专利名称：用于自动控制技术的现场设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于自动控制技术的现场设备。
背景技术：
已知例如在识别产品和产品组件的物流领域中使用RFID “无线射频识别”应答器——常将其称为RFID标签或无线电标签。RFID标签使得能够自动识别和定位对象，并且随之明显促进了信息和数据的记录及提供。RFID系统由与对象关联并且包括更多相关信息和数据的RFID应答器或RFID标签，以及用于读出信息和数据的读取装置组成。RFID标签和读取装置之间的耦合通过读取装置产生的近程、磁、交变场或较远程的高频无线电波来实现。数据传输通过读取装置产生的交变场或高频无线电波来实现。在许多情况下，也通过交变场或者高频无线电波向芯片提供能量。RFID应答器/RFID标签包括RFID芯片和RFID天线，并且根据传输频率、制造商和使用目的而不同。RFID芯片通常由用于接收和发送数据的模拟电路、数字电路和通常能够覆写多次的存储器组成。通常数字电路通过微控制器来实现。在被动式RFID芯片的情况下，通过天线在通信期间接收的能量用作微控制器的能量供应。在主动式RFID标签的情况下，微控制器的能量供应通过其自身安装的能量源(例如一次性电池)实现。在半主动式RFID标签的情况下，安装的能量源仅供应数字电路，例如微控制器。取决于类型，RFID标签在125-134kHz的长波段、13.56MHz的短波段、865_869MHz或950MHz的UHF波段、或者2.45GHz和5.8GHz的SHF波段工作。RFID标签中激活的微控制器对通过读取装置发送的命令进行解码。读取装置对响应进行编码，并且通过以无接触、短路(负荷调变)或读取装置发送的交变场的反相反射(经调制的反向散射)方式的场弱化，将其调制为辐射电磁场。RFID标签例如发射其自身不可变的序列号、关联对象的信息和数据等等。因而，RFID标签自身不产生场；相反，其影响读取装置的电磁传输场。在自动控制技术的现场设备具有金属外壳的情况下，金属外壳材料造成电磁数据和/或能量传输的屏蔽，因此传输路径通常被限于几厘米，并且随之紧邻现场设备。在自动控制技术领域中使用RFID技术限于几种特殊情况。迄今为止，RFID技术现场设备的通用或改型都不可能。
发明内容
本发明的目标是提供一种具有RFID功能性的自动控制技术的现场设备。通过以下特征实现该目标，其包括:现场设备具有用于容纳现场设备电子器件的金属外壳；提供了用于在布置于现场设备外部的RFID读取装置和现场设备之间的无线通信和/或能量传输的第一 RFID天线和RFID芯片；第一 RFID天线与金属外壳的相邻壁间隔，其中在第一RFID天线和金属外壳的相邻壁之间提供了屏蔽；第一RFID天线和金属外壳的壁之间的间距以及第一 RFID天线和金属外壳的相邻壁之间的屏蔽被定尺寸，使得金属外壳不阻碍RFID读取装置和现场设备之间的无线通信和/或能量传输。可结合本发明适用的不同类型RFID标签为上述。在给定情况下，在屏蔽和第一 RFID天线之间布置适当的间隔器材料。本发明方法的更有利改进设置成，金属外壳具有开口，其可通过电缆导向器闭合，并且其中将第一 RFID天线集成到电缆导向器中。在这点上，当将RFID芯片也集成到电缆导向器中时特别有利。在该情况下，设置了电缆导向器，例如通过Pg螺丝连接、具有公制螺纹的螺丝连接或通过螺母与现场设备连接。在该实施例的情况下，将已几乎在每个现场设备中都有的电缆导向器提供来作为用于RFID标签的位置。本发明的现场设备的实施例设置成，通过电线来实现集成到电缆导向器中的第一RFID天线和现场设备电子器件之间的内部通信和/或能量传输。作为替换方式，以这样的方式将第二RFID天线布置在电缆导向器中，即其使得能够与现场设备电子器件无线通信。此外，设置了金属外壳在布置RFID天线的外壳区域中具有凹进。优选地，该凹进被定尺寸，使得金属外壳和第一 RFID天线的表面或布置在RFID天线上的涂层本质上彼此齐平地终止。例如通过深冲压或者通过清除其中将要布置RFID天线的区域中的外壳材料，来实现金属外壳表面中的凹进。结合本发明的解决方案，进一步地，在面对现场设备电子器件的凹进的内部侧上提供第三RFID天线。