CN113574914A - 具有用于现场安装的接入点天线的集成本质安全输出的无线传感器网络网关 - Google Patents
具有用于现场安装的接入点天线的集成本质安全输出的无线传感器网络网关 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113574914A CN113574914A CN202180000487.1A CN202180000487A CN113574914A CN 113574914 A CN113574914 A CN 113574914A CN 202180000487 A CN202180000487 A CN 202180000487A CN 113574914 A CN113574914 A CN 113574914A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circuit
- data
- hazard
- gateway
- power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 79
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 claims abstract description 52
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 22
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 26
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
- H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
- H04W4/38—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for collecting sensor information
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/008—Intrinsically safe circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
- H04B10/801—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water using optical interconnects, e.g. light coupled isolators, circuit board interconnections
- H04B10/802—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water using optical interconnects, e.g. light coupled isolators, circuit board interconnections for isolation, e.g. using optocouplers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L12/00—Data switching networks
- H04L12/02—Details
- H04L12/10—Current supply arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
- H04W88/16—Gateway arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W84/00—Network topologies
- H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Emergency Alarm Devices (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
无线传感器网络网关(102)包括由壳体(126)支撑的安全侧电路(120)、危险侧电路(124)和隔离电路(122)。安全侧电路(120)包括安全侧电源电路(140)和安全侧数据输入/输出(I/O)电路(142)。危险侧电路(124)包括危险侧电源电路(148)和危险侧数据I/O电路(152)。隔离电路(122)将安全侧电路(120)与危险侧电路(124)分开。隔离电路(122)包括将安全侧电源电路(140)耦合到危险侧电源电路(148)并在安全侧电源电路(140)和危险侧电源电路(148)之间形成本质安全屏障的电源隔离电路(154)以及将安全侧数据I/O电路(142)耦合到危险侧数据I/O电路(152)并在安全侧数据I/O电路(142)和危险侧数据I/O电路(152)之间形成本质安全屏障的数据隔离电路(156)。
Description
技术领域
本公开的实施方案总体上针对一种无线传感器网络网关，该无线传感器网络网关用于为位于危险环境中的无线传感器的一个或多个接入点智能天线供电并与其通信。
背景技术
工业过程现场设备用于工业过程控制和监视系统中，以使用过程传感器(例如压力传感器、温度传感器等)来监视工业过程变量和/或控制一个或多个与工业过程互动的控制设备(例如，致动器、阀门等)。
通常，受控制或监视的工业过程位于危险环境中，诸如具有易燃气体或蒸气、易燃液体、可燃粉尘、可燃纤维等的空气环境，在这种环境中始终存在可能着火或爆炸的风险。根据行业公认的危险环境分类惯例，在正常运行条件下具有或可能具有可燃浓度的易燃气体或蒸气的环境被指定为0区、1区或1分区区域，而仅在异常条件下才可能出现可燃浓度的易燃气体或蒸气的环境被指定为2区或2分区区域。不存在可燃或易燃材料的环境通常被称为非危险或安全区域。
通常，必须使用诸如“本质安全”之类公认的技术来构造将要位于危险环境中的现场设备，使其具有防爆保护。本质安全设备通过限制电子器件中存在的能量并确保电子组件之间的距离足够远以防止在发生电气故障时产生电弧，从而防止易燃气体着火。电子元件产生的热量也得到控制。在2区或2分区危险环境中使用的设备要求不那么严苛，因为仅在异常条件下，易燃或可燃材料才以可燃浓度存在。
发明内容
本公开的实施方案针对于无线传感器网络网关，其被配置为位于非危险环境中，并为位于危险环境中的无线传感器网络的一个或多个天线供电并与其通信数据。在一个实施方案中，网关包括安全侧电路、危险侧电路和隔离电路。安全侧电路包括被配置为从非本质安全电源接收电力的安全侧电源电路，以及被配置为与非本质安全设备通信数据的安全侧数据输入/输出(I/O)电路。危险侧电路包括被配置为向天线传送电力的危险侧电源电路，以及被配置为向或从天线传递数据信号的危险侧数据I/O电路。隔离电路将安全侧电路与危险侧电路分开。隔离电路包括将安全侧电源电路耦合到危险侧电源电路并在安全侧电源电路和危险侧电源电路之间形成本质安全屏障的电源隔离电路，以及将安全侧数据I/O电路耦合到危险侧数据I/O电路并在安全侧数据I/O电路和危险侧数据I/O电路之间形成本质安全屏障的数据隔离电路。网关的壳体支撑安全侧电路、危险侧电路和隔离电路。
网关的另一个实施方案被配置为向位于危险环境中的无线传感器网络的多个天线供应电力并与其通信数据。网关包括安全侧电路、危险侧电路和隔离电路。安全侧电路包括被配置为从非本质安全电源接收电力的安全侧电源电路，以及多个安全侧数据输入/输出(I/O)电路，每个安全侧数据输入/输出电路被配置为与非本质安全设备通信数据。危险侧电路包括被配置为向多个天线传送电力的危险侧电源电路；以及多个危险侧数据I/O电路，每个危险侧数据I/O电路被配置为将向或从多个天线中的一个传递数据信号。隔离电路将安全侧电路与危险侧电路分开。隔离电路包括将安全侧电源电路耦合到危险侧电源电路并在安全侧电源电路和危险侧电源电路之间形成本质安全屏障的电源隔离电路，以及多个数据隔离电路，每个数据隔离电路将多个安全侧数据I/O电路中的一个耦合到多个危险侧数据I/O电路中的对应的一个，并在多个安全侧数据I/O电路与对应的多个危险侧数据I/O电路之间形成本质安全屏障。网关的壳体支撑安全侧电路、危险侧电路和隔离电路。
提供本发明内容以简化形式介绍一些概念，这些概念在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中指出的任何或所有缺点的实施方式。
附图说明
图1是根据本公开的实施方案的包括无线传感器网络网关的工业过程传感器网络的简化图。
图2是根据本公开的实施方案的示例性网关的简化图。
图3是根据本公开的实施方案的示出用于将图2的网关连接到多个天线的电源连接和数据连接的简化图。
图4是根据本公开的实施方案的包括示例性网关的无线传感器网络的示例的简化图。
图5是根据本公开的实施方案的示出用于将图4的网关连接到多个天线的电源连接和数据连接的简化图。
