CN107534624B - 用于自动切入或切出hart设备的通信电阻器的方法 - Google Patents

Abstract

用于自动连接或断开HART设备(1)的通信电阻器的方法，包括以下步骤：‑在电流回路(3)上发送测试信号；‑从电流回路(3)读取测试电压信号，该测试电压信号基于所发送的测试信号；‑比较测试电压信号与参考信号(11b)；‑如果测试电压超过参考信号(11b)，则将通信电阻器(6)连接到电流回路(3)中。

Description

用于自动切入或切出HART设备的通信电阻器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于自动切入或切出HART设备(例如，HART通信盒子)的通信电阻器的方法。

背景技术

在过程技术以及自动化技术中，经常应用现场设备，所述现场设备用于记录和/或影响过程变量。用于记录过程变量的是测量设备，诸如，例如，填充水平测量设备、流量测量设备、压力和温度测量设备、pH测量设备、导电率测量设备等，其分别记录对应的过程变量、填充水平、流量、压力、温度、pH值、以及导电率。用于影响过程变量的是致动器，诸如，阀或泵，经由所述致动器改变例如管道中的液体的流量或者容器中的介质的填充水平。原则上，称作现场设备的是应用在过程附近以及传递、或处理过程相关的信息的所有设备。大量这样的现场设备可从Endress+Hauser集团公司获得。与本发明相关的，现场设备概念指代所有类型的测量设备和致动器。然而，进一步，现场设备概念还包括例如网关、无线适配器或总线系统中集成/可集成的其他总线参与者。

在这样的情况下，发生来自控制系统的控制，该控制系统经由数据总线与单独的现场设备连接。控制所需的全部信息经由数据总线——也称作现场总线——来在控制系统与现场设备之间交换。

经常应用的数据总线或现场总线根据

机构的HART标准来工作。根据HART标准工作的现场设备还称作HART设备。

除了传输测量值之外，现场设备还允许传输存储在现场设备中的其他类型的信息，信息诸如是配置数据和/或参数数据(零点、测量值范围等)、测量曲线以及诊断信息。参数能够由控制系统设置或者来自服务设备和显示设备。

该过程还称作现场设备的配置和/或参数化。用于此的数据称作配置数据和/或参数化数据。

在每次初始安装的情况下或者在设备替换的情况下，必须配置和/或参数化现场设备。

为此，服务和/或观察软件最为频繁地在便携式计算单元(PC、膝上型计算机)上运行，该便携式计算单元例如经由USB接口或者串行COM接口(例如，RS232、RS485)来与连接到现场总线的装置——所谓的HART通信盒子——连接，以用于传输配置数据和/或参数化数据。

为了建立符合在这样的HART通信盒子与现场设备之间的通信的HART标准，要求阻抗匹配，因为在对应的电流回路中仅仅允许这样的所谓的“低阻抗”(首字母缩写词：LI)安装。

因为当前的现场设备具有“低阻抗”和“高阻抗”(首字母缩写词：HI)接口两者，服务技术人员必须注意HART通信盒子适当地匹配并且连接到电流回路。在对应的通信电阻器(还称作负载)可通过开关切入的情况下，这能够例如使用特别的HART通信盒子来发生。可替代地，服务技术人员能够手动地将对应的电阻器引入到现有的安装中。

两种变体均假设服务技术人员知晓是否必须连接通信电阻器，或者通信电阻器是否已经存在并且因而并非一定要切入。

在两种变体的情况下，例如，通过错误地定位HART通信盒子的手动开关或者还通过手动引入实际上不需要的附加的通信电阻器，可能产生如下问题：

1.)如果在安装中，例如在电流回路中，在两个通信电阻器不应该被并联连接时被并联连接，阻抗以及所伴随的信号——即，信号幅度——可能以不再可能通信的方式减少。

2.)如果在安装中不存在通信电阻器并且两个“高阻抗”设备连接在一起，信号——即，信号幅度——变得更大并且通信盒子的输入可能过载。这可能导致通信问题或者甚至彻底损失通信。

发明内容

本发明的目的是实现尽可能无缺陷的HART通信连接。

该目的通过方法和HART设备来实现。

对于该方法，该目的通过一种用于自动切入或切出HART设备的通信电阻器的方法来实现，其中该方法具有如下步骤：

-在电流回路上发送测试信号；

-从电流回路读取测试电压信号，该测试电压信号基于所发送的测试信号；

-比较测试电压信号与参考信号；

-当测试电压超过参考电压时将通信电阻器连接到电流回路中。

根据本发明，因而，HART设备——例如，HART通信盒子——的通信电阻器被切入或切出。自动切入或切出通信电阻器——即，负载——确保了尽可能无缺陷的通信连接并且防止了上述问题。因而，HART设备的应用被简化并且其操作性提高。

