基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷電路及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷電路及方法。具體的說，涉及工業(yè)控制系統(tǒng)的智能安全儀表變送器中雙處理器串行控制架構(gòu)設(shè)計電路。從功能上來說，該雙處理器串行架構(gòu)，分別實現(xiàn)模擬量數(shù)據(jù)采集處理，HART通信處理，同時還對處理數(shù)據(jù)進行比較，從而實現(xiàn)互相診斷，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的錯誤所導(dǎo)致的處理結(jié)果的錯誤，避免輸出錯誤的信號，確保系統(tǒng)運行安全。該設(shè)計具有實用性強，可應(yīng)用范圍廣，成本低，診斷效果好等特點。
【專利說明】基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于微控制器冗余技術(shù)的儀表變送器數(shù)據(jù)處理診斷電路及方法。具體的說，涉及工業(yè)控制系統(tǒng)的智能安全儀表變送器中雙處理器串行控制架構(gòu)設(shè)計電路。
【背景技術(shù)】
[0002]安全儀表變送器是一種專門為條件苛刻的任務(wù)或是安全相關(guān)的應(yīng)用而設(shè)計的儀表變送器。如果安全儀表變送器不能正常工作或損壞，將導(dǎo)致控制系統(tǒng)部分功能停止工作或甚至整個系統(tǒng)崩潰，將嚴(yán)重危及工作人員安全。
[0003]采用安全儀表變送器的行業(yè)包括油/氣行業(yè)、石油化工行業(yè)、煉油行業(yè)、危險化學(xué)行業(yè)、煤礦行業(yè)、船舶、電廠、焚燒處理、機械行業(yè)、鍋爐控制和燃燒控制、高壓應(yīng)用等工業(yè)領(lǐng)域。此外，還要加上非傳統(tǒng)的安全應(yīng)用領(lǐng)域，一旦發(fā)生安全事故，將會對企業(yè)和社會帶來巨大的經(jīng)濟損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提出基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷電路及方法，作為安全儀表變送器的重要組成部分，用于實現(xiàn)智能安全儀表變送器模擬量采集數(shù)據(jù)的處理，通信數(shù)據(jù)處理，以及數(shù)據(jù)錯誤診斷，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。
[0005]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷電路，包括兩個處理器:微控制器一和微控制器二 ；所述微控制器一和微控制器二通過串行接口進行數(shù)據(jù)傳輸；所述微處理器一連接模擬量采集芯片，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)進行變換，同時將原始數(shù)據(jù)和變換后的數(shù)據(jù)發(fā)送給所述微控制器二 ；所述微控制器二連接模擬量輸出芯片，用于HART通信功能及控制電流輸出，將所述微處理器一發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進行變換，并與所述微處理器一發(fā)送過來的變換結(jié)果進行比較并輸出。
[0006]所述微控制器二中的比較不一致時，所述微控制器二制智能安全儀表變送器發(fā)出報警電流。
[0007]所述微處理器一讀取所述安全儀表中傳感器輸出的電壓值，并根據(jù)配置信息進行計算，得到該電壓值對應(yīng)的溫度值和輸出的電流值，并將上述3個數(shù)據(jù)進行循環(huán)冗余校驗編碼，并發(fā)送給所述微控制器二。
[0008]所述微控制器二接收微控制器一發(fā)送的所述安全儀表變送器連接的傳感器的測量值，根據(jù)相同的計算方式計算出該值對應(yīng)的溫度值以及輸出電流值，并將上述兩個數(shù)據(jù)與微控制器一發(fā)送過來的溫度值和輸出電流值進行比較。
[0009]如果比較值一致，則通過顯示屏顯示溫度值，通過所述模擬量輸出芯片輸出該值電流。
[0010]如果比較不一致，則所述微控制器二輸出報警電流。
[0011]如果比較不一致，則所述微控制器二要求微控制器一重新發(fā)送該數(shù)據(jù)，如果連續(xù)比較不一致，則發(fā)出報警電流。
[0012]一種基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷方法，包括以下步驟:
