自动化技术装置

技术领域

本发明涉及一种自动化技术装置，在该装置中多个空间上分散开 的功能单元借助一个共同的传输协议彼此进行通信。与其自动化技术 功能相对应，这些功能单元表现为现场设备或操作设备。

背景技术

长久以来，在测量技术、控制技术和调控技术中通常是通过双线 导线为现场设备馈电，并将测量值从这个现场设备传输到一个显示设 备和/或传输到一个调控技术设备，或者将调节值从一个调控技术设备 传输到所述现场设备。其中每个测量值或调节值以一个叠加在馈电直 流电流之上的、成比例的直流电流发生改变，其中代表所述测量值或 调节值的所述直流电流可能是馈电直流电流的多倍。因此现场设备的 馈电电流需求通常被调节到大约4mA，测量值或调节值的动态范围在 电流上表示为0至16mA之间，这样可采用已知的4…20mA电流回 路。

此外，较新型的现场设备表现出通用的、广泛适用于各种处理过 程的特性。为此，平行于单向直流电流传输路径设置了一条可双向工 作的交流电流传输路径，通过它在进入现场设备的方向上传输参量数 据，并在从现场设备出来的方向上传输测量值和状态数据。所述参量 数据和测量值及状态数据被调制、最好是频率调制到一个交流电压 上。

在过程控制技术中，在作为测量、调节和显示组件的所谓场范围 现场设备中，通常相应地设置和结合预定的现场安全条件。这些现场 设备具有彼此实现数据传输的模拟和数字接口。其中数据传输通过设 置在维护区域内的电源的馈电线来完成。为了对这些现场设备进行远 程控制和远程诊断，还在所谓的维护区域内设置了操作设备，对其安 全性保证的要求往往比较低。

在维护区域内的操作设备与现场设备之间的数据传输借助FSK 调制(频移键控)通过叠加已知的20mA电流回路来实现。其中对应 于二进制状态“0”和“1”的两个频率以帧的方式模拟传输。

对于FSK信号的帧格式和调制地方式在1990年6月20日出版 的“HART Physical Layer Specification Revision 7.1-Final” (Rosemount Document No.D8900097；Revision B)中做了描述。

为了实现符合HART协议的FSK接口，专门为此目的而发布的 ASIC，例如SMAR公司的HT2012，是市场上常见的。这些专用电 路的缺点是其固定的功能范围不能改动，从而缺乏与变化的需求相适 应的灵活性。

当前已知的自动化技术装置通常配备有一个处理单元，即所谓的 微控制器，它根据自动化技术任务使用相关的功能单元来进行特定的 数据处理。

人们力求能够在控制自动化技术装置的处理单元时反映符合 HART协议的FSK接口的功能，其中不会影响到相关功能单元的自 动化技术任务。

发明内容

因此，本发明的目的在于给出一种借助本身已知的微控制器将数 据比特流转换成FSK信号的装置。

根据本发明，该任务通过权利要求1的特征来解决。本发明的具 有优点的实施例在从属权利要求中给出。

本发明从一个具有处理单元的自动化技术装置出发，为该处理单 元分配了至少一个用于保存指令和数据的存储单元。在这个处理单元 上连接有一个数/模转换器，在该数/模转换器后面接有一个滤波器。

在所述存储单元中保存有一个表格。这个表格包含有一个正弦波 形的时间过程的可预定数目的等间距采样值。

此外，设置了第一个和第二个节拍发生器。第一个节拍发生器的 节拍频率表示数据比特流的逻辑“1”，而第二个节拍发生器的节拍频 率表示数据比特流的逻辑“0”。第一个和第二个节拍发生器的节拍频 率由微控制器的节拍频率导出。

第一个和第二个节拍发生器以下述方式与所述表格形成工作连 接：在所述表格内存储的采样值根据数据比特流交替地以第一个节拍 发生器的节拍或者以第二个节拍发生器的节拍输出。

