Модуль связи для производственно-технологической сети

Модуль связи для производственно-технологической сети

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестные ссылки на родственные заявки

По настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной патентной заявке США №61/781348, поданной 14 марта 2013 г. и озаглавленной «MODEM ASIC ARCHITECTURE FOR HART COMMUNICATIONS PROTOCOL)), все содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к общей области полевых устройств, используемых в производственно-технологических сетях. Более конкретно настоящее изобретение относится к области обработки сообщений и передачи данных при помощи модулей связи полевых устройств.

Уровень техники

Для управления различными производственными процессами, осуществляемыми на промышленном предприятии, как правило, используется распределенная система управления (Distributed Control System, DCS). На предприятии обычно бывает предусмотрен пункт централизованного управления, в котором установлена компьютерная система, содержащая средства пользовательского ввода/вывода (I/O), средства дискового ввода/вывода и другое периферийное оборудование. С компьютерной системой соединены контроллер и технологическая подсистема ввода/вывода.

Технологическая подсистема ввода/вывода содержит порты ввода/вывода, соединенные с различными полевыми устройствами, установленными по всему предприятию. В число полевых устройств входят аналитическое оборудование различных типов, кремниевые датчики давления, емкостные датчики давления, резистивные датчики температуры, термопары, тензометры, концевые переключатели, выключатели питания, преобразователи расхода, преобразователи давления, емкостные сигнализаторы уровня, весы, преобразователи, установочные приспособления клапанов, модули управления клапанами, силовые приводы, соленоиды и световые индикаторы. Термин «полевые устройства» охватывает все перечисленные типы устройств, а также любые другие устройства, выполняющие функции в распределенной системе управления.

В соответствии с известными технологиями аналоговые полевые устройства обычно соединяются с пунктом управления при помощи токовых петель, образованных из двухпроводных витых пар, причем каждое из устройств соединено с пунктом управления одной двухпроводной витой парой. Аналоговые полевые устройства обладают возможностью реагирования на электрические сигналы или передачи электрических сигналов, параметры которых лежат в пределах определенного диапазона. В типичной конфигурации разность напряжений между двумя проводами пары обычно составляет порядка 20-25 вольт, а сила тока, протекающего в контуре, составляет 4-20 миллиампер. Аналоговое полевое устройство, передающее сигнал в пункт управления, модулирует ток, протекающий в токовом контуре, причем величина тока пропорциональна измеренной технологической переменной. В то же время управление аналоговым полевым устройством, производящим действие под управлением пункта управления, осуществляется с использованием амплитуды тока, протекающего в контуре, которую модулирует порт ввода/вывода технологической системы ввода/вывода, которым, в свою очередь, управляет контроллер. Двухпроводные аналоговые устройства в соответствии с известными технологиями обычно содержат активные электронные элементы, способные принимать из контура до 40 милливатт мощности. Аналоговые полевые устройства, требующие более высокой мощности, обычно соединяются с пунктом управления с использованием четырехпроводного соединения, причем два из четырех проводов используются для подачи питания на такое устройство. Такие устройства, известные в данной области под названием четырехпроводных устройств, не имеют ограничений по мощности, существующих для двухпроводных устройств.

Полевые устройства в соответствии с известными технологиями, как правило, имели либо единственный вход, либо единственный выход, непосредственно соотносящийся к основной функции, выполняемой данным полевым устройством. Например, единственная функция, выполняемая аналоговым резистивным температурным датчиком по известным технологиям, состоит в передаче температуры путем модуляции тока, протекающего в двухпроводной витой паре, а единственная функция, выполняемая аналоговым позиционирующим устройством клапана по известным технологиям, состоит в переключении клапана между открытым и закрытым положениями в соответствии с величиной тока, протекающего в двухпроводной витой паре.

