Измерительный преобразователь с несколькими адресами полевой шины и способ вызова измеренных таким измерительным преобразователем значений

Измерительный преобразователь с несколькими адресами полевой шины и способ вызова измеренных таким измерительным преобразователем значений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к измерительному преобразователю с интерфейсом для передачи измеренных показаний через полевую шину, причем связь через полевую шину происходит согласно протоколу полевой шины, причем количество представленных от измерительного преобразователя измеренных показаний превышает количество измеренных показаний, которые можно вызвать посредством базовой команды протокола полевой шины.

Далее изобретение касается способа для вызова результатов измерений, причем результат измерения предоставляется от одного измерительного преобразователя, который подключен к полевой шине и располагает несколькими полевыми адресами, причем связь через полевую шину происходит согласно протоколу полевой шины и причем количество представленных от измерительного преобразователя измеренных показаний превышает количество измеренных показаний, которые можно вызвать посредством базовой команды протокола полевой шины.

В устройствах технологии процессов автоматизации часто в наши дни применяются полевые приборы, которые управляют протекающими в устройствах процессами и/или регулируют их. Такие полевые приборы состоят, например, из измерительного преобразователя, к которому, по меньшей мере, подключен первичный измерительный преобразователь, служащий для приема химических и/или физических измеренных величин. К тому же эти полевые приборы, точнее измерительные преобразователи, в наши дни зачастую соединены друг с другом через полевую шину. Вследствие этого измерительные преобразователи могут обмениваться информацией между собой, как, например, измеренными значениями в виде данных, и/или с устройством управления, которое управляет процессом. Из уровня техники для передачи данных через полевую шину известны различные, так называемые, протоколы полевой шины.

При HART-протоколе, например, имеются различные группы команд. Универсальные команды (universal commands), называемые также базовые команды, например, позволяют проводить идентификацию подключенного к полевой шине HART-прибора. Имеется возможность считывать при этом, например, производителя, обозначение места измерений, серийный номер и т.д. Кроме того, имеется возможность точно так же посредством этой базовой команды считать с измерительного преобразователя до четырех измеренных значений с физического устройства. Базовые команды поддерживаются всеми HART-ведомыми приборами. Общие команды (common practice commands), в свою очередь, служат для базовой настройки HART-приборов. Вследствие этого имеется возможность, например, очень просто управлять полевыми приборами и их обслуживать. Напротив, для ввода в эксплуатацию более сложных полевых приборов применяются специфичные приборные команды (device-specific commands). Они специфицированы производителем приборов, к тому же также известны как специфичные команды производителя. Ведущий, подсоединенный к полевой шине, должен эти команды знать и также соответственно быть запрограммированным. При этом надо обращать внимание на то, что эта же команда однозначно определена и, например, не запускает различные функции при различных подключенных к полевой шине приборах, особенно измерительных преобразователей.

Подобное действительно также в отношении протокола Profibus, при котором также имеются базовые команды, которые делают возможным идентификацию и т.д. подсоединенных к полевой шине приборов, особенно измерительных преобразователей. При протоколе Profibus имеются в распоряжении, в зависимости от используемого профиля, различные функции, как, например, вызовы параметров и/или измеренных значений. При этом, например, в профиле PROFIdrive задано соответственно стандарту около 30 вызовов параметров, в то время как оставшиеся значения измерений, соответственно параметров (при сложных приборах может быть более 1000), могут быть вызваны специфичными командами производителя.

Из уровня техники известен из выложенной заявки DE 102007039529 А1 способ для обслуживания полевого прибора с, по меньшей мере, двумя измерительными каналами. Полевой прибор там имеет несколько контроллеров связи, которым присвоены различные адреса полевой шины. Вследствие этого на полевой шине появляется полевой прибор, как несколько логически независимых полевых приборов, и каждый из логически независимых полевых приборов может быть обслужен с помощью отдельного описания прибора. Если задан только один контроллер связи, в котором телеграмма, содержащая адрес, один в один совпадает с адресом его собственной полевой шины, то этот контроллер связи посылает через полевую шину пользовательские данные в виде ответных телеграмм.

