专利名称：无线供电传输系统和方法
技术领域：
本发明主要涉及过程控制系统，且更具体地说，涉及无线供电传输系统和方法。
背景技术：
像那些用在化学、石油或其它过程中的过程控制系统通常包括一个或多个集中式过程控制器，该集中式过程控制器通过模拟、数字或混合模拟/数字总线通信连接到至少一个主机或操作员工作站，并且连接到一个或多个现场设备。该现场设备可以是，例如设备控制器、阀门、阀门定位器、开关以及传送器(例如，温度、压力以及流速传感器)，在过程控制系统中执行诸如打开或关闭阀门以及测量过程参数等功能。中央过程控制器接收现场设备所进行的过程测量的指示信号和/或其它与现场设备有关的信息，使用该信息来实现控制程序，并然后产生控制信号，将这些控制信号通过总线或其它通信线发送到现场设备，以控制过程控制系统的操作。
现场设备可以放置在过程控制系统中的任何地方。在有些情况下，现场设备被放置在不理想安装用于供电和通信的电线或电缆的位置处。例如，有些过程控制区域中的环境条件可能会引起线缆故障或失灵。另外，安装外壳或金属管子来保护电缆通常比较耗时且花费较大，并且在安装之后难以进行改造(例如，改线)。
在有些情形下，许多现场设备分布在一个相对小的过程控制区域中。为相对较小区域中的大量现场设备安装电缆或电线通常比较复杂和耗时，而且会产生诸如缠绕、交叉连接以及进行升级、维修或更换困难等问题。此外，通过电缆或电线供电和通信会增加重新布置或重新配置一个过程控制系统的复杂性和困难度。
表明关于硬连线现场设备方面的最新发展包括与现场设备进行无线通信以及使用电池为现场设备供电。虽然提供无线通信和电池都会排除(或至少减少)对电缆或电线的需要，但电池会产生，诸如监控电池电平、定期更换现场设备电池以及以安全、合法的方式处理使用过的电池等额外的负担。
发明内容
此处公开用于无线传输供电的示例性方法和装置。根据一个例子，使用无线传输的供电为设备供电的方法包括通过无线基单元获得无线供电请求。该无线基单元然后确定关于无线现场单元的供电需求，并将该供电需求与该无线基单元的剩余供电容量进行比较。然后，该无线基单元根据该供电需求和剩余供电容量的比较结果向无线现场单元无线传输供电。该无线传输的供电与为操作连接到无线现场单元的现场设备供电有关。
根据另一个示例，一种接收无线传输的供电的方法包括通过无线现场单元获得低供电的传输，并使用该低供电传输为无线现场单元的通信电路供电。无线现场单元然后传送供电请求消息，接收与该供电请求消息有关的无线传输的供电，并使用该无线传输的供电为现场设备供电。
根据又一个示例，一种管理无线供电传输的方法包括根据第一供电需求通过第一无线基单元无线传输供电到无线现场单元，并且使用该无线传输的供电为与该无线现场单元有关的现场设备供电。然后从该无线现场单元获得将该无线传输的供电增加至第二供电需求的请求。再将该第二供电需求同与所述第一无线基单元相关的剩余供电容量进行比较。根据该第二供电需求以及所述第二供电需求同剩余供电容量的比较结果将供电无线传输到无线现场单元。
根据再一个示例，一种用于无线传输供电的系统包括至少一个通信连接到现场设备的无线现场单元以及至少一个通信连接到该无线现场单元的无线基单元。该无线现场单元配置为向该无线现场单元无线传输供电，并且该无线现场单元配置为接收无线传输的供电并使用该无线传输的供电为现场设备供电。该无线基单元还配置为与该无线现场单元交换过程控制数据。
图1是使用此处所述的无线供电传输系统和方法的示例过程控制系统的方框图。
图2是关于多个无线现场设备的供电需求的示例供电需求表。
图3是描述可用来实现图1所示的示例过程控制系统以提供容错操作的系统冗余配置的方框图。
图4描述示例无线基单元和示例无线现场单元的详细方框图。
图5是图4所示的示例无线基单元的示例信号调节器的详细示意图。
图6是图4所示的示例无线现场接收器的示例信号调节器的详细示意图。
图7A和7B是可用来实现图4所示的示例无线现场接收器的示例方法的流程图。
图8A-8C是可用来实现图4所示的示例无线基单元的示例方法的流程图。
图9是可用来在多个无线基单元中重新分配电气负荷的示例方法的流程图。
图10是可用来通过多个频率从无线基单元冗余传输供电和数据到一或多个无线现场单元的示例方法的流程图。
图11是可用来实现此处所描述的示例系统和方法的示例处理器系统的方框图。
具体实施例方式
尽管以下公开包括，在其它部件中的，软件和/或在硬件上运行的固件的示例系统，但应该注意的是，这些系统只是示例性的且不应该被认为限制。例如，可以考虑任何或所有这些硬件、软件和固件部件可以完全通过硬件、完全通过软件或通过硬件和软件的任意组合的方式实现。因此，尽管下面描述了示例系统，本领域的普通技术人员容易理解提供的示例不是实现这些系统的唯一的方式。
不像那些需要通过电线或电缆和/或通过电池为现场设备提供电源(例如，交流(AC)电源或直流(DC)电源)的已知系统，此处所描述的示例性系统和方法可以用来实现在过程控制系统中使用无线传输的供电进行操作并在该过程控制系统内进行无线通信的现场设备(例如，温度传感器、压力传感器、状态(开/合)传感器、致动器等)。在一个示例中，基单元被配置为将供电无线传输(例如，使用射频电磁波)到具有附属现场设备的无线现场单元并且通过无线传输与该无线现场单元交换过程控制数据。向现场设备无线传输供电和数据提供了更灵活的过程设备来配置过程控制系统的物理布局。在下述的说明性示例中，过程控制系统的布局不受有线电源或有线网络位置的限制。相反，现场设备和过程控制系统的其它元件可以放置在任何地方并且使用无线供电传输来接收供电并使用无线数据通信来与其它过程控制系统设备或装置交换数据。由于只需移动或安装相对较少的电缆或电线来重新安置现场设备，因此无线供电和数据还能够使重新配置过程控制系统的布局相对更容易且快捷。
此处描述的示例无线基单元可以通过电缆或线路连接到电气电源(例如，AC电源、DC电源等)并且通信连接到可用于管理、自动操作以及控制过程控制系统的控制设备(如，应用站、控制器、处理器系统、服务器等)。该控制设备用来存储过程控制数据(例如，配置信息、状态信息、控制参数信息等)，并与现场设备交换该过程控制数据。例如，过程控制系统服务器或应用站可以将配置信息通过示例无线基单元传送到现场设备或通过示例无线基单元获取现场设备状态或测量信息。
每个示例无线现场单元都电气和通信连接到各个现场设备。在有些示例实现中，无线现场单元与现场设备集成在一起。示例无线现场单元接收无线基单元无线传输的供电，并使用无线传输的部分供电为自身部分供电，并且基本上同时将接收到的部分供电提供给与其相连的现场设备，以为该现场设备供电。这样，使用无线传输的供电的一部分为现场设备供电。
另外，每个示例无线现场单元与各个现场设备(例如，与其相连的现场设备)交换过程数据。例如，示例无线基单元可以从控制服务器获得配置信息并将该配置信息传送到相应的无线现场单元，该无线现场单元中的每一个然后将该配置信息传送到各个现场设备。另外，无线现场单元中的每一个可以将状态信息从各个现场设备传送到无线基单元，该无线基单元然后将该状态信息传送到控制服务器。
示例无线基单元配置为以安全、可靠并且鲁棒地传输供电给无线现场单元并与无线现场单元交换过程控制数据。例如，如下所述，每个无线现场单元与特有的标识(ID)、安全密钥，或代码(如，无线现场单元ID或其变化)相关联，其可以用于加密或专门发送供电和数据到特定或指定的无线现场单元。该无线基单元还可以使用只能由特定或指定的无线现场单元解码的扩频传输技术来无线传输供电和数据。这样，其它无线设备就不能截获传输的供电或数据。过程设备可以使用下述的加密技术来保护其过程控制系统不受诸如削弱或削减等恶意行为的影响，从而减少该过程控制系统的相关修理和维护费用。而且，通过加密无线传输的供电，使得该过程控制设备使用资源(例如，供电能源)能够得以保护，免受入侵者窃取或抢夺。
此处描述的示例无线基单元以及示例无线现场单元配置为使用多种技术，来可靠和鲁棒地传输供电并且交换数据。例如，无线基单元可以由，例如，多频带的冗余传输供电或，可替换地使用跳频传输技术来提供鲁棒和/或不失灵的供电传输。而且，无线基单元可以配置为与无线现场单元的任何一个进行通信。这样，如果一个特定的无线基单元故障，一个或多个无线基单元能通过执行之前由故障的无线基单元执行的无线供电传输以及数据通信，代替故障的无线基单元。此外，无线现场单元可以用作转发器以使如果无线现场单元离特定的无线基单元太远时，无线基单元通过运行作转发器的中间无线现场单元可以传输供电到并且与无线现场单元交换数据。其它与过程控制设备相关的冗余(例如，冗余处理器系统，冗余应用站，冗余控制器等)还可以如下所述的被实现以提供过程控制系统的容错以及鲁棒的操作。加工工厂可以使用此处描述的鲁棒、容错以及可靠的供电和数据传输示例以减少与设备失灵相关联的停工期并且，从而通过保持稳定的产量水平保持利润。