В последнее время в распределенных системах управления начали использовать гибридные системы, в которых цифровые данные накладываются на токовый контур. Одна из таких гибридных систем известна в области систем управления под названием HART (Highway Addressable Remote Transducer - протокол взаимодействия с удаленным датчиком с шинной адресацией) и сходна со спецификацией модема Bell 202. Система HART использует полудуплексный протокол типа «ведущий-ведомый» (master-slave). Как правило, ведущий элемент передает команду и ожидает ответа. При этом ведомый элемент, как правило, ожидает поступления команды и передает ответ при ее получении. Каждая команда или каждый ответ могут быть рассмотрены как сообщения, длина которых может составлять от нескольких байтов до 269 байтов. Сообщение состоит из асинхронных последовательных данных, передаваемых со скоростью 1200 битов в секунду (BPS). Передача производится с использованием частотно-ключевой модуляции (Frequency Shift Keying, FSK), причем логической единице соответствует сигнал с частотой 1200 герц (Гц), а логическому нулю соответствует сигнал с частотой 2200 Гц. Такие сигналы протокола HART модулируются в двухпроводной линии связи, обеспечивающей подачу питания постоянного тока.

В случае использования протокола связи HART центральная или управляющая станция, передающая команду в конкретное полевое устройство, инициирует передачу сообщений, как правило, путем обращения к такому полевому устройству по его уникальному адресу. Такая команда, например, может указывать полевому устройству передать в качестве ответа информацию о своем состоянии, например, текущего зарегистрированного давления или другой информации о состоянии. После приема команды от управляющей станции полевое устройство передает в управляющую станцию ответ, который принимается и обрабатывается. Система HART позволяет управляющей станции производить порядка двух или трех таких транзакций в секунду. Соответственно, хотя протокол HART обеспечивает возможность передачи таких цифровых сообщений при помощи аналоговых носителей, скорость передачи и приема таких сообщений сравнительно низка. Скорость передачи данных входящих и исходящих сообщений HART может требовать обработки таких сообщений процессором с интервалами во избежание чрезмерной задержки выполнения процессором других высокоприоритетных операций. Это, в свою очередь, может требовать использования многочисленных прерываний процессора на каждое сообщение, что приводит к увеличению числа переключений между задачами и других нагрузок на процессор, а также повышает сложность реализации протокола связи в процессоре.

Раскрытие изобретения

В соответствии с одним из примеров осуществления изобретения полевое устройство выполнено с возможностью передачи и приема данных по производственно-технологической сети. Полевое устройство содержит процессор и модуль связи, соединенный с возможностью осуществления связи с производственно-технологической сетью. Модуль связи выполнен с возможностью передачи и приема данных по производственно-технологической сети при помощи первого протокола связи на первой скорости передачи данных. Модуль связи соединен с возможностью осуществления связи с процессором при помощи второго протокола связи на второй скорости передачи данных, большей, чем первая скорость передачи данных.

В соответствии с другим примером осуществления изобретения модуль связи выполнен с возможностью передачи и приема данных по производственно-технологической сети. Модуль связи содержит первый интерфейс связи, второй интерфейс связи, первый приемный буфер и второй приемный буфер. Первый интерфейс связи выполнен с возможностью передачи и приема данных по производственно-технологической сети при помощи первого протокола связи на первой скорости передачи данных. Второй интерфейс связи выполнен с возможностью осуществления связи с процессором при помощи второго протокола связи на второй скорости передачи данных, большей, чем первая скорость передачи данных. Первый приемный буфер выполнен с возможностью сохранения первого объекта сообщения, соответствующего первому сообщению, принятому по производственно-технологической сети. Второй приемный буфер выполнен с возможностью сохранения второго объекта сообщения, соответствующего второму сообщению, принятому по производственно-технологической сети.

В соответствии с другим примером осуществления изобретения способ передачи и приема данных по производственно-технологической сети включает прием модулем связи полевого устройства первого сообщения при помощи первого протокола связи на первой скорости передачи данных. Способ дополнительно включает сохранение модулем связи первого сообщения в первом приемном буфере модуля связи и определение модулем связи того, что 6 первое сообщение содержит целое сообщение в соответствии с первым протоколом связи. Способ дополнительно включает извещение модулем связи процессора полевого устройства о том, что было принято первое сообщение, в ответ на определение того, что первое сообщение содержит целое сообщение и передачу модулем связи первого сообщения в процессор при помощи второго протокола связи на второй скорости передачи данных, большей, чем первая скорость передачи данных.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема полевого устройства, содержащего модуль связи, соединенный с возможностью осуществления связи с производственно-технологической сетью с использованием первого интерфейса и соединенный для осуществления связи с процессором с использованием второго интерфейса.

