饱和受控回路电流调节器的制造方法
【技术领域】
[0001] 以下描述的实施例涉及过程现场设备。具体地，实施例涉及过程环境中的回路电 流调节器。
【背景技术】
[0002] 在工业过程控制系统中使用过程现场设备，以监测和/或控制工业过程。控制设备 是用于控制过程的过程现场设备。示例控制设备包括栗、阀、致动器、螺线管、电机、混合器、 搅拌器、破碎机、粉碎机、滚筒、铣床、球磨机、搅和机、过滤器、掺混机、旋流器、离心分离机、 塔、干燥器、传送器、分离器、升降机、起重机、加热器、冷却器以及其他这样的设备。过程变 送器是例如通过监测例如温度、压力、流等过程变量来感测（或监测)过程的操作的过程现 场设备。发送所监测的过程变量，使得可以由过程中的其他设备(例如中央控制室)使用所 监测的过程变量。
[0003]双线过程现场设备从双线过程控制回路接收功率，并在双线过程控制回路上传送 功率。一种标准类型的双线过程控制回路在控制回路上使用4_20mA的电流电平来表示控制 设备的过程变量或状态。在这种配置中，现场设备可以将电流电平控制到代表感测到的过 程变量(例如压力）的一个值(例如10mA)。在其他实施例中，使用例如HART?通信协议(例 如Fieldbus或Profibus)的通信标准在双线回路上对数字值进行编码。
[0004] 为了减小与过程现场设备耦合所需的布线量，许多过程现场设备用从双线过程控 制回路接收到的功率来完全供电。因此，过程现场设备可用的功率总量是有限的。例如，在 4-20mA的电流回路中，通过电流电平可以设置的最低电平(例如3.6mA)和设备两端可用的 最大压降（例如在固有安全位置中略少于24v)来限制总可用功率。这小于设备0.09瓦特的 可用功率。
[0005] 在许多情况下，过程设备的功能受到双线过程控制回路上可用的功率的量的限 制。例如，附加的功能可能需要来自微处理器的附加的计算能力。该增加的计算功率需要更 大的电力并且可能超过回路可用的功率预算。为了增加在过程现场设备中可用的功率的 量，现场设备通常利用高效电源将从双线过程控制回路接收到的功率转换为调节后的电压 电平，以供内部电路使用。已经在过程现场设备中使用了一种类型的电源(开关调节器），原 因在于它在向设备的组件提供调节后的电源电压的高效性。
[0006] 上述讨论仅用于提供一般的背景信息，并且不旨在用于辅助确定所要求保护的主 旨的范围。所要求保护的主旨不限于解决在背景中所提及的任意或全部缺点的实施方式。
【发明内容】
[0007] 过程变送器包括生成要在电流回路上传送的值的设备电路，串联控制晶体管在电 流回路和所述设备电路之间串联;并且饱和防止电路防止所述串联控制器进入饱和。
[0008] 根据另一实施例，过程现场设备包括：用于与过程控制回路连接的控制回路连接 器、设备电路和在控制回路连接器和设备电路之间串联的电流调节器。所述电流调节器控 制所述控制回路上的电流电平并提供具有与在过程控制回路上提供的电压成比例的最大 功率的功率输出。
[0009] 根据另一实施例，过程现场设备包括:用于与电流回路连接的两个回路连接器、设 备电路和在两个回路连接器之一和设备电路之间串联的电流控制器。所述电流控制器能够 控制所述电流回路中的电流电平，同时针对所述电流回路中的多个电流电平在所述电流回 路和所述设备电路之间提供固定的压降。
[0010] 提供该
【发明内容】
和摘要以用简化的形式介绍一部分概念，其在以下的具体实施方 式中将进行具体描述。
【发明内容】
和摘要不旨在标识所要求保护的主旨的关键特征或必要特 征，也不旨在用于辅助确定所要求保护的主旨的范围。
【附图说明】
[0011]图1提供了包括过程现场设备、双线回路和控制器的过程环境的框图。
[0012] 图2提供了对于多种功率φ拭在各种回路电流可获得的功率的图表。
[0013] 图3提供了根据一个实施例的过程现场设备的组合框图和电路图的。
[0014] 图4提供了在图3的接口中的各种组件的电压和电流的图表。
[0015] 图5提供了根据另一实施例的过程现场设备的组合框图和电路图。
[0016] 图6提供了根据一个实施例的图1的过程环境的组合框图和电路图。
[0017] 图7提供了根据另一实施例的过程现场设备的组合框图和电路图。
【具体实施方式】
[0018] 图1是包括控制器102和现场设备104的过程环境100的框图。现场设备104包括传 感器/受控元件112和电子器件114,电子器件114与双线控制回路116a和116b耦合。电子器 件114包括设备电路118和接口 /电源电路120。根据一个实施例，现场设备104通过双线回路 116a/116b与控制器102通信。
[0019] 当现场设备104是过程变送器时，它基于来自传感器112的信号生成例如温度、压 力或流的过程变量，并在双线回路116a/116b上向控制器发送信息。当现场设备104是过程 控制设备时，它基于从控制器102通过双线回路116a/116b发送的指令来改变受控元件112， 和/或在双线回路116a/116b上向控制器102提供关于受控元件112的状态信息。可以例如通 过控制通过回路116a/116b的在表示最小值的4mA信号与代表满标值的20mA信号之间的电 流I的流(flow)来做出来自现场设备的传输。此外，现场设备104可以将表示警报的电流设 置为在3.6mA处低警报和在23mA处高警报。设备电路118从传感器/受控元件112接收信号， 并控制电路120调制回路电流I。附加地，在一些例如HART?标准的通信协议中，设备电路 118在回路116a/116b上进行数字通信，并通过接口 120数字地发送过程变量。设备电路118 在回路116a/116b上向控制器(未示出）发送数字命令并从控制器(未示出）接收数字命令。 电路120还使用回路电流I为现场设备104供电。
[0020] 图1还示出了在设备电路118和接口 /电源120之间的多个输入和输出。在数据线 124上向接口 /电源120提供数字信息。通过线路122向接口 /电源120提供设备电路118的模 拟输出。通过数据线126向设备电路118提供从回路116a/116b接收的信息。附加地，根据一 个实施例，接口 /电源120通过电源线128向设备电路118供电。
[0021 ] 在引入回路扫气（scavenging)和可变提升（liftoff)变送器设计之前，现场设备 具有与最小回路电流相等的较低的工作电流限制。这意味着要求所有设备电路118在3.6mA 的低警报电流操作。在实践意义中，变送器被设计为低于3mA操作，以允许对于可靠操作的 足够余量。针对12V的提升操作，这剩余了小于现场设备操作的理论可用功率36mW的功率。
[0022] 近年来，希望向过程设备添加更多功能。已经并将在新变送器设计中使用附加的 处理功率、较高的细节显示、诊断、背光等。这些特征中的许多特征耗费额外的功率，这在回 路扫气技术之前是不可能的。
[0023] 现有的4_20mA现场设备具有特定的最小工作电压和特定的高和低警报电流。 卜1八尺丁'_;兼容负载电阻器必须在250欧和1100欧之间。如果假设12V的提升电压和23mA和 3.6mA的高、低警报电流，则最小电源电压、最小电源功率和最大电源功率被计算为：
[0024] Vsuppiy-min= (250 Ω *〇. 〇23A)+12V= 17.7