可重构温度变送器及重构方法

摘要

本发明提供了一种可重构温度变送器及重构方法，其中变送器包括参考感温元件，用于提供参考信号；检测接口模块，与外部感温元件和参考感温元件连接，用于检测外部感温元件的接线方式，以及将参考感温元件的参考信号和外部感温元件的测量信号进行AD转换；可重构模块，用于将经AD转换后的参考信号和测量信号分别转换为参考值和测量值；和处理模块，用于获取检测接口模块检测到的外部感温元件的接线方式以及根据可重构模块输出的参考值和测量值，确定外部感温元件的类型；以及用于根据外部感温元件的接线方式和类型，对可重构模块的温度处理逻辑进行重构，使可重构模块能够处理外部感温元件测量的信号，本发明实施例，可以提高温度变送器的易用性。

说明书

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，尤其涉及一种可重构温度变送器及重构方法。

背景技术

在工业过程中，温度变送器主要用于对各种气体、液体或者固体的温度进 行测量以及将测得的温度信号进行远距离传输，传统对温度变送器的研究主要 集中在提高其测量精度方面，而忽略了其易用性的提高，导致其易用性十分的 差，这具体表现在：温度变送器在连接上感温元件时，需要进行“调零量程操 作”和“调满量程操作”，待调试完成后才能安装到应用现场投入使用，并且在 选择感温元件时，对于某一温度变送器只能选择某些热电阻作为其感温元件， 这极大的限制了温度变送器的使用场合，另外在进行校准操作时，需要重复繁 琐的“调零量程操作”和“调满量程操作”，严重的降低了温度变送器的使用灵 活性，另外当选择的感温元件变化时，需要重新进行“调零量程操作”和“调 满量程操作”，甚至可能会重新选择另一类温度变送器，另外当用新温度变送器 替换老旧的温度变送器时，也需要重新进行“调零量程操作”和“调满量程操 作”，这些都降低了温度变送器的易用性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可重构温度变送器及重构方法，可以解决现 有中温度变送器易用性低的问题。

本发明提供一种可重构温度变送器，包括：

参考感温元件，用于提供参考信号；

检测接口模块，与外部感温元件和参考感温元件连接，用于检测外部感温 元件的接线方式，以及将所述参考感温元件的参考信号和所述外部感温元件的 测量信号进行模拟数字AD转换；

可重构模块，用于将所述检测接口模块经AD转换后的参考信号和测量信号 分别转换为参考值和测量值；

和，处理模块，用于获取检测接口模块检测到的外部感温元件的接线方式， 以及根据所述可重构模块输出的参考值和测量值，确定所述外部感温元件的类 型；

所述处理模块，还用于根据所述外部感温元件的接线方式和类型，对所述 可重构模块的温度处理逻辑进行重构，使所述可重构模块能够处理所述外部感 温元件测量的信号。

进一步，所述检测接口模块包括：模拟选择开关、第一AD转换单元和第二 AD转换单元，所述参考感温元件的输出连接至所述第一AD转换单元的输入， 所述第一AD转换单元的输出连接至所述可重构模块；所述外部感温元件的输出 连接至所述模拟选择开关的输入，所述模拟选择开关的输出部分直接连接至所 述处理模块，部分连接至所述第二AD转换单元的输入，所述第二AD转换单元 的输出连接至所述可重构模块。

进一步，所述外部感温元件和参考感温元件均为热电阻。

进一步，所述外部感温元件的接线方式包括：两线制、三线制或四线制。

进一步，所述可重构模块为可编程器件。

进一步，所述处理模块，具体用于根据外部感温元件的接线方式和类型， 判断本地是否预存与所述接线方式和类型对应的重构方案，若本地预存相应的 重构方案，则直接从本地提取重构方案对可重构模块进行重构，若本地未预存 相应的重构方案，则从远程获取重构方案对可重构模块进行重构或者采用远程 手动的方式对可重构模块进行重构。

本发明还提供了一种用于可重构温度变送器中的重构方法，包括：

识别外接的感温元件的接线方式和类型；

根据识别的接线方式和类型获取相应的重构方案；

根据获取的重构方案，对可重构部分的温度处理逻辑进行重构，使可重构 部分能够处理所述外接的感温元件测量的信号。

进一步，所述根据识别的接线方式和类型获取相应的重构方案包括：

判断本地是否存储有与所述接线方式和类型对应的重构方案；

若判断结果为是，则从本地直接获取相应的重构方案；

若判断结果为否，则通过远程自动或远程手动的方式获取相应的重构方案。

进一步，所述外部感温元件的接线方式包括：两线制、三线制或四线制。

进一步，所述识别外接的感温元件的类型，包括：

获取外接的感温元件输出的测量信号，和参考感温元件的参考信号；

将所述测量信号和参考信号分别转换为测量值和参考值；

根据所述测量值和参考值的大小关系确定所述外接的感温元件的类型。

本发明的有益效果：

本发明实施例，针对现有技术中温度变送器易用性低的问题，通过对外部 感温元件的接线方式和类型的识别，从而采用与外部感温元件的接线方式和类 型对应的重构方案对可重构模块的温度处理逻辑进行重构，使其能够处理外部 感温元件的温度信号，从而提高温度变送器的易用性，使其能够实现“即插即 用”，免去繁杂的“调零量程操作”和“调满量程操作”，即在温度变送器中引 入可重构技术实现其易用性的提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明提供的可重构温度变送器的实施例的结构示意图。