图1为示出使用此处所述的无线供电传输系统和方法的示例过程控制系统100的框图。该示例过程控制系统100包括第一示例无线基单元102a、第二示例无线基单元102b和第三示例无线基单元102c。该示例过程控制系统100还包括多个无线现场单元104a-g。如图1中虚线所指示的，无线基单元102a-c无线连接到无线现场单元104a-g。这样，无线基单元102a-c就能将供电以无线方式传输到无线现场单元104a-g，并能与无线现场单元104a-g交换过程控制数据。无线现场单元104a-g中的每一个都电连接和通信连接到各个现场设备(如，图4的现场设备420)。每个现场设备都与一各自的过程元件、设备、加工区域等的操作相关。例如，无线现场单元104a连接到与收集器106的操作相关的现场设备。在此情况下，在收集器106处的现场设备可以是温度传感器、压力传感器、电平传感器或任何其它合适的传感器或传感器的组合。
无线基单元102a-c以及无线现场单元104a-g可以用任何合适的机械罩或外壳包装起来。在一实施例中，无线基单元102a-c和无线现场单元104a-g被用塑料片封装起来，该塑料片可以保护单元102a-c和104a-g不受损坏且不受环境因素(如，化学品、水、温度等)的影响。可以为该塑料片漆上油漆，以使该无线基单元102a-c和无线现场单元104a-g在视觉上比较显眼(如，美学显眼、空间显眼等)。
该示例过程控制系统100还包括控制设备108，该控制设备108通过网络110通信连接到无线基单元102a-c，并通过该无线基单元102a-c通信连接到无线现场单元104a-g。该控制设备110可以放置在过程电厂的一个或多个控制室中。网络110可以使用诸如，有线以太网、802.11、蓝牙以及因特网等任何有线或无线局域网(LAN)或广域网(WAN)实现。在一个实施例中，网络110可以实现下面结合图3所述的数字数据总线314a和314b。
控制设备108可以执行管理和分析过程控制系统100的操作的过程控制软件。例如，控制设备108可以用来存储过程控制数据，并与无线基单元102a-c和无线现场单元104a-g交换过程控制数据。而且，控制设备108可以管理和跟踪无线基单元102a-c的操作。例如，控制设备108可以确定是否哪个无线基单元102a-c有故障或超负荷，并通过警报(例如，电子信函消息、寻呼、电话呼叫、弹出图形显示、声音警示等)通知工程师任何诸如此类的问题。下面结合图3更详细地描述该控制设备108。
无线现场单元104a-g还可以配置成与便携式计算设备112通信。该便携式计算设备112可以用个人数字助理(PDA)、手机、便携式电脑或任何其它合适的便携式计算设备实现。该便携式计算设备112可以配置成与无线基单元102a-c和无线现场单元104a-g进行无线通信(如，使用802.11、蓝牙等)，并且可以由用户114(例如，系统工程师)用来与该无线基单元102a-c和/或无线现场单元104a-g交换过程控制数据。在一个实施例中，该便携式计算设备112可以通过一个或多个无线基单元和无线现场单元的任意组合与特定的无线现场单元进行通信。在这种情况下，该一个或多个无线基单元和无线现场单元用作在便携式计算设备112和特定的那个无线现场单元104a-g之间交换过程控制数据的转发器。
图2为关于多个现场单元(例如，图1的无线现场单元104a-g)的供电需求的示例供电需求表200。该示例供电需求表200可以用例如，查询表或任何其它数据结构实现，并且可以存储在无线基单元(例如，图1的无线基单元102a-c)的存储器中。无线基单元102a-c中的每一个都存储一张与该供电需求表200基本相似或相同的供电需求表。无线基单元102a-c中的每一个使用各自的供电需求表记录或保持该无线基单元向其无线传输供电的无线现场单元104a-g的状态以及该无线基单元向这些无线现场单元104a-g中的每一个传输的供电量。这样，无线基单元102a-c中的每一个能够通过累加供电需求表200中所示的传输供电量，并从其总供电容量减去该累加值来确定其剩余的供电容量。
供电需求表200包括用于存储分别与无线现场单元104a-g中的每一个相关的唯一ID的单元标识(ID)列202以及用于存储无线现场单元104a-g中的每一个的供电需求的供电需求列204。例如，无线基单元102b可以在单元ID列202中存储无线现场单元104c-f中的每一个的无线现场单元ID，并在供电需求列204中存储由该无线基单元102b向其无线传输供电的无线现场单元104c-f中的每一个所需的供电量。存储于供电需求列204中的值表明由其中存储有该供电需求表200的无线基单元正在向无线现场单元无线传输的供电量。如果存储该供电需求表200的无线基单元向特定的无线现场单元传输该无线现场单元所需的全部供电，那么该无线现场单元所需的供电量就会被存储在该供电需求列204中。然而，如果存储该供电需求表200的无线基单元只向特定的无线现场单元传输该无线现场单元所需供电的一部分，那么对应于传输给该无线现场单元的那部分供电的供电值就会被存储在该供电需求列204中。
图3为描述可用来使图1所示的示例过程控制系统100实现提供容错操作的系统冗余配置的框图。如图3所示，过程控制系统100的控制设备108(图1)包括主用控制器302、备用控制器304、操作站306、主用应用站308和备用应用站310，它们都可以通过通常称为应用控制网络(ACN)的总线或局域网(LAN)312通信连接。操作站306和应用站308及310可以用一个或多个工作站或任何其它合适的计算机系统或处理单元实现。例如，应用站308和310可以用单处理器的个人计算机、单或多处理器的工作站等实现。另外，LAN 312可以用任何想要的通信介质和协议实现。例如，LAN312可以基于硬布线或无线以太网通信方案，由于这是公知的，因而此处不再详细描述。然而，如本领域的普通技术人员容易理解的，可以使用任何其它合适的通信介质和协议。此外，虽然只示出一个单独的局域网，但可以用一个以上局域网和应用站308及310内的适当通信硬件来提供应用站308和310之间的冗余通信路径。
控制器302和304可以通过各自的数字数据总线314a和314b(即，主用数字数据总线314a和备用数字数据总线314b)以及各自的输入/输出(I/O)设备316a和316b(即，主用I/O设备316a和备用I/O设备316b)连接到无线基单元102a-c(图1)。在一个例子中，该数字数据总线314a和314b可以由图1所示的网络110实现。在一个替换例中，无线基单元102a-c可以遵守Fieldbus，在这种情况下，该无线基单元102a-c通过采用公知的Fieldbus协议的数字数据总线314a和314b进行通信。在又一个替换例中，可以使用其它类型的通信协议。例如，无线基单元102a-c可以替换为遵守Profibus或HART协议的设备，其通过使用公知的Profibus和/或HART通信协议的数据总线314a和314b通信。增加的I/O设备(与I/O设备316a和316b相似或相同)可以连接到控制器302和304，以使增加的无线基单元102a-c组与该控制器302和304通信，增加的该无线基单元102a-c可以是Fieldbus设备、HART设备等。
控制器302和304中的每一个可以是，例如，由Fisher-Rosemount系统有限公司出售的DeltaVTM控制器。然而，该控制器302和304可以用任何其它类型的控制器实现。该控制器302和304可以执行与过程控制系统100有关的一个或多个过程控制程序，该过程控制程序由系统工程师或其它系统操作员使用操作站306生成并下载到控制器302和304中，在该控制器302和304中实例化。虽然在所说明的例子中仅示出两个冗余控制器(如，控制器302和304)，但该过程控制系统100可以包括任意数目的冗余控制器。
备用控制器304用作主用控制器302的备份，用在主用控制器变得不可用或由于任何原因变得不能执行与过程控制系统100有关的过程控制程序的情况下。控制器302和304通过第一冗余链接318通信连接。
第一冗余链接318可以是主用控制器302和备用控制器304之间的单独、专用的(即，非共享的)通信链接。该第一冗余链接318可以用例如，专用以太网链接(例如，相互连接的控制器302和304中的每一个中的专用以太网卡)实现。然而，在其它例子中，该第一冗余链接318可以用通信连接到控制器302和304的LAN 312或一冗余LAN(未示出)来实现，LAN 312或该冗余LAN都无需是专用的。当然，在其它示例实现中，该第一冗余链接318可以用通用串行总线(USB)接口、RS-232接口、IEEE 1394(Fire WireTM)接口或任何其它合适的接口实现。
