具有减小功耗的工业现场设备的制作方法

文档序号:6285937阅读:260来源:国知局
专利名称:具有减小功耗的工业现场设备的制作方法
技术领域
本发明涉及用于监控或控制工业过程的类型的现场设备。更具体 地,本发明涉及为这样的现场设备供电。
背景技术
在工业过程中使用现场设备来监控过程的过程变量,或控制这样 的过程变量。过程变量的示例包括压力、温度、流速、液位等。典 型地,现场设备位于"观场"中,远离中央位置。例如,这样的现场 设备可以遍及炼油厂等。现场设备用于将所测量的过程变量传送回控 制室,而控制器用于控制来自控制室的过程。
典型地,控制室和现场设备之间的通信通过两线过程控制回路而
进行。示例控制回路包括4-20mA过程控制回路,在该回路中,通过回 路的电流电平用于表示过程变量,控制回路根据HART⑧通信协议、 FieldBus协议、ProflBus协议等进行操作。在许多配置中,现场设备也 由通过两线过程控制回路接收的电能进行供电。
尽管现场设备典型地使用过程控制回路进行通信,但是存在需要 无线通信的情况。例如,无线通信技术减小或消除了与现场设备相连 的配线。在这样的无线配置中,可能不存在可用于向现场设备供电的 过程控制回路。从而,必须使用备用电源。例如,在一些配置中,使 用存储式电源(例如,来自电池、通过太阳能电池获得、或其他技术) 对现场设备进行供电。在这样的配置中,期望减小现场设备所需的功 耗。在其他情况下,该设备连接至有线过程控制回路,但还包括用于 发送或接收通信的无线收发机。在这样的配置中,保存设备中的电源 是有用的
发明内容
一种用于监控或控制工业过程的现场设备,包括两线过程控制
回路电连接和具有上电(power-on)输入的现场设备电路。数字通信 监控电路耦合至电连接,并响应于两线过程控制回路上的数字信号向 现场设备电路的上电输入提供信号。还提供了一种控制用于监控或控 制工业过程的类型的现场设备中的电路操作的方法。所述方法包括
监控两线过程控制回路上承载的信号,并检测通信信号。响应于两线 过程控制回路上检测到的数字通信信号,向现场设备电路供电。


图l是示出了过程控制或监控系统的简要框图。
图2是示出了根据本发明的现场设备的电路的框图。
图3是示出了本发明的数字通信监控电路的框图。
图4是示出了根据本发明的步骤的流程图。
具体实施例方式
图1是包括现场设备102在内的工业过程控制系统100的简图,所 示现场设备102耦合至过程管道106。所示的现场设备102包括过程接口 元件108。例如,如果现场设备102被配置为变送器,则过程接口元件 可以包括用于感测过程变量的传感器。类似地,如果现场设备102被配 置为以过程控制器而操作,则过程接口108可以包括控制元件。为了进 一步示意特定示例,如果现场设备102被配置为变送器,则可以对流过 管道106的过程流体的流速进行测量。另一方面,如果现场设备102被 配置为过程控制器,则可以用于对通过过程管道106的流体的流速进行 控制。
现场设备102通过无线通信链路112与其他位置(如过程控制室 110)进行通信。无线通信链路112在现场设备102的天线114和控制室 110的天线116之间延伸。天线116耦合至控制室110中的过程控制设备 120。
尽管所示的现场设备102包括无线通信链路,还存在一些期望现 场设备102通过两线过程控制回路(如过程控制回路126)进行通信的装置。在图l的示例中,所示的两线过程控制回路126耦合至用于与现 场设备102进行通信并对现场设备102进行校准的手持式校准器128。例 如当设备102需要校准或诊断时,仅需要将校准器128耦合至设备102。
如以下更详细所述,由于仅在一些情况下使用通过两线过程控制 回路126的通信,本发明通过在电路、两线过程控制回路通信电路不使 用时将其断电来减小现场设备102的功耗。数字通信监控电路用于监控 过程控制回路126,并用于在检测到数字通信时对电路上电。