本发明的方法的实施例的有利的形式提供将HART通信内的前导用作测试信号。

HART协议基于数据电报的传输，所述数据电报由所谓的前导阶段引入，其中发射至少五个到至多20个值为0×FF的字符。在这样的情况下，前导用作主与从之间的同步。

本发明的方法的实施例的有利形式提供在将所读取的测试电压信号与参考信号进行比较之前对所读取的测试电压信号进行滤波。在这样的情况下，第一变体提供测试电压信号通过具有约1200Hz的中心频率的带通滤波器进行滤波，以及第二或替选变体提供测试电压信号通过具有约1200Hz的限制频率的低通滤波器进行滤波。

本发明的方法的实施例的有利形式提供比较测试电压信号与参考信号在预定义持续时间中进行，并且仅仅在对于该预定义持续时间测试电压信号超过参考信号时连接通信电阻器。

本发明的方法的实施例的另一有利形式提供在发送测试信号之前切出通信电阻器。

本发明的方法的实施例的另一有利形式提供在切入通信电阻器之后使用载波检测信号用于校验，并且在载波检测信号指示有效载波信号时保持通信电阻器切入。尤其，能够提供在载波检测信号指示无效载波信号时切出通信电阻器。

对于HART设备，该目的通过具有通信电子器件的HART设备来实现，该通信电子器件被设计用于执行本发明的上述方法。

附图说明

现在将基于所附附图来更详细地解释本发明，本发明的附图如下所示：

图1现有技术中已知的使用通信电阻器来连接到电流回路或控制回路的HART通信盒子的示意性表示；

图2HART通信盒子的示意性表示，该HART通信盒子经由通信电阻器连接到电流回路或控制回路的示意性表示；以及

图3按照具有通信电子器件的HART通信盒子的形式的本发明的HART设备的示意性表示，该通信电子器件被设计为用于执行本发明的方法。

具体实施方式

图1和2示出了现有技术中已知的连接到电流回路或控制回路3的HART通信盒子1的两种连接变体。在这样的情况下，为解释目的而选择HART通信盒子1。然而，原则上，本发明可应用于任意HART设备。

图1和2进一步示意性地示出了在至少一个现场设备4经由电流回路3来与至少一个上级单元——例如，控制系统，或者如图1中所示的服务单元2——连接的情况下，原则上的安装。

在图1中，遵守HART通信所要求的通信电阻器6位于HART通信盒子内并且不单独示出。

与此相比，图2示出了在电流回路3中已经存在所要求的通信电阻器6——例如，由服务技术人员手动引入的通信电阻器——的情况下的安装。在此情况下，电压信号通过HART通信盒子1而分接跨越该电阻器。

图1中所示的HART通信盒子1以及还有图2中所示的HART通信盒子1两者都具有例如根据USB标准来具体化的第一接口15、以及以连接端子形式的第二接口16。

第一接口15连接HART通信盒子1与服务单元2，其用于现场设备4的配置和/或参数化。图1中所示的USB连接为仅仅示意形式，并且其他形式的通信连接——例如，RS232、蓝牙等——同样提供选项。

HART通信盒子1经由第二接口16连接到电流回路3。典型地，为此，第二接口16以连接端子的形式来实现。

经由两个接口15和16，HART通信盒子1数据传导地连接便携式计算单元——例如，服务单元2——与电流回路3，使得经由其上正运行对应地提供的服务软件和/或观察软件的服务单元2、和电流回路3，可能与连接到电流回路3的现场设备4通信。

图3示出了本发明的HART设备的示意性表示，即具有位于通信盒子内的通信电子器件的HART通信盒子1。通信电子器件包括计算单元，例如微处理器13，和HART调制解调器9，其共同实现第一接口15与第二接口16之间的数据——特别是配置数据和/或参数化数据——的传送。以此，在根据USB标准具体化的第一接口15与根据HART标准具体化的第二接口16之间传送配置数据和/或参数化数据。

为了能够实施以下所述的本发明的方法，通信电子器件进一步包括：通信电阻器，其能够经由微处理器操作的开关来自动连入或连出；以及比较器。附加地，通信电子设备包括滤波元件，例如，带通滤波器或低通滤波器。滤波元件用于滤掉例如由外部EMC效应所产生的干扰信号，并且因而用于防止对感兴趣的信号的无意影响。然而，原则上，本发明还能够在没有滤波元件的情况下实施。

本发明的方法假定以“高阻抗”状态中的HART通信盒子1开始，即，通信电阻器6正常切出。以此方式，必须识别仅仅错误场景：两个HI设备的缺陷连接，因而，例如，没有通信电阻器切入、即通信电阻器被切出的HI现场设备和HART通信盒子。两个HI设备的连接导致HART信号的信号电平太高。这可以通过峰值分析来识别。为了执行该分析，经由连接端子来从HART通信盒子1发送测试信号并且接着读回基于所发送的测试信号的测试电压信号。合时宜地，使用由三个或更多个0xFF十六进制数组成的前导，在该情况下，其用于同步以及测试信号两者。

为了尽可能防止无意地或者错误地切入通信电阻器6，对来自HART通信盒子1的连接端子的测试电压信号(典型地，1200Hz的信号)进行滤波是有利的。接着将该滤波的信号馈送到比较器12。