图6是根据本公开的实施方案的图4的网关的简化图。
图7是根据本公开的实施方案的无线传感器网络网关的示例的简化图示。
图8是根据现有技术的工业过程控制系统的无线传感器网络的简化图。
具体实施方式
下文参考附图更充分地描述本公开的实施方案。使用相同或相似附图标记标识的元件是指相同或相似元件。然而，本公开的各种实施方案可以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案使得本公开将是透彻和完整的，并且这些实施方案将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。
如本文所用，术语“危险环境”是指已被归类为危险的环境(例如，被归类为0区、1区、2区、1分区或2分区的环境)，其中电子现场设备必须满足特定防爆安全标准，诸如本质安全标准。如本文所用，术语“非危险环境”或“安全环境”是指已被归类为非危险的环境，其中现场设备不需要满足防爆安全标准，或者被归入2区或2分区的环境，其中防爆要求不那么严苛。
图8是根据现有技术的工业过程控制系统的无线传感器网络300的简化图。在所示的系统中，无线过程变量传感器302安装在危险环境304中，并被配置为与接入点智能天线306无线通信数据。天线306通常还位于危险环境304内并且靠近传感器302以实现最佳网络性能。因此，传感器302和天线306都必须被配置为本质安全设备，以便在危险环境304中运行。
无线传感器网络网关310用于为天线306供电并将从天线306传递的数据信号路由到非本质安全(NIS)设备312。由于由NIS电源314提供的运行网关310所需的电力，将网关310设计为满足危险环境的本质安全要求是不切实际的，因为对电压、电流和电力的限制很严格。因此，网关310必须位于防爆要求不那么严苛的2区或2分区区域内或在非危险环境316中。
可以通过有线数据连接318在天线306和网关310之间传送数据信号，并且可以通过有线电源连接320从网关310向天线306供应电力。为了确保天线306满足危险环境304的本质安全标准，沿着非危险区域316内的网关310和天线306之间的连接318和320设置本质安全屏障322和324。
图8中所示的分区网关310以及本质安全屏障322和324布置大体上对应于无线传感器网络300的常规配置，诸如使用Emerson 1410D网关和Emerson781远程链路(智能天线)形成的那些。然而，此分区方法的主要缺点之一是要求客户购买并在网关310和天线306之间安装适当的本质安全屏障322和324。适合于特定应用的此类屏障322和324可能很难找到并且购买和安装成本很高。本公开的实施方案提供了对这些和其他问题的解决方案，并且提供了优于常规无线传感器网络网关310的优点。
图1是根据本公开的实施方案的具有无线传感器网络网关102的工业过程传感器网络100的简化图。网络100还包括一个或多个本质安全接入点智能天线104(例如，Emerson781远程链路)和一个或多个无线传感器106，它们根据本质安全标准进行设计，以允许将它们放置在危险环境108内。传感器106可以被配置为检测、测量或中继工业过程的过程变量(例如，压力、温度、电平等)。传感器106与天线104无线地(例如，RF信号)通信数据信号。
被配置为位于2区、2分区或非危险环境112内的网关102，通过有线电源连接114向天线104供应电力，并通过有线数据连接116与天线104通信数据。网关102通常包括安全侧电路120、隔离电路122和危险侧电路124。网关102的壳体126支撑电路120122和124，并且可以包封电路120122和124中的一些或全部。
安全侧电路120通常被配置为与非本质安全电源128和设备130连接，类似于图8的网关210。因此，安全侧电路120可有利于天线104与非本质安全设备130之间的数据信号通信，并使用从非本质安全电源128接收的电力为天线104供电。
危险侧电路124通常被配置为通过有线电源连接114向天线104的电路提供电力，并有利于通过有线数据连接116与天线104的数据通信。隔离电路122被配置为在危险侧电路124和安全侧电路120之间提供本质安全屏障，使得电源和数据连接114和116以及沿着数据连接114和116传递到天线104的电信号满足天线104要求的本质安全标准。在一些实施方案中，连接114和116被设置在网关102和天线104之间延伸的单个电缆中。
