專利名稱：實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與測量設備互連的接口裝置及方法
技術領域：
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，尤其涉及實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能測量設備互連的接口裝置及方法。
背景技術：
分布式控制系統(tǒng)是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，它綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)技術(即4C技術)，基本思想是實現(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)在各個行業(yè)的工業(yè)控制領域得到了廣泛的應用，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)自動控制的主流系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代計算機和通訊網(wǎng)絡技術的高速發(fā)展，DCS正向著多元化、網(wǎng)絡化、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:必須能夠將DCS與智能測量設備以及不同的DCS設備進行互連，來實現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換?？蓪ぶ愤h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)控制領域廣泛認可的通訊標準，它兼容現(xiàn)有的4 20mA工業(yè)設備及電纜，同時還增加了設備間的數(shù)字通訊的能力。目前，還沒有采用HART現(xiàn)場總線協(xié)議應用于實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能測量設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，需要提供一種實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能測量設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)明所要解決的技術問題是提供一種實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能測量設備互連的接口裝置及方法，能夠通過采用HART現(xiàn)場總線協(xié)議提高互連的性能。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與測量設備互連的輸入接口裝置，包括多路輸入通道、隔離模塊以及控制模塊；其特征在于，每一輸入通道除了包括模擬輸入通道的模擬數(shù)據(jù)采集模塊外，還包括可尋址遠程傳感器高速通道的濾波電容及整形模塊，其中:濾波電容的一端連接相應輸入通道的第一輸入端，該濾波電容另一端連接相應的整形模塊，用于濾波輸出可尋址遠程傳感器高速通道信號；整形模塊，用于選通輸入或輸出可尋址遠程傳感器高速通道信號，并對選通的可尋址遠程傳感器高速通道信號進行整形濾波；隔離模塊，用于分別將可尋址遠程傳感器高速通道、模擬輸入通道與控制模塊隔離；控制模塊，用于對經(jīng)整形濾波的可尋址遠程傳感器高速通道信號處理成可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，同時將模擬輸入通道輸入的模擬信號處理成電流數(shù)據(jù)，一起傳輸給分布式控制系統(tǒng)處理單元。進一步地，控制模塊還將該分布式控制系統(tǒng)處理單元發(fā)出的可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)處理成可尋址遠程傳感器高速通道信號發(fā)送出。