CN108780965B - 用于无线传输信息的自动化技术的现场设备的壳体盖 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于无线通信的现场设备(2)的壳体盖(1)，包括螺纹(110)、通信单元(120)、电池单元(130)和通信接口(140)，其中，所述螺纹(110)被设计为使得壳体盖(1)能够固定到所述现场设备(2)，其中，所述通信单元(120)被设计为无线地接收并且发射信息，其中，所述电池单元(130)被设计为向所述通信单元(120)和/或所述现场设备(2)提供电能，其中，所述壳体盖(1)的通信接口(140)与所述电池单元(130)、与所述通信单元(120)、以及经由所述现场设备(2)的相应的通信接口(210)与所述现场设备(2)电接触，以及其中，所述壳体盖(1)的通信接口(140)被设计为在所述通信单元(120)与所述现场设备(2)之间交换信息，并且在所述壳体盖的通信接口(140)和所述现场设备(2)的相应的通信接口(210)之间传输电能。

Description

用于无线传输信息的自动化技术的现场设备的壳体盖
技术领域
本发明涉及一种用于无线传输信息的自动化技术的现场设备的壳体盖。
背景技术
从现有技术中已知用在工业工厂中的现场设备。现场设备通常应用于过程自动化技术以及制造自动化技术中。原则上称为现场设备的是所有设备，这些设备应用于过程附近并且传递或处理过程相关信息。现场设备用于记录和/或影响过程变量。用于记录过程变量的是利用传感器的测量设备。这些设备被用于例如压力和温度测量、电导率测量、流量测量、pH测量、料位测量等，记录相应的过程变量、压力、温度、电导率、pH值、料位、流量等。用于影响过程变量的是致动器。这些致动器是例如泵或阀，其可以影响管或管道中的液体的流量或容器中的料位。除了上述测量设备和致动器之外，被称为现场设备的还有远程I/O、无线电适配器，以及通常设置在现场级的设备。
Endress+Hauser集团公司生产和销售大量此类现场设备。
在现代工业工厂中，现场设备通常经由通信网络，诸如现场总线(
Figure BDA0001806139320000011
Fieldbus、
Figure BDA0001806139320000012
等)与上级单元连接。通常，上级单元是控制系统或控制单元，诸如PLC(可编程逻辑控制器)。此外，上级单元，除其他之外，用于过程控制、过程可视化、过程监控以及现场设备的启动。由现场设备，尤其是其传感器记录的测量值经由特定总线系统被发射到(或者在给定情况下，多个)一个或多个上级单元。除此之外，还需要从上级单元经由总线系统到现场设备的数据传输，尤其是用于配置和参数化现场设备以及用于操作致动器。
除了现场设备和上级单元之间的有线数据传输之外，数据传输也可以无线地发生。特别是，在总线系统、
Figure BDA0001806139320000021
Foundation
Figure BDA0001806139320000022
和
Figure BDA0001806139320000023
中提供经由无线电的无线数据传输。在标准IEEE 802.15.4中详细地说明用于传感器的无线电或无线网络。
为了实现无线数据传输，较新的现场设备，尤其是传感器和致动器被实现为无线电现场设备，在给定情况下被实现为自给自足的无线电现场设备。这些设备通常具有作为整体部件的无线通信接口和电流源。在这种情况下，无线通信接口和电流源可以在现场设备中或在与现场设备持久连接的无线电单元中提供。电流源实现现场设备的自给能量供应。
