用于无线传输现场设备信号的发送-接收设备的制作方法

专利名称：用于无线传输现场设备信号的发送-接收设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量技术。特别地，本发明涉及一种用于无线传输现场设 备信号的发送-接收设备、 一种无线测量值传输装置以及一种用于无线传 输现场设备信号的方法。
背景技术：
现场设备信号是由现场设备、传感器或者测量设备提供的信号。测量 的结果(即测量值)在现场设备信号中被打包或者编码。如在过程处理系 统的环境中(其中传感器或者执行器连接到控制设备或者分析设备上)那 样，在测量和调节技术的环境下，如今越来越多地使用数字通信设备。对 于这些设备彼此之间的通信，在此使用现场总线如HART⑧总线、Profibus 或者基金会现场总线(Fiddbus Foundation )。
当要克服例如河流等等的障碍时，所涉及的设备的布线在此可能比较 困难。当已有的布线一旦安装好时，其也难以改变。同样，测量装置的必 要的扩展也有问题，因为固定安装好的总线系统通常预先给定了现场设备 的安装位置。特别是在借助导管来铺设电缆时，情况如此。分析设备和现 场设备的布线在复杂地理结构或者彼此远离的现场设备、测量设备、传感 器或者执行器的情况下会是费事且昂贵的。此外，就更改方面而言，布线 不够灵活
发明内容
本发明的任务是提出一种测量值的简单的传输方式。
相应地，提出了 一种用于无线传输现场设备信号的发送 一接收设备、 一种无线测量值传输装置以及一种用于无线传输现场设备信号的方法。
根据本发明的一个实施例，提供了 一种用于无线传输现场i殳^ft号的 发送-接收设备。该发送-接收设备具有用于无线通信的无线电接口，以 及用于连接到现场设备或者用于连接到分析设备上的现场设备接口 。在 此，发送-接收设备构建为将现场设备信号(即测量值或者控制指令)在 无线电接口和现场设备接口之间转换，其中发送-接收设备以及特别是现 场设备接口构建为在第 一工作状态中在现场设备接口上提供现场设备特 定的功能。发送-接收设备以及特别是现场设备接口此外构建为在第二工 作状态中在现场设备接口上提供分析设备特定的功能。发送-接收设备所 处于其中的工作状态在此可以预先给定。
当发送-接收设备或者发送-接收装置实施现场设备特定的功能时， 发送-接收设备可以通过现场设备接口与现场设备耦合。在此，发送-接 收设备可以执行例如像询问现场设备或者激励现场设备这样的功能用于 实施测量。
在执行分析设备特定的功能时，发送-接收设备可以与分析设备相 连，或者发送-接收设备也可以自己在现场设备接口上提供测量值。
根据本发明的另 一示例性实施例，提出了 一种带有第一发送_接收设 备和第二发送—接收设备的无线测量值传输装置。在该无线测量值传输装 置中，第一发送-接收设备处于第一工作状态中，而第二发送-接收设备 处于第二工作状态中。在此，无线测量值传输装置被设计为将在第一发送 —接收设备的现场设备接口上接收的现场设备信号提供给第二发送—接 收j殳备的现场i殳^^接口。
根据本发明的另 一示例性实施例，提出了 一种用于借助发送-接收设 备将现场设备信号无线传输的方法。在该方法中，首先发送-接收设备被
置于第一工作状态或者第二工作状态，其中在第一工作状态中在现场i殳备 接口上提供现场设备特定的功能，并且其中在第二工作状态中在现场设备 特定的接口上提供分析设备特定的功能。现场设备信号在无线电接口和现 场设备接口之间转换。
对于发送-接收设备，在第一工作状态和第二工作状态之间的区别能够实现发送-接收设备可以在测量值传输装置中扮演不同的角色，而无 需使用不同的装置。这意味着，基于相同的硬件平台，利用仅仅一种设备 类型就可以实现测量值的无线传输。发送-接收设备所具有的工作状态可 以被预先给定。所希望的工作状态例如也可以借助连接在发送-接收设备 上的现场设备或者所连接的分析设备来识别。为此，发送-接收设备可以 具有识别装置，其能够允许识别所连接的设备的类型。该识别可以通过交 换具有编码的相应信号来进行。
相应地，可以灵活地使用发送-接收设备。通常，可以说明在测量值 传输中测量值的流向。测量值的流或者现场信号的流可以在从现场设备朝 向分析设备的方向上进行。在此，分析设备可以是设计为控制现场设备以 及进一步处理或者输出所接收的测量值的设备。
在测量中，分析设备可以控制现场设备。尽管有与测量值相关的从现 场设备至分析设备的信号流，在分析设备和现场设备之间仍然可以进行双 向的数据交换，以便例如激励现场设备进行测量以及接收测量值。通过该 双向的数据交换，也可以借助命令以及对命令的应答来进行通信。
如果在现场设备和分析设备之间的通信无线地进行，则必要的是，转 换现场设备接口 ，并且特别是将现场设备信号转换为用于借助无线电接口 来传输的无线电信号。因为关于测量值传输方向，会进行测量值从现场设 备朝着分析设备的方向的发送，所以对于无线传输而言必需的是，区分现 场设备侧的发送-接收设备和分析设备侧的发送-接收设备。
关于测量值交换,现场设备侧的发送-接收设备可被称为无线发送装 置，而分析设备侧的发送-接收设备可被称为无线接收装置。现场设备侧 的发送-接收i殳备在此可以与现场该:^^目连，并且发送装置可以提供现场 设备特定的功能用于控制现场设备。在此，现场设备特定的功能应当理解 为控制现场设备的功能。例如是指示现场设备产生测量值的功能，但是也 可以是记录现场设备所确定的测量值的功能。
在接收侧，即在分析设备侧的发送-接收设备中可以执行其他的、即 分析设备特定的功能。分析设备特定的功能在此可以理解为例如用于提供 测量值的功能。
换句话说，这意味着构建无线的发送装置来控制传感器、记录测量值 以及将这些测量值或者现场设备信号与通过空中接口的传输匹配。而无线 接收装置可以构建为接收无线电信号以及将无线电信号中打包的现场设备信号解包，并且将该现场设备信号又提供给分析i史^^吏用。
现场设备也可以是执行器，其从分析设##收信号，其中在执行器中， 信号流动在与记录测量值时的流向相反的方向上进行。因此，在控制执行 器的情况下，可以从分析设备至现场设备或者执行器地进行信号流动。
然而，在记录测量值以及控制执行器的情况下，在现场设备侧的发送 -接收设备和分析设备侧的发送-接收设备之间可以进行关于控制命令 交换的双向通信。
为了无线电传输，可以使用无线电协议，例如WLAN(无线局域网)、 蓝牙或者Zigbee。发送-接收设备在此可以理解为用于将现场设备接口 转换为无线电接口的网关。通过工作状态的选择可以确定发送-接收设备 是否在分析设备侧被使用或者发送 - 接收设备是否在现场设备侧被使用。 因此，在连接到现场设备上时或者在连接到分析设备上时，以相同的硬件 平台可以提供不同的功能。替代地，发送-接收设备也可以用作无线的显 示装置。无线显示装置可以是带有显示/操作装置的无线接收设备。
根据本发明的另一示例性实施例，提出了一种发送-接收设备，其中 发送-接收设备的现场设备接口的现场设备信号是现场总线信号。现场设 备信号在此可以选自如下现场总线信号HART⑧信号、Profibus信号、 基金会现场总线信号、4…20mA信号、fC信号以及开关信号。
I2C、 12C或者IIC (针对集成电路)是计算机系统的串行总线。该拔板上。
HART⑧协议(可寻址远程传感器高速通道)特别是可以称为用于总 线可寻址的现场设备的开放式主从协议。该协议可以实现将数据借助置于 4至20mA的过程信号上的频移键控(FSK)来传输的方法，以便实现远 程配置和诊断检验。HART⑧协议的HART⑧接口可以构建为具有集成的 电压供给的双线总线(有源)或者具有独立的电压供给的四线总线(无源)。 对应于HART⑧协议的HART⑧信号是用于传输测量值的数字信号。数字 HART⑧信号被调制到4…20mA信号上。因此，数字信号可以与模拟的 4…20mA信号并行传输。如果进行模拟和数字信号的这种并行传输，则 在HART⑧总线上仅可以连接一个现场设备。
另一方面，在所谓的多站模式(Multi-Drop-Modus)中，在HART 总线上可以连接多达15个数字现场设备。在此，模拟电流基本上设置为 4mA。现场设备在多点模式中交换数字编码的信号。数字信号是频率调制 的信号，其中频率调制的信号可以具有两种频率1200Hz和2200Hz。
I2C以及HART⑧都适合作为用于与现场设备(例如料位测量设备或 者压力测量i殳备)通信的协议。
在本申请的意义上，现场设备可以是任何类型的测量设备，例如料位 测量设备、压力测量设备、临界状态检测测量装置或者温度测量装置，这 里仅仅列举了几个例子。在此，为了检测可以利用不同的物理效应。测量 值检测可以借助雷达辐射、超声波、振动、定向的微波(TDR,时域反射) 或者电容性效应来进行。
通过可变地提供不同的现场设备信号接口 ，能够实现以不同的分析设 备或者不同的现场设备或者显示装置一同工作。分析设备或者现场设备在 此可以连接到发送 - 接收设备的现场设备接口上。在现场设备接口上提供 的现场总线信号可以在发送-接收设备中转换为无线电信号，并且通过空 中(即无线地)传输。
