CN103235547A - 模拟输入输出模块 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种模拟输入输出模块，所述模块包括：第一信号处理单元，其被配置为从第一高速可寻址远距离传感器数据中分离由多个高速可寻址远距离传感器发射机输入的模拟信号，将模拟信号转换为数字数据，将第一高速可寻址远距离传感器数据传送至第二信号处理单元，并且将接收自第二信号处理单元的第二高速可寻址远距离传感器数据传送到多个高速可寻址远距离传感器发射机中的至少其中一个；以及第二信号处理单元，其被配置为控制第一信号处理单元并且存储转换结果。

Description

模拟输入输出模块
技术领域
本公开涉及一种模拟输入和输出模块，特别涉及一种施用于PLC（可编程逻辑控制器）的模拟输入和输出模块。
背景技术
通常，PLC***的模拟输入和输出模块（此处关于“模拟I/O模块）为这样的模块，其接收由发射机输出的模拟电信号，执行模拟/数字转换并使其以数字数据的形式输出。
与此同时，伴随着最新增加的对于具有较高功能性且智能的发射机及其有效的管理的需求，需要一种在用于DCS（分布式控制***）和可编程逻辑控制器的发射机之间的通信模块。
大多数用于发射机之间的电流通信协议为HART（Highway AddressableRemote Transducer,高速可寻址远距离传感器）通信协议。该HART通信协议对4-20mA的仪表设备进行后向兼容增强（backward-compatibleenhancement）以允许与智能的，基于微处理器的场设备进行双向通信。HART协议最显著的优点在于，其能够在连接并且共享老旧***的一对金属丝的传统4-20mA的模拟仪表设备上进行通信。该HART协议可作为其中一种当今最流行的工业协议。
HART协议的优势同样在于能够将在带有模拟信号的附加信息中测得的测量值进行数字输出，能够设定不同的参数且能够远程执行发射机的校准。此外，实时的每日故障探测仪器能够对现场情况进行3-D监控。由于HART协议的优势，许多发射机均包含有HART通信功能，并且连接到发射机的DCS使用支持HART通信的产品。
与此同时，快速发展的PLC的性能已经扩展到了DCS领域，因此，由DCS大规模使用的HART通信功能现在同样被PLC所要求。
图1为示出了依据现有技术的采用HART发射机的PLC***的示意图。
参照图1，常规的PLC***包括PLC200以及将PLC200与HART发射机400接合的发射机接口300。
发射机接口300包括接线板模块320，其接收来自HART发射机400的模拟信号以及HART数据并且将模拟信号发射至PLC的模拟I/O模块230；通信模块310，其分离由接线板模块320输入的与模拟信号重叠在一起的HART数据，分析并将HART数据传输至PLC的通信模块220。
PLC200包括通信模块220，其与发射机接口300的通信模块310进行通信，模拟输入模块230，其将接收自接线板模块320的模拟信号转换为数字数据，以及PLC CPU（中央处理单元）210，其连接到用户终端100以执行关于程序和监控的任务。
也就是说，如图1所示，发射机接口300以及通信模块220基本上必须采用由HART发射机400输出的模拟信号和HART数据。发射机接口300将模拟信号传送至模拟输入模块230，并将HART数据传送至PLC通信模块220。在发射机接口300内部的通信模块310必须分离重叠在模拟信号上的HART数据，并将其转换为被传送的通信协议。
这时，PLC200的通信模块220的类型由发射机接口300的通信模块310的协议方法确定，其意味着两个产品必须被用于HART通信，这样导致了成本的增加。
发明内容
本公开已经解决了前述现有技术中的缺点/问题，并且因此，本发明的特定实施例的目的在于提供一种模拟I/O（输入和输出）模块，其被配置为执行在PLC（可编程逻辑控制器）上处理的HART数据，其中能够减少安装成本并且实现简单的***。
在本公开的一个一般方案中，提供一种模拟I/O模块，所述模块包括：第一信号处理单元，其被配置为：从第一HART数据中分离由多个HART发射机输入的模拟信号；将模拟信号转换为数字数据；将第一HART数据传送至第二信号处理单元，并且将接收自第二信号处理单元的第二HART数据传送到多个HART发射机中的至少其中一个，以及第二信号处理单元，其被配置为控制第一信号处理单元并且存储转换结果。
