用于无线变送器的模块接线端组件的制作方法
【专利摘要】用于无线变送器的模块接线端组件。一种接线端模块，被配置为安装在过程现场设备的外壳中的内部电源容器内部，并且包括：有线电源连接、功率调节电子装置、以及现场设备连接。该有线电源连接配置为从外部源接收功率。功率调节电子装置能够调节来自有线电源连接的功率，以便由工业现场设备接收。该现场设备连接被配置为：经由被配置为接收内部电源且与内部电源配对的接线端，向过程现场设备提供经功率调节电子装置调节后的功率。
【专利说明】用于无线变送器的模块接线端组件
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及工业过程现场设备，并且更具体地，涉及用于无线过程变量变送器的模块接线端组件。
【背景技术】
[0002]术语“现场设备”包括较广范围的过程控制和监视设备，测量和控制诸如压力、温度、和流速之类的参数。许多现场设备包括收发器，收发器充当在工业过程变量传感器与远程控制或监视设备(诸如计算机)之间的通信中继。例如，传感器的输出信号通常不足以与远程控制或监视设备进行有效的通信。现场设备通过下述方式解决了该问题:从传感器接收通信，将该信号转换成对于较长距离通信更有效的形式(例如，经调制的4-20mA电流环路信号，或者无线协议信号)，以及将转换后的信号发送给远程控制或监视设备。
[0003]现场设备被用于监视和控制工业过程的各种参数，包括压力、温度、粘度和流速。其他现场设备致动阀、泵和工业过程的其他硬件。每个现场设备通常包括密封封装，该密封封装容纳:致动器和/或传感器、用于接收和处理传感器信号和控制信号的电子装置、以及用于发送处理后的传感器信号使得可以远程监视每个现场设备和工业过程参数的电子装置。大规模的工业制造厂通常使用在广大区域上分布的许多现场设备。这些现场设备常常与公共的控制或监视设备通信，从而允许集中地监视和控制工业过程。
[0004]现场设备越来越多地使用无线收发器来与中央控制和监视系统通信。无线设备将控制或过程监视系统的范围扩展为超出有线设备的范围，达到接线可能困难、不安全、或者成本较高的位置。在一些情况下，可以通过到诸如120V AC设施之类的电力设施的直接电连接来向无线现场设备供电。然而，更常用的，电力设施不位于仪器和换能器必须操作的危险位置附近或者不能容易地安装在仪器和换能器必须操作的危险位置。因此，现场设备经常由具有存储的(如在长寿命电池的情况下)或产生的(如在能量采集器的情况下)有限容量的电源来本地供电。例如，通常期望电池维持超过五年，并且优选地，维持与现场设备的寿命一样长的时间。因为本地电源具有有限容量，所以对于许多无线现场设备而言，常常必须使用低功率的电子装置和RF无线电设备。
[0005]许多现场设备设计将附着电池装入现场设备的密封封装的覆盖下。其他现场设备利用来自外部源的功率(例如，附近的电网或者能量采集器，所述能量采集器诸如是太阳能板、振动回收器、或者热电回收器)。常规而言，对无线现场设备进行供电的每种方法需要不同的接线端接口。部分或全部基于电池电力运行的现场设备通常集成了提供对附着电池的连接点的小接线板。这些小接线盒安放在现场设备的密封内部与电池附着点之间的狭小空间中。作为对比，基于电网电力运行的无线现场设备包括接线盒，所述接线盒提供针对电网供电的有线连接(通常经由螺旋接线端)，并且调节电网电力以便现场设备使用。太阳能板、振动能量回收系统、以及其他类型的本地电源模块都可能使用不同的接线盒。另外，不同的现场设备型号可能需要不同的接线盒部件，这些接线盒部件不一定是相互兼容的。例如，第一现场设备信号可能需要:第一接线盒部件，以接收电池电力；第二接线盒部件，以接收电网电力；以及第三接线盒部件，以接收太阳能电力。第二现场设备信号可能利用:第四、第五和第六接线盒部件，以构成相同的电池、电网和太阳能电力连接。经由基于各种电源运行的现场设备的大量的不同信号监视或致动的复杂的工业过程可能利用许多不同种类的接线盒，使得容纳针对每个接线盒的替换不现实或者不方便。
【发明内容】
[0006]本发明涉及一种接线端模块，被配置为安装在过程现场设备的电池容器内部。该接线端模块包括:有线电源连接、功率调节电子装置、以及现场设备连接。该有线电源连接配置为从外部源接收功率。功率调节电子装置能够调节来自有线电源连接的功率，以便由工业现场设备接收。该现场设备连接被配置为:经由被配置为接收电池且与电池配对的接线板，向过程现场设备提供经功率调节电子装置调节后的功率。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是无线系统中的过程监视现场设备的透视图。
[0008]图2是图1的现场设备的分解的透视图，该现场设备被配置为基于内部电源进行操作。
