能进行射频通信的过程现场设备的制作方法

专利名称：能进行射频通信的过程现场设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及エ业过程控制或监控系统。更具体地，本发明涉及エ业过程控制或监控系统中能够进行射频(RF)通信的现场设备。
背景技术：
在エ业环境下，控制系统用于监控和控制エ业和化学过程的存货等。典型地，控制系统使用分布在エ业过程中关键位置上的现场设备来执行这些功能，这些现场设备通过过程控制回路连接到控制室中的控制电路。术语“现场设备”是指在分布式控制或过程监控系统中执行功能的任何设备，包括用于エ业过程的測量、控制和监控的当前已知的或未知 的所有设备。—些现场设备包括换能器。换能器意指基于物理输入产生输出信号或基于输入信号产生物理输出的设备。典型地，换能器将输入转换为具有不同形式的输出。各类换能器包括多种分析装备、压カ传感器、热敏电阻器、热电偶、应变仪、流量变送器、定位器、激励器、螺线管、指示灯等。典型地，每ー个现场设备还包括通信电路，用于通过过程控制回路与过程控制室或其它电路进行通信。在ー些装置中，过程控制回路还用于向现场设备输送调节后的电流和/或电压，从而向现场设备供电。过程控制回路还以模拟或数字的形式携帯数据。传统地，通过两线过程控制电流回路将模拟现场设备与控制室相连，通过单ー的两线控制回路将每ー个设备与控制室相连。典型地，两线之间存在电压差，模拟方式下电压差在12-45伏范围内，数字方式下电压差在9-50伏范围内。通过将穿过电流回路中的电流调制为与所感知的过程变量成比例的电流，一些模拟现场设备向控制室发送信号。通过控制室对穿过回路的电流的幅度进行控制，其它模拟现场设备在控制室的控制下执行动作。另外或可选择地，过程控制回路能够携带用于和现场设备进行通信的数字信号。在ー些装置中，无线技术已经开始用于和现场设备进行通信。例如，完全无线的装置得以使用，其中的现场设备使用电池、太阳能电池或其它技术来获得能量而不需要任何类别的有线连接。然而，大多数现场设备与过程控制室是硬连线的，而且没有使用无线通信技木。

发明内容
ー种现场设备，用于エ业过程控制或监控系统，包括被配置为与两线过程控制回路相连的端子，所述两线过程控制回路被配置为携带数据并提供能量。将现场设备中的RF电路配置用于射频通信。在一个实施例中，电源电路使用完全从两线过程控制回路接收到的能量来为RF电路供电。还提供了ー种方法。


图I是包括现场设备的过程控制监控系统的简化框图，将所述现场设备配置用于无线通信；图2是过程控制器监控系统的框图，其中多个现场设备向远程仪表发送信息；图3是包括无线通信电路的现场设备的分解图，所述无线通信电路用于和例如手持单元的远程设备进行通信；图4是包括现场设备的过程控制器监控系统的图，所述现场设备用于无线通信，所述现场设备从过程控制回路获取能量；图5是图4所示电路的更加详细的示意图；图6是在图5所示的电容器上测量得到的电压相对于时间的图表；
图7是用于提供过程控制器监控系统中的无线通信的电路的电气框图。
具体实施例方式本发明提供了一种被配置为与过程控制回路相连的现场设备，所述现场设备还包括无线通信模块，用于进行单向或双向无线通信。所述无线通信模块能够从远程设备或位置发送和/或接收RF信号。能够使用从两线过程控制回路接收到的能量直接为无线通信模块供电，或使用从过程控制回路接收到的并且为随后使用所存储的能量来为无线通信模块供电。无线通信模块可以是可移去的模块，仅需要与那些期望能够进行无线通信的现场设备相连。图I是过程控制或监控系统10的简化框图，其中控制室或控制系统12通过两线过程控制回路16与现场设备14相连。现场设备14包括I/O功率电路18、激励器/换能器20和无线通信电路22。将无线通信电路22配置为使用天线26发送和/或接收RF信号24。当前，工业仪器通常包括本地显示器或“仪表”，用于过程信息的本地监控。所述仪表在许多装置中非常有用，然而这种本地显示器配置具有几个限制。本地显示器需要依靠对现场设备的直接的视频访问。此外典型地，操作员每次只能看到单一的仪表。包含所述仪表的仪器不经常位于便利的位置或观看角度上。一种用于定位这种配置的技术是使用与过程发射机以有线方式相连的仪表。这种技术允许将仪表安装在更为便利的位置上。