优选的，但不是必需的，所述第一信号处理单元可包括I/O（输入/输出）单元，其被配置为接收由多个HART发射机输入的模拟信号和第一HART数据；转换单元，其被配置为将模拟信号转换为数字数据；通信单元，其被配置为将第一HART数据传送至第二信号处理单元并将接收自第二信号处理单元的第二HART数据传送至I/O单元；以及隔离单元，其被配置为隔离由转换单元和通信单元输出的数据。
优选的，但不是必需的，所述第一信号处理单元可进一步包括滤波单元，其被配置为将模拟信号从第一HART数据中分离。
优选的，但不是必需的，所述I/O单元可形成与多个HART发射机相接的信道，并包括多个端子以接收来自与多个HART发射机相对应的信道的信号。
优选的，但不是必需的，所述I/O单元可对接收自多个端子的模拟信号进行多路传输并且将多路传输的模拟信号提供至转换单元。
优选的，但不是必需的，所述第一信号处理单元可进一步包括切换单元，其被配置为切换并将接收自通信单元的第二HART数据输出至I/O单元的多个端子中的任一端子。
优选的，但不是必需的，所述第二信号处理单元可包括接口单元，其被配置以存储由转换单元转换的数字数据并将所述数字数据传送至高级PLC***；以及控制器，其被配置为解译接收自通信单元的第一HART数据并且将第二HART数据提供至所述通信单元。
优选的，但不是必需的，所述控制器可通过确定所述I/O单元的传送所述第二HART数据的端子来控制切换单元一起被。
依据本公开的所述模拟I/O（输入和输出）模块具有的有益效果在于，HART具有接口能力（interface-capable）的模拟输入模块能够被提供至PLC以允许所述PLC不受发射机接口影响地执行与HART发射机的HART通信，其中用户期望配置的HART通信能够直接地节省成本。
附图说明
附图仅以示例的方式而非限制性地描述了一个以上依据本发明的构思的示例性实施例。在附图中，相似的附图标记表示相同或者类似的元件。
因此，通过下述对特定示例性实施例的详细描述，结合附图，大量潜在实用和有用的示例性实施例将变得非常容易理解，在附图中：
图1为示出了依据现有技术的采用HART发射机的PLC***的结构性示意图；
图2为示出了依据本公开的示例性实施例的PLC***的结构性示意图；以及
图3为示出了依据本公开的实施例的模拟I/O模块的详细结构性示意图。
具体实施方式
通过参照图1至图3，可以最好地理解所公开的实施例及其优点，在各图中使用相似的附图标记表示相似的和相应的部分。对于本领域的普通技术人员来说，经考查以下附图和详细描述，本公开的实施例的其他特征和优点将会或者将变得明显。意图将所有这种附加的特征和优点包括在本公开的实施例的范围内，并由附图保护。此外，示出的附图仅为示例性的并且无意主张或者暗示对于可实现不同的实施例的环境、结构或者过程的任何限制。因此，所描述的方案有意囊括落入本发明的范围和新颖构思内的所有这种替代、改进以及变化。
与此同时，在此使用的术语，仅仅用于描述具体实施例的目的，而无意限制本公开。此处，术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或者重要性，而是用于将一个元件区分于另一个元件。例如，第二组成元件可以被表示为第一组成元件而不会偏离本公开的范围和精神，并且类似地，第一组成元件也可以被表示为第二组成元件。
如在此所使用的，术语“一”在此不表示对于数量的限制，而是表示存在至少一个所提事物。也就是说，如在此所使用的，单数形式的“一”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文另外明确地指出。
应理解的是，当提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接连接到或者直接联接到另一元件或者可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接连接”或“直接联接”到另一元件时，则不存在中间元件。
应当进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”，或者“包括”时，其指明了所述的特征、区域、整体、步骤、运行、元件、和/或部件的存在，但是不排除一个以上其他特征、区域、整体、步骤、运行、元件、部件和/或其组合的存在或者附加。