Также и в приборе, предложенном в DE 102007039529 А1, имеется проблема, что в случае, когда полевой прибор, например, посредством более чем одной (единственной) базовой команды предоставляет в распоряжение вызываемые измеренные значения, эти измеренные значения могут быть вызваны только одной общей командой (common practice command), соответственно специфичной командой производителя (device specific command). Эти команды для этой специфичной цели затем должны быть введены и определены. Вследствие этого приборы, подключенные к полевой шине, не совместимы более при этом состоянии со всеми HART-ведущими приборами. После этого может возникнуть, например, ситуация, когда в различных устройствах используются одни и те же специфичные команды производителя, чтобы вызвать различные функции.

Задача изобретения состоит в создании возможности вызова всех без исключения измеренных значений, предоставленных измерительным преобразователем, посредством одной команды, которая распоряжается всеми совместимыми с заданным протоколом полевой шины полевыми приборами.

Задача, согласно изобретению, решается посредством измерительного преобразователя и способа.

В отношении измерительного преобразователя задача решается так, что измерительный преобразователь имеет несколько адресов полевой шины и что предусмотрено логическое устройство, которое служит для того, чтобы измеренные значения так распределять на несколько адресов полевой шины, чтобы измеренные значения могли вызываться через несколько адресов полевой шины измерительного преобразователя посредством базовой команды.

Относительно интерфейса измерительного преобразователя речь может идти об интерфейсе связи, особенно только с одним контроллером связи. Контроллер связи служит для обработки, соответственно подготовки данных, исходящих из полевой шины и принимаемых через интерфейс (связи). Интерфейс может представлять собой, например, проводной интерфейс, который служит для связи, то есть для передачи и/или приема через полевую шину данных, например, в виде телеграмм. Под полевой шиной подразумевается предпочтительно проводная полевая шина. Относительно протокола речь может идти, например, о HART-протоколе или о протоколе Profibus. Но возможно также применение в рамках других протоколов, особенно протоколов полевой шины. Эти протоколы имеют, так называемые, базовые команды, посредством которых в распоряжение предоставляются все приборы, совместимые с протоколом. Следовательно, можно констатировать, что все измеренные значения, которые предоставляет полевой прибор, соответственно измерительный преобразователь в распоряжение, могут вызываться. Особенно когда измерительный преобразователь предоставляет в распоряжение больше измеренных значений, чем можно вызвать посредством одной (единственной) базовой команды, то можно так распределить измеренные значения на несколько адресов полевой шины, что с каждой посредством базовой команды возможен вызов соответственно одного, по меньшей мере, части измеренных значений из адресов полевой шины измерительного преобразователя. При этом, могут, например, применяться всегда одни и те же базовые команды. Различные, уже представленные измерительным преобразователем, измеренные значения, могут вызываться при этом через различные адреса полевой шины измерительного преобразователя. Это может быть особенно предпочтительным тогда, когда количество измеренных значений, уже представленных измерительным преобразователем посредством одной базовой команды, превышает количество вызываемых измеренных значений. Это может иметь место, например, когда несколько первичных измерительных преобразователя подсоединены к измерительному преобразователю, и/или когда первичный измерительный преобразователь наряду с первичной измеренной величиной также имеет в распоряжении другие измеренные величины, как, например, температура эксплуатируемой электронной техники, соответственно отсюда выведенные измеренные значения. Так, из измеренной скорости потока можно, например, определить объем потока, общий поток и т.д. и другие измеренные значения и вызвать из измерительного преобразователя. С одной стороны, может также встречаться ситуация, что несколько первичных измерительных преобразователей подсоединены к измерительному преобразователю и что первичный измерительный преобразователь тогда обрабатывает измеренные сигналы этих различных первичных измерительных преобразователей для измеренных значений и, как описано, представляет в распоряжение. Кроме того, несколько измеренных значений от измерительного преобразователя могут быть определены и предоставлены в распоряжение из одного (единственного) измеренного сигнала или при этом также выведенных нескольких измеренных значений первичного измерительного преобразователя. При этом может быть достаточным предусмотреть на измерительном преобразователе один-единственный интерфейс (связи) и один-единственный контроллер связи.

