Устройство согласования интерфейсов между контроллерными и полевыми сетями

 

Полезная модель относится к системам цифровой связи и может быть использована для согласования контроллерных сетей с полевыми, в частности, для связи коммуникационных устройств с функциональными интеллектуальными устройствами, например, с интеллектуальными датчиками (полевыми приборами), размещенными во взрывоопасных зонах. Задача - обеспечение возможности подключения к контроллерным устройствам (компьютерам, микропроцессорам, контроллерам и т.п.) функционального полевого оборудования (датчиков, исполнительных механизмов) и удобства их совместной эксплуатации.

Устройство согласования интерфейсов между контроллерными и полевыми сетями содержит последовательно соединенные между собой блок 1 защиты входных USB цепей, блок 2 преобразования байта данных в сигнал цифровой связи и обратно, fieldbus модем 3, усилитель 4, фильтр 5, искрозащитную цепь 6, а также индикатор 7, соединенный со вторым выходом fieldbus модема 3. Устройство снабжено источником 8 питания.

Использование в устройстве блока преобразования байта данных в сигнал цифровой связи и обратно с последующим кодированием цифрового сигнала с помощью fieldbus модема дает возможность считывать измеряемый параметр в цифровой форме и сохранять точность измерений за счет устранения операции цифроаналогового преобразования сигнала, а для HART модема и

быстродействие устройства за счет использования для целей управления аналогового сигнала, что обеспечивает совместное использование цифрового и аналогового сигнала на одной паре проводов, соединяющих функциональные устройства с системой управления и делает удобным их совместную эксплуатацию. Введение в устройство защитных входных и выходных элементов повышает соответственно помехоустойчивость устройства и обеспечивает его надежную работу, также повышает удобство эксплуатации.

1 п.ф., 1 ил.

Полезная модель относится к системам цифровой связи и может быть использована для согласования контроллерных сетей с полевыми, в частности, для связи коммуникационных устройств с функциональными интеллектуальными устройствами, например, с интеллектуальными датчиками (полевыми приборами), размещенными во взрывоопасных зонах. Известно устройство передачи и приема волн. несущих информацию, описанное в з. №2002116686 по кл. H 04 L 27/10, з. 21.12.99., oп. 10.02.04.

Известное устройство содержит на передающей стороне генератор для формирования несущих волн с разверткой несущей, модулятор для формирования или кодирования информационного сигнал, смешивающее устройство для модуляции несущей волны информационным сигналом, устройство фильтрации и передающий преобразователь, а на приемной стороне - генератор для формирования вспомогательной частоты, устройство преобразования для наложения или перемножения сформированной частоты с принимаемым сигналом, устройство для разделения сигнальных составляющих, демодулятор и/или устройство для анализа параметров.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является представленная в проспекте ООО «АКОМ» схема сетевой интеграции, осуществляющая согласование персонального компьютера с устройствами промышленной сети и выбранная в качестве прототипа (см. Приложение).

Известная схема содержит включаемое между персональным компьютером и промышленной сетью устройство согласования, содержащее последовательно связанные между собой интерфейсы, в том числе универсальный последовательный порт подключения к компьютеру.

Недостатком известного устройства является ограниченность его эксплуатационных возможностей, обусловленная тем, что оно служит только для простейшей сетевой интеграции устройств автоматики, состоит из таких конфигурационных портов как RS 232, служащий для подключения к компьютеру, и интерфейсов RS 422, RS 485, EtherNet/IP или Profinet, и используется как концентратор. Использование такого устройства для преобразования цифрового сигнала в сигнал промышленной сети требует промежуточных преобразований сигнала, что затрудняет возможность непосредственного подключения коммуникационных устройств к функциональным и делает неудобным их совместную экплуатацию. Задачей заявляемого устройства является обеспечение возможности непосредственного подключения к контроллерным устройствам (компьютерам, микропроцессорам, контроллерам и т.п.) функционального полевого оборудования (датчиков, исполнительных механизмов) и удобства их совместной эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве согласования интерфейсов между контроллерными и полевыми сетями, использующем со стороны контроллерных сетей стандартные компьютерные интерфейсы RS 232, USB, Bluetooth и т.п., а со стороны полевых сетей - различные интерфейсы полевой шины такие как HART, FOUNDATION Fieldbus, Profibus PA и т.п, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, в устройство введены дополнительно последовательно связанные между собой блок защиты входных цепей контроллерной сети, блок преобразования интерфейса полевой шины в UART и последовательно соединенные усилитель, фильтр и искрозащитная цепь, а также индикатор, при этом универсальный последовательный интерфейс подключения к компьютеру связан через блок защиты с блоком преобразования байта данных с контроллерной сети в сигнал цифровой связи и обратно, соединенным с fieldbus модемом, обеспечивающим преобразование внутреннего цифрового интерфейса в сигнал полевой сети и подключенным одним выходом к индикатору, а другим выходом соединенным со входом усилителя, причем вход блока защиты является входом устройства, а выход искрозащитной цепи - его выходом.