此外，“示例性”仅意图表示举例的意思，而不表示最好的意思。还应当了解的是，为了简洁和易于理解的目的，在此所描述的特征、层和/或元件图示有相对于彼此的具体尺寸和/或方向，而实际的尺寸和/或方向与所图示的可以基本上不同。
也就是说，在附图中，为了清晰起见可以扩大或者缩小层、区域和/或其他元件的尺寸和相对尺寸。在全文中相似的附图标记表示相似的元件并且将省略相同的说明。如此处可能使用的，术语“大体上”和“大约”为其相应术语和/或事物之间的关系提供了工业上接受的容差。
在下文中，将结合附图详细描述依据本公开的模拟I/O模块。
图2为示出了依据本公开的示例性实施例的PLC***的结构性示意图。
参照图2，依据本公开的PLC***包括连接到用户终端10的PLC（可编程逻辑控制器）20，以及多个HART（高速可寻址远距离传感器）发射机30。
依据本公开的PLC20包括CPU（中央处理单元）21，执行HART接口功能的模拟输入模块22，供电单元23以及其他模块，这些模块是公知的。尽管为了简化的目的，图2仅示出了四个HART发射机30，但是对本领域的技术人员显而易见的是，HART发射机的数量不仅限于此。
依据本公开的模拟I/O模块22同时执行图1中的PLC的发射机接口300和通信模块220的功能，可以了解到的是，图2中的结构已经比图1大大简化。
图3为示出了依据本公开的示例性实施例的模拟I/O模块22的详细结构性示意图。
参照图3，模拟I/O模块22包括模拟信号处理单元40，其接收由HART发射机30输出的信号并且通过将模拟信号从HART数据中分离来进行信号处理，以及数字信号处理单元50，其控制模拟信号处理单元40并存储转换结果。
特别的，模拟信号处理单元40包括I/O单元41，切换单元42，ADC（模拟/数字转换器）43，HART通信单元44，以及隔离单元45。此外，数字信号处理单元50包括接口单元51和控制器52。
I/O单元41对由HART发射机30输出的信号进行多路输出。I/O单元41可形成与多个HART发射机30相接的信道，并且包含多个端子以接收来自对应多个HART发射机30的信道的信号。
切换单元42响应控制器52的控制将由HART通信单元44输出的HART输出信号切换至I/O单元41的预设端子。这样，切换单元42选择配置为传送HART数据的信道，并且选择I/O单元41的端子以使得HART数据被输出。
ADC43将接收自I/O单元41的模拟信号转换为数字数据。HART通信单元44将接收自I/O单元41的HART数据转换为数字数据，并且使得通过来自PLC CPU21的接口单元51和控制器52传送的HART输出信号通过切换单元42由I/O单元41被输出到HART发射机30。
隔离单元45包括多个光耦合器以将模拟信号从数字信号中分离出来以便提高电路的可靠性。数字信号处理单元50的接口单元51接入隔离单元45和PLC CPU21。此外，接口单元51接收来自外部设备的预设参数并且存储模拟信号的转换结果。接口单元51可包括存储器接口，例如，控制器52解译并控制由HART通信单元44传送的信号。
现在，将描述依据本公开I/O模块的运行。
接收自图3中的I/O单元41的与HART数据重叠的模拟信号由HART数据中被分离出来，并且由I/O单元41对接收自多个端子的模拟信号进行多路输出。由I/O单元41进行多路输出的模拟信号被输出到ADC43并被转换为数字数据，并且重叠在模拟信号上的HART数据经由I/O单元41从模拟信号上被分离以被输出到HART通信单元44。最后，依据本公开的模拟信号处理单元40可进一步包括滤波单元（未示出），其将模拟信号从HART数据中分离出来。
由ADC43转换的数字数据通过隔离单元45被存储在接口单元51中，HART通信单元44例如可包括HART调制解调器。HART通信单元44输出由外部设备经由预设的引脚（图1中的ORSC和OCD引脚）输入的HART数据。因此输出的HART数据经由隔离单元45被传送到控制器52。
当用户期望将HART指令传送到HART发射机30时，接收自PLC CPU21的HART指令通过接口单元51被传送至控制器52，并经由控制器52的预定端子通过隔离单元45被传送到HART通信单元44的INTRS和ITXD端子。因此被传送的信号通过HART通信单元44的输出端子被传送到I/O单元41，在这里切换单元42可被放入HART通信单元44的输出终端和I/O单元41之间。切换单元42在HART数据未传送的状态下保持打开状态。I/O单元41的多工操作和切换单元42的切换操作可通过控制器52被控制。