2002年 4 月 22 日申请的、标题为“PROCESS TRANSMITTER WITH WIRELESS COMMUNICATION LINK”的美国专利申请序列号No. 10/128，769中示出并描述了另一种技术。根据本发明，现场设备包括RF通信模块，能够用于与例如回路16的过程控制回路的连接之外的操作。可以将无线通信模块22配置为小型的和低功耗的，从而可以将其容易地包括在已有现场设备配置中。所述模块能够用于对监控控制和/或数据显示所使用的信息进行无线传输。这种无线电发射机能够使现场设备信息在本地可用。例如，能够设置例如显示器32的单一本地显示器，并将其用于显示来自现场设备14的信息。可以将显示器32配置为同时地、按顺序地或通过提供给显示器的命令(例如使用操作员可用按钮的手动输入)来显示来自若干设备的信息。显示器32可以放置在固定的位置，或可以是便携式设备，从而能够被便携于整个过程控制系统以监控和观察多个现场设备的操作。取决于RF信号24的强度与发送和接收电路的灵敏度，能够按照期望来控制RF传输所覆盖的区域。例如，图2是过程控制系统50的简图，其中多个现场设备14通过单独的过程控制回路16与控制室12相连。每一个现场设备14都发送由显示器32接收的RF信号24。在这个示例中，显示器32能够显示4个过程变量(PVl、PV2、PV3和PV4)，这4个过程变量是显示器32使用天线52从现场设备14接收到的。如上所述，显示器32可以是固定的显示器或可以是便携式显示器，例如手持单元。在这个具体配置中，所示出的显示器32显示了与过程压力有关的两个过程变量和与过程温度有关的两个过程变量。这允许现场设备14在期望的范围内(例如在本地)通过RF连接来提供信息。例如，如果显示器32在现场设备14的40米之内，那么显示器32将能够从该现场设备接收显示信息。可选择的用户输入48能够用于例如选择显示器的格式、所显示的过程变量或用于询问现场设备14。图3是作为现场设备的一个示例的压力发射机60的简化的部分分解图。压力发 射机60与两线过程控制回路16相连并包括发射机外壳62。过程控制回路16与端子板58上所携带的端子56相连。压力传感器64提供了换能器的一个示例，并被配置为与适于测量过程流量中发生的压力差的过程相连。将传感器64的输出提供给与现场设备电路68相连的测量电路66。现场设备电路68实现了图I中所示的I/O电源18的方面。无线通信电路22与现场设备电路68相连，并且在一些实施例中可以与过程控制回路16相连。外壳62包括能够被旋进外壳62的端盖70和72。端盖72包括RF透明窗74，被配置为通常与无线通信电路22上携带的天线26对齐。当附着在外壳上时，端盖为发射机60内部的电路提供了固有的安全罩。典型地，用于端盖中的材料(例如金属)对RF信号是不透明的。然而，RF透明窗74允许天线26发送或接收RF信号。一个用于窗74的示例RF透明材料是玻璃等。然而，可以使用任意适合的材料。窗和外壳配置有助于满足固有的安全需求并提供耐火(防爆)能力。此外，可以将外壳62中的空洞配置为提供天线26所产生的RF信号的期望辐射图案。例如，可能期望一些实施方式中的RF传输是定向的，而在其它实施方式中是全方向的。在其它实施方式中，可以加长外壳62，从而为无线通信电路22的放置提供额外的内部空洞。可以按照期望来选择无线通信电路22。一个示例电路是来自Millenial Net公司的“I-Bean”发射机设备。然而，可以使用其它电路。可以使用无线通信电路22来读取并发送过程控制回路16上携带的模拟或数字信号，而不必中断过程控制回路16或现场设备电路68的操作。用于进行无线传输的电路应该是足够小的并且具有足够低的功耗，从而符合过程现场设备的物理和功率约束范围。可以将一些现有技术领域中的发射机配置为接收可选择的显示，这些显示通常会设置在图3中无线通信电路22的位置。在这种配置中，可以使用无线通信电路22来代替本地显示器。在这种配置中，无线通信电路22仅发送与过程控制回路16直接相连的RF信号和对应于回路16上携带的任意模拟和/或数字信号的RF信号。通常，这里讨论的过程控制回路能够包括用于工业过程控制和监控系统的任意类型的过程控制回路。这些回路包括4-20mA电流回路，其中模拟电流的电平在4和20mA之间变化以传输信息。可以使用相同的控制回路向现场设备供电。