功能安全溫度變送器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種變送器，尤其涉及一種功能安全溫度變送器。
【背景技術(shù)】
[0002]2000年，IEC61508.1-7《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》標(biāo)準(zhǔn)的頒布標(biāo)志著功能安全作為獨(dú)立的安全學(xué)科進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。
[0003]相較于一般的工業(yè)儀表，功能安全溫度變送器具有如下基本特征:
1、一定的安全完整等級
IEC61508作為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮了安全儀表系統(tǒng)的整體安全生命周期，提出了評估安全儀表系統(tǒng)的整體安全生命周期，提出了評估安全儀表系統(tǒng)的安全完整性等級SIL(safety integrity level )的方法，規(guī)范了為實(shí)現(xiàn)必要的功能安全所使用的工具與措施。功能安全溫度變送器的設(shè)計(jì)與開發(fā)過程必須遵循IEC61508，并通過獨(dú)立機(jī)構(gòu)的功能安全評估和認(rèn)證，取得認(rèn)證證書，才能在工業(yè)現(xiàn)場中應(yīng)用。
[0004]2、全面的故障自診斷能力
功能安全溫度變送器的安全完整性要求還包括避免失效的要求和系統(tǒng)故障控制的要求，同時(shí)，構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)部件均需明確故障診斷措施和失效后的行為。對于SIL2等級功能安全溫度變送器的系統(tǒng)整體診斷覆蓋率高達(dá)90%以上。硬件具有高度可靠性，能承受大多數(shù)環(huán)境應(yīng)力，如現(xiàn)場電磁干擾等，從而較好應(yīng)用于各種工業(yè)環(huán)境。
[0005]3、FMEA 評估
在功能安全溫度變送器開發(fā)時(shí)，必須對所有使用到的電子元器件逐一進(jìn)行FMEA分析，明確每種失效模式、失效影響及故障診斷措施，并結(jié)合現(xiàn)場返修部件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或元器件失效率手冊，計(jì)算出各種顯性/隱性、安全/危險(xiǎn)失效率。這些數(shù)據(jù)是計(jì)算安全失效分?jǐn)?shù)SFF、故障診斷覆蓋率DC、平均失效概率PFD等安全完整性等級相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)。
[0006]在國外，尤其是歐盟，對功能安全的研宄已較為深入，而且取得安全認(rèn)證的產(chǎn)品越來越多，范圍也在逐步擴(kuò)大。在我國，功能安全還只是一個(gè)名詞概念，盡管在工業(yè)控制領(lǐng)域有一定的推廣，但是國內(nèi)生產(chǎn)的電氣儀表獲得功能安全認(rèn)證的還很少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明公開了一種功能安全溫度變送器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中智能溫度變送器無法應(yīng)用在一些安全級別要求較高場合的問題。
[0008]本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種功能安全溫度變送器，其中，包括:一單片機(jī)，一信號處理電路與一主米樣A/D連接，所述主采樣A/D與所述單片機(jī)連接，所述單片機(jī)上還連接有一 D/A模塊，所述D/A模塊與一電流輸出模塊連接；一模擬開關(guān)及處理電路、一診斷A/D串接在所述D/A模塊與所述單片機(jī)之間，所述診斷A/D同時(shí)與所述信號處理電路連接；一帶時(shí)窗開看門狗連接在所述單片機(jī)與電流輸出模塊之間。
[0009]如上所述的功能安全溫度變送器，其中，所述單片機(jī)上連接有一顯示裝置、一顯示燈、一按鍵。
[0010]如上所述的功能安全溫度變送器，其中，所述信號處理電路包括:RC濾波網(wǎng)絡(luò)、EMC保護(hù)電路、TC傳感器、RTD輸入選擇網(wǎng)絡(luò)。
[0011 ] 如上所述的功能安全溫度變送器，其中，所述主采樣A/D包括:24位A/D，所述主采樣A/D還包括:兩路激勵電流。
[0012]如上所述的功能安全溫度變送器，其中，所述單片機(jī)采用16位低功耗單片機(jī)。
[0013]如上所述的功能安全溫度變送器，其中，所述D/A模塊內(nèi)具有:電源模塊、基準(zhǔn)模塊。
[0014]如上所述的功能安全溫度變送器，其中，所述電流輸出模塊具有一 EMC抗干擾保護(hù)豐吳塊。
[0015]如上所述的功能安全溫度變送器，其中，所述模擬開關(guān)處理電路包括:傳感器斷線/短路診斷模塊、3.3V電源電壓過壓/欠壓保護(hù)模塊。