[0009]图3是图2的现场设备的接线板和内部电源的特写分解视图。
[0010]图4是图2和3的现场设备的示意框图。
[0011]图5是图1的现场设备的分解透视图，该现场设备被配置为基于外部电源进行操作。
[0012]图6是图5的现场设备的电源部分的横截面视图。
[0013]图7是图5和6的现场设备的示意框图。
[0014]图8是图1的现场设备的备选实施例的透视图。
[0015]图9是图8的现场设备的分解的透视图，该现场设备被配置为基于内部电源进行操作。
[0016]图10是图8的现场设备的分解的透视图，该现场设备配置为基于外部电源进行操作。
[0017]图11是图10的现场设备的横截面视图。
【具体实施方式】
[0018]本发明是用于无线过程变送器或致动器的模块接线端组件。该接线盒组件包括接线盒和接线端模块，两者都被配置为安装在无线变送器的密封封装内部。选择接线盒以匹配无线变送器的特定设计，同时选择接线端模块以匹配期望的电源。接线盒和接线端模块一起操作，以接收并调节来自该电源的功率，以便现场设备使用。
[0019]图1描述了现场设备10，现场设备10具有天线12、过程连接14、换能器16、中心外壳18、电子装置盖子20、以及电池盖子22。现场设备10是传感器/收发器设备，被配置为:监视工业过程，并且经由天线12向中央控制或监视系统24发送传感器读数。例如，控制或监视系统24可以是位于现场工厂控制室中的计算机或者非现场数据归档系统。现场设备10可以直接地或者经由其他现场设备的无线网络(诸如网状或者轴辐式网络)与中央控制或监视系统24通信。在一些实施例中，现场设备10可以经由wirelessHART协议(IEC62591)与中央控制和/或监视系统通信。在备选实施例中，其他无线通信协议可以与本发
明一起使用。
[0020]过程连接14提供对过程设备的流体连接，所述过程设备例如是阀、泵或者运送过程流体流的管道。取决于具体的过程应用和要由现场设备10测量的参数，过程连接14可以是过程流的嵌入式连接或者并行连接。过程连接14容纳换能器16，换能器16是诸如压力、流速或者粘度传感器之类的过程换能器，监视过程连接14处的过程流体流的参数。如图1中所示，换能器16是现场设备10的组成部分，并且过程连接14用于锚定和支撑现场设备10。在备选实施例中，换能器16和过程连接14可以位于现场设备10的外部，并且通过适当的有线或者其他连接来连接到现场设备10。现场设备10的一些实施例可以包括多于一个换能器16。
[0021]无线设备10包括位于中心外壳18中的感测和信号处理电子装置，该中心外壳18例如可以是模制塑料树脂封装。中心外壳18保护内部电子装置不受危险环境影响。在一些实施例中，中心外壳18可以是两隔间封装，具有两个单独密封的隔间:电子装置隔间，容纳处理和信号调节硬件并且盖有电子装置盖子20 ；以及电源隔间，容纳电源并且盖有电池盖子22。备选地，中心外壳18可以是单隔间封装，具有容纳电源和电子装置两者的单个内部空间。电子装置盖子20和电池盖子22也可以是模制塑料树脂件，并且被配置为形成与中心外壳18的密封，以保护被封装的组件不受灰尘、碎屑和有害或危险环境条件的影响。
[0022]现场设备10包含电子装置，处理信号并且向换能器16发送信号以及从换能器16接收信号，下面将对此进行更详细地讨论。信号处理和信号传输需要能量，该能量或者由位于中心外壳18内的内部电源供应(参见图2-4)或者由位于中心外壳18外的外部电源供应(参见图5-7)。可能的内部电源包括电池和电容器，而可能的外部电源包括太阳能电池、电力网、以及能量采集器，诸如振动回收器或热电回收器。
[0023]图2是现场设备10的分解的透视图，该现场设备10被配置为从内部电源100汲取功率。图2描述了天线12、过程连接14、换能器16、中心外壳18、电子装置盖子20、电池盖子22、接线盒26、内壁28、功率连接器30、螺孔32、接线盒附着螺钉34、电源连接36、导管38、现场接线连接42、以及内部电源100。图2被分解以示出中心外壳18和电池盖子22限定的电源隔间的内容。单独密封的电子装置隔间由中心外壳18和电子装置盖子20限定(如上所述)，并且容纳信号处理、发送和接收电子装置，下面将关于图3对此进行更详细的描述。内壁28是将电子装置隔间与电源隔间分开的不可渗透的屏障。