通过借助分析设备侧以及现场设备侧的发送-接收设备的无线传输， 能够实现将通过现场总线有线地实现的连接分隔，并且由此通过无线传输 替代有线传输。
根据本发明的另一示例性实施例，现场设备接口构建为内部接口。例 如，在显示设备的情况下，可以在发送-接收设备中执行用于确定显示值 的功能。在此，所确定的要显示的值可以通过发送-接收设备中的内部现 场设备接口提供给集成在发送-接收设备中的显示/操作装置。于是，也 可能的是，通过I2C接口将通过无线电接收的测量值在发送-接收设备上 进行显示。作为显示设备的应用可以AJL送—接收设备的另 一可设置的工 作状态。
根据本发明的另一示例性实施例，实现了一种发送-接收设备，其中 无线电接口构建为天线。天线具有可预先给定的天线特性。
借助可预先给定的天线特性，可以将传输特性与无线电接口匹配。可 预先给定的天线特性例如可以借助天线阵列来实现，其中天线特性可以被 以电子方式控制。由此，例如可以有目的地在确定的方向上辐射。通过这 种方式，可以增大无线电信号的有效范围。借助可预先给定的天线特性，还可以实现提供所谓的无线电小区，这意味着可以将其中使用不同的无线 电频率的区域彼此分离。通过这种方式，可以实现提供小的小区，并且由
此关于整个面积而言可以有更多的带宽^H吏用。
此夕卜，根据本发明的另一实施例，提供了一种发送-接收设备，其中 无线电接口具有功率限制装置。
无线电接口可以借助无线电模块来实现。由于法律规定而需要降低无 线电模块的发射功率。此外，会需要降低无线电接口的发射功率，以便能
够避免不同的无线电模块之间的干扰和船巨(Ueberreichweiten)。在此， 功率限制可以是能够预先给定的。借助可预先给定的功率限制，可以调节 发送-接收设备的发射功率，而无需使用不同的硬件。
根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种发送-接收设备，其中 无线电接口构建为借助可预先给定的卯0MHz或者2.4GHz的频率来工 作。通过可预先给定的频率，可以在不同的频率之间切换。由此，发送-接收设备也可以灵活地与所要遵守的法律规定匹配。无线电传输技术，例 如WLAN或者蓝牙，例如4吏用了所谓的ISM频带(工业、科研和医疗频 带)用于传输数据。ISM频带可以无需许可地用于工业、科研和医疗应 用。在此，2.4GHz频带在世界范围对于工业、科研或者医疗应用都是无 管制的。
例如无绳电话或者嬰儿电话(Babyfon)也可以4吏用该ISM频带。虽 然可以给出关于相邻频率的干扰和要遵守的发射功率的多个版本，然而在 自由的ISM频带中会出现在该频带中工作的多个设备的传输干扰。这些 干扰可能会使得必须重复传输信息。由此，在传输中会导致延迟。
根据本发明的另 一示例性实施例，发送-接收设备可以借助可去除的 操作装置或者显示装置来^lt化。
显示/操作装置可以提供发送-接收设备的人机接口 。通过显示/操作 装置，用户可以将发送-接收设备M化，或者可以显示所接收的值。通 过显示/操作装置，例如也可以在发送-接收设备的工作状态之间进行切 换。
根据本发明的另一示例性实施例，实现了一种发送-接收设备，其中 该发送-接收设备可以在主机功能和从机功能之间切换。
主机功能可以通过现场设备接口指示连接在现场设备接口上的现场设备提供测量值。设计为主机的无线发送装置或者现场设备侧的发送—接 收设备因此可以指示所连接的传感器或者所连接的现场设备开始测量并 且4^供测量值。
而如果发送-接收设备使用从机功能，则发送-接收设备可以通过现 场设备接口控制连接至现场设备接口上的分析设备。由此，发送-接收设 备可以得到询问现场设备的指示。通过使用从机功能，发送-接收设备可 以相对于分析设备模拟透明的现场总线。换句话说，这意味着发送-接收 设备可以作为接收装置或者分析设备侧的发送-接收设备安装在分析设 备之前，发送-接收设备好像是现场设备。
分析设备对分析设备侧的发送-接收设备的询问可以在发送-接收
设备中引起如下功能该功能使得发送-接收设备对远处的现场设备发出 查询。作为该查询的结果，发送-接收设备将测量值回送给分析设备。
由于在发送-接收设备和现场设备之间的无线电传输从而会出现延 迟，所以在分析设备和发送-接收设备之间可以使用与该延迟匹配的专用 的现场设备协议。
根据本发明的另一示例性实施例，提出了一种发送-接收设备，其中 该发送-接收设备具有多级的(abgesetztes )接口设备，该接口设备具有 多个现场设备接口 。多级的接口设备可以借助多级的接口设备的多个现场 设备接口之一耦合到发送—接收设备上。多级的接口设备的多个现场设备 接口的至少一个被构建为提供远处的现场设备的现场设备信号。
连接到现场设备上的发送-接收设备可以通过无线电接口提供现场 设备信号。在此，例如多个现场设备可以与发送-接收设备(其相应地具 有多个现场设备接口 )相连，或者多个发送-接收设备可以在现场与分析 设备侧的发送 - 接收设备通信。分析设备侧的发送 - 接收设备可以仅仅通 过唯一的接口将现场设备的信号转发给多级的接口设备。多级的接口设备 可以将多个现场设备的信号分别提供给多个现场设备接口之一。由此，在 单个的发送-接收设备上可以提供多个现场设备的信号，由此为能够对多 个现场设备进行查询仅需要使用较少的发送-接收设备。
根据本发明的另 一示例性实施例，提出了 一种带有模块化的壳体的发
送-接收设备，其中该模块化的壳体具有头部壳体模块和基座壳体模块。
基座壳体模块被构建为提供现场设备接口 ，并且基座壳体模块能够与头部 壳体模块耦合。由于在头部壳g块和基座壳g块之间的可耦合性，例如可以在头 部壳体模块中容纳对于多个发送-接收设备相同的功能，而可以通过可耦 合的基座壳M块提供对于不同应用情形的不同的现场设备接口。由此， 发送-接收设备可以被简单地制成。此外，发送-接收设备可以被扩展， 并且此外能够实现加装以不同的现场i殳备接口。
由此，在保持基本功能的情况下可以更换现场设备接口，并且因此在 需要时可以通过单个的基座壳，块提供多个现场设备接口。另一方面，
也希望的是，为单个的现场设^si仅提供唯一的现场设备接口。
基本功能，即查询一个或者多个现场设备接口以及转换为无线电协 议，在此对于所有发送-接收设备都可以是相同的，而与要操作的接口的 数目无关。
然而，借助可取下的和可更换的基座壳体模块，也可以将^^板安装 在头部壳体模块上，该M板虽然不提供接口，但是用于固定发送-接收 设备。在使用发送-接收设备作为显示装置时，希望使用^板作为基座 壳体模块。
根据本发明的另一示例性实施例，实现了一种发送-接收设备，其中 由基座壳体模块提供的接口构建为用于双导体现场设备的连接部。用于双 导体现场设备的连接部例如可以具有两个端子，用于连接双线连接。双导 体现场设备可以通过该双导体连接部被供电。
作为双导体连接部的构型可以是现场设备接口的例如物理上的构型。 与不同地构建的物理现场设备接口相比，通过前述接口传输的信号虽然物 理上可能有区别，但是在内容上可以与通过现场设备接口传输的信号相对 应。由此，在基座壳体模块中可以进行与现场设备接口的物理实体的匹配， 而例如在头部壳体模块中所容纳的基本功能对于现场设备接口的所有不 同的物理构型可以是相同的。关于针对协议的描述而开发的层模型，可以 在基座壳体模块中设置物理适配层的功能。
根据本发明的另 一示例性实施例，由基座壳体模块提供的接口可以构 建为用于四导体现场设备的连接部。四导体连接部可以具有四个连接端 子，其中能够实现分离地传输现场设备信号和供电信号。两个连接端子可 以被设计用于供电，而四个连接端子的两个另外的连接端子可以被设计用 于通信，即用于数据传输。然而，发送 - 接收设备也可以为了将四导体设备连接在发送 - 接收设 备上而具有仅仅两个连接端子，因为四导体设备可以通过外部的电流供给 或者电压供给来提供能量。与双导体系统的同样的两个连接端子相比，四 导体设备的两个连接端子的区别可以在于，通过四导体设备的连接端子不 进行能量供给。
根据本发明的另一示例性实施例，实现了一种发送-接收设备，其中 基座壳,块提供接口用于连接数字开关。
用于开关的接口例如可以包括光学耦合器，由此可以建立开关输入端 的电流隔离。开关信号可以在发送-接收设备中、特别是在容纳于基座壳 体模块中的电路中被转换为无线电信号，并且P1^通过空中接口传输。在 分析设备上，特别是在多级的接口设备上，可以查询所连接的开关的状态， 其方式是接收并分析无线电信号。
根据本发明的另 一示例性实施例，实现了 一种带有基座壳体模块的发
送-接收设备，其中基座壳体模块被构建为，提供接口用于连接4…20mA 设备。4…20mA设备可以是提供模拟测量值的测量设备。借助4…20mA 设备连接部，也可以无线传输模拟测量值或者百分数。
根据本发明的另 一示例性实施例，提供了 一种带有基座壳M块的发 送 - 接收设备，其中基座壳体模块被构建为确定和调节发送-接收设备的 工作状态。