图2是更详细示出了现场设备102的电路的简要框图。现场设备 102包括通过过程接口电路148耦合至微处理器140的过程接口元件 108(也在图1中示出)。微处理器140根据存储器148中存储的程序指令 进行操作。微处理器140可以包括任何类型的数字控制器。无线通信电 路144耦合至天线U4。微处理器140通过无线通信电路144在通信链路 112上进行通信。
电源150被提供和配置为向现场设备102的电路供电。例如,电源 150可以包括电池或其他电源存储和/或产生器件。电源可以是独立的 (self contained)并周期性再充电或替换的,或者可以耦合至充电装 置,如太阳能电池或其他电源。所示开关154将过程回路通信电路156 耦合至电源150。过程控制回路电路156用于通过过程控制126进行通 信。通信电路156可以根据任何通信协议(包括例如HART⑧通信协议、 FieldBus协议、ProfiBus协议或其他)进行操作。通信电路156包括上 电输入。上电输入可以是使电路156开始正常操作的"唤醒"输入。在 这样的配置中,电路156可以永久地耦合至电源150,并且仅当其接收 到唤醒信号时吸取更多电能。类似地,上电输入可以包括提供给电路 156的电源输入。在图2的配置中,开关154将电能从电源150耦合至通 信电路156。在另一示例配置中,通信电路156永久地连接至电源150,
并在上电输入上接收到输入时进入正常操作模式。在任一情况下,上 电输入响应于来自数字通信监控电路162的信号160。数字通信监控电 路162还通过电连接器126耦合至过程控制回路126。在正常操作期间, 微处理器140通过无线通信电路144在无线通信链路112上进行通信。在 正常操作期间,过程控制回路通信电路不会上电,或以其他方式被配置为需要最小的电能。然而,如果数字通信监控电路162监测到过程控 制回路126上承载的数字通信信号,则过程控制回路通信电路156进入 正常通信模式,请求吸取更多的电能。数字通信监控电路162可以根据 任何技术进行操作,并可以被配置为响应于在过程控制回路126上检测
到的任何类型的通信信号。此外,在一种配置中,当在过程控制回路 126上检测到数字信号时,来自过程控制回路126的电能可以用于对电 源150再充电或向电源150供电。
图3是更详细示出的数字通信监控电路162的简要框图。监控电路 162耦合至过程控制回路126。通过带通滤波器180对来自过程控制回路 126的信号进行滤波。向比较器182提供来自带通滤波器180的输出,比 较器180将来自滤波器180的输出与第一阈值进行比较。比较器182基于 该比较而向低通滤波器184提供输出。低通滤波器184向第二比较器186 提供输出,第二比较器186将该输出与第二阈值进行比较。基于该比较, 直接地或通过开关154向回路通信电路156的上电输入提供输出,使得 回路通信电路进入上电模式。
电路162对回路126上的数字通信进行监控。例如,该滤波器可以 用来消除进入到电子设备中的假信号。比较器182将滤波后的HART⑧ 信号与己知的参考电压进行比较。这向低通滤波器184提供方波输出。 方波输出是输入数字通信信号的函数。为了避免假中断,再次使用低 通滤波器184对方波信号进行滤波。这有助于确保输入数据传输实际上 是数字通信消息,并不是简单的随机噪声。在最后阶段,利用比较器 186将滤波后的方波输出与己知电压进行比较。然后提供比较器186的 输出来控制由过程控制回路通信电路156使用的电能。在另一示例配置 中,把来自数字通信监控电路的输出160作为中断185提供给微处理器 140。然后,微处理器140被配置为控制过程控制回路通信电路156所使 用的电能。在这样的配置中,微处理器140可以使电路156进入低功率 模式。例如,可以使用这样的配置,从而可以在微处理器140组装用于 通过处理器控制回路126进行传输的通信数据时使通信电路156离线 (offline )。
图4是示出了根据本发明的步骤的简要框图200。框图200在开始的信号进行监控。在步骤206,基于来自两线过程控制回路的监控信号 来检测通信信号。在步骤208,响应于检测到的通信,向现场设备102 的电路供电。这些步骤可以以硬件、软件或这二者的组合来实现。