[0024]接线盒26和内部电源100位于中心外壳18和电池盖子22限定的电源隔间的内部。接线盒26是馈通连接器，将功率从内部电源100 (或者从其他源，下面将关于图5-7进行描述)路由到位于(如上所述的)单独密封的电子装置隔间中的电子装置。内部电源100是电池、电容器、或者模拟电源存储设备。内部电源100提供功率以运行电子装置进行信号处理、发送和接收。在组装状态下，电池盖子22紧贴着安装在内部电源100之上，将内部电源与接线盒26夹紧、以及将接线盒26与内壁28夹紧。这种夹可以通过电池盖子22内部的平板或波形弹簧来作为中间媒介(参见图6)，并且防止接线盒26、内壁28和内部电源100由于现场设备10的振动而分开。下文中关于图3对接线盒26与内部电源100之间的连接进行了更具体的描述。[0025]除了提供用于来自内部电源100的功率的输入接口之外，接线盒26还可以包括现场接线连接42，作为用于接收来自换能器和不包括在现场设备10内的其他现场装置的电压信号的接口。下面关于图3对现场接线连接42进行了更详细的描述，并且现场接线连接42例如可以包括用于通过导管38进入由主外壳18和电池盖子22限定的电源隔间的传导接线的夹持或螺旋连接。导管38是允许缆线穿过主外壳18进入电源隔间的密封通道。
[0026]根据该实施例，接线盒26通过功率连接器30和电源连接36提供内部电源100与现场设备电子装置之间的直接馈通连接。在所示实施例中，功率连接器30是从内壁28突出的导电管脚，并且被配置为从接线盒26向电子装置隔间内的电子装置传送功率。功率连接器30被容纳在接线盒26背面的互补凹部(未示出)中，下面将关于图6对此进行更详细的描述。电源连接36是具有被配置为接收来自内部电源100的功率的电接触件的凹部或套筒，如关于图3更详细描述地那样。通过接线盒附着螺钉34保持接线盒26与功率连接器30连接，接线盒附着螺钉34穿过接线盒26并且紧固在螺孔32中。接线盒26不提供任何功率调节，并且仅用于允许内部电源100与功率连接器30之间的电连接。不同型号的现场设备10可以利用不同配置或形式的功率连接器30，需要不同的接线盒26。因此，通过利用适当的接线盒26，可以将内部电源100用于现场设备10的各种不同的实施例。
[0027]图3是接线盒26和内部电源100的一个示出实施例的分解的透视图。图3示出了电源连接36 (具有刚性套筒40)、现场接线连接42、屏障壁44、连接器插头102 (具有0环104、非对称主体106、以及电连接108)、以及定位环110。如上所述，接线盒26经由接线端模块附着螺钉34附着到内壁28。内部电源100包括至少一个电容器、电池或模拟能量存储设备。
[0028]如上所述，根据该实施例，接线盒26是馈通组件，将功率从内部电源100通过电源连接36导向功率连接器30 (参见图2)。内部电源100包括连接器插头102、具有与电源连接36的刚性套筒40配对的非对称主体106的突出部分。刚性套筒40是与非对称主体106配对的非旋转对称的插口，由此当接线盒26和内部电源100相连时，防止内部电源100相对于接线盒26发生旋转。连接器插头102还包括0环104以及电连接108，其中0环104与刚性套筒40的内部部分形成摩擦适配，电连接108形成与刚性套筒40内部的导电板或管脚(未不出)的电接触。
[0029]在所述实施例中，接线盒26还包括由屏障壁44隔开的若干现场接线连接42。现场接线连接42例如可以是用于电线或电缆的夹持或螺旋附着件，所述电线或电缆通过导管38(参见图2)延伸到位于外部的现场装置，诸如与换能器16类似的换能器。屏障壁44隔开接线连接42，防止接线盒26上的现场接线交叉。经由适当的功率连接器30将来自现场接线连接42的信号发送给信号处理和传输电子装置，将关于图4对此进行更详细地描述。并非接线盒26的所有实施例都需要现场接线连接42。在其最基本的实施例中，接线盒26仅用于中继来自内部电源100或(如以下参考5-7所描述的连接的)外部电源的功率。
[0030]除了 0环104所提供的摩擦适配之外，内部电源100和接线盒26的一些实施例可以包括调整片、卡口、或者其他紧固装置，用于将内部电源100固定至接线盒26。如图3中所示，内部电源100包括定位环110 ( S卩，环形脊，与电池盖子22接口连接)，以在电池盖子22闭合时进一步保持内部电源100与接线盒26相接触。
[0031]可以用接线端模块300替换内部电源100，以允许现场设备10基于外部电源来运行，如下文关于图5-7所示。接线端模块300被配置为与内部电源100使用的相同的接线盒26配对，由此减小在所有可能电源配置中可能需要的单独组件的数目。
[0032]图4是设置为基于内部电源运行的现场设备10的一个实施例的示意框图。图4描述了外壳内部H1、电子装置隔间EC、电源隔间PC、天线12、换能器收发器202、信号处理器204、数字信号调节器206、模拟/数字转换器208、模拟信号调节器210、电源控制器212、接线盒26、以及内部电源100。
