CN110178000A - 用于现场设备的传输器的通信适配器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适配器(6)，其用于双线现场设备(1)，特别是过程和/或自动化技术的双线现场设备，包括用于尤其是以无线的方式、尤其是以双向的方式与外部单元(20)通信的通信单元(13)，以及用于至少为通信单元(13)供给电能的能量存储单元(15)。根据本发明，所述适配器(6)包括实现尤其是用于适配器(6)的与现场设备(1)的第二连接元件(7b)接触，特别为电接触，的第一连接元件(7a)，第二连接元件(7b)是第一连接元件(7a)的互补，其中至少两个连接元件(7a、7b)被实施为至少为所述适配器(7a)供给电能和交换信息。此外，本发明涉及本发明的适配器的传输器以及具有本发明的适配器或本发明的传输器的双线现场设备。

Description

用于现场设备的传输器的通信适配器

技术领域

本发明涉及一种用于现场设备的传输器的适配器。所述适配器用作与带有外部单元的传输器的通信，特别是无线通信。此外，本发明涉及用于双线现场设备的传输器，特别是过程和/或自动化技术的双线现场设备，该传输器用作确定和/或监测至少一个过程变量，且该传输器包括本发明的适配器。

现有技术

用于确定、监测和/或影响多种过程变量的现场设备广泛应用于过程和/或自动化技术。这类现场设备的例子包括料位测量设备、流量测量设备、压力和温度测量设备、pH和/或pH-氧化还原电位测量设备，以及还有电导率测量设备，其用于记录相应的过程变量、料位、流量、压力、温度、pH值、氧化还原电位和电导率。这些中的每种测量设备的基本测量原理可以从现有技术中充分知晓，且在此处不再单独阐明。在流量测量设备的情形下，科里奥利、超声、涡街、热和/或磁感应流量测量设备是尤其重要的。料位测量设备特别地依次包括微波料位测量设备、超声料位测量设备、时域反射式料位测量设备(TDR)、放射式料位测量设备、电容式料位测量设备、电导式料位测量设备和/或温度敏感式料位测量设备。压力测量设备优选地包括绝对、相对和差值压力设备，而温度测量设备经常使用热电偶或随温度变化的电阻以确定温度。

在本发明的上下文中，原则上，所指的现场设备是所有设置在现场，因此原则上应用于接近过程以及传送或处理过程相关信息的所有设备。除了传感器和致动器之外，所指的现场设备通常也是直接连接到现场总线且用于与例如控制系统的控制单元进行通信的此类单元，即例如远程输入/输出、网关、链接设备和无线适配器或无线电适配器的单元。大量此类现场设备由Endress+Hauser集团的公司生产和销售。

现场设备通常使用用于信息显示和/或发送的装置，信息例如为操作状态、测量值、设备参数之类的数据。然而在信息显示的情况下，例如监控器或者还有光或声音指示元件，所述信息基本上在现场设备所在地局部可用，最广泛的通信手段允许信息发送到其他现场设备，或者还发送到上级单元，例如控制站。就这一点而言，大量的有线和无线标准和技术在现有技术中是公知的。然而在这种情况下，存在越来越大地消除有线数据传输单元的需求。采用这种方式，在工业应用中可以降低例如布线的成本，其意味着改善了适用性，从而能为使用者产生益处。此外，无线数据传输使得例如在启动情况下执行的操作明显更简单，尤其是关于现场设备的参数设置。

通常用于现场设备的能量供给的是所谓的双线技术，还被称为双导体技术，其中现场设备通过一对线路连接到控制站。因此，能量供给，特别是以电流供给的形式以及数据或信息传递两者都通过共享的成对线路发生。在这种情况下，第一电线，即第一线路用于输出方向，第二电线，即第二线路用于返回路径。通过双线电缆提供的电流供给或相应的电能必须由特定的现场设备适当地管理并在现场设备的各部件之中加以分配。双线电缆此外通常设计成4-20mA接口。这导致仅有非常有限的电能可以为现场设备可用。如果现场设备需要执行除了测量值记录之外的其它功能，例如无线通信的功能，所述设备的设计和构造就变得非常苛刻。

