专利名称：用于具有环路电流旁路的现场设备的rf适配器的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业过程控制或监视系统。更具体地，本发明涉及在这种系统中能够 进行射频(RF)通信的现场设备。
背景技术：
在工业背景下，控制系统用于监视和控制工业和化学等过程的库存。一般地，控制 系统使用分布在工业过程关键位置处的、并且通过过程控制环路与控制室中的控制电路耦 合的现场设备来执行这些功能。术语“现场设备”指代在分布式控制或过程监视系统中执 行功能的任何设备，包括在工业过程的测量、控制和监视中所使用的当前已知的、或尚未已 知的所有设备。一些现场设备包括传感器。传感器意味着基于物理输入生成输出信号，或基于输 入信号生成物理输出。一般地，传感器将输入转换为具有不同形式的输出。传感器的类型 包括各种分析设备、压力传感器、热敏电阻、热电耦、应变计、流量传送器、定位器、致动器、 螺线管、指示灯等等。一般地，每个现场设备还包括用于在过程控制环路上与过程控制室、或其他电路 进行通信的通信电路。在一些设施中，过程控制环路也用于向现场设备传输已调节的电流 和/或电压，用于向现场设备供电。过程控制环路还携带模拟或数字格式的数据。传统上，通过双线过程控制电流环路将模拟现场设备与控制室相连，且每个设备 通过单个双线控制环路与控制室相连。一般地，将双线之间的电压差分维持在12-45伏特 (针对模拟模式)和9-50伏特(针对数字模式)的电压区间中。一些模拟设备通过将在电 流环路中运行的电流调制到与感测到的过程变量成正比的电流上，来向控制室发送信号。 在控制室的控制下，其他模拟现场设备可以通过控制流经环路的电流的大小，来执行行动。 除此之外，或作为备选，过程控制环路可以携带用于与现场设备进行通信的数字信号。在一些设施中，已经开始使用无线技术与现场设备进行通信。例如，完全使用无线 设施，在该无线设施中，现场设备使用电池、太阳能电池、或获得功率同时不需要任何形式 的有线连接的其他技术。然而，多数现场设备与过程控制室进行硬连线，且不使用无线通信 技术。工业过程车间通常包含上百甚至上千的现场设备。很多这些现场设备包含精密的 电子器件，并且能够提供比传统4-20mA测量更多的数据。出于一些原因(其中包括成本)， 很多车间不利用可以由这种现场设备所提供的额外数据。这就需要一种可以用于这种现场 设备的无线适配器，其可以附着于现场设备之上，并且经由无线网络向控制系统或其他监 视或诊断系统或应用发送回数据。在一些配置中，RF适配器可以与过程控制环路串联。在这种配置中，过程控制环 路的环路电流流经无线适配器的电路。如果无线适配器的电路发生故障，开路可能引起环 路电流不具有电流通路，并且与双线过程控制环路耦合的任何现场设备将不再能够使用过 程控制环路进行通信。
发明内容
一种在双线过程控制环路中使用的无线适配器被配置为与工业过程控制系统中 的过程现场设备耦合。所述无线适配器与所述双线过程控制环路耦合，并且向所述过程现 场设备提供无线通信。所述适配器包括第一和第二环路端子，它们被配置为与所述双线过 程控制环路串联。无线通信电路与所述第一和第二环路端子耦合，并且其适于向所述过程 现场设备提供无线通信。环路电流旁路电路以电的方式在所述第一和第二环路端子间相 连，并且其被配置为响应于无线通信电路中的开路，在所述第一和第二环路端子之间提供 环路电流通路。
图1是示出了工业过程控制或监视系统的简化图，该系统包括具有无线适配器的 现场设备。图2是包括无线适配器的图1的现场设备的横截面视图。图3A和IBB是示出了与双线过程控制环路耦合的现场设备和无线适配器的配线 图。图4示出了包括环路电流旁路电路的无线适配器的示例配置。图5A是示出了图4的环路电流旁路电路的示例的简化图。图5B是示出了无线适配器的环路电流旁路电路的另一个示例配置。图6示出了依照于本发明的环路电流旁路电路的备选配置。图7是包括环路电流旁路电路的无线适配器的简化电路图。图8是示出了与无线适配器和现场设备中的双线过程控制环路的连接相关的更 多细节的简化示意图。