此外，当具体化为浮雕形式的公司标志被布置在金属外壳上或金属外壳的凹进中时尤其有利，其中能够将RFID天线布置在公司标识符的浮雕中或布置在公司标识符下面。此外，设置了在第一 RFID天线和外部读取装置之间进行通信和能量传输所使用的频率比在第二 RFID天线和现场设备电子器件之间使用的频率高。该实施例使用这样的物理原理，即交变场或无线电波的透深取决于频率。虽然内部通信为靠近范围内的，但是外部通信的范围应在Im左右。因而，本发明的现场设备的有利实施例设置成RFID芯片补充地执行网关的任务。此外，设置有与RFID芯片关联的非易失性存储区域，在该区域中存储了相关现场设备数据，其中在中断对现场设备的能量供应的情况下，能够通过外部读取装置读出这些现场设备数据。存储的数据，尤其是参数化/构造数据，能够相继被载入到替换装置。在这点上，其涉及现场设备的克隆。总的来说，存储的数据例如是现场设备的铭牌数据、关于现场设备的硬件和/或软件的信息、在向现场设备的能量供应中断前存储的数据(诸如测量数据、诊断数据、计数器读数等等)和/或上述构造/参数数据。
现在将基于附图更详细地解释本发明，附图如下示出:图1本发明的现场设备的第一实施例的截面，在该情况下，RFID组件布置在现场设备的电缆导向器的区域中；图2示出本发明的现场设备的第二实施例的截面，在该情况下，RFID组件集成到金属外壳中；图3示出图2中所示的实施例的进一步改进,其中公司标志布置在RFID组件上；以及图4示出本发明的现场设备的第三实施例的截面，在该情况下，RFID组件集成到公司标志中。
具体实施例方式在自动控制技术中，尤其是加工和制造自动控制技术中安装的现场设备用来记录和/或影响加工变量。用于记录加工变量的是传感器，诸如，例如充满液位测量装置、流量测量装置、压力和温度测量装置、PH氧化还原电势测量装置、传导性测量装置等等，其分别记录相应的加工变量、充满液位、流量、压力、温度、PH值以及传导性。用于影响加工变量的是致动器，诸如，例如阀门或泵，通过其能够改变管段中的液体流量或容器内的充满液位。然而，原则上，所有如下设备都称为现场设备，其靠近加工应用并且其传送或处理加工相关信息。因而，应理解，与本发明结合的现场设备也为远程I/O、无线电适配器，或者总的来说为以现场级布置的装置。Endress+Hauser公司生产和出售大量这种现场设备。在通过双线电缆或者通过自动控制技术中常见的场总线(FieldbusFoundation、Profibus PA、HART等等)进行与上级控制单元(在图1中未单独示出)通信和从上级控制单元供应能量的情况下，有线现场设备I在金属外壳2中具有开口 9，电缆导向器10能够集成到该开口 9中，其中，电缆导向器然后失去电缆导向的功能。电缆导向器10和外壳2被具体化，使得现场设备I最优地适合加工中占主导地位的加工变量(温度、压力等等)以及适合加工中出现的事物(由于加工中将要确定或将要监控的介质的潜在危险)。图1示出本发明的现场设备I的第一实施例，在该情况下，RFID组件4、5布置在现场设备I的电缆导向器10的区域中。集成到电缆导向器10中的RFID组件尤其包括第一 RFID天线5，通过其进行与读取装置6的通信，并且取决于实施例，包括RFID芯片4及其关联的存储单元15。此外，还能够将第二 RFID天线5a集成到电缆导向器10中，一方面，通过其进行与关联现场设备电子器件3的内部通信，另一方面，也通过其进行与第一 RFID天线5的通信。在该实施例的情况下，因而通过例如无线电波完全无线地进行现场设备电子器件3和读取装置6之间的通信。当然，第一 RFID天线5和现场设备电子器件3之间的通信也能够通过电线(未示出)进行，其中由于将RFID组件集成到电缆导向器10中，所以在电缆导向器10中引导电线不存在问题。通过所谓的紧密耦合，因而能够在现场设备I的未供电状态下读出与现场设备电子器件3的内部通信，对于完全进行无线通信的情况下，甚至是读出存储在现场设备电子器件3中的动态数据。此外，在该情况下，优点在于RFID组件4、5和现场设备电子器件3之间的电流隔离。此外，在所谓的近场通信的情况下，RFID芯片4的RFID电子器件能够起到网关的作用。