專利名稱：具有減小功耗的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于監(jiān)控或控制工業(yè)過程的類型的現(xiàn)場設(shè)備。更具體 地，本發(fā)明涉及為這樣的現(xiàn)場設(shè)備供電。
背景技術(shù)：
在工業(yè)過程中使用現(xiàn)場設(shè)備來監(jiān)控過程的過程變量，或控制這樣 的過程變量。過程變量的示例包括壓力、溫度、流速、液位等。典 型地，現(xiàn)場設(shè)備位于"觀場"中，遠(yuǎn)離中央位置。例如，這樣的現(xiàn)場 設(shè)備可以遍及煉油廠等?，F(xiàn)場設(shè)備用于將所測量的過程變量傳送回控 制室，而控制器用于控制來自控制室的過程。
典型地，控制室和現(xiàn)場設(shè)備之間的通信通過兩線過程控制回路而
進(jìn)行。示例控制回路包括4-20mA過程控制回路，在該回路中，通過回 路的電流電平用于表示過程變量，控制回路根據(jù)HART⑧通信協(xié)議、 FieldBus協(xié)議、ProflBus協(xié)議等進(jìn)行操作。在許多配置中，現(xiàn)場設(shè)備也 由通過兩線過程控制回路接收的電能進(jìn)行供電。
盡管現(xiàn)場設(shè)備典型地使用過程控制回路進(jìn)行通信，但是存在需要 無線通信的情況。例如，無線通信技術(shù)減小或消除了與現(xiàn)場設(shè)備相連 的配線。在這樣的無線配置中，可能不存在可用于向現(xiàn)場設(shè)備供電的 過程控制回路。從而，必須使用備用電源。例如，在一些配置中，使 用存儲(chǔ)式電源(例如，來自電池、通過太陽能電池獲得、或其他技術(shù)) 對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行供電。在這樣的配置中，期望減小現(xiàn)場設(shè)備所需的功 耗。在其他情況下，該設(shè)備連接至有線過程控制回路，但還包括用于 發(fā)送或接收通信的無線收發(fā)機(jī)。在這樣的配置中，保存設(shè)備中的電源 是有用的
發(fā)明內(nèi)容
一種用于監(jiān)控或控制工業(yè)過程的現(xiàn)場設(shè)備，包括兩線過程控制
回路電連接和具有上電(power-on)輸入的現(xiàn)場設(shè)備電路。數(shù)字通信 監(jiān)控電路耦合至電連接，并響應(yīng)于兩線過程控制回路上的數(shù)字信號(hào)向 現(xiàn)場設(shè)備電路的上電輸入提供信號(hào)。還提供了一種控制用于監(jiān)控或控 制工業(yè)過程的類型的現(xiàn)場設(shè)備中的電路操作的方法。所述方法包括
監(jiān)控兩線過程控制回路上承載的信號(hào)，并檢測通信信號(hào)。響應(yīng)于兩線 過程控制回路上檢測到的數(shù)字通信信號(hào)，向現(xiàn)場設(shè)備電路供電。


圖l是示出了過程控制或監(jiān)控系統(tǒng)的簡要框圖。
圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的現(xiàn)場設(shè)備的電路的框圖。
圖3是示出了本發(fā)明的數(shù)字通信監(jiān)控電路的框圖。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是包括現(xiàn)場設(shè)備102在內(nèi)的工業(yè)過程控制系統(tǒng)100的簡圖，所 示現(xiàn)場設(shè)備102耦合至過程管道106。所示的現(xiàn)場設(shè)備102包括過程接口 元件108。例如，如果現(xiàn)場設(shè)備102被配置為變送器，則過程接口元件 可以包括用于感測過程變量的傳感器。類似地，如果現(xiàn)場設(shè)備102被配 置為以過程控制器而操作，則過程接口108可以包括控制元件。為了進(jìn) 一步示意特定示例，如果現(xiàn)場設(shè)備102被配置為變送器，則可以對(duì)流過 管道106的過程流體的流速進(jìn)行測量。另一方面，如果現(xiàn)場設(shè)備102被 配置為過程控制器，則可以用于對(duì)通過過程管道106的流體的流速進(jìn)行 控制。
現(xiàn)場設(shè)備102通過無線通信鏈路112與其他位置(如過程控制室 110)進(jìn)行通信。無線通信鏈路112在現(xiàn)場設(shè)備102的天線114和控制室 110的天線116之間延伸。天線116耦合至控制室110中的過程控制設(shè)備 120。
盡管所示的現(xiàn)場設(shè)備102包括無線通信鏈路，還存在一些期望現(xiàn) 場設(shè)備102通過兩線過程控制回路(如過程控制回路126)進(jìn)行通信的裝置。在圖l的示例中，所示的兩線過程控制回路126耦合至用于與現(xiàn) 場設(shè)備102進(jìn)行通信并對(duì)現(xiàn)場設(shè)備102進(jìn)行校準(zhǔn)的手持式校準(zhǔn)器128。例 如當(dāng)設(shè)備102需要校準(zhǔn)或診斷時(shí)，僅需要將校準(zhǔn)器128耦合至設(shè)備102。
如以下更詳細(xì)所述，由于僅在一些情況下使用通過兩線過程控制 回路126的通信，本發(fā)明通過在電路、兩線過程控制回路通信電路不使 用時(shí)將其斷電來減小現(xiàn)場設(shè)備102的功耗。數(shù)字通信監(jiān)控電路用于監(jiān)控 過程控制回路126，并用于在檢測到數(shù)字通信時(shí)對(duì)電路上電。
圖2是更詳細(xì)示出了現(xiàn)場設(shè)備102的電路的簡要框圖?，F(xiàn)場設(shè)備 102包括通過過程接口電路148耦合至微處理器140的過程接口元件 108(也在圖1中示出)。微處理器140根據(jù)存儲(chǔ)器148中存儲(chǔ)的程序指令 進(jìn)行操作。微處理器140可以包括任何類型的數(shù)字控制器。無線通信電 路144耦合至天線U4。微處理器140通過無線通信電路144在通信鏈路 112上進(jìn)行通信。