具体实施例方式本发明提供一种与工业过程控制或监视系统中的现场设备一起使用的无线适配 器。所述无线适配器与现场设备耦合，并且向现场设备提供无线通信能力。适配器还与双 线过程控制环路耦合，该环路用于将位于远程的现场设备与本地位置(例如过程控制室等 等)相连。该适配器包括被如下配置的环路电流旁路电路响应于无线通信电路的电流通 路中的开路条件，提供用于双线过程控制环路的环路电流的电流通路。在无线适配器的电 路中发生无线通信故障的事件中，这允许让双线过程控制环路继续工作。图1是过程控制和监视系统10的简化框图。在图1中，示出了现场设备12与携 带过程流体16的过程管线14耦合。在该示例中，将现场设备12示意为过程变量变送器。 例如，过程变量变送器可以测量过程管线14的过程变量，例如压力、流速、温度等等。其他 类型的现场设备包括用于控制工业过程10的操作的控制设备。然而，本发明不受限于这 种设备。现场设备12—般位于远程位置，例如在工业过程车间的现场中，并且通过双线过 程控制环路22与本地位置(例如控制室20)耦合。控制室20包括负载电阻20A和电源 20B。双线过程控制环路22可以依照于任何恰当的标准或技术来操作。典型的通信标准包 括4-20mA过程控制环路，在该环路中，由流经过程控制环路的电流电平(currentlevel)来标识过程变量。另一个示例包括可以调制到双线环路的模拟电流电平上的数字通信技术， 例如HART 通信标准。还使用了其他纯数字技术，包括基于FieldBus的协议。典型地， 使用在过程控制环路22上接收的功率向现场设备12供电。在图1中，示出了无线适配器30与现场设备12耦合。由箭头32和34示出，无线 适配器30可以用于与其他设备进行无线通信。例如，适配器30可以与手持通信器40或与 包括无线适配器44的另一个现场设备42进行通信。图中示出了现场设备42与过程管线 46耦合。无线适配器30可以根据要求与其他设备或组件通信，并且与远程监视或诊断 系统或应用进行通信。该通信可以依照于任何恰当的协议。一个示例协议(例如，无线 HART )包括网格网络的形成，在该网格网络中，数据在无线设备之间传递，以扩展和增 强通信系统的可靠性。图2示出了与双线过程控制环路22耦合的现场设备12和无线适配器30的简化横 截面视图。在过程变量变送器的示例中，现场设备12包括与测量电路52相连的过程变量 传感器50，所述测量电路52被配置为对过程变量进行测量。变送器电路M被配置为对过 程变量进行接收，并且使用已知的技术在双线过程控制环路22上通信该过程变量。变送器 12通过连接块106与双线过程控制环路耦合。无线适配器30也与连接块106耦合，并且通 过例如螺纹连接122和109被安装到变送器12的外壳上。例如，该耦合通过NPT导管耦合 109。类似的导管连接109还用于耦合携带穿过其的双线过程控制环路22的导管111。无 线适配器30的底板通过配线108与变送器12的电接地连接器110耦合。变送器12包括 与来自无线适配器30的连接112耦合的双线过程控制连接块102。无线适配器30的外壳 120容纳与无线适配器30的电路耦合的天线126。可以将RF透过性端盖124与外壳120 可密封地耦合，以允许透过其发送RF信号。在图2所示的设置中，向RF适配器提供了五个 电连接，包括四个环路连接和一个电接地连接。图3A示出了简化框图150，简化框图150示意了在控制室20、现场设备12和无线 适配器30之间的电连接。如图3A所示意的，无线适配器30通过Loop+(本文中也标记为 L+)和Loop-(本文中也标记为L-)连接与过程控制环路22串联耦合，并且现场设备12也 与正Power和负Power连接串联耦合。适配器30在过程控制环路22上使用HART 通信 连接进行通信。在操作期间，适配器30使用流经过程控制环路22的4_20mA电流进行操作。在图 3A和;3B中，示出了负载电阻20A。过程控制系统使用负载电阻20A来感测流经过程控制环 路22中的电流Ι_ρ。例如，过程控制系统可以将负载电阻上测量到的电压转换为对由过程 变量变送器感测到的过程变量进行指示的值。该变量可以与例如过程压力、温度、电平、流、 或某个其他测量参数相关。典型地，负载电阻具有250欧姆的值。当过程控制环路流过4mA 时，该电阻上的电压是1. 0伏特。类似地，当过程控制环路以20mA进行操作时，电阻上的压 降是5伏特。如图3A和;3B所示，环路电流(Il或〗L。。p)流经以电的方式与过程设备12串联的 无线适配器30。如果无线适配器30以引起在过程控制环路22中发生开路的方式发生故 障，则现场设备12将失去供电，并且将不能与控制室20进行通信。图4示出了包括冗余环路电流通路164的无线适配器30的简化框图，本文中将该冗余环路电流通路164还称作环路电流旁路电路。