特别的，能够用于最佳匹配具体应用(内部或外部通信)的外部和内部通信的不同频率。为了保持金属壁7的影响小，尤其是相对通过RFID技术的外部无线电传输的影响小，根据本发明实施两种措施:第一 RFID天线5与金属外壳2的相邻壁7间隔隔开；以及，作为补充，在第一 RFID天线5和金属外壳2的相邻壁7之间提供屏蔽8。优选地，屏蔽8由铁磁材料组成。第一 RFID天线5和金属外壳2的壁7之间的间隔以及第一 RFID天线5和金属外壳2的壁7之间屏蔽8的厚度和类型被定尺寸，使得金属外壳2不阻碍，至少不完全阻碍RFID读取装置6和现场设备I之间的无线通信和/或能量传输。该布置特别地被具体化，使得通过RFID技术的外部无线电传输可能达到预定距离。优选，该预定距离等于约Im0因而，根据本发明，与具有RFID标签的传统解决方案相比，提高了传输和接收效率。电缆导向器10安置在金属外壳2的相应开口 9中。通过Pg螺丝连接11或者通过螺母，使电缆导向器10连接现场设备I的外壳2。在图1中未示出具有螺母的第二变型。与RFID芯片4关联的是存储单元15，优选地，其具有非易失性存储区域，其中存储了相关的现场设备数据。取决于所存储的数据的类型，这些数据永久存在(例如，现场设备I的序列号以及关于现场设备I的硬件和/或软件组件的信息)，或者在给定情况下，以预定间隔或者一旦发生预定事件就覆写这些数据，以便例如在存储单元15中可获得最后改变的参数化(parametering)/构造数据。如果对现场设备I的供电中断(例如，在现场设备I总体故障的情况下，或者在装置替换的情况下)，那么选项是通过外部读取装置6读出所存储的数据。然后，能够将该数据传输到替换装置中，以便能够省略代替装置的手动参数化。在本发明的现场设备I的所有实施例的情况下都可获得该选项。虽然始终称其为读取装置6，但是它当然也可能将数据从读取装置6写入现场设备1，或者写入替换装置。图2示出本发明的现场设备I的第二实施例，在该情况下，RFID组件4、5集成到金属外壳2中。在下文的附图的说明中，将仅详细描述相对于图1的实施例的差异。在该实施例的情况下，金属外壳2的壁7在外壳区域中具有凹进12,其中布置有第一 RFID天线5，其用于与读取装置6 (图2中未示出)进行外部通信。通过深冲压工艺或者通过从外壳2的壁7清除材料形成腔体12。优选地，以这样的方式定尺寸凹进12，即金属外壳2和第一 RFID天线5的表面或者RFID天线5上的涂层14彼此本质上齐平。涂层14用于保护RFID天线5并且密封凹进12使其不受环境影响。涂层14包含非金属材料。在该实施例的情况下，用于与现场设备电子器件3内部通信的天线5a、5b紧邻包含凹进12的外壳区域并且在其两侧上布置。图3示出图2中所示的实施例的进一步改进。此处,在RFID组件4、5上布置有具体化为浮雕13形式的公司标识符，例如公司标志。此处，公司标识符的浮雕13另外执行保护层14的功能。由于公司标志或公司标识符通常放置在暴露的、外部充分可见并且电磁最适宜位置中，所以其同时确保了外部通信不受安装现场设备I的加工的影响。在图4中所示的本发明的现场设备I的第三实施例的情况下，RFID组件4、5集成到具体化为浮雕13形式的公司标识符中。与将RFID组件4、5集成到电缆导向器10中的情况下的实施例相同，本实施例也具有这样的优点，即能够在传统的现场设备中建立本发明的解决方案。因而，能够以RFID技术改进现场设备I。参考符号列表I 现场设备2 外壳3 现场设备电子器件4 RFID 芯片5 第一 RFID 天线
5a第 RFID 天线5b第三RFID天线6读取装置7壁8屏蔽9开口10电缆导向器11Pg螺丝连接12凹进13浮雕/公司标识符14涂层15存储单元·。
权利要求
1.用于自动控制技术的现场设备，其中所述现场设备(I)具有金属外壳(2)，所述金属外壳(2)用于容纳现场设备电子器件(3)，其中提供了用于布置在所述现场设备(I)外部的RFID读取装置(6)和所述现场设备(I)之间的无线通信和/或能量传输的第一 RFID天线(5)和RFID芯片(4)，其中所述第一 RFID天线(5)与所述金属外壳(2)的相邻壁(7)相间隔，其中在所述第一 RFID天线(5)和所述金属外壳(2)的所述相邻壁(7)之间提供了屏蔽(8)，其中所述第一 RFID天线(5)和所述金属外壳(2)的所述相邻壁(7)之间的间隔以及所述第一 RFID天线(5)和所述金属外壳(2)的所述相邻壁(7)之间的所述屏蔽(8)被定尺寸，使得所述金属外壳(2)不阻碍所述RFID读取装置(6)和所述现场设备(I)之间的无线通信和/或能量传输。
