[发明专利]一种通用型HART变送模块及工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变送器，特别涉及一种通用型HART变送模块。

背景技术

HART协议作为一种工业现场总线标准协议，得到了广泛了应用，目前HART型智能仪表的市场占有量已经超过50%，但仍有约40%的仪表采用模拟量或非标准数字协议进行输出，这些仪表将逐步被HART协议或其他数字总线协议所替代。

这些模拟量或非标准数字协议输出的仪表，大多是产量不大的特殊品种规格，或是一些老产品。为使这些特种规格产品升级为HART型智能仪表，一般需要定制与之相配套的电子部件或HART转换模块。此外，随着多参数复合传感器的不断出现，也需要HART变送器模块能实现多参数的测量、计算及输出。这些复合型多参数传感器，也是由普通的压力、差压、温度等传感器构成。

为此，需要设计一种通用型HART变送模块，提供多个测量通道，能与各种传感器相配套，实现将这些特殊规格的仪表或传感器升级为HART型智能变送器。 

通用型HART变送器模块在HART技术推广初期就已有出现。但这些早期的通用HART模块一般只能对单一模拟量进行测量和转换，功能简单，仅支持HART5协议而且安装的命令较少，不可以支持复合型多参数传感器及数字化传感器。

发明内容

本发明是针对现在通用型HART变送器模块兼容性差的问题，提出了一种通用型HART变送模块及工作方法，采用了多通道测量信号测量、转换及动态配置输出的方法，对工业现场的多个过程测量值完成测量、转换及输出，并与上层监控系统建立起了一条双向数字通信通道，使得上层监控系统能够对现场的多个过程测量通道进行组态及实时监测。

本发明的技术方案为：一种通用型HART变送模块，包括了多通道信号采样模块、恒压/恒流激励模块、微处理器模块、HART通信模块、电流输出模块，多通道信号采样模块对多路模拟及数字型传感器进行采样后进行滤波、放大送入微处理器模块；恒压/恒流激励模块接收微处理器模块的控制信号为传感器提供激励电压或电流；微处理器模块对采样信号进行计算、处理及转换后，通过HART通信模块完成HART信号的调制及解调输出到HART主站，通过电流输出模块输出4～20mA环路电流至上层控制系统。

所述多路模拟及数字型传感器可为电压、电流、电阻、频率测量信号及总线数字信号。

一种通用型HART变送模块工作方法，包括通用型HART变送模块，微处理器模块设定输入设备变量与输出动态变量， 每一个输入通道的测量或计算值对应固定且唯一一个设备变量，每个设备变量包括输入通道的测量值、单位、测量限、传感器编号所有通道信息，微处理器模块周期访问多通道信号采样模块，设备变量内通道信息周期性更新；动态变量即为通用型HART变送模块规定的4个数字输出值：PV（第一主变量）、SV（第二主变量）、TV（第三主变量）、QV（第四主变量）四个，其中PV将对应为4～20mA输出，微处理器模块随时选定通道，动态变量将指向并接收对应通道的数字输出值，进而实现多通道测量信号测量转换及动态调整输出。

本发明的有益效果在于：本发明通用型HART变送模块及工作方法，可以同时支持模拟和数字传感器；实现测量/结果到模拟和HART数字输出的动态对应；支持HART通信功能并符合HART协议第六版规范。

附图说明

图1为本发明通用型HART变送模块系统连线图；

图2为本发明通用型HART变送模块硬件模块图；

图3为本发明通用型HART变送模块变量与动态变量之间的关系图；

图4为本发明通用型HART变送模块实施例1框图；

图5为本发明通用型HART变送模块实施例2框图。

具体实施方式

通用型HART变送模块的系统连线如图1所示，传感器101将模拟或数字测量信号传送给通用型HART变送模块102。在系统侧，通用型HART变送模块102输出模拟4～20mA环路电流至上层控制系统103，其中4～20mA可以选择对应任意一个输入通道的测量值。同时完成与HART主设备104之间的数字通信，实现对所有测量过程值的监测，通用型HART变送模块，能够提供多个测量输入通道，同时支持多种传感器输出信号，包括差动电压、单端电压、电流、频率、以及总线数字信号，能与市场上通用的传感器以及复合型多参数传感器相配套。