[发明专利]具有差动输入级的HART 模拟量输入模块

说明书

技术领域

本公开的示例性实施例涉及一种具有差动输入级的HART模拟量输入模块，更具体地，涉及被配置为有效地进行HART通信，同时保持了相对于模拟信号在噪声特性方面有所改善的差动结构的具有差动输入级的HART模拟量输入模块。

背景技术

模拟量输入模块被广泛地用于工业领域，包括食品包装机、各种工业炉、半导体制造设备和塑料成型机，且伴随着对高性能、智能发送器及其有效管理日益增长的需求，近来要求在发送器和PLCs（可编程逻辑控制器）之间的通信功能。

PLC是通用控制设备，被配置为通过用包括集成电路和晶体管的半导体器件来取代常规的控制面板的继电器、计时器和计数器功能，且通过给基本时序控制功能增加操作功能来允许程序控制。

由发送器广泛采用的当前的通信方式遵守HART（高速可寻址远程传感器）通信协议。一般来说，HART通信协议支持专用导线或导线组上的组合的数字信号和模拟信号，其中，在线处理信号（例如，控制信号、传感器测量值等）被提供作为模拟电流信号（例如，范围从4mA～20mA），且对两线型仪器的信息使用和管理具有极佳的改善效果。

HART通信协议支持在模拟信号中测得的并给数字信号增加信息的测量值（处理变量）的输出。HART通信协议支持设置各种参数，远程校准发送器，且甚至进行故障诊断，由此，利用与现场仪器操作有关的充足的信息，可以从控制室三维监控现场情况。

迅速发展的PLC的用途已经逐步扩展到近来的分布式控制系统领域，因此结果是，在PLC中同样也要求在分布式控制系统中大量使用的HART通信功能。

HART协议利用FSK（移频键控）标准在4mA～20mA模拟信号之上叠加低电平的数字信号。HART协议以1200bps通信，无需中断4mA～20mA信号并允许主机应用程序（主机）每秒从现场设备获得两次或更多次的数字更新。因为数字FSK信号是相位连续的，且HART通信信号的平均值是零，因此不会干扰4-20mA模拟信号。

同时，在用于诸如PLC的工业仪器中的模拟量输入模块被连接至各种HART现场仪器的情况下，产品必须配备有将模拟信号转换成数字信号的功能，也要配备有与HART现场仪器进行HART通信的功能。

通过HART调制解调器由模拟量输入模块来完成HART通信信号的产生和解译。为了实现正常的功能，必须持续保持HART通信信号的接地电位直到HART通信信号从模拟量输入模块的输入端子被发送至HART调制解调器。

尽管单端型输入端子提供了这种情况下所需的结构，但是显露出来的是扰乱通道之间绝缘状态的问题和放弃了在噪声特性方面极佳的差动结构的问题。也就是说，为了允许HART调制解调器正常地识别出所检测出的HART通信信号，在每个处理HART通信信号的元件处的HART通信信号的电位必须完全相同，且为此目的而使用的单端配置意味着被连接至模拟量输入模块的每个HART现场设备的地线都是共用的。

例如，被分别连接至各个通道的几个HART现场设备的地线都被共同地连接至模拟量输入模块的地线以允许在相同的接地电位上进行操作。这意味着，在HART现场设备中的任何一个地线上出现故障，故障可以被发送至结构不同的HART现场设备的地线和模拟量输入模块的地线。

另外，众所周知，单端信号输入电路不能消除共模噪声，使得将共模噪声引入共地电路中的路径随着通道数增多而成比例地增加。

因为其中一种方法在结构上解决了上述问题，尽管可以配置为每个通道都具有独立的信号处理电路，但是要求信号处理组件数和通道数一样多，不利的是增加了制造成本。

发明内容

本公开的示例性方案至少基本上解决了上述问题和/或缺陷并至少提供了如下所述的优点。因而，本公开的目的在于提供具有差动输入级的HART模拟量输入模块，其被配置为通过使用和处理具有公共组件的多个通道信号来保持处理HART通信信号所要求的单端配置。

本公开的另一个目的是提供具有差动输入级的HART模拟量输入模块，其被配置为通过差动地配置模拟量输入模块的输入级并防止被接至每个通道的HART现场设备的接地异常影响其他通道来有效地运行HART通信。

在本公开的一个总体方案中，提供一种具有差动输入级的HART模拟量输入模块，所述HART模拟量输入模块包括:

多个输入级处理器，其在从相应的HART现场设备输入与DC信号和HART通信信号叠加的信号的情况下，被分别接至多个HART现场设备以从输入信号中检测出该DC信号和HART通信信号，并输出该DC信号和HART通信信号；