ТРАНСМИТТЕР С ДВУХПРОТОКОЛЬНЫМ ИНТЕРФЕЙСОМ Российский патент 2009 года по МПК G08C19/02 

Предпосылки изобретения

Настоящее изобретение относится к области управления процессами. Более конкретно, настоящее изобретение относится к полевым устройствам, используемым в технике управления процессами, которые осуществляют связь с использованием двухпроводных контуров управления процессом.

Полевые устройства, такие как трансмиттеры, используются в технике управления процессами, чтобы дистанционно считывать параметры процесса. Параметры процесса могут передаваться в зал управления для использования в управлении процессом или для обеспечения устройства управления информацией о работе процесса. Например, информация, относящаяся к давлению технологического флюида, может быть передана в зал управления и может использоваться для управления процессом, таким как перегонка нефти. Другим типом полевого устройства является, например, устройство управления клапаном.

Типовой способ предшествующего уровня техники, обеспечивающий передачу информации, включает управление величиной тока, протекающего в контуре управления процессом. Ток подается из источника тока в зале управления, и трансмиттер управляет током из своего местоположения в условиях эксплуатации. Например, сигнал, равный 4 мА, может использоваться для указания нулевого отсчета, а сигнал, равный 20 мА, может использоваться для указания отсчета полной шкалы. В последнее время трансмиттеры использовали цифровые схемы, которые осуществляют связь с залом управления, используя цифровой сигнал, который накладывается на аналоговый сигнал тока, протекающего в контуре управления процессом. Некоторые методы предусматривают посылку только цифровых сигналов. Одним из примеров такого метода является протокол HART^® связи, предлагаемый Rosemount Inc. Протокол HART^® и другие такие протоколы обычно включают набор команд или инструкций, которые могут быть посланы на трансмиттер, чтобы вызвать требуемый отклик, такой как управление трансмиттера или запрос.

Fieldbus является протоколом связи, предложенным компанией Fieldbus Foundation и ориентированным на определение уровня информационного обмена или протокола для передачи информации в контуре управления процессом. В протоколе Fieldbus ток, протекающий в контуре, не используется для передачи аналогового сигнала. Вместо этого вся информация передается цифровым способом. Дополнительно стандарт Fieldbus позволяет конфигурировать трансмиттеры с многоабонентскими линиями, когда с одним контуром управления процессом соединяется более чем один трансмиттер.

Стандарт Fieldbus является спецификацией, опубликованной компанией Fieldbus Foundation. Спецификация интерфейса процесса определена в "Fieldbus Foundation, Fieldbus Specification, Fieldbus Block Application Process Parts 1 and 2", Документы FF-94-890 и FF-94-891, Версия H1 Final 2.0, 2 января 1996. Стандарт Fieldbus является открытым стандартом, который обеспечивает взаимодействие между аппаратными средствами ввода/вывода процесса и интерфейсом Fieldbus через произвольное количество каналов данных, причем каждый канал имеет произвольное количество связанных с ним параметров. Спецификация интерфейса Fieldbus процесса (блок преобразователей) выглядит, как показано в таблице 1:

Таблица 1   Данные канала   Параметр 1   Параметр 2   Параметр 3   •   •   •   Параметр N  

Схемы интерфейса Fieldbus в трансмиттере считывают и записывают данные канала и параметры 1-N посредством констант программного обеспечения, называемых "функциональными блоками" в Fieldbus Foundation Specification.