尽管己参照优选实施例描述了本发明,但本领域技术人员将认识 到,在不背离本发明的精神和范围的前提下可以进行形式和细节上的 改变。尽管这里阐述的示意示出了向通信电路供电,本发明可以用于 控制现场设备102内的任何电路(包括数字电路、模拟电路或组合)的 供电或操作。这样的现场设备电路可以包括,例如微处理器、或其他 数字控制电路。
权利要求
1、一种用于监控或控制工业过程的现场设备,包括两线过程控制回路电连接;具有上电输入的现场设备电路;以及数字通信监控电路,耦合至电连接并被配置为响应于两线过程控制回路上的数字信号而向现场设备的上电输入提供信号。
2、 根据权利要求l所述的设备,包括开关,所述开关被配置为响 应于数字通信监控电路而将电能耦合至现场设备电路的上电输入。
3、 根据权利要求l所述的设备,其中,上电输入包括现场设备电 路的唤醒输入,所述唤醒输入响应于数字通信监控电路。
4、 根据权利要求l所述的设备,其中,两线过程控制回路上的数 字信号包括根据通信标准协议的数字通信信号。
5、 根据权利要求4所述的设备,其中,通信标准协议包括HART⑧通信协议。
6、 根据权利要求l所述的设备,其中,两线过程控制回路包括 4-20mA过程控制回路。
7、 根据权利要求l所述的设备,其中,现场设备完全由从两线过 程控制回路接收的电能来供电。
8、 根据权利要求l所述的设备,包括RF通信电路。
9、 根据权利要求l所述的设备,包括被配置为感测过程变量的过 程变量传感器。
10、 根据权利要求l所述的设备,其中,数字通信监控电路包括 滤波器。
11、 根据权利要求l所述的设备,其中,数字通信监控电路包括 比较器,所述比较器被设置为将信号与阈值电平进行比较,响应于此, 向现场设备电路的上电输入提供信号。
12、 根据权利要求l所述的设备,包括带通滤波器、第一比较 器、低通滤波器以及第二比较器,第一比较器被配置为将带通滤波器 的输出与第一阈值进行比较,第二比较器被配置为将来自低通滤波器的输出与第二阈值进行比较。
13、 根据权利要求12所述的设备,其中,来自第一比较器的输出包括方波。
14、 根据权利要求l所述的设备,包括电池,所述电池被配置为 向现场设备的电路供电。
15、 根据权利要求l所述的设备,其中,两线过程控制回路被配 置为耦合至用于配置现场设备的便携式配置工具。
16、 一种用于控制现场设备中的电路的操作的方法,所述现场设备是用于监控或控制工业过程的类型的现场设备,所述方法包括监控两线过程控制回路上承载的信号;根据两线过程控制回路上所监控的信号来检测通信信号;以及 响应于两线过程控制回路上检测到的数字通信信号而向现场设 备电路供电。
17、 根据权利要求16所述的方法,包括响应于数字通信监控电路将电能耦合至现场设备电路的上电输入。
18、 根据权利要求17所述的方法,其中,上电输入包括微处理器 的唤醒输入。
19、 根据权利要求16所述的方法,其中,两线过程控制回路上的通信信号包括根据通信标准协议的数字通信信号。
20、 根据权利要求16所述的方法,其中,两线过程控制回路包括 4-20mA过程控制回路。
21、 根据权利要求16所述的方法,包括与RF通信电路进行通信。
22、 根据权利要求16所述的方法,包括利用过程变量传感器来 感测过程变量。
23、 根据权利要求16所述的方法,包括对两线过程控制回路上的信号进行滤波。
24、 根据权利要求16所述的方法,包括比较所监控的信号。
全文摘要
本发明提供了一种用于监控或控制工业过程的现场设备(102),包括两线过程控制回路(127)电连接。数字通信监控电路(162)耦合至电连接(127),并被配置为响应于两线过程控制回路(126)上的数字信号而控制向现场设备(102)电路的供电。
文档编号G05B19/042GK101681152SQ200880016735
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月16日 优先权日2007年5月24日
发明者埃里克·R·勒弗格伦, 理查德·L·内尔森, 詹姆斯·A·约翰逊 申请人:罗斯蒙德公司
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