[0033]外壳内部HI是由中心外壳18、电子装置盖子20以及电池盖子22限定的内部空间(参见图2)。如图2和3中所示，内壁28将外壳内部HI细分成电子装置隔间EC和电源隔间PC。电子装置隔间EC和电源隔间PC是专用于信号处理和传输(在电子装置隔间EC的情况下)以及专用于电源(在电源隔间PC的情况下)的单独密封的封装。
[0034]根据该实施例，收发器202是信号发射器/接收器，经由天线12发送和接收无线信号。信号处理器204是支持逻辑的数字处理器，诸如微处理器。数字信号调节器206是数字滤波器，对数字化的传感器信号进行操作，并且可由信号处理器204响应于诊断程序或来自中央控制或监视系统24的指令进行配置。数字信号调节器206例如可以操作为，从模拟/数字转换器208提供的原始的数字化信号中过滤噪声或者提取感兴趣的信号。模拟/数字转换器208是模数转换器，能够将来自换能器16的模拟传感器信号数字化。模拟信号调节器210是模拟信号调节器，例如可以执行带通滤波，以从接收自换能器16的信号中分离出感兴趣的一个或多个区域。电源控制器212是功率路由设备，被配置为经由功率连接器30从接线盒26汲取功率，并且(例如，经由模拟信号调节器210)向作为用于监视功率质量和即将来临的功率故障的装置的信号处理器204报告从接线盒26接收的电压。电源控制器212经由接线盒26从内部或外部源接收电功率，并且根据需要将该功率供应给收发器202、信号处理器204、数字信号调节器206、模拟/数字转换器、模拟信号调节器210、以及现场设备10的任何其他被供电组件。换能器16可以是现场设备10的组成部分(如图1所示)，或者可以是通过电线连接到模拟信号调节器210的单独的外部组件。换能器16还可以从电源控制器212接收功率，或者可被单独供电。
[0035]在操作期间，模拟信号调节器210对来自换能器16的、与感测到的工业过程参数对应的过程信号进行接收和滤波。这些滤波后的信号然后被模拟/数字转换器208数字化，还被数字信号调节器206过滤，之后由信号处理器204进行处理。现场设备10的一些实施例可以省去数字信号调节器105和模拟信号调节器210中的一个或者两者，特别是在来自换能器16的信号被预调节的情况下。类似地，在换能器16提供数字信号的情况下，不需要模拟/数字转换器208。信号处理器204基于调节后的数字过程信号来组装过程消息，以及经由收发器202和天线12发送该过程消息。除了感测到的过程变量之外，该过程消息还可以反映传感器精度值、换能器16的故障状态、电源控制器212的功率或电压状态、以及对感测到的过程变量的设备侧分析。尽管收发器202、信号处理器204、数字信号调节器206、模拟/数字转换器208以及模拟信号调节器210已经作为分立组件进行了描述，但是在一些实施例中，这些组件中的一些组件或全部组件的功能可以由共享硬件(诸如公共微处理器)来执行。现场设备10还可以包括本地操作员接口(未示出)，该接口例如具有屏幕和/或输入键，允许操作员直接与现场设备10交互。与现场设备10的其他被供电组件类似，这种本地操作员接口将从电源控制器212汲取功率。[0036]现场设备10的所有被供电组件从电源控制器212接收功率。如图4中所示，电源控制器212通过接线盒26从内部电源100接收功率。如下面关于图5-7所解释的，现场设备10可被备选地配置为经由接线端模块300从外部源接收功率。然而，在任一情况下，使用与连接接线端模块300相同的接线盒26来连接内部电源100。以这种方式，接线盒26对于任何电源(内部或外部的电源)是通用的，但是可以专用于现场设备10的型号。接线盒26例如可以具有设计为适合安装入特定型号的现场设备10中的形状或配置。
[0037]图5是现场设备10的一个实施例的分解的透视图，该现场设备10配置为经由接线端模块300从外部电源400汲取功率。图2描述了天线12、过程连接14、换能器16、中心外壳18、电子装置盖子20、电池盖子22、接线盒26、内壁28、功率连接器30、螺孔32、接线盒附着螺钉34、电源连接36、导管38、刚性套筒40、接线端模块300 (具有螺旋接线端310和定位环312)、以及外部电源400。外部电源400经由电源接线PW连接到接线端模块300。图5被分解以示出如上文关于图2-4解释的电源隔间PC的内容。
[0038]除了接线端模块300 (替代内部电源100)之外，图5中描述的每个组件与图2相匹配。天线12、过程连接14、换能器16、中心外壳18、电子装置盖子20、电池盖子22、接线盒26、内壁28、功率连接器30、螺孔32、接线盒附着螺钉、电源连接36、导管38以及刚性套筒40都在上文已经关于图2和3进行了描述。接线端模块300是设计为适合安装在电源隔间PC内部以替代内部电源100的模块组件。接线端模块300接收和调节来自外部电源400的功率，该外部电源400可以是是电力网、太阳能板、诸如振动回收器或热电回收器之类的能量回收器、或者直接连接到接线端模块300的任何其他外部电源。