在基座壳体模块中例如可以设置用于标识基座壳,块的编码，该编 码可以由发送-接收设备在与壳体头部模块耦合时查询。由基座壳体模块 提供的接口的类型可以被发送-接收设备自动地识别。由此，发送-接收
设备可以与基座壳体模块所提供的接口匹配，并且发送-接收设备可以相 应地调节其工作状态。
因此，也可以借助基座壳体模块确定发送-接收设备是否是作为无线 发送装置、即作为现场设备侧的发送-接收设备使用，或者作为无线接收 装置、即作为分析设备侧的发送-接收设备使用。除了自动切换之外，工 作状态的切换也可以通过相应地配置发送-接收设备来手动地进行。
根据本发明的另一示例性实施例，实现了一种发送-接收设备，其中 基座壳,块被构建为根据所提供的接口来确定发送—接收设备的类型。
发送-接收设备的类型可以在无线接收装置、无线发送装置或者显示装置之间设置.发送-接收设备也可以识别所连接的现场设备的数目，并
且此外可以识别所连接的现场设备的类型。即可以确定是否例如HART 现场设备、4...20mA现场设备或者开关被连接在发送-接收设备上。通 过这种方式，发送-接收设备可以与各提供的接口以及功能或者发送 - 接 收设备所具有的类型相匹配。
根据本发明的另一示例性实施例，提出了一种发送-接收设备，其模 块化的头部壳体模块具有天线。通过可以设置在头部壳体模块的外部或者 内部的该天线，可以进行无线电传输。
才艮据本发明的另 一示例性实施例，天线能够以可拧紧的方式固定到头 部壳体模块上。通过这种方式，可以容易地安装或者拆卸天线。
根据本发明的另一示例性实施例，天线可以借助M20*1.5或者 1/2"NPT(国家标准管螺紋)的螺紋接头拧紧在头部壳体模块上。
根据本发明的另一示例性实施例，提出了一种发送-接收设备，其中 现场设备接口被构建为用于连接导管。
导管是线连接的通常为金属的包覆物。通过导管，可以保护总线免受 机械影响。
根据本发明的另一示例性实施例，发送-接收设备具有能量供给，其 中能量供给被构建为对通过现场设备接口连接的现场设备提供能量。
借助发送-接收设备中的能量供给(其中现场设备、例如双线现场i殳 备可以通过该能量供给被提供能量)，可以实现发送-接收设备连同现场 设备的自给自足的应用。因此，可以省去现场设备中自己的能量供给。能 量供给例如可以通过发送-接收设备中的光电池或者其他再生的能源来 实现。
另一方面，在发送-接收设备中可以有电源，用于现场设备或者传感 器的能量供给以及转换。由该能量供给所产生的能量或者功率可以通过双 导体连接部与有用信号一同传输。在四导体系统的情况下，该能量可以通 过独立的线路与有用信号分离地传输。
前面参照发送-接收设备描述了本发明的四个改进方案。这些方案以 相应的方式也适用于无线测量值传输装置以及用于无线传输现场信号的 方法。以下将关于无线测量值传输装置以及用于无线传输现场设备信号的 方法来描述本发明的其他示例性实施例。这些扩展方案也适用于发送 - 接
根据本发明的另一示例性实施例，提出了一种无线的测量值传输装 置，该装置具有如上所述地构建的第三发送-接收设备，并且其中测量值 装置具有带多个现场设备接口的多级的接口设备。在此，第三发送-接收 设备处于第 一工作状态中，而多级的接口设备可以借助多个现场设^^接口 的第 一现场设备接口耦合到第二发送 一接收设备上。
多级的接口设备的第二现场设备接口在此构建为提供通过第 一发送 一接收设备的与第二发送—接收设备耦合的现场设备接口接收的测量值。 多级的接口设备的第三现场设备接口在此构建为提供在第三发送-接收 设备的现场设备接口上接收的测量值。
因此，可以在单个的多级的接口设备上提供在位置分离的测量设备上 所记录的测量值。尽管测量设备连接在第一发送-接收设备以及连接在第 三发送-接收设备上，可以在多级的接口设备上来提供测量值。然而，在 此测量值又可以在多级的接口设备的分离的现场设备接口上来提供。
多级的接口设备与第二发送-接收设备的通信也可以通过多级的接 口设备的专用的现场设备接口来实现。因此，多级的接口设备可以在现场 设备接口上提供标准现场设备协议，而多级的接口设备可以使用专用的现 场设备接口协议来用于与发送-接收设备的通信。


以下将参照附图来描述本发明的有利的实施例。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的有线测量值传输装置。
图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的无线测量值传输装置。
图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的、带有分析装置的无线 测量值传输装置。
图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的、带有显示装置的无线 测量值传输装置。
图5示出了才艮据本发明的一个示例性实施例的两个并^f亍工作的无线测量值传输装置，
图6示出了^L据本发明的一个示例性实施例的、带有多个用户的无线 测量值传输装置。
图7示出了根据本发明的一个示例性实施例的、在塑料壳体中的发送 —接收设备。
图8示出了根据本发明的一个示例性实施例的、塑料壳体中的带有显 示/操作装置的发送—接收设备。
图9示出了根据本发明的一个示例性实施例的、塑料壳体中的带有底 板的发送-接收设备。
图IO示出了根据本发明的一个示例性实施例的、在铝壳体中的发送 —接收设备。
图11示出了根据本发明的一个示例性实施例的、铝壳体中的带有显 示/操作装置的发送—接收设备。
图12示出了才艮据本发明的一个示例性实施例的、铝壳体中的带有底 板的发送-接收设备。
图13示出了才艮据本发明的一个示例性实施例的、带有用于双导体现 场设备的连接部的基座壳体模块。
图14示出了才艮据本发明的一个示例性实施例的、带有多个用于现场 设备的连接部的基座壳体模块。
图15示出了根据本发明的一个示例性实施例的、用于将发送-接收 设备参数化的装置。
图16示出了根据本发明的一个示例性实施例的发送-接收设备的概 要框图。
图17示出了根据本发明的一个示例性实施例的发送-接收设备的框图。
图18示出了根据本发明的一个示例性实施例的天线的透视图。
图19示出了才艮据>^发明的一个示例性实施例的、用于天线的固定元 件的侧视图。
图20示出了才艮据4^发明的一个示例性实施例的、用于天线的固定元件的截面图。
图21示出了根据本发明的一个示例性实施例的专用传输协议的消息 格式。
图22示出了根据本发明的一个示例性实施例的发送-接收设备，该 设^I^L接入模拟总线连接中。
附图中的视图是示意性的且不^f比例。在以下对图1至图21的描 述中，对于相同或者相应的元素使用相同的参考标记。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的有线测量值传输装置。 在此，现场设备100、测量"i殳备100、传感器100或者执行器100通过总 线101、特别是通过现场总线101与分析设备102或者控制设备102相连。 传感器100所生成的测量值以有线方式传输给分析设备102。在传感器100 和分析设备102之间的通过总线101的传输中，可以区分模拟传输和数字 传输。模拟传输例如可以借助4...20mA信号实现。数字传输或者数字通 信可以借助现场总线协i义、例如HART⑧-Profibus、基金会现场总线来实 现。
如图2中所示，借助根据本发明的发送-接收设备可能将有线连接的 总线101分隔，并且通过无线连接200来替代。为此，在图2中使用两个 发送-接收设备T和R。两个发送-接收设备T和R在此基于相同的硬 件平台，然而^f吏用了不同的配置或者不同的工作状态。
现场设备侧、即在与现场设备100相连的侧，发送-接收设备在配置 中作为无线发送装置(发射机)来使用。以下，现场设备侧的发送-接收 i更备用标i己T来标识。
在分析设备侧，发送-接收设备在配置中或者在工作状态中作为无线 接收装置(接收机)来使用。分析设备侧的发送—接收设备在下面用字母 R来标识。
在图2中没有绘出分析装置，因为图2示出了分离模拟现场设备总线 的简单情形。为此，无线发送装置T通过HART⑧协议通过连接201与传 感器100通信。借助HART⑧协议，可以按照HART⑧标准通过连接201将模拟电流值与数字信息并行传输，因为唯一的现场设备连接在HART 总线上。然而对于图2中所示的情形，首先假设的是，通过连接201将模 拟的4...20mA电流值与无线发送装置T交换。
由发送装置T通#拟的连接201接收的模拟测量值被转换到无线 电协议中，并且作为无线电信号通过无线电接口 200传输给无线接收装置 R。无线接收装置R又将所接收的无线电信号向回转换为模拟测量值，并 且将这些模拟测量值作为连接202上的4…20mA信号提供给分析设备或 者存储器可编程的控制装置(SPS)用于处理。