除此之外，还存在可以通过将现场设备与至少一个无线电单元耦合，将没有内部无线通信接口(由此已安装的基站)的现场设备转换为无线电现场设备的选择。例如，在公开WO 2005/103851 A1中描述了相应的无线电单元。无线电单元通常可释放地连接到现场设备的通信接口。经由该通信接口，现场设备可以将待经由总线系统传输的数据传输到无线电单元，然后经由无线电，将该数据发射到预期位置。相反，无线电单元可以经由无线电接收数据并且经由通信接口，将其转发到现场设备。然后，为现场设备提供电能通常经由无线电单元的供电单元发生。
Endress+Hauser集团以DVA70的名称生产和销售支持无线
Figure BDA0001806139320000024
协议的相应的无线电单元。
无线电单元的电流供给在这种情况下通常经由电池实现。在有爆炸危险的环境中更换电池尤其关键，因为无线电单元的壳体通常必须被打开。此外，翻新旧的现场设备是困难的，因为在给定的情况下，无线电单元和现场设备的连接器彼此不兼容。此外，无线电单元和现场设备之间的连接在机械上较弱，由此在作用在无线电单元上的无意的力的情况下，可能发生无线电单元与现场设备断开。
发明内容
基于上文，本发明的目的是一种壳体盖，其能够以简单的方式为现场设备配备无线通信能力，以及提供与现场设备的机械稳定连接。
该目的通过一种用于无线传输信息的自动化技术的现场设备的壳体盖实现，其包括螺纹、接收和发射单元、电池单元和通信接口，
其中，螺纹被实现并且设置在壳体盖上，以使得通过螺纹，壳体盖能够固定到现场设备，
其中，接收和发射单元被实现为无线地接收由至少一个外部单元产生的信息并且将由现场设备产生的信息发射到外部单元，
其中，电池单元被实现为向接收和发射单元和/或现场设备提供电能，
其中，壳体盖的通信接口与电池单元、与接收和发射单元、以及经由现场设备的相应的通信接口与现场设备电接触，以及
其中，壳体盖的通信接口被实现为经由通信接口和现场设备的相应的通信接口，在接收和发射单元与现场设备之间交换信息，并且在壳体盖的通信接口和现场设备的相应的通信接口之间传输电能。
与已知的解决方案相比，本发明的壳体盖提供了一系列优点。以现场设备的壳体盖的形式的实施例使得能够通过用本发明的壳体盖替换现场设备的传统壳体盖，来为所有类型的现场设备装备无线通信能力。仅必须使螺纹的尺寸与感兴趣的现场设备类型的尺寸匹配。此外，由于所利用的螺纹连接，壳体盖的连接在机械上非常稳固。
接收和发射单元尤其可以是天线。取决于应当经由其交换信息的无线电标准或无线电协议，无线电单元也可以被实现为线圈，例如，在使用NFC或RFID的情况下。
外部单元可以是例如路由器，例如以网关的形式。替选地，外部单元可以是另一种具有无线通信能力的现场设备或计算机单元。例如，用于通过无线通信，配置和/或参数化现场设备的计算机单元可以是例如固定计算机单元，例如服务PC或甚至移动计算机单元，尤其是移动终端设备，诸如智能电话或平板电脑。
所发射的信息尤其是由现场设备产生的信息，诸如过程测量值或诊断数据。所接收的信息尤其是以控制命令或配置/参数命令的形式的信息。
在本发明的壳体盖的尤其优选的实施例中，提供壳体盖具有封闭部件，封闭部件在壳体盖的面向现场设备的端部区域处封闭壳体盖，以及其中，在封闭部件上，提供至少一个开口，经由开口，壳体盖的通信接口与现场设备的相应的通信接口能够电接触。因为该开口，不必打开壳体盖而使壳体盖的通信接口与现场设备的相应的通信接口电接触。
在这种情况下，封闭部件可以是杯状的。经由搭扣机构，封闭部件可以被持久地固定在壳体盖的面向现场设备的端部区域上。