Сущность изобретения

Двухпроводной трансмиттер процесса для использования в управлении индустриальным процессом включает в себя схемы связи HART, конфигурированные для связи с двухпроводным контуром управления процессом и работы согласно протоколу связи HART. Схемы связи HART полностью питают трансмиттер электроэнергией, полученной из двухпроводного контура управления процессом. Схемы связи Fieldbus или Profibus конфигурированы для связи с двухпроводным контуром управления процессом и работы согласно протоколу связи Fieldbus или Profibus, и полностью питают трансмиттер электроэнергией, полученной из двухпроводного контура управления процессом. Первая пара электрических выводов предназначена для соединения схем связи HART с двухпроводным контуром управления процессом в первой конфигурации, а вторая пара электрических выводов предназначена для соединения схем связи Fieldbus или Profibus с двухпроводным контуром управления процессом в альтернативной второй конфигурации.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схема системы управления процессом, содержащей трансмиттер согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 - вид в перспективе трансмиттера, показанного на фиг.1, со снятой крышкой.

Фиг.3 - упрощенная блок-схема, показывающая электрические схемы трансмиттера, представленного на фиг.2.

Подробное описание

На фиг.1 показана схема системы 10 управления процессом, которая содержит трансмиттер 12, соединенный с трубой 16 процесса. Трансмиттер 12 соединен с двухпроводным контуром управления процессом, который работает согласно стандарту Fieldbus или HART. Двухпроводной контур 18 управления процессом проходит между трансмиттером 12 и залом 20 управления. В варианте осуществления, в котором контур 18 работает согласно протоколу HART, контур 18 может переносить ток I_L , который отображает считываемый параметр процесса. Дополнительно протокол HART позволяет накладывать цифровой сигнал на ток, протекающий в контуре 18, так что цифровая информация может посылаться на трансмиттер 12 или приниматься от него. При работе согласно стандарту Fieldbus контур 18 переносит цифровой сигнал и может быть связан с множеством полевых устройств, таких как другие трансмиттеры.

Настоящее изобретение обеспечивает трансмиттер с многопротокольным интерфейсом, в котором трансмиттер 12 может быть связан с контуром 18 согласно протоколу HART связи или протоколу Fieldbus связи. На фиг.2 представлен вид в перспективе трансмиттера 2, в котором одна торцевая крышка удалена с функционального модуля 40. Функциональный модуль 40 соединен с системным модулем 42, который соединен с трубой 16 процесса (не показано на фиг.2) через различные соединения 44 процесса.

Функциональный модуль 40 включает блок 50 выводов, имеющий первую пару 52 электрических выводов и вторую пару 54 электрических выводов. Каждая пара 52 или 54 выводов выполнена с возможностью соединения с двумя проводами двухпроводного контура 18 управления процессом. Электрические выводы 52 предназначены для соединения с контуром 18, когда контур 18 работает согласно протоколу HART, тогда как электрические выводы 54 альтернативно предназначены для соединения с контуром 18, когда контур работает согласно протоколу Fieldbus. Подвижная пластинка 60 скользит вдоль дорожек 62 и выборочно покрывает выводы 52 или 54, так что только один набор выводов (выводы 52 или 54) может быть доступен в каждый данный момент времени. Это предотвращает соединение оператором трансмиттера 12 одновременно с двумя контурами управления процессом.

На фиг.3 представлена упрощенная блок-схема, показывающая электрические схемы трансмиттера 12 согласно возможному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.3, системный модуль 42 содержит датчик 80 параметра процесса, который соединен со схемой 82 связи по протоколу HART через соединение измерительных схем. Схема 82 связи по протоколу HART соединена с выводами 52 блока 50 выводов. Схема связи локальной шины также предусмотрена в системном модуле 42, который осуществляет связь по локальной шине 84 со схемой связи локальной шины в схеме 86 связи по протоколу Fieldbus, расположенной в функциональном модуле 40. Схема 86 связи по протоколу Fieldbus соединена с выводами 54 и с необязательным локальным устройством 90. Возможным примером локального устройства 90 является дисплей для отображения информации с трансмиттера 12.