关于测量值传送，在图2中信号流从记录测量值的传感器100通过无 线发送装置T至无线接收装置R到输出端202或者到现场设备接口 202。 替代传感器，现场设备100也可以是执行器，于是信号流在相反的方向上 进行，即从连接202通过无线接收装置R、无线的无线电连接200、无线 发送装置T以及连接201到执行器100。由此，也可以控制执行器的过程。
尽管有通过测量值流预先给定的从传感器100到连接202的方向，在 无线发送装置和无线接收装置R之间可以进行双向的通信用于交换控制 信号。借助图2中所示的测量值传输装置，模拟的4...20mA信号的无线 传输是可能的。无线发送装置T和无线接收装置R可以在该应用中视为 用于无线通信的网管。在此，无线发送装置T将现场i史备接口 203转换 为无线电接口 204，而无线接收装置R将无线电接口 205转换为现场设备 接口 206，连接202连接在该现场设^^接口上。
图3示出了才艮据本发明的一个示例性实施例的、带有分析设备的无线 测量值传输装置。借助图3中所示的装置也可以将现场总线101分隔，并 且通过无线通信200替代。传感器100通过HART⑧连接201与无线发送 装置T相连。对于图3中所示的HART⑧连接201，现在应当采用数字通 信。
在图3中所示的发送装置T除了 HART⑧接口 201之外还具有 4…20mA接口形式的纯粹模拟的现场设备接口 300，以及此外具有两个数 字接口 301用于开关信号。这些附加的现场设备接口可以通过连接模块或 者基座壳体模块的更换而提供给无线发送装置T。在HART⑧接口 201上 可以连接标准HART⑧传感器100。通过HART⑧接口 201与所连接的现 场设备进行数字通信。在模拟连接部300或者模拟的现场设备接口 300 上可以连接4…20mA设备。数字输入端301设计用于连接数字开关，如边^IHi开关或者报警开关。
通过接口或者连接201、 300和301接收的信号(例如测量值)由发 送装蕈T转换到无线电协议中，并且通过无线电连接200无线地转发给 无线的接收装置R。信号从接收装置通过专用的协议传送给分析装置。因 此可以操作传感器100，就好像传感器直接与分析装置或者分析设备相连 一样。分析装置在此是如下的装置其能够向现场设备100询问测量值， 并且将所接收的测量值再现。在传感器100和分析装置之间的通信在此通 过"巢状通信(nested communication)，，来进行，即HART⑧协i义电才艮被 ^JV无线电协议中。
在接收装置R上通过连接302连接有数据收集器S或者分析或控制 设备S。在无线接收设备R和数据收集器S之间的连接可以通过标准 HART⑧协议302实现。然而，也会希望进行与HART⑧协议的匹配用于 在S和R之间的通信，使得在无线接收装置R和数据收集器S之间运行 专用的通信协议302。该专用的通信协议可以基于HART⑧协议，并且通 it^目应的匹配、例如时间特性或者定时特性的匹配而考虑到无线传输200 的特点。
数据收集器S是多级的接口设备S。多级的接口设备S可以具有多个 现场设备接口 303。数据收集器S例如具有三个模拟的4…20mA接口 303 和三个开关接口 303。接口 303通常作为输出端连接，因为通常进行现场 设备100的测量值至数据收集器S的通信。在控制执行器100的情况下， 现场设备接口 303也可以构建为输入端，以便将控制信号从数据收集器S 向执行器100转发。
在数据收集器S或者多级的接口设备S中可以进行现场设备接口 303 和现场设备侧的现场设^^接口 201、 300和301的关联。由此，可以在输 出端303显示出任何的传感器100，并且将其信号相应地进一步处理。数 据收集器S也可以具有显示/操作装置用于显示测量值。
此外，可以通过通信接口 304进行数据收集器的^Mt。通信连接304 可以构建为RS-232接口或者以太网接口。借助数据收集器S连接在其上 的通信网络305可以进行数据收集器S的远程操作。
数字通信的HART⑧传感器、模拟4...20mA传感器和边^开关可 以连接到无线发送装置T上。图4示出了带有显示装置的无线测量值传输装置。在图4中进行借助 传感器100的测量值记录。测量值通过HART⑧接口 201传输给无线发送 装置T，并且通过无线电接口 204发射。测量值被无线显示装置D接收 并且在安装于无线显示装置D上的显示/操作装置400上进行显示。无线 发送装置T、无线接收装置R和无线显示装置D基于相同的硬件平台。 借助工作状态的设置，该硬件平台可以作为无线发送装置T、无线接收装 置R或无线显示装置D。
无线显示装置D基本上对应于无线接收装置R，其中测量值不是通 过外部的现场设备接口 302、 206或者202向外提供，而是通过内部的现 场设备接口、例如通过fC接口转发给显示/操作装置400。无线发送装置 T、无线接收装置R和无线显示装置D的硬件平台为此具有相同的I2C滑 动接触部，显示/操作装置400可以通过该滑动接触部建立至内部总线的 连接。
因此，除了使用无线显示装置D之外，在无线发送装置T和无线接 收装置R中使用显示/操作装置400也是可能的。无线显示装置D可以在 现场中用作显示装置，用于显示测量值或者用于将现场设备参数化。因为 为了M化希望有输入可能性，所以显示/操作装置400具有键盘作为操 作元件，借助它们可以输入值。
图5示出了根据本发明的一个示例性实施例的两个并行工作的无线 测量值传输装置。因为发送-接收设备R、 T、 D具有可调节的频率，所 以可以无干扰地并行驱动不同的发送-接收设备R、 T、 D。这样，可以 通过使用不同的频率将无线电传输段200和501彼此去耦合。频率也可以 在发送-接收设备的工作期间被转换，由此可以实现所谓的跳频。在此， 可以确定不同的、以确定的顺序经过的跳频序列。因为各个设备的频率序 列不同，所以可以尽可能地避免出现相同频率的重叠。
借助频率的交替，也可能减小无线电传输的误差率。这样，例如局部 的情况会导致去除确定的频率。借助在传输过程中改变的频率，可能的是， 通过频率去除仅仅干扰一些无线电报。而这些被干扰的无线电报可以通过 重复的传输被更为可靠地传输。
因此，可以同时在输出端202上提供测量设备505的模拟的4...20mA 信号，而在显示/操作装置400上显示通过HART⑧连接部502接收的信号。 无线发送装置Tl和T2 二者都处于如下的工作状态该工作状态使得它们的特征是作为发送装置。
此外，无线发送装置T1和T2提供不同的现场设备接口。无线发送 装置Tl例如提^^模拟的4...20mA信号连接506以^H吏用，测量传感器 505的模拟测量值被通过该连接而查询。而发送装置T2例如提供HART 连接502 ， HART⑧传感器500的测量值通过该连接而被查询。
图22示出了显示/操作装置400并不局限于通过HART⑧连接部提供 的信号的显示。在图22中示出的发送-接收设备T接入存在的测量系统 的模拟的4…20mA信号连接2201中。在该配置中，发送-接收设备T 表现为无源。换句话说，这意味着发送-接收设备T没有独立的电源用 于传感器2200。被分离的模拟的4...20mA信号总线2201在传感器侧与 无源的4...20mA信号输入端2202相连。分析/存^fti殳备504通过4...20mA 信号总线2201与无源的4...20mA信号输出端2203相连。接通回路装置 2203将通过发送-接收设备T中断的模拟的4...20mA信号总线闭合。接 通回路装置2201也用于将通过模拟的4...20mA信号总线2201由传感器 2200发送给分析设备504的测量值打包到无线电协议中，并且通过无线 电接口 2204传输给无线的显示装置D。最后，显示装置D编辑所接收的 数据并且将其显示在显示/操作装置400上。
图6示出了带有多个用户的无线测量值传输装置。在此，无线的发送 装置T3将两个HART⑧传感器601和602与无线接收装置R相连。 HART⑧传感器601和602位于多站模式中。
无线发送装置T4无线地将模拟传感器604与接收装置R相连。模拟 传感器604通过模拟现场设备协议300与无线发送装置T4相连，该现场 i殳备协iXi殳计为4...20mA信号。
无线发送装置T5通过HART⑧连接201将HART⑧传感器600与无 线发送装置T5相连。
无线发送装置T5此外还提供如下可能性将4...20mA传感器连接 在模拟连接部300上。此外，可以将数字信号发生器(例如料位极限开关 或者一般的边界值开关)连接到两个开关输入端301上。
所有通过无线电接口 205被无线接收装置R接收的无线电信号都被 无线接收装置R转换到现场总线协议中，并且通过现场总线连接302打 包转发给数据收集器S。在数据收集器S中进行各个测量传感器600、601、604和602、 300和301与相应的输出接口 303的关联。数据收集器S可 以提供三个模拟的4...20mA信号并且同时提供三个数字的开关输入端。 由此，在输出端303上可以显示传感器601、 100和600的信号以及连接 在数字输入端301上的传感器的信号。