总的来说，控制器302和304通过该第一冗余链接318连续，有例外，或周期性地交换信息(例如，响应于参数值变化、应用站配置变化等)，以建立和保持冗余上下文。该冗余上下文使得主用控制器302和备用控制器304之间能够进行无缝或无波动(bumpless)的控制移交(handoff)或切换(switchover)。例如，该冗余上下文使得能够响应于主用控制器302中的硬件或软件故障，或者响应于来自系统用户或系统操作员的指示或该过程控制系统100的客户申请来进行从主用控制器302到备用控制器304的控制移交或切换。
在任何情况下，该控制器302和304可以作为LAN 312上的单节点出现并且，因而用作一个冗余对。具体地说，在主用控制器302发生故障或者接收到来自用户的切换指示的情况下，该备用控制器304用作“热”备用应用站，该应用站快速且无缝地担当和继续由主用控制器302所正在执行的应用控制或功能而无需耗时的初始化或其它的用户干涉。为了实现这样的“热”备用方案，当前主用的控制器(例如，主用控制器302)使用冗余上下文将诸如配置信息、控制参数信息等信息通过第一冗余链接318传送到其冗余伙伴控制器(例如，备用控制器304)。这样，只要备用控制器304准备好并且能够承担控制任务，就可以实现从当前主用的控制器(例如，主用控制器302)到其冗余伙伴控制器或备用控制器(例如，备用控制器304)的无缝或无波动的控制转换或切换。
为了确保备用控制器304准备就绪并能承担当前由主用控制器302所执行的应用控制、虚拟控制功能、通信功能等，该冗余上下文需要确定备用控制器304是否具有到物理资源(如，LAN 312、其它外部数据源等)的入口；是否具有所需的编程信息(如，配置和连接信息)；以及是否可以实现所需的业务质量(如，处理器速度、存储器要求等)。该冗余上下文也可以确定备用控制器304是否具有通过备用数字数据总线314b到无线基单元102a-c的入口。另外，保持该冗余上下文是为了确保备用控制器304总是准备好承担控制任务。这种冗余上下文的保持是通过在冗余控制器302和304之间传递状态信息、配置信息或任何其它保持操作同步所需的信息来实现的。
在一些例子中，控制器302和304可以配置为在主用控制器302失效并随后恢复到正常状态或被修复或替换(且被适当配置)的情况下，该主用控制器302可以从备用控制器304收回控制，并且该备用控制器304恢复到其作为一个热备用站的状态。然而，如果需要的话，该备用控制器304可以配置为防止一个恢复的应用站在没有系统用户批准或某些其它类型的用户干涉的情况下收回控制。
如图1中所描述的，过程控制系统100还可以包括通过通信链接322和LAN 324通信连接到应用站308及310的远程操作站320。该远程操作站320可以是地理上远程设置，在这种情况下，该通信链接322优选是但不是必需是无线通信链接、基于因特网或其它基于分组交换的通信网络、电话线(例如，数字用户线)或它们的任意组合。尽管在所示例子中仅示出两个操作站(如，操作站306和远程操作站320)，但该过程控制系统100可以通信连接到任意数目的操作站。
如图1的例子中所描述的，主用应用站308和备用应用站310通过LAN312并且通过第二冗余链接326通信连接。该第二冗余链接326与第一冗余链接318基本相似或相同，并且用于保持主用应用站308和备用应用站310之间的操作同步。例如，可以按照与以上关于第一冗余链接318以及控制器302和304所描述的基本相似或相同的方式，使应用站308和310通过第二冗余链接326保持操作同步，并且使备用应用站310用作主用应用站308的备份。
主用应用站308一般负责完成(即执行)过程控制系统100中所需的虚拟控制功能、活动管理应用、维护管理应用、诊断应用和/或任何其它需要的有关过程控制行为、企业优化行为等管理和/或监控的功能或应用。备用应用站310按照与主用应用站308相同的方式进行配置，并从而包括在主用应用站308中所需执行的每个功能和应用的拷贝。另外，该备用应用站310包括与主用应用站308所使用的硬件和/或资源入口相同或至少功能相同的硬件和/或资源入口。更进一步地，备用应用站310通过第二冗余链接326跟踪主用应用站308的操作(例如，在主用应用站308中所执行应用程序使用的当前参数值)。虽然在示例中仅示出两个应用站(如，应用站308和310)，但该过程控制系统100可以包括任何数目的应用站。
无线基单元102a-c和无线现场单元104a-g配置为以冗余方式进行操作，以进一步提供过程控制系统100的容错和鲁棒操作。在图3所示的说明性例子中，该无线基单元102a-c中的每一个都能够传输供电到无线现场单元104a、104f和104g中的任何一个，并与其交换信息。这样，如果无线基单元102a-c中的任意一个失效或者由于任何原因(如，能量损耗、减弱、削减等)而变得不可用，由该不可用的无线基单元先前所执行的操作就能够由无线基单元102a-c中的另一个或多个来接管或执行。例如，无线基单元102a-c中的每一个可以保持与上述冗余链接318和326基本相似或相同的有线或无线冗余链接(未示出)。可以按照与以上关于第一冗余链接318和控制器302及304所描述的方式基本相似或相同的方式，使无线基单元102a-c中的每一个与该无线基单元102a-c中的其它一个或多个保持操作同步并且用作对于无线基单元102a-c中的其它那一个或多个的备份。
无线现场单元104a-g中的每一个配置为作为将从无线基单元102a-c中的一个接收到的供电和信息中继传输到无线现场单元104a-g中的另一个的转发器进行操作。这样，如果无线现场单元102a-g其中之一距离无线基单元102a-c中最近的那个还太远的话，或者如果一射频(RF)不能穿透或射频减弱的物体(如，墙、巴氏杀菌保温桶、混频器等)放置在或位于无线现场单元104a-g其中之一和无线基单元102a-c中最近的一个之间的话，该无线基单元102a-c中最近的那个可以通过无线现场单元104a-g中的另外一个传输供电到距离太远或被阻隔的无线现场单元104a-g中的一个无线现场单元，并与其交换数据。在图3的说明性例子中，该无线基单元102a可以通过用虚线328描绘的无线现场单元104a将供电和数据传输到无线现场单元104g。
图4描绘示例无线基单元402和示例无线现场单元404。示例无线基单元402可以用来实现图1所示的示例无线基单元102a-c，并且示例无线现场单元404可以用来实现图1所示的示例无线现场单元104a-g。如图4所示，示例无线基单元402包括AC供电接口406，该接口406配置为电气连接到一AC电源408上，以获得电气供电。该示例无线基单元402还包括数据通信单元410，该数据通信单元410通信连接到网络110，并且配置为通过该网络110与控制服务器(例如，图1所示的控制设备108)交换过程控制数据。该数据通信单元410可以用任何类型的有线或无线通信协议实现，该通信协议可以包括例如，有线以太网、802.11、蓝牙、Fieldbus、Profibus、HART等。
该示例无线基单元402还包括供电信号调节器414，其被配置为从交流供电接口406获得交流供电并调节该供电。例如，该供电信号调节器414可以调节该交流供电并保护无线基单元402防止供电浪涌、电流尖峰、静电放电等。下面结合图5更详细地描述该供电信号调节器414。
示例无线基单元402包括用以将传输供电和数据无线传输到无线现场单元(例如，无线现场单元404)的无线供电和数据传送器416。该无线供电和数据传送器416还配置为将数据传输到便携式计算设备112(图1)。无线供电和数据传送器416配置为用射频(RF)信号来通过无线供电链接传输供电并同时通过无线数据链接(即，无线通信链接)传输数据。无线供电和数据传送器416可以配置为供电和数据进行多路复用，并使用相同的传输通道或频率信号来传输它们。在这种情况下，无线供电链接和无线数据链接可以通过相同的传输通道或频率信号基本同时地被多路复用或传输。例如，无线供电和数据传送器416可以配置为传输插入或复用到无线供电传输中的数据包。或者，该无线供电和数据传送器416可以配置为将数据通过数据传输通道传输到无线现场单元404，并将供电通过与数据传输通道分开的供电传输通道传输到无线现场单元404(例如，通过与数据传输通道使用的不同频率)。在任何情况下，无线供电和数据传送器416可以使用本领域公知的用于模拟信号(如，频移键控(FSK)、相移键控(PSK)、调频、调幅等)和/或数字信号(如，位插入、数据包位域(data packet bit field)等)的任何技术，来在无线传输的供电和数据中嵌入无线现场单元ID，以指示该供电和每个数据包所对应的无线现场单元。