2.根据权利要求1所述的现场设备， 其中，所述金属外壳(2)具有开口(9)，所述开口(9)通过电缆导向器(10)可闭合，并且其中将所述第一 RFID天线(5)集成到所述电缆导向器(10)中。
3.根据权利要求2所述的现场设备， 其中，将所述RFID芯片(4)集成到所述电缆导向器(19)中。
4.根据权利要求1-3的一项或多项所述的现场设备， 其中通过电线进行集成到所述电缆导向器(10)中的所述第一 RFID天线(5)与所述现场设备电子器件(3)之间的通信和/或能量传输。
5.根据权利要求1、2或3所述的现场设备， 其中，以第RFID天线( 5a)能够与所述现场设备电子器件(3)进行无线通信的方式将第RFID天线(5a)布置在所述电缆导向器(10)中。
6.根据权利要求2-5中的至少一项所述的现场设备， 其中，通过Pg螺丝连接(11)或通过螺母，将所述电缆导向器(10)与所述现场设备(I)相连接。
7.根据权利要求1所述的现场设备， 其中，在布置所述RFID天线(5)的外壳区域中所述金属外壳(2)具有凹进(12)。
8.根据权利要求7所述的现场设备， 其中，所述凹进(12)被以如下方式定尺寸:使得所述金属外壳(2)和所述第一 RFID天线(5 )的表面或者布置在所述RFID天线(5 )、( 14 )上的涂层彼此本质上齐平地终止。
9.根据上述权利要求的一项或多项所述的现场设备， 其中，在面对所述现场设备电子器件(3)的所述凹进(12)的内侧上提供有第三RFID天线(5b)。
10.根据上述权利要求的一项或多项所述的现场设备， 其中将具体化为浮雕(13)形式的公司标识符(16)布置在所述金属外壳(2)上，或者布置在所述金属外壳(2 )的所述凹进(12 )中，并且其中将所述RFID天线(5 )布置在所述公司标识符的所述浮雕(13)中或所述公司标识符(13)下面。
11.根据权利要求5或权利要求9所述的现场设备， 其中，在所述第一 RFID天线(5)和所述外部读取装置(6)之间的通信或能量传输使用的频率比所述第RFID天线(5a)和所述现场设备电子器件(3)之间使用的频率高。
12.根据上述权利要求的一项或多项所述的现场设备，其中，所述RFID芯片(4)补充地执行网关的任务。
13.根据上述权利要求的一项或多项所述的现场设备， 其中，存在与所述RFID芯片(4)关联的非易失性存储区域(15)，在所述非易失性存储区域(15)中存储相关的现场设备数据，其中在向所述现场设备(I)的能量供应中断的情况下，能够通 过所述外部读取装置(6 )读出这些现场设备数据。
全文摘要
本发明涉及用于自动控制技术的现场设备，其中现场设备(1)具有容纳现场设备电子器件(3)的金属外壳(2)，其中提供用于布置在现场设备(1)外部的RFID读取装置(6)和现场设备(1)之间无线的通信和/或能量传输的RFID芯片(4)和第一RFID天线(5)，其中第一RFID天线(5)与金属外壳(2)的相邻壁(7)相间隔，其中在第一RFID天线(5)和金属外壳(2)的相邻壁(7)之间提供屏蔽(8)，其中第一RFID天线(5)和金属外壳(2)的相邻壁(7)之间的间隔以及第一RFID天线(5)和金属外壳(2)的相邻壁(7)之间的屏蔽(8)被定尺寸，使得金属外壳(2)不阻碍RFID读取装置(6)和现场设备(1)之间的无线通信和/或能量传输。
文档编号G06K7/00GK103198275SQ201210511178
公开日2013年7月10日 申请日期2012年12月3日 优先权日2011年12月1日
发明者德特勒夫·维特默, 乌尔里希·凯泽 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔测量及调节技术分析仪表两合公司