[发明专利]用于现场设备与现场总线的耦合的总线连接电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于现场设备与现场总线的耦合的总线连接电路。 

背景技术

在过程自动化和过程控制中使用所谓的现场设备，它们在过程进程中例如借助传感器测量过程变量或者借助执行元件控制调节值。 

在此方面，使用在测量和调节技术中使用的不同类型的测量装置，例如像压力、温度、流量和料位测量装置作为传感器。由这些测量装置提供的测量信号一般情况下传送到上级引导或控制中心，其中，信号传送以数字形式在现场设备与引导或控制中心之间通过数据总线进行。在此方面，使用如PROFIBUS、ETHERNET或者Fieldbus Foundation等现场总线。 

总线连接通过总线连接电路或者接线电路进行，它们利用专用的电路，承担通过现场总线通信所需的发射和接收功能的所谓收发信机(Medium Attachment Unit)，特别是进行电平匹配。 

这种收发信机一般情况下利用微处理器、ASIC或者通过FPGA实现。例如西门子公司提供一种ASIC电路SIM 1，利用其能够以较少的外部元件将观场设备连接到现场总线，特别是PROFIBUS上。这样连接的现场设备除了模拟的传感元件外，还包括用于控制应用的微处理器(应用控制器)和用于控制总线连接的随动调节器作为过程控制器。 

现场设备通常不是连接在外部电源上，而是通过数据总线导线供电(总线供电)，也就是说，总线电压作为输入电压施加在总线连接电路上。 

图1示出利用此前提到的ASIC电路SIM1(SIMATIC NET)构成的总线供电的总线连接电路，其将现场设备2连接到这里为PROFIBUS的现场总线3上。 

为了将现场设备2连接到现场总线3上，按照图1，一个耦合和电压调节电路8通过整流电桥4连接在后面称为现场总线的双线芯PROFIBUS 3上。在 整流电桥4与现场总线3的各自一个线芯之间串联连接电源扼流圈D1和保险丝S或者连接电源扼流圈D2。总线电压U_Bus例如可供段耦合器(未示出)使用并例如包括9V至32V的电压范围。 

耦合和电压调节电路8与现场设备2通过用于传送RxD、TxD和RTS数据的数据线L1连接。现场设备2由其上连接有数据线L1的数字元件7和传感元件6组成，所述传感器元件6正如开头所述承担测量装置的功能并通过数据总线L2与数字元件7连接。 

下面称为电路5的上面提到的西门子公司的ASIC电路SIM1在耦合和电压调节电路8中承担现场设备2的数字元件7与现场总线3之间的通信，另外还提供用于本地耗电设备，特别是用于数字和传感元件7和6的多个供电电压，其中，分接在整流电桥上的总线电压U_Bus作为供电电压用于电路5。负总线电位V^-_Bus通过耦合和电压调节电路8的输入端E81输送到电路5，正总线电位V⁺_Bus通过耦合和电压调节电路8的输入端E82为供电输送到电路5的输入端V_E，并通过电容器C3和电阻R7为了耦入现场总线接收信号而输送到电路5的输入端RX_IN。此外，为由双极性晶体管T和测量电阻R6组成的同相调节器通过耦合和电压调节电路8的输入端E83输送正总线电位V⁺_Bus并由电路5调节到恒定的工作电压U_A1上，最好是6.3V上。为此从测量电阻R6输送到电路5的测量输入端M1和M2的电压降中产生控制信号，用于控制晶体管T的基极。可供耦合和电压调节电路8的输出端A81和A83上使用的工作电压U_A1由电容器C1得到支持。 

另外，在电路的输出端V1和V2上调节的3V和5V的供电电压可供外部耗电设备使用，它们各自利用电容器C2或C4得到支持。 

在根据图1的这种应用中，所调节的6.3V的工作电压U_A1这样选择，使其在9V的最小总线电压U_Bus情况下能够可靠地调制现场总线信号。由于现场总线电压U_Bus包括9V至32V的数值范围，所以在总线电压U_Bus较高的情况下(9V)，同相调节器(T、R6)上的剩余电压下降并被转换成热。实践证明，大多数情况下出现比9V明显更高的总线电压U_Bus。 

发明内容