无线供电和数据传送器416可以配置为通过多个不同频率信号中的各个频率信号传输多个不同供电电平中的每个电平。例如，该无线供电和数据传送器416可以在特定频率上传输低电平无线传输信号(例如，低电平供电无线传输信号或具有最小供电电平的无线传输信号)，以开始启动用于发起通信的无线现场单元的基本部件。无线供电和数据传送器416传输低电平最小供电(即，低供电无线传输)的特定频率可以是任何无线现场单元都可以使用的固定、预选频率信号。在一示例实现中，低供电无线传输对于任何特定的无线现场单元都不编码，以便任何无线现场单元都能接收和使用该低供电无线传输。这样，无线现场单元就可以在从无线基单元402接收所连设备(例如，下面描述的现场设备420)进行正常操作所需的更多供电量之前，建立与该无线基单元402的无线供电链接。可以使用与用来传输低电平最小供电不同的频率来建立该无线供电链接。
在图1所示的示例过程控制系统100中，所有的无线基单元102a-c可以传输低电平最小供电，以在过程控制系统100的特定区域上提供供电覆盖或者要么提供广泛、基本连续的覆盖。这样，如果无线基单元102a-c中的一个失效的话，对应于(如，与之进行通信和/或从其接收供电的)该失效无线基单元的任何无线现场单元104a-g就可以切换到(如，与其通信，从其接收供电等)无线基单元102a-c中的另一个。
为了提供容错和鲁棒供电传输和数据传输，无线供电和数据传送器416还可以配置成传输无线现场单元所请求的供电电平或供电量并且使用一个或多个鲁棒传输方法，诸如例如在多个频率带上供电和/或数据的跳频或同步或冗余传输，将数据传输到无线现场单元。另外或可替换地，该无线供电和数据传送器416可以用扩频技术来无线传输数据和/或供电。
无线供电链接和/或无线数据链接可以使用在无线基单元(如，无线基单元402)和无线现场单元(如，无线现场单元404)之间建立的一个或多个无线传输通道来实现。该一个或多个无线传输通道中的每一个可以用一个或多个特定频率信号来实现。这样，无线基单元402就可以通过使用扩频传输技术的多个频率或者通过基本上由单频组成的信号将供电和/或数据无线传输到无线现场单元404。
在一个示例实现中，无线基单元402可以使用跳频技术来无线传输供电，它是通过建立能够在多个传输通道或频率信号上无线传输供电并且在传输中周期性地选择多个通道或频率信号中不同的一个的无线供电链接。另外或可替换地，该无线基单元402可以使用能使无线基单元402在传输之前和期间自动选择最佳通道(例如，与至少干涉数量相关的频率)的自动通道选择技术或自动通道切换技术来无线传输供电。这样，该无线基单元402可以在当前所选择通道或频率信号由于例如，频率干扰、干涉等变得不可用的任何时侯选择不同的通道。
为了实现自动通道选择或通道切换技术，该无线基单元402可以通过数据通道(如，无线数据链接)通信连接到无线现场单元404，以与无线现场单元404交换控制数据，并通过多条供电通道或频率(如，无线数供电链接)通信连接到无线现场单元404，以将供电无线传输到无线现场单元404。在供电传输期间，无线现场单元404可以连续或周期性地测量通过一个供电通道所接收供电的信号强度和/或信噪比，以产生链接质量状态消息(如，信号强度、信噪比等)。然后，该无线现场单元404可以通过数据通道将链接质量状态消息传输到无线基单元402，以使该无线基单元402能够在链接质量低于特定的预设门限时，选择不同的通道或频率。当然，该无线基单元402和无线现场单元404还可以配置为通过使用上述任何技术的无线数据链接来交换数据，以确保鲁棒和容错数据通信。
无线基单元402包括用来从无线现场单元、其它无线基单元和便携式计算设备112(图1)接收数据的无线数据接收器418。例如，该无线数据接收器418可以用于从无线现场单元或无线基单元接收供电需求消息、供电确认消息、结束供电传输消息或任何其它消息。
示例无线现场单元404配置为接收由无线基单元402无线传输的供电，并用接收到的供电为现场设备420供电。具体地说，该示例无线现场单元404包括配置为接收由无线基单元和/或其它无线现场单元无线传输的供电和数据的无线供电和数据接收器422。该无线供电和数据接收器422可以包括用以接收通过多个频率和/或通过扩频传输的供电和数据的RF电路。该无线供电和数据接收器422还可以配置为使用跳频技术接收由无线基单元402传输的供电和数据。为了使用户(如，图1所示的用户114)能够获取到无线现场单元404中和/或现场设备420中的过程控制数据，该无线供电和数据接收器422还可以配置为从图1所示的便携式计算设备112接收数据。
无线现场单元404还包括供电信号调节器424。该供电信号调节器424配置为调节无线接收的供电。例如，供电信号调节器424可以对所接收的供电进行整流并且抑制其中出现的任何供电浪涌或电流尖峰。然后，该供电信号调节器424可以将调节后的供电发送到现场设备420。下面结合图6描述可以在供电信号调节器424中实现的用于调节供电的示例电路。该供电信号调节器424还可以配置为累加通过多个频率信号从一个或多个无线基单元(如，图1所示的一个或多个无线基单元102a-c)接收到的多个供电或供电信号。例如，该供电信号调节器424可以包括一个本领域公知的用于累加两个或多个供电信号的累加供电放大器电路，以产生现场设备420所需的供电量。
该无线现场单元404还包括无线供电和数据传送器426，该无线供电和数据传送器426可配置为将数据传输到无线基单元(如，无线基单元402)，其它无线现场单元(如，图1所示的无线现场单元104a-g)和/或便携式计算设备112(图1)。例如，该无线供电和数据传送器426可以用于将供电请求消息、供电确认消息、结束供电传输消息或任何其它消息传输到无线基单元402。
无线供电和数据传送器426使无线现场单元404用作将从无线基单元(如，无线基单元402或图1和图3所示的任一无线基单元102a-c)接收到的供电和数据转发到另一无线现场单元(如，图1所示的无线现场单元104a-g)的转发器。这样，如上面结合图3所描述的，如果无线现场单元距离最近的无线基单元还是太远或者被阻隔的话，该最近的无线基单元可以通过该无线现场单元404将供电传输到该太远或被阻隔的无线现场单元，并与其交换数据。具体地说，无线现场单元404可以通过无线供电和数据接收器422获得与该太远或被阻隔无线现场单元相关的供电和数据，并将该供电和数据通过该无线供电和数据传送器426转发到该无线现场单元。无线现场单元404可以根据无线现场单元404以及每个无线现场单元104a-g所特有的安全密钥或代码(如，无线现场单元ID或其变化)，来将与该无线现场单元404相关的供电和数据从与另一无线现场单元相关的供电和数据区分或识别出来。
无线现场单元404包括连接到无线供电和数据传送器426和无线供电和数据接收器422的硅整流二极管天线428。该硅整流二极管天线428可以由无线供电和数据传送器426用来将数据传输到无线基单元402和便携式计算设备112(图1)以及将供电和数据传输到任意其它无线现场单元(例如，图1所示的无线现场单元104a-g)，并且可以由无线供电和数据接收器422用来从无线基单元402和便携式计算设备112接收供电和数据传输信号。
无线现场单元404还包括用于存储通信软件或固件、过程控制数据、运行时间变量或任意其它类型的数据、机器可以读取和可以执行的指令或代码等的存储器430。该存储器430可以是可供无线供电和数据接收器422和无线供电和数据传送器426使用的共享存储器。存储器430可以用易失性和非易失性存储器的任意组合实现。在有些实现中，存储器430可以用非易失性闪速存储器420实现。该闪速存储器可以用来存储现场设备420的供电需求。闪速存储器还可用来连续或周期性地存储无线现场单元404和/或现场设备420的状态。这样，如果无线现场单元404丧失供电的话，该无线现场单元404和现场设备420能够在恢复供电后通过从闪速存储器(如，存储器430)检索先前的状态信息来快速恢复。
另外或可替换地，无线现场单元404可以连续或周期地将状态信息传送到与该无线现场单元404和现场设备420相关的控制设备108(图1)。在此情况下，在随供电丧失或供电故障之后的供电恢复后，无线现场单元404和现场设备420能够通过无线基单元402从控制设备108恢复状态信息。
存储的状态信息还可用于实现供电保护方案，其中，当不需要现场设备420的全部操作时，无线现场单元404和现场设备420被关机或置于低电模式。例如，当只需要现场设备420的部分操作时，该现场设备420可以进入低供电模式。或者，当不需要现场设备420的操作时，该现场设备420可以关机。
图5为图4的示例无线基单元402的示例信号调节器414的具体示意图。该示例信号调节器414包括将AC供电接口406连接到无线供电和数据传送器416的变压器502。变压器502可用于在保持从该AC供电接口406到无线供电和数据传送器416的连续AC传输的同时，隔离或防止在交流供电接口406和无线供电和数据传送器416之间传输直流信号成分。该变压器502还可用于提高或降低电压。