[0039]与内部电源100类似，接线端模块300经由电源附着电源连接36附着到接线盒26。因此，支撑并接触内部电源100(关于图3所描述的)的相同附着装置可以同样地接受接线端模块300，由此接收外部电源，而不需要对现场设备10的进一步修改或配置。与内部电源100类似，可以附加地通过盖子116抵靠接线盒26支撑接线盒300。
[0040]在该说明性实施例中，接线端模块包括螺旋接线端310和定位环312。定位环312的作用类似于内部电源100的定位环110，与电池盖子22的弹簧或凸缘接口连接，以帮助在电池盖子22闭合时将接线端模块300与接线盒26夹紧(参见下文的图6)。螺旋接线端310锚定并且提供对电源接线PW的电连接。电源接线PW包括从外部电源400延伸到接线端模块300的电线或电缆。电源接线PW例如可以在接线端模块300与接线盒26之间通过，并且穿过导管38。螺旋接线端310被描述为配置成固定电源接线PW的裸露导电线的螺纹导电螺钉，但是可以用诸如插头、钳、或夹之类的其他电连接装置来替代，而不偏离本发明的精神。
[0041]接线端模块300包括功率调节电子装置，适于匹配接线盒26处的预期电压和电流，如下文将关于图6进行描述的。在外部电源400供应AC功率的情况下，可以选择接线端模块26以包括对外部电源进行整流的功率调节电子装置。在性质上，接线端模块都提供:外部接口，以从电源400 (以螺旋接线端310的形式)接收功率；以及适当的内部功率调节电子装置，以基本上将螺旋接线端310处接收的功率品质匹配到内部电源100的输出。以这种方式，接线端模块300允许在不需要电源控制器212或接线盒26的硬件或操作的任何改变的情况下，将外部电源22连接到现场设备10。接线端模块300是专用于电源400的。每个电源400可能要求不同的功率调节和/或不同的连接，所述不同的功率调节和/或不同的连接由接线端模块300提供。
[0042]根据该实施例，图6是现场设备10的通过横截面6-6 (图5中所示)取的区域的横截面视图。图6描述了中心外壳18、接线盒26、电池盖子22、内壁28、功率连接器30、导管38、刚性套筒40、接触板46、接触柱48、波形弹簧50、接线端模块300、电子装置隔间EC、以及电源隔间PC。接线端模块300具有螺旋接线端310和定位环312 (如上所述)，以及与内部电源100的连接器插头102、0环104、非对称主体106以及电连接108类似的连接器插头302、0环304、非对称主体306以及电连接308。接线端模块300还包括电路板314和接线端模块柱316。
[0043]接线端模块300的连接器插头302基本上与内部电源100的连接器插头102相同，从而与接线端模块26完全配对。如上文关于图2-4所描述的，接线盒26是从所连接设备(诸如内部电源100或接线端模块300)向功率连接器30传送功率的馈通设备。接线盒26包括:接触板36 ；电路板或印刷接线板，容纳功率连接器30，并且将每个功率连接器30连接到适当功率附着电压源(诸如内部电源100或接线端模块300)以及在现场接线连接42 (参见图2和3)处连接的现场设备。接线端模块26还包括分别在电接触件308处与接线端模块300电接触，或者在电接触件108处与内部电源100电接触的接触柱48。
[0044]根据本实施例，与内部电源100的非对称主体106相同，非对称主体306安装在刚性套筒40内，并且类似地通过与0环304的摩擦适配来保持。波形弹簧50置于电池盖子22与接线端模块300之间，并且帮助即使在振动情况下仍保持接线端模块300与接线盒26接触，否则振动可能使得接线端模块300与接线端模块26分离。尽管波形弹簧50未示出在图3或4中，其可以类似地用于保持内部电源100。
[0045]接线端模块300的螺旋接线端310附着到电路板314。电路板314经由接线端模块柱316从螺旋接线端310处连接的电源接线向电连接308运送功率。电源接线PW附着在螺旋接线端310处，并且例如可以延伸到接线端模块300之下，接线端模块300与接线盒26之间，以及延伸穿过导管38到达外部电源400。电路板314还包括功率调节电子装置，适合于将接线端模块300的电连接308处的电压匹配到内部电源100的电连接108处的电压。因此，在对外部电源400合适时，电路板314可以包括电压调整电子装置，诸如电流或过压保护和/或AC-DC整流器。电路板314上包括的具体的电压调整电路将取决于外部电源400的特性(例如，仅当外部电源400供应AC功率时，电路板314将包括整流器)。因此，接线端模块300优选地是专用于特定外部电源400或者一类外部电源400的。可以选择对应的接线端模块300以针对任何期望的外部电源400来配置现场设备10。在一些实施例中，单个接线端模块300可以连接并接收来自多个不同电源400的功率。