从US 7,262,693已知的解决方案包括在现场设备中提供一个或多个电容器，用于来自双线电缆或双导体现场总线的能量中间存储的目的。借助一个或多个电容器暂存的能量之后被提供给无线模块，其暂时需求大的功率或能量用于传输数据和/或信息。所述电容器以及无线模块两者在这种情况下都直接从所述双线电缆供电。因此所述现场设备必须从一开始就被适合地实现。

发明内容

本发明的目的是提供以尽可能简单的方式为双线现场设备装备用于通信的无线模块的机会。

本目的通过如同在权利要求1中限定的适配器以及如同在权利要求8中限定的传输器以及如同在权利要求9中限定的现场设备实现。

关于所述适配器，本发明的目的由用于双线现场设备，尤其是过程和/或自动化技术的双线现场设备，的适配器实现。在该情况下，所述适配器包括用于与外部单元通信，尤其是无线的，特别是双向的通信的至少一个通信单元，和至少为所述通信单元供给电能的能量存储单元。此外，本发明的适配器包括用于适配器的与现场设备的为第一连接元件的互补的第二连接元件接触，特别是电接触，的至少一个第一连接元件，其中至少两个连接元件被实施为至少为所述适配器供给电能和交换信息，例如数据。所述现场设备例如可以是具有传感器单元和电子单元的测量设备。所述现场设备用作确定和/或监测容器中的液体的至少一个过程变量。

本发明的适配器因此不会直接连接到所述过程回路，而是替代地连接到现场设备的连接元件。该连接元件优选地布置在现场设备的电子单元中，特别是在传输器中。所述现场设备因此有利地仅需要具有合适的连接元件。所述适配器的能量供给以及现场设备和适配器之间数据或信息的传输两者都通过现场设备的连接元件和适配器的连接元件发生，例如在不同情况下以电信号的形式。

在实施例中，所述适配器包括用于限制电流或限制电压的单元。该单元特别地以这样一种使得现场设备能够在爆炸危险环境中应用的方式实现。

另一个实施例提供了两个连接元件的每个各自分开实现成执行至少为适配器供给电能和信息交换。优选地，每个元件至少包括用于能量供给的第一连接元件和用于信息或数据传输的第二连接元件。

优选地，所述连接元件以这样一种供给电能和/或信息交换双向地可执行的方式实现。因此，不只适配器可以通过现场设备供给电能。而是，同样地所述现场设备可以通过适配器供给电能。对信息交换来说也是一样，信息可以从适配器传输到现场设备也可以从现场设备传输到适配器。因此，双向连接元件是非常重要的，其中供电和/或数据或信息传输可以双向地执行。

在另外的优选实施例中，所述两个连接元件每个都是接口，特别是串行接口，例如CDI、UART、I2C或SPI接口。

实施例提供了所述通信单元包括无线信号传输单元，特别是蓝牙模块。然而，用于无线数据传输的多种其它技术在现有技术中可以充分地知晓，且同样地落在本发明的范围内。

在实施例中，所述适配器包括计算单元，其至少实现为控制经由连接元件和/或能量存储单元为通信单元的电能供给。所述计算单元此外可以用作处理、调节、转换和/或转发来自通信单元和/或现场设备的包含数据或信息的信号。在该情况下，所述计算单元一方面能够通过连接元件供给电能，并且由此可以通过现场设备供电，或者也可以通过能量存储单元供电。

在实施例中，所述适配器包括电池，其用作至少为通信单元和/或计算单元供给电能。所述电池是能量存储单元的额外的能量源并且补充从过程回路吸取的能量。

此外，本发明的目的通过用于双线现场设备的传输器实现，特别是过程和/或自动化技术的双线现场设备，该传输器用作确定和/或监测液体的至少一个过程变量，且该传输器包括本发明的适配器。适配器一方面能够可释放地设置在传输器内。另一方面，它也可以实现为传输器的固定部件。对于所述两个实施例，不需要所述传输器有大的结构改变，因为在两种情形下所述传输器都借助所述两个连接元件接触，特别是电接触。