图6是图4所示的示例无线现场单元404的示例供电信号调节器424的具体示意图。该示例供电信号调节器424包括将无线供电和数据传送器422连接到现场设备420的变压器602。该变压器602可用于执行与如上面结合图5所描述的示例信号调节器414的变压器502所执行功能基本相似或相同的功能。然而，该变压器602不是用于调节从交流电源(如，图4所示的交流电源408)所接收到的供电，而是用于调节由无线供电和数据接收器422所接收到的无线传输的供电。
图7A-10是描述示例方法的流程图，这些方法可用于使用无线基单元(如，图4所示的示例无线基单元402和/或图1所示的示例无线基单元102a-c)和无线现场单元(如，图4所示的示例无线现场单元404和/或图1所示的示例无线现场单元104a-g)传输无线供电。图7A-10的流程图中所描述的示例方法可以通过软件、硬件和/或它们的任意组合来实现。例如，该示例方法可以在通过在图11所示的示例处理器系统1110中执行的软件和/或根据图4所示的示例无线基单元402和/或图4所示的示例无线现场单元404配置的硬件系统中实现。
虽然下面按照特定的操作顺序来描述示例方法，但可以重新排列、增加和/或削减一个或多个操作来取得相同或相似的结果。另外，虽然下面结合图7A-10所描述的示例方法可以结合任何无线基单元402(图4)和102a-c(图1)以及任何无线现场单元404(图4)和104a-g(图1)来实现，但为了简化起见，将图7A-10所示的示例方法总的针对无线基单元402和无线现场单元404来进行描述。
图7是说明可用来实现图4所示的示例无线现场单元404的示例方法的流程图。首先，示例无线现场单元404接收用于基本操作的最小供电(方框702)。例如，该无线基单元402可以在选择的频率上连续传输无线现场单元(例如，无线现场单元404)进行基本通信操作所需的最小供电量。这样，无线现场单元404就能够接收该最小供电并使用该最小供电为其通信电路(如，图4所示的无线供电和数据接收器422、无线供电和数据传送器426和存储器430)供电，从而与该无线基单元402或任何其它无线基单元建立通信链接。
在该无线现场单元404使用在方框702所获得的最小供电启动其通信电路之后，该无线现场单元404确定有关现场设备420(方框704)的供电需求。例如，无线现场单元404可以从现场设备420或存储器430(如果供电需求存储在存储器430中的话)获得供电需求。
无线供电和数据传送器426然后广播供电请求消息(方框706)。供电请求指示无线基单元(如，无线基单元402)无线现场单元404想要建立无线通信链接和无线供电链接，并且要接收足量的无线传输供电来完成或实现或等同的在方框704所确定的现场设备420的供电需求。方框706处的供电请求可以包括无线现场单元404的标识代码或地址。该供电请求还可以包括该无线基单元404所请求的供电量，该供电量等于现场设备420的全部操作所需和/或用于为该无线现场单元404的其它部分，如供电信号调节器424供电所需的供电量。
无线供电和数据接收器422然后从接收到该供电请求的无线基单元(如，图4所示的无线基单元402)获得确认(方框708)。例如，该无线供电和数据接收器422可以通过无线数据链接接收来自无线基单元402的确认。该确认可以指示该无线基单元402能够向无线现场单元404提供所请求量的供电。
无线供电和数据接收器422然后与无线基单元402建立通信链接和供电链接(方框710)并且开始接收无线传输的供电，无线现场单元404将其中的至少一些供电传送到图4所示的现场设备420。该无线供电和数据接收器422可以使用无线通信链接来与无线基单元402交换配置数据和过程控制数据。无线供电和数据接收器422可以从无线基单元402获得配置信息(方框712)和/或控制设备108(图1)需要传送到无线现场单元404和/或现场设备420的任何其它过程控制数据。该无线供电和数据接收器422可以通过无线供电链接接收在方框710处加密的供电并通过无线通信链接接收在方框712处加密的数据，并且解密该加密的供电和数据。例如，无线基单元402可以用无线现场单元404所特有的安全密钥或代码(如，无线现场单元ID或其变化)加密所传送的供电和数据。这样，除该无线现场单元404之外的任何无线现场单元都不能解密和使用该供电或获取该数据。
无线现场单元404然后确定是否需要更大的供电电平(方框714)。例如，无线现场单元404可以确定现场设备420是否在以一种特定方式操作或者要么在执行需要更大电平或供电量的操作。如果该无线现场单元404确定需要更大的供电电平，该无线供电和数据传送器426就会向无线基单元402发送消息，请求增加供电电平(方框716)。该无线供电和数据接收器422然后接收来自无线基单元402的确认消息(方框718)。该确认消息指示该无线基单元402是否能够提供为实现增加供电电平所需的所有增加的供电、所增加供电电平的部分或没有增加的供电电平。
无线现场单元404然后根据例如，在方框718处接收到的确认消息，确定其是否将从两个或更多无线基单元接收增加的供电(方框720)。如果该无线现场单元404不从两个或更多无线基单元接收增加的供电的话，则该无线现场单元404确定其是否将从与其在方框710建立供电链接的同一无线基单元(如，无线基单元402)接收增加的供电(方框722)。
如果该无线现场单元404在方框722确定它将不从同一无线基单元接收增加的供电的话，则该无线现场单元404与下一个或另一个无线基单元建立供电链接(方框724)，并且终止该在方框710与先前的无线基单元建立的供电链接(方框726)。无线现场单元404还可以在方框724与下一个无线基单元建立通信链接。在方框724，如果该下一个无线基单元距离该无线现场单元404太远而不能建立供电链接，或者如果一不透RF或减弱RF的物体(例如，墙、巴氏杀菌保温桶、混频器等)被置于或位于该下一个无线基单元和该无线现场单元404之间，则该无线现场单元404可以如上面结合图3所述，通过另一无线现场单元(如，图1所示无线现场单元104a-g中的一个)与该下一个无线基单元建立供电链接和通信链接。在此情况下，另一无线现场单元用作该无线现场单元404和该下一个无线基单元之间的转发器。
如果在方框720该无线现场单元404确定从两个或更多无线基单元接收增加的供电，无线供电和数据接收器422与另一无线基单元建立另一供电链接(方框728)(图7B)。无线供电和数据接收器422和/或供电信号调节器424然后累加从两个无线基单元(如，图4所示的无线基单元402和另一无线基单元)所接收的供电(方框730)。例如，如本领域所公知的，该供电信号调节器424可以包括如上所述的累加供电放大器来累加多个供电信号。
在无线现场单元404在方框730累加接收到的供电后，或者在无线现场单元404在方框726终止先前建立的供电链接后，或者如果无线现场单元404在方框714确定不需要更大的供电电平的话，该无线现场单元404检查确定是否已经存在无线基单元失效(方框732)。如果已经存在无线基单元失效，则将控制返回到方框702，以与不同的或下一个无线基单元建立供电链接。如果该下一个无线基单元太远或被阻隔，则上述与无线基单元(如，下一个无线基单元)建立供电和通信链接的操作可以通过将另一个无线现场单元(如，无线现场单元140a-g中的一个)用作该无线现场单元404和该下一个无线基单元之间的转发器来实现，如上面结合图3所述。
如果没有无线基单元失效，则无线现场单元404确定是否附属设备(例如，图4的现场设备420)已经关闭(方框734)。如果无线现场单元404确定现场设备420未关闭，则控制返回到方框714，以再次确定是否需要更大的供电电平。然而，如果无线现场单元404在方框734确定现场设备420已经关闭的话，则该无线现场单元404终止与该无线基单元(如，无线基单元402和该无线现场单元404与其建立供电链接的任何其它无线基单元)的供电链接(方框736)，并且结束本过程。
图8A-8C是说明可用来实现图4所示的示例无线基单元402的示例方法的流程图。首先，该无线供电和数据传送器416传输用于无线现场单元(如，图4所示的无线现场单元404和/或图1所示的任何无线现场单元104a-g)的基本操作的最小供电(方框802)。如上面结合方框702所述的，一个或多个无线现场单元可以获得该最小供电，以启动它们的通信电路并广播供电请求消息。
无线数据接收器418然后检测一个或多个无线现场单元(方框804)。例如，无线数据接收器418可以检测增加或移动到与无线基单元402相关的过程控制区域的无线现场单元(如，图4所示的无线现场单元404)。无线基单元402然后确定是否有哪个检测到的无线现场单元需要供电(方框806)。例如，如上面结合方框706(图7)所述，无线基单元402可以接收由无线现场单元404广播的供电请求消息，并确定该无线现场单元404需要供电。如果没有无线现场单元需要供电，则控制返回到方框804。