另一种过程控制回路与HART 通信协议一致，其中在4-20mA信号上叠加数字传输以传输附加信息。另一个示例两线过程控制回路使用美国仪表协会(ISA)提出的、被称作现场总线SP50协议的协议。然而，可以使用端信令协议。可以将一些过程控制回路配置为与多个现场设备相连，从而现场设备能够彼此通信或监控来自另一个现场设备的传输。通常，可以使用本发明中的无线通信技术来传输任意类型的信息，所述信息是在这些过程控制回路上传输、在现场设备中可用或由现场设备内部产生或由现场设备接收、或用于控制现场设备的信息以及其它类型的信息。在另一个示例中，操作员可以将用于配置现场设备的手持单元或设备带入现场。当手持设备在现场设备的附近时，操作员使用手持设备向现场设备发送信息或从现场设备接收信息。这允许操作员收集信息或对现场设备编程，而不需要在实际上与设备或实际过程控制回路相连。在一些实施例中，还期望从现场设备或向现场设备进行通信以携带寻址信息。寻址信息能够指示传输的来源或传输的目的接收方。无线通信电路能够按照期望连续地、周期地或间歇地进行传输。在另一个示例中，无线通信电路仅当启用或“被轮询”时才进行传输。所述启用能够从信源内部到现场设备、通过过程控制回路接收、从无线信源接收或由另一个无线信源接收或产生。在多个现场设备可以同时进行传输的环境中，应该选择传输协议以避免或寻址可能干扰传输的任意类型的碰撞。例如，可以使用不同频率或跳频技术、可 以使用随机或半随机传输窗、可以实施重复的传输或基于令牌的技术或其它期望的碰撞避免技术。如果传输包括错误检测或校正信息，那么可以使用这个信息来检测传输中的错误和/或校正传输中的任意错误。如果错误是不能校正的，那么接收单元能够请求再次传输出错的数据、或指示错误、或等待随后的数据传输、或采取其它期望的步骤。图3还示出了示例手持设备80，用于通过RF连接82与电路22进行通信。手持设备80包括显示器84和用户输入86。其它类型的输入和输出可以包括在手持设备80中。优选地，手持设备80是电池操作的并且能够由操作员带入现场，从而与现场设备60进行通信。来自现场设备60或来自其它信源的信息显示在显示器84上，并使用输入86控制手持设备。手持设备80能够将命令或其它信息传输到现场设备60。在一种配置中，无线通信电路需要现场设备中可用的功率约束范围内的功率。例如，现场设备中当前使用的一个显示器使用3. 6伏和0.5mA。如果使用了能够操作LCD仪表的发射机，那么无线通信电路能够替代LCD仪表并使用用于驱动LCD仪表的同一个电源。在另一个示例中，无线通信电路直接由过程控制回路供电，例如使用与过程控制回路串联的二极管上的压降。在通信电路不使用电池的实施例中，电路能够更加容易地满足固有的安全或其它安全核定需求并提供不确定的现场寿命，而不需要电池更换或维护。在无线配置仅用于发送信息的配置中，可以减小功率需求。在另一个示例中，如果期望较大的传输范围，例如图I所示显示器32的固定设备可以包括RF中继器，用于对从现场设备接收到的数据或向现场设备发送的数据进行再次传输。RF中继器可以由回路供电，或从其它来源获取能量。此外，一旦接收到RF数据，能够将其重新格式化以便在其它介质(例如以太网连接)上传输、重新格式化为过程控制系统中使用的已有数据传输结构(在例如蜂窝电话的扩展范围的RF通信链路上)、或使用其它技术进行中继。图4是示出了本发明另一个方面的过程控制器或监控系统100的简图。在系统100中，现场设备14通过过程控制回路16穿过接线盒102连接到控制系统12。在图4中的实施例中，现场设备104与过程控制回路16相连并包括无线通信电路122。无线通信电路122被配置为发送RF信号106，并完全由从过程控制回路16接收到的能量来供电。
过程设备104包括功率调节器110、分路器或旁路112以及超级电容器114。在操作期间，利用从过程控制回路16抽取的过压，使用功率调节器110对超级电容器114缓慢地进行充电(涓流充电)。旁路112允许回路16正常地操作，并且与回路16串联。通信电路122包括用于接收过程控制回路16上携带的信息的电路，所述信息是模拟和/或数字信息。电路122能够基于接收到的信息做出响应并发送RF信号106。如果以接收机的方式操作，那么电路122能够将数据调制为回路16中携带的电流。这可以是模拟或数字信息。这种配置允许在无线通信网络上对数据进行中继。