В процессе работы контур 18 управления процессом соединен с электрическими выводами 52 для осуществления связи согласно протоколу HART или с выводами 54 для осуществления связи согласно протоколу Fieldbus. При соединении с выводами 54 схема 86 связи по протоколу Fieldbus получает электропитание с контура 18 управления процессом, чтобы полностью обеспечивать питание трансмиттера 12. Схема 86 осуществляет связь со схемой 82 посредством локальной шины 84 и обеспечивает электропитание схемы 82. Измерения параметра процесса осуществляются с использованием датчика 80 и выдаются в схему связи по протоколу Fieldbus по шине 84. Измеренный параметр процесса или информация относительно параметра процесса могут быть переданы цифровым способом согласно протоколу Fieldbus схемой 86 связи по протоколу Fieldbus через выводы 54 и через контур 18 управления процессом. Схема 86 связи по протоколу Fieldbus может обеспечить питание операционного локального устройства 90 и осуществление связи с ним. Например, локальное устройство 90 может содержать локальный дисплей для отображения информации с трансмиттера 12, такой как информация относительно измеренного параметра процесса, информацию о конфигурации и т.д.

С другой стороны, когда контур управления процессом соединен с электрическим выводом 52, схема 82 связи по протоколу HART получает электропитание с контура 18, чтобы полностью обеспечивать питание трансмиттера 12. Измерение параметра процесса осуществляется с использованием датчика 80, и результаты измерения могут быть переданы в аналоговом или в цифровом формате, как изложено в протоколе HART, в контуре 18 управления процессом через электрические выводы 52. При такой конфигурации электропитание обеспечивается для необязательного локального устройства 90 через локальную шину 84 и через схему 86 связи по протоколу Fieldbus. В некоторых вариантах осуществления компоненты схемы связи по протоколу Fieldbus получают электропитание со схемы 82 связи по протоколу HART для реализации дополнительных функциональных возможностей. Схема 82 связи по протоколу HART может обеспечить локальный вывод, например, на локальный дисплей, используя локальное устройство 90.

Конфигурация настоящего изобретения не требует переключателя, чтобы выборочно соединять единственную пару входных выводов со схемой связи по протоколу Fieldbus или HART. Вместо этого обеспечиваются две отдельные пары электрических соединений, которые соединяются со схемой 86 связи по протоколу Fieldbus или со схемой 82 связи по протоколу HART. Это обеспечивает простую реализацию, которая не восприимчива к отказам переключателя. Кроме того, так как выводы выполнены с возможностью использования только одной пары в каждый данный момент времени, то уменьшается вероятность ошибки пользователя. Эта конфигурация достигается при использовании подвижной пластинки 60, которая блокирует другую пару выводов. Схема, соответствующая настоящему изобретению, может конфигурироваться требуемым способом, и блок-схема, представленная на фиг.3, является только примерной. Примерные реализации изложены в патенте США №6457367 от 1 октября 2002; патенте США №6484107 от 19 ноября 2002; патенте США №6487912 от 3 декабря 2002; патенте США №6504489 от 7 января 2003; заявке США №09/520292, зарегистрированной 7 марта 2000; заявке США №09/564506, зарегистрированной 4 мая 2000; заявке США №09/638181, зарегистрированной 31 июля 2000; заявке США №09/667399, зарегистрированной 21 сентября 2000; заявке США №09/667289, зарегистрированной 22 сентября 2000; заявке США №09/671130, зарегистрированной 27 сентября 2000; заявке США №09/867961, зарегистрированной 30 мая 2001; заявке США №29/149556, зарегистрированной 11 октября 2001; заявке США №29/149555, зарегистрированной 11 октября 2001; и заявке США №10/125286, зарегистрированной 18 апреля 2002.

В другом варианте осуществления схема 86 содержит схему связи по протоколу Profibus, так что трансмиттер 12 может соединяться с двухпроводным контуром управления процессом, который работает согласно стандарту связи по протоколу Profibus.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалистам в данной области техники понятно, что изменения по форме и в деталях без отклонения от сущности и объема изобретения допустимы.