進一步地，整形模塊包括多路通過控制開關選通連接的HART接收整形單元；模擬數(shù)據(jù)采集模塊包括模擬輸入通道的輸入電阻、濾波器以及模數(shù)轉換模塊；其中:HART接收整形單元，用于對濾波電容輸出的可尋址遠程傳感器高速通道信號進行整形濾波；輸入電阻的兩端分別連接相應通道的第一輸入端和第二輸入端，兩個輸入端同時連接相應濾波器的輸入端；濾波器，用于對輸入電阻采樣輸入電流形成的輸入電壓進行濾波，并輸出給模數(shù)轉換模塊；模數(shù)轉換模塊，用于將濾波器輸出的電壓信號進行模數(shù)轉換，并形成串行數(shù)據(jù)通過串行設備接口輸出給隔離模塊；隔離模塊通過相應的光電隔離器在分別將可尋址遠程傳感器高速通道、模擬輸入通道與控制模塊隔離的同時，傳輸輸入的可尋址遠程傳感器高速通道信號和模擬數(shù)據(jù)采集模塊輸出的串行數(shù)據(jù)；控制模塊通過信號解調(diào)單元對經(jīng)HART接收整形單元整形濾波的可尋址遠程傳感器高速通道信號解調(diào)成相應串行數(shù)據(jù)，通過UART接收單元接收該串行數(shù)據(jù)，通過串并轉換單元將接收的該串行數(shù)據(jù)轉換成相應的并行數(shù)據(jù)，通過HART協(xié)議處理單元將該并行數(shù)據(jù)解析成可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)；通過數(shù)據(jù)采集處理單元將模擬數(shù)據(jù)采集模塊輸出的串行數(shù)據(jù)采集處理成電流數(shù)據(jù)；通過高級數(shù)據(jù)鏈路控制單元將可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)與相應的模擬輸入通道的電流數(shù)據(jù)承載在一起，并通過雙RS-485接口輸出給分布式控制系統(tǒng)處理單元。進一步地，整形模塊還包括多路通過控制開關選通連接的HART發(fā)送整形單元，其中:控制模塊通過雙RS-485接口接收分布式控制系統(tǒng)處理單元輸出的可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，依次通過高級數(shù)據(jù)鏈路控制單元、HART協(xié)議處理單元將接收的該數(shù)據(jù)處理成相應的并行數(shù)據(jù)，通過并串轉換單元將該并行數(shù)據(jù)轉換成相應的串行數(shù)據(jù)，通過UART發(fā)送單元發(fā)送該串行數(shù)據(jù)，通過信號調(diào)制單元將該該串行數(shù)據(jù)調(diào)制成可尋址遠程傳感器高速通道信號輸出；隔離模塊通過相應的光電隔離器在分別將所述可尋址遠程傳感器高速通道、模擬輸入通道與所述控制模塊隔離的同時，還傳輸可尋址遠程傳感器高速通道信號；HART發(fā)送整形單元，用于將光電隔離器傳輸?shù)目蓪ぶ愤h程傳感器高速通道信號進行濾波整形。進一步地，多路可尋址遠程傳感器高速通道的整形模塊和多路模擬輸入通道的模擬數(shù)據(jù)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；采用將多路輸入通道的每一路信號并行變換為兩路信號來實現(xiàn)信號冗余輸入，SP在一底座上將每一路信號并行連接在兩套插槽相應位置上，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，并通過一個外殼罩住。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與測量設備互連的輸入接口方法，涉及多路輸入通道、隔離模塊以及控制模塊；其特征在于，該方法包括:在多路的每一路輸入通道上，通過濾波電容從輸入信號上采集出可尋址遠程傳感器高速通道信號，通過整形模塊將該信號進行整形濾波；同時通過模擬數(shù)據(jù)采集模塊的輸入電阻從輸入信號上采集出模擬輸入信號，并對采集的模擬輸入信號進行濾波及模數(shù)轉換；控制模塊通過隔離模塊接收經(jīng)過整形濾波的可尋址遠程傳感器高速通道信號和經(jīng)過模數(shù)轉換后的數(shù)字信號；將可尋址遠程傳感器高速通道信號處理成可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，將該數(shù)字信號處理成電流數(shù)據(jù)，并一起傳輸給分布式控制系統(tǒng)處理單元。進一步地，該方法還包括:控制模塊還將該分布式控制系統(tǒng)處理單元發(fā)出的可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)處理成可尋址遠程傳感器高速通道信號；通過信號整形將制模塊處理成的所述可尋址遠程傳感器高速通道信號進行濾波整形后輸出。