如果无线基单元402在方框806确定无线现场单元404需要供电，则该无线基单元402确定该无线现场单元404所请求的供电量(方框808)。然后，该无线基单元402确定其剩余供电容量(方框810)。无线基单元402的供电容量可以与电源(如，AC供电接口406、图4所示的AC电源408或DC电源)的供电容量限制或者无线基单元402的电子电路的额定功率或者可以通过RF(如，为了维持安全RF供电电平)无线传送的供电量有关。无线基单元402可以通过读取存储在无线基单元402的供电需求表的供电需求列(如，图2所示的示例供电需求表200的供电需求列204)中的供电值，累加全部供电值，并从无线基单元402的供电容量极限值中减去该全部供电值的累加值，来确定其剩余供电容量。
无线基单元402然后确定是否其具有足够的供电容量(方框812)。例如，无线基单元402可以将在方框810所确定的剩余供电容量和在方框808所确定的无线现场单元404需要的供电量进行比较。如果无线基单元402确定其具有足够的供电容量，则无线基单元402与该无线现场单元404建立通信链接和供电链接(方框814)。例如，无线基单元402可以传输消息给无线现场单元404，该消息指示该无线基单元402能够提供所请求的供电并且准备好建立与该无线现场单元404的无线供电链接。在建立该无线供电链接后，无线基单元402然后传输无线供电给该无线现场单元404(方框816)。例如，无线基单元402可以通过使用一个或多个传输通道和/或频率信号以及任何类型的传输技术(如，单频传输或定频传输技术、跳频传输技术、扩频传输技术等)的无线供电链接将供电无线传送到无线现场单元404。无线基单元402然后可以与无线现场单元404交换过程控制数据(方框818)。可以在传输前用例如，安全密钥或代码将所传送的任何数据进行加密，并可以用例如，所述安全密钥或代码对接收到的任何数据进行解密。
无线基单元402然后可以从无线现场单元404获得通信信号或消息(方框820)(图8B)。该消息可以包括与无线供电输送有关的控制信息。例如，该消息可以指示无线基单元402应该中断传输供电或者无线现场单元404需要更大的供电电平。无线基单元402然后确定是否继续向该无线现场单元404传输无线供电(方框822)。如果无线基单元402确定其不应该向该无线现场单元404继续传输供电，则无线基单元402终止与该无线现场单元404的供电链接并且不再继续向该无线现场单元404传输供电(方框822)。然后控制返回到方框804。
如果无线基单元402在方框822确定其应该继续向该无线现场单元404传输无线供电，则无线基单元402确定该无线现场单元404是否需要更大的供电量(方框826)。例如，在方框820接收到的消息可以指示该无线现场单元404请求增加供电电平。如果无线现场单元404不需要增加供电量，则控制返回到方框820。
如果无线基单元402在方框826确定无线现场单元404请求更大的供电电平，则该无线基单元402确定其是否具有足够的剩余供电容量来传输所请求增加的供电(方框828)。无线基单元402可以根据其总供电容量和列在其供电需求表(如，图2所示的示例供电需求表格200)中的供电需求值，如上面结合图2所述，确定其剩余供电容量。如果无线基单元402具有足够的剩余供电容量，则该无线基单元402增加传输到该无线现场单元404的供电量(方框830)。
如果无线基单元402在方框828或在方框812(图8A)确定其没有足够的供电容量，则无线基单元402确定相邻无线基单元是否具有足够的供电容量(方框832)以向该无线现场单元404提供所请求增加的供电量。例如，无线基单元402可以通过无线供电和数据传送器416和无线数据接收器418与相邻无线基单元通信。如果相邻无线基单元具有足够的供电容量，则该无线基单元402将该无线现场单元404移交给该相邻无线基单元(方框834)并且控制返回到方框804。
如果无线基单元402在方框832确定相邻无线基单元没有足够的供电容量来提供所请求增加的供电量，则该无线基单元402确定其剩余供电量与一个或多个相邻无线基单元的剩余供电量的总和是否足够提供所请求增加的供电量(方框836)(图8C)。例如，无线基单元402可以通过网络110或者通过无线供电/数据传送器416以及无线数据接收器418通信连接到其它无线基单元，并且配置为与该其它无线基单元交换供电容量信息。例如，图1所示无线基单元102a-c中的每一个可以基于其总供电容量和在其供电需求表(如，图2所示的示例供电需求表200)中列出的供电需求值，如上面结合图2所述的，确定其剩余供电容量。每个无线基单元102a-c然后可以连续或周期性地或者基于另一个无线基单元102a-c的请求，将其剩余供电容量值通过数据传输传送到其它的无线基单元102a-c。在无线基单元402使用基本相似或相同的过程接收到一个或多个相邻无线基单元的剩余供电容量值后，该无线基单元402可以将剩余供电容量值进行相加，以确定其剩余供电量和该一个或多个相邻无线基单元的剩余供电容量的总和是否足够通过多个无线基单元向该无线现场单元404供应所请求增加的供电量。
如果无线基单元402确定该供电容量的总和足以供应所请求增加的供电量，该无线基单元402向该一个或多个相邻无线基单元发送请求，以传输无线供电到该无线现场单元404(方框838)，并且无线基单元402将附加的无线供电传输到该无线现场单元404(方框840)。例如，无线基单元402可以根据相邻无线基单元的数目以及相邻无线基单元的剩余供电容量值确定所需的相邻无线基单元的数目以及需要每个相邻无线基单元的供电量，以向该无线现场单元404提供所请求的供电。在确定需要的相邻无线基单元的数目以及从每个需要的供电量后，该无线基单元402可以向选择的相邻无线基单元发送供电请求、每个无线基单元所需的供电量以及无线现场单元404的无线现场单元ID。这样，每个选择的相邻无线基单元就可以使用本领域所公知的任何技术(如，FSK、PSK、调频、调幅等)在供电信号中插入该无线现场单元ID，并且将该供电信号传输到该无线现场单元404。无线现场单元404可以获得多个无线传输的供电信号并且选择其中嵌有与该无线现场单元404有关的无线现场单元ID的那些供电信号，并使用如，本领域公知的累加放大器累加接收到的供电信号，以产生需要的供电。在一些实现中，无线基单元402还可以向每个选择的相邻无线基单元传输频率值，该频率值指示无线现场单元404传送供电信号的频率。在无线基单元402和选择的相邻无线基单元将无线供电传送给无线现场单元404后，控制返回到方框804。
如果无线基单元402在方框836确定该供电容量的总和不足以提供所请求增加的供电量，则该无线基单元402以及一个或多个相邻的无线基单元重新分配与无线现场单元有关的电气负荷(方框842)。通过移交无线现场单元(如，图1所示的无线现场单元104a-g)而在相邻无线基单元(例如，图1的无线基单元102a-c)中重新分配电气负荷，从而使一个无线基单元释放足够的供电容量，以使得该无线基单元能够向无线现场单元404传输所请求的无线供电量。下面结合图9更详细地描述重新分配负荷过程的示例。
在重新分配电气负荷后，无线基单元402确定其是否具有足够的供电容量(方框844)。如果该无线基单元402具有足够的供电容量，则控制返回到方框814，以与无线现场单元404建立供电链接。然而，如果该无线基单元402没有足够的供电容量，则该无线基单元402显示警报(方框846)。可以使用电子邮件消息、灯指示器、弹出计算机显示消息、声音警报或任何其它适合指示该无线现场单元的请求不能实现或满足的方式来显示警报。
在显示警报后，无线基单元402确定其是否应该继续监控来自无线现场单元或其它无线基单元的消息(方框848)。例如，无线基单元402可以配置为在其发生故障时关闭或进入备用模式。如果该无线基单元402没有列在其供电需求表(例如，供电需求表200)中的无线现场单元ID，但仍然不能传输供电的话，则其会发生故障。在此情况下，如果无线基单元402确定其没有列在其供电需求表中的无线现场单元ID，但还是不能满足该无线现场单元404的请求的话，则该无线基单元402确定其不应该继续监控，并结束本流程。否则，控制返回到方框804。当然，在方框848，诸如日时间、开或关控制命令的接收等的任何其它标准也可以用来确定该无线基单元402是否应该继续监控来自无线现场单元或其它无线基单元的消息。