各个远处的传感器或者现场^殳备接口 300、 301、 600、 601、 602、 604 与数据收集器S上的现场设备接口 303的关联可以通过借助地址的关联来 实现。无线发送装置T3提供HART⑧总线603，多点模式中的多个传感 器601和602同时连接在该总线上用于数字通信。每个单个的传感器601、 602都可以唯一地关联有输出端303。
图7示出了根据本发明的一个实施例的塑料壳体中的发送-接收设 备。发送-接收设备R、 T在此构建为无线发送装置T或者构建为无线接 收装置R。发送-接收设备R、 T所处的工作状态例如通过设备特定的参 数来确定。
图7在此示出了无线发送装置T或者无线接收装置R的壳体708。 壳体708具有头部壳体模块700和基座壳体模块701。基座壳体模块具有 输送装置705、 706和707，其中输送装置707构建为至现场i殳^^接口的、 用于4...20mA信号连接部的输送装置，输送装置706构建为至HART 连接部的输送装置，而输送装置705构建为至数字连接部或者开关输入端 的输送装置。头部壳体模块700具有可旋下的盖702，借助盖可到达头部 壳体模块的内部。
此外，在头部壳体模块700上设计有用于电流馈送的连接部703，并 且此外在头部壳体模块700上设置有无线电接口 704或者天线704。天线 704借助M20xl.5或者替代地借助1/2"NPT连接螺紋709固定在头部壳 体模块700上。天线704借助螺紋接头709直角地设置在壳体上，并且借 助关节1800能够弯曲到基本上为卯。的角度，使得天线704基本上与头 部壳体模块700的壳体壁平行地走向。
壳体708模块化地构建。头部壳体模块700和基座壳体模块701可以 组合成为壳体708，使得基座壳体模块可以从头部壳体模块取下。基座壳 体模块701提供了用于头部壳体模块的物理接口 ，特别是用于容纳在头部 壳体模块700中的电路的物理接口。由于安^基座壳体模块701中的接 口或者在头部壳体模块700中的电路的设置，确定了工作状态，由此确定 了是否发送_接收设备708用作发送装置T或者用作接收装置R。说明书第19/29页
为了设置相应的工作状态，基座壳,块可以被编码，使得头部壳体 模块中的电路识别各连接的基座壳g块，并且由此可以独立地或者自动
地^:置相应的工作状态r、 t.
图8示出了根据本发明的一个示例性实施例的、在塑料壳体中的带有 显示/操作装置的发送—接收设备。使用塑料壳体使得能够实现将发送— 接收设备708置于酸性环境中。换句话说，塑料壳体保护了容纳于壳体中 的电路免受由于酸性的环境空气而对电路产生的影响。
壳体的构it^本上对应于图7中所示的壳体。与图7中所示的壳体不 同，头部壳,块700具有连接壳体或者相对于盖702加高的盖800，以 便包含显示/操作装置801。
图9示出了根据本发明的一个示例性实施例的、在塑料壳体中的带有 底板的发送-接收设备。头部壳体模块700仍对应于无线发送装置t的 头部壳体模块和无线接收装置r的头部壳体模块。在图9中所示的壳体 借助设置在壳体中的显示/操作装置801用于显示无线电信号或者在无线 电信号中包含的现场设备信号。借助底板900,可以将头部壳体模块700 与加高的盖以及显示/操作装置801 —同固定在壁上。
底板卯0没有提供接口 ，因为测量值在壳体708内部被处理，并且测 量值由此不必传输给其他外部设备。发送-接收设备的控制电路可以识别 是壳体底板卯o而不是接口装置701被作为基座壳体模块安装，并且控制 电路可以将发送-接收设备置于用于显示测量值的工作状态中，或者置于 作为显示装置的工作状态中。
图10示出了铝壳体中的发送-接收设备。铝构成的头部壳体模块 1000具有高的机械负荷能力。基座壳員块701对应于塑料壳体的基座 壳体模块，并且同样由塑料制成。连接壳体701或者基座壳体模块701 仍可以被更换，并且为头部壳体模块1000提供不同的物理接口。
图11示出了棉^据本发明的一个示例性实施例的、在铝壳体中的带有 显示/操作装置的发送-接收设备。为了安置显示/操作装置801，在铝壳 体iooi中也设置了相对于盖702加高的盖1100,其能够实现驱动发送装 置t或者接收装置r上的显示/操作装置801。天线704被借助螺紋接头 709固定在头部壳体模块1001上。
图12示出了在铝壳体中的带有底板的发送-接收设备。铝构成的壳体1001和铝构成的盖1100对应于图ll的带有盖的壳体。因为发送-接 收设备D仅仅要用于测量值的显示，所以省去了基座壳M块，并且替 代地将底板900安装在头部壳,块1001上。
图13示出了才艮据本发明的一个示例性实施例的、用于双导体现场i殳 备的带有连接部的基座壳,块。图13示出了基座壳M块701的下侧 的视图。基座壳体模块701具有穿通部705、 706和707,通过它们例如 可以将连接线缆引入到基座壳体模块中。基座壳体模块701提供连接部 1300。连接部1300在此可以配置为有源的HART⑧输入端或者无源的 HART⑧输入端、构建为有源的HART⑧输出端或者有源的4…20mA信号 输出端。
连接部1300的配置可以通过设置发送-接收设备来实现，该配置也 可以借助在基座壳体模块701上的标识或者编码而被发送-接收设备T、 R、 D识别。由于所提供的接口 1300，可以设置发送-接收i殳备T、 R、 D的工作状态。
连接部1300具有端子1301和1302。在此，端子1301表示正端，而 端子1302表示负端。确定是否连接部1300配置为输入端或输出端又取决 于发送-接收设备所处的工作状态。
图14示出了根据本发明的一个示例性实施例的、带有多个连接部的 基座壳体模块。在图14中，同样可以看到带有穿通部705、 706和707的 基座壳体模块701的下侧。基座壳体模块具有连接部1400、 1401、 1402 和1403。连接部1400可以配置为有源的模拟的4...20mA输入端或者无 源的模拟4…20mA输入端。连接部1401可以配置为数字通信的有源输入 端、数字通信的无源输入端、数字通信的有源输出端或者有源的4...20mA 输出端。数据收集器S可以连接在数字通信的有源输出端上。SPS可以连 接在有源的4...20mA输出端上。与连接在无线发送装置T上的传感器相 对，无线发送装置T表现为如主机那样，并且等待配置为^的传感器 的应答。
而相对于数据收集器S，无线接收装置R设计为从机并且对数据收集 器S的询问进行应答。
连接部1400和1401被本质安全地构建，这意味着，在内部采取了措 施来满足如下要求这些要求允许位于防爆区域中的传感器连接到发送-接收设备T、 R、 D上并进行工作。例如，限制了在连接部1400或者1401上出现的最大短路电流。
为了将本质安全的区域与非本质安全的区域分离，设计了隔离壁
1404。在非本质安全的区域中设置了两个数字输入端1402和1403。模拟 的连接部1400具有正连接端1400，和负连接端1402，。连接部1401具有 正连接端1401，和负连接端1401"。数字输入端1402具有负连接端1402" 和正连接端1402，。
第二数字输入端1403具有负连接端1403，，和正连接端1403，。连接端 1301、 1302、 1400，、 1400"、 1401，、 1401"、 1402，、 1402"、 1403,和1403" 构建为用于线缆直径为2.51111112的弹力端子。
通过发送-接收设备的不同配置，特别是通过不同的工作状态，可以 区分连接部1300、 1400、 1401、 1402和1403的不同配置。
如果发送-接收设备配置为无线发送装置T,则连接部1300、 1400、 1401、 1402和1403配置为输入端。在HART⑧输入端上可以连接HART 兼容的现场传感器。在HART⑧输入端可以区分有源模式和无源模式。模 式的切换例如可以通过M的配置、通过固件的确定或者通过工作状态的 确定来实现。在有源模式中，对于输入端以及对于输出端在端子1300、 1400和1401上都有供电电压用于驱动所连接的传感器。在有源输出端的 情况下，发送-接收设备R、 T、 D在连接端1300、 1400、 1401上提供电 流。在无源模式中，传感器可以与自己的能量供给相连。
换句话说，这意味着，在有源的HART⑧输入端上可以连接双导体传 感器，因为通过有源输入端可以为传感器提供供电电压。而双导体传感器 将数字测量值提供给有源输入端。有源的4…20mA信号输入端同样为传 感器提儉映电电压，而所连接的4…20mA传感器调节对应于测量值的电 流。该测量值可以由发送-接收设备T例如通过测量电阻来测量。
而无源输入端是不将供电电压提供给所连接的传感器的输入端。因 此，在无源的HART⑧输入端上可以连接四导体设备，该设备由外部电压 供给来供电。无源的4...20mA输入端用于确定对应于测量值的模拟电流。 而无源的4...20mA输入端不拔^供供电电压。该电压例如由外部的电压源 提供。传感器借助外部电压调节电流，该电流可以借助发送-接收设备T 中的测量电阻来测量。
