HART信号采出装置的制作方法

hart信号采出装置
技术领域
1.本实用新型涉及dcs\plc控制系统电路技术领域，具体为一种hart信号采出装置。


背景技术：

2.目前dcs\plc控制系统存量市场非常庞大，由于大量的装置建设于2005年至2015年之间，受当时技术水平限制，hart仪表尚未大规模应用，系统大部分不支持hart信号。
3.由于工业装置规模越来越大，系统规模动辄成千上万，调试、维护工作量较大，维修风险较高。随着智能仪表应用越来越普遍，单个维修人员管理的设备越来越多，急需采用现代化的手段对现场仪表进行统一管理。
4.大量的过程信号进入控制室后，先进入端子柜、集电器柜、安全栅柜，经由上万个分立电气元件和单元仪表组成的信号转换装置（包含接线端子、安全栅、隔离器、继电器、保险、开关、指示灯等）进行供配电、信号转换、驱动放大后与dcs系统相连，十几万根导线用于元器件之间连接，组成过程信号的传输系统。
5.目前控制系统中，现场仪表的智能化已达到90%以上。智能仪表中除去正常ma信号传输主变量参数值外，还叠加了数字信号，用于对仪表的配置、维护、故障信息进行传输，该信息普遍采用hart协议，是一种可靠的现场通讯方式，物理层接近rs485，可以在不影响正常信号传输的情况下，同步传送维护信息，实现在线维护，为设备维护、维修、故障检查、故障预警带来极大方便，并大幅度提高检修效率。
6.随着信息化技术的发展和hart技术在自动化行业的应用，仪表行业提车设备全生命周期的管理。智能仪表内部存储了大量的配置和运行信息，包括故障信息和故障预警等，继续采用通讯手段将存储在仪表中的信息读取出来，对现有系统的升级改造提上日程。
7.由于老的系统普遍不支持hart信息采集，需要建立一个信号传输的物理通道，而现有信号系统规模庞大，擅自改动线路系统会带来较大风险，而且施工周期较长，在装置运行期间无法在时间上满足。