比较器12用于将测试电压信号与参考信号或者与参考电平进行比较。在其中超过例如参考电平的参考信号的情况下，连接到比较器的微处理器能够使用此作为用于经由开关来切入通信电阻器的切换信号。典型地，由微处理器切入通信电阻器仅仅在对于预定持续时间参考电平已被超过之后执行。以此方式，能够最小化干扰效应(EMC等)。

为了使得能够校验所执行的措施，有利地，使用载波检测信号，其从HART调制解调器9输出。载波检测信号是控制信号，其根据标准由HART调制解调器9产生并且显示其能够接收数据。典型地，该信号能够仅仅假设逻辑状态“高”或“低”，或二进制1或二进制0。

在其中存在有效载波检测信号的情况下，能够从中假设经由连接端子接收的信号没有错误。因而，当载波检测信号假设逻辑二进制1或“高”时，认为措施以及因而切入通信电阻器6是成功的。形成比较的情况是其中载波检测信号假设逻辑二进制0，基于此认为措施是不成功的并且将切入的通信电阻器6重新切出。

附图标记列表

1 HART设备、或HART通信盒子

2 服务单元

3 电流回路、或控制回路

4 现场设备

5 测量值发送器、电源

6 通信电阻器、或负载

7 连接端子

8 开关

9 HART调制解调器

10 滤波器

11 参考信号

12 比较器

13 计算单元、微控制器

14 载波检测信号

15 第一接口

16 第二接口

Claims (17)

1.一种用于通过自动地切入或切出HART设备(1)的通信电阻器来建立符合在过程自动化的HART设备与现场设备之间的通信的HART标准的方法，其中所述HART设备经由连接端子连接到电流回路，其中所述现场设备连接到所述电流回路，并且其中电源连接到所述电流回路，所述方法包括如下步骤：

-通过所述HART设备经由所述连接端子在所述电流回路(3)上发送测试信号；

-经由所述HART设备的所述连接端子从所述电流回路(3)读取测试电压信号，所述测试电压信号基于所发送的测试信号；

-比较所述测试电压信号与参考信号(11b)；

-当所述测试电压信号超过所述参考信号(11b)时，将所述通信电阻器(6)连接到所述电流回路(3)中。

2.如权利要求1所述的方法，其中，将HART通信中的前导用作测试信号。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，在将所读取的测试电压信号与所述参考信号进行比较之前，对所读取的测试电压信号进行滤波。

4.如权利要求3所述的方法，其中，通过中心频率为1200Hz的带通滤波器对所述测试电压信号进行滤波。

5.如权利要求3所述的方法，其中，通过限制频率为1200Hz的低通滤波器对所述测试电压信号进行滤波。

6.如权利要求1-2、4-5中的一项所述的方法，其中，所述比较所述测试电压信号与参考信号(11b)在预定义持续时间中进行，并且仅仅在对于所述预定义持续时间所述测试电压信号超过所述参考信号(11b)时连接所述通信电阻器(6)。

7.如权利要求3所述的方法，其中，所述比较所述测试电压信号与参考信号(11b)在预定义持续时间中进行，并且仅仅在对于所述预定义持续时间所述测试电压信号超过所述参考信号(11b)时连接所述通信电阻器(6)。

8.如权利要求1-2、4-5、7中的一项所述的方法，其中，在发送测试信号之前，切出所述通信电阻器(6)。

9.如权利要求3所述的方法，其中，在发送测试信号之前，切出所述通信电阻器(6)。

10.如权利要求6所述的方法，其中，在发送测试信号之前，切出所述通信电阻器(6)。

11.如权利要求1-2、4-5、7、9-10中的一项所述的方法，其中，在切入所述通信电阻器(6)之后，使用载波检测信号(14)用于校验，并且在所述载波检测信号(14)指示有效载波信号时，保持切入所述通信电阻器(6)。

12.如权利要求3所述的方法，其中，在切入所述通信电阻器(6)之后，使用载波检测信号(14)用于校验，并且在所述载波检测信号(14)指示有效载波信号时，保持切入所述通信电阻器(6)。

13.如权利要求6所述的方法，其中，在切入所述通信电阻器(6)之后，使用载波检测信号(14)用于校验，并且在所述载波检测信号(14)指示有效载波信号时，保持切入所述通信电阻器(6)。

14.如权利要求8所述的方法，其中，在切入所述通信电阻器(6)之后，使用载波检测信号(14)用于校验，并且在所述载波检测信号(14)指示有效载波信号时，保持切入所述通信电阻器(6)。

15.如权利要求11所述的方法，其中，在所述载波检测信号(14)指示无效载波信号时，切出所述通信电阻器(6)。

16.如权利要求12-14中的一项所述的方法，其中，在所述载波检测信号(14)指示无效载波信号时，切出所述通信电阻器(6)。

17.具有通信电子器件的HART设备，所述通信电子器件被设计成执行如权利要求1-16中的任一项所述的方法。

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