无线适配器30包括无线通信电路155， 其被配置为基于上述现场设备通信的数据，来发送无线通信信号。无线通信电路155通过 电阻156、电感158、熔断器161和电感163与Loop+和Loop-端子串联。环路电流旁路电 路164与Loop+和Loop-端子并联。各种组件仅作示例之用。然而，如果在无线适配器操 作期间，串联组件(电感158和163、电阻156、熔断器161、或无线通信电路)中任一个发生 故障，并且引起开路，则将没有电流通过无线适配器。在该开路条件下，环路电流L将一般 不能流经现场设备12，并且因此现场设备12将失去供电，并且不能与控制室进行通信。然 而，在该配置下，环路电流l·将流经旁路电路164。由于该配置，即使无线通信适配器30不 再操作，现场设备12也将能够继续正常操作和工作。尽管在图4所示电路中可以使用其他 组件，适配器30中可以有电感158和163，以保护电路避免可能发生在双线过程控制环路上 的噪音、电磁放电和瞬态(transient)。电阻156可以存在以允许电路感测环路电流込或 使得电子器件能够以本质安全的方式来操作。可以提供熔断器以使得电子器件能够本质安 全，并且如果存在短路则将电子器件断开连接。图5A是适配器30的简化框图，其示出了环路电流旁路电路164的示例配置。在 图5A中，将环路电流旁路电路164示意为与精确分路稳压器174并联的电阻170和172。 分路稳压器174可以包括例如来自TexasInstruments的TLVH431稳压器。电阻170和172 可以被配置为调整稳压器174工作的电压。典型地，将该电压选择为比无线通信电路155 的操作电压略高一点的电压(例如0.25伏特)。因此，当适配器30的电子器件正常操作 时，分路174将不导电。然而，如果一个串联组件(例如电阻156、电感158或163、熔断器 161、或无线通信电路155中的某个其他组件)发生故障，并且导致开路，则分路174将变为 导电，并且携带通过其中的环路电流l·。由分路174和电阻170和172的值一起来确定分 路174上的压降。在图5A的配置中，分路稳压器174有可能在开路条件下发生故障。例如，如果环 路电流由于故障或配线错误而在短时期内格外的高，例如500mA，分路稳压器174在开路条 件下可能发生故障。当纠正了环路配线，旁路电路164将保持在开路状态。为了避免这种 情况发生，使用图5B中所示的附加电路。在图5B中，旁路电路164包括晶体管165。晶体 管165可以包括例如PNP晶体管、PNP达林顿晶体管、或P-通道增强模式M0SFET。因此，在 高电流情形中，当例如熔断器161开路时，稳压器174开始导电。这将持续到电阻167上的 电压超过晶体管165的Vbe，从而引起晶体管165导电。一旦晶体管165导电，其将传递除 了流经电阻167、170和172以及分路稳压器174的偏压电流外的所有电流。因此，旁路电 路164将能够传递晶体管165额定的电流量。可以将晶体管165额定为例如0. 5安培或更 高。另一方面，可以将分路稳压器174额定为大约80mA。注意到在该配置中，依然由电阻 170和172的值以及稳压器174的基准电压来确定Loop+和Loop-端子上的电压。图5B是示出了另一个示例的适配器30的简化示意图。在图6的配置中，环路电 流旁路电路164包括串联电阻180、182和184以及晶体管186和188。在该配置中，电阻 180、182和184被配置为对晶体管186和188加偏压，使得在无线通信适配器30的正常操 作下这两个晶体管是关闭的。然而，如果晶体管156或电感158变为开路，则对晶体管188 加偏压关闭，但是因为将晶体管186的基极电压拉低，对晶体管186加偏压打开。在该配置 中，晶体管186将携带所有环路电流Iy从而使得现场设备12继续正常操作。另一方面，如果熔断器161或电感163经历开路状态，对晶体管186加偏压关闭，然而因为将晶体管188 的基极电压拉高，对晶体管186加偏压打开。然后晶体管188传递所有环路电流Iy使得现 场设备12的正常操作成为可能。电阻182和184的典型值可以是大约IkQ并且电阻180 可以是大约4 Ω。晶体管186可以是高增益PNP晶体管、PNP达林顿晶体管或P通道增强 模式MOSFET晶体管、或N通道增强MOSFET晶体管。图5Α所示配置的一个优点是无线通信 适配器30的压降可以比图5Α所示的电路更低。