可以根据任意类型的拓扑结构，包括点对点、轮辐以及中心和网孔拓扑，来配置网络。过程设备104能够位于沿着回路的任意位置上，包括被配置为例如图4所示的独立设备。在一些装置中，现场设备104应该是在现场强化安装，配置成用于固有性安全(intrinsic safety)的操作。设备104还可以位于另一个现场设备14内部(作为接线盒102的一部分)或甚至位于覆盖控制系统12的控制室内。现场设备104能够同时地或通过使用多路复用器或其它技术来连接到多于一个的RF电路 122和/或多于一个的过程控制回路16。使用超级电容器允许设备不需要内部电池或其它技术而操作。使用电容器允许快速充电和存储足够大的电势能。当用于危险的环境中时，为了满足固有安全标准，较大的能量存储器可能是不可接受的。然而，过程设备104能够离开危险的环境，例如在接线盒102处，其中不对接线盒102处的固有安全做出要求。图5是现场设备104的简化示意图，其中更加详细地示出了超级电容器114。在这个示例中，超级电容器114包括两个10法拉电容器，每一个都被配置为携带2. 5伏电势能。这产生了具有5伏压降的5法拉电容。假定无线通信电路122能够在4至5伏之间的电压上操作，来自每一个5法拉电容器的可用能量是1/2*C(VX)，即1/2*5*(52-42) = 22. 5J。图6是超级电容器114上测量到的电压相对于时间的图表。在这个示例中，在td为I秒的时期内发送突发信号的600mW无线发射机将需要0. 6J/S*ls = 0. 6J的能量。因此，对于这个通信电路122的操作来说，具有充足的可用能量。用于向过程控制回路供电的典型电源提供24伏的直流电。然而，在4_20mA系统中，发射机可能仅需要12伏进行操作。过程控制回路中的布线损失可能导致2至4伏的压降。假定仅有5伏可以用于对超级电容器114进行充电，并且过程控制回路以低电流等级(4mA)操作，那么仍有20mW可以用于对超级电容器114进行充电。由于在传输周期中仅消耗了 0. 6J，可用的20mW将以时间t。= 0. 6J/0. 02W = 30s对超级电容器充电至完全的容量。因此，这种配置将能够每30秒传输一次具有I秒持续时间的信号。假定通信信号的带宽是200Kb/s且分组的大小为200b，那么突发时间减少为I毫秒，因而传输时间为0. 03秒。在这种配置中，因为诊断数据不具有时间严格性，所以能够容易地传输诊断数据。然而，如果足够快的充电时间是可用的，那么也能够以无线的方式来传输控制和过程变量信号。虽然对超级电容器进行了描述，可以使用包括电池或其它的任意储能设备。用于对储能设备进行充电的能量可以是电性或磁性的，并且可以从任意来源获取或收集。图7是过程控制器监控系统150的简图，包括通过两线过程控制回路156与现场设备154相连的控制室152。过程控制回路156延伸穿过固有安全屏障158。控制室152是模型化的，包括电源160和负载电阻器162。现场设备154可以具有任意配置，并且不限于图7所示的特定示意图。所示出的RF通信电路170与回路156串联。可以在现场设备的端子块中实现电路170。例如，可以将电路170配置为附加模块，从而两线过程控制回路156能够连接到已有发射机电路。在图7所示的配置中，通信电路170为新的或已有的过程控制回路或现场设备增加了无线通信能力。将电路170配置为由过程控制回路供电，并且能够作为独立的现场设备而安装在从控制室 开始的回路中的任意地方、沿着回路自身的任意地方、在固有性安全(IS, intrinsic safety)屏障或接线盒158内或包括在另一个现场设备中。可以将电路170配置用于任意类型的通信。然而，在一个示例配置中，将电路170配置为测量过程控制回路156中携带的电流并向无线接收机发送与测量到的电流有关的输出。现在回到图7中所示的电路170的一个特定实施例，检测电阻180与电源二极管182与过程控制回路156串联。检测电阻180可以是例如10欧姆，用于检测过程控制回路156中携带的电流等级I。测试二极管184也与回路156串联，并提供测试点186。这可以用于对与电路170相连的现场设备进行校准或定性。提供了固有安全保护电路190，包括二极管192，如图所示与二极管182跨接；隔离电阻器194，连接在检测电阻180的相对的两端。二极管182是电源196的一部分，电源196包括电容器198、输入滤波器200、调节器202、电容器204和第二滤波器206。