В одной из форм осуществления измерительного преобразователя измеренные значения измерительного преобразователя могут вызываться без применения специальных команд производителя (device-specific commands) или общих команд (common-practice commands). Можно полностью отказаться от применения специфичных команд производителя или общих команд и вызывать уже предоставленные от измерительного преобразователя измеренные значения только посредством применения базовой команды, особенно одной-единственной базовой команды. Вместо различных команд для вызова различных измеренных значений от измерительного преобразователя могут быть использованы также различные адреса полевой шины.

Согласно другой форме осуществления измерительного преобразователя, базовая команда является, таким образом, командой, посредством которой в распоряжение предоставляются все приборы, совместимые с примененным протоколом полевой шины. Преимуществом этой формы осуществления является то, что отсутствует соответствующее программирование полевого прибора относительно общей команды и специфичных команд производителя.

В другой форме осуществления измерительного преобразователя осуществляется вызов измеренных значений, предоставленных измерительным преобразователем через полевую шину посредством телеграмм, которые адресованы в различные адреса полевой шины измерительного преобразователя, и содержат одни и те же базовые команды. Телеграммы могут также передаваться через полевую шину, особенно от так называемого ведущего, содержащего различные адреса полевой шины и, однако, те же самые команды, то есть базовые команды, чтобы вызвать уже представленные измеренные значения от измерительного преобразователя. Если подключенный к полевой шине предложенный измерительный преобразователь констатирует, что один из этих адресов полевой шины совпадает с одним из его адресов полевой шины, то он передает соответствующие, связанные с адресами полевой шины измеренные значения через полевую шину, как ответную телеграмму. В этой ответной телеграмме в качестве адреса отправителя может использоваться, например, адрес полевой шины, который содержался в вызывной телеграмме и от которого было вызвано измеренное значение измерительного преобразователя.

Согласно другой форме осуществления измерительного преобразователя посредством базовой команды могут вызываться базовые измеренные значения от соответствующих адресов полевой шины.

Через базовую команду, например, в HART-протоколе обычно могут вызываться, так называемые, базовые значения, то есть первичные, вторичные, третичные и квартальные переменные. Благодаря тому, что для измерительного преобразователя предусмотрены несколько адресов полевой шины, то посредством базовой команды могут быть вызваны предоставленные в распоряжение измеренные значения, в качестве базовых измеренных значений, принадлежащих адресу полевой шины, и переданных через полевую шину.

В другой форме осуществления измерительного преобразователя логическое устройство служит далее для того, чтобы упорядочить предоставленные измерительным преобразователем измеренные значения, которые могут вызываться базовой командой через различные адреса полевой шины измерительного преобразователя с базовыми измеренными значениями, вызываемыми базовой командой. Для этого, предпочтительно, может использоваться логическое устройство измерительного преобразователя.

Относительно способа, задача решается так, что измеренное значение распределяется на несколько адресов полевой шины измерительного преобразователя и, что, посредством базовой команды, измеренное значение вызывается через различные адреса полевой шины измерительного преобразователя. Благодаря этому, как уже было пояснено в связи с предложенным измерительным преобразователем, посредством базовой команды может быть вызвано больше измеренных значений измерительного преобразователя, чем в способах, известных из уровня техники. Измеренные значения, предоставленные в распоряжение от измерительного преобразователя, могут быть вызваны для этой цели от измерительного преобразователя посредством различных адресов полевой шины. При этом может потребоваться соответственно запрограммировать отправителя, который запрашивает измеренные значения измерительного преобразователя, а также сам измерительный преобразователь.