发送-接收设备R的有源输出端表现为像传感器的有源输出端那样。在此，发送-接收设备R的有源输出端具有电压供给，并且在有源输出 端驱动对应于测量值的电流。有源输出端像电流源那样工作。
在无源输出端提供外部电压供给。借助外部电压供给提取对应于测量 值的通过无源输出端的电流。无源输出端像电流阱那样工作。
在其中发送-接收设备作为无线发送装置T工作的工作状态中，现 场i殳^^接口 1300、 1400、 1401、 1402、 1403与现场i殳备100、 500、 505、 600、 601、 602、 604相连。对于通过HART 总线1300、 1401与现场i殳 备100、 500、 505、 600、 601、 602、 604的通信，无线发送装置作为HART 主机工作，其中无线发送装置不但可以作为主要的主机而且可以作为次级
主机工作。在HART⑧总线上的第二主机在此可以是可靠的。作为HART 主机的设置同样通过当前工作状态的确定来实现。
作为HART⑧主机，无线发送装置T被构建为将命令下发到现场设备 100、 500、 505、 600、 601、 602、 604并且由此查询现场设备100、 500、 505、 600、 601和602。
可以将多达三个HART⑧传感器连接到连接端1300或1401上。如果 连接了三个传感器，则使用HART⑧地址# 1 、 # 2和# 3 。如果仅仅连接 一个传感器，则该传感器100、 500、 505、 600、 601、 602和604可以使_ 用地址#0、 #1、 #2或#3。如果连接了多个HART⑧传感器，则它们并 行地与连接端1300或者1401相连。
连接部1400配置为4...20mA输入端。在此，对于模拟的4".20mA 输入端1400同样可以允许有源模式和无源模式。在有源模式中，在连接 部1400上有电压，并且测量流过所连接的传感器的电流。
在无源模式中，无线发送装置T例如接入电路中，如图22所示，并 且流过无线发送装置T的电流被测量，以便获得传感器2200所提供的测 量值。
发送-接收设备R、 T、 D在有源模式和无源模式之间的切换同样可 以通过配置、通过固件设置或者通过识别工作状态或通过识别基座壳体模 块来确定。
无线发送装置T同样具有数字开关输入端1402和1403。在这些数字 开关输入端上可以连接任意的开关，例如浮子开关(Schwimmschalter) 或者继电器。也可以使用带有开放的集电极的极限开关，其中在此传感器需要自己的电流供给。
如果发送-接收设备在分析设^#被驱动，即在第二工作状态中驱动
或者作为无线接M置R驱动，则接口 1300和1401可以配置为HART 输出端。在此，HART⑧输出端1300和1401作为有源的HART⑧输出端 工作，即作为电流源工作。
对于与连接在数字通信的输出端1300、 1401上的数据收集器S的通 信，无线接收装置R作为#工作。在此，在数据收集器S和无线接收 装置之间的通信根据专用的、似HART⑧的协议来进行。这意味着，无线 接收装置R被构建为通过HART⑧接口 302、 1300和1401接收命令并且 进一步处理，以便提供测量值。而这些命令可以与HART⑧命令相区别。
由于无线电路径而会出现应答行为的延迟，基于这种情况，在无线接 收装置R和数据收集器S的连接之间可以使用专用的协议。在此，可以 考虑到由于在无线电路径200上的延迟导致的特别的时间特性。在无线接 收装置R和数据收集器S之间运行的在连接302上的协议在此可以与标 准HART⑧协议有偏差。
连接部1300、 1400和1401可以在使用第二工作状态中的发送-接收 设备时配置为模拟的4...20mA输出端。由此，它们可以直接与作为独立 设备的存储器可编程的控制装置或者分析装置相连。由此不再需要多级的 接口设备来提供接口 。模拟的输出端1300、 1400和1401可以连接在分析 装置的任意无源模拟输入端。
如果连接端1300、 1400和1401设计为4…20mA输出端，则它们有 源地工作，即作为电流源工作。在配置为无线接收装置R的电流输出端 1300、 1400和1401上提供的电流在4…20mA的范围中可变。在此，无 线接收装置R确定无线发送装置T提供给它使用的传感器值。该传感器 值在通过无线发iH^置T查询传感器100时得到。传感器值由无线发送 装置T作为0...100%范围中的百分数传输给无线接收装置R。 R又将接 收到的百分数转换回电流制，使得0%对应于4mA的输出电流，而 100%对应于20mA的输出电流。R将被转换回的电流值在其输出端302 并且特别是在输出端子1300、 1400和1401上^供。在此，R表现为l象代 理服务器(Proxy)那样，也即像测量值的緩存器那样。
在干扰情况中，无线接收装置R的特性是合格的。在此，有如下可 能性a) 前面施加在输出端302上的电流值保持不变；
b) 施加在输出端302上的电流值具有OmA的值；
c) 施加在输出端302上的电流值具有20.5mA的值；
d) 施加在输出端302上的电流值具有22mA的值；
e) 施加在输出端302上的电流值在0 %的值左右(例如4mA)或者在 100%的值左右(例如20mA)。
图15示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于将发送-接收设 备M化的装置。为了将图15中通过头部壳体模块700示出的发送-接 收设备R、 D、 T参数化，将^化装置1500 (其例如可以是个人计算机) 通过连接1501 (例如USB(通用串行总线)连接)与^化匹配装置1502 相连。^化匹配装置1502在此可以连接到内部的现场设备接口或者发 送—接收设备的I2C接口的滑动接触部。
为了参数化，也可以使用显示/操作装置801。为此，可以在显示/操 作装置的存储器上存储用于发送—接收设备的^lt化。显示/操作装置801 或者参数化装置801可以与发送—接收设备耦合。在参数化装置801上例 如可以存储一个或多个发送-接收设备的地址或者工作状态。
参数化装置801于是可以耦合到要^化的发送—接收设备上。发送 -接收设备识别出针对相应的发送-接收设备而存储在显示/操作装置 801上的参数，并且可以釆用相关的^lt用于^lt化。在此，可以设置工 作状态以及特别是发送-接收设备的特性。由此可以设置是否相应的发送 -接收设备表现为无线接收装置或者无线发送装置。在进行发送-接收设 备的参数化之后，可以由显示/操作装置删除针对相应的发送-接收设备 的M化条目，并且显示/操作装置801可以被安装在另一发送-接收设 备上用于^化。
通过这种方式，可以避免专业人员必须到现场进行发iH/接收设备的 配置，因为M化可以借助显示/操作装置由未经训练的人员来进行。
图16示出了根据本发明的一个示例性实施例的发送-接收设备的概 要框图。在图16中可以看到带有电压转换器1602的电压供给1600。该 电压转换器1602为发送-接收设备T、 R、 D提供供电电压。借助供电电 压，数字部分1601被提供电压。发送-接收设备的数字部分1601用于分析输入或输出信号以及确定 工作状态。在数字部分1601上，转换电路1603调节从现场设备接口信号 至无线电信号的转换。根据所选择的工作状态，在无线接收装置R的情 况下，转换电路1603接收无线电模块1604的无线电信号，并且在转换电 路1603中将其转换为可以在现场设备接口 1401上提供的信号。
如果发送-接收设备配置为无线发送装置T，则转换电路1603接收 在输入端1401、 1400、 1402或者1403上由现场设备提供的信号，并且将 这些接收的信号转换为无线电信号。转换电路1603将无线电信号传送给 无线电模块1604，并且无线电模块1604最后通过天线1605发射无线电 信号。
数字输入端1402和1403通过光学耦合器1606和1607与转换装置相 连。通过使用光学耦合器1606和1607，实现了输出端的电流隔离。此夕卜， 传输器1608用于电流隔离，该传输器为光学耦合器的发光二极管1606和 1607提供电流。
如果发送—接收设备配置为无线接收装置R，则在现场设备接口 1401 上借助HART 匹配电路1609提供HART⑧信号。接口 1401也可以配置 为模拟的信号输出端，其中随后信号匹配电路1601进行至相应的模拟信 号的转换。
图17示出了根据本发明的一个示例性实施例的发送-接收设备R、 T、 S的框图。图17中所示的电路描述了无线接收装置R、无线发送装置 T和无线显示装置D的共同的硬件平台。
该电路具有供给1600。在输入端1700上提供的20V至250V范围中 的直流电压或者交流电压(该电压例如通过穿通部703提供给发送-接收 设备R、 T、 D)到达整流电路1701，并且借助匹配电路1702变换为5V 的内部供给电压1703、 +3V的内部供给电压1704和+ 20V的内部供给 电压1705，并且提供给电路。同样，通过供给电路1600借助电流调节装 置1706进行模拟输出端1400的电流供给，以及借助电流调节装置1707 进行HART⑧输出端1401的电流供给。