在一个实施方案中，网关102可以连接至计算机控制单元132，该计算机控制单元可以远离网关102位于控制室134中，如图1所示。控制单元132可以通过合适的物理通信链路诸如两线控制回路136或无线通信链路，可通信地耦合到网关102。因此，控制室134可以用作非本质安全设备130，该非本质安全设备通过网关102向和从天线104传送数据信号。
控制单元132和网关102之间的通信可以根据常规的模拟和/或数字通信协议在控制回路136上执行。在一些实施方案中，控制回路136包括两线式4-20毫安控制回路，其中由传感器106中的一个检测并由天线104传送到网关102的过程变量或其他值，可以表示为流过控制回路136的回路电流I的水平。示例性数字通信协议包括诸如根据
通信标准将数字信号调制到两线控制回路136的模拟电流水平上。也可采用其他纯数字技术，包括FieldBus和Profibus通信协议。
网关102可以由任何适当的电源128供电，诸如交流电源干线、以太网供电、电池、发电机(太阳能电池板、风力发电机等)或另一种电源。在一个实施方案中，控制室132可通过使用流过控制回路136的电流I向网关102供应电力来形成电源128，如图1所示。
图2是根据本公开的实施方案的示例网关102A的简化图。在一个实施方案中，网关102A的安全侧电路120包括安全侧电源电路140和安全侧数据输入/输出(I/O)电路142。电源电路140运行以从NIS电源128接收电力144，数据I/O电路142运行以与NIS设备130传送数据信号146，该设备可以包括控制单元132(图1)和/或其他设备。
在一个实施方案中，网关102A的危险侧电路124包括危险侧电源电路148，其通过电源连接114向天线104供应电力150。在一些实施方案中，危险侧电源电路148在通过电源连接114放电之前处理电力150(例如，调节或限制电力、电压和/或电流)。
网关102A的危险侧电路124还可以包括危险侧数据I/O电路152，其有利于通过数据连接116在天线104和网关102A之间传送数据信号146。危险侧数据I/O电路152和/或安全侧数据I/O电路142可被配置为例如在与天线104和/或设备130通信数据信号146时实施数据通信标准，诸如RS-485、基金会现场总线、现场总线本质安全概念和IEEE 802.3cg/APL/2-WISE。
网关102A的隔离电路122包括将安全侧电源电路140耦合到危险侧电源电路148并在安全侧电源电路140和危险侧电源电路148之间形成本质安全屏障的电源隔离电路154。电源隔离电路154的本质安全屏障可以阻止电力在安全侧电源电路140和危险侧电源电路148之间直接传播，和/或将从安全侧电源电路140接收的非本质安全输入电力144’转变成本质安全电力144”。危险侧电源电路148可选地处理从电源隔离电路输出的本质安全电力144”，然后再沿着电源连接114向天线104传送电力150。
网关102A的隔离电路122还包括数据隔离电路156，其将安全侧数据I/O电路142耦合到危险侧数据I/O电路152，并在安全侧数据I/O电路142和危险侧数据I/O电路152之间形成本质安全屏障。在一些实施方案中，数据隔离电路156的本质安全屏障创建了阻止电信号在安全侧数据I/O电路142和危险侧数据I/O电路152之间直接传播的屏障。这种隔离防止了安全侧数据I/O电路142处的电流或电压峰值到达危险侧数据I/O电路152和天线104。
在一些实施方案中，网关102A被配置为向多个接入点智能天线104供电并与其通信。图3是示出用于将网关102A连接到多个天线104的电源连接114和数据连接116的简化图，所述多个天线诸如天线104A和104B，分别与对应的传感器106A和106B通信。为了简化图示，仅示出了网关102的危险侧电源电路148和危险侧数据I/O电路152。
在一个实施方案中，可以使用独立的电源连接114A和114B从由安全侧电源电路140、电源隔离电路154和危险侧电源电路148形成的单个电源通道向天线104供应电力。或者，可以为网络100的每个天线104提供独立的分离的电源通道。
通过从危险侧数据I/O电路延伸至天线104A和104B中的每个的公用数据通信总线形式的数据连接116，可有利于由网关102A的安全侧数据I/O电路142、数据隔离电路156和危险侧数据I/O电路152形成的单个数据信道与多个天线104A和104B中的每个之间的数据通信，如图3所示。网关102A可以以类似的方式提供与附加天线104的数据通信。因此，可以使用从总线116到多个天线104中的每个的独立的分支来实施诸如基金会现场总线、Profibus和FISCO的数据通信协议。可以通过在单个数据信道中(例如在危险侧数据I/O电路152中)为多个接入点智能天线104包括一个APL现场开关，来实施IEEE802.3cg/APL/2-WISE通信协议。