На фиг. 2 представлена схема модуля связи, соединенного для осуществления связи с процессором с использованием протокола последовательного периферийного интерфейса (Serial Peripheral Interface, SPI) и соединенного для передачи и приема данных по производственно-технологической сети с использованием протокола взаимодействия с удаленным датчиком с шинной адресацией (HART).

На фиг. 3 представлена схема модуля связи, содержащего буферы сообщений для осуществления связи между процессором и производственно-технологической сетью.

Осуществление изобретения

В соответствии с решением по настоящему изобретению модуль связи, например, модуль связи полевого устройства или другого оборудования, соединен с возможностью осуществления связи с производственно-технологической сетью. Модуль связи содержит первый интерфейс связи и второй интерфейс связи. Первый интерфейс выполнен с возможностью осуществления связи по производственно-технологической сети с помощью первого протокола связи (например, протокола HART) на первой скорости передачи данных, например, равной 1200 битам в секунду. Второй интерфейс связи выполнен с возможностью осуществления связи с процессором с помощью второго протокола связи, например, протокола последовательного периферийного интерфейса (SPI) на второй скорости передачи данных, большей, чем первая скорость передачи данных. Интерфейс с большей скоростью между модулем связи и процессором позволяет процессору получать большее количество данных в единицу времени, что обеспечивает возможность использования меньшего количества прерываний процессора для получения сообщения, принимаемого по производственно-технологической сети. Кроме того, модуль связи может определять уровень ошибочности для принятых сообщений и может обеспечить прерывания процессора так, чтобы осуществлять получение только сообщений, определенных как содержащие некритические ошибки, что обеспечивает дальнейшее уменьшение числа прерываний процессора. Сообщения, принимаемые по производственно-технологической сети, могут быть сохранены в одном или более буферах сообщений модуля связи. Соответственно, модуль связи может обеспечивать прерывание процессора для получения сообщения после приема целого сообщения, вместо обеспечения для каждого сообщения нескольких прерываний процессора. Таким образом, модуль связи, выполненный в соответствии с решением по настоящему изобретению, может уменьшить нагрузку, связанную с переключением процессора между задачами, тем самым позволяя процессору использовать больше времени и/или вычислительных мощностей на задачи, не связанные со связью, например, преобразование и обработку данных. Кроме того, наличие нескольких буферов сообщений может позволить модулю связи сохранять несколько принятых сообщений, например, в случае приема следующего сообщения до получения процессором предыдущего сообщения. Аналогичным образом, в некоторых вариантах осуществления модуль связи может сохранять целое сообщение, предназначенное для передачи по производственно-технологической сети, в буфере передачи, что позволяет модулю связи снять с процессора нагрузку, связанную с задачами передачи сообщений, и передавать целые сообщения без использования для передачи сообщений множества прерываний процессора. Таким образом, технологии в соответствии с настоящим изобретением обеспечивают возможность снижения нагрузки на процессор полевого устройства и повышения устойчивости связи по производственно-технологической сети.

На фиг. 1 представлена блок-схема полевого устройства 10, содержащего модуль 12 связи, соединенный с возможностью осуществления связи с производственно-технологической сетью через положительный вывод 14А и отрицательный вывод 14В (вместе называемые в настоящем описании «выводами 14»), а также соединенный с процессором 16 для осуществления связи через интерфейс 18. Хотя в настоящем описании полевое устройство 10 раскрыто в контексте системы HART, подразумевается, что технологии в соответствии с настоящим изобретением применимы вообще к производственно-технологическим сетям, содержащим полевые устройства, передающие и принимающие данные по такой сети.

Как показано на фиг. 1, полевое устройство 10 может быть соединено с возможностью осуществления связи с производственно-технологической сетью, например, сетью HART, через выводы 14. Выводы 14 обеспечивают интерфейс между полевым устройством 10 и сетью, обеспечивая связь между полевым устройством 10 и контроллером или другим оборудованием, подключенным к сети. Полевое устройство 10 может представлять собой технологический прибор, регистрирующий один или более технологических параметров и выдающий данные, основанные на зарегистрированных параметрах. В некоторых вариантах осуществления полевое устройство 10 может представлять собой технологическое приводное устройство, производящее физические действия в соответствии с командным сообщением, принятым по производственно-технологической сети через выводы 14. В некоторых вариантах осуществления полевое устройство 10 может выполнять как регистрирующие, так и приводные функции.

