现场总线压力变送装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了工业自动化技术领域中的一种现场总线压力变送装置。包括变送模块、主控模块和显示模块；变送模块包括顺序相连的传感器单元、信号调理单元、数字信号与模拟信号转换单元、信号隔离单元；主控模块包括顺序相连的微处理器单元、通信单元和通信接口单元；显示模块包括顺序连接的显示控制单元和数据显示单元；微处理器单元分别与显示控制单元和信号隔离单元相连；通信接口单元与现场总线相连；通信单元包括顺序连接的具有总线仲裁功能的通信控制器、介质冗余管理器和总线收发器。本实用新型专利技术提供的现场总线压力变送装置具有总线仲裁的功能和介质冗余管理功能，具有WorldFIP现场总线技术高可靠性的特点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于工业自动化
，尤其涉及一种现场总线压力变送装置。
技术介绍
压力变送装置是一种用来检测压力、差压、流量、液位、温度等信号的现场级设备， 在电力、石化、冶金等行业有着十分广泛的应用。基于现场总线技术的压力变送装置具有可远距离传输信号、智能化程度高、测量精度高以及调整方便等特点。近年来，随着生产设备的大型化、复杂化和工业生产“节能、减排、降耗”工作的不断推进，对分布式数字控制系统的可靠性有了更高的要求。大部分适用于过程控制的现场总线技术的压力变送装置缺乏冗余功能，这成为限制控制系统现场级可靠性提高的主要障碍。同时，工业以太网技术也不是解决过程测控可靠通信的最优方案，分布式智能控制网络中的现场智能装置不宜直接接入 Internet/Intranet。WorldFIP是国际现场总线标准之一，是一种面向工业控制的现场总线，其物理层独特的双总线冗余体系使其非常适用于高可靠性的过程控制领域，任何一条总线故障，均可以自动切换至另一条总线，从而可保证生产过程的正常运行。基于WorldFIP 现场总线的智能测量、变送装置在控制的确定性、可靠性等方面较其他类型的现场总线智能装置具有明显的优势，在过程控制领域得到日益广泛的应用。该类现场级智能装置目前均为WorldFIP现场总线基本设备，不具有总线仲裁的功能，且数据容量小、通信能力有限， 在很大程度上限制了该类设备在大型、复杂的生产过程上的应用。本技术针对这一实际问题，设计了一种基于WorldFIP现场总线的、具有总线仲裁功能的智能信号变送装置， 不但具有WorldFIP现场总线技术高可靠性的特点，而且具有总线仲裁功能，不但可作为基本设备使用，还能作为总线仲裁器使用，且其数据容量大、通信能力强，大大提高了装置在各类型生产过程中的实用性和应用上的灵活性。
技术实现思路
本技术的目的是，针对现有的WorldFIP现场总线现场级智能装置不具有总线仲裁的功能、数据容量小、通信能力有限，从而限制了该类设备在大型、复杂的生产过程上的应用这一实际问题，提供一种现场总线压力变送装置。技术方案是，一种现场总线压力变送装置，其特征是所述装置包括变送模块、主控模块和显示模块；所述变送模块包括顺序相连的传感器单元、信号调理单元、数字信号与模拟信号转换单元、信号隔离单元；所述主控模块包括顺序相连的微处理器单元、通信单元和通信接口单元；所述显示模块包括顺序连接的显示控制单元和数据显示单元；所述微处理器单元分别与显示控制单元和信号隔离单元相连；所述通信接口单元与现场总线相连；所述微处理器单元包括微处理器、组态存储器、程序存储器和数据存储器，微处理器分别与组态存储器、程序存储器和数据存储器相连，组态存储器和数据存储器相连；所述通信单元包括顺序连接的具有总线仲裁功能的通信控制器、介质冗余管理器和总线收发器。所述传感器单元包括压力传感器和/或温度传感器。所述微处理器单元还包括隔离电源。所述具有总线仲裁功能的通信控制器包括使用静态RAM存储器芯片的外部存储ο所述通信接口单元采用总线隔离变压器FIELDTR。所述数据显示单元采用字符型IXD点阵模块作显示器。本技术提供的现场总线压力变送装置具有总线仲裁的功能和介质冗余管理功能，具有WorldFIP现场总线技术高可靠性的特点。附图说明图1是现场总线压力变送装置结构图；图2是包括压力传感器和温度传感器的现场总线压力变送装置结构图；图3是压力传感器电路图；图4是单通道光耦单元电路图；图5是20通道信号隔离器电路图；图6是4通道信号隔离器电路图；图7是微处理器单元结构图；图8是微处理器电路图；图9是A/D转换器5016RP-ADC与微处理器AT91M40800的连接电路图；图10是通信单元结构图；图11是具有总线仲裁功能的通信控制器FULLFIP2与外部存储器的连接示意图；图12是具有总线仲裁功能的通信控制器FULLFIP2与微处理器AT91M40800连接示意图；图13是通信单元与通信接口单元的连接电路图；图14是显示控制单元与微处理器单元的连接电路图。