图4是根据本公开的实施方案的包括示例性网关102B的无线传感器网络100的示例的简化图。网关102B和网关102A(图2)之间的主要区别是包括多个数据通信信道(例如0-n)，每个信道由一组连接的安全侧数据I/O电路142、数据隔离电路156和危险侧数据I/O电路142形成。数据通信信道中的每个被配置为在对应的设备1300-n)和对应的天线1040-n)之间传送数据。数据通信信道中的每个可以以上述关于由安全侧数据I/O电路142、数据隔离电路156和安全侧数据I/O电路152形成的网关102A(图2)的单个数据通信信道所描述的方式运行。
图5是示出用于将网关102B连接到多个天线104的电源连接114和数据连接116的简化图，所述多个天线诸如天线104A和104B，分别与对应的传感器106A和106B通信。为了简化图示，仅示出了网关102B的危险侧电源电路148和危险侧数据I/O电路152中的两个。
在一个示例中，可以使用独立的电源连接114A和114B从危险侧电源电路148向多个天线104A和104B供应电力150。可以以类似方式向附加天线104供应电力。
通过各自连接至网关102B的数据通信信道中的一个的独立的数据连接1I6A和116B，可有利于网关102B的每个危险侧数据I/O电路152与多个天线104A和104B之间的数据通信。网关102B可以以类似方式提供与附加天线104的数据通信。
图6是根据本公开的实施方案的网关102B的简化图。图6中所示的特征可以在适用的情况下应用于网关102A。
在一个实施方案中，安全侧电源电路140包括熔断器160，该熔断器被配置为在电涌的情况下断开电路。安全侧电源电路140可以包括一个或多个连接器162，用于将安全侧电源电路140连接至一个或多个电缆164，该电缆可以连接至NIS电源128。
电源隔离电路154的一个实施方案包括变压器166，该变压器阻止电力144’从安全侧电源电路140直接传送到危险侧电源电路148。变压器166在输入侧从电源128接收电力144’，并将电力144”传递到输出侧。在一些实施方案中，变压器166是降压变压器，其以比在输入侧接收的电力144’的电压更低的电压在输出侧上释放电力144”。
危险侧电源电路148可以包括被配置为在电涌的情况下断开电路的熔断器170和/或电压输出调节电路172。电压输出调节电路172可以运行以调节电力144”的电压以形成电力150，该电力满足接收电力150的一个或多个天线104的本质安全电源要求。电压输出调节电路172可以采用各种形式，并且可以包括电源限制组件，诸如齐纳二极管和电阻器。危险侧电源电路148还可以包括用于连接一根或多根电缆从而形成一个或多个电源连接114的连接器174。
网关102B的一个或多个安全侧数据I/O电路142中的每个可以包括电源限制电路176，其被配置为限制在相应的NIS设备130和数据隔离电路156之间传送的数据信号146的电流和/或电压。电源限制电路176可以采用各种形式，并且可以包括电流、电压和/或电源限制组件(例如，电阻器、熔断器、齐纳二极管等)。在一些实施方案中，安全侧数据I/O电路142包括用于将安全侧数据电路142连接至一根或多根电缆180的连接器178，该电缆可以连接至NIS设备130。
网关102B的一个或多个危险侧数据I/O电路152中的每个可以包括电源限制电路182，其被配置为限制在数据隔离电路156和相应的天线104之间传送的数据信号146的电流和/或电压。电源限制电路182可以以与上述电源限制电路176类似的方式形成，并且包括电流、电压和/或电源限制组件(例如，电阻器、熔断器、齐纳二极管等)。在一些实施方案中，危险侧数据I/O电路152包括用于连接至一根或多根电缆从而形成数据连接116的连接器184。
网关102B的一个或多个数据隔离电路156中的每个可以包括电流数据隔离电路186，该电流数据隔离电路为危险侧数据I/O电路152和相应的天线104提供完全的电流隔离。这允许形成数据连接116的布线被简化并且对瞬时电势和接地电势差具有弹性。另外，数据隔离电路156和危险侧数据I/O电路152可以被配置为容忍无意的数据连接布线的断开、互连和接地，从而允许将数据连接116的布线混合在标准的低成本电缆188中。这降低了布线的安装成本和复杂性。