Как показано на фиг. 1, полевое устройство 10 также может содержать источник 20 питания, схему 22 обработки сигналов, датчики 24, энергонезависимую память 26, энергозависимую память 28 и энергозависимую память 30. Источник 20 питания подает питание на компоненты полевого устройства 10. Например, как показано на фиг. 1, источник 20 питания может получать питание из контура HART (например, мощностью вплоть до 40 милливатт) и подавать питание на такие компоненты как модуль 12 связи, процессор 10, схема 22 обработки сигналов и датчики 24 для обеспечения работы этих компонентов.

Датчики 24 регистрируют один или более технологических параметров или переменных и передают в схему 22 обработки сигналов сигналы датчиков. Сигналы датчиков могут соответствовать одной или более первичным переменным (например, давлению) и/или вторичным переменным (например, температуре). Вторичная переменная может быть использована, например, процессором 16 для корректировки или компенсации сигнала датчика, соответствующего первичной переменной.

Схема 22 обработки сигналов обычно содержит схему аналого-цифрового преобразования, а также средства фильтрации и других операций обработки сигналов для преобразования сигналов датчиков в формат, пригодный для использования процессором 16. Например, схема 22 обработки сигналов может содержать один или более аналого-цифровых преобразователей сигма-дельта и цифровых фильтров для обеспечения подачи в процессор 16 оцифрованных и профильтрованных сигналов датчиков.

Процессор 16 может быть выполнен с возможностью реализации функциональности полевого устройства 10 и/или обработки команд, предназначенных для исполнения им. Например, процессор 16 может быть выполнен с возможностью обработки команд, сохраненных в энергонезависимой памяти 26 и/или в энергозависимой памяти 28, например, команд по созданию и отбору данных, включаемых в сообщения, предназначенных для передачи из полевого устройства 10 по производственно-технологической сети через модуль 12 связи и выводы 14, как более подробно описано ниже. Процессор 16 может представлять собой, например, микропроцессор, контроллер, процессор для цифровой обработки сигналов (Digital Signal Processor, DSP), специализированную интегральную схему (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), программируемую пользователем вентильную матрицу (Field-Programmable Gate Array, FPGA) или другую аналогичную отдельную или интегрированную логическую схему.

Энергонезависимая память 26 может быть использована для сохранения программных команд, предназначенных для исполнения процессором 16. В некоторых вариантах осуществления в энергонезависимой памяти 26 могут быть сохранены данные конфигурации, данные калибровки и другая информация, используемая процессором 16 для управления работой полевого устройства 10. В некоторых вариантах осуществления энергонезависимая память 26 может быть выполнена с возможностью сохранения больших объемов информации, чем энергозависимая память, и может быть выполнена с возможностью долговременного хранения информации. Такие элементы энергонезависимой памяти могут представлять собой, например, модули флэш-памяти или модули электрически программируемой памяти (EPROM) или электрически стираемой и программируемой памяти (EEPROM).

Энергозависимая память 28 также может быть выполнена с возможностью сохранения информации в полевом устройстве 10 во время работы. В энергозависимой памяти 28 могут быть сохранены данные, которые могут быть изменены с течением времени (например, в оперативной памяти (RAM) или буферной кэш-памяти). Энергозависимую память 28 можно рассматривать как временную память в том смысле, что основная задача энергозависимой памяти 28 состоит в кратковременном хранении данных. Энергозависимая память может представлять собой, например, оперативную память (Random Access Memory, RAM), динамическую оперативную память (Dynamic Random Access Memory, DRAM), статическую оперативную память (Static Random Access Memory, SRAM) или энергозависимую память иного типа. В некоторых вариантах осуществления программное обеспечение или приложения, исполняемые в полевом устройстве 10, используют энергозависимую память 28 для временного хранения информации во время исполнения соответствующей программы.

