一种主从式HART多路复用器装置及系统的制作方法

本发明涉及工业仪表，尤其涉及一种主从式hart多路复用器装置及系统。

背景技术：

1、随着智能工厂建设的不断深入，工业现场对多通道可寻址远程传感器高速通道（highway addressable remote transducer，hart）设备的集成化且高实时性需求日益迫切，单一场景下部署的hart仪表数量大幅增加，涵盖温度、压力、流量等多种类型，需通过hart多路复用器实现多路hart仪表数据的集中采集、汇总与上传，为上层控制系统提供全面、实时的现场数据支撑，进而实现生产过程的精准管控与预测性维护。

2、对于hart信息的采集，传统控制系统如dcs、sis需要借助于hart卡件，卡件对于hart信号的处理往往有两种实现形式：单调制解调器modem形式，通常采用单modem结合选择开关或分时复用结合软件解调的方式实现数据采集，例如16通道的hart仪表系统。多modem形式，通过采用与hart仪表匹配对等数量的控制器，提升并行处理能力。

3、然而，单modem形式多路复用器的扫描周期通常超过16s，部署数十路甚至上百路时延迟更甚，无法及时获取仪表实时参数与故障信息，且单modem方案缺乏智能调度机制，分时复用方案则占用大量cpu资源、易受噪声影响导致解调错误。多modem形式往往且固定数量的modem设计，无法根据hart仪表数量灵活调整，存在硬件成本高昂、占用大量pcb面积、功耗较高且资源利用率低下的问题，难以适配不同规模工业场景的需求。

技术实现思路

1、本发明提供了一种主从式hart多路复用器装置及系统，以通过主从并行调度与多modem并行通信，实现hart仪表高效智能管理。

2、根据本发明的第一方面，提供了主从式hart多路复用器装置，包括：主机底板、至少一个从机底板，所述主机底板上安装有一个主机和至少一个从机，所述从机底板上安装有多个从机，所述主机与每个所述从机分别连接多路hart仪表，所述主机与各所述从机通过内部总线连接；

3、所述主机，用于接收上位机下发的hart仪表扫描指令，向多个所述从机并行下发扫描任务；

4、所述从机内部设置有多路调制解调电路，用于响应所述扫描任务，通过所述多路调制解调电路并行访问对应通道的hart仪表，获取所述hart仪表的设备信息，并将所述设备信息回复至所述主机；

5、所述主机，用于汇总并存储各从机上报的hart仪表信息，生成已连接hart仪表列表；

6、所述主机，还用于接收所述上位机下发的针对第一目标hart仪表的数据访问请求，结合所述已连接hart仪表列表将所述数据访问请求转发至所述第一目标hart仪表对应的目标从机；

7、所述目标从机，还用于根据所述数据访问请求，通过所述调制解调电路与所述目标hart仪表进行通信，并将获取的回复数据通过所述内部总线返回至所述主机，由所述主机回复所述上位机。

8、根据本发明的第二方面，提供了一种hart仪表通信系统，所述系统包括：上位机、安全栅、多路hart仪表以及如权利要求1-9中任一项所述的主从式hart多路复用器装置，所述安全栅连接于所述hart仪表与所述主从式hart多路复用器装置之间，所述上位机通过外部总线连接所述主从式hart多路复用器装置，所述主从式hart多路复用器装置连接多路所述hart仪表；

9、所述hart仪表，用于输出混合有模拟信号和数字信号的复合信号；

10、所述安全栅，用于为所述hart仪表供电，并将所述复合信号中的数字信号隔离输出至所述主从式hart多路复用器装置；

11、所述上位机，用于向所述主从式hart多路复用器装置下发数据访问请求并接收所述主从式hart多路复用器装置回复的数据；

12、所述主从式hart多路复用器装置，用于与所述数据访问请求对应的第一目标hart仪表进行数据通信，并生成回复数据反馈至所述上位机。

13、本发明实施例的技术方案，通过主机向多个从机并行下发扫描任务、从机内部多路调制解调电路并行访问多路hart仪表的双层并行机制，实现多数量hart仪表连接时的快速扫描，相比传统单modem分时切换方案显著缩短扫描周期；从机数量可根据hart仪表数量灵活配置，有效节省硬件资源与成本；主机汇总各从机上报设备信息生成已连接hart仪表列表，上位机发起数据访问时主机结合列表直接定位目标从机及通道进行转发，避免重复搜索，提高寻址效率；从机通过调制解调电路与目标hart仪表通信并返回回复数据，实现数据访问请求的精准送达与可靠回复，满足工业现场对多通道hart设备高实时性及高可靠性采集的需求。

14、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

1.一种主从式hart多路复用器装置，其特征在于，包括：主机底板和至少一个从机底板，所述主机底板上安装有一个主机和至少一个从机，所述从机底板上安装有多个从机，所述主机与每个所述从机分别连接多路hart仪表，所述主机与各所述从机通过内部总线连接；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主机还用于：

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置支持透传模式及转发模式，相应的，所述接收所述上位机下发的针对第一目标hart仪表的数据访问请求，结合所述已连接hart仪表列表将所述数据访问请求转发至所述第一目标hart仪表对应的目标从机，包括：

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主机还用于：

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主机底板上设置有拨码开关，所述主机通过所述拨码开关配置与所述上位机通信的外部地址；所述从机底板上设置有旋码开关，所述从机通过所述旋码开关配置内部通信地址。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置配套有基于fdt框架的网络拓扑，所述网络拓扑包括：通信dtm，物理映射为通信接口；网关dtm，挂载于所述通信dtm之下，物理映射为所述主机；以及设备dtm，挂载于所述网关dtm之下，物理映射为各所述hart仪表。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括hart信号剥离底板，所述hart信号剥离底板设置于所述主机或所述从机与所述hart仪表之间；

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主机与所述从机均采用基于hart标准协议的数据帧格式进行数据交互，所述数据帧格式包括：前导码、定界符、地址字节、命令字节、数据长度字节、数据字节和校验字节；

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述从机内部设置有两个所述调制解调电路，其中第一个调制解调电路连接奇数编号通道的hart仪表，第二个调制解调电路连接偶数编号通道的hart仪表，每个所述从机通过两个所述调制解调电路同时与两个通道的hart仪表进行并行通信。

10.一种hart仪表通信系统，其特征在于，所述系统包括：上位机、安全栅、多路hart仪表以及如权利要求1-9中任一项所述的主从式hart多路复用器装置，所述安全栅连接于所述hart仪表与所述主从式hart多路复用器装置之间，所述上位机通过外部总线连接所述主从式hart多路复用器装置，所述主从式hart多路复用器装置连接多路所述hart仪表；