最后本发明的目的通过双线现场设备实现，特别是过程和/或自动化技术的双线现场设备，其包括本发明的适配器或本发明的传输器。

有关适配器描述的实施例可以加上必要的修改应用到本发明的传输器和本发明的现场设备中。

附图说明

现在将基于附图更详细地进行解释本发明，其附图如下：

图1为在本发明的第一实施例中的具有本发明的传输器和适配器的现场设备的示意图，以及。

图2为在本发明的第二实施例中的具有本发明的传输器和适配器的现场设备的示意图。

在附图中，同样的元件被提供有相同的附图标记。

具体实施方式

并非想限制本发明的普遍性，下文的说明是指具有传感器单元2和传输器3的测量设备1形式的现场设备，所述测量设备1通过该传输器3与控制系统4连接。测量设备1实现为双线现场设备且到双线过程回路5是可连接的。

到控制系统4的通信相应地通过双导体总线5发生，例如通过HART、PROFIBUS PA或FOUNDATION现场总线。还可能将到总线的连接补充地或可替换地实施为无线接口，例如，根据无线HART标准，其中通过无线HART可以直接提供经由网关到控制系统4的连接。此外，在HART协议的情况下，4-20mA接口是可选择地或补充地可实现的。

图1展示了本发明的适配器6的第一实施例。适配器6包括第一连接元件7a，借助第一连接元件，与和第一连接元件7a互补的第二连接元件7b是可连接的，特别是可释放地可连接的。然而，对于其它的此处未示出的实施例，第二连接元件7b也可以是现场设备1的另一个部件的一部分。还有，现场设备1是公知的，其中传输器3和传感器单元2被实施为一体。

传输器3的操作本身在现有技术中是充分知晓的，且因此在这里不再详细说明。图1的传输器3包括例如模数转换器8，借助其将从传感器单元2接收的测量信号数字化。在用于信号处理的其它部件方面，传输器3包括例如计算单元9、控制器和DC-DC转换器10，以及特别是用于控制电流的控制单元11。

连接元件7a、7b优选地是互相适合的接口，特别是互补的接口。优选地，它们是串行接口，例如CDI、UART、I2C或SPI接口。与接口7a、7b相关联的为至少两个互补地接触元件12a、12b，其中第一接触元件12a用作为适配器6供给电能，以及第二接触元件12b用作在适配器6和传输器3之间交换信息例如数据，优选地以电信号的形式。当然，连接元件7a、7b也能够具有多于两个的接触元件12a、12b。

适配器6包括具有无线信号传输单元14的通信单元13，在此处示出的实施例中它是蓝牙模块。所述蓝牙模块优选地以符合低能耗协议栈例如“Bluetooth Low Energy(低功耗蓝牙)”(也称为BTLE、BLE或Bluetooth Smart)或至少符合“Bluetooth 4.0”标准的方式实施。通过适配器6，或通过适配器6的通信单元，现场设备可以与例如具有控制站4的外部单元20通信，与的外部单元20例如为，比如计算机或例如移动电话、平板或笔记本计算机的持久安装的设备，又或者与外部模块，例如显示或诊断模块通信。

现场设备1或它的相关部件能够借助适配器6实现为与外部单元20既能单向也能双向通信。这既涉及能量供给也涉及信息传输。所述信息例如是用于现场设备1的参数设置的数据，由此数据从外部单元20发送到现场设备1，又或者是借助现场设备1确定的测量值形式的数据并且从现场设备1传输到外部单元20。