第二滤波器206包括电容器208和电阻器210。电源电路196产生相对于电路的地的电源电压Vdd，以供电路测量回路电流和以无线的方式发送结果信号而使用。虽然示出了特定的电源实施方式，可以按照期望使用任意适合的电源配置或实施例。在这个实施例中，输入电路218包括检测电阻180并且被配置为测量流过回路156的电流I。输入电路218还包括滤波器220，滤波器220向运放222提供了差分连接。运放向模拟至数字转换器226提供了放大的输入信号，图示中的模拟至数字转换器226作为微处理器224的一部分。提供了时钟电路228，用于向例如微处理器222提供时钟信号。可选择的HART 发送和接收电路230与微处理器224、回路156、时钟电路228和RF发送/接收电路232相连。将可选择的HART 电路230配置为从微处理器224接收数字片选信号(CSl)。将RF电路232配置为从微处理器224接收单独的数字片选信号(CS2)。将HART 电路230和RF电路232配置为在SCI总线上与微处理器224进行通信，这取决于哪一个片选有效。还将微处理器224配置为向运放222提供关闭信号。微处理器224包括存储器236，用于存储编程指令、临时和持久变量以及其它信息，并且可以同时包括易失和非易失存储器。例如，存储器可以包括EEPROM并且能够包含唯一地标识电路170的寻址信息。RF电路232与天线240相连，可以按照期望将天线240配置为内部天线、外部天线或其组合。将电路170配置为与两线过程控制回路156跨接，从而回路156能够在例如过程发射机或过程控制器的另一个现场设备处终止。可以在单一的印刷电路板上实现图7所示的电路170，从而RF天线240与电路板形成一个整体。这个配置允许在已有现场设备中容易地实现电路170，并且不需要使用外部天线。这减小了安装复杂性。可选择的HART 发送/接收电路230能够用于监控过程控制回路156上携带的数字信号(例如过程变量)。基于检测到的数字信号，HART 电路230能够控制RF发送/接收电路232的操作(即发送与检测到的过程变量有关的信息或其它信息)。如果按照完全的HART 协议和适合的RF协议栈来实现HART 电路，那么电路能够实现通路级的功能，即允许HART 主机以双向方式通过RF HART 通路设备与过程控制回路156上的具有HART 能力的现场设备进行通信。这允许与用于监控、配置、诊断或交换其它信息或数据的现场设备进行无线通信。在过程控制或监控装置中，为了与现场设备交换信息，经常需要操作员实际访问现场设备或过程控制回路。这允许操作员修复仪器，并且对仪器做出预防性的维护。这里提出的无线通信配置允许操作员询问位于难于访问的位置的现场设备。此外，即使在易于访问的现场设备的配置中，无线通信电路不需要操作员移去例如发射机或接线盒的仪器上的封盖，以便暴露出用于和过程控制回路相连的回路布线。这一点在可能存在爆炸性气体或蒸气的危险地方特别有益。如上所述，无线通信电路能够发送数字或模拟过程变量，并将其传输到无线仪表或手持设备。在操作期间，电路170与过程控制回路156串联，利用流过回路的4_20mA电流来为自身供电。对于使用公共电气地的现场设备来说，可以将电路170插入到回路连接的高电压侧。这个配置允许访问现场设备内的其它总线电路，例如CAN接口。这个配置包括测试连接186，用于测量测试期间的回路电流。优选地，根据固有安全步骤，当测量与回路156相连的端子181时，将检测电阻180配置为提供等效电容为O。将电路170配置为在3至4伏之间进行额定操作，齐纳二极管182连同检测电阻180 —起对这个操作电压进行设置。典型4-20mA电流回路上的可用过压足以操作电路170。此外，可以使用功率管理技术以限制从回路提取的电流为大约3mA。这允许与过程控制回路相连的任意现场设备发送3. 6mA电平的报警信号，不会因为提取多于可用电流电平而使电路崩溃。齐纳(Zener) 二极管182作为与回路156串联的分路元件，用于在输入滤波器级产生预调节电压。电路170不使用的任意部分的回路电流从齐纳二极管182分流。输入滤波器200能够包括电容性、电感性和电阻性元件，并用于将回路与电路170产生的任意噪声或负载波动相隔离。这还抑制了HART 扩展频段中的噪声，以便符合HART 标准。