)據(jù)解析成相應(yīng)的數(shù)字信號，分別將HART信號和控制輸出的數(shù)字信號與通過隔離模塊輸出。在上述方法實(shí)施例中，控制模塊將接收的HART信號處理成HART信號數(shù)據(jù)，并傳輸給DPU，具體包括:控制模塊將經(jīng)整形濾波的HART信號解調(diào)成HART串行數(shù)據(jù)，通過UART接收方式接收該HART串行數(shù)據(jù)，然后將接收的HART串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成HART并行數(shù)據(jù)并解析成HART數(shù)據(jù)；將HART通道的HART數(shù)據(jù)(包括控制命令和信息)通過雙RS-485接口輸出給DPU。在上述方法實(shí)施例中，采集每一輸出通道反饋的模擬電壓信號，并對采集的模擬電壓信號進(jìn)行濾波，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過隔離模塊傳輸給控制模塊，具體包括:通過輸入電阻(圖2未示出)將相應(yīng)輸出通道反饋的電流信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓信號，將該模擬電壓信號進(jìn)行濾波后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的串行數(shù)字信號經(jīng)串行設(shè)備接口(SPI)輸出，并通過隔離模塊傳輸給控制模塊。對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在了解了本發(fā)明內(nèi)容和原理后，能夠在不背離本發(fā)明的原理和范圍的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修正和改變，但是這些基于本發(fā)明的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能設(shè)備互連的接口裝置，包括控制模塊、隔離模塊以及多路輸出通道，每一輸出通道除了包括模擬輸出通道的模擬輸出信號處理模塊外，還包括可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的整形模塊，其中: 控制模塊，用于對接收的每一輸出通道的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號輸出，同時(shí)將接收的相應(yīng)通道的電流數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的數(shù)字信號輸出； 隔離模塊，用于在將控制模塊與可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道、模擬輸出通道隔離的同時(shí)，將控制模塊輸出的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號傳輸給整形模塊，并將控制模塊輸出的數(shù)字信號傳輸給模擬輸出信號處理模塊； 整形模塊，用于通過相應(yīng)的HART發(fā)送整形模塊對輸入的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號進(jìn)行整形濾波，并通過相應(yīng)的輸出耦合電容濾波輸出； 模擬輸出信號處理模塊，用于將相應(yīng)通道輸入的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，形成模擬電壓信號，與濾波輸出的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號疊加，經(jīng)相應(yīng)的壓/流變換器變換成對應(yīng)的電流，輸出在相應(yīng)的模擬輸出通道上。
2.按照權(quán)利要求1所述的接口裝置，其特征在于， 所述整形模塊還通過輸入耦合電容采集濾波輸入的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號，通過相應(yīng)的HART接收整形模塊對采集濾波的信號進(jìn)行整形濾波； 所述隔離模塊在將控制模塊與可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道、模擬輸出通道隔離的同時(shí)，還將HART接收整形模塊整形濾波的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號傳輸給所述控制模塊； 所述控制模塊將輸入的所述可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號處理成可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，并傳輸給分布式控制系統(tǒng)處理單元。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的接口裝置，其特征在于，多路可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的所述整形模塊和多路模擬輸出通道的所述模擬輸出信號處理模塊安裝在子卡上，所述隔離模塊和所述控制模塊安裝在主卡上； 采用兩套子卡上的所述模擬輸出信號處理模塊并行輸出兩側(cè)信號來實(shí)現(xiàn)信號冗余輸出，即在一底座上將所述每一路信號并行連接在兩套插槽相應(yīng)位置上，每一套插槽包括一主卡插槽和一子卡插槽；其中，所述主卡插在主卡插槽上，所述子卡插在子卡插槽上，所述主卡和所述子卡相互通過信號的插針連在一起，并通過一個(gè)外殼罩住。
4.按照權(quán)利要求3所述的接口裝置，其特征在于，每一輸出通道除了包括所述模擬輸出信號處理模塊外，還包括安裝在所述子卡上的反饋信號采集模塊和安裝在所述底座上的信號選通模塊，其中: 反饋信號采集模塊，用于對相應(yīng)通道輸出的模擬電流信號采樣并變換成模擬電壓信號，經(jīng)相應(yīng)通道的濾波器進(jìn)行濾波，并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸出相應(yīng)的數(shù)字信號給所述隔離模塊； 所述隔離模塊在將控制模塊與可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道、模擬輸出通道隔離的同時(shí)，還將反饋信號采集模塊輸出的所述數(shù)字信號傳輸給所述控制模塊；將所述控制模塊輸出的冗余切換驅(qū)動(dòng)信 號傳輸給信號選通模塊； 所述控制模塊接收隔離模塊傳輸?shù)臄?shù)字信號并處理成相應(yīng)通道的電流數(shù)據(jù)，根據(jù)該電流數(shù)據(jù)的正常與否確定輸出冗余切換驅(qū)動(dòng)信號； 信號選通模塊，用于根據(jù)輸入的所述冗余切換驅(qū)動(dòng)信號控制相應(yīng)通道的信號選通繼電器，選擇切換兩套子卡上各自的模擬輸出信號處理模塊中相應(yīng)的兩個(gè)壓/流變換器分別輸出的兩個(gè)電流信號中的一個(gè)電流信號輸出。
