带射频模块的现场设备用供电系统的制作方法
【专利摘要】一种用配置成与外部单元进行数据通信的射频模块（2）连接到有线网络上的现场设备（1）的供电系统，其中所述射频模块（2）连接至所述现场设备（1）且具有供电单元（3），根据本发明提供电源适配器（10），其具有用于无线功率传输到供电单元（3）的功率发送器（11），所述供电单元（3）配置有功率接收器（4），而所述功率接收器（4）和所述功率发送器（11）是用电感耦合进行功率传输。
【专利说明】带射频模块的现场设备用供电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用射频模块连接到有线网络的现场设备的供电系统。
【背景技术】
[0002]在工业自动化中，用现场设备来检测和/或设置过程变量。这样的设备通常是经由现场总线系统(比如HART、PR0FIBUS现场总线基础)连接。这样的现场设备的过程布线是至少经过二线制线路(two-wire line)完成，除了数据通信之外，通过该二线制线路给现场设备供电。有线数据通信还可以实现成无线数据通信，而更多的现代现场设备做成是有集成的射频模块，包括电源，因此还可以作为独立的单元来操作。
[0003]为了让没有射频模块的现场设备，即，那些只有通信和供电接口的现场设备，能够用射频模块(无线模块)来工作，问题是，这样的射频模块不能由现场设备提供能量。因此，这样的射频模块必须具有其自身的电源，或者电源必须是有线类型。
[0004]因此，例如，从DE102009047538A1可知现场设备，通过给它配备射频模块，可以将它作为射频现场设备来操作。因为这个，射频模块是经由现场设备的通信接口与设备本身连接，并且它具有其自己的供电源，还通过该供电源给现场设备供应能量。
[0005]通过这种方式，可以将几个现场设备建立的有线网络改造成射频网络，在这种情况下，因为有这样的到射频网络的转换，不再需要现有的有线网络。
[0006]但是，如果并非有线网络的所有现场设备都能转换或者都需要转换，那么DE102009047538A1的已知方法是不可行的。
[0007]此外，DE102007015203A1描述了一种无线自动化系统，其中基站与几个从属模块进行无线通信，而一个从属模块是通过无线或者有线的方式与几个现场设备连接，作为传感器/执行器的分配器。这个传感器/执行器分配器具有经由电感耦合来的无线供电。
[0008]最后，DE202004021004U1提出经由给现场设备供电的多绕线缆感应地提取能量。
【发明内容】
[0009]本发明的问题是给具有开头提到的那类射频模块的现场设备指出供电系统，其连接到有线网络，然而至少可以进行无线操作，以不用射频模块来供电。
[0010]这个问题是用具有专利权利要求1的特征的供电系统来解决的。
[0011]这样一个用射频模块连接到有线网络上的现场设备的供电系统，所述射频模块配置成与外部单元进行数据通信，其中所述射频模块连接在所述现场设备上并具有供电单元，根据本发明，所述供电系统的特征在于提供电源适配器，其具有将功率无线传输至所述供电单元的功率发送器，所述供电单元配置有功率接收器，该功率接收器和功率发送器是电感耦合进行功率传输。
[0012]在有这样的供电系统的情况下，有可能仍然用无线通讯技术操作不能给射频模块提供任何电源的现场设备，或者至少使它们无线操作。当现场设备是以防爆设置的方式操作时，因为它们因此不能打开，这尤其是有利的。[0013]作为功率发送器和功率接收器，可建议的是使用由IDT (集成设备技术)公司研发成单个芯片控制器的无线功率发送器/接收器IDTP9030/9020。在有这两个部件IDTP9030和IDTP9020的情况下，可以实现符合无线充电联盟的Qi标准的无线功率传输。发送器和接收器都允许“多模式”类型的操作，因此支持超过Qi标准的用于扩展特征、改进安全性和较高的发送功率的专有格式。
[0014]功率接收器芯片IDTP9030提供多层异物检测(FOD)来确保没有放置于其上的周围金属零件或者零件会吸收能量。因为这样，使用精密的多参数算法来确保高度安全性，并尽可能排除FOD误警。
[0015]此外，这两个发送/接收芯片IDTP9030/9020具有防止过热、过压、过流的保护特征。
[0016]在本发明的一个有利实施例中，给电源适配器配置能量存储单元，或者电池或者蓄电池，给所述功率发送器供电。优选的是，当使用蓄电池作为储能单元时，作为进一步的修改，所述电源适配器具有功率接收器，用于从外部充电单元进行无线功率传输，其中所述功率接收器是配置来将从所述外部充电单元接收的能量供应给所述能量存储单元的存储部，即，例如蓄电池。