电压调节器202可以是任意适合的电压调节器，例如但不限于线性或开关模式调节器，用于向电路提供电压VDD。滤波器206用于存储能量，并且进一步对来自调节器202的电路负载进行解耦合。在电路负载变化时，允许第二滤波器206的输出电压下跌几百毫伏。这允许电路172提取的峰值电流从4-20mA电流回路得以平均。在这个实施例中，为了减少功耗，在空闲操作时期中可以将包括A/D转换器的微处理器224以及RF电流232和输入电流218置于睡眠模式或低功率模式。例如，微处理器中的内部定时器能够以选择的间隔(例如10秒)启用A/D转换器对回路电流进行测量。允许在A/D转换发生之前对测量电路进行调整。在完成A/D转换后，关闭回路测量电路和A/D转换器以保存功率。微处理器将测量后的数值传递到RF电路232以进行传输。在传输完 成后，微处理器和RF电路返回低功率模式，直到下一个周期。微处理器甚至可以使自身处于暂时睡眠以节省功率。使用这些功率管理技术，微处理器能够通过对调节器级上的负载需求进行摆动以管理电路的所有电流需求。使用与4_20mA电流回路串联以测量模拟电流电平的10欧姆检测电阻器180来实现回路电流测量。对检测电阻器180上形成的电压进行滤波，从而移去由于HART 数字通信所引起的波动以及任何回路噪声。可操作的放大器级222还提供信号调节，并将信号传送到微处理器224中的A/D转换器226。
RF电路232可以是按照期望的任意适合的电路或配置。在一种简单的形式中，RF电路232仅向无线接收机发送测量后的变量。可以使用天线240来播送RF信号，并且能够将天线240与电路170形成一个整体，例如以围绕电路板外沿而布线的走线的形式。在一些实施例中，RF电路232可以包括无线接收机，从而可以将电路232配置为收发机。如果期望，能够使用同一个天线240同时用于发送和接收。典型的低功率收发机可能具有200英尺的通信射程，然而，可以使用不同的功率需求、电路灵敏度、天线配置等来实现其它射程。如果将电路170 安装在金属外壳(例如发射机的现场外壳隔间)中，那么应该使用外壳的RF透明部分以允许从天线240发送和接收信号。例如上文所述，可以使用玻璃窗。其它示例材料包括足以传送RF信号的任意材料，包括塑料或其它材料。额外可选择的HART 电路230允许电路170有选择地监听电流回路156上携带的4-20mA信号上的HART 消息。可以将例如测量后的过程变量、诊断信息或其它信息的信息发送到无线接收机。此外，如果将HART 电路230配置用于将数字信号调制在过程控制回路上，那么可以使用HART 电路230远程地命令或询问与回路156相连的现场设备。例如，可以将HART 电路230配置作为4-20mA电流回路上的第二主机。HART 电路230与被配置作为完全收发机的RF电路232 —同工作，使无线主机单元(例如图3所示的手持设备80)能够与现场设备进行双向通信并对现场设备进行配置。也可以优选地使用微处理器224来实现诊断功能。微处理器224被配置用于监控过程控制回路156的电压和电流特性，可以使用诊断技术来标识电流和电压中的异常或未决变化，并且将这些变化发送到远端位置，发送的方式可以是无线的，也可以使用电路230提供的HART 发送能力，或通过将回路156上携带的电流电平设置为报警值或其它预定值。优选地，将电路170配置为允许在危险位置操作，并且满足适合的核准和规范，例如固有安全标准。例如，固有安全保护190与固有安全额定电阻器180 —同用于电路170的输入。使用适合的组件和电路布局，与齐纳二极管182并联的冗余齐纳二极管192的附加提供了一定程度的冗余，并限制了进入固有安全保护系统中这个电路的电压总值。相似地，检测电阻器180能够用于限制进入电路170的最大电流，并且对电路通过其外部端子对存储的能量进行的任意放电进行缓冲。这提供了实质上为0的等效电容。回路测量电路还受到两个固有安全额定高值电阻器194的保护，所述两个电阻器194连接在检测电阻器180的两端与滤波器220之间。通过使用填充材料等，可以保护其它电路组件远离任意的外部能量源，同时还避免了危险气体和蒸气到达电路170中任意的内部存储元件和节点。对于其它不危险的位置，可能不需要固有安全组件。这里使用的术语“现场设备”可以是用于过程控制器监控系统的任意设备，并且不需要放置在“现场”。设备可以位于过程控制系统中的任何地点，包括控制室或控制电路中。