[0016]如上所述的功能安全溫度變送器，其中，所述診斷A/D包括:主采樣A/D故障診斷模塊、D/A故障診斷模塊、TC冷端短路/斷路/漂移診斷模塊、RTD激勵電流漂移診斷模塊。
[0017]如上所述的功能安全溫度變送器，其中，所述帶時(shí)窗看門狗包括:MCU無中斷/連續(xù)中斷模塊、3.3V電源故障模塊、4?20mA電流輸出故障模塊。
[0018]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中智能溫度變送器無法應(yīng)用在一些安全級別要求較高場合的問題，本發(fā)明通過帶時(shí)窗看門狗、模擬開關(guān)及處理電路、診斷A/D與單片機(jī)連及變送器安全執(zhí)行部分連接，使得功能安全溫度變送器可對生產(chǎn)裝置或設(shè)備可能發(fā)生的危險(xiǎn)采取緊急措施，并對繼續(xù)惡化的狀況進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)，使其進(jìn)入一個(gè)預(yù)定義的安全停車工況，從而使危險(xiǎn)和損失降到最低程度，保證生產(chǎn)、設(shè)備、環(huán)境和人員安全。本發(fā)明符合IEC61508標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的SIL2安全等級要求，是基于故障導(dǎo)向安全的指導(dǎo)方針進(jìn)行設(shè)計(jì)，即使在自身發(fā)生故障的情況下也能夠輸出安全電流或者斷電，使系統(tǒng)保持在安全狀態(tài)。該項(xiàng)技術(shù)特別適合在一些安全等級要求較高的工業(yè)環(huán)境。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明功能安全溫度變送器的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
圖1是本發(fā)明功能安全溫度變送器的結(jié)構(gòu)框圖，請參見圖1，一種功能安全溫度變送器，其中，包括:一單片機(jī)11，一信號處理電路12與一主采樣A/D13連接，主采樣A/D13與單片機(jī)11連接，單片機(jī)11上還連接有一 D/A模塊14，D/A模塊14與一電流輸出模塊15連接；一模擬開關(guān)及處理電路21、一診斷A/D22串接在D/A模塊14與單片機(jī)11之間，診斷A/D22同時(shí)與信號處理電路12連接；一帶時(shí)窗開看門狗23連接在單片機(jī)11與電流輸出模塊15之間。
[0021]本發(fā)明的單片機(jī)11上連接有一顯示裝置、一顯示燈、一按鍵33。
[0022]進(jìn)一步的，顯示裝置包括配置界面31，顯示燈為IXD32。
[0023]本發(fā)明的信號處理電路12包括:RC濾波網(wǎng)絡(luò)、EMC保護(hù)電路、TC傳感器、RTD輸入選擇網(wǎng)絡(luò)，其中，RC濾波網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)mv信號的信號濾波，EMC保護(hù)電路提高傳感器輸入通道的EMC抗干擾能力，TC傳感器/RTD輸入選擇網(wǎng)絡(luò)則用來配置傳感器的輸入方式，具體包括:熱電偶TC輸入，RTD 2線制輸入，RTD 3線制輸入。
[0024]本發(fā)明的主采樣A/D13包括:24位A/D，主采樣A/D還包括:兩路激勵電流，兩路激勵電流用來提供RTD 2線制/RTD 3線制所需要的激勵電流。主采樣A/D主要用來采集傳感器信號將模擬量mv值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量經(jīng)SPI通訊傳送給單片機(jī)(MCU)。
[0025]本發(fā)明的單片機(jī)11采用16位低功耗單片機(jī)。本發(fā)明的單片機(jī)主要包括安全功能和診斷功能:
安全功能:將A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量根據(jù)不同的傳感器類型轉(zhuǎn)換為溫度信號。并將溫度信號轉(zhuǎn)換成4?20mA電流信號。
[0026]診斷功能:RAM診斷，ROM診斷，EEPROM診斷，堆棧診斷，PC指針診斷，指令診斷等。根據(jù)評估，MCU內(nèi)部診斷方法可以達(dá)到90%以上診斷覆蓋率。
[0027]本發(fā)明的D/A模塊14內(nèi)具有:電源模塊、基準(zhǔn)模塊，電源模塊主要將24V電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需要的3.3V電源給系統(tǒng)供電；基準(zhǔn)用來給主采樣A/D提供基準(zhǔn)電壓；D/A模塊將MCU提供的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。
[0028]本發(fā)明的電流輸出模塊15具有一 EMC抗干擾保護(hù)模塊，電流輸出是將模擬量轉(zhuǎn)換為4?20mA電流輸出，EMC抗干擾保護(hù)模塊提供過/欠壓保護(hù)，防反接保護(hù)，EMC抗干擾保護(hù)。