在本发明的壳体盖的第一变型中，提供封闭部件与壳体盖一起铸造或封装，使得壳体盖适合于用在爆炸危险环境中。在爆炸危险环境中，例如，在具有可燃气体的环境中，由于铸造或封装的结果，因为壳体盖的内部，尤其是电池单元，不能与气体接触，所以没有电弧会点燃气体。作为附加保护，可以提供保护电路，该保护电路设置在壳体盖的通信接口和电池单元之间。这限制了流向通信接口的最大可用电流，使得不可能点燃气体。
在需要更换电池的情况下，可以更换整个铸造或封装的壳体盖。在这种情况下，因为在固定和松开壳体盖时，在壳体盖的通信接口处或在现场设备的相应的壳体接口处，或在被实现为弹簧触针或插头触点的其触点处，不会发生电弧放电，所以提供在爆炸危险环境中更换壳体盖是可能的。
在本发明的壳体盖的有利实施例中，壳体盖的通信接口或现场设备的相应的通信接口具有至少一个弹簧触点或插头触点，用于使壳体盖的通信接口与现场设备的相应的通信接口接触，触点被引导穿过封闭部件的开口并且从封闭部件伸出。这是特别有利的，因为不必打开设备盖以便与现场设备连接。能够以简单且快速的方式可靠地进行连接。
在本发明的壳体盖的有利的进一步发展中，提供至少一个电缆连接，至少一个电缆连接被引导穿过封闭部件的开口并且将壳体盖的通信接口与现场设备的通信接口连接。特别地，在壳体盖附近未设置相应的通信接口的现场设备可以以简单的方式与壳体盖电接触。
在本发明的壳体盖的第二变形中，提供电池单元由电池和电池座组成并且电池和电池座被封装。在这种情况下，封闭部件不与壳体盖一起铸造或封装。当需要时，可以以简单的方式更换电池单元。封装电池单元防止了电弧放电，从而确保了在爆炸危险区域中安全应用本发明的壳体盖。
在本发明的壳体盖的有利的进一步发展中，在壳体盖中提供用于控制接收和发射单元的电子器件。此电子器件由电池单元或现场设备提供电能，并且与现场设备的相应的通信接口和接收和发射单元电接触。当现场设备是其电子器件不适合于符合无线协议的较旧的示例时，这是特别有利的。壳体盖中的电子器件可以执行将待发射的信息转换为符合无线协议，以及评估所接收的信息并且将其转发给现场设备。
在本发明的壳体盖的另一进一步发展中，在现场设备中提供用于控制接收和发射单元的电子器件。此电子器件由电池单元或现场设备提供电能，并且与现场设备的相应的通信接口电接触。
在本发明的壳体盖的优选的进一步发展中，在壳体盖中提供交互/显示元件，用于与现场设备交互和/或用于显示现场设备相关信息，其中，交互/显示元件由电池单元或现场设备提供电能。显示功能优选地由显示单元提供。与现场设备的交互尤其经由触敏显示器或经由位于交互/显示元件上的诸如按钮或按键的输入元件发生。
在本发明的壳体盖的有利的进一步发展中，提供壳体盖至少部分地由金属材料制成。金属材料的应用确保了高机械强度和良好的电磁屏蔽。
本发明的壳体盖的有利实施例提供接收和发射单元设置在壳体盖的外部。当壳体盖主要由金属材料制成时，这尤其有意义。金属材料的应用削弱了接收和发射单元的发射信号。为此，接收和发射单元可以设置在壳体盖的外部并且经由另一开口与壳体盖的内部，尤其是与壳体盖的电子器件和/或壳体盖的通信接口电接触。
在本发明的壳体盖的优选的进一步发展中，提供壳体盖至少部分地由塑料制成。塑料的应用确保了低材料成本的壳体盖的成本效益制造。此外，塑料可以被实施为确保壳体盖对侵蚀性环境影响的抗腐蚀性。
在壳体盖主要由金属材料制成的情况下，可以提供塑料或类似的非金属材料的部件，接收和发射单元设置在该部件之后。通过该部件，接收和发射单元的信号可以离开，并且从外部单元发射的信号可以进入。
在壳体盖主要由塑料制成的情况下，接收和发射单元可以被直接集成到壳体盖中，尤其是集成在壳体盖的壁中。