[0013]通過微控制器一讀取模擬量采集芯片測量的傳感器輸出的電壓值，并根據(jù)配置信息進行計算，得到該電壓值對應(yīng)的溫度值和輸出的電流值，并將上述3個數(shù)據(jù)整體進行循環(huán)冗余校驗編碼，通過串行通信接口發(fā)送給微控制器二 ；
[0014]通過微控制器二以相同的計算方式計算出該值對應(yīng)的溫度值以及輸出電流值，并將上述兩個數(shù)據(jù)與微控制器一發(fā)送過來的溫度值和輸出電流值進行比較；
[0015]如果比較值一致，則通過顯示屏顯示溫度值，通過模擬量輸出芯片輸出該值電流，如果比較不一致，則微控制器二輸出報警電流。
[0016]所述如果比較不一致，則所述微控制器二要求微控制器一重新發(fā)送該數(shù)據(jù)，如果連續(xù)比較不一致，則發(fā)出報警電流。
[0017]本發(fā)明基于微控制器冗余技術(shù)，是安全儀表變送器的重要組成部分。采用串行通信技術(shù)，微控制器一和微控制器二之間數(shù)據(jù)通信采用循環(huán)冗余校驗技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)在傳輸通信過程中發(fā)生的錯誤。處理器一進行數(shù)據(jù)采集和變換，并通過串行接口將數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器二；處理器二將原始數(shù)據(jù)重新進行處理變換，并與處理器一的結(jié)果進行比較，來實現(xiàn)對處理結(jié)果的診斷。
[0018]本發(fā)明用于實現(xiàn)智能安全儀表變送器模擬量采集數(shù)據(jù)的處理，通信數(shù)據(jù)處理，以及數(shù)據(jù)錯誤診斷，并避免錯誤影響到系統(tǒng)安全，可以有效的確保系統(tǒng)的運行穩(wěn)定與安全，為整個系統(tǒng)正常工作提供了重要保障，提高系統(tǒng)安全性和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2是圖1中微控制器一和微控制器二的具體連接實施例示意圖；
[0021]圖3是數(shù)據(jù)處理比較流程圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0023]本發(fā)明涉及以下幾項關(guān)鍵技術(shù):
[0024]I)串行通信技術(shù)。本設(shè)計描述的智能安全儀表變送器處理器通信及診斷電路。
[0025]2)循環(huán)冗余校驗，微控制器一和微控制器二之間數(shù)據(jù)通信采用循環(huán)冗余校驗技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)在傳輸通信過程中發(fā)生的錯誤。
[0026]3)診斷技術(shù)，處理器一進行數(shù)據(jù)采集和變換，并通過串行接口將數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器二 ；處理器二將原始數(shù)據(jù)重新進行處理變換，并與處理器一的結(jié)果進行比較，來實現(xiàn)對處理結(jié)果的診斷。
[0027]本發(fā)明作為安全儀表變送器的重要組成部分，用于實現(xiàn)智能安全儀表變送器模擬量采集數(shù)據(jù)的處理，通信數(shù)據(jù)處理，以及數(shù)據(jù)錯誤診斷，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。
[0028]其主要原理是本安全儀表變送器主要功能是采集現(xiàn)場傳感器信號，并根據(jù)傳感器類型，計算變送器所測量的溫度，輸出相應(yīng)的電流值。具體工作流程如圖1所示，安全儀表變送器分別由端子板、按鍵板、模擬量采集板、通信板以及顯示屏組成。[0029]安全儀表變送器在使用前，上位機軟件通過HART接口，對安全儀表進行初始化，配置傳感器類型等信息，通信板通過HART通信芯片將通過HART接收的配置信息存儲在鐵電存儲器中，并將傳感器配置類型等信息發(fā)送給模擬量采集板。
[0030]配置好安全儀表變送器的工作狀態(tài)以后，模擬量采集板根據(jù)配置信息來對傳感器輸出值進行測量，微控制器一讀取模擬量采集芯片測量的傳感器輸出的電壓值，并根據(jù)配置信息進行計算，得到該電壓值對應(yīng)的溫度值和輸出的電流值，并將上述3個數(shù)據(jù)整體進行循環(huán)冗余校驗編碼，通過串行通信接口發(fā)送給通信板上面的微控制器二，微控制器二首先對微控制器一發(fā)送的數(shù)據(jù)進行循環(huán)冗余校驗，來驗證在通信過程中數(shù)據(jù)沒有發(fā)生改變。
[0031]如果循環(huán)冗余校驗錯誤，則要求微控制器一重新發(fā)送該數(shù)據(jù)，如果三次錯誤，則發(fā)出報警電流，如果收到的數(shù)據(jù)循環(huán)冗余校驗正確則轉(zhuǎn)入下一步數(shù)據(jù)處理。