Изобретение относится к области автоматики, в частности к дистанционному управлению промышленными процессами. Двухпроводной трансмиттер (12) процесса для использования при контроле промышленного процесса (10) содержит схему (82) связи по протоколу HART и схему (86) связи по протоколу Fieldbus для соединения с двухпроводным контуром (18) управления процессом. Первая пара (52) электрических выводов обеспечивает соединение схемы (82) связи по протоколу HART с двухпроводным контуром (18) управления процессом в первой конфигурации, а вторая пара (54) электрических выводов обеспечивает соединение схемы (86) связи по протоколу Fieldbus с двухпроводным контуром (18) управления процессом в альтернативной второй конфигурации. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства. 5 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Двухпроводной трансмиттер процесса для использования при контроле промышленного процесса, содержащий:
схему связи по протоколу HART, выполненную с возможностью соединения с двухпроводным контуром управления процессом и работы согласно протоколу HART связи, а также полного питания трансмиттера электроэнергией, полученной из двухпроводного контура управления процессом;
схему связи по протоколу Fieldbus, выполненную с возможностью соединения с двухпроводным контуром управления процессом и работы согласно протоколу Pieldbus связи, а также полного питания трансмиттера электроэнергией, полученной из двухпроводного контура управления процессом;
первую пару электрических выводов, предназначенных для соединения схемы связи по протоколу HART с двухпроводным контуром управления процессом в первой конфигурации; и
вторую пару электрических выводов, предназначенных для соединения схемы связи по протоколу Fieldbus с двухпроводным контуром управления процессом в альтернативной второй конфигурации.

2. Трансмиттер по п.1, содержащий датчик, соединенный со схемами связи по протоколам HART и Fieldbus для считывания параметра процесса.

3. Трансмиттер по п.1, содержащий локальное устройство, которое полностью запитывается электроэнергией, полученной из контура управления процессом.

4. Трансмиттер по п.2, в котором локальное устройство содержит дисплей.

5. Трансмиттер по п.2, в котором локальное устройство соединено со схемой связи по протоколу Fieldbus.

6. Трансмиттер по п.1, содержащий подвижную пластинку, размещенную с возможностью перемещения над первой парой электрических выводов и второй парой электрических выводов, за счет чего обеспечивается доступ только к одной паре электрических выводов в каждый данный момент времени.

7. Трансмиттер по п.1, содержащий датчик, электрически соединенный со схемой связи по протоколу HART.

8. Трансмиттер по п.1, содержащий локальную шину, которая электрически соединяет схему связи по протоколу HART со схемой связи по протоколу Fieldbus.

9. Трансмиттер по п.1, в котором схема связи по протоколу Fieldbus обеспечивает электроэнергию для схемы связи по протоколу HART, когда контур управления процессом соединен со второй парой выводов.

10. Трансмиттер по п.1, в котором схема связи по протоколу HART обеспечивает электроэнергию для схемы связи по протоколу Fieldbus, когда контур управления процессом соединен с первой парой электрических выводов.

11. Двухпроводной трансмиттер процесса для использования при контроле промышленного процесса, содержащий:
средство связи по протоколу HART для соединения с двухпроводным контуром управления процессом, работы согласно протоколу HART связи и полного питания трансмиттера электроэнергией, полученной из двухпроводного контура управления процессом;
средство связи по протоколу Fieldbus для соединения с двухпроводным контуром управления процессом, работы согласно протоколу Fieldbus связи и полного питания трансмиттера электроэнергией, полученной из двухпроводного контура управления процессом;
первое средство электрических выводов для соединения схемы связи по протоколу HART с двухпроводным контуром управления процессом в первой конфигурации; и
второе средство электрических выводов для соединения схемы связи по протоколу Fieldbus с двухпроводным контуром управления процессом в альтернативной второй конфигурации.