Энергозависимая память 30, представленная на схеме подсоединенной к модулю 12 связи, может быть, по существу, аналогична энергозависимой памяти 28. Это означает, что энергозависимая память 30 может представлять собой память типа RAM, DRAM, SRAM или других типов энергозависимой памяти, которые могут быть использованы модулем 12 связи для временного хранения данных во время работы полевого устройства 10. Например, модуль 12 связи может использовать энергозависимую память 30 для сохранения объектов сообщения, соответствующих сообщениям, принимаемым из производственно-технологической сети и/или предназначенным для передачи по производственно-технологической сети, как более подробно описано ниже. Хотя на приведенной схеме представлено полевое устройство 10, содержащее два экземпляра энергозависимой памяти 28 и 30, в некоторых вариантах осуществления полевое устройство 10 может содержать одну энергозависимую память, совместно используемую процессором 16 и модулем 12 связи. В таких случаях полевое устройство 10 может содержать контроллер, обеспечивающий управление доступом к совместно используемой памяти. Хотя память 26, 28 и 30 представлена на схеме в виде элементов, отдельных от процессора 16 и модуля 12 связи, в некоторых вариантах осуществления она может быть интегрирована в одно целое с процессором 16 и/или модулем 12 связи. Например, энергозависимая память 30 может быть интегрирована в одно целое с модулем 12 связи. Аналогичным образом, энергонезависимая память 26 и/или энергозависимая память 28 могут быть интегрированы в одно целое с процессором 16. В некоторых вариантах осуществления модуль 12 связи также может содержать энергонезависимую память, используемую для хранения конфигурации и/или других данных, необходимых для работы модуля 12 связи, или быть соединен с нею.

В некоторых вариантах осуществления энергонезависимая память 26, энергозависимая память 28 и/или энергозависимая память 30 могут быть определены как машиночитаемые носители информации. В некоторых вариантах осуществления машиночитаемые носители информации могут включать постоянные носители информации. Термин «постоянный носитель информации» обозначает носитель информации, не представляющий собой несущую волну или передаваемый сигнал.

Модуль 12 связи соединен с возможностью осуществления связи с производственно-технологической сетью через выводы 14. Модуль 12 связи выполнен с возможностью передачи и приема данных по производственно-технологической сети с использованием протокола связи, например, протокола HART. Модуль 12 связи может представлять собой интегральную схему, например, типа ASIC, комплекс отдельных компонентов, модуль типа FPGA или другую аналогичную интегрированную или дискретную логическую схему.

Используя протокол HART, модуль 12 связи может передавать и принимать (например, базовому устройству и/или от него и/или управляющей станции и/или от нее) сообщения, состоящие из асинхронных последовательных данных, передаваемых со скоростью 1200 битов в секунду. В соответствии с протоколом HART логической единице соответствует сигнал с частотой 1200 Гц, а логическому нулю соответствует сигнал с частотой 2200 Гц. Таким образом, сигналы HART представляют собой сигналы частотно-ключевой модуляции (FSK) с непрерывной фазой, которые демодулируются путем смешивания с частотой свободной генерации локального осциллятора, равной 1700 Гц, с последующей идентификацией фазы результирующего сигнала. Смешивание сигналов HART с частотой 1700 Гц сдвигает по частоте сигналы с частотой 1200 Гц (логические единицы) и сигналы с частотой 2200 Гц (логические нули) в сигналы с частотой +/-500 Гц. Фаза результирующего сигнала либо непрерывно возрастает, что означает, что результирующий сигнал был получен из сигнала с частотой 1200 Гц, либо непрерывно убывает, что означает, что результирующий сигнал был получен из сигнала с частотой 2200 Гц. Побитовое распознавание сигналов протокола HART осуществляется путем регистрации возрастания (логическая единица) или убывания (логический нуль) фазы. Таким образом, модуль 12 связи может модулировать и демодулировать цифровые сигналы на выводах 14 со скоростью передачи данных, равной 1200 битов в секунду, в соответствии с протоколом связи HART.