图7是适配器30的更详细的框图，其示出了无线通信电路155。图中示出了电容 器220，并且适配器30被配置为HART 通信以及无线通信。如图7所示，适配器30包括 微控制器对0，微控制器240还包括存储器和用于通信的调制解调器。存储器用于存储指 编程指令、配置数据、变量等等。HART 模拟电路242被配置为通过DC阻塞电容器246 耦合到现场设备12。提供无线模块M4，以使得适配器30能够使用RF通信技术进行通信。 提供稳压器对8，其被配置为DC至DC转换器。电流分路电路250与稳压器248并联，并且 电流分路电路250包括由OP amp 2 控制的旁路晶体管252。OP amp 2 基于基准电压 (Vref)和施加到稳压器248上的电压之间的差值来操作。稳压器M8向低压差(LDO)稳压 器260提供2. 3伏特输出。低压差(LDO)稳压器沈0向微处理器MO、HART模拟电路对2、 重置电路观2以及ADC 280提供已调节的2伏特电源输出。使用流经旁路晶体管252的电流对电容器220充电。使用电压钳270来设置电容 器220上的电压。例如，可以将电压钳设置为2. 2伏特。另一个DC至DC转换器272被配 置为升压型转换器，并且向低压差(LDO)稳压器274提供3伏特的已调节的电压输出。将 低压差(LDO)稳压器274的输出设置为2. 8伏特，并且用于向无线模块244提供已调节的功率。微处理器240与模数转换器280相连，模数转换器280用于监视电容器220的电 压。微处理器240还与重置电路282相连。微处理器240通过电平偏移电路观4向无线模 块244提供数据。优选地让电路能够支持最大的无线通信活动量，同时环路22中降低最小量的电 压。因此，适配器30优选地被配置以非常有效率的方式使用来自环路22的功率。在一个 特定配置中，可以通过使用低功率微控制器MO (例如Atmel ATmegal281)并且通过使用低 功率模拟电路组件来达成该点。可以由低供电电压向这些组件供电，以同样最小化总电路 功耗。此外，微控制器240可以被配置当不需要特定功能时(例如通信功能)，可以依照 需求进入“睡眠”模式。还可以依照需求使用分离的调制解调器。同样优选地，向无线模块244提供大量的功率。这允许更频繁的通信以及增加的 可靠性。可以使用附加功率以公布来自变送器12的信息，允许例如在网格网络中将适配器 30作为其他过程变送器的路由器来使用，并且允许使用更高的发送功率。这可以导致更可 靠的网格网络，因为从另一个无线设备通过适配器300到主机的路径比直接从设备到主机 的路径要更可靠。在图7的实施例中，由电容器220向无线模块244供电。因此，为了增加提供给无 线模块244的功率，优选地增加电容器220存储的功率。在图7的配置中，这是通过将电容 器220作为稳压器348的分路元件来达成的，其中稳压器248与OP amp 2 和分路晶体管 252 —起调节与环路22耦合的端子上的压降。在图7中，将与过程控制环路22耦合的环路端子上的电压调节为一伏特。通过使用OP amp 2 和分路晶体管252来调整进入电容 器的电流，从而达成该点。在该配置中，稳压器248与环路22串联操作，并且稳压器248在 OP amp 2 形成的反馈环路中。在不那么有效率的配置中，可以实现分离的一伏特分路稳 压器和电容器充电电路。然而，这要求附加的组件和附加的功率来进行操作。相反地，在图 7所示的配置中，将适配器30的电路不使用的任何环路电流定向到分路电容器220中，以增 加效率。这导致最大数量的功率可用于无线模块对4。电压钳270确定了向电容器220充 电的电压。一旦电容器220达到了由电压钳270设置的电压，过剩电流流经钳270，而不是 流入电容器220。DC至DC转换器248被配置为用1伏特输入电压进行操作的低功率“升压”开关 稳压器。稳压器248将1伏特输入电压增加至充分高的电压，以向剩余电路供电。在图7 的示例中，这是2. 3伏特。转换器可以是开关电容类型的转换器、基于电感的升压型转换器 (boostconverter)、基于变压器的转换器或其他恰当的配置。LDO稳压器260将来自稳压器 248的2. 3伏特输出调节为2. 0伏特，并且移除来自稳压器248的任何开关噪音。来自LDO 稳压器沈0的输出用于向微处理器M0、HART 模拟电路对2、存储器、重置电路282和模 数转换器280供电。