技术实现要素：

8.本实用新型为了弥补现有技术的不足，提供了一种结构简单、使用方便的hart信号采出装置。
9.本实用新型是通过如下技术方案实现的：
10.本实用新型的hart信号采出装置，其特征在于：由pcb板和壳体安装构成；板上的电流信号流入端a，连接到阻抗匹配设置排针，再连接至内部信号接口，阻抗匹配设置排针还连接了阻抗匹配电阻一和阻抗匹配电阻二，电流信号流入端a连接入hart信号引出接口，电源端子负端c通过隔直电容连接入hart信号引出接口，电源端子正端b通过隔直电容连接入hart信号引出接口，所有hart信号从板上的hart信号引出接口引出。
11.内部直流电源正端接至电源端子正端b，通过外部导线接至仪表供电正端，智能仪表电流信号经过导线接至电流信号流入端a，经过板上覆铜接至阻抗匹配设置排针，经过阻
抗匹配电阻一和阻抗匹配电阻二接至内部信号接口，仪表信号负端通过导线接至电源端子负端c，经过隔直电容接至hart信号引出接口的公共端，电源端子正端b经过隔直电容接至hart信号引出接口的公共端。
12.阻抗匹配设置排针采用排针和短路帽，短路帽能够插在2个排针上，调整线路上电阻值，使得低输入阻抗满足hart信号阻抗匹配要求。
13.采用16通道模拟接线端子板时，在电流信号流入端a、电源端子正端b、电源端子负端c，接入16块模拟输入型变送器信号，用于对16个4-20ma信号进行传输；内部信号接口，用于使用配套的专用接插件和线束将信号引入dcs的16通道模拟卡件；阻抗匹配设置排针，用于对不同输入阻抗的系统卡件进行匹配。
14.模拟量接线端子板外部接线方式，共含有3种接线端子，2线制变送器接在端子ab之间，4线制变送器信号接在端子ac之间，每个通道只能接一种信号，但信号形式不限，2线制变送器信号、4线制变送器信号均可；
15.在使用智能的2线制变送器时，电源端子正端b被通过导线引出，电流信号从电流信号流入端a流入，hart信号通过电流信号流入端a引入，电源端子正端b通过隔直电容引到com端；在使用智能的4线制变送器时，电流信号从电流信号流入端a流入，信号端从电源端子负端c被通过导线引出，hart信号通过电流信号流入端a端引入，电源端子负端c端通过隔直电容引到com端。
16.本实用新型的有益效果是，为了解决智能仪表信息孤岛问题，设计了一种dcs与现场仪表的信号接驳专用端子板，在完成日常模拟信号传输的情况下，将hart信号安全的采集出来，为后续信息化管理搭建物理链路，安全采集是本设计的关键。
17.该设计可以非常简捷的对现有系统进行改造，改动范围较小，甚至可以直接替换现有器件，完全可以利用正常检修时间进行，施工难度较低。
附图说明
18.图1为hart采出电路原理图。图2接线端子板示例。图3模拟信号端子接线原理图。
19.图1、图2中，1-阻抗匹配电阻一，2-阻抗匹配电阻二，3-系统侧接口（内部信号接口），5-阻抗匹配设置排针，6-隔直电容二，7-hart信号引出接口，8-隔直电容一。11-壳体，12-pcb板。
20.10-电流信号流入端a，4-电源端子正端b，9-电源端子负端c。
21.图3中，21-接线端子，22-2线制变送器，23-4线制变送器。
具体实施方式
22.附图为本实用新型的一种具体实施例。
23.本专利所指的采出电路包含以下部分：（图1）
24.板上的信号端子正端a10，连接到阻抗匹配设置排针5，再引至内部信号接口3，阻抗匹配设置排针5还连接了阻抗匹配电阻一1和阻抗匹配电阻二2，信号端子正端a10引入hart信号引出接口 7，电源端子负端c 9通过隔直电容一8引入hart信号引出接口7，电源端子正端b4通过隔直电容二6引入hart信号引出接口7。
25.内部直流电源正端引至电源端子正端b4，通过外部导线引至仪表供电正端，智能
仪表电流信号经过导线引至信号端子正端a10，经过板上覆铜引至阻抗匹配设置排针5，经过阻抗匹配电阻一1和阻抗匹配电阻二2引至内部信号接口3（系统侧接口），仪表信号负端通过导线引至电源端子负端c 9，经过隔直电容一8引至hart信号引出接口7的公共端，电源端子正端b4经过隔直电容二6引至hart信号引出接口7的公共端。
26.阻抗匹配设置排针5采用排针和短路帽，调整线路上电阻值，使得低输入阻抗系统满足hart信号阻抗匹配要求。
27.图2中，该案例为一块普通16通道模拟接线端子板，端子板可以在现场侧接线端子，即信号端子正端a 10、电源端子正端b 4、电源端子负端c 9，接入16块模拟输入型变送器信号，用于对16个4-20ma信号进行传输。内部信号接口3（即系统侧接口），用于使用配套的专用接插件和线束将信号引入dcs的16通道模拟卡件。阻抗匹配设置排针5，用于对不同输入阻抗的系统卡件进行匹配。整个端子板由pcb板12和壳体11安装构成，所有hart信号从板上的hart信号引出接口7引出。
28.从现场仪表输出的信号经pcb板12上的端子、接插件、覆铜、内部信号接口3（即系统侧接口）送出，经过专用线束传输到dcs卡件，全部信号在密闭系统中传输。保护电路安装在板的内部。
29.图3中，本案例是一个模拟量板外部接线方法示例，共含有3个接线端子10、9、4，2线制变送器22接在端子ab之间，4线制变送器23信号接在端子ac之间，每个通道只能接一种信号，但信号形式不限，2线制变送器信号、4线制变送器信号均可。
30.工业生产中，在使用智能的2线制变送器22时，电源正端b被通过导线引出，电流信号从a端流入，hart信号通过a端引入，b端通过隔直电容二6引到com端。在使用智能的4线制变送器23时，电流信号从a端流入，信号端c被通过导线引入，hart信号通过a端引入，c端通过隔直电容一8引到com端。
31.达到适应不同信号的目的。
32.本实用新型的hart信号采出装置，其作用是：
33.1、通过跳线形式调整回路阻抗，已达到适应不同阻抗系统的目标；
34.2、利用隔直电容将电源正端和负端并接引入hart公共端，适应多种变送信号型式；
35.3、通过对工业应用中各种智能仪表和系统的原理分析，通过线路设计达到hart信号正常采出的目标；
36.4、hart信号引入专用接插件，并且仪表电源端使用了隔直电容，提高了引出的安全性，防止后续电路及器件故障对控制系统的不良影响；
37.5、阻抗匹配机制使得各种系统均可满足hart阻抗需求；
38.6、快速更换原有部件，施工周期较短，对原系统安全运行的影响降到最低。