CN105446303A - 具有减小功耗的工业现场设备 - Google Patents

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Abstract

一种具有减小功耗的工业现场设备。本发明提供了一种用于监控或控制工业过程的现场设备(102)，包括两线过程控制回路(127)电连接。数字通信监控电路(162)耦合至电连接(127)，并被配置为响应于两线过程控制回路(126)上的数字信号而控制向现场设备(102)电路的供电。

Description

具有减小功耗的工业现场设备
技术领域
本发明涉及用于监控或控制工业过程的类型的现场设备。更具体地，本发明涉及为这样的现场设备供电。
背景技术
在工业过程中使用现场设备来监控过程的过程变量，或控制这样的过程变量。过程变量的示例包括：压力、温度、流速、液位等。典型地，现场设备位于“现场”中，远离中央位置。例如，这样的现场设备可以遍及炼油厂等。现场设备用于将所测量的过程变量传送回控制室，而控制器用于控制来自控制室的过程。
典型地，控制室和现场设备之间的通信通过两线过程控制回路而进行。示例控制回路包括4-20mA过程控制回路，在该回路中，通过回路的电流电平用于表示过程变量，控制回路根据通信协议、FieldBus协议、ProfiBus协议等进行操作。在许多配置中，现场设备也由通过两线过程控制回路接收的电能进行供电。
尽管现场设备典型地使用过程控制回路进行通信，但是存在需要无线通信的情况。例如，无线通信技术减小或消除了与现场设备相连的配线。在这样的无线配置中，可能不存在可用于向现场设备供电的过程控制回路。从而，必须使用备用电源。例如，在一些配置中，使用存储式电源(例如，来自电池、通过太阳能电池获得、或其他技术)对现场设备进行供电。在这样的配置中，期望减小现场设备所需的功耗。在其他情况下，该设备连接至有线过程控制回路，但还包括用于发送或接收通信的无线收发机。在这样的配置中，保存设备中的电源是有用的。
发明内容
一种用于监控或控制工业过程的现场设备，包括：两线过程控制回路电连接和具有上电(power-on)输入的现场设备电路。数字通信监控电路耦合至电连接，并响应于两线过程控制回路上的数字信号向现场设备电路的上电输入提供信号。还提供了一种控制用于监控或控制工业过程的类型的现场设备中的电路操作的方法。所述方法包括：监控两线过程控制回路上承载的信号，并检测通信信号。响应于两线过程控制回路上检测到的数字通信信号，向现场设备电路供电。
附图说明
图1是示出了过程控制或监控系统的简要框图。
图2是示出了根据本发明的现场设备的电路的框图。
图3是示出了本发明的数字通信监控电路的框图。
图4是示出了根据本发明的步骤的流程图。
具体实施方式
图1是包括现场设备102在内的工业过程控制系统100的简图，所示现场设备102耦合至过程管道106。所示的现场设备102包括过程接口元件108。例如，如果现场设备102被配置为变送器，则过程接口元件可以包括用于感测过程变量的传感器。类似地，如果现场设备102被配置为以过程控制器而操作，则过程接口108可以包括控制元件。为了进一步示意特定示例，如果现场设备102被配置为变送器，则可以对流过管道106的过程流体的流速进行测量。另一方面，如果现场设备102被配置为过程控制器，则可以用于对通过过程管道106的流体的流速进行控制。
现场设备102通过无线通信链路112与其他位置(如过程控制室110)进行通信。无线通信链路112在现场设备102的天线114和控制室110的天线116之间延伸。天线116耦合至控制室110中的过程控制设备120。
尽管所示的现场设备102包括无线通信链路，还存在一些期望现场设备102通过两线过程控制回路(如过程控制回路126)进行通信的装置。在图1的示例中，所示的两线过程控制回路126耦合至用于与现场设备102进行通信并对现场设备102进行校准的手持式校准器128。例如当设备102需要校准或诊断时，仅需要将校准器128耦合至设备102。
如以下更详细所述，由于仅在一些情况下使用通过两线过程控制回路126的通信，本发明通过在电路、两线过程控制回路通信电路不使用时将其断电来减小现场设备102的功耗。数字通信监控电路用于监控过程控制回路126，并用于在检测到数字通信时对电路上电。
图2是更详细示出了现场设备102的电路的简要框图。现场设备102包括：通过过程接口电路148耦合至微处理器140的过程接口元件108(也在图1中示出)。微处理器140根据存储器148中存储的程序指令进行操作。微处理器140可以包括任何类型的数字控制器。无线通信电路144耦合至天线114。微处理器140通过无线通信电路144在通信链路112上进行通信。
电源150被提供和配置为向现场设备102的电路供电。例如，电源150可以包括电池或其他电源存储和/或产生器件。电源可以是独立的(selfcontained)并周期性再充电或替换的，或者可以耦合至充电装置，如太阳能电池或其他电源。所示开关154将过程回路通信电路156耦合至电源150。过程控制回路电路156用于通过过程控制126进行通信。通信电路156可以根据任何通信协议(包括例如通信协议、FieldBus协议、ProfiBus协议或其他)进行操作。通信电路156包括上电输入。上电输入可以是使电路156开始正常操作的“唤醒”输入。在这样的配置中，电路156可以永久地耦合至电源150，并且仅当其接收到唤醒信号时吸取更多电能。类似地，上电输入可以包括提供给电路156的电源输入。在图2的配置中，开关154将电能从电源150耦合至通信电路156。在另一示例配置中，通信电路156永久地连接至电源150，并在上电输入上接收到输入时进入正常操作模式。在任一情况下，上电输入响应于来自数字通信监控电路162的信号160。数字通信监控电路162还通过电连接器126耦合至过程控制回路126。在正常操作期间，微处理器140通过无线通信电路144在无线通信链路112上进行通信。在正常操作期间，过程控制回路通信电路不会上电，或以其他方式被配置为需要最小的电能。然而，如果数字通信监控电路162监测到过程控制回路126上承载的数字通信信号，则过程控制回路通信电路156进入正常通信模式，请求吸取更多的电能。数字通信监控电路162可以根据任何技术进行操作，并可以被配置为响应于在过程控制回路126上检测到的任何类型的通信信号。此外，在一种配置中，当在过程控制回路126上检测到数字信号时，来自过程控制回路126的电能可以用于对电源150再充电或向电源150供电。
图3是更详细示出的数字通信监控电路162的简要框图。监控电路162耦合至过程控制回路126。通过带通滤波器180对来自过程控制回路126的信号进行滤波。向比较器182提供来自带通滤波器180的输出，比较器180将来自滤波器180的输出与第一阈值进行比较。比较器182基于该比较而向低通滤波器184提供输出。低通滤波器184向第二比较器186提供输出，第二比较器186将该输出与第二阈值进行比较。基于该比较，直接地或通过开关154向回路通信电路156的上电输入提供输出，使得回路通信电路进入上电模式。
电路162对回路126上的数字通信进行监控。例如，该滤波器可以用来消除进入到电子设备中的假信号。比较器182将滤波后的信号与已知的参考电压进行比较。这向低通滤波器184提供方波输出。方波输出是输入数字通信信号的函数。为了避免假中断，再次使用低通滤波器184对方波信号进行滤波。这有助于确保输入数据传输实际上是数字通信消息，并不是简单的随机噪声。在最后阶段，利用比较器186将滤波后的方波输出与已知电压进行比较。然后提供比较器186的输出来控制由过程控制回路通信电路156使用的电能。在另一示例配置中，把来自数字通信监控电路的输出160作为中断185提供给微处理器140。然后，微处理器140被配置为控制过程控制回路通信电路156所使用的电能。在这样的配置中，微处理器140可以使电路156进入低功率模式。例如，可以使用这样的配置，从而可以在微处理器140组装用于通过处理器控制回路126进行传输的通信数据时使通信电路156离线(offline)。
图4是示出了根据本发明的步骤的简要框图200。框图200在开始框202开始，并将控制传递至框204，在框204处对过程控制回路126上的信号进行监控。在步骤206，基于来自两线过程控制回路的监控信号来检测通信信号。在步骤208，响应于检测到的通信，向现场设备102的电路供电。这些步骤可以以硬件、软件或这二者的组合来实现。
尽管已参照优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将认识到，在不背离本发明的精神和范围的前提下可以进行形式和细节上的改变。尽管这里阐述的示意示出了向通信电路供电，本发明可以用于控制现场设备102内的任何电路(包括数字电路、模拟电路或组合)的供电或操作。这样的现场设备电路可以包括，例如微处理器、或其他数字控制电路。