HART 模拟电路块242可以包括例如载波检测电路、接收电路和发送电路。优选 地，这些电路被配置为具有低功率要求，同时维持可接受的通信完整性。微处理器240中的 存储器可以用于存储编程代码和临时变量。可以可选地使用微处理器240内部的定时器来 提供“软件”调制解调器功能。微处理器240的存储器可以包括内置闪存、RAM以及EEPROM 或其他非易失性存储器。微控制器240可以被配置为使用模数转换器280来监视电容器220 上的电压，模数转换器观0向微控制器240提供代表了电容器电压的数字输出。依照需求， 微控制器240可以用于确定电容器是否具有支持无线发送的充足电压。重置电路282可以 用于确保当电压不够时，微控制器240不进行操作。例如，重置电路282可以被配置为当 来自LDO稳压器260的供电电压达到充足的电压电平时，重置或打开微控制器M0。该电路 还可以用于如果功率“失灵”发生时，重置微控制器对0。无线模块M4以LDO稳压器274提供的2. 8伏特稳定电压进行操作。如上所述， 如果将电容器220充电至2. 2伏特，DC至DC转换器稳压器272将电压升至3伏特。在使 用期间，电容器上的电压将减少，并且需要升压型转换器。使用LDO稳压器274来向无线模 块244提供稳定的2. 8伏特。优选地，稳压器272被配置为在最小电压大约1伏特，最大电 压大约2. 2伏特上操作。在一些配置中，微控制器240被配置为如果电容器220上的电压 小于1伏特，则关闭无线模块244的电路。微控制器240可以被配置为通过在无线模块244和微控制器240之间的数 字通信线路上通信，来使用无线模块344无线地发送信息。由于微控制器以两伏特 电源工作，同时无线以2. 8电源工作，必须使用电平偏移电路284来电平偏移两个组 件之间的数字通信线路。例如，可以使用非常低的功率电平变换器电路，例如Texas InstrumentsSN74LVC2T45DCU,来执行该操作。在一个配置中，可以通过调整耦合到分路电路250的OPamp 254的反相输入的 Vkef，来调整耦合到环路22的环路端子上的压降。在这种配置中，可以通过增加恰当条件下 的环路压降，来使得附加功率可用于无线。类似地，如果需要减少对适配器30的电路的过
9程控制环路的影响，可以减少压降。然而，这将向适配器30的无线模块和其他电路提供更 少的功率，并且可能使得性能退化。图7还示出了耦合到过程控制环路22的Loop+和Loop-连接之间的环路电流旁 路电路164的布置。环路电流旁路电路164以上述方式工作。注意到，图7没有显式地示 出在之前附图中示出的电阻156、电感158、163和熔断器161。然而，这些组件被定位为单 独的项而不在图7中示出，或包含在图7所示的各种电路块中。图8是示出了在无线适配器和过程控制环路22之间的连接的更详细的示意图。如 图7所示，将适配器30的HART端子和Loop-端子耦合到现场设备12的+Power和-Power 端子。因此，适配器30中的组件故障可能引起提供给现场设备12的供电电压的短路。如 果该情况发生，将中断现场设备正在测量的过程变量的通信，并且现场设备12将不能与过 程控制室20通信。图8所示的电路处理了这些问题。在图8中，提供二极管300、302和304用于瞬态保护。他们被配置为保护适配器 30避免可能在过程控制环路22引起的高压瞬态。这些二极管将电压瞬态限制为可为适配 器电路器件所容忍的低电压电平。二极管302和304以直接与现场设备的power端子电相 连。注意到如果仅部署了单个的瞬态保护二极管，并且该二极管在短路条件下发生故障，其 将对提供给现场设备12的功率进行短路。在图8所示的配置中，提供了冗余的二极管以避 免这种故障。在图8中，将图7所示的HART模拟电子器件242示意为三个分离的组件HART发 送电路M2A、HART载波检测电路M2B以及HART接收电路M2C。这些电路以相对于Loop-端 子非常低的DC电压进行操作。如果由于组件故障，将图8中标识为节点1的节点短路到 HART端子上，则现场设备12将接收到其上非常低的DC电压，并且将很可能不能够正确操 作。因此，提供冗余电容器310和312以将HART通信电路M2A、B、C与HART端子相连。如 果这些电容器之一在短路条件下发生故障，则提供给现场设备12的电压将不受影响，并且 适配器30中的HART通信电路将继续正确工作。