[0046]图7是设置为基于外部电源运行的现场设备10的示意框图。除了用接线端模块300替代内部电源100之外，图7中不出的配置与图4中不出的配置相同。图7描述了外壳内部H1、电子装置隔间EC、电源隔间PC、天线12、换能器收发器202、信号处理器204、数字信号调节器206、模拟/数字转换器208、模拟信号调节器210、电源控制器212、接线盒26、以及具有螺旋接线端310和电路板314的接线端模块300。如上文关于图6所描述的，螺旋连接锚定并且提供针对来自外部电源400的电源接线PW的导电接口。
[0047]外部电源400可以如上文所述从多种外部电源中选择，包括电网、太阳能板、以及诸如振动回收器或热电回收器之类的能量采集系统。接线端模块300是针对每个外部电源400来选择的，以调节来自外部电源400的功率，以便接线盒26接收，提供与内部电源100基本类似的输出电压。
[0048]接线端模块300和接线盒26协作以减小在使用各种电源对多个现场设备型号供电的系统中使用的不同部件的数目。针对现场设备型号和电源的每个组合使用单独接线盒的传统系统将需要高达NxM个不同的接线盒，其中N是不同的现场设备型号的数目，M是不同电源的数目。通过使用接线端模块300与接线盒26相结合，本发明将该数目减小到N+M。例如，具有在三个不同电源上运行的四个设备型号的系统传统上将使用多达12个不同的接线端模块，而本发明将仅需要7个不同的组件:接线盒26的4种置换，以及接线端模块300的3种置换。
[0049]图8是现场设备10 (参见图1)的备选实施例的现场设备IOb的透视图。现场设备IOb包括天线12b、过程连接14b、换能器16b、中心外壳18b、电子装置盖子20b、以及电池盖子22b，它们都与上文关于图1描述的它们相应的对等组件(天线12、过程连接14、换能器16、中心外壳18、电子装置盖子20、以及电池盖子22)类似地操作。与现场设备10不同的是，现场设备IOb不包括与导管38类似的任何组件，该导管38允许电缆穿过中心外壳18进入电池隔间。为了配备现场设备IOb以基于外部电源来运行，因此以具有电缆导管的变型电池盖子22c来替代电池盖子22b，下文将关于图10和11描述电池盖子22c。
[0050]图9是与上文的图2类似的、被配置为基于内部电源运行的现场设备IOb的分解的透视图。图9描述了天线12b、过程连接14b、换能器16b、中心外壳18b、电子装置盖子20b、电池盖子22b、以及内部电源100b。内部电源IOOb例如可以是传统的C或D芯电池，而不是针对现场设备IOb专门设计的组件。如图所示，中心外壳18b和电池盖子22b定义了电源隔间。电源隔间PC的大小设为适合容纳内部电源100b。与现场设备10不同的是，现场设备IOb不利用位于电源隔间PC内的单独的接线端模块26。相反，内部电源IOOb与电源隔间PC后部的电接触件(图9中未示出；参见图11)直接接口连接。与现场设备10相比，传统的C和D芯电池的有限寿命可能限制现场设备IOb仅用于较低功率的应用，或者可能要求更频繁地更换内部电源100。
[0051]图10是与上文的图5类似的、被配置为基于外部电源运行的现场设备IOb的分解的透视图。图10描述了天线12b、过程连接14b、换能器16b、中心外壳18b、电子装置盖子20b、变型电池盖子22c、接线端模块300b、导管38b、导管适配器52、螺旋接线端310b、接线通道318、外部电源400、电源接线PW、以及电源隔间PC。天线12b、过程连接14b、换能器16b、中心外壳18b、以及电子装置盖子20b如与上文关于图9描述的相同，并且与现场设备10 (上文关于图2-7进行了描述)的对应特征类似。接线端模块300b替代了电源隔间PC内的内部电源100b，并且相应地大小设为与传统的C或D芯电池类似。接线端模块300b包括螺旋接线端310b，螺旋接线端310b与现场设备10的接线端模块300的螺旋接线端310类似。螺旋接线端310b提供锚并且提供对电源接线PW的电接触。电源接线PW从螺旋接线端310b，通过接线通道318、导管38b、以及导管适配器52、到达外部电源400。外部电源400可以接受如上文关于图5-7描述的任何适当的本地电源，诸如本地电网12或者24V DC电源、太阳能板、或者诸如振动回收器或热电回收器之类的能量回收系统。