电流调节装置1706和1707的要调节的电流通过微处理器1708和脉 宽调制电路1709和1710以及低通电路1711或者1712提供。HART⑧匹 配装置1609或者HART -IC 1609用于接收和解释通过连接部1401提供 的HART⑧命令或者HART⑧格式的测量值。HART -IC在此负责数字数据的调制或者解调。其将二进制信息转换为两个频率，1200Hz针对逻辑 "1"，而2200Hz针对逻辑"0"。
电压频率转换电路1713确定在例如4...20mA传感器的模拟输入端 1400上提供的电流，并且将该电流输送给处理器1708。该电流在此对应 于4…20mA传感器测量的测量值。为了确定电流，$"到4...20mA输入 端1400中的电流在测量电阻1725上转换为电压。该电压通过U/F转换器 (电压_频率转换器)转换为与电压成比例的频率。该频率被输送给端口 1715上的微处理器1708,并且由微处理器1708进行分析。于是，传感器 所测量到的测量值以测量到的频率的形式^1供给微处理器1708。该值可 以在相应的转换之后通过无线电接口 1605进行传输。
微处理器1708用于通过五个接口线路1714接收HART⑧信号以及通 过管脚1715接收频率形式的模拟信号。
所确定的值可以由处理器1708转换为无线电信号，并且在五个信号 线路1716上通过电平匹配电路1717提供给无线电模块1604。在电平匹 配电路1717中将功率限制为最大值，而在无线电模块1604中选择无线电 频率。通过无线电模块，无线电信号最后到达天线1605并且通过空中接 口传输。
微处理器1708也提供内部的现场设备接口 1718，在该接口上例如通 过滑动接触部1719提供与I2C协议相应的值用于显示。在EPROM 1720 (可擦除可编程只读存储器)中可以存储发送-接收设备R、 T、 D的所 选的工作状态。该值为此可以手动地输入或者借助所使用的基座壳体模块 来确定。
此外，发送-接收设备R、 T、 D具有静态存储器1723和闪存1722， 它们都与微处理器1708相连。在闪存1722中例如存有发送-接收设备R、 T、 D的固件。根据发送-接收设备在无线通信中所扮演的角色，可以加 栽或者实施相应的固件。
在图17的框图中也示出了端子电路1726。在端子电路1720上示出 的连接部1400、 1401、 1402、 1403、光学耦合器1606、 1607、传输器1608 以及推挽式转换器1724基本上置于基座壳体模块701中。而电源电路1600 和数字电路1721以及微处理器1708和无线电模块1604置于头部壳体模 块700中。数字电路1721包括脉宽调制器1709、 1710、低通滤波器1711、 1712、 HART 匹配装置1609以及电压—频率转换电路1713。
端子电路1726包括第一数字连接部1402和第二数字输入端1403。 数字输入端1402引导至光学耦合器1606和微处理器1708。同样，第二 数字输入端1403通过光学耦合器1607引导至微处理器1708。通过传输 器1608，光学耦合器1606和1607的发光二极管被提供电流。
端子电路同样具有HART⑧输入端1401、 HART⑧输出端1401或者 4…20mA输出端1401以及模拟的4…20mA输入端1400。在此，连接部 1401用作HART⑧输入端、HART⑧输出端或者作为4...20mA信号输出 端的功能通过微处理器1708确定。
供给电路1600、无线电模块1604、微处理器1708以及数字电路1721 对于发送-接收设备与作为无线发送装置T、无线接收装置R或者无线 显示装置D的工作状态无关地存在。而连接部电路1726可以借助更M 座壳体模块701以及由此更换端子电路1726来变换。输入或者输出端 1400、 1401、 1402或1403是否配置为输入端或者输出端取决于发送-接 收设备R、 T、 D所处的相应工作状态。
图18示出了才艮据本发明的一个示例性实施例的天线的透视图。天线 704在此具有关节1800。借助关节1800可以在90。至270°的范围中调 节天线杆1801和天线固定装置1802之间的角度。在图18中示出了在天 线固定装置和天线杆1801之间的180°的角度。天线固定装置1802具有 相对于螺紋1803的轴线的90°的角度。
借助螺旋连接709可以建立天线杆1801和头部壳体模块700之间的 连接。借助连接螺紋1803，天线杆1801和螺紋接头709可以固定在头部 壳体模块700上。螺紋1803可以构建为M20xl.5或者替代地构建为 1/2"NPT螺紋。天线与无线电模块1604的电连接可以通过同轴电缆1804 以及同轴插头1805实现。
图19示出了才艮据本发明的一个示例性实施例的用于天线的固定元件 的侧视图。在图19中示出了螺故接头709。在同轴天线连接部l卯O上可 以耦合有天线杆1801以及特别是天线固定装置1802。同轴天线连接部 l卯O的轴向与螺旋螺紋1803的轴向方向垂直地设置。螺紋接头709由金 属制成，并且同轴电缆1804引入其中，同轴电缆的在图19中右边的端部 通到天线连接部l卯O中。左边的端部具有同轴插头1805用于与无线电模块1605耦合。
图20示出了祁^据本发明的一个示例性实施例的、用于天线的固定元 件的侧视图。图20示出了该连接元件709的内部构造。同轴的连接部插 头l卯O与同轴导体1804在固定元件709内部耦合。在固定元件709的第 一空腔2000中，同轴线路1804在保持预先给定的弯曲半径的情况下偏转, 以便能够从孔2001中伸出。由此，可以将固定在同轴插头1900上的天线 与头部壳体模块壁平行地设置。
图21示出了才艮据本发明的一个示例性实施例的专用的传输协i义的消 息格式。该消息格式例如使用在图3中所示的无线测量值传输装置中，以 便在数据收集器S和无线接收装置T之间或者在数据收集器S和传感器 100之间进行通信。
扩展的消息格式，特别是扩展的数据包2100具有协议扩展部2101 和有用电才艮2102。协议扩展部2101包括参数NP 2108,其固定地设置为 1。长度字段L—Pl 2109除了存储在字段2113中的值之外还包括有用电报 2102的长度并且还要加上值5。字段 _ 1_12110始终具有恒定值1。在 参数字段P121U中设置了参数值，其指示it据收集器S或者参数设备移 交(Durchreichen )包。此外，协议扩展部2101包括字段GOP # 2112和 字段N一ADR2113。最后，协议扩展部2101包括字段G一ADR。通过存在 的字段I^ADR 2113的数目可以确定，消息或者电报4f对哪个设备而确 定。即如反包通过不同的分析设备、M化装置或者发送-接收设备进行 路由，则包所经过的每个设备都观察地址信息>^_^112113,并且去除相 应的字段，直到到达目标。这样，可以通过多个设备进行通信。
可以说，协议扩展字段2101作为头部而置于有用电报2102前面。扩 展头部2101由无线接收装置R解释，并且有用电报2102被相应于所存 储的参数被转发。
借助在M化装置和无线接收装置R之间的连接上进行的该协议扩 展，可以区分两种情况。首先，在第一情况中，可以借助协议2107将指 令由无线接收装置R引导至无线发送装置T。为此，消息电报2107包括 扩展头部2101和带有用于无线接收装置2104的参数的有用信号2102。 消息格式2107在如图2所示的传输中使用。当无线接收装置R接收数据 电报2107时，在无线接收装置R中从参数21U分析地址信息。所要动作 的无线发送装置T的地址被从地址字段G_ADR 2114中获取。新的数据电才艮被组织，并且无线发送装置T的参数由无线接收装置R通过无线电 连接200传输。与地址字段G一ADR中的地址一致的无线发送装置T负责 电报的应答。
电报2106示出了根据测量值传输装置的传输，如图3中所示的那样。 当数据收集器S接收到消息电报2106时，数据收集器S从参数2111中分 析地址信息。要动作的无线接收装置R的地址被存储在地址信息字段 G—ADR2114中。地址字段G一ADR中的地址信息被获取并且在数据收集 器S中组织新的消息电报。该数据电报被传输给所连接的无线接收装置 R。对于数据收集器确定的头部信息2101在此被去除，并且有用数据2103 和2102被转发给无线接收装置R。无线接收装置R组织新的传输电报， 并将该新的传输电报通过无线电接口 200传输给无线发送装置T。无线发 送装置T识别出在有用电报2102中有对于所连接的HART⑧传感器的询 问，并且无线发送装置T将有用电报2102以及特别是传感器2105的参 数传输给传感器100。