5.一種實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能設(shè)備互連的接口方法，涉及控制模塊、隔離模塊以及多路輸出通道，該方法包括: 控制模塊將每一輸出通道的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號，同時(shí)將相應(yīng)通道的電流數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的數(shù)字信號，與可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號一起通過隔離模塊傳輸； 在每一路輸出通道上，對隔離模塊傳輸?shù)臄?shù)字信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，對隔離模塊傳輸?shù)目蓪ぶ愤h(yuǎn)程傳感器高速通道信號進(jìn)行整形濾波，并經(jīng)濾波電容濾波輸出；將經(jīng)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換成的模擬電壓信號與所述濾波輸出的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號疊加在一起變換成相應(yīng)的電流輸出。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括: 通過耦合電容采集輸入的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號，并經(jīng)整形濾波，通過所述隔離模塊輸出給控制模塊； 控制模塊將接收的所述可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號處理成可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，并傳輸給分布式控制系統(tǒng)處理單元。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該方法在執(zhí)行前還包括: 將多路可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的所述整形模塊和多路模擬輸出通道的所述模擬輸出信號處理模塊安裝在子卡上，將所述隔離模塊和所述控制模塊安裝在主卡上； 采用兩套子卡上的所述模擬輸出信號處理模塊并行輸出兩側(cè)信號來實(shí)現(xiàn)信號冗余輸出，即在一底座上將所述每一路信號并行連接在兩套插槽相應(yīng)位置上，每一套插槽包括一主卡插槽和一子卡插槽；其中，所述主卡插在主卡插槽上，所述子卡插在子卡插槽上，所述主卡和所述子卡相互通過信號的插針連在一起，并通過一個(gè)外殼罩住。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括: 采集每一輸出通道反饋的模擬電壓信號，并對所述模擬電壓信號進(jìn)行濾波，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將經(jīng)濾波的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，并通過所述隔離模塊傳輸給控制模塊； 所述控制模塊將接收的相應(yīng)通道的所述數(shù)字信號處理成相應(yīng)的電流數(shù)據(jù)，通過判斷該電流數(shù)據(jù)正常與否確定輸出冗余切換驅(qū)動(dòng)信號，并通過隔離模塊傳輸； 根據(jù)所述冗余切換驅(qū)動(dòng)信號控制選擇切換兩套子卡上分別輸出的兩個(gè)電流信號中的一個(gè)電流信號輸出。
9.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制模塊將每一輸出通道的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號，同時(shí)將相應(yīng)通道的電流數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的數(shù)字信號，與可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號一起通過隔離模塊傳輸，具體包括: 所述控制模塊通過雙RS-485接口從分布式控制系統(tǒng)處理單元接收每一通道的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)；將接收的所述可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的并行數(shù)據(jù)，然后將所述并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的串行數(shù)據(jù)，通過UART發(fā)送方式發(fā)送該串行數(shù)據(jù)，將發(fā)送的所述串行數(shù)據(jù)調(diào)制成相應(yīng)的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號；將接收的所述電流數(shù)據(jù)解析成相應(yīng)的數(shù)字信號，分別將所述可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號和所述數(shù)字信號與通過隔離模塊輸出。
10.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制模塊將接收的所述可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號處理成可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，并傳輸給分布式控制系統(tǒng)處理單元，具體包括: 所述控制模塊將經(jīng)整形濾波的可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道信號解調(diào)成相應(yīng)的串行數(shù)據(jù),通過UART接收方式接收該串行數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的并行數(shù)據(jù)并解析成所述可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道數(shù)據(jù)， 通過雙RS-485接口輸出給所述分布式控制系統(tǒng)處理單元。
全文摘要
本發(fā)明提供了實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能設(shè)備互連的接口裝置及方法，該裝置包括控制模塊對接收的每一輸出通道的HART數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的HART信號輸出，將接收的相應(yīng)的電流數(shù)據(jù)處理成相應(yīng)的數(shù)字信號輸出；隔離模塊將控制模塊輸出的HART信號傳輸給整形模塊，并將控制模塊輸出的數(shù)字信號傳輸給AO信號處理模塊；整形模塊對輸入的HART信號進(jìn)行整形濾波，并通過相應(yīng)的電容濾波輸出；AO信號處理模塊將輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，與濾波輸出的HART信號疊加，經(jīng)壓/流變換成對應(yīng)的電流輸出在相應(yīng)的AO通道上。本發(fā)明簡化了信號傳輸方式并提高了可靠性。
文檔編號G05B19/418GK103186126SQ20111045933
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者夏明 , 潘鋼, 田雨聰, 丁娟, 張立然, 呂大軍, 呂品, 彭琪, 李 杰, 李文 申請人:北京國電智深控制技術(shù)有限公司