电容器320、322、324、326、3沘和330以及 电感158、163和332用于向适配器30的电子器件提供RFI保护。所有这些电容器应当具 有通过适配器30的基板到接地的AC连接，以创建针对射频干扰的接地的电流通路。然而， 在一些实例中，过程控制环路还出于安全原因而接地。在电源20A的负端子处将4-20mA电 流环路接地很常见。在图8的单元336处还示出了将RFI保护电容器与适配器30的基板 相连的冗余电容器。在RFI保护电容器之一发生故障的情况下，电容器336减少了将现场 设备12的功率短路的可能性。注意到，如果电容器320直接与适配器30的基板相连并因 此接地，并且电容器在短路条件下发生故障，则电流将从电源20A通过短路的电容器320流 向适配器30的Loop+端子，并且流向大地，然后返回电源20A的电源负连接。因此，针对该 组件故障，将没有电流流经现场设备12的适配器电子器件。然而，由于电容器336的存在， 流经适配器30和现场设备12的DC电流将不受到电容器320短路的影响。电容器324的 短路将引起类似类型的故障。电容器322或326的短路将导致电流流经适配器，但是如果 电容器336不存在，则电流将返回电源20A的负连接，并且绕过现场设备。类似地，没有电 容器336，并且如果电源20A的负端子接地，假如电容器3 或330在短路条件下发生故障， 电流将从电源20A的正输出通过短路的电容器3 或330流动，并且通过HART端子返回电 阻20B。因此，如果电容器3 和330短路，而没有冗余电容器336，则电流将不流经适配器电子器件30或现场设备12。因此，在图8的配置中，已经将无线适配器30设计为使得没有单个的组件故障可 以引起电流流向现场设备的的故障。冗余的旁路电路保护设备避免了适配器30的电子器 件中的任何串联组件的故障。还使用了若干冗余组件来避免电流绕流过现场设备。如本文所使用的术语“现场设备”可以是过程控制监视器系统中使用的任何设备， 并且不一定要求放在“现场”。该设备可以位于过程控制系统中的任何地方，包括控制室或 控制电路中。用于连接过程控制环路的端子指代任何电连接，并且可以不包括物理的或离 散的端子。可以根据要求使用任何恰当的射频通信电路，以及任何恰当的通信协议、频率或 通信技术。根据要求配置电源电路，并且其不受限于本文阐述的配置。在一些实施例中，现 场设备包括可以在任何RF发送中包括的、使得可以标识该设备的地址。这种地址可以用于 确定接收到的信号是否意在该特定设备。然而，在其他实施例中，不使用地址，并且仅将不 具有任何寻址信息的数据从无线通信电路中发送。在这种配置中，如果需要数据的接收，任 何接收到的数据可以不包括寻址信息。在一些实施例中，这可能是可以接受的。在其他实 施例中，可以使用其他寻址技术或标识技术，例如向特定设备分配特定频率或通信协议，向 特定设备分配特定时隙或周期，或其他技术。可以使用任何恰当的通信协议和/或联网技 术，包括基于令牌的技术，在该技术中在设备之间传递令牌，从而允许特定设备的发送或接 收。尽管已经通过首选实施例来描述了本发明，本领域技术人员将认识到可以在不脱 离本发明的精神和范围的情况下对形式和细节作出改变。如本文所使用的，射频(RF)可以 包括任何频率的电磁发送，并且不受限于特定的频率组、频率范围或任何其他限制。可以根 据要求使用任何通信协议，包括IEEE 802. lib,802. 15. 4、或其他协议，包括专有通信协议。 在上述讨论中，无线适配器提供用于连接双线过程控制环路的数字信号通信连接，并且在 一些实施例中，依照于HART 通信协议进行通信。适配器可以被配置为安装在过程控制 变送器的外部，例如通过螺纹连接到变送器外壳中的NPT装置。尽管已经通过首选实施例描述了本发明，本领域技术人员将认识到可以在不脱离 本发明的精神和范围的情况下，做出形式和细节上的改变。
权利要求