图9是可用来在多个无线基单元(如，图4所示的无线基单元402和图1所示的无线基单元102a-c)中重新分配电气负荷的示例方法的流程图。图9的示例方法可用来实现图8C中方框842的操作。首先，无线基单元402(或无线基单元102a-c中的一个)从供电需求表200(图2)中选择一个第一无线现场单元404(或无线现场单元104a-g中的一个)(方框902)，并确定具有足够容量来向该无线现场单元404提供供电的相邻无线基单元(方框904)。无线基单元402然后将该无线现场单元404移交给确定的相邻无线基单元(方框906)。
无线基单元402然后确定其是否具有足够的供电容量来向请求的无线现场单元(如，图8A中方框808处请求供电的无线现场单元或图8B中方框826处请求增加的供电电平的无线现场单元)提供特定的供电量(方框908)。如果该无线基单元402具有足够的供电容量，则结束本流程。然而，如果该无线基单元402没有足够的供电容量，则该无线基单元402确定在供电需求表200中是否存在任何剩余的未被分析的无线现场单元(方框910)。如果存在未被分析的无线现场单元，则从该供电需求表200中选择下一个无线现场单元404(方框912)，并且控制返回到方框904。如果不存在未被分析的无线现场单元，则结束该流程。
图10为一示例方法的流程图，该方法可用来接收来自无线基单元(如，图4所示的无线基单元402或图1所示的一个无线基单元102a-c)通过一个或多个无线现场单元(如，图4所示的无线现场单元404和/或图1所示的一个或多个无线现场单元104a-g)的通过多个频率冗余传输的供电和数据。首先，无线现场单元404获得通过第一频率无线传输的供电(方框1002)。无线现场单元404然后向无线基单元402发送确认消息和当前选择的频率(方框1004)。该确认消息告诉无线基单元402，该无线现场单元404从无线基单元402成功接收供电。
无线现场单元404然后判断附属设备(如，图4所示的现场设备420)是否关闭(方框1006)。如果该现场设备420未关闭，则无线现场单元404判断其是否成功接收在当前所选择频率无线传输的供电(方框1008)。例如，无线供电和数据接收器422可以监控对于与该无线现场单元404相关的无线现场单元ID在所选择频率的无线供电，如果无线供电和数据接收器422在预定的时间门限内没有检测到该无线现场单元ID，则无线现场单元404可以判定其未成功接收无线传输的供电。可替换地或另外，无线供电和数据接收器422或供电信号调节器424可以监控信号强度或在选择频率接收到的无线供电的信噪比，并且，如果信号强度或信噪比超过(如，小于或大于)预定的门限，则该无线现场单元404可以确定其没有成功接收无线传输的供电。如果无线现场单元404在方框1008判定其通过选择的频率成功接收无线供电，则控制返回到方框1004。
如果无线现场单元404未成功接收无线供电，则无线现场单元404获得通过下一个所选择频率无线传输的供电(方框1010)。例如，无线基单元402可以通过多个频率传输相同的供电量，从而能够进行鲁棒或容错供电传送。这样，如果特定频率被干涉信号干扰或阻止，则该无线现场单元404可以使用在其它频率上无线传送的供电进行操作。在获得来自不同频率的供电后，控制返回到方框1004。
如果无线现场单元404在方框1006确定现场设备420关闭，则该无线现场单元404停止从无线基单元402接收无线传输的供电(方框1012)，并结束该流程。
图11是可用于实现此处所描述的示例装置、方法以及产品的示例处理器系统的方框图。如图11中所示，该处理器系统1110包括连接到互联总线1114的处理器1112。该处理器1112包括寄存器组或寄存器空间1116，其在图11中被显示为完全在芯片上，但其也可以完全或部分置于芯片外，并且通过专用电气连接和/或通过互联总线1114直接连接到处理器1112。处理器1112可以是任何合适的处理器、处理单元或微处理器。虽然未在图11中示出，但该系统1110可以是多处理器系统并且，因而可以包括一或多个与该处理器1112相同或相似并且通信连接到互联总线1114的另外的处理器。
图11中的处理器1112连接到芯片组1118，该芯片组1118包括存储控制器1120和输入/输出(I/O)控制器1122。如公知的，芯片组通常提供I/O和存储管理功能，也提供多个通用目的和/或专用目的的寄存器、定时器等，其可以被连接到芯片组1118上的一或多个处理器存取或使用。该存储控制器1120执行使处理器1112(或者如果有多个处理器的话，多个处理器)存取系统存储器1124和大容量存储器1125的功能。
系统存储器1124可以包括任何想要类型的易失性和/或非易失性存储器诸如例如，静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、闪速存储器、只读存储器(ROM)等。大容量存储器1125可以包括任何想要类型的大容量存储设备，包括硬盘驱动器、光盘驱动器、磁带存储设备等。
I/O控制器1112执行使处理器1112通过I/O总线1132与外围输入/输出(I/O)设备1126和1128以及网络接口1130通信的功能。I/O设备1126和1128可以是任何想要类型的I/O设备，诸如例如，键盘、视频显示器或监视器、鼠标等。网络接口1130可以是使处理器系统1110与另一个处理器系统通信的，例如，以太网设备、异步传输模式(ATM)设备、802.11设备、DSL调制解调器、电缆调制解调器、蜂窝调制解调器等。
尽管在图11中将存储控制器1120和I/O控制器1122描绘为芯片组1118内的单独的功能模块，然而由这些模块所执行的功能也可以集成在单个半导体电路中或可以使用两个或更多单独的集成电路实现。
尽管此处描述了特定的方法、装置以及产品，但本发明所覆盖的范围并不限于此。相反，本发明覆盖了所有在字面上或在等同教导下落入所附权利要求的范围内的方法、装置和产品。
权利要求
1.一种使用无线传输的供电为设备供电的方法，包括通过无线基单元获得无线供电请求；确定与无线现场单元有关的供电需求；将所述供电需求和所述无线基单元的剩余供电容量进行比较；并且根据所述供电需求和所述剩余供电容量的比较结果，通过所述无线基单元向所述无线现场单元无线传输供电，其中所述无线传输的供电与为操作连接到所述无线现场单元的现场设备供电有关。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述剩余供电容量与安全射频供电电平或与电源相关的供电容量限制中的至少一个有关。
3.如权利要求1所述的方法，其中通过所述无线基单元无线传输供电包括使用跳频技术或扩频技术中的至少一种技术无线传输供电。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述无线基单元和无线现场单元之间交换过程控制数据。
5.如权利要求4所述的方法，其中，交换过程控制数据包括加密或解密所述过程控制数据。
6.一种使用无线传输的供电为设备供电的装置，包括处理器系统；以及通信连接到所述处理器系统的存储器，该存储器包括存储的指令，该指令能够使所述处理器系统获得无线供电请求；确定与无线现场单元有关的供电需求；将所述供电需求和无线基单元的剩余供电容量进行比较；并且根据所述供电需求和所述剩余供电容量的比较结果，向所述无线现场单元无线传输供电，其中所述无线传输的供电与为操作连接到所述无线现场单元的现场设备供电有关。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述剩余供电容量与安全射频供电电平或与电源相关的供电容量限制中的至少一个有关。
8.如权利要求6所述的装置，其中所述指令使所述处理器系统能够采用跳频技术或扩频技术中的至少一种技术来无线传输供电。
9.如权利要求6所述的装置，其中所述指令使所述处理器系统能够在无线基单元和所述无线现场单元之间交换过程控制数据。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述指令使所述处理器系统能够加密或解密所述过程控制数据。
11.一种具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使机器获得无线供电请求；确定与无线现场单元有关的供电需求；将所述供电需求和无线基单元的剩余供电容量进行比较；并且根据所述供电需求和所述剩余供电容量的比较结果，向所述无线现场单元无线传输供电，其中所述无线传输的供电与为操作连接到所述无线现场单元的现场设备供电有关。
12.如权利要求11所述的机器可存取介质，其中所述剩余供电容量与安全射频供电电平或与电源相关的供电容量限制中的至少一个有关。
13.如权利要求11所述的具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使所述机器使用跳频技术或扩频技术中的至少一种技术来无线传输供电。
