[发明专利]用于在现场总线和串行网络连接之间耦合功率和数据的隔离系统

说明书

背景技术

现场总线网络为例如压力、温度和流量传送仪以及阀门致动器的 工厂设备提供通讯。现场总线网络典型地遍布在工厂环境的广阔区域 中。控制网络执行更高等级的过程控制功能并典型地位于一个或更多 个远离工厂环境的控制室中。

现场总线网络携带来自传送仪和致动器的实时过程数据。希望把 来自现场总线网络的实时过程数据转移或“桥接”至控制网络，从而 控制网络能够快速访问与工厂中的情形有关的信息。

然而，如果现场总线网络和控制网络被“桥接”或通过传统的连 接方式而连接，则结果不能令人满意。现场总线网络典型地被接地到 工厂环境中的某个点(过程地)，而且控制网络被接地到控制室环境中 的某个点(控制网络地)。当现场总线网络和控制网络被桥接时，形成 了不希望的接地环路。过程地和控制网络地之间的电势差导致噪声电 流横流(flow over)到网络地导线。该噪声能够导致现场总线网络和 控制网络的低性能。

另外，现场总线网络中的数据根据现场总线数据格式或协议而被 格式化，其典型地不与控制网络中的数据格式化相兼容。需要进行数 据格式转换，以把数据从现场总线网络转移至控制网络。然而，数据 格式转换需要功率，而且提供所需功率以转换数据会导致从现场总线 网络中吸取过多的功率，或导致另外的不希望的接地环路。

需要这样一种系统，即该系统沿着经过该系统的数据格式转换路 径、或经过该系统的供电路径，把数据从现场总线网络转移到控制网 络而不会引入不希望的接地环路。

发明内容

公开了一种用于把从现场总线接口接收到的具有现场总线格式 的数据耦合至网络连接的系统。该系统包括耦合在现场总线接口和桥 接器USB接口之间的数据格式转换器。该转换器将数据转换成USB格 式的数据。耦合器与转换器级联耦合。该耦合器包括第一绝缘屏障。

该系统包括接收USB格式的数据的主机，其包括提供数据至网络 连接的数据服务器接口。该系统还包括在桥接器USB接口和现场总线 接口之间耦合功率的调节器。该调节器包括第二绝缘屏障。通过使用 第一和第二绝缘屏障，数据和功率在现场总线接口和桥接器USB接口 之间被隔离耦合。

在阅读下面的详细说明以及参考相关的附图时，其它特征和优点 将更明显。

附图说明

图1示出了耦合在过程控制总线和网络之间的桥接器和主机数据 服务器。

图2-3示出了桥接器的第一实施例的详细示意图。

图4示出了功率限制器电路的控制流程图。

图5示出了可与主机相连的桥接器的第二实施例，该主机不能提 供为桥接器供电的USB功率。

图6示出了可与主机相连的桥接器600的第三实施例，该主机能 提供为桥接器和现场总线线路供电的USB功率。

具体实施方式

图1示出了一种用于把从现场总线线路104接收的数据102耦合 至网络线路106的系统，其中网络线路106把该数据耦合至网络120。 数据102典型地包括实时过程变量，例如压力、温度、流量、阀门设 置和类似的由现场设备，例如与现场总线线路104连接的过程传送仪 (未示出)或控制阀门(未示出)所产生的变量。另一方面，网络120 典型地包括与现场总线网络相比在更高的系统控制等级上操作的网 络。

需要在现场总线线路104和网络线路106之间传递数据，从而网 络120能够访问来自现场设备的实时数据。如果现场总线线路104被 直接连接至网络线路106(或与其共享公共导线)，则会形成同时向网 络线路106和现场总线线路104引入噪声的电接地环路。该噪声的电 势会导致网络120或与现场总线线路相连的现场设备发生故障。

如下文所述，图1中所示的系统100通过为数据通信提供第一电 化隔离屏障而避免了该直接连接(或共享公共导线)。图1所示的电路 需要用于其自身操作的电功率。如下文所述，图1中的系统100还把 功率耦合经过第二电化隔离屏障，以避免顺着数据格式转换路径和供 电路径的接地环路。