[0017]根据本发明另一个有利实施例，将配置有所述射频模块的电源适配器配置成外部单元，以与所述现场设备的射频模块进行数据通信。
[0018]在用这样的电源适配器作为外部单元的情况下，可以容易地操作具有从所述电源适配器从外部供应能量的射频模块的现场设备，或者也可以进行外部通信。优选地，给所述电源适配器配置能量存储单元，作为所述功率发送器和所述射频模块的电源。
[0019]尤其有利的是，根据本发明的一个修改例，所述电源适配器具有通信接口，并被提供有控制和监控单元，配置该控制和监控单元来经由所述通信接口与所述电源适配器的所述射频模块进行数据通信。在现场设备网络中用这样的控制和监控单元作为监督单元的情况下，可以容易地让现场设备进行工作，并可以监控和控制过程。
[0020]优选的是，可以将与控制和监控单元的通信接口配置用于无线或者有线数据传输。
[0021 ] 最后，根据本发明的最后一个有利实施例，可以给所述电源适配器配置微处理器，对所述射频模块与所述外部控制和监控单元的数据通信进行控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]接下来，参考附图，通过样本实施例，尽可能详细地描述本发明。示出了这些:
[0023]图1，作为本发明的样本实施例的供电系统的方块图，
[0024]图2，作为本发明另一个样本实施例的供电系统的方块图，
[0025]图3，作为本发明另一个样本实施例的供电系统的方块图，
[0026]图4，根据图1至3其中一个图的供电系统的示意性呈现，PC作为外部监控和控制单元，
[0027]图5，作为本发明另一个样本实施例的供电系统的方块图，
[0028]图6，作为本发明最后一个样本实施例的供电系统的方块图。【具体实施方式】
[0029]在根据图1至6的样本实施例的防暴壳体7中，其中容放有现场设备1、射频模块2，还有给其供电的供电单元3。另外，将至少一个双股处理配线8经过壳体7引入现场设备1，并且通过这个处理配线8，将现场设备I连接到其它现场设备(未示)的有线网络。通过这个处理配线8，进行与现场设备I的数据通信还有其供电。用现场设备I给射频模块2供电是不可能，因此需要这个供电单元3。
[0030]这个供电单元3具有功率接收器(power receiver) 4,该功率接收器通过与电源适配器10的功率发送器(power transmitter)11进行电感稱合5来吸收能量,并将该能量提供给射频模块2，射频模块2连接在供电单元3上，作为电负载。
[0031]如在最前面提到的，作为电源适配器10的功率发送器11及作为供电单元3的功率接收器4，人们可以使用设计成单芯片控制器并由IDT公司制造和提供的无线功率发送器IDTP9030和无线功率接收器IDTP9020。当然，还可以使用其它适合用于无线功率输送的元件。配置作为功率发送器11的发送器10了?9030和作为功率接收器4的接收器10了?9020， 使得在电感耦合5的同时实现通信连接5a，使得可以进行认证、热检查和充电状态的传输。
[0032]在图1至4的样本实施例中，电源适配器10具有射频模块14，其作用是与连接在现场设备I上的射频模块2建立通信连接6，通过该通信连接6进行数据通信。
[0033]另外给图1和图2的电源适配器10配置微控制器17，该微控制器17连接在电源适配器10的射频模块14上，进行有线通信，并给外部控制和监控单元20提供通信链路。微控制器17到这个控制和监控单元20的连接是经由接口 16进行，接口 16可以被设计成USB接口。
[0034]根据图1，功率接收器11的供电还通过USB接口 16来实现，并且由微控制器17给射频模块14提供能量。
[0035]图4示出了对应的示意性呈现，其中作为控制和监控单元的笔记本电脑20是用USB缆线16a连接在电源适配器10上，电源适配器10在壳体IOa中容放功率发送器11和射频模块14。这个电源适配器10 —方面通过功率发送器11经过电感耦合5将能量发送到供电单元3的功率接收器4，并经由无线数据链路6进行与现场设备I的射频模块2的数据通信。现场设备1、供电单元3和射频模块2容放在壳体7内。
[0036]在图2的电源适配器10中，功率接收器11和射频模块14的供电是从作为储电单元的蓄电池13中取得。图1的电源适配器10可以还可选地配置有这样的蓄电池12。
[0037]图1和图2的电源适配器10的部件，即功率发送器11、射频模块14和微处理器17以及可选的蓄电池12，设置在壳体IOa中。