具有优点的是，通过从一个采样值到另一个紧跟在其后的采样值 的频率交替，使相位误差保持很小。

附图说明

下面借助一个实施例详细说明本发明。为此所需的附图示出了：

图1一个自动化技术装置的原理图

图2用于将数据比特流转换成FSK信号的示意图

附图标记列表

100，100’ 自动化技术装置

110        控制器

112，113   分频器

114        开关

120        节拍发生器

121    节拍

130    数据宿

140    数据源

141    发送数据

150    存储器

151    表格

160    数/模转换器

170    滤波器

200    通信线

201    FSK信号

具体实施方式

图1中在框内原理性地示出了一个自动化技术装置100，它是为 理解本发明所必需的。该自动化技术装置100通过一根通信线200与 一个基本上为同样类型的自动化技术装置100’相连接。所述通信线 200是双向工作的。由自动化技术装置100发送的信息被自动化技术 装置100’接收，反之亦然。另外，这里只参照详细绘出的自动化技术 装置100。

自动化技术装置100的核心部件是一个控制器110，这个控制器 至少与一个存储器150和一个节拍发生单元相连接，另外为了简单起 见，所述节拍发生单元表示为节拍发生器120。但通常节拍发生器120 的部件已经在控制器110内实现。

控制器110具有用于连接数据宿130和数据源140的连接端。

作为数据源140，可以设置一个传感器，用于将一种物理量转换 成可配置和/或可参数化的电量。其中所述的配置和/或参数化就是数 据宿130。

在一种作为替代的实施方式中，数据宿130可以是一个用于将电 量转换成一种可对其特性进行诊断的物理量的执行器。为此所设置的 诊断装置就是数据源140。

在另外一种实施方式中，自动化技术装置100是一个上级装置的 组成部件，这个上级装置被设计为用于与其他自动化技术装置100’ 进行双向通信。在这个实施方式中，所述上级装置既是数据源140又 是数据宿130。

在另外一种实施方式中，自动化技术装置100可以被设计为所谓 的协议转换器。在这种实施方式中，通过第二套通信系统来构成数据 源140和数据宿130。

然而，为了实现本发明，当缺少数据宿130时，具有数据源140 就足够了。

此外，在控制器110上连接有一个数/模转换器160，在该数/模 转换器后面接有一个滤波器170。滤波器170的输出端与通信线200 相连接。另外所述通信线200被引至控制器110的输入连接端，通过 所述输入连接端来记录所述通信线200上的传导信号。

下面详细描述本发明的工作方式。为此，图2对相同装置使用相 同附图标记示出了一个用于将数据比特流转换成FSK信号的示意性 工作原理图。

在存储器150中保存有一个带有正弦波形的时间过程的可预定 数目的等间距采样值的表格151。在该表格中为正弦波形的时间过程 精确设置了16个采样值，这些采样值精确地以周期长度的1/16彼此 间隔开。

这些采样值根据在数据源140中准备好的发送数据141的数据比 特流一个接一个地从表格151中被读出，并且对应于所述数据比特流 或快或慢地输出。为此，由一个节拍121中用第一个分频器112导出 第一个节拍频率，并用第二个分频器121导出与第一个节拍频率不同 的第二个节拍频率。节拍121最好由控制器110的节拍发生器120来 提供。第一个分频器112和第二个分频器113的功能由控制器110来 实现。其中由自动化技术中常用的FSK频率出发，即对于逻辑“1”为 1200Hz而对于逻辑“0”为2200Hz，第一个节拍频率等于 16*1200Hz＝18kHz，而第二个节拍频率等于16*2200Hz＝35.2kHz。

尽管较少数目的采样值也足以形成一个正弦波形的时间过程，但 所选的16个支持点已经具有足够的可再现性，能够将相位误差与转 换时间点无关地保持在可靠的限度内。

根据数据比特流，用于输出采样值的输出节拍一通过开关114 进行符号化一为了输出逻辑“1”或者为了输出逻辑“0”，在第一个节拍 频率和第二个节拍频率之间进行切换。所述开关114通过控制器110 的一个程序功能来构成。

所述采样值借助数/模转换器160被转换成模拟的、在很大程度 上为正弦波形的信号，其曲线波形在后接的滤波器170中得到优化。 所述滤波器170被设计为二阶低通滤波器。在滤波器170的输出端处 可得到FSK信号201。

具有优点的是，通过从一个采样值到另一个紧随其后的采样值的 频率交替，使相位误差保持很小。

在本发明的特定实施例中，切换类型的数/模转换器160是脉宽 调制数/模转换器。为此，用于输出采样值的输出节拍被传送到这个数 /模转换器160。

具有优点的是，这种转换器的能耗需求特别低，这与采用远程馈 电的现场设备是完全不同的。