在一个实施方案中，电流数据隔离电路186包括合适的光耦合器190，其防止电信号在安全侧数据I/O电路142和危险侧数据I/O电路152之间直接传播。光耦合器190通常将从危险侧数据I/O电路152接收的数据信号146转换成光信号，通过光路传输光信号，将光信号转换成电数据信号，并将电数据信号146输出到安全侧数据I/O电路142。同样，光耦合器190也可以被配置为将从安全侧数据I/O电路142接收的数据信号146转换为光信号，通过光路传输光信号，将光信号转换为电数据信号，并将电数据信号146输出到危险侧数据I/O电路152。
因此，根据上述实施方案中的一个或多个形成的网关102并入了隔离电路122，该隔离电路使电源连接114和数据连接116以及通过该连接传送的电信号对于位于危险环境108中的一个或多个天线的终端是本质安全的。因此，网关102不需要传统网关310的附加外部本质安全屏障，诸如图8中所示的屏障322和324。
给定无线传感器网络可能要求的本质安全要求可能取决于一个或多个智能天线可能位于其中的特定危险环境类型。另外，给定危险环境的本质安全标准对于不同的国家可能有所不同，并且可能会随时间而变化。因此，可能有必要根据网关102的应用定制该网关的电路。此外，可能有必要定期更新已安装的网关102的电路，以满足新的本质安全标准，或修复网关102的故障电路。
图7是无线传感器网络网关102的示例的简化图示，该无线传感器网络网关被配置为简化网关102的电路(诸如隔离电路122和/或危险侧电路124)的定制和更新。在一个实施方案中，网关102的壳体126包括一个或多个模块接收器，通常被称为200，每个模块接收器被配置为接收相应的模块202。在一个实施方案中，每个模块202包括隔离电路122的至少一部分和/或危险侧电路124的至少一部分。可以将模块插入相应的模块接收器中，以将隔离电路122的部分和/或危险侧电路124的部分连接至相应的安全侧电路120，以形成运转的网关102。连接器204(诸如凸舌和棘爪连接器或其他合适的连接器)用于将每个模块202固定在其模块接收器200内。因此，可以通过为网关插入特定应用所需的模块202来容易地为给定应用定制网关102，或者用新模块202替换网关的一个或多个现有模块202(例如，不能满足当前的本质安全标准或出现故障的模块)来维护(更新、修复等)该网关。
在一个示例中，网关102包括一个或多个电源模块202A，其包括电源隔离电路154的一部分或全部和/或危险侧电源电路148的一部分或全部，并且壳体126包括被配置为接收电源模块202A的电源模块接收器200A，如图7所示。因此，电源模块202A的实施方案包括电源隔离电路154的全部或一部分，和/或危险侧电源电路148的全部或一部分。当从接收器200A移除电源模块202A时，电源隔离电路154和/或危险侧电源电路148的其余电路可以保持由壳体126支撑。当电源模块202A完全容纳在接收器200A中时，在安全侧电源电路140和电源隔离电路154以及危险侧电源电路148之间形成电连接。可以在网关102中实施附加的电源模块202A和相应的接收器200A，以提供多个电源。
网关102还可以包括一个或多个数据模块202B，每个数据模块包括数据隔离电路156的至少一部分和/或危险侧数据电路152的一部分，并且壳体126包括一个或多个数据模块接收器200B，每个接收器被配置为接收数据模块202B中的一个，如图7中所示。因此，数据模块202B的实施方案包括数据隔离电路156的全部或一部分，和/或危险侧数据电路152的全部或一部分。当从接收器200B移除数据模块202B时，数据隔离电路156和/或危险侧数据电路152的其余电路可以保持由壳体126支撑。当数据模块202B完全容纳在接收器200B中时，在安全侧数据电路142和数据隔离电路156以及危险侧数据I/O电路152之间形成电连接。
在一些实施方案中，模块接收器200的形状被键接到对应的模块202，以防止用户将数据模块202B插入电源模块接收器200A，或将电源模块202A插入数据模块接收器200B。例如，模块202和模块接收器200的插座的外部形状可以包括诸如突片和凹槽的特征，这些特征仅允许将模块202插入期望的模块接收器200中。
在一些实施方案中，网关102可以包括不包括电路的填充模块，并且用于阻塞开放模块接收器200。
壳体可以包括用于模块接收器200的盖206，其以虚线示出。可以移除盖206以将模块202安装在模块接收器200内，然后安装以保护模块202和网关102的电路免受环境条件的影响。