同样地，可以提供组合金属材料和塑料。例如，可以提供金属壳体盖芯，其在所有侧面上在朝外的表面上和朝内的表面上由塑料护套包围。这种组合一方面提供了金属材料的机械稳定性，另一方面提供了塑料材料的耐腐蚀性能。
在本发明的壳体盖的尤其优选的实施例中，提供接收和发射单元用来经由无线网络协议，特别是WLAN、无线HART、蓝牙、Zigbee和/或NFC/RFID，发射和/或接收现场设备相关信息。原则上，可以提供所有已制定的无线网络协议。
附图说明
现在，将基于附图更详细地解释本发明，附图示出如下：
图1是用在爆炸危险环境中的本发明的壳体盖的实施例的第一示例；以及
图2是本发明的壳体盖的实施例的第二示例。
具体实施方式
图1示出了用在爆炸危险环境中的本发明的壳体盖1的实施例的第一示例。壳体盖1由金属材料制成。位于壳体盖1内部的是接收和发射单元120，其被固定到壳体盖1的壁上。由于金属削弱了由接收和发射单元120发送和接收的信号，固定接收和发射单元120的壳体盖1的壁的该分部包含非金属部件。这可以由例如塑料构成。替选地，接收和发射单元120可以设置在壳体盖1的外部并且经由穿过壳体盖1的壁中的开口的电缆与壳体盖1的内部连接。
接收和发射单元120用来使用无线网络协议，尤其是WLAN、无线
Figure BDA0001806139320000071
和/或NFC/RFID来发射和/或接收信号，从而发射和/或接收信息。原则上，可以使用所有已制定的无线网络协议。
为了接收和发射单元120的能源供给，电池单元130位于壳体盖1的内部，其经由供电线VL与接收和发射单元120电接触。电池单元130由电池131组成，电池131保持在电池座132中。替选地，可以提供使用具有焊接触点的电池131，用于与电池座132持久连接。同样地，可以提供将电池131封装在电池座中。
接收和发射单元120以及电池单元130经由单独的供电线VL和数据线DL与位于壳体盖中的通信接口140连接。这用于与现场设备2的相应的通信接口210连接，壳体盖1拧在该现场设备2上。
通过封闭元件150，壳体盖1在其面向现场设备2的端部区域上被密封。仅提供开口151，用于使壳体盖的通信接口140与现场设备的相应的通信接口210接触。在这种情况下，经由弹簧触针141实现该接触，弹簧触针141被安装在壳体盖1的通信接口140上并且通过开口151从壳体盖伸出。替选地，电接触通过插头触点发生。
在图1的本发明的壳体盖1的实施例中的封闭元件150被实现为由金属材料构成的罐状元件。这完全地与壳体盖1一起铸造或封装，使得打开壳体盖1是不可能的。
通过位于壳体盖1上的螺纹110，壳体盖1被固定在现场设备2上。为此，现场设备2的传统壳体盖被拧下并且用本发明的壳体盖1替换。如果现场设备2具有两个腔室壳体，具有第一和第二壳体空间，其中，两个壳体空间用单独的壳体盖密封，则本发明的壳体盖1可以替换任何传统的壳体盖。在这种情况下，螺纹110可以被实现为外螺纹或内螺纹。经由例如以盖爪的形式的制动器，壳体盖1经受对现场设备的附加机械固定。
在这种情况下，壳体盖1的通信接口140与现场设备的相应的通信接口210电连接。与现场设备2的该相应的通信接口210连接的是现场设备的数据线DL'和供电线VL'。电池单元130可以经由供电线VL、VL'，由此为现场设备2供电。
在现场设备2中提供电子器件220。该电子器件220用于操作接收和发射单元120并且经由数据线DL、DL'连接接收和发射单元120。电子器件220可以由现场设备2或由壳体盖1的电池单元130提供电能。