電源150被提供和配置為向現(xiàn)場設(shè)備102的電路供電。例如，電源 150可以包括電池或其他電源存儲(chǔ)和/或產(chǎn)生器件。電源可以是獨(dú)立的 (self contained)并周期性再充電或替換的，或者可以耦合至充電裝 置，如太陽能電池或其他電源。所示開關(guān)154將過程回路通信電路156 耦合至電源150。過程控制回路電路156用于通過過程控制126進(jìn)行通 信。通信電路156可以根據(jù)任何通信協(xié)議(包括例如HART⑧通信協(xié)議、 FieldBus協(xié)議、ProfiBus協(xié)議或其他)進(jìn)行操作。通信電路156包括上 電輸入。上電輸入可以是使電路156開始正常操作的"喚醒"輸入。在 這樣的配置中，電路156可以永久地耦合至電源150，并且僅當(dāng)其接收 到喚醒信號(hào)時(shí)吸取更多電能。類似地，上電輸入可以包括提供給電路 156的電源輸入。在圖2的配置中，開關(guān)154將電能從電源150耦合至通 信電路156。在另一示例配置中，通信電路156永久地連接至電源150，
并在上電輸入上接收到輸入時(shí)進(jìn)入正常操作模式。在任一情況下，上 電輸入響應(yīng)于來自數(shù)字通信監(jiān)控電路162的信號(hào)160。數(shù)字通信監(jiān)控電 路162還通過電連接器126耦合至過程控制回路126。在正常操作期間， 微處理器140通過無線通信電路144在無線通信鏈路112上進(jìn)行通信。在 正常操作期間，過程控制回路通信電路不會(huì)上電，或以其他方式被配置為需要最小的電能。然而，如果數(shù)字通信監(jiān)控電路162監(jiān)測到過程控 制回路126上承載的數(shù)字通信信號(hào)，則過程控制回路通信電路156進(jìn)入 正常通信模式，請(qǐng)求吸取更多的電能。數(shù)字通信監(jiān)控電路162可以根據(jù) 任何技術(shù)進(jìn)行操作，并可以被配置為響應(yīng)于在過程控制回路126上檢測
到的任何類型的通信信號(hào)。此外，在一種配置中，當(dāng)在過程控制回路 126上檢測到數(shù)字信號(hào)時(shí)，來自過程控制回路126的電能可以用于對(duì)電 源150再充電或向電源150供電。
圖3是更詳細(xì)示出的數(shù)字通信監(jiān)控電路162的簡要框圖。監(jiān)控電路 162耦合至過程控制回路126。通過帶通濾波器180對(duì)來自過程控制回路 126的信號(hào)進(jìn)行濾波。向比較器182提供來自帶通濾波器180的輸出，比 較器180將來自濾波器180的輸出與第一閾值進(jìn)行比較。比較器182基于 該比較而向低通濾波器184提供輸出。低通濾波器184向第二比較器186 提供輸出，第二比較器186將該輸出與第二閾值進(jìn)行比較?；谠摫容^， 直接地或通過開關(guān)154向回路通信電路156的上電輸入提供輸出，使得 回路通信電路進(jìn)入上電模式。
電路162對(duì)回路126上的數(shù)字通信進(jìn)行監(jiān)控。例如，該濾波器可以 用來消除進(jìn)入到電子設(shè)備中的假信號(hào)。比較器182將濾波后的HART⑧ 信號(hào)與己知的參考電壓進(jìn)行比較。這向低通濾波器184提供方波輸出。 方波輸出是輸入數(shù)字通信信號(hào)的函數(shù)。為了避免假中斷，再次使用低 通濾波器184對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行濾波。這有助于確保輸入數(shù)據(jù)傳輸實(shí)際上 是數(shù)字通信消息，并不是簡單的隨機(jī)噪聲。在最后階段，利用比較器 186將濾波后的方波輸出與己知電壓進(jìn)行比較。然后提供比較器186的 輸出來控制由過程控制回路通信電路156使用的電能。在另一示例配置 中，把來自數(shù)字通信監(jiān)控電路的輸出160作為中斷185提供給微處理器 140。然后，微處理器140被配置為控制過程控制回路通信電路156所使 用的電能。在這樣的配置中，微處理器140可以使電路156進(jìn)入低功率 模式。例如，可以使用這樣的配置，從而可以在微處理器140組裝用于 通過處理器控制回路126進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ艛?shù)據(jù)時(shí)使通信電路156離線 (offline )。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的步驟的簡要框圖200?？驁D200在開始的信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控。在步驟206，基于來自兩線過程控制回路的監(jiān)控信號(hào) 來檢測通信信號(hào)。在步驟208，響應(yīng)于檢測到的通信，向現(xiàn)場設(shè)備102 的電路供電。這些步驟可以以硬件、軟件或這二者的組合來實(shí)現(xiàn)。
盡管己參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí) 到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的 改變。盡管這里闡述的示意示出了向通信電路供電，本發(fā)明可以用于 控制現(xiàn)場設(shè)備102內(nèi)的任何電路(包括數(shù)字電路、模擬電路或組合)的 供電或操作。這樣的現(xiàn)場設(shè)備電路可以包括，例如微處理器、或其他 數(shù)字控制電路。
權(quán)利要求