补充地，要指出的是，"包括"并不排除其他要素或者步骤，"一"或者 "一个"不排除多个。此外要指出的是，参照上述实施例之一所描述的特征 或者步骤也可以与其他上述实施例的其他特征或步骤结合使用。在权利要 求中的参考标记不应视为限制。
权利要求
1. 一种用于无线传输现场设备信号的发送-接收设备，其具有用于无线通信的无线电接口(204，205)，用于交换现场设备信号的现场设备接口(201，202，206)；其中无线电接口(204，205)和现场设备接口(201，202，206)被耦合为使得现场设备信号能够在无线电接口(204，205)和现场设备接口(201，202，206)之间转换；其中现场设备接口(201，202，206)被构建为使得在第一工作状态中能够提供现场设备特定的功能；其中现场设备接口(201，202，206)构建为使得在第二工作状态中能够提供分析设备特定的功能；其中发送-接收设备(R，T，D)的工作状态能够预先给定。
2. 根据权利要求1所述的发送-接收设备，其中现场设备信号选自HART⑧信号、Profibus信号、基金会现场 总线信号、4…20mA信号、fC信号以及开关信号。
3. 根据权利要求1所述的发送-接收设备， 其中现场设备接口 (201， 202， 206)构建为内部接口 (1719)。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的发送-接收设备，其中无线电接口 (204， 205)具有带能够预先给定的天线特征的天线 (704 )。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的发送-接收设备， 其中无线电接口 (204, 205)具有功率限制装置。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的发送-接收设备，其中无线电接口 (204， 205)被构建为以能够预先给定的、卯OMHz 或者2.4GHz的频率工作。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的发送-接收设备，其中发送-接收设备(R， T， D)能够借助能取下的显示/操作装置 (801)来M化。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的发送-接收设备， 其中发送-接收设备(R， T， D)能够在主机功能和从机功能之间切换。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的发送-接收设备，此外具有多级的接口设备(S)，其中该多级的接口设备(S)具有多个现场设 备接口 (302， 303);其中多级的接口设备(S)能够借助多个现场设^^接口 (302， 303) 之一耦合到发送-接收设备(R, T, D)上；其中多个现场i殳备接口 (302， 303)中的至少一个被构建为提供远处 的现场设备(100， 500, 601， 602)的现场i殳^ft号。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的发送-接收设备，此外具有模块化的壳体(708),其具有头部壳体模块(700)和基座壳体模块 (701);其中基座壳員块(701)构建为提供现场设备接口 (201， 201， 202， 206， 300, 301, 302);其中基座壳体模块(701)能够耦合到头部壳体模块(700)上。
11. 根据权利要求10所述的发送-接收设备，其中由基座壳体模块(701)提供的现场设备接口 (201, 202， 206, 300, 301， 302， 506 )构建为用于双导体现场设备的连接部(1300, 1400， 1401 )。
12. 根据权利要求10或11所述的发送-接收设备，其中由基座壳体模块(701)提供的接口 (201， 202， 206, 300， 301， 302, 506)构建为用于四导体现场设备的连接部。
13. 根据权利要求10至12中任一项所述的发送-接收设备，其中由基座壳体模块(701)提供的接口 (201， 202， 206， 300， 301， 302, 506)构建为用于开关的连接部(1402, 1403)。
14. 根据权利要求10至13中任一项所述的发送-接收设备， 其中由基座壳体模块(701)提供的接口 (201， 202， 206， 300， 301，)构建为用于4…20mA设备的连接部(1300, 1400， 1401)。
15. 根据权利要求10至14中任一项所述的发送-接收设备，其中基座壳体模块(701)构建为确定发送-接收设备(R， T， D) 的工作状态。
16. 根据权利要求10至15中任一项所述的发送-接收设备，其中基座壳体模块(701)构建为根据所提供的接口 (1300， 1400， 1401， 1402， 1403)确定发送-接收i殳备(R， T， D)的类型。
17. 根据权利要求10至16中任一项所述的发送-接收设备， 其中头部壳体模块(700)具有天线(704)。
18. 根据权利要求17所述的发送-接收设备， 其中天线(704)能够旋到头部壳体模块(700)上。
19. 根据权利要求18所述的发送-接收设备，其中天线(704 )能够借助M20xl.5螺紋接头或者借助1/2，，NPT螺紋 接头(1803)旋到头部壳体模块(700)上。
20. 根据权利要求1至19中任一项所述的发送-接收设备，其中现场设备接口 (201， 202， 206， 300, 301, 302， 506)被构建 用于连接导管。
21. 根据权利要求1至20中任一项所述的发送-接收设备，此外还 具有用于为现场设备(IOO, 500， 505， 601， 602)供给能量的能量供给。
22. —种无线测量值传输装置，具有根据权利要求1至20中的任一项所述的第 一发送-接收设备(Tl ， T2， T3);根据权利要求1至20中的任一项所述的第二发送-接收设备(R);其中第一发送-接收设备(Tl， T2， T3)处于第一工作状态中；其中第二发送-接收设备(R)处于第二工作状态中；其中无线测量值传输装置被设计为将在第 一发送-接收设备的现场 设备接口 (502， 506， 603)上接收的现场设备信号提供给第二发送-接收设备(202 )的现场设M口 。
23. 根据权利要求22所述的无线测量值传输装置，此外还具有 根据权利要求1至21中的任一项所述的第三发送-接收设备(T4，T5);带有多个现场设M口 (302， 203)的多级的接口设备(S);其中第三发送-接收设备(T4, T5)处于第一工作状态中；其中多级的接口设备(S)能够借助第一现场设备接口 (302)耦合到 第二发送-接收设备(R)上；其中多级的接口设备(S)的第二现场设备接口 (303)被构建为提供 在第一发送-接收设备(T3)的现场设^^接口 (603)上接收的测量值；其中多级的接口设备(S)的第三现场设备接口 (303)构建为提供在 第三发送-接收设备(T4， T5 )的现场设备接口 ( 201)上接收的测量值。
24. —种借助发送-接收设备用于无线传输现场设备信号的方法，具有在发送-接收设备(R， T, D)的第一工作状态和第二工作状态之间 进行选择；将现场设备信号在发送-接收设备(R， T， D)的无线电接口 (204, 205 )和发送-接收设备(R， T, D)的现场设备接口 (201)之间进行转 换；当发送-接收设备(T)处于第一工作状态中时，在现场设备接口 (201)上提供现场设备特定的功能；当发送-接收设备(R, D)处于第二工作状态中时，在现场设备接 口 (202)上提供分析设备特定的功能。
25. 根据权利要求24所述的用于无线传输的方法，进一步具有借助基座壳体模块在发送-接收设备(R， T， D)的第一工作状态和 第二工作状态之间进行选择。
26. 根据权利要求24或25所述的用于无线传输的方法，进一步具有借助发送-接收设备(R， T， D)提供的接口 (1300, 1400， 1401， 1402, 1403)选择发送-接收设备(R, T， D)的类型。
全文摘要
本发明提出了一种用于借助无线电接口(204)和现场设备接口(201)无线传输(200)过程量的发送-接收设备(203)。该发送-接收设备(203)具有两个工作状态。发送-接收设备(203)被构建为在第一工作状态中在现场设备接口(201)上接收现场设备信号，并且将现场设备信号通过无线电接口(204)发送。在第二工作状态中，发送-接收设备(203)通过无线电接口(204)接收现场设备信号并且在现场设备接口(201)上提供现场设备信号。
文档编号G05B19/418GK101421983SQ200780012852
公开日2009年4月29日 申请日期2007年4月11日 优先权日2006年4月12日
发明者安德烈亚斯·艾森曼, 托马斯·德克 申请人:Vega格里沙贝两合公司