[发明专利]用于工业过程网络的通信单元

说明书

现场设备被配置为在工业过程网络上发送和接收数据。现场设备包括处理器和与工业过程网络通信连接的通信单元。通信单元被配置为：经由第一通信协议以第一数据速率在工业过程网络上发送并接收数据。连接通信单元，以经由第二通信协议以大于第一数据速率的第二数据速率与处理器通信。

相关申请交叉引用

本申请要求于2013年3月14日递交的题为“MODEM ASIC ARCHITECTURE FOR HARTCOMMUNICATIONS PROTOCOL”的美国临时申请No.61/781,348的优先权，其全部内容在此一并引入作为参考。

背景技术

本公开一般涉及在工业过程网络中使用的现场设备。更具体地，本公开涉及使用现场设备的通信单元的消息处理和数据传输。

在典型的工业设备(plant)中，分布控制系统(DCS)用于控制在设备处执行的多个工业过程。通常，该设备具有具备有用户输入输出(I/O)、光盘I/O以及其他外设的计算机系统的中央控制室。控制器和过程I/O子系统与计算系统相耦合。

过程I/O子系统包括遍布于设备连接至各种现场设备的I/O端口。现场设备包括各种类型的分析设备、硅压力传感器、电容式压力传感器、电阻式温度检测器、热电耦、应变测试仪、限位开关、通断开关、流量变送器、压力变送器、电容电平开关、磅秤(weigh scales)、换能器、阀门定位器、阀门控制器、致动器、螺线管和指示灯。术语“现场设备”包括这些设备以及在分布控制系统中执行功能的任何其他设备。

传统地，模拟现场设备已经通过两线制双绞线电流环连接至控制室，每个设备通过单个两线制双绞线连接至控制室。模拟现场设备能够响应于或发送特定范围内的电信号。在典型配置中，通常在双绞线的两条线之间具有约20-25伏的压差以及流经环的4-20毫安的电流。向控制室发送信号的模拟现场设备调制流经电流环的电流，电流与所感测到的过程变量成比例。另一方面，在控制室的控制下执行动作的模拟现场设备由通过环的电流幅度控制，电流幅度通过过程I/O系统的I/O端口调制，I/O系统的I/O端口由控制器控制。具有激活的电子器件的传统两线制模拟设备还可以从环中接收高达40毫瓦的功率。要求更高的功率的模拟现场设备通常使用四条线连接至控制室，两条线向设备发送功率。在现有技术中这种设备称作四线制设备，并且不像两线制设备那样功率受限。

历史上，大多数传统现场设备已经具有直接与由现场设备执行的基本功能直接相关的单个输入或单个输出。例如，由传统模拟电阻式温度传感器实现的唯一功能是：通过调制流经两线制双绞线的电流来发送温度，而由传统模拟阀门定位器实现的唯一功能是：基于流经两线制双绞线的电流的幅度，在开和关位置之间(含开和关位置)定位阀门。

最近，在电流环上叠加数字数据的混合系统已经被用于分布控制系统中。一种混合系统在控制技术中被称为可寻址远程传感器高速通道(HART)并且与贝尔202调制解调器规范相类似。HART系统使用半双工主-从协议。通常，主机发送命令并期待应答。用互补的方式，从机方通常等待命令并在响应中发送应答。每个命令或应答可以被认为是长度从几字节变化到269字节的消息。该消息由以1,200比特每秒(BPS)发送的异步串行数据组成。传输是通过频移键控(FSK)完成的，使得逻辑1由1,200赫兹(Hz)信号表示并且逻辑0用2,200Hz信号表示。这些HART协议信号被调制到承载直流电源的两线制通信线上。