進一步地，控制模塊將可尋址遠程傳感器高速通道信號處理成可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，以及將所述數(shù)字信號處理成電流數(shù)據(jù)，并一起傳輸給分布式控制系統(tǒng)處理單元,具體包括:將經(jīng)整形濾波的可尋址遠程傳感器高速通道信號解調(diào)成相應串行數(shù)據(jù)，采用UART接收方式接收該串行數(shù)據(jù)，將接收的該串行數(shù)據(jù)轉換成相應的并行數(shù)據(jù)，將該并行數(shù)據(jù)解析成可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)；通過輸入電阻將從輸入信號上采集的模擬電流信號轉換成模擬電壓信號，將該模擬電壓信號濾波及模數(shù)轉換成串行的數(shù)字信號，然后將該串行的數(shù)字信號處理成電流數(shù)據(jù)；將可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)與相應的模擬輸入通道的電流數(shù)據(jù)承載在一起，并通過雙RS-485接口輸出給分布式控制系統(tǒng)處理單元。進一步地，控制模塊還將該分布式控制系統(tǒng)處理單元發(fā)出的可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)處理成可尋址遠程傳感器高速通道信號，具體包括:控制模塊通過雙RS-485接口接收分布式控制系統(tǒng)處理單元輸出的可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，將接收的該數(shù)據(jù)處理成相應的并行數(shù)據(jù)，通過并串轉換單元將該并行數(shù)據(jù)轉換成相應的串行數(shù)據(jù)，采用UART發(fā)送方式發(fā)送該串行數(shù)據(jù)，將該串行數(shù)據(jù)調(diào)制成可尋址遠程傳感器高速通道信號后輸出。進一步地,在執(zhí)行該方法步驟前,還包括:多路可尋址遠程傳感器高速通道的整形模塊和多路模擬輸入通道的模擬數(shù)據(jù)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；采用將多路輸入通道的每一路信號并行變換為兩路信號來實現(xiàn)信號冗余輸入，SP在一底座上將每一路信號并行連接在兩套插槽相應位置上，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，并通過一個外殼罩住。本發(fā)明提供的實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能測量設備互連的接口裝置及方法，由于將HART現(xiàn)場總線協(xié)議運用于分布式控制系統(tǒng)(DCS)的互連接口上，因此能夠在DCS與智能測量設備之間傳遞4 20mA工業(yè)信號的同時，方便地進行雙向數(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計進一步提高了接口的可靠度。


圖1為本發(fā)明的實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能測量設備互連的輸入接口裝置實施例的原理框圖；圖2為圖1所示的輸入接口裝置實施例的具體結構框圖；圖3為圖1所示的輸入接口裝置實施例中16通道HART PLUS Al信號冗余底座線路板安裝結構示意圖；圖4為圖1所示的輸入接口裝置實施例中16通道HART PLUS Al信號及其冗余底座原理框圖。
具體實施例方式以下結合附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細地闡述。應該理解，以下例舉的實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，而不構成對本發(fā)明技術方案的限制。本發(fā)明的實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能測量設備互連的輸入接口裝置實施例，其原理如圖1所示，包括多路輸入通道、隔離模塊以及控制模塊，其中:每一輸入通道除了包括模擬輸入(Al)通道外，還包括HART通道的濾波電容(Ci，i = I 16)及整形模塊(i, i = I 16),其中:濾波電容的一端連接相應輸入通道的第一輸入端(In ia，i = I 16)，該濾波電容另一端連接相應的整形模塊，用于濾波輸出本通道上的HART信號；整形模塊，用于選通輸入或輸出HART信號，并對選通的HART信號進行整形濾波；隔離模塊，用于分別將HART通道、Al通道與控制模塊隔離，從而提高本輸入接口裝置的可靠性；控制模塊，用于對經(jīng)整形濾波的HART信號處理成HART數(shù)據(jù)，同時將Al通道輸入的模擬信號處理成電流數(shù)據(jù)，一起傳輸給DCS處理單元(DPU);和/或將DPU發(fā)出的HART數(shù)據(jù)處理成HART信號發(fā)送出。