В форме осуществления способа не применяются специфичные для производителя или общие (так называемые common-practice) команды для вызова измеренных значений измерительного преобразователя.

В другой форме осуществления способа осуществляется вызов измеренных значений, представленных измерительным преобразователем через полевую шину посредством телеграмм, адресованных в различные адреса полевой шины измерительного преобразователя, и содержащих особенно одни и те же базовые команды.

В другой форме осуществления способа представленные измерительным преобразователем измеренные значения, согласованы через различные адреса полевой шины измерительного преобразователя с вызываемыми посредством базовой команды базисными измеренными значениями.

Далее задача может быть решена через компьютерный программный продукт со средствами кодового программирования, которые могут закладываться в память вычислительного устройства, и затем выполняется способ согласно одной из предшествующих форм осуществления.

Изобретение объяснено подробнее с помощью последующих схем.

Показано:

фиг.1: показывает схематическое изображение расположения полевых приборов из текущего состояния развития техники,

фиг.2: показывает схематическое изображение формы осуществления предложенного изобретения с измерительным преобразователем, который подключен к двухпроводной токовой петле.

Фиг.1 показывает схематическое изображение измерительного преобразователя M1…Mn, который эксплуатируется в HART-многоточечном режиме. Каждый из измерительных преобразователей M1…Mn располагает одним собственным адресом полевой шины #1…#n, посредством которого он через полевую шину может адресоваться, то есть быть доступным. Полевая шина состоит при этом в основном из двухпроводной токовой петли 2L. Двухпроводная токовая петля 2L, к которой подключен измерительный преобразователь M1…Mn, питается требуемой электрической энергией от блока питания измерительного преобразователя MUS. Согласно спецификации HART версии 7 к двухпроводной токовой петле 2L могут подключаться параллельно до 15 датчиков и их измеренные значения могут передаваться в цифровом виде дальше с помощью HART-протокола. Следовательно, возможно оценить сигналы нескольких датчиков.

Поскольку для HART-многоточечного режима необходимы несколько измерительных преобразователей и каждый измерительный преобразователь, согласно стандарту HART-протокола, может передавать максимум четыре измеренных значения, то количество передаваемых измеренных значений ограничено. Если требуется передать более четырех измеренных значений от одного из измерительных преобразователей M1…Mn, то должны быть введены специальные команды, то есть упомянутые вначале специфичные команды производителя. Вследствие этого измерительные преобразователи M1...Мn, однако, при ситуации не совместимы более со всеми HART-ведущими приборами. Кроме того, посредством блока питания измерительного преобразователя MUS ограничивается количество максимально возможных первичных измерительных преобразователей, поскольку каждый первичный измерительный преобразователь также сам нуждается в энергии, чтобы иметь возможность принять и/или обработать измерение.

На фиг.2 схематически изображена форма осуществления соответствующего изобретению измерительного преобразователя М. Измерительный преобразователь М имеет при этом несколько адресов полевой шины, то есть в этом случае адреса полевой шины #1…#n. Через эти адреса полевой шины #1…#n также доступен измерительный преобразователь М от других приборов, не показанных здесь, которые подсоединены к полевой шине. Полевая шина в примере осуществления изобретения, согласно фиг.2, состоит также из двухпроводной токовой петли 2L, которая служит, наряду с передачей данных, также для снабжения энергией измерительного преобразователя М. При других подсоединенных к полевой шине 2L приборах речь может идти, например, также об измерительном преобразователе или, однако, также об управляющем устройстве. В отношении измерительного преобразователя М речь может идти о, так называемом, ведомом и, в отношении управляющего устройства, не показанном, о так называемом ведущем. Ведущий может, например, отправлять запросы ведомому в форме телеграмм через полевую шину. Ведомый затем отвечает на этот запрос ответной телеграммой.

Для адресации устройства полевой шины могут иметь, например, согласно примеру осуществления изобретения из фиг.1, соответствующие адреса полевой шины так, что телеграммы могут передаваться между устройствами полевой шины посредством этих адресов.