针对用于HART通信的现有设备的附加安装的HART接口模块需要较大的成本，并且在这样的情况下，涉及成本和安装的问题可通过将HART通信功能添加到依据本公开的能够使用现有布线的模拟I/O模块来解决。
连接到依据本公开的PLC20的多个HART发射机30能够容易地了解产品的故障，通过HART通信的故障查找过程以及现场状态使得维护/修理的费用被因此而降低。本公开的有益效果在于，存在的模拟接线可被作为通信信道使用，并且可节省用于装配场总线的布线成本。
这样，对于I/O模块附加HART通信功能以及场总线的优势可通过PLC的I/O模块被利用以降低包括劳动力成本、布线以及终端安装在内的场总线的布线成本，其中期望使用场总线数据的在场位置处的要求能够在合理的成本下被满足。
尽管本公开已经结合多个图示的实施例进行了描述，但是应当理解的是，本领域的技术人员可以设计出落在本公开原理的精神和范围内的许多其他修改和实施例。
更特别地，在本公开、附图和附加的权利要求的范围内，可以对主题组合布置的组成部件和/或布置进行各种变化和修改。除了对组成部件和/或布置的变化和修改以外，对于本领域的技术人员而言替代用途也是显而易见的。

Claims (9)

1.一种模拟输入输出模块，其用于可编程逻辑控制器***中，该可编程逻辑控制器***包括多个高速可寻址远距离传感器发射机，所述模块包括：
第一信号处理单元，其被配置为：
从第一高速可寻址远距离传感器数据中分离由多个高速可寻址远距离传感器发射机输入的模拟信号，
将模拟信号转换为数字数据，
将所述第一高速可寻址远距离传感器数据传送至第二信号处理单元，以及
将接收自所述第二信号处理单元的第二高速可寻址远距离传感器数据传送到多个高速可寻址远距离传感器发射机中的至少其中一个；以及
第二信号处理单元，其被配置为控制所述第一信号处理单元并且存储转换结果。
2.如权利要求1所述的模拟输入输出模块，其中所述第一信号处理单元包括：
输入/输出单元，其被配置为接收由多个高速可寻址远距离传感器发射机输入的模拟信号和第一高速可寻址远距离传感器数据；
转换单元，其被配置为将模拟信号转换为数字数据；
通信单元，其被配置为将第一高速可寻址远距离传感器数据传送至第二信号处理单元并将接收自第二信号处理单元的第二高速可寻址远距离传感器数据传送至输入/输出单元；以及
隔离单元，其被配置为隔离由转换单元和通信单元输出的数据。
3.如权利要求2所述的模拟输入输出模块，其中所述第一信号处理单元进一步包括滤波单元，其被配置为将模拟信号从第一高速可寻址远距离传感器数据中分离。
4.如权利要求2所述的模拟输入输出模块，其中所述输入/输出单元形成与多个高速可寻址远距离传感器发射机相接的信道，并包括多个端子以接收来自与多个高速可寻址远距离传感器发射机相对应的信道的信号。
5.如权利要求4所述的模拟输入输出模块，其中所述输入/输出单元对接收自多个端子的模拟信号进行多路传输并且将多路传输的模拟信号提供至转换单元。
6.如权利要求4所述的模拟输入输出模块，其中所述第一信号处理单元进一步包括切换单元，其被配置为切换并将接收自通信单元的第二高速可寻址远距离传感器数据输出至输入/输出单元的多个端子中的任一端子。
7.如权利要求2所述的模拟输入输出模块，其中所述第二信号处理单元包括：
接口单元，其被配置以存储由转换单元转换的数字数据并将所述数字数据传送至高级可编程逻辑控制器***；以及
控制器，其被配置为解译接收自通信单元的第一高速可寻址远距离传感器数据并且将第二高速可寻址远距离传感器数据提供至所述通信单元。
8.如权利要求6所述的模拟输入输出模块，其中所述第二信号处理单元包括：
接口单元，其被配置以存储由转换单元转换的数字数据并将所述数字数据传送至高级可编程逻辑控制器***；以及
控制器，其被配置为解译接收自通信单元的第一高速可寻址远距离传感器数据并且将第二高速可寻址远距离传感器数据提供至所述通信单元。
9.如权利要求8所述的模拟输入输出模块，其中所述控制器通过确定所述输入/输出单元的传送所述第二高速可寻址远距离传感器数据的端子来控制切换单元。
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