上述輸入接口裝置實施例的具體結構如圖2所示，其中，多個HART通道(I 16)的HART信號整形模塊和多個Al通道(I 16)的Al數(shù)據(jù)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；HART信號整形模塊包括多路通過控制開關K選通連接的HART接收整形單元和HART發(fā)送整形單元；AI數(shù)據(jù)采集模塊包括多個Al通道的輸入電阻(Ri, i = I 16)、濾波器(i, i = I 16)以及模數(shù)轉換模塊；其中:HART接收整形單元用于對濾波電容輸出的HART信號進行整形和濾波，HART發(fā)送整形單元用于將要發(fā)送的HART信號進行整形和濾波，并通過濾波電容濾波輸出；Al通道的輸入電阻的兩端分別連接相應通道的第一輸入端(In ia，i = I 16)和第二輸入端(In ib，i = I 16)，兩個輸入端同時連接相應濾波器的輸入端；濾波器，用于對輸入電阻采樣輸入電流形成的輸入電壓進行濾波，并輸出給模數(shù)轉換模塊；模數(shù)轉換模塊，用于將濾波器輸出的電壓信號進行模數(shù)轉換，并形成串行數(shù)據(jù)通過串行設備接口(SPI)輸出給隔離模塊；隔離模塊通過多個光電隔離器在分別將HART通道、Al通道與控制模塊隔離的同時，傳輸HART通道輸入的HART信號和Al數(shù)據(jù)采集模塊輸出的串行數(shù)據(jù)；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)，通過串并轉換單元將接收的HART串行數(shù)據(jù)轉換成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)；通過數(shù)據(jù)采集處理單元將Al數(shù)據(jù)采集模塊輸出的串行數(shù)據(jù)采集處理成電流數(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)與相應的Al通道的電流數(shù)據(jù)承載在一起，并通過雙RS-485接口輸出給DPU?；蛘?，控制模塊通過雙RS-485接口接收DPU輸出的HART數(shù)據(jù)(包括控制命令和信息)，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)，通過并串轉換單元將HART并行數(shù)據(jù)轉換成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信號輸出；隔離模塊在分別將HART通道、Al通道與控制模塊隔離的同時，傳輸HART通道輸出的HART信號。在上述輸入接口裝置實施例中，采用FPGA部分實現(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；采用微控制器(譬如ARM控制器)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理單元、HART協(xié)議處理單元以及HDLC單元。在上述輸入接口裝置實施例中，采用將16路通道的每一路信號并行變換為兩路信號來實現(xiàn)信號冗余輸入。如圖3所示表示了 16通道HART PLUS Al信號冗余底座線路板安裝結構，在該底座上將輸入的16路通道的每一路信號并行連接在兩套插槽(A主/子插槽、B主/子插槽)相應位置上；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，并通過一個外殼罩住。該線路板上左端為信號引出接線端子，每個通道引出4個信號端子，則16通道共64個端子；其中Al的4 20mA信號通過不同的接線方式選擇內(nèi)供電模式(本裝置向Al設備供電)和外供電模式(Al設備由其它電源供電)；下端為電源信號端子，分別為A、B兩套的主/子卡以及底座提供必要的工作電源。圖4表示了圖1所示的輸入接口裝置實施例中16個通道HART PLUS Al信號及其冗余底座原理，其中:IIN1+、IINl-分別表示圖3的第I通道載有HART信號的4 20mA電流輸入的正、
負端，......，IIN16+、IIN16-分別表示第16通道載有HART信號的4 20mA電流輸入的
