[發明專利]一種模擬電流與現場總線信號的智能轉換裝置

無效

• 申請號: 200910088490.4
• 申請日: 2009-07-02
• 公開（公告）號: CN101604163A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 梁庚;李文;白焰;楊國田
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;H04L29/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于工業自動化領域，特別涉及現場總線技術在產品上開發應用的一種模擬電流與現場總線信號的智能轉換裝置。

背景技術

現場總線技術在產品上開發應用還沒有形成一個品種齊全、功能完善的產品系列；由于目前存在多種現場總線標準，使得現有的產品還不能完全滿足用戶的需要，因此一些暫時市場上還沒有的現場總線規格的儀表只能使用常規4～20mA信號設備。另外一個重要的原因是，對于用戶來說，盡管現場總線系統有著這么多的優點，但工程費用也是他們是否采納該產品的考慮因素之一。現場總線智能儀表目前較常規儀表價格高出15％左右，在相對于可以使用非智能儀表的分散控制系統(DCS)中，即使考慮到接口卡等元件和電纜的節省后，現場總線系統硬件開支仍可能比使用非智能儀表的DCS有所增加，所以一些用戶在不重要的位置還愿意使用非智能儀表來節省投資。第三，對于項目改造，許多常規4～20mA信號設備還不能一概廢棄，必須利用部分原有的常規4～20mA信號設備，于是一種“混合型”方案在現階段是一種極為經濟、合理的系統數字化改造的解決方案。對此，一個很好的解決的辦法是通過一種轉換裝置將傳統的模擬信號儀表“轉接”到現場總線上來，這樣，既發揮了現場總線技術的各種優勢，同時又大大節省了成本，特別是對于系統改造用戶來說，可以很好地利用現有的模擬信號儀表。

發明內容

本發明的目的是提供一種模擬電流與現場總線信號的智能轉換裝置，其特征在于，該智能轉換裝置是一種將4～20mA標準電流信號轉換為WorldFIP現場總線數字信號的轉換裝置，即把采集來的4～20mA的模擬電流信號轉換為符合WorldFIP現場總線協議的數字信號，完成與現場總線之間的通信；同時完成實時計算，就地控制的基本任務，所述智能轉換裝置包括轉換模塊、主模塊、顯示模塊及其軟件設計；主模塊分別與轉換模塊、顯示模塊連接，并且主模塊將傳統的模擬信號儀表“轉接”到WorldFIP現場總線上；

所述主模塊包含微處理器、通信模塊及通信接口單元；通信模塊的地址總線A[0:8]和數據地址復用總線AD[0:7]分別連接微處理器的地址總線A[0:8]和D[0:7]，及與微處理器內部存儲器片選線接地，兩者采用共享512字節存儲器的交換信息。

所述轉換模塊包括多路開關、信號調理、A/D轉換器及信號隔離構成，多路開關的功能是將多個通道的信號傳送道公共數據線上，通過CPU對三個控制管腳A、B、C以及使能信號的控制來選擇任意一路從管腳COM端輸出，將來自常規儀表的4～20mA標準信號，經信號調理，轉換為適合A/D轉換器轉換的電壓，經信號隔離后，以數字量的形式送往主模塊處理。

所述顯示模塊選用字符型LCD點陣模塊作顯示器件；提供LCD顯示屏的驅動信號和一個簡單的并行接口與微處理器總線連接；顯示模塊根據來自主模塊的信號，在顯示各種數據的同時還顯示各種故障信息。

所述軟件設計采用“三模塊”法，即：通信庫、主程序模塊、中斷子程序模塊；主程序模塊是軟件設計的核心部分，起著組織和連接其他各模塊及子模塊的作用；硬件初始化程序包括RAM自檢、堆棧指針的設置、中斷優先級及中斷矢量的設置、輸入輸出端口的配置、對MICROFIP的初始化等；變量的初始化包括變量和報文的定義以及控制參數的初始值等。

所述A/D轉換器在選擇時考慮的主要指標為分辨率、量化誤差、線性誤差、零位誤差及轉換時間。

本發明的有益效果，該裝置可將儀表控制系統中廣泛使用的規4～20mA信號設備轉接到WorldFIP現場總線上，使傳統的模擬信號設備融入到網絡化的數字控制系統中，充分利用現有的設備實現了系統的改造，大大降低了成本和投資；具有如下特點：

1)該裝置具有智能化，具有輸入信號自動校正、非線性補償、數字濾波等功能，修正和克服了所連接的各類模擬電流設備引進的誤差和干擾，從而提高了裝置的的測量轉換精度；

2)該裝置具有自測試和自診斷功能，通過現場總線網絡可為用戶提供診斷信息，提高了裝置自身的信息化程度；

3)具有可擴展的就地控制功能，裝置內設計了基于功能塊組態技術的功能塊應用軟件，為基于現場總線技術的全分布式控制的實現創造了條件。

附圖說明

圖1為智能轉換裝置的結構。

圖2為轉換模塊結構和組成。

圖3模擬/數字轉換器ADS1110。

圖4為AT91M40800結構。

圖5為主模塊的微處理器子模塊設計圖。

圖6為智能轉換裝置的通信子模件。

圖7為微處理器模件與通信子模件的連接電路。