1、一種用于監(jiān)控或控制工業(yè)過程的現(xiàn)場設(shè)備，包括兩線過程控制回路電連接；具有上電輸入的現(xiàn)場設(shè)備電路；以及數(shù)字通信監(jiān)控電路，耦合至電連接并被配置為響應(yīng)于兩線過程控制回路上的數(shù)字信號(hào)而向現(xiàn)場設(shè)備的上電輸入提供信號(hào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，包括開關(guān)，所述開關(guān)被配置為響 應(yīng)于數(shù)字通信監(jiān)控電路而將電能耦合至現(xiàn)場設(shè)備電路的上電輸入。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，上電輸入包括現(xiàn)場設(shè)備電 路的喚醒輸入，所述喚醒輸入響應(yīng)于數(shù)字通信監(jiān)控電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，兩線過程控制回路上的數(shù) 字信號(hào)包括根據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的數(shù)字通信信號(hào)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議包括HART⑧通信協(xié)議。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，兩線過程控制回路包括 4-20mA過程控制回路。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，現(xiàn)場設(shè)備完全由從兩線過 程控制回路接收的電能來供電。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，包括RF通信電路。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，包括被配置為感測過程變量的過 程變量傳感器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，數(shù)字通信監(jiān)控電路包括 濾波器。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，數(shù)字通信監(jiān)控電路包括 比較器，所述比較器被設(shè)置為將信號(hào)與閾值電平進(jìn)行比較，響應(yīng)于此， 向現(xiàn)場設(shè)備電路的上電輸入提供信號(hào)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，包括帶通濾波器、第一比較 器、低通濾波器以及第二比較器，第一比較器被配置為將帶通濾波器 的輸出與第一閾值進(jìn)行比較，第二比較器被配置為將來自低通濾波器的輸出與第二閾值進(jìn)行比較。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，來自第一比較器的輸出包括方波。
14、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，包括電池，所述電池被配置為 向現(xiàn)場設(shè)備的電路供電。
15、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，兩線過程控制回路被配 置為耦合至用于配置現(xiàn)場設(shè)備的便攜式配置工具。
16、 一種用于控制現(xiàn)場設(shè)備中的電路的操作的方法，所述現(xiàn)場設(shè)備是用于監(jiān)控或控制工業(yè)過程的類型的現(xiàn)場設(shè)備，所述方法包括監(jiān)控兩線過程控制回路上承載的信號(hào)；根據(jù)兩線過程控制回路上所監(jiān)控的信號(hào)來檢測通信信號(hào)；以及 響應(yīng)于兩線過程控制回路上檢測到的數(shù)字通信信號(hào)而向現(xiàn)場設(shè) 備電路供電。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括響應(yīng)于數(shù)字通信監(jiān)控電路將電能耦合至現(xiàn)場設(shè)備電路的上電輸入。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，上電輸入包括微處理器 的喚醒輸入。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，兩線過程控制回路上的通信信號(hào)包括根據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的數(shù)字通信信號(hào)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，兩線過程控制回路包括 4-20mA過程控制回路。
21、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括與RF通信電路進(jìn)行通信。
22、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括利用過程變量傳感器來 感測過程變量。
23、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括對(duì)兩線過程控制回路上的信號(hào)進(jìn)行濾波。
24、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，包括比較所監(jiān)控的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于監(jiān)控或控制工業(yè)過程的現(xiàn)場設(shè)備(102)，包括兩線過程控制回路(127)電連接。數(shù)字通信監(jiān)控電路(162)耦合至電連接(127)，并被配置為響應(yīng)于兩線過程控制回路(126)上的數(shù)字信號(hào)而控制向現(xiàn)場設(shè)備(102)電路的供電。
文檔編號(hào)G05B19/042GK101681152SQ200880016735
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者埃里克·R·勒弗格倫, 理查德·L·內(nèi)爾森, 詹姆斯·A·約翰遜 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司