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的方式在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协议地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反 映数据比特流的经过量化的二进制信号转换成周期性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。

本发明从一个具有微控制器的自动化技术装置出发，为该微控制 器分配了至少一个节拍发生器和一个用于保存指令和数据的存储单 元。这个微控制器至少被连接到一个数据源和一个数据宿上，所述数 据源被设计为用于输出要发送的数据比特流，而所述数据宿被设计为 用于接纳所接收的数据比特流。要发送的数据比特流以一个周期性 FSK信号的前后连续的二进制编码采样值的序列被传送。

其中可以将所述前后连续的采样值保存在一个以可调用的方式 存储在所述存储单元内的表格中。

所述微控制器具有多个输入/输出连接端，它们至少部分地组成 连接端组。这些组被描述为端口。一个端口表示一组属于一个整体的、 可共同寻址的输入/输出连接端，它们与微控制器的处理范围相协调。 通常一个端口的输入/输出连接端的数目与可同时处理的比特数相一 致。

在一个这样的输入/输出连接端组上连接有一个由多个电阻构成 的电阻网络，这些电阻的第一连接端分别连接到输入/输出连接端中的 一个上，而这些电阻的第二连接端分别共同接到一个放大器的一个输 入端。在电阻值分别倍增的情况下，电阻值遵循从较低值比特到下一 个较高值比特的顺序。

周期性FSK信号的前后连续的二进制编码采样值通过输入/输出 连接端组输出到所述电阻网络上。为了输出第一个逻辑状态，相应的 输入/输出连接端主动切换到所属的逻辑电平。为了输出相反的第二个 逻辑状态，相应的输入/输出连接端切换为高阻输入。这样，在输出第 二个逻辑状态时，电流减小到电路技术所限定的最小值。

具有优点的是，如此实现的装置具有很小的能耗需求。因此，如 此设计的自动化技术装置特别适用于远程馈电和电池馈电的设备。

在本发明的另一种实施方式中，在所述放大器后面接有一个滤波 器。从而使前后连续的、与采样值相适应的电压电平在一个频率调制 传导信号的封闭时间过程内被转换。

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 数/模转换的工作原理图

附图标记列表

100，100’自动化技术装置

110 控制器

114 内阻

115 端口

118 工作电压连接端

119 接地端

120 节拍发生器

130 数据宿

140 数据源

150 存储器

160 数/模转换器

161 放大器

162 电阻网络

1621至162n 电阻

170 滤波器

200 通信线

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，上级装置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。

为控制器110分配第一个程序，用于将要发送的数据比特流转换 成一个相应频率调制传导信号的采样值序列。此外还为控制器110分 配了第二个程序，用于识别频率调制传导信号并随后在所接收的数据 比特流中对其进行转换。所述第一和第二个程序以可调用的方式存储 在存储器150中。所述第一和第二个程序可以交替地执行。

在数据源140中准备好要发送的数据比特流以量化的方式被读入 到控制器110中。根据每个要发送的比特的逻辑值，输入第一个或第 二个频率的一系列前后连续的采样值。其中第一个频率对应于逻辑 “0”，而第二个频率对应于逻辑“1”。

为此可以将前后连续的采样值保存在一个以可调用的方式存储 在存储器150内的表格中。

在本发明的另一个实施例中，在这个控制器110的发送端连接有 一个数/模转换器160，在这个数/模转换器后面接有一个滤波器170。 从而可以在一个频率调制传导信号的封闭时间过程内对前后连续的采 样值进行转换，并输出到通信线200上。

图2借助一个原理图示出了数/模转换的原理。控制器110具有 输入/输出连接端，这些连接端组成了一个组。这个组在后面被称为端 口115。一个端口115的输入/输出连接端可共同寻址，并与微控制器 的处理范围相协调。与一个端口115的输入/输出连接端的数目无关地， 图2中仅示出了对于本发明来说很重要的连接端。

在端口115上连接有一个由多个电阻1621至162n构成的电阻网 络162，这些电阻的第一连接端分别连接到端口连接端中的一个上， 而这些电阻的第二连接端分别共同接到一个放大器161的一个输入端 上。电阻值按照2(m-1)*R的顺序，这里1≤m≤n，其中n是所接入的端 口连接端的数目，m是相应端口连接端的级数，从对应于LSB的m＝1 开始。此后，在用于输出LSB的端口连接端上，级数m＝1且所连接 的电阻1621的电阻值为R。在下一个较高值比特的端口连接端上以级 数m＝2连接的电阻1622的电阻值是用于输出LSB的端口连接端处的 电阻1621的2倍，即2R。这一顺序继续进行，直到用于输出MSB 的端口连接端，其通过级数m＝n来表示，并且电阻162n连接到其上。 电阻162n的电阻值是用于输出LSB的端口连接端处的电阻1621的 2(m-1)倍，即2(m-1)*R。

周期性FSK信号的前后连续的二进制编码采样值通过所述端口 连接端输出到电阻网络162上。

为了输出逻辑“1”，端口连接端主动切换到所属的逻辑电平。其 中该端口连接端处于工作电压连接端118处的工作电压的电平上。为 了输出逻辑“0”，端口连接端在所谓的三态下处于高阻状态。其中在相 应的端口连接端上作用了相对于接地端119的端口连接端的内阻114。