由于壳体盖1与封闭元件150一起铸造或封装，壳体盖1适合于用在爆炸危险环境中。如果电池单元130被用光，则可以更换整个壳体盖1。该替换同样可以在爆炸危险环境中进行，利用现场设备2的传统无线电适配器，由于电弧放电的危险，这是不可能的，传统的无线电适配器的壳体必须被打开并且更换电池。
借助于本发明的壳体盖1，可以装配现场设备2，以这种方式，能用于无线通信，从而使用外部单元(未示出)接收和发送信息。外部单元可以是例如无线路由器，例如，以网关的形式。替选地，外部单元可以是另一个现场设备2或计算机单元。例如，通过无线通信，用于配置和/或参数化现场设备2的计算机单元可以是例如固定计算机单元，例如服务PC，或甚至移动计算机单元，尤其是移动终端设备，诸如智能电话或平板电脑。
所发射的信息尤其可以是由现场设备2产生的信息，诸如过程测量值或诊断数据。所接收的信息尤其是控制命令或配置/参数命令。
图2示出了本发明的壳体盖的实施例的第二替代示例。与图1中所示的壳体盖1相反，图2中所示的壳体盖由塑料制成。
封闭元件150在这种情况下，例如经由搭扣机构仅与壳体盖1机械连接。因此，与图1中所示的壳体盖1不同，可以打开壳体盖1。该变型尤其适合于用在非爆炸危险环境中。
除了图1中所示的壳体盖1的实施例的部件120、130、140之外，图2的实施例在壳体盖1中具有交互/显示元件170。该交互/显示元件170用于显示待发射的信息或所接收的信息，尤其是使用显示器。还可以显示其他现场设备相关信息。为了使壳体盖1中的交互/显示元件170可见，壳体盖可以具有集成在其面向现场设备外部的端部区域中的观察玻璃窗。此外，交互/显示元件170用于与现场设备2交互，尤其是经由触敏显示器或经由诸如按钮或按键阵列的输入元件。交互/显示元件170与数据线DL连接，与接收和发射单元120相同。交互/显示元件170的能量供给经由现场设备2或经由壳体盖的电池单元130发生，其中，在这种情况下，电池131被与电池座132封装。
此外，在图2中，电子器件160位于壳体盖中。电子器件160用于转换待发射的信息以符合无线协议和/或用于评估经由接收和发射单元120接收的信息并且将其转发给现场设备2。
除了图1和图2中所示的本发明的壳体盖1的实施例的示例之外，基于部件的组合，大量另外的实施例是可能的。当然，本发明可应用于所述壳体盖1的部件和特征的任何变型，并且不限于用在这些实施例中的示例。
参考符号列表
1 壳体盖
110 螺纹
120 接收和发射单元
130 电池单元
131 电池
132 电池座
140 通信接口
141 弹簧触点
142 插头触点
150 封闭部件
151 封闭部件的开口
160 壳体盖中的电子器件
170 交互/显示元件
2 现场设备
210 相应的通信接口
220 现场设备中的电子器件
DL、DL' 数据线
VL、VL' 供电线

Claims (12)

1.一种用于无线传输信息的自动化技术的现场设备(2)的壳体盖(1)，包括螺纹(110)、接收和发射单元(120)、电池单元(130)和通信接口(140)，
其中，所述螺纹(110)被实现并且设置在所述壳体盖(1)上，以使得通过所述螺纹(110)和所述现场设备(2)的互补螺纹，所述壳体盖(1)能够固定到所述现场设备(2)，
其中，所述接收和发射单元(120)被实现为无线地接收由至少一个外部单元产生的信息并且将由所述现场设备(2)产生的信息发射到所述外部单元(3)，
其中，所述电池单元(130)被实现为向所述接收和发射单元(120)和/或所述现场设备(2)提供电能，
其中，所述壳体盖(1)的所述通信接口(140)与所述电池单元(130)、与所述接收和发射单元(120)、以及经由所述现场设备(2)的相应的通信接口(210)与所述现场设备(2)电接触，以及