图2是图1中检测接口模块的实施例的结构示意图。

图3-（a）至（c）是外部感温元件的接线方式的示意图。

图4是图1中处理模块的实施例的结构示意图。

图5是规划子模块的自动机的实施例的示意图。

图6是本发明提供重构方法的实施例的流程示意图。

具体实施方式

请参考图1，是本发明提供的可重构温度变送器的实施例的结构示意图， 其包括：参考感温元件1、检测接口模块2、可重构模块3和处理模块4，其中 参考感温元件1与检测接口模块2连接，检测接口模块2分别与可重构模块3 和处理模块4连接，可重构模块3与处理模块4之间也相互连接，另外检测接 口模块2还与外部感温元件连接，在本实施例，外部感温元件可更换。

其中，参考感温元件1，主要用于提供参考信号。

其中，检测接口模块2，主要用于检测外部感温元件的接线方式，以及将 参考感温元件的参考信号和外部感温元件的测量信号进行AD（模拟数字）转换。

具体的，如图2所示，检测接口模块2在其一种实施方式中包括：模拟选 择开关21、第一AD转换单元22和第二AD转换单元23，其中参考感温元件1 的输出连接至第一AD转换单元22的输入，第一AD转换单元22的输出连接至 可重构模块3；外部感温元件的输出连接至模拟选择开关21的输入，模拟选择 开关21的输出部分直接连接至与处理模块4，部分连接至第二AD转换单元23 的输入，第二AD转换单元23的输出连接至可重构模块3。

工作时，通过控制模拟选择开关21与第二AD转换单元23断开，与处理模 块4闭合，实现外部感温元件的接线方式的测量，通过控制模拟选择开关21 与处理模块4断开，与第二AD转换单元23的闭合，实现外部感温元件的测量 信号的模数转换。

本实施例中，外部感温元件的接线方式可以选择为两线制、三线制或四线 制，这三种接线方式分别如图3-（a）、图3-（b）和图3-（c）所示，在图3- （a）至（c）中公共端子3接地，1、2、4号端子接10M上拉电阻，通过检测1、 2、3、4号端子电平，即可以实现感温元件的接线方式的检测。

其中，可重构模块3，用于将检测接口模块2经AD转换后的参考信号（由 参考感温元件提供）和测量信号（由外部感温元件提供）分别转换为参考值和 测量值，其中参考值和测量值可以是电阻值。

其中，可重构模块3可以由可编程器件实现，例如：FPGA(Field－ Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)。其中，可重构模块3主要进 行信号处理，其从检测接口模块2取得经AD转换的参考信号和测量信号，计算 出热电阻阻值，然后发送到处理器模块4，或者也可以用二分查表法查分度表 将热电阻阻值转换为温度值，然后将温度值发送到处理器模块4。

其中，处理模块4，用于获取检测接口模块2检测到的外部感温元件的接 线方式，以及根据可重构模块3输出的参考值和测量值，确定外部感温元件的 类型。此处，参考值和测量值可以指热电阻阻值。

其中，处理模块4，还用于根据外部感温元件的接线方式和类型，对可重 构模块3的温度处理逻辑进行重构，使可重构模块3能够处理外部感温元件测 量的信号。

具体的，处理模块4用于根据外部感温元件的接线方式和类型，判断本地 是否预存与接线方式和类型对应的重构方案，若本地预存相应的重构方案，则 直接从本地提取重构方案对可重构模块进行重构，若本地未预存相应的重构方 案，则从远程（可以通过增加通信接口实现远程通信）获取重构方案对可重构 模块进行重构或者采用远程手动的方式对可重构模块进行重构。

下面举例说明本发明实施例的重构过程。

在本实施例中，一般需要进行两次重构，每次重构均包括3个阶段：重构 辨识，重构规划，重构部署。其中，第一个重构过程只由外部感温元件的连接 方式决定，重构结果只能计算热电阻阻值，此过程为辨识感温元件类型做准备。 第二个重构过程由外部感温元件的连接方式和类型共同决定，重构结果既能够 计算热电阻阻值，也能够进行温度处理。

本实施例，可以由前述的处理模块4实现两次重构，具体的如图4所示， 处理模块4包括：汇聚子模块41、规划子模块42和执行子模块43，其中汇聚 子模块41进行重构辨识，规划子模块42进行重构规划，执行子模块43进行重 构部署。

具体的，汇聚子模块从可重构模块获取检测信号（外部感温元件的连接方 式和参考感温元件的参考温度），并将连接方式（Connection Type，简称CT） 映射到重构条件MCT，如表1所示。