正、負端；V0UTA1+、VOUTAl-分別表示經(jīng)電流/電壓變換后A套的第一路輸入Al電壓信號的正、負端；V0UTB1+、VOUTBl-分別表示經(jīng)電流/電壓變換后B套的第一路輸入Al電壓信號的正、負端；......，依此類推。Al電壓范圍在O 5V之間。本發(fā)明針對上述裝置實施例，相應地還提供了實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與智能測量設備互連的輸入接口方法，包括:在多路的每一路輸入通道上，通過濾波電容從輸入信號上采集出HART信號波形，同時通過輸入電阻從輸入信號上采集出模擬輸入信號，并對采集的模擬輸入信號進行濾波及模數(shù)轉換；控制模塊通過隔離模塊接收HART信號波形和經(jīng)過模數(shù)轉換后的數(shù)字信號；將HART信號處理成HART信號數(shù)據(jù)，將該數(shù)字信號處理成電流數(shù)據(jù)，并一起傳輸給DPU。上述方法實施例還包括:控制模塊將DPU輸出的命令數(shù)據(jù)處理成HART信號；通過信號整形形成HART波形輸出。 在上述方法實施例中，控制模塊將HART信號處理成HART數(shù)據(jù)，將模擬電流信號處理成電流數(shù)據(jù)，具體包括:將HART信號進行解調(diào)成通用串行信號，該通用串行信號經(jīng)UART接收單元輸出給串并轉換單元轉換成并行的HART數(shù)據(jù)；以及將通過SPI 口接收到的數(shù)據(jù)進行采集處理；將并行的HART數(shù)據(jù)和/或經(jīng)采集處理的數(shù)據(jù)經(jīng)HART協(xié)議解析及HDLC單元處理，生成兩路冗余的每一路均載有命令信息的電流數(shù)據(jù)，通過RS-485接口輸出給DPU。在上述方法實施例中，控制模塊將DPU輸出的命令數(shù)據(jù)處理成HART信號，并通過信號整形形成HART波形輸出，具體包括:控制模塊將DPU通過冗余RS-485接口輸出命令數(shù)據(jù)經(jīng)HDLC及HART協(xié)議處理成并行的HART數(shù)據(jù)；HART數(shù)據(jù)經(jīng)并串轉換成通用串行數(shù)據(jù)，并經(jīng)UART發(fā)送單元輸出給信號調(diào)制單元調(diào)制成方波信號，經(jīng)波形整形后輸出HART波形信號。在上述方法實施例工作前，還包括:采用將16路通道的每一路信號并行變換為兩路信號來實現(xiàn)信號冗余輸入。在上述方法實施例工作前，還包括:將用于對HART信號分離和整形的HART通道和輸入電流模擬信號的Al通道安裝在子卡上，用于隔離的隔離電路和控制電路均安裝在主卡上，主卡、子卡相互通過信號插針連在一起，并通過一個外殼罩住。對于本領域的專業(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)明的方法進行形式和細節(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)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與測量設備互連的輸入接口裝置，包括多路輸入通道、隔離模塊以及控制模塊；其特征在于，每一輸入通道除了包括模擬輸入通道的模擬數(shù)據(jù)采集模塊外，還包括可尋址遠程傳感器高速通道的濾波電容及整形模塊，其中: 濾波電容的一端連接相應輸入通道的第一輸入端，該濾波電容另一端連接相應的整形模塊，用于濾波輸出可尋址遠程傳感器高速通道信號； 整形模塊，用于選通輸入或輸出可尋址遠程傳感器高速通道信號，并對選通的可尋址遠程傳感器高速通道信號進行整形濾波； 隔離模塊，用于分別將所述可尋址遠程傳感器高速通道、所述模擬輸入通道與控制模塊隔離； 控制模塊，用于對經(jīng)整形濾波的可尋址遠程傳感器高速通道信號處理成可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，同時將所述模擬輸入通道輸入的模擬電流信號處理成電流數(shù)據(jù)，一起傳輸給分布式控制系統(tǒng)處理單兀。
2.按照權利要求1所述的裝置，其特征在于， 所述控制模塊還將該分布式控制系統(tǒng)處理單元發(fā)出的可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)處理成可尋址遠程傳感器高速通道信號發(fā)送出。