В соответствии с решением по настоящему изобретению модуль 12 связи также соединен для осуществления связи с процессором 16 через интерфейс 18, причем скорость передачи данных этого соединения выше, чем скорость передачи данных для сообщений, принимаемых через выводы 14. Например, модуль 12 связи может осуществлять связь с процессором 16 через интерфейс 18 с использованием протокола последовательного периферийного интерфейса (SPI) со скоростью передачи данных, достигающей 921,6 килобитов в секунду. В рабочем режиме модуль 12 связи производит демодуляцию сигналов, принятых через выводы 14, и передает данные сообщений в процессор 16 через интерфейс 18. Например, модуль 12 связи может вызывать прерывание процессора 16 для обеспечения выполнения процессором 16 процедуры обслуживания прерывания, предусмотренной для получения сообщения через интерфейс 18. Высокоскоростная связь между модулем 12 связи и процессором 16 позволяет процессору 16 получать большие объемы данных за единицу времени. Соответственно, высокоскоростной интерфейс 18 может обеспечить возможность сокращения числа прерываний процессора 16, необходимого для получения сообщения, по сравнению с числом, которое требовалось бы в случае соединения процессора 16 с модулем 12 связи через более медленный интерфейс.

В некоторых вариантах осуществления модуль 12 связи может сохранять принятые данные сообщений в буфере сообщений (например, в энергозависимой памяти 30) и вызывать прерывание процессора 16 только по приеме целого сообщения. Таким образом, модуль 12 связи может инициировать прерывание процессора 16 один раз на сообщение (например, после получения до тридцати байтов данных), вместо нескольких раз на каждое сообщение, например, после каждых восьми битов принятых данных. В результате модуль 12 связи может способствовать снижению нагрузки по переключению задач на процессор 16, связанной с обслуживанием прерываний, что позволяет процессору 16 выделять больше времени и вычислительной мощности на выполнение других задач, например, на преобразование и обработку данных. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления модуль 12 связи может иметь несколько буферов сообщений, каждый из которых соответствует отдельному принятому сообщению. Например, если первое принятое сообщение еще не было получено процессором 16 до приема второго сообщения, модуль 12 связи может сохранить второе сообщение во втором буфере во избежание потери данных или переполнения буфера, что обеспечивает повышение устойчивости связи. В некоторых вариантах осуществления модуль 12 связи может сохранять целое сообщение, предназначенное для передачи по производственно-технологической сети через выводы 14, что позволяет модулю 12 связи производить передачу данных с использованием одного прерывания процессора 16. Таким образом, модуль 12 связи, использующий высокоскоростной интерфейс 18 и/или энергозависимую память 30, может обеспечить снижение рабочей нагрузки на процессор 16 и увеличение устойчивости связи по производственно-технологической сети.

На фиг. 2 схематически представлен один из вариантов осуществления модуля 12 связи, соединенного с процессором 16 через интерфейс 18 и с сетью HART через выводы 14. Как показано на фиг. 2, модуль 12 связи соединен с выводами 14 (и, следовательно, с сетью HART) через входные выводы I_RXAF, I_RXAN и I_RXAP и выходные выводы O_RXAF, O_ТХА и O_SIG_DAC. Таким образом, выводы I_RXAF, I_RXAN, I_RXAP, O_RXAF, O_ТХА и O_SIG_DAC образуют интерфейс, посредством которого модуль 12 связи связан с выводами 14, соединенными с токовым контуром сети HART.

Модуль 12 связи соединен со схемой 32 фильтра интерфейса, обозначенной пунктирными линиями, через выводы I_RXAF, O_RXAF, I_RXAN и I_RXAP. Схема 32 фильтра интерфейса содержит сопротивления R1-R9 и емкости С1-С6, реализующие фильтрование входящих сигналов, принятых через сеть HART. В рабочем режиме сигналы FSK HART, принятые на входе через токовый контур на вводах 14, проходят через схему 32 фильтра интерфейса, которая осуществляет фильтрование и преобразование принятых сигналов.

Как показано на схеме, модуль 12 связи соединен со схемой 34 управления током через выходные выводы O_ТХА и O_SIG_DAC. Схема 34 управления током содержит сопротивления R10-R19, емкости С7-С11, транзисторы Q1 и Q2, а также операционный усилитель 36. Схема 34 управления током выполнена с возможностью управления постоянным током I_L, протекающим от вывода 14А к выводу 14В, так, чтобы тот отражал значение технологической переменной, зарегистрированное датчиками 24 (фиг. 1), например, путем регулирования величины тока I_L в пределах от четырех до двадцати миллиампер. Кроме того, схема 34 управления током накладывает сигнал FSK переменного тока на сигнал постоянного тока для передачи сообщений по сети HART в соответствии с протоколом HART.