14.如权利要求11所述的具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使所述机器在无线基单元和所述无线现场单元之间交换过程控制数据。
15.如权利要求14所述的具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使所述机器加密或解密所述过程控制数据。
16.一种接收无线传输的供电的方法，包括通过无线现场单元接收低供电传输；使用所述低供电传输为所述无线现场单元的通信电路供电；通过所述无线现场单元传送供电请求消息；接收与所述供电请求消息有关的无线传输的供电；并且使用所述无线传输的供电为现场设备供电。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述低供电传输是通过定频信号获得的。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述通信电路配置为进行传输数据、接收数据或接收无线传输的供电中的至少一种。
19.如权利要求16所述的方法，进一步包括基于所述现场设备确定是否需要增加的供电电平。
20.如权利要求16所述的方法，进一步包括解密所述无线传输的供电。
21.如权利要求16所述的方法，其中传送所述供电请求消息包括解密所述供电请求消息。
22.如权利要求16所述的方法，进一步包括在传送所述供电请求消息前确定所述现场设备的供电需求。
23.如权利要求16所述的方法，其中所述无线传输的供电是使用扩频技术传输的。
24.如权利要求16所述的方法，其中接收与所述供电请求消息相关的无线传输的供电包括通过具有第一频率的信号接收所述无线传输的供电。
25.如权利要求24所述的方法进一步包括通过具有第二频率的信号接收所述无线传输的供电；并且使用通过具有第二频率的信号接收到的所述无线传输的供电为现场设备供电。
26.一种用于接收无线传输的供电的装置，包括处理器系统；以及通信连接到所述处理器系统的存储器，该存储器包括存储的指令，该指令使所述处理器系统能够获得低供电传输；使用所述低供电传输为通信电路供电；传输供电请求消息；接收与所述供电请求消息相关的无线传输的供电；并且使用所述无线传输的供电为现场设备供电。
27.如权利要求26所述的装置，其中所述指令使所述处理器系统能够通过定频信号获得所述低供电传输。
28.如权利要求26所述的装置，其中所述指令使所述处理器系统能够通过所述通信电路进行传输数据、接收数据或接收无线传输的供电中的至少一种。
29.如权利要求26所述的装置，其中所述指令使所述处理器系统能够基于所述现场设备确定是否需要增加的供电电平。
30.如权利要求26所述的装置，其中所述指令使所述处理器系统能够解密所述无线传输的供电。
31.如权利要求26所述的装置，其中所述指令使所述处理器系统能够加密所述供电请求消息。
32.如权利要求26所述的装置，其中所述指令使所述处理器系统能够在传送所述供电请求消息前确定所述现场设备的供电需求。
33.如权利要求26所述的装置，其中所述指令使所述处理器系统能够使用扩频技术传输所述无线传输的供电。
34.如权利要求26所述的装置，其中所述指令使所述处理器系统能够通过具有第一频率的信号接收所述无线传输的供电。
35.如权利要求34所述的装置，其中所述指令使所述处理器系统能够通过具有第二频率的信号接收无线传输的供电；并且使用通过具有第二频率的信号接收到的无线传输的供电为所述现场设备供电。
36.一种具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使机器获得低供电传输；用所述低供电传输为通信电路供电；传输供电请求消息；接收与所述供电请求消息相关的无线传输的供电；并且使用所述无线传输的供电为现场设备供电。
37.如权利要求36所述的具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使所述机器通过定频信号获得所述低供电传输。
38.如权利要求36所述的具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使所述机器通过所述通信电路进行传输数据、接收数据或接收无线传输的供电中的至少一种。
39.如权利要求36所述的具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使所述机器基于所述现场设备确定是否需要增加的供电电平。
40.如权利要求36所述的具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使所述机器解密所述无线传输的供电。
41.如权利要求36所述的具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使所述机器加密所述供电请求消息。
42.如权利要求36所述的具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使所述机器在传送所述供电请求消息前确定所述现场设备的供电需求。
43.如权利要求36所述的具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使所述机器使用扩频技术传输所述无线传输的供电。
44.如权利要求36所述的具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使所述机器通过具有第一频率的信号接收所述无线传输的供电。
45.如权利要求44所述的具有在其上存储的指令的机器可存取介质，运行时，使所述机器通过具有第二频率的信号接收所述无线传输的供电；并且使用通过所述具有第二频率的信号接收到的无线传输的供电为所述现场设备供电。
46.一种管理无线供电传输的方法，包括根据第一供电需求通过第一无线基单元无线传输供电到无线现场单元并且使用所述无线传输的供电为与所述无线现场单元相关的现场设备供电；获得来自所述无线现场单元的将所述无线传输的供电增加至第二供电需求的请求；将所述第二供电需求同与所述第一无线基单元相关的剩余供电容量进行比较；并且根据所述第二供电需求以及所述第二供电需求同剩余供电容量的比较结果无线传输供电到所述无线现场单元。
47.如权利要求46所述的方法，其中根据所述第二供电需求无线传输供电到所述设备包括通过第一无线基单元和第二无线基单元中的至少一个无线传输供电。
48.如权利要求46所述的方法，进一步包括加密所述无线传输的供电。
49.如权利要求46所述的方法，进一步包括解密来自所述无线现场单元的请求。
50.如权利要求46所述的方法，进一步包括通过所述第一无线基单元使用跳频技术或扩频技术中的至少一种无线传输供电。
51.如权利要求46所述的方法，其中根据所述第二供电需求以及所述第二供电需求和剩余供电容量的比较结果无线传输供电到所述无线现场单元包括在所述第一无线基单元和至少另一个无线基单元之间重新分配与至少另一个无线现场单元相关的电气负荷。
52.如权利要求46所述的方法，其中所述剩余供电容量与安全射频供电电平以及与电源相关的供电容量限制中的至少一个有关。
53.一种用于无线传输供电的系统，包括通信连接到现场设备的至少一个无线现场单元；至少一个无线基单元，该无线基单元通信连接到所述无线现场单元并且配置为无线传输供电到所述无线现场单元，其中所述无线现场单元配置为接收所述无线传输的供电并且使用所述无线传输的供电为所述现场设备供电，并且其中所述无线基单元配置为与所述无线现场单元交换过程控制数据。
54.如权利要求53所述的系统，其中所述无线现场单元配置为与便携式计算设备交换过程控制数据。
55.如权利要求53所述的系统，其中所述无线现场单元配置为解密所述无线传输的供电或从所述无线基单元接收到的过程控制数据中的至少一个。
56.如权利要求53所述的系统，其中所述无线基单元配置为使用扩频传输技术或跳频传输技术无线传输供电。
57.如权利要求53所述的系统，其中所述无线基单元配置为将所述无线现场单元移交到另一无线基单元。
58.如权利要求53所述的系统，其中所述无线基单元配置为使用定频信号连续传输低电平供电。
全文摘要
公开用无线传输供电向设备供电的方法、装置和产品。首先，无线基单元获得无线供电请求。该无线基单元然后确定与无线现场单元有关的供电需求，并且将该供电需求与该无线基单元的剩余供电容量进行比较。该无线基单元然后根据该供电需求与该剩余供电容量的比较结果，将供电无线传输到该无线现场单元。无线传输的供电与向操作连接到该无线现场单元的现场设备供电有关。
文档编号G05B19/418GK1912786SQ20061010853
公开日2007年2月14日 申请日期2006年7月24日 优先权日2005年7月22日
发明者马里恩·阿尔瓦·凯斯四世, 罗伯特·L·雅格 申请人:艾默生过程管理电力和水力解决方案有限公司