[发明专利]一种模拟电流与现场总线信号的智能转换装置

说明书

技术领域

本发明属于工业自动化领域，特别涉及现场总线技术在产品上开发应用的一种模拟电流与现场总线信号的智能转换装置。

背景技术

现场总线技术在产品上开发应用还没有形成一个品种齐全、功能完善的产品系列；由于目前存在多种现场总线标准，使得现有的产品还不能完全满足用户的需要，因此一些暂时市场上还没有的现场总线规格的仪表只能使用常规4～20mA信号设备。另外一个重要的原因是，对于用户来说，尽管现场总线系统有着这么多的优点，但工程费用也是他们是否采纳该产品的考虑因素之一。现场总线智能仪表目前较常规仪表价格高出15％左右，在相对于可以使用非智能仪表的分散控制系统(DCS)中，即使考虑到接口卡等元件和电缆的节省后，现场总线系统硬件开支仍可能比使用非智能仪表的DCS有所增加，所以一些用户在不重要的位置还愿意使用非智能仪表来节省投资。第三，对于项目改造，许多常规4～20mA信号设备还不能一概废弃，必须利用部分原有的常规4～20mA信号设备，于是一种“混合型”方案在现阶段是一种极为经济、合理的系统数字化改造的解决方案。对此，一个很好的解决的办法是通过一种转换装置将传统的模拟信号仪表“转接”到现场总线上来，这样，既发挥了现场总线技术的各种优势，同时又大大节省了成本，特别是对于系统改造用户来说，可以很好地利用现有的模拟信号仪表。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟电流与现场总线信号的智能转换装置，其特征在于，该智能转换装置是一种将4～20mA标准电流信号转换为WorldFIP现场总线数字信号的转换装置，即把采集来的4～20mA的模拟电流信号转换为符合WorldFIP现场总线协议的数字信号，完成与现场总线之间的通信；同时完成实时计算，就地控制的基本任务，所述智能转换装置包括转换模块、主模块、显示模块及其软件设计；主模块分别与转换模块、显示模块连接，并且主模块将传统的模拟信号仪表“转接”到WorldFIP现场总线上；

所述主模块包含微处理器、通信模块及通信接口单元；通信模块的地址总线A[0:8]和数据地址复用总线AD[0:7]分别连接微处理器的地址总线A[0:8]和D[0:7]，及与微处理器内部存储器片选线接地，两者采用共享512字节存储器的交换信息。

所述转换模块包括多路开关、信号调理、A/D转换器及信号隔离构成，多路开关的功能是将多个通道的信号传送道公共数据线上，通过CPU对三个控制管脚A、B、C以及使能信号的控制来选择任意一路从管脚COM端输出，将来自常规仪表的4～20mA标准信号，经信号调理，转换为适合A/D转换器转换的电压，经信号隔离后，以数字量的形式送往主模块处理。

所述显示模块选用字符型LCD点阵模块作显示器件；提供LCD显示屏的驱动信号和一个简单的并行接口与微处理器总线连接；显示模块根据来自主模块的信号，在显示各种数据的同时还显示各种故障信息。

所述软件设计采用“三模块”法，即：通信库、主程序模块、中断子程序模块；主程序模块是软件设计的核心部分，起着组织和连接其他各模块及子模块的作用；硬件初始化程序包括RAM自检、堆栈指针的设置、中断优先级及中断矢量的设置、输入输出端口的配置、对MICROFIP的初始化等；变量的初始化包括变量和报文的定义以及控制参数的初始值等。

所述A/D转换器在选择时考虑的主要指标为分辨率、量化误差、线性误差、零位误差及转换时间。

本发明的有益效果，该装置可将仪表控制系统中广泛使用的规4～20mA信号设备转接到WorldFIP现场总线上，使传统的模拟信号设备融入到网络化的数字控制系统中，充分利用现有的设备实现了系统的改造，大大降低了成本和投资；具有如下特点：

1)该装置具有智能化，具有输入信号自动校正、非线性补偿、数字滤波等功能，修正和克服了所连接的各类模拟电流设备引进的误差和干扰，从而提高了装置的的测量转换精度；

2)该装置具有自测试和自诊断功能，通过现场总线网络可为用户提供诊断信息，提高了装置自身的信息化程度；

3)具有可扩展的就地控制功能，装置内设计了基于功能块组态技术的功能块应用软件，为基于现场总线技术的全分布式控制的实现创造了条件。

附图说明

图1为智能转换装置的结构。

图2为转换模块结构和组成。

图3模拟/数字转换器ADS1110。

图4为AT91M40800结构。

图5为主模块的微处理器子模块设计图。

图6为智能转换装置的通信子模件。

图7为微处理器模件与通信子模件的连接电路。