[0032]根據(jù)微控制器發(fā)送的模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換處理芯片的初始值，根據(jù)相同的計算方式，計算出該值對應(yīng)的溫度值以及輸出電流值，并將上述兩個數(shù)據(jù)與微控制器一發(fā)送過來的溫度值和輸出電流值進行比較。如果比較值一致，則通過顯示屏顯示溫度值，通過模擬量輸出芯片輸出該值電流，如果比較不一致，則可確定微控制器一或者微控制器二在處理中出錯，微控制器二輸出報警電流，避免系統(tǒng)發(fā)生危險失效。
【權(quán)利要求】
1.一種基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷電路，其特征在于，包括兩個處理器:微控制器一和微控制器二 ；所述微控制器一和微控制器二通過串行接口進行數(shù)據(jù)傳輸；所述微處理器一連接模擬量采集芯片，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)進行變換，同時將原始數(shù)據(jù)和變換后的數(shù)據(jù)發(fā)送給所述微控制器二；所述微控制器二連接模擬量輸出芯片，用于HART通信功能及控制電流輸出，將所述微處理器一發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進行變換，并與所述微處理器一發(fā)送過來的變換結(jié)果進行比較并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷電路，其特征在于，所述微控制器二中的比較不一致時，所述微控制器二制智能安全儀表變送器發(fā)出報警電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷電路，其特征在于，所述微處理器一讀取所述安全儀表中傳感器輸出的電壓值，并根據(jù)配置信息進行計算，得到該電壓值對應(yīng)的溫度值和輸出的電流值，并將上述3個數(shù)據(jù)進行循環(huán)冗余校驗編碼，并發(fā)送給所述微控制器二。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷電路，其特征在于，所述微控制器二接收微控制器一發(fā)送的所述安全儀表變送器連接的傳感器的測量值，根據(jù)相同的計算方式計算出該值對應(yīng)的溫度值以及輸出電流值，并將上述兩個數(shù)據(jù)與微控制器一發(fā)送過來的溫度值和輸出電流值進行比較。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷電路，其特征在于，如果比較值一致，則通過顯示屏顯示溫度值，通過所述模擬量輸出芯片輸出該值電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷電路，其特征在于，如果比較不一致，則所述微控制器二輸出報警電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷電路，其特征在于，如果比較不一致，則所述微控制器二要求微控制器一重新發(fā)送該數(shù)據(jù)，如果連續(xù)比較不一致，則發(fā)出報警電流。
8.一種基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷方法，其特征在于，包括以下步驟: 通過微控制器一讀取模擬量采集芯片測量的傳感器輸出的電壓值，并根據(jù)配置信息進行計算，得到該電壓值對應(yīng)的溫度值和輸出的電流值，并將上述3個數(shù)據(jù)整體進行循環(huán)冗余校驗編碼，通過串行通信接口發(fā)送給微控制器二 ； 通過微控制器二以相同的計算方式計算出該值對應(yīng)的溫度值以及輸出電流值，并將上述兩個數(shù)據(jù)與微控制器一發(fā)送過來的溫度值和輸出電流值進行比較； 如果比較值一致，則通過顯示屏顯示溫度值，通過模擬量輸出芯片輸出該值電流，如果比較不一致，則微控制器二輸出報警電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于微控制器冗余技術(shù)安全儀表數(shù)據(jù)處理診斷方法，其特征在于，所述如果比較不一 致，則所述微控制器二要求微控制器一重新發(fā)送該數(shù)據(jù)，如果連續(xù)比較不一致，則發(fā)出報警電流。
【文檔編號】G05B23/02GK103901797SQ201210578555
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】于海斌, 徐皚冬, 康凱, 白占元, 閆炳均, 王志平, 宋巖, 劉梁梁 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所