[0029]本發(fā)明的模擬開關(guān)處理電路21包括:傳感器斷線/短路診斷模塊、3.3V電源電壓過壓/欠壓保護(hù)模塊。
[0030]本發(fā)明的診斷A/D22包括:主采樣A/D故障診斷模塊、D/A故障診斷模塊、TC冷端短路/斷路/漂移診斷模塊、RTD激勵電流漂移診斷模塊。
[0031]本發(fā)明的帶時(shí)窗看門狗23包括:MCU無中斷/連續(xù)中斷模塊、3.3V電源故障模塊、4?20mA電流輸出故障模塊。進(jìn)一步的，本發(fā)明的MCU無中斷/連續(xù)中斷模塊還可以具有程序程序無法順序執(zhí)行診斷功能。
[0032]本發(fā)明公開的功能安全溫度變送器是全國首個(gè)通過TUV功能安全認(rèn)證的產(chǎn)品，對于我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家戰(zhàn)略安全具有積極作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種功能安全溫度變送器，其特征在于，包括:一單片機(jī)，一信號處理電路與一主采樣A/D連接，所述主采樣A/D與所述單片機(jī)連接，所述單片機(jī)上還連接有一 D/A模塊，所述D/A模塊與一電流輸出模塊連接；一模擬開關(guān)及處理電路、一診斷A/D串接在所述D/A模塊與所述單片機(jī)之間，所述診斷A/D同時(shí)與所述信號處理電路連接；一帶時(shí)窗開看門狗連接在所述單片機(jī)與電流輸出模塊之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能安全溫度變送器，其特征在于，所述單片機(jī)上連接有一顯示裝置、一顯示燈、一按鍵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能安全溫度變送器，其特征在于，所述信號處理電路包括:RC濾波網(wǎng)絡(luò)、EMC保護(hù)電路、TC傳感器、RTD輸入選擇網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能安全溫度變送器，其特征在于，所述主采樣A/D包括:24位A/D，所述主采樣A/D還包括:兩路激勵電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能安全溫度變送器，其特征在于，所述單片機(jī)采用16位低功耗單片機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能安全溫度變送器，其特征在于，所述D/A模塊內(nèi)具有:電源模塊、基準(zhǔn)模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能安全溫度變送器，其特征在于，所述電流輸出模塊具有一 EMC抗干擾保護(hù)模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能安全溫度變送器，其特征在于，所述模擬開關(guān)處理電路包括:傳感器斷線/短路診斷模塊、3.3V電源電壓過壓/欠壓保護(hù)模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能安全溫度變送器，其特征在于，所述診斷A/D包括:主采樣A/D故障診斷模塊、D/A故障診斷模塊、TC冷端短路/斷路/漂移診斷模塊、RTD激勵電流漂移診斷模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能安全溫度變送器，其特征在于，所述帶時(shí)窗看門狗包括:MCU無中斷/連續(xù)中斷模塊、3.3V電源故障模塊、4?20mA電流輸出故障模塊。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種功能安全溫度變送器，涉及變送器領(lǐng)域，包括：一單片機(jī)，一信號處理電路與一主采樣A/D連接，所述主采樣A/D與所述單片機(jī)連接，所述單片機(jī)上還連接有一D/A模塊，所述D/A模塊與一電流輸出模塊連接；一模擬開關(guān)及處理電路、一診斷A/D串接在所述D/A模塊與所述單片機(jī)之間，所述診斷A/D同時(shí)與所述信號處理電路連接；一帶時(shí)窗開看門狗連接在所述單片機(jī)與電流輸出模塊之間。本發(fā)明通過帶時(shí)窗看門狗、模擬開關(guān)及處理電路、診斷A/D與單片機(jī)連及變送器安全執(zhí)行部分連接，使得功能安全溫度變送器可對生產(chǎn)裝置或設(shè)備可能發(fā)生的危險(xiǎn)采取緊急措施，并對繼續(xù)惡化的狀況進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)，使其進(jìn)入一個(gè)預(yù)定義的安全停車工況。
【IPC分類】G01K7-02
【公開號】CN104568195
【申請?zhí)枴緾N201410844454
【發(fā)明人】李倩如, 陸妹, 周岳平, 包偉華, 楊振榮, 許浩峰
【申請人】上海自動化儀表股份有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月31日