[0038]在图3的样本实施例中，功率发送器11和射频模块14是由蓄电池12供电的，这些部件容放在壳体IOa中。
[0039]外部控制和监控单元20，比如PC，经由无线通信链路18与电源适配器10的射频模块14通信。
[0040]在根据图1至4的样本实施例的供电系统中所用的无线通信技术具有均一的设计，即，根据蓝牙、Zigbee或者ISM标准或者与其类似的标准。
[0041]根据图5的电源适配器10在壳体IOa中有功率发送器11，并具有同样的供电的蓄电池12。[0042]外部控制和监控单元20是经由无线通信链路18直接连接在射频模块2上，射频模块2是通信链接到现场设备I。在这里，再次用蓝牙、ZigBee、ISM标准或者类似标准作为与通信链路18有关的数据通信技术。
[0043]图6的样本实施例与图5的区别在于，电源适配器10在壳体IOa中除了功率发送器11和功率发送器11供电用的蓄电池12还有功率接收器13，其是电感耦接在外部充电单元30进行功率传输。功率接收器13连接在蓄电池12上，使得充电单元30输送的能量存储在这个蓄电池12中，S卩，蓄电池12用来自于功率接收器13的输送的能量充电。
[0044]参考符号
[0045]I现场设备
[0046]2现场设备I的射频模块
[0047]3供电单元
[0048]4供电单元3的功率接收器
[0049]5电感耦合
[0050]5a通信连接
[0051]6通信连接
[0052]7 壳体
[0053]8处理配线
[0054]10电源适配器
[0055]IOa电源适配器10的壳体
[0056]11电源适配器10的功率发送器
[0057]12能量存储单元、电池、蓄电池
[0058]13电源适配器10的
[0059]14电源适配器10的
[0060]15电源适配器10的
[0061]16通信接口
[0062]16a USB 电缆
[0063]17电源适配器10的
[0064]18无线通信连接
[0065]20控制和监控单元
[0066]30外部充电单元
【权利要求】
1.一种用配置成与外部单元进行数据通信的射频模块(2)连接到有线网络上的现场设备(I)的供电系统，其中所述射频模块(2)连接至所述现场设备(I)且具有供电单元(3)， 其特征在于， -提供电源适配器(10)，其具有用于无线功率传输至所述供电单元(3)的功率发送器(11)， -所述供电单元(3)配置有功率接收器(4)，而所述功率接收器(4)和所述功率发送器(11)是电感耦合进行功率传输。
2.根据权利要求1的供电系统，其特征在于，所述电源适配器(10)配置有能量存储单元(12 )，给所述功率发送器(11)供电。
3.根据权利要求2的供电系统，其特征在于， -所述电源适配器(10)具有功率接收器(13)，用于从外部充电单元(30)进行无线功率传输，并且 -所述功率接收器(13)配置成将从所述外部充电单元(30)接收的能量供给到所述能量存储单元(12)的存储部。
4.根据权利要求1的供电系统，其特征在于， -所述电源适配器(10)具有射频模块(14)并且， -具有所述射频模块(14)的所述电源适配器(10)被配置为外部单元，进行与所述现场设备(I)的射频模块(2)的数据通信。
5.根据权利要求4的供电系统， 其特征在于，所述电源适配器(10)配置有能量存储单元(12)，用于给所述功率发送器(11)和所述射频模块(14 )供电。
6.根据权利要求4或5的供电系统,其特征在于， -所述电源适配器(10)具有通信接口( 16)，并且 -提供控制和监控单元(20 )，配置来经由所述通信接口( 16 )与所述电源适配器(10 )的射频模块(14)进行数据通信。
7.根据权利要求6的供电系统，其特征在于，所述通信接口(16)被配置用于无线数据传输。
8.根据权利要求6的供电系统，其特征在于，所述通信接口(16)被配置用于有线数据传输。
9.根据权利要求8的供电系统，其特征在于，所述通信接口(16)配置用于有线功率传输。
10.根据权利要求4至9其中一项权利要求的供电系统，其特征在于，所述电源适配器(10)配置有微处理器(17)，用于控制所述射频模块(2)与所述外部控制和监控单元(20)的数据通信。
【文档编号】H02J7/00GK103683526SQ201310407647
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2012年9月12日
【发明者】沃尔克·奥格尔 申请人:Vega格里沙贝两合公司