用于与过程控制系统相连的端子是指任意的电气连接，并且可能不包括物理的或分立的端子。按照期望，可以使用任意适合的射频通信电路以及任意适合的通信协议、频率或通信技术。按照期望来配置电源电路，并且不限于这里提出的配置。在一些实施例中，现场设备包括地址，所述地址可以包括在任意的RF传输中，从而可以标识设备。相似地，这个地址能够用于确定接收到的信号是否与具体设备有关。然而，在其它实施例中不使用地址，仅从无线通信电路发送数据而没有任何寻址信息。在这种配置中，如果收到的数据是期望的，那么任意接收到的数据可能不包括寻址信息。在一些实施例中，这是可以接受的。在其它实施例中，可以使用其它寻址技术或识别技术，例如向具体设备分配具体的频率或通信协议、向具体设备分配具体的时隙或者其它技术。可以使用任意适合的通信协议和/或组网技术，包括基于令牌的技术，其中令牌在设备之间切换，从而允许具体设备进行发送或接收。虽然参考优选实施例对本发明进行了描述，本领域的技术人员可以看出，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以在形式和细节上做出改变。如这里所用，射频(RF)能够包括任意频率的电磁传输，并且不限于特殊的频率组、频率范围或任意其它限制。按照 期望，可以使用任意的通信协议，包括IEEE 802. Ilb,802. 154或其它协议，包括私有的通协议。
权利要求
1.一种现场设备，用于工业过程控制或监控系统，包括无线通信电路，与两线过程控制回路相连，并发射射频信号；以及电源电路，仅电连接到两线过程控制回路中的一条线路，并包括电压调节器，电压调节器接收压降，并提供调节过的电压输出以对无线通信电路进行供电。
2.根据权利要求I所述的设备，包括端子块，电连接于两线过程控制回路，在端子块中实现所述无线通信电路。
3.根据权利要求I所述的设备，其中，无线通信电路完全由来自两线过程控制回路的电能供电。
4.根据权利要求I所述的设备，其中，无线通信电路包括以串联方式与两线过程控制回路连接的电阻。
5.根据权利要求I所述的设备，还包括为无线通信电路供电的电池。
6.根据权利要求I所述的设备，其中，无线通信电路包括两线回路通信电路，用于在两线过程控制回路中通信。
7.根据权利要求I所述的设备，其中，无线通信电路包括HART 通信电路。
8.根据权利要求4所述的设备，其中，电源电路包括以串联方式与两线过程控制回路连接的二极管，所述设备还包括固有性安全保护电路，所述固有性安全保护电路包括与所述二极管跨接的另一二极管，以及分别连接到所述电阻相对的两端的隔离电阻器。
9.根据权利要求I所述的设备，其中，无线通信电路包括模拟到数字转换器，用于提供流过两线过程控制回路的电流的数字呈现。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述射频信号是基于感测到的电流。
11.根据权利要求I所述的设备，其中，无线通信电路包括微处理器。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，微处理器包括存储器，存储器中存有地址信肩、O
13.根据权利要求I所述的设备，其中，无线通信电路包括天线。
14.根据权利要求I所述的设备，其中，无线通信电路接收射频信号并在两线过程控制回路中发送信号。
15.根据权利要求I所述的设备，其中，电源电路包括齐纳二极管，以串联方式与两线过程控制回路连接。
16.根据权利要求11所述的设备，其中，微处理器在空闲阶段进入睡眠模式。
17.根据权利要求I所述的设备，还包括储能电容器，用于使用接收自两线过程控制回路的电能来存储电荷；电源电路使用来自存储于储能电容器中的电荷的电能。
18.根据权利要求I所述的设备，其中，无线通信电路被承载于模块化电路板上，所述模块化电路板被安装在现场设备的外壳中。
19.根据权利要求I所述的设备，其中，无线通信电路包括以串联方式连接于两线过程控制回路的端子。
20.根据权利要求I所述的设备，还包括包围无线通信电路的防爆外壳；所述外壳具有一体的射频透明区域，用于允许射频传输从中穿过。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，射频透明区域包括玻璃。