1.一种在双线过程控制环路中使用的无线适配器，所述双线过程控制环路被配置为 耦合到工业过程控制系统中的过程现场设备，所述无线适配器到耦合所述双线过程控制环 路，并且向所述过程现场设备提供无线通信，所述无线适配器包括第一和第二环路端子，被配置为与所述双线过程控制环路串联耦合；无线通信电路，耦合到所述第一和第二环路端子，适于向所述过程现场设备提供无线 通信；以及环路电流旁路电路，电连接在所述第一和第二环路端子之间，被配置为响应于所述第 一和第二环路端子之间的所述无线通信电路的电流通路中的开路，在所述第一和第二环路 端子之间提供环路电流通路。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述环路电流旁路电路包括精密分路稳压器。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述精密分路稳压器被配置为响应于所述开 路，导电，传导所述环路电流。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述环路电流旁路电路包括晶体管。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述晶体管被配置为响应于所述开路，传导所 述环路电流。
6.根据权利要求4所述的装置，包括第二晶体管。
7.根据权利要求4所述的装置，具有偏压的基极，从而当电流正在流经无线通信电路 时，所述晶体管不导通，以及当阻塞来自所述无线通信电路的电流时，对所述晶体管加偏压 以导通。
8.根据权利要求1所述的装置，包括被配置为电耦合到所述现场设备的第三连接。
9.根据权利要求8所述的装置，包括被配置为通过所述第三连接与所述现场设备通 信的通信电路。
10.根据权利要求4所述的装置，其中，所述晶体管包括PNP晶体管。
11.根据权利要求4所述的装置，其中，所述晶体管包括达林顿晶体管。
12.根据权利要求4所述的装置，其中，所述晶体管包括M0SFET。
13.根据权利要求4所述的装置，其中，所述晶体管包括NPN晶体管。
14.根据权利要求1所述的装置，包括冗余组件，在所述适配器中的电路发生故障的 情况下向所述现场设备供电。
15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述双线过程控制环路包括4-20mA电流环路。
16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述双线过程控制环路依照于HART 通信协 议进行数字通信。
17.一种使用无线适配器向耦合到双线过程控制环路的过程现场设备提供无线通信的 方法，包括将所述无线适配器的第一和第二环路端子耦合到所述双线过程控制环路；通过所述第一和第二环路端子从所述双线过程控制环路向无线通信电路供电；使用以从所述双线过程控制环路接收的功率来供电的无线通信电路，向所述过程现场 设备提供无线通信；响应于通过所述无线通信电路的电流通路中的开路，通过在所述第一和第二环路端子 之间提供电流通路，将所述无线通信电路电旁路。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，电旁路包括激活精密分路稳压器。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，电旁路包括激活晶体管。
20.根据权利要求17所述的方法，包括，通过第三连接与所述现场设备进行通信。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，所述双线过程控制环路依照于HART 通信协 议进行数字通信。
22.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一和第二环路端子之一直接耦合到所 述过程现场设备，以及还包括将通信端子耦合到所述过程现场设备，以用于与所述过程现 场设备的通信。
全文摘要
一种在双线过程控制环路(22)中使用的无线适配器被配置为耦合到工业过程控制系统中的过程现场设备(12)。所述无线适配器(30)耦合到所述双线过程控制环路(22)，并且向所述过程现场设备(12)提供无线通信。所述适配器(30)包括第一和第二环路端子，它们被配置为与所述双线过程控制环路(22)串联耦合。无线通信电路(155)耦合到所述第一和第二环路端子，并且其适于向所述过程现场设备(12)提供无线通信。环路电流旁路电路(164)以电的方式在所述第一和第二环路端子间相连，并且其被配置为响应于无线通信电路(155)中的开路，在所述第一和第二环路端子之间提供环路电流通路。
文档编号G05B19/418GK102084626SQ200980122787
公开日2011年6月1日 申请日期2009年6月17日 优先权日2008年6月17日
发明者布赖恩·L·韦斯特菲尔德, 约翰·A·基尔布 申请人:罗斯蒙德公司