3.按照權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述整形模塊包括多路通過控制開關選通連接的HART接收整形單元；所述模擬數(shù)據(jù)采集模塊包括所述模擬輸入通道的輸入電阻、濾波器以及模數(shù)轉換模塊； 其中: HART接收整形單元，用于對濾波電容輸出的所述可尋址遠程傳感器高速通道信號進行整形濾波； 所述輸入電阻的兩端分別連接相應通道的第一輸入端和第二輸入端，兩個輸入端同時連接相應濾波器的輸入端； 濾波器，用于對輸入電阻采樣輸入電流形成的輸入電壓進行濾波，并輸出給模數(shù)轉換模塊； 模數(shù)轉換模塊，用于將濾波器輸出的電壓信號進行模數(shù)轉換，并形成串行數(shù)據(jù)通過串行設備接口輸出給隔離模塊； 所述隔離模塊通過相應的光電隔離器在分別將所述可尋址遠程傳感器高速通道、所述模擬輸入通道與所述控制模塊隔離的同時，傳輸輸入的所述可尋址遠程傳感器高速通道信號和所述模擬數(shù)據(jù)采集模塊輸出的串行數(shù)據(jù)； 所述控制模塊通過信號解調(diào)單元對經(jīng)所述HART接收整形單元整形濾波的可尋址遠程傳感器高速通道信號解調(diào)成相應串行數(shù)據(jù)，通過UART接收單元接收該串行數(shù)據(jù)，通過串并轉換單元將接收的該串行數(shù)據(jù)轉換成相應的并行數(shù)據(jù)，通過HART協(xié)議處理單元將該并行數(shù)據(jù)解析成可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)；通過數(shù)據(jù)采集處理單元將所述模擬數(shù)據(jù)采集模塊輸出的串行數(shù)據(jù)采集處理成電流數(shù)據(jù)；通過高級數(shù)據(jù)鏈路控制單元將所述可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)與相應的模擬輸入通道的所述電流數(shù)據(jù)承載在一起，并通過雙RS-485接口輸出給所述分布式控制系統(tǒng)處理單元。
4.按照權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述整形模塊還包括多路通過所述控制開關選通連接的HART發(fā)送整形單元，其中: 所述控制模塊通過雙RS-485接口接收所述分布式控制系統(tǒng)處理單元輸出的可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，依次通過所述高級數(shù)據(jù)鏈路控制單元、所述HART協(xié)議處理單元將接收的該數(shù)據(jù)處理成相應的并行數(shù)據(jù)，通過并串轉換單元將該并行數(shù)據(jù)轉換成相應的串行數(shù)據(jù)，通過UART發(fā)送單元發(fā)送該串行數(shù)據(jù)，通過信號調(diào)制單元將該該串行數(shù)據(jù)調(diào)制成可尋址遠程傳感器高速通道信號輸出； 所述隔離模塊通過相應的光電隔離器在分別將所述可尋址遠程傳感器高速通道、所述模擬輸入通道與所述控制模塊隔離的同時，還傳輸所述可尋址遠程傳感器高速通道信號； HART發(fā)送整形單元，用于將所述光電隔離器傳輸?shù)乃隹蓪ぶ愤h程傳感器高速通道信號進行濾波整形。
5.按照權利要求1至4任一項所述的裝置，其特征在于，多路可尋址遠程傳感器高速通道的所述整形模塊和多路模擬輸入通道的所述模擬數(shù)據(jù)采集模塊均安裝在子卡上，所述隔離模塊和所述控制模塊均安裝在主卡上； 采用將所述多路輸入通道的每一路信號并行變換為兩路信號來實現(xiàn)信號冗余輸入，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，并通過一個外殼罩住。
6.一種實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與測量設備互連的輸入接口方法，涉及多路輸入通道、隔離模塊以及控制模塊；其特征在于，該方法包括: 在多路的每一路輸入通道上，通過濾波電容從輸入信號上采集出可尋址遠程傳感器高速通道信號，通過整形模塊將該信號進行整形濾波；同時通過模擬數(shù)據(jù)采集模塊的輸入電阻從所述輸入信號上采集模擬輸入信號，并對采集的模擬輸入信號進行濾波及模數(shù)轉換； 控制模塊通過隔離模塊接收經(jīng)過整形濾波的可尋址遠程傳感器高速通道信號和經(jīng)過所述模數(shù)轉換后的數(shù)字信號；將所述可尋址遠程傳感器高速通道信號處理成可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，將所述數(shù)字信號處理成電流數(shù)據(jù)，并一起傳輸給分布式控制系統(tǒng)處理單元。