其中，所述壳体盖(1)的所述通信接口(140)被实现为经由所述通信接口(140)和所述现场设备(2)的所述相应的通信接口(210)，在所述接收和发射单元(120)与所述现场设备(2)之间交换信息，并且在所述壳体盖(1)的通信接口(140)和所述现场设备(2)的所述相应的通信接口(210)之间传输电能，
其中，封闭部件(150)与所述壳体盖(1)一起铸造或封装，以使得所述电池单元不与环境接触，并且以使得所述壳体盖(1)适合于用在爆炸危险环境中，
其中，在所述壳体盖(1)和所述现场设备(2)的螺纹接合期间形成所述壳体盖的通信接口(140)和所述现场设备的通信接口(210)的电接触。
2.如权利要求1所述的壳体盖(1)，其中，所述壳体盖(1)具有封闭部件(150)，所述封闭部件在所述壳体盖(1)的面向所述现场设备(2)的端部区域处封闭所述壳体盖(1)，以及其中，在所述封闭部件(150)上，提供至少一个开口(151)，通过所述开口(151)，所述壳体盖(1)的所述通信接口(140)与所述现场设备(2)的所述相应的通信接口(210)能够电接触。
3.如权利要求1或2所述的壳体盖(1)，其中，所述壳体盖的所述通信接口(140)或所述现场设备的所述相应的通信接口(210)具有至少一个弹簧触点(141)或插头触点(141)，用于使所述壳体盖的所述通信接口(140)与所述现场设备(2)的所述相应的通信接口(210)接触，其中触点被引导穿过所述封闭部件(150)的开口(151)并且从所述封闭部件(150)伸出。
4.如权利要求1或2所述的壳体盖(1)，其中，提供至少一个电缆连接，所述电缆连接被引导穿过所述封闭部件(150)的开口(151)并且将所述壳体盖(1)的所述通信接口(140)与所述现场设备(2)的所述通信接口(210)连接。
5.如权利要求1或2所述的壳体盖(1)，其中，在所述壳体盖(1)中提供用于控制所述接收和发射单元(120)的壳体盖中的电子器件(160)，并且所述壳体盖中的电子器件(160)由所述电池单元(130)或由所述现场设备(2)提供电能并且与所述现场设备(2)的所述相应的通信接口(210)以及与所述接收和发射单元(120)电接触。
6.如权利要求1或2所述的壳体盖(1)，其中，在所述现场设备中提供用于控制所述接收和发射单元(120)的现场设备中的电子器件(220)，并且所述现场设备中的电子器件(220)由所述电池单元(130)或由所述现场设备(2)提供电能并且与所述现场设备(2)的所述相应的通信接口(210)电接触。
7.如权利要求1或2所述的壳体盖(1)，其中，在所述壳体盖(1)中提供交互/显示元件(170)，用于与所述现场设备(2)交互和/或用于显示现场设备相关信息，其中，所述交互/显示元件(170)由所述电池单元(130)或由所述现场设备(2)提供电能。
8.如权利要求1或2所述的壳体盖(1)，其中，所述壳体盖(1)至少部分地由金属材料制成。
9.如权利要求8所述的壳体盖(1)，其中，所述接收和发射单元(120)设置在所述壳体盖(1)的外部。
10.如权利要求1或2所述的壳体盖(1)，其中，所述壳体盖(1)至少部分地由塑料制成。
11.如权利要求1或2所述的壳体盖(1)，其中，所述接收和发射单元(120)被实现为经由无线网络协议发射和/或接收现场设备相关信息。
12.如权利要求1或2所述的壳体盖(1)，其中，所述接收和发射单元(120)被实现为经由WLAN、无线HART、蓝牙、Zigbee和/或NFC/RFID发射和/或接收现场设备相关信息。
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