[0052]在该实施例中，变型电池盖子22c与电池盖子22b大致相同(参见图8和9)，但是包括导管38b，电源隔间PC与周围环境之间的密封通道。接线端模块300b包括接线通道318，与导管38b对准的孔，以允许电源接线PW伸出电源隔间PC。接线通道318和导管38b一起提供用于电源接线PW在螺旋接线端310与外部电源400之间延伸的路径。导管适配器52是用于电源接线PW的电缆引导件，咬合到变型电池盖子22c，并且可以相对于变型电池盖子22c自由转动，从而允许导管适配器52紧固在外部导管管道上，不需要固紧或松开变型电池盖子22c。
[0053]如上文提到的，现场设备IOb不容纳在电源隔间PC内的单独的接线盒26。接线端模块300b与内部电源100 (参见下文的图11)使用的相同电池接触件接口连接。接线端模块300b允许由不同于内部电源100的源对现场设备IOb供电。如果接线端模块300b配置为接受C芯电池，例如接线端模块300b可以允许现场设备10接受来自如上所述的太阳能板或者能量回收系统的功率，或者来自具有相对于单个C芯电池的增大的电池寿命的外部电池组的功率。
[0054]图11是现场设备IOb的通过图10的横截面11-11的横截面视图。图11描述了天线12b、过程连接14b、换能器16b、中心外壳18b、电子装置盖子20b、变型电池盖子22c、内壁28b、电源接线端54、接线端模块300b、导管38b、导管适配器52、螺旋接线端310b、接线通道318、电源接线PW、以及电源隔间PC。
[0055]内壁28b是与现场设备10的内壁28类似的不可渗透的壁，并且将电源隔间PC与电子装置隔间EC分开。如上文关于图9和10讨论的，电源隔间PC的大小设为适合容纳内部电源IOOb或者接线端模块300b (它们基本上是相同的大小)。电源IOOb例如可以是传统的C或D芯电池，并且电源隔间PC的大小相应地设为适合安装这种传统电池。电子装置隔间EC容纳信号发送、接收和处理电子装置(未示出)，基本上如关于图4和7所描述的那样。
[0056]如上所述，接线端模块300b替代内部电源100b，螺旋接线端310b用于电源接线PW,该电源接线PW穿过接线通道318、电池盖子22c的导管38b、以及导管适配器52。接线端模块300b还包括适合于将外部电源匹配到内部电源100的输出的功率调节电子装置，诸如整流器，以及电流或过压保护。在电源接线端54处接收接线端模块300b，该电源接线端154是导电柱，延伸通过内壁28b，以从接线端模块300b或内部电源IOOb向电子装置隔间EC内的电子装置运送功率。选择接线端模块300b以提供针对外部电源400的适当功率调节，从而允许:不管输入功率是由内部源(诸如内部电源100b)提供的还是由外部源经由接线端模块300b提供的，现场设备IOb都相同地操作。
[0057]本发明介绍了作为内部电源100和IOOb的替代的接线端模块300和300b。接线端模块300和300b接收并调节来自外部电源400的功率，以便由接线盒26或电源接线端54接收。以这种方式，接线端模块300和300b允许快速且容易地将现场设备12和12b配置为根据需要接受内部或外部功率，不需要大量不同的接线盒。将本发明的接线端组件用于具有接线盒26的不同连接的N个现场设备型号以及具有不同功率调节要求的M个外部电源的设施需要至多N+M个不同的部件；N个接线盒和M个接线端模块。对于一些应用，单个接线端模块可以为多个外部电源提供服务，将所需的部件数目减少为少于N+M。相反，针对每个现场设备/电源组合使用专用接线盒的传统系统将使用NxM个不同的接线盒。另外，本发明紧凑地将功率调节硬件集成到接线端模块300和300b中，由此将这些组件保护在电源隔间PC中。接线端模块300和300b的大小和比例设为适合于贴合地安装在电源隔间PC内部，以替代内部电源100或100b。
[0058]尽管已经参考示例实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变，并且可以用等价物替代其中的元件。另外，可以做出许多修改，以调整具体情形或材料使得适合本发明的教导，而不偏离本发明的本质范围。因此，本发明不应限于所公开的具体实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。
【权利要求】
1.一种无线过程现场设备组件，包括: 过程传感器，感测过程参数； 处理器，被配置为产生表示所感测的过程参数的过程信号； 无线收发器，被配置为发送所述过程信号； 外壳，包围并保护所述处理器，并且被配置为在所述外壳内的容器中容纳内部电源； 接线盒，位于所述外壳内部，并且被配置为将DC功率从所述内部电源路由到所述处理器和所述无线收发器；以及 接线端模块，具有功率调节电子装置，所述接线端模块配置为安装在外壳容器内，并且替代所述内部电源与所述接线盒接口连接，并从与外部电源的有线连接向所述接线盒提供调节后的功率。