对于能量供给，传输器包括能量存储单元15，其至少为通信单元13供给电能。为了信息的无线传输，所述通信单元13有暂时增加的能量需求，其通常不能够由双线过程回路5满足。能量存储单元15优选地是电容器或超级电容器。在不间断的操作中，来自过程控制回路的过剩的能量通过连接元件7a、7b暂时存储在能量存储单元15中，然后根据需求提供给适配器6的各个部件，特别是通信单元13。

可选地，可以补充地提供电池16，然而其例如能够同样地，但不绝对地与能量存储单元15相关联。根据需求这可以为来自过程回路5的能量提供额外的能量。

同样可选的是用于限制电流和/或限压的单元17的一体化。当现场设备1要被应用在爆炸危险环境中时这是尤其相关的。

最后，适配器可以具有计算单元18。计算单元18例如可以用于控制通信单元13的能量供给，然而还可以用于进一步处理和转发借助连接元件7a、7b或者当双向通信可行的时候同样地通过通信单元接收的信息。

本发明的第二实施例在图2中以示例的方式示出。在该情况下，适配器实现为传输器3的集成部件。如同在图1中一样，适配器或它的部件的电连接通过连接元件7a、7b发生。

参考标记列表

1 现场设备，测量设备

2 传感器单元

3 传输器

4 控制系统

5 过程回路

6 适配器

7a、7b 连接元件

8 模数转换器

9 计算单元

10 DC-DC转换器

11 控制单元

12a、12b 接触元件

13 通信单元

14 无线信号传输单元

15 能量存储单元

16 电池

17 用于限制电流和/或限制电压单元

18 计算单元

20 外部单元

Claims (10)

1.一种适配器(6)，所述适配器(6)用于双线现场设备(1)，特别是过程和/或自动化技术的双线现场设备，

其中所述适配器(6)包括：

-通信单元(13)，用于与外部单元(20)特别是无线的、特别是双向的通信，以及

-能量存储单元(15)，用于至少为所述通信单元(13)供给电能，

其特征在于

所述适配器(6)包括用于将所述适配器(6)与所述现场设备(1)的第二连接元件(7b)接触，特别是电接触，的第一连接元件(7a)，所述第二连接元件(7b)为所述第一连接元件(7a)的互补，其中至少两个连接元件(7a、7b)被实施为至少为所述适配器(7a)供给电能和交换信息。

2.根据权利要求1所述的适配器(6)，进一步包括用于限制电流和/或限制电压的单元(17)。

3.根据权利要求1和2所述的适配器(6)，其中两个连接元件(7a、7b)的每个各自分开地被实施为执行至少为适配器(6)供给电能和信息交换。

4.根据前述权利要求的至少一项所述的适配器(6)，其中所述两个连接元件被实施为使得供给电能和/或信息交换双向地可执行。

5.根据前述权利要求的至少一项所述的适配器(6)，其中所述两个连接元件(7a、7b)每个都是接口，特别是串行接口，例如CDI、UART、I2C或SPI接口。

6.根据前述权利要求的至少一项所述的适配器(6)，其中所述通信单元(13)包括无线信号传输单元(14)，特别是蓝牙模块。

7.根据前述权利要求的至少一项所述的适配器(6)，其中计算单元(18)被提供，所述计算单元(18)至少被实施为控制经由所述连接元件(7a、7b)和/或所述能量存储单元(15)对通信单元(13)的电能供给。

8.根据前述权利要求的至少一项所述的适配器(6)，进一步包括电池(16)，所述电池(16)用作至少为所述通信单元(13)和/或所述计算单元(18)供给电能。

9.一种传输器(3)，所述传输器(3)用于双线现场设备(1)，特别是过程和/或自动化技术的双线现场设备，所述传输器(3)用作确定和/或监测液体的至少一个过程变量，且所述传输器(3)具有根据前述权利要求的至少一项所述的适配器(6)。

10.一种双线现场设备(1)，特别是过程和/或自动化技术的双线现场设备，包括权利要求1-8的至少一项所述的适配器(6)或权利要求9所述的传输器(3)。