Если телеграмма, адресованная на один из адресов #1…#n измерительного преобразователя, передана через полевую шину и принята измерительным преобразователем М, которая включает посредством базовой команды дополнительно запрос измеренного значения, то измерительный преобразователь М передает через полевую шину измеренное значение, присвоенное адресу этой полевой шины в форме ответной телеграммы. Посредством применения нескольких адресов полевой шины #1…#n для одного-единственного измерительного преобразователя М можно отказаться от определения, соответственно применения, общей команды или специфичной для прибора команды.

Измерительный преобразователь М при этом подключен через интерфейс, не показанный здесь, к полевой шине, которая согласно фиг.2 состоит из двойной токовой петли 2L. Интерфейс служит при этом для связи через полевую шину.

Вместо множества измерительных преобразователей M1…Mn согласно фиг.1, может применяться также соответственно одной форме осуществления предложенного изобретения только один-единственный преобразователь, как это изображено на фиг.2, который располагает несколькими адресами полевой шины #1...#n. Этот измерительный преобразователь М обладает, например, также множеством измерительных входов, к которым могут подключаться первичные измерительные преобразователи, и может передавать через полевую шину, например, при применении HART-протокола, полученные измеренные значения, соответствующие измеренным сигналам. Измерительный преобразователь М может, следовательно, имитировать несколько измерительных преобразователей.

Максимальное количество передаваемых от измерительного преобразователя М измеренных значений зависит при этом только от возможного количества адресов и от возможного для передачи количества измеренных значений через одну (единственную) телеграмму примененного протокола полевых шин. На полевой шине тогда, например, появляется измерительный преобразователь М, как многоточечная система, состоящая из нескольких измерительных преобразователей M1…Mn. Благодаря этому измерительный преобразователь М совместим со всеми ведущими, имеющими возможность многоточечной работы.

Как уже упомянуто, существует количество первичных измерительных преобразователей, которые, например, применяют HART-полевую шину, то есть протокол полевых шин протокола HART-полевых шин, имеющих возможность сопряжения, от которых ограничена имеющаяся в распоряжении энергия, причем, однако, например, измеренные величины, такие как температура, давление, и/или поток также измерены пассивно и при этом энергосберегающе. Если измерительный преобразователь М, например, подсоединен к 4-20 mA двухпроводной токовой петле, то измерительный преобразователь М предоставляет в распоряжение для измерения (ий) до 20 mA из токовой петли.

Особенно предпочтительным является предложенное изобретение в связи с так называемым многоточечным измерением температуры. При этом через распределенные в процессе первичные измерительные преобразователи, то есть температурные датчики, получается температурный профиль. Эти первичные измерительные преобразователи могут быть подсоединены к имеющейся полевой шине только через предложенный измерительный преобразователь М. Измерительный преобразователь М может, например, передавать через несколько адресов полевой шины #1…#n, полученные измеренные значения от подсоединенных первичных измерительных преобразователей.

Особенно измерительный преобразователь М может располагать несколькими аналоговыми и/или цифровыми входами, через которые могут подключаться различные первичные измерительные преобразователи. Также измерительный преобразователь М может измерить несколько особенно различных физических и/или химических измеренных величин. Кроме того, измерительный преобразователь М располагает локальным устройством отображения, посредством которого отображаются измеренные значения и/или отсюда выводимые средние измерения, минимальные и/или максимальные измерения. Далее измерительный преобразователь М может иметь микроконтроллер, который служит для обработки измеренных сигналов, переданных от различных подключаемых первичных измерительных преобразователей. Далее в измерительном преобразователе может быть предусмотрено устройство памяти для запоминания принятых измеренных значений или других важных для процесса данных.