具体实施方式以下结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本技术的范围及其应用。图1是现场总线压力变送装置结构图。图1中，现场总线压力变送装置包括变送模块、主控模块和显示模块。变送模块包括顺序相连的传感器单元、信号调理单元、数字信号与模拟信号转换单元、信号隔离单元。主控模块包括顺序相连的微处理器单元、通信单元和通信接口单元。显示模块包括顺序连接的显示控制单元和数据显示单元。微处理器单元分别与显示控制单元和信号隔离单元相连。通信接口单元与现场总线相连。图2是包括压力传感器和温度传感器的现场总线压力变送装置结构图。图2中， 现场总线压力变送装置的传感器单元可以包括压力传感器、温度传感器。传感器单元用于获取压力、差压、流量、液位、温度等信号。图3是压力传感器电路图。目前常用的压力传感器有电容式、扩散硅式和硅谐振式等。其中扩散硅压力传感器具有灵敏度高、性能稳定、量程范围广、滞后和蠕动小的优点。 本设计采用的传感器MP)(5010即是一种扩散硅压阻式传感器，压力范围为0 IOkPa,供电电压为4. 75 5. 25V，工作温度为0 85°C，灵敏度达450mV/kPa。MPX5010内带温度和非线性补偿回路，输出为4. 475 4. 925V的电压信号。由于数字信号与模拟信号转换单元(图1和图2中为A/D转换单元)只能接收一定范围的模拟信号，而传感器把非电物理量变换成电信号后，并不一定在其能够接收的范围内。为此，本装置提供信号调理单元，用于对传感器输出的信号进行放大、滤波、线性化补偿，之后输送到A/D转换单元。A/D转换单元选用型号为5016RP-ADC的16位A/D转换器，其转换精度高，转换数据的位数的控制可通过软件实现，简化了电路设计。为了确保主控模块和变送模块之间的信号互不干扰，提高装置的抗干扰能力和电气安全性能，本装置提供了两个信号隔离器作为信号隔离单元与A/D转换器5016RP-ADC连接，一个信号隔离器为20通道信号隔离器，另一个信号隔离器为4通道信号隔离器，信号隔离器内部采用多个单通道光耦单元构成。图4是单通道光耦单元电路图，单通道光耦单元以高速光耦元件6W37为核心，采用同向逻辑输出设计。图5是20通道信号隔离器电路图， 图6是4通道信号隔离器电路图。主控模块包括顺序连接的微处理器单元、通信单元和通信接口单元。图7是微处理器单元结构图，图7中，微处理器单元又包括微处理器、组态存储器、程序存储器和数据存储器，微处理器分别与组态存储器、程序存储器和数据存储器相连，组态存储器和数据存储器相连。为了给输入输出板需要隔离供电的器件供电，可以在微处理器单元上设计了一个隔离的+5V和-5V电源。在本实施例中，选用ATMEL公司的AT91M40800作为微处理器，图8是微处理器电路图。其集成了 ARM7TDMI核、嵌入式ICE接口，存储器以及外围部件，微处理器 AT91M40800内部主要有两条总线先进系统总线ASB (Advanced System Bus)和先进外围总线APB (Advanced Peripheral Bus)。微处理器本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种现场总线压力变送装置，其特征是所述装置包括变送模块、主控模块和显示模块；所述变送模块包括顺序相连的传感器单元、信号调理单元、数字信号与模拟信号转换单元、信号隔离单元；所述主控模块包括顺序相连的微处理器单元、通信单元和通信接口单元；所述显示模块包括顺序连接的显示控制单元和数据显示单元；所述微处理器单元分别与显示控制单元和信号隔离单元相连；所述通信接口单元与现场总线相连；所述微处理器单元包括微处理器、组态存储器、程序存储器和数据存储器，微处理器分别与组态存储器、程序存储器和数据存储器相连，组态存储器和数据存储器相连；所述通信单元包括顺序连接的具有总线仲裁功能的通信控制器、介质冗余管理器和总线收发器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁庚，李文，白焰，李志军，史运涛，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：实用新型
国别省市：11