12. Способ соединения двухпроводного трансмиттера процесса с двухпроводным контуром управления процессом, причем способ содержит:
обеспечение схемы связи по протоколу HART, выполненной с возможностью соединения с двухпроводным контуром управления процессом и работы согласно протоколу HART связи, а также полного питания трансмиттера электроэнергией, полученной из двухпроводного контура управления процессом;
обеспечение схемы связи по протоколу Fieldbus, выполненной с возможностью соединения с двухпроводным контуром управления процессом и работы согласно протоколу Fieldbus связи, а также полного питания трансмиттера электроэнергией, полученной из двухпроводного контура управления процессом;
обеспечение первой пары электрических выводов, предназначенных для соединения схемы связи по протоколу HART с двухпроводным контуром управления процессом в первой конфигурации; и
обеспечение второй пары электрических выводов, предназначенных для соединения схемы связи по протоколу Fieldbus с двухпроводным контуром управления процессом в альтернативной второй конфигурации.

13. Способ по п.12, содержащий соединение первой пары электрических выводов с двухпроводным контуром управления процессом, работающим согласно протоколу HART связи.

14. Способ по п.12, содержащий соединение второй пары электрических выводов с двухпроводным контуром управления процессом, работающим согласно протоколу HART связи.

15. Способ по п.12, содержащий питание локального устройства электроэнергией, полученной из контура управления процессом.

16. Способ по п.15, в котором локальное устройство содержит дисплей.

17. Способ по п.16, в котором локальное устройство соединено со схемой связи протокола Fieldbus.

18. Способ по п.12, содержащий перемещение пластинки, которая подвижным образом расположена над первой парой электрических выводов и второй парой электрических выводов, за счет чего обеспечивается доступ только к одной паре электрических выводов в каждый данный момент времени.

19. Способ по п.12, содержащий соединение схемы связи по протоколу HART со схемой связи по протоколу Fieldbus через локальную шину.

20. Способ по п.12, содержащий электропитание схемы связи по протоколу HART от схемы связи по протоколу Fieldbus, когда контур управления процессом соединен со второй парой выводов.

21. Способ по п.12, содержащий электропитание схемы связи по протоколу Fieldbus от схемы связи по протоколу HART, когда контур управления процессом соединен с первой парой электрических выводов.

22. Двухпроводной трансмиттер процесса для использования при контроле промышленного процесса, содержащий:
схему связи по протоколу HART, выполненную с возможностью соединения с двухпроводным контуром управления процессом и работы согласно протоколу HART связи, а также полного питания трансмиттера электроэнергией, полученной из двухпроводного контура управления процессом;
схему связи по протоколу Profibus, выполненную с возможностью соединения с двухпроводным контуром управления процессом и работы согласно протоколу Profibus связи и полного питания трансмиттера электроэнергией, полученной из двухпроводного контура управления процессом;
первую пару электрических выводов, предназначенных для соединения схемы связи по протоколу HART с двухпроводным контуром управления процессом в первой конфигурации; и
вторую пару электрических выводов, предназначенных для соединения схемы связи по протоколу Profibus с двухпроводным контуром управления процессом в альтернативной второй конфигурации.

23. Способ соединения двухпроводного трансмиттера процесса с двухпроводным контуром управления процессом, причем способ содержит:
обеспечение схемы связи по протоколу HART, выполненной с возможностью соединения с двухпроводным контуром управления процессом и работы согласно протоколу HART связи, а также полного питания трансмиттера электроэнергией, полученной из двухпроводного контура управления процессом;
обеспечение схемы связи по протоколу Profibus, выполненной с возможностью соединения с двухпроводным контуром управления процессом и работы согласно протоколу Profibus связи и полного питания трансмиттера электроэнергией, полученной из двухпроводного контура управления процессом;
обеспечение первой пары электрических выводов, предназначенных для соединения схемы связи по протоколу HART с двухпроводным контуром управления процессом в первой конфигурации; и
обеспечение второй пары электрических выводов, предназначенных для соединения схемы связи по протоколу Profibus с двухпроводным контуром управления процессом в альтернативной второй конфигурации.