Список обозначений

MUS	Блок питания измерительного преобразователя
2L	Двухпроводная токовая петля
М	Измерительный преобразователь
M1	первый измерительный преобразователь
М2	второй измерительный преобразователь
М3	третий измерительный преобразователь
М4	четвертый измерительный преобразователь
Mn	n-й измерительный преобразователь
#1	первый адрес полевой шины
#2	второй адрес полевой шины
#3	третий адрес полевой шины
#4	четвертый адрес полевой шины
#n	n-й адрес полевой шины

1. Измерительный преобразователь (М) с одним интерфейсом для передачи измеренных значений через полевую шину (2L), причем связь осуществляется через полевую шину (2L) согласно протоколу полевой шины, причем количество уже представленных измеренных значений превышает количество измеренных значений, вызываемых посредством базовой команды протокола полевой шины, отличающийся тем, что измерительный преобразователь (М) имеет несколько адресов полевой шины(#1…#n) и что предусмотрено логическое устройство, предназначенное для распределения измеренных значений на несколько адресов полевой шины (#1…#n) измерительного преобразователя (М) с тем, чтобы измеренные значения могли вызываться базовой командой через несколько адресов полевой шины (#1…#n) измерительного преобразователя (М).

2. Преобразователь (М) по п.1, отличающийся тем, что измеренное значение может вызываться от измерительного преобразователя (М) без применения характерных при осуществлении или общих команд.

3. Преобразователь (М) по п.1 или 2, отличающийся тем, что базовая команда является командой, через которую имеется доступ ко всем единообразным приборам, использующим протокол полевой шины.

4. Преобразователь (М) по п.3, отличающийся тем, что вызов уже представленного измерительным преобразователем (М) измеренного значения осуществляется через полевую шину (2L) посредством телеграмм, адресованных в различные адреса полевой шины (#1…#n) измерительного преобразователя (М) и содержащих одни и те же базовые команды.

5. Преобразователь (М) по п.4, отличающийся тем, что посредством базовой команды базовое измеренное значение может вызываться из присвоенного адреса полевой шины (#1…#n).

6. Преобразователь (М) по любому из пп.1, 2, 4, 5, отличающийся тем, что логическое устройство служит для того, чтобы присвоить уже представленные от измерительного преобразователя (М) через базовую команду измеренные значения вызываемым через различные адреса полевой шины (#1…#n) измерительного преобразователя (М) базовым измеренным значениям.

7. Преобразователь (М) по п.3, отличающийся тем, что логическое устройство служит для того, чтобы присвоить уже представленные от измерительного преобразователя (М) через базовую команду измеренные значения вызываемым через различные адреса полевой шины (#1…#n) измерительного преобразователя (М) базовым измеренным значениям.

8. Способ вызова измеренных значений, причем измеренные значения представляют от измерительного преобразователя (М), подключенного к полевой шине (2L) и располагающего несколькими адресами полевой шины (#1…#n), причем связь через полевую шину (2L) осуществляют согласно протоколу полевой шины и причем количество уже представленных от измерительного преобразователя (М) измеренных значений превышает количество вызываемых измеренных значений посредством базовой команды протокола полевой шины, отличающийся тем, что измеренное значение распределяют на несколько адресов полевой шины (#1…#n) измерительного преобразователя (М) и измеренное значение вызывают через различные адреса полевой шины (#1…#n) измерительного преобразователя (М) посредством базовой команды.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что не применяют характерные при осуществлении или общие команды для вызова измеренного значения измерительного преобразователя (М).

10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что уже представленные от измерительного преобразователя (М) измеренные значения вызывают через полевую шину (2L) посредством телеграмм, адресованных в различные адреса полевой шины (#1…#n) измерительного преобразователя (М) и содержащих одни и те же базовые команды.

11. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что предоставленные от измерительного преобразователя (М) измеренные значения присвоены вызываемым с помощью базовой команды базовым измерениям через различные адреса полевой шины (#1…#n) измерительного преобразователя (М).

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что предоставленные от измерительного преобразователя (М) измеренные значения присвоены вызываемым с помощью базовой команды базовым измерениям через различные адреса полевой шины (#1…#n) измерительного преобразователя (М).