Использование в устройстве блока преобразования байта данных в сигнал цифровой связи и обратно с последующим кодированием цифрового сигнала с помощью fieldbus модема дает возможность считывать измеряемый параметр в цифровой форме и сохранять точность измерений за счет устранения операции цифроаналогового преобразования сигнала, а для HART модема и быстродействие устройства за счет использования для целей управления аналогового сигнала, что обеспечивает совместное

использование цифрового и аналогового сигнала на одной паре проводов, соединяющих функциональные устройства с системой управления и делает удобным их совместную эксплуатацию. Введение в устройство защитных входных и выходных элементов повышает соответственно помехоустойчивость устройства и обеспечивает его надежную работу, также повышает удобство эксплуатации.

Технический результат - обеспечение преимуществ цифровой связи с полевыми приборами при сохранении совместимости и надежности аналоговых входных сигналов, необходимых для существующих аналоговых систем, за счет обмена данными с полевым устройством в цифровом виде при сохранении точности измерений.

Заявляемое устройство обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как введение входного блока защиты, наличие блока преобразования байта данных с персонального компьютера (ПК) в сигнал связи с функциональным устройством, наличие fieldbus модема, усилителя и фильтра, а также искрозащитной цепи, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявляемое устройство может найти широкое применение в системах автоматизации технологических процессов и в телеметрии, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где показана функциональная схема устройства.

Устройство согласования интерфейсов между контроллерными и полевыми сетями содержит последовательно соединенные между

собой блок 1 защиты входных USB цепей, блок 2 преобразования байта данных с контроллерной сети (ПК) в сигнал цифровой связи и обратно, fieldbus модем 3, усилитель 4, фильтр 5, искрозащитную цепь 6, а также индикатор 7, соединенный со вторым выходом fieldbus модема 3. Устройство снабжено источником 8 питания. Вход блока 1 защиты соединен с персональным компьютером 9 (контроллерным устройством), а выход искрозащитной цепи 6 - с датчиком 10 температуры или давления либо расхода (полевым устройством).

Назначение и выполнение узлов и элементов устройства следующее.

Блок 1 защиты входных цепей служит для защиты от возможных помех входных цепей персонального компьютера, представляющих собой универсальный последовательный интерфейс RS 232 или USB, и выполнен, например, на микросхеме USB6B1. Блок 2 служит для преобразования данных с контроллерных сетей (ПК) в сигнал последовательного цифрового интерфейса и обратно. Это может быть, в частности, универсальный асинхронный приемник-передатчик (UART).

Fieldbus модем 3 служит для модуляции цифровой информации для передачи ее по каналам связи с функциональным устройством. Он представляет собой устройство, которое преобразует двоичные цифровые сигналы в формат Bell-202 или IEC-61158 Manchester Biphase-r. Модем не представляет механизма кодирования данных, а только преобразование физического вида используемого сигнала.

Усилитель 4 служит для усиления преобразованного сигнала.

Фильтр 5 предназначен для исключения помех при наложении HART коммуникационного сигнала и служит для гашения сигналов,

ограничивающих скорость изменения аналогового выходного сигнала HART совместимого датчика с порогом 60 дБ/декаду в диапазоне частот ниже 624 Гц и с порогом 20 дБ/декаду в диапазоне частот выше 2,5 кГц. При наложении FOUNDATION Fieldbus (FF) коммуникационного сигнала фильтр служит для гашения сигналов с порогом 40 дБ/декаду, ограничивающим скорость аналогового выходного сигнала FF совместимого датчика в диапазоне ниже 7 кГц и выше 39 кГц.