Например, как показано ниже на фиг. 3, модуль 12 связи может содержать цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), преобразующий цифровую информацию (например, цифровую информацию, сохраненную в одном или более буферах сообщений, сигналы датчиков, преобразованные в цифровой формат для обработки процессором 16, или другую цифровую информацию) в аналоговое напряжение. В рабочем режиме модуль 12 выдает сигнал с широтно-импульсной модуляцией, среднее значение напряжения которого на выводе O_SIG_DAC зависит от технологической переменной, зарегистрированной одним или более датчиками 24 (фиг. 1), преобразованной в цифровое значение и обработанной схемой 22 обработки сигналов (фиг. 1), обработанной процессором 16 и принятой модулем 12 связи через интерфейс 18.

Как показано на фиг. 2, напряжение, выдаваемое через вывод O_SIG_DAC, через сопротивления R19, R16 и R17 поступает на положительный (т.е. неинвертирующий) вход операционного усилителя 36. Напряжение, поступающее на положительный вход операционного усилителя 36, основано не только напряжении, выдаваемом с вывода O_SIG_DAC, но комбинируется с напряжением обратной связи, возникающим на сопротивлении R12 обратной связи, подключенном между землей и отрицательным выводом 14В. Соответственно, увеличение тока I_L приводит к росту напряжения на сопротивлении R12 обратной связи. Отрицательное напряжение поступает через сопротивление R15 и соединяется с сигналом от O_SIG_DAC в узле 38, тем самым комбинируя положительное напряжение с O_SIG_DAC с отрицательным напряжением обратной связи, поступающим через сопротивления R16 и R17 на положительный вход операционного усилителя 36.

Выход операционного усилителя 36 связан через емкость С8 с инвертирующим (т.е. отрицательным) входом операционного усилителя 36. Сопротивление R14 обеспечивает фильтрование, которое снижает скорость изменения напряжения на отрицательном входе операционного усилителя 36 в соответствии с постоянной времени RC-контура, образованного емкостью С8 и сопротивлением R14, что способствует предотвращению размывания сигнала. Выход операционного усилителя 36 также поступает через сопротивление R13 на базу транзистора Q1, который совместно с транзистором Q2 образует пару Дарлингтона. Ток базы управляет токами коллектора и эмиттера транзистора Q1. С эмиттера транзистора Q1 ток поступает на базу транзистора Q2, второго транзистора пары Дарлингтона. Ток базы второго транзистора управляет величиной тока, протекающего от коллектора к эмиттеру второго, более крупного транзистора Q2, тем самым управляя величиной тока, протекающего от положительного вывода 14А к отрицательному выводу 14В. Таким образом, схема 34 управления током реализует возможность задания базового постоянного тока, протекающего в токовом контуре HART, в зависимости от сигнала на выходе модуля 12 связи на выводе O_SIG_DAC.

Кроме того, схема 34 управления током выполнена с возможностью наложения сигнала FSK переменного тока на сигнал постоянного тока для передачи сообщений по сети HART в соответствии с протоколом HART. Например, как описано выше, модуль 12 связи может передавать и принимать сообщения, состоящие из асинхронных последовательных данных, переданных со скоростью 1200 битов в секунду, причем логической единице соответствует сигнал с частотой 1200 Гц, а логическому нулю - сигнал с частотой 2200 Гц. В рабочем режиме модуль 12 связи выводит на выходной вывод O_ТХА волновой сигнал переменного тока, причем такой волновой сигнал переменного тока содержит либо сигнал с частотой 1200 Гц (т.е. логическую единицу), либо сигнал с частотой 2200 Гц (т.е. логический нуль). Сигнал переменного тока проходит через емкость С11 и сопротивление R18 в узел 40, в котором на неинвертирующий положительный вход операционного усилителя 36 поступает управляющий токовый сигнал I_L. Таким образом, сигнал, передаваемый с O_ТХА, накладывается на уровень постоянного тока, установленный в токовом контуре через выводы 14. Поскольку передаваемый сигнал осциллирует между положительным и отрицательным значениями амплитуды, он изменяет моментальный уровень постоянного тока в токовом контуре, в то же время обеспечивая соответствие среднего уровня тока в контуре управляющему постоянному току I_L. Соответственно, модуль 12 связи обеспечивает отсутствие искажений сигналом HART значений силы тока, отражающих величины технологической переменной, выводимые полевым устройством.