2.根据权利要求1所述的无线过程现场设备组件，其中，所述接线盒是可拆卸的模块，可分离地紧固到所述外壳中。
3.根据权利要求1所述的无线过程现场设备组件，其中，所述功率调节电子装置包括DC整流器。
4.根据权利要求1所述的无线过程现场设备组件，其中，所述功率调节电子装置限制传输给所述接线盒的电压和/或电流。
5.根据权利要求1所述的无线过程现场设备组件，其中，所述与外部电源的有线连接包括至少一个螺旋接线端。`
6.根据权利要求1所述的无线过程现场设备组件，其中，所述外壳包括至少一个接线导管，所述有线连接能够穿过所述接线导管进入所述容器。
7.根据权利要求1所述的无线过程现场设备组件，其中，所述外壳包括密封部分和可分离的盖子，所述密封部分和可分离的盖子封装所述容器。
8.根据权利要求7所述的无线过程现场设备组件，其中，所述密封部分完全封装所述处理器，所述无线过程现场设备组件还包括:电源控制器，所述电源控制器从所述接线盒向所述处理器和所述无线收发器分配功率。
9.根据权利要求7所述的无线过程现场设备组件，其中，所述可分离的盖子具有波形弹簧，所述接线端模块还包括:支撑件，所述支撑件被配置为:当所述可分离的盖子附着到密封外壳时与所述波形弹簧接口连接，从而保持所述接线端模块抵御过大的振动。
10.一种用于过程现场设备的可拆卸接线端模块，所述可拆卸接线端模块包括: 现场设备连接，被配置为与内部电源接线端配对，所述内部电源接线端被配置为接收来自内部电源的电功率； 有线电源连接，被配置为接收来自外部电源的功率；以及 功率调节电子装置，被配置为调节来自所述有线电源连接的功率，以便通过所述现场设备连接进行传输； 其中，所述可拆卸接线端模块被配置为安装在所述过程现场设备的内部部分，所述内部部分的大小和比例适于容纳和支撑所述内部电源。
11.根据权利要求10所述的接线端模块，其中，所述内部电源接线端被配置为保护和接收来自传统C或D芯电池的电功率。
12.根据权利要求10所述的接线端模块，其中，所述功率调节电子装置包括AC/DC整流器。
13.根据权利要求10所述的接线端模块，其中，所述功率调节电子装置限制通过所述现场设备连接传输的电压和/或电流。
14.根据权利要求10所述的接线端模块，其中，所述有线电源连接包括在连接板上的至少一个接线端螺钉。
15.根据权利要求10所述的接线端模块，其中，所述现场设备连接包括固定在所述过程现场设备的内部部分内的可分尚接线盒。
16.一种无线过程现场设备，包括: 换能器连接，向换能器发送换能器信号和/或从换能器接收换能器信号； 无线收发器，向远程设备发送过程消息和/或从远程设备接收过程消息； 处理器，处理换能器信号和过程消息； 外壳，封装并保护所述处理器； 盖子，与所述外壳一起限定容器，所述容器被配置为容纳内部电源； 可拆卸接线端模块，具有功率调节电子装置，所述可拆卸接线端模块被配置为安装在所述容器内并且替代内部电源，还被配置为调节来自有线外部电源的电功率并且将其发送给所述处理器和所述无线收发器。
17.根据权利要求16所述的无线过程现场设备，其中，所述换能器连接是传感器连接，所述传感器连接从感测过程参数的`过程传感器接收传感器信号。
18.根据权利要求16所述的无线过程现场设备，其中，所述换能器连接是致动器连接，所述致动器连接向致动器发送致动器信号和/或从致动器接收致动器信号。
19.根据权利要求16所述的无线过程现场设备，其中，所述可拆卸接线端模块被配置为调节电功率并且经由被设计为与电池或电容器配对的接线盒向所述处理器发送电功率。
20.根据权利要求16所述的无线过程现场设备，其中，所述功率调节电子装置包括AC/DC整流器。
21.根据权利要求16所述的无线过程现场设备，其中，所述功率调节电子装置限制通过所述现场设备连接传输的电压和/或电流。
22.根据权利要求16所述的无线过程现场设备，还包括:穿过所述外壳或所述盖子进入所述容器的密封接线导管。
23.根据权利要求16所述的无线过程现场设备，其中，所述盖子包括波形弹簧，所述波形弹簧被配置为支撑所述内部电源和/或所述接线端模块。
【文档编号】G05B19/418GK103513623SQ201210521149
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年12月6日 优先权日:2012年6月26日
【发明者】查德·迈克尔·麦克盖尔, 布莱特·罗伯特·莫里森 申请人:罗斯蒙德公司