7.按照權利要求6所述的方法，其特征在于，還包括: 所述控制模塊還將該分布式控制系統(tǒng)處理單元發(fā)出的可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)處理成可尋址遠程傳感器高速通道信號； 通過信號整形將所述控制模塊處理成的所述可尋址遠程傳感器高速通道信號進行濾波整形后輸出。
8.按照權利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制模塊將可尋址遠程傳感器高速通道信號處理成可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，以及將所述數(shù)字信號處理成電流數(shù)據(jù)，并一起傳輸給分布式控制系統(tǒng)處理單元，具體包括: 將經(jīng)所述整形濾波的可尋址遠程傳感器高速通道信號解調(diào)成相應串行數(shù)據(jù)，采用UART接收方式接收該串行數(shù)據(jù)，將接收的該串行數(shù)據(jù)轉換成相應的并行數(shù)據(jù)，將該并行數(shù)據(jù)解析成可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)；通過所述輸入電阻將從所述輸入信號上采集模擬電流信號轉換成模擬電壓信號，將該模擬電壓信號濾波及模數(shù)轉換成串行的數(shù)字信號，然后將該串行的數(shù)字信號處理成電流數(shù)據(jù)； 將所述可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)與相應的模擬輸入通道的所述電流數(shù)據(jù)承載在一起，并通過雙RS-485接口輸出給所述分布式控制系統(tǒng)處理單元。
9.按照權利要求8所述的方法，其特征在于，所述控制模塊還將該分布式控制系統(tǒng)處理單元發(fā)出的可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)處理成可尋址遠程傳感器高速通道信號，具體包括: 所述控制模塊通過雙RS-485接口接收所述分布式控制系統(tǒng)處理單元輸出的可尋址遠程傳感器高速通道數(shù)據(jù)，將接收的該數(shù)據(jù)處理成相應的并行數(shù)據(jù)，通過并串轉換單元將該并行數(shù)據(jù)轉換成相應的串行數(shù)據(jù)，采用UART發(fā)送方式發(fā)送該串行數(shù)據(jù)，將該串行數(shù)據(jù)調(diào)制成可尋址遠程傳感器高速通道信號后輸出。
10.按照權利要求6至9任一項所述的方法，其特征在于，在執(zhí)行所述方法步驟前，還包括: 多路可尋址遠程傳感器高速通道的所述整形模塊和多路模擬輸入通道的所述模擬數(shù)據(jù)采集模塊均安裝在子卡上，所述隔離模塊和所述控制模塊均安裝在主卡上； 采用將所述多路輸入通道的每一路信號并行變換為兩路信號來實現(xiàn)信號冗余輸入，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，并通過一個外殼罩住。
全文摘要
本發(fā)明披露了實現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)與測量設備互連的接口裝置及方法，其中裝置包括多路輸入通道、隔離模塊以及控制模塊；每一輸入通道除了包括AI通道的模擬數(shù)據(jù)采集模塊外，還包括HART通道的濾波電容濾波輸出HART信號，整形模塊選通輸入或輸出HART信號并進行整形濾波；控制模塊對經(jīng)整形濾波的HART信號處理成HART數(shù)據(jù)，同時將AI道輸入的模擬電流信號處理成電流數(shù)據(jù)，一起傳輸給DPU。本發(fā)明在DCS設備與智能測量設備之間傳遞工業(yè)信號的同時方便地進行雙向數(shù)字通訊，從而大大簡化了信號傳輸方式，并通過冗余設計提高了接口的可靠性。
文檔編號G05B19/418GK103176435SQ201110441188
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權日2011年12月26日
發(fā)明者潘鋼, 夏明 , 丁娟, 田雨聰, 張立然, 張智, 麻貴峰, 孫廣東, 梁金寶, 何煦 申請人:北京國電智深控制技術有限公司