Кроме того, как показано для варианта осуществления по фиг. 2, модуль 12 связи соединен с процессором 16 через входные выводы I_CS, I_SCLK, I_MOSI, I_KICK и выходные выводы O_PCLK1, O_NRESET, OT_MISO, O_NINT и O_CD. Выходной вывод O_PCLK1, на который модулем 12 связи может быть выведен сигнал программируемого тактового генератора, соединен с входным выводом CLOCK процессора 16. Например, как показано на схеме, модуль 12 связи может дополнительно содержать выводы I_XTL и O_XTL. В некоторых вариантах осуществления входной вывод I_XTL может получать тактовый сигнал от осциллятора, например, от осциллятора с частотой 3,6864 MHz, представленного на фиг. 2. В других примерах осуществления модуль 12 связи может принимать внешний тактовый сигнал через вывод O_XTL. В таких вариантах осуществления входной вывод I_XTL может быть привязан к нижнему уровню. Принятый тактовый сигнал (например, принятый через вывод I_XTL или O_XTL) может быть использован для задания тактовой частоты модуля 12 связи, причем тактовая частота может быть равна принятой тактовой частоте или быть равна доле принятой тактовой частоты, например, одной восьмой принятой тактовой частоты, одной четвертой принятой тактовой частоты или другой доле принятой тактовой частоты. Вычисленная тактовая частота может быть подана в процессор 16 через выходной вывод O_PCKL1. Выходной вывод O_NRESET, соединенный с входным выводом RESET процессора 16, может быть использован для перезагрузки процессора 16, например, в случае невозможности передачи процессором 16 данных в схему дежурного таймера модуля 12 связи. Например, как показано на схеме, входной вывод I_KICK модуля 12 связи может быть соединен с выходным выводом РВу процессора 16. Процессор 16 может выводить через выходной вывод РВу данные (например, один или более битов), принятые модулем 12 связи через входной вывод I_KICK. В ответ на определение того, что через вывод I_KICK данные не принимались в течение предельного времени, схема дежурного таймера модуля 12 связи (представлена на фиг. 3) может подавать в процессор 16 команду перезагрузки через вывод O_NRESET, причем такая команда перезагрузки вызывает перезагрузку процессора 16.

Каждый из контактов I_FUNC1, I_FUNC2, I_MOD3, I_MOD2 и I_MOD1 выбора режима может быть заземлен по мере необходимости, причем комбинация таких заземлений определяет режим работы модуля 12 связи. Например, модуль 12 связи может быть выполнен с возможностью работы в одном из нескольких режимов, например, в полнофункциональном режиме, в частично модифицированном режиме, в базовом режиме модема или в чисто цифровом режиме. Модуль 12 связи может конфигурировать одну или более функциональных и/или физических характеристик модуля 12 связи в соответствии с указанным режимом. Например, в ответ на определение того, что комбинация контактов I_FUNC1, I_FUNC2, I_MOD3, I_MOD2 и I_MOD1 выбора режима указывает на полнофункциональный режим работы, модуль 12 связи может задействовать все физические компоненты и/или все функциональные характеристики модуля 12 связи. В другом примере в ответ на определение того, что указан частично модифицированный режим, модуль 12 связи может отключать функции буферизации сообщений и/или физические компоненты, связанные с выполнением таких функций (например, один или более модулей энергозависимой памяти). В случае определения того, что указан чисто цифровой режим, модуль 12 связи может отключать аналоговые схемы, например, цифро-аналоговые преобразователи и т.п. (т.е. прекращать подачу электропитания на такие компоненты). В ответ на определение того, что указан базовый режим модема, м