22.根据权利要求20所述的设备，包括端盖，安装到主体外壳，其中，所述端盖包括射频透明区域。
23.根据权利要求I所述的设备，包括电路板，被配置为承载无线通信电路；射频天线，与无线通信电路相耦合并承载在无线通信电路板上。
24.根据权利要求19所述的设备，其中，无线通信电路与承载端子的端子块形成一个整体。
25.根据权利要求I所述的设备，其中，无线通信电路发送与两线过程控制回路中承载的模拟电流电平有关的射频信号。
26.根据权利要求I所述的设备，其中，射频通信电路发送与两线过程控制回路承载的数字信号有关的射频信号。
27.根据权利要求I所述的设备，包括与无线通信电路相耦合的HART 模块，所述无线通信电路被配置作为到射频通路单元的双向HART 而运行。
28.根据权利要求I所述的设备，其中，无线通信电路被配置用于周期性通信。
29.根据权利要求I所述的设备，其中，无线通信电路被配置为发送与过程变量有关的射频信号。
30.根据权利要求I所述的设备，其中，电压调节器包括线性调节器。
31.根据权利要求I所述的设备，其中，电压调节器包括开关模式调节器。
32.—种现场设备中的通信方法，用于工业过程控制或监控系统，包括将无线通信电路连接到两线过程控制回路，以发送射频信号；将电源电路仅电连接到两线过程控制回路中的一条线路，电源电路包括电压调节器， 电压调节器接收压降，并提供调节过的电压输出以对无线通信电路进行供电；以及发送射频信号，所述射频信号包含与承载于两线过程控制回路中的数据有关的信息。
33.根据权利要求32所述的方法，还包括将第一和第二电连接以串联方式连接于两线过程控制回路和现场设备；将第三电连接连接于现场设备；允许来自两线过程控制回路的电流从第一电连接，通过第二电连接，并通过第三电连接去往现场设备。
34.根据权利要求32所述的方法，其中，发送射频信号的步骤包括按照HART 协议， 发送作为从两线过程控制回路接收到的信息的函数的射频数据。
35.根据权利要求32所述的方法，其中，发送射频信号的步骤包括数字通信。
36.根据权利要求32所述的方法，其中，发送射频信号的步骤包括模拟通信。
37.根据权利要求32所述的方法，包括接收包含引入的数据的射频信号，并在两线过程控制回路中发送所述引入的数据。
38.根据权利要求33所述的方法，其中，第一和第三电连接被耦合在一起。
39.根据权利要求33所述的方法，包括使用耦合于第二和第三电连接之间的电压调节器为无线通信电路供电。
40.根据权利要求32所述的方法，包括将无线通信电路耦合于已经存在的现场设备。
41.根据权利要求32所述的方法，其中，射频信号承载与两线过程控制回路中承载的模拟电流电平有关的信息。
42.根据权利要求32所述的方法，其中，射频信号承载与两线过程控制回路中承载的数字信号有关的信息。
43.根据权利要求32所述的方法，包括，完全由来自两线过程控制回路的电能对无线通信电路进行供电。
44.根据权利要求32所述的方法，包括将地址信息存储于存储器中。
45.根据权利要求32所述的方法，包括在空闲阶段将无线通信电路设成睡眠模式。
46.根据权利要求32所述的方法，包括提供到射频通路的双向HART 。
47.根据权利要求32所述的方法，包括发送与过程变量有关的射频信号。
48.根据权利要求32所述的方法，其中，射频信号包括纠错信息。
49.根据权利要求32所述的方法，其中，射频信号是基于以下拓扑中的一种点对点、 轮辐和中心、和网孔拓扑。
50.根据权利要求32所述的方法，包括提供一个旁路单元，用于将电流从两线过程控制回路进行分路。
51.根据权利要求32所述的方法，包括用开关模式电压调节器对电源进行调节。
全文摘要
一种现场设备(14)，用于与两线过程控制回路(16)相连的工业过程控制或监控系统(10)。回路(16)携带数据并且向现场设备(14)供电。将现场设备(14)中的RF电路(22)设置用于射频通信。电源(18)使用从两线过程控制回路(16)接收到的能量对RF电路(22)进行供电。
文档编号G06F13/14GK102629123SQ20121005797
公开日2012年8月8日 申请日期2005年6月21日 优先权日2004年6月28日
发明者凯利·M·奥斯, 大卫·A·勃罗登, 布莱恩·L·维斯特菲尔德, 查尔斯·R·维尔克斯, 罗伯特·J·卡斯尼亚 申请人:罗斯蒙德公司