Claims (11)

1.一种用于监控或控制工业过程的现场设备，包括：
两线过程控制回路电连接，被配置为耦合至两线过程控制回路；
具有上电输入的现场设备电路，被配置为当响应于所述上电输入而被供电时在所述两线过程控制回路上进行通信；
数字通信监控电路，耦合至电连接并被配置为检测所述两线过程控制回路上的符合HART通信协议的数字通信信号；
带通滤波器，能够对来自所述两线过程控制回路的数字通信信号进行滤波；以及
第一比较器，能够将所述带通滤波器的输出与第一阈值进行比较，并向低通滤波器提供方波输出；
其中，所述方波输出是所述数字通信信号的函数，以及所述方波信号适于使用所述低通滤波器再次进行滤波，以避免假中断。
2.根据权利要求1所述的设备，包括开关，所述开关被配置为响应于数字通信监控电路而将电能耦合至现场设备电路的上电输入。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，上电输入包括现场设备电路的唤醒输入，所述唤醒输入响应于数字通信监控电路。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，两线过程控制回路包括4-20mA过程控制回路。
5.根据权利要求1所述的设备，包括被配置为感测过程变量的过程变量传感器。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，两线过程控制回路被配置为耦合至用于配置现场设备的便携式配置工具。
7.一种用于控制现场设备中的电路的操作的方法，所述现场设备是用于监控或控制工业过程的类型的现场设备，所述方法包括：
监控两线过程控制回路上承载的信号；
根据两线过程控制回路上所监控的信号，检测符合HART通信协议的数字通信信号；
对来自所述两线过程控制回路的数字通信信号进行滤波；
将滤波后的信号与第一阈值进行比较，并向低通滤波器提供方波输出；
其中，所述方波输出是所述数字通信信号的函数，以及所述方波信号适于使用所述低通滤波器再次进行滤波，以避免假中断。
8.根据权利要求7所述的方法，包括：响应于数字通信监控电路将电能耦合至现场设备电路的上电输入。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，上电输入包括微处理器的唤醒输入。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，两线过程控制回路包括4-20mA过程控制回路。
11.根据权利要求7所述的方法，包括：利用过程变量传感器来感测过程变量。
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