Искрозащитная цепь 6 обеспечивает искро-безопасность электрических цепей полевых сетей - датчиков давления, температуры и т.п., используемых в системах контроля и управления технологическими процессами взрыво- и пожароопасных производств различных отраслей промышленности.

Она, в частности, может быть выполнена в виде гальванической развязки и предохранителя.

Индикатор 7 служит для индикации передачи пачек сообщений и может представлять собой обычный светодиод. Источник 8 питания предназначен для подачи рабочего напряжения на блоки и узлы устройства. Им может служить, например, порт ПК USB.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Устройство используется при проведении настройки или тестирования интеллектуальных датчиков давления, расхода или температуры, использующих цифровые протоколы связи (полевая сеть) посредством персонального компьютера (контроллерная сеть). Оно обеспечивает сопряжение персонального компьютера (стандартной комплектации с USB, RS 232 или комплектации Bluetooth, IrDA портом), имеющего соответствующее программное

обеспечение для работы с устройствами, поддерживающими соответствующие цифровые протоколы. Устройство не является средством измерения и не вносит дополнительной погрешности в измерительный сигнал.

С персонального компьютера 9 на проверяемый датчик 10, например, расхода, передается запрос в виде последовательности байтов данных, который, пройдя через блок 1 защиты, преобразуется блоком 2 в цифровой сигнал последовательной связи.

Этот цифровой сигнал с помощью fieldbus модема 3 накладывается на аналоговый сигнал. В HART модемах цифровой сигнал накладывается на токовую петлю 4-20 мА, а для остальных fieldbus модемов - на сигнал питания. Сигнал после fieldbus модема 3 в цифровом виде усиливается с помощью усилителя 4, проходит через фильтр 5 и искрозащитную цепь 6 на датчик 10 и считывает с него необходимые параметры: весовой расход, температуру и плотность жидкости, суммарный весовой расход. Обратно сигнал таким же образом проходит через цепочку «искрозащитная цепь 6 - фильтр 5 - усилитель 4 - fieldbus модем 3 - блок 2 преобразования, блок 1 защиты входных цепей - персональный компьютер 9. При этом сигнал полевого интерфейса с датчика преобразуется в сигнал последовательного цифрового интерфейса UART, затем происходит преобразование его в USB интерфейс и далее он поступает в персональный компьютер для обработки. Использование цифровой связи позволяет считывать в одном сообщении целый ряд параметров.

В сравнении с прототипом заявляемое устройство обеспечивает возможность непосредственного подключения функциональных устройств к контроллерным и делает более удобной их совместную эксплуатацию.

Устройство согласования интерфейсов между контроллерными и полевыми сетями, использующее со стороны контроллерных сетей стандартные компьютерные интерфейсы, например RS 232, USB, Bluetooth, а со стороны полевых сетей - различные интерфейсы полевой шины, такие как HART, FOUNDATION Fieldbus, Profibus PA, отличающееся тем, что в него введены дополнительно последовательно связанные между собой блок защиты входных цепей контроллерной сети, блок преобразования интерфейса полевой шины в UART, усилитель, фильтр и искрозащитная цепь, а также индикатор, при этом универсальный последовательный интерфейс подключения к компьютеру связан через блок защиты с блоком преобразования последовательности байтов данных с контроллерной сети в сигнал цифровой связи и обратно, соединенным с fieldbus модемом, обеспечивающим преобразование внутреннего цифрового интерфейса в сигнал полевой сети и подключенным одним выходом к индикатору, а другим выходом соединенным со входом усилителя, причем вход блока защиты является входом устройства, а выход искрозащитной цепи - его выходом.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к аппаратуре железнодорожного транспорта, в частности к оборудованию железнодорожной автоматики и телемеханике и может найти применение для устранения сбоев автоматической локомотивной сигнализации вследствие обратного тягового тока 50 Гц и его гармоник на путевое реле во избежание подпиток и дачи «ложной свободности»

Изобретение относится к устройствам цифровой обработки сигналов, конкретно к универсальным цифровым ячейкам (УЦЯ) радиоэлектронных систем (РЭС)
Наверх