表一

CT MCT Description BH MCT1 No RTD AH MCT2 2-wire RTD 8H MCT3 3-wire RTD 0H MCT4 4-wire RTD

其中，外部感温元件使用的3种热电阻，表示为RTD1，RTD2，RTD3。根据 它们的温度-电阻特性，在相同温度下热电阻的电阻值分别为r₁、r₂、r₃且 r₁<r₂<r₃。参考感温元件选用RTD2。由参考温度计算自身阻值，与外部感温元 件比较，则可以判断外部温度传感器的类型ST，规则为：当r_M<r_R-e时，外部 感温元件的类型为RTD1；当r_R-e<r_M<r_R+e时，外部感温元件的类型为RTD2； 当r_M>r_R+e时，外部感温元件的类型为RTD3。其中，r_M为外部热电阻阻值，r_R为 参考热电阻阻值，e为偏差值。将ST映射到重构条件MST，如表2所示。MCT 和MST称作汇聚数据。

表二

ST MST RTD1 MST2 RTD2 MST3 RTD3 MST4

其中，规划子模块基于自动模式形式化，能进行汇聚数据的冲突检测和重 构方案规划。

当进行规划时，规划模块需要保证系统遵守全局约束GC。表3指出了系统 的全局约束条件。该表定义如下：

GC[n,k]=Modei(n,k),i(n,k)∈[1..M_i],n∈[1..N],k∈[1..K]

其中Modei(n,k)为满足约束条件n和k的重构方案，若Modei(n,k)=1重构方案存 在，反之不存在，M_i是重构方案总数，N是外部感温元件类型总数，K是外部 感温元件连接方式总数。

表三

其中，规划子模块可以是一个4模式的自动机，如图5所示，规划子模块 开始于IDLE模式。在IDLE模式规划子模块获取并处理来自汇聚子模块汇聚数 据CD。将当前的汇聚数据与决定上次重构的重构条件相比较，若相同 (RR=TRUE)，则保持IDLE模式。若不同(RR=FALSE)，则进入TP1模式。一旦进 入该模式，规划子模块检查汇聚数据是否与GC冲突。如果重构条件冲突 (CC=TRUE),则进入IDLE模式，若不冲突(CC=FALSE)进入TP2模式，在该模式下， 根据重构条件查询重构方案，若方案不存在(RS=FALSE)，则返回IDLE模式，若 存在(RS=TRUE),则进入TP3模式，向重构实现子模块发送下载重构方案命令， 等待重构模块重构完成，返回重构完成信息(RD=TRUE)，进入IDLE模式，若等 待一段时间(WT=TRUE)后没有接收到重构完成信息，也进入IDLE模式。

本实施例，针对现有技术中温度变送器易用性低的问题，通过对外部感温 元件的接线方式和类型的识别，从而采用与外部感温元件的接线方式和类型对 应的重构方案对可重构模块的温度处理逻辑进行重构，使其能够处理外部感温 元件的温度信号，从而提高温度变送器的易用性，使其能够实现“即插即用”， 免去繁杂的“调零量程操作”和“调满量程操作”。

下面接着说明本发明的重构方法，需要指出的是，上述举例过程中已对本 发明的方法中的许多详细步骤进行了介绍，下面仅就其主要内容进行说明。

请参考图6，是本发明提供的用于可重构温度变送器中的重构方法的实施 例的流程示意图，其包括：

步骤S61、识别外接的感温元件的接线方式和类型。

其中，步骤S61中识别外接的感温元件的类型，主要包括：获取外接的感 温元件输出的测量信号，和参考感温元件的参考信号；将所述测量信号和参考 信号分别转换为测量值和参考值；根据所述测量值和参考值的大小关系确定所 述外接的感温元件的类型，具体的：当r_M<r_R-e时，外部感温元件的类型为RTD1； 当r_R-e<r_M<r_R+e时，外部感温元件的类型为RTD2；当r_M>r_R+e时，外部感温元 件的类型为RTD3。其中，r_M为外部热电阻阻值，r_R为参考热电阻阻值，e为偏 差值。

步骤S62、根据识别的接线方式和类型获取相应的重构方案。

其中，步骤S62中根据识别的接线方式和类型获取相应的重构方案包括： 判断本地是否存储有与所述接线方式和类型对应的重构方案；若判断结果为是， 则从本地直接获取相应的重构方案；若判断结果为否，则通过远程自动或远程 手动的方式获取相应的重构方案。

步骤S63、根据获取的重构方案，对可重构部分的温度处理逻辑进行重构， 使可重构部分能够处理所述外接的感温元件测量的信号。

本实施例，通过对外部感温元件的接线方式和类型的识别，从而采用与外 部感温元件的接线方式和类型对应的重构方案对可重构模块的温度处理逻辑进 行重构，使其能够处理外部感温元件的温度信号，从而提高温度变送器的易用 性，使其能够实现“即插即用”，免去繁杂的“调零量程操作”和“调满量程操 作”。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。