尽管已经参考优选实施方案描述了本公开的实施方案，但是本领域技术人员将认识到，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下在形式和细节上进行改变。
Claims (20)
1.一种无线传感器网络网关，所述无线传感器网络网关被配置为位于非危险环境中，并为位于危险环境中的无线传感器网络的天线供电并与其通信数据，所述网关包括：
安全侧电路，所述安全侧电路包括：
被配置为从非本质安全电源接收电力的安全侧电源电路；以及
被配置为与非本质安全设备通信数据的安全侧数据输入/输出(I/O)电路；
危险侧电路，所述危险侧电路包括：
被配置为向所述天线传送电力的危险侧电源电路；以及
被配置为将数据信号传递到所述天线以及从所述天线传递数据信号的危险侧数据I/O电路；
隔离电路，所述隔离电路将所述安全侧电路与所述危险侧电路分开，所述隔离电路包括：
将所述安全侧电源电路耦合到所述危险侧电源电路，并在所述安全侧电源电路和所述危险侧电源电路之间形成本质安全屏障的电源隔离电路；以及
将所述安全侧数据I/O电路耦合到所述危险侧数据I/O电路，并在所述安全侧数据I/O电路和所述危险侧数据I/O电路之间形成本质安全屏障的数据隔离电路；以及
壳体，所述壳体支撑所述安全侧电路、所述危险侧电路和所述隔离电路。
2.根据权利要求1所述的网关，其中所述电源隔离电路包括变压器。
3.根据权利要求2所述的网关，其中所述数据隔离电路包括电流隔离电路。
4.根据权利要求3所述的网关，其中所述电流隔离电路包括光耦合器。
5.根据权利要求3所述的网关，其中所述危险侧电源电路包括电压输出调节电路，所述电压输出调节电路被配置为调节输送到所述天线的电力的电压。
6.根据权利要求5所述的网关，其中所述安全侧电源电路包括熔断器。
7.根据权利要求3所述的网关，其中所述数据隔离电路被配置为阻止电信号在所述安全侧数据I/O电路和所述危险侧数据I/O电路之间直接传播。
8.根据权利要求3所述的网关，其中所述安全侧数据I/O电路和/或所述危险侧数据I/O电路被配置为实施选自由以下组成的组的数据通信标准：RS-485、基金会现场总线、现场总线本质安全概念和IEEE 802.3cg/APL/2-WISE。
9.根据权利要求1所述的网关，其中：
所述壳体包括模块接收器；并且
所述网关包括：
可移除地容纳在所述模块接收器内的模块，所述模块包括所述隔离电路的至少一部分和/或危险侧电路的至少一部分；以及
被配置为将所述模块固定在所述模块接收器内的协作连接器，
其中当所述模块容纳在所述模块接收器内时，在所述安全侧电路与所述危险侧电路的所述部分和/或所述隔离电路的所述部分之间形成电连接。
10.根据权利要求9所述的网关，其中所述模块包括以下中的一者：
所述电源隔离电路的至少一部分和/或所述危险侧电源电路的至少一部分；以及
所述数据隔离电路的至少一部分和/或所述危险侧数据I/O电路的至少一部分。
11.一种无线传感器网络网关，所述无线传感器网络网关被配置为位于非危险环境中，并为位于危险环境中的无线传感器网络的多个天线供电并与其通信数据，所述网关包括：
安全侧电路，所述安全侧电路包括：
被配置为从非本质安全电源接收电力的安全侧电源电路；以及
多个安全侧数据输入/输出(I/O)电路，每个安全侧数据输入/输出电路被配置为与非本质安全设备通信数据；
危险侧电路，所述危险侧电路包括：
被配置为向所述多个天线传送电力的危险侧电源电路；以及
多个危险侧数据I/O电路，每个危险侧数据I/O电路被配置为将数据信号传递到所述多个天线中的一个和从所述多个天线中的一个传递数据信号；
隔离电路，所述隔离电路将所述安全侧电路与所述危险侧电路分开，所述隔离电路包括：
将所述安全侧电源电路耦合到所述危险侧电源电路，并在所述安全侧电源电路和所述危险侧电源电路之间形成本质安全屏障的电源隔离电路；以及
多个数据隔离电路，每个数据隔离电路将所述多个安全侧数据I/O电路
中的一个耦合到所述多个危险侧数据I/O电路中的相应一个，并在所述多个安全侧数据I/O电路和所述相应的多个危险侧数据I/O电路之间形成本质安全屏障；以及
壳体，所述壳体支撑所述安全侧电路、所述危险侧电路和所述隔离电路。
12.根据权利要求11所述的网关，其中所述电源隔离电路包括变压器。
13.根据权利要求12所述的网关，其中所述数据隔离电路中的每个包括至少一个电流隔离电路。
14.根据权利要求13所述的网关，其中所述电流隔离电路包括光耦合器。
15.根据权利要求13所述的网关，其中所述危险侧电源电路包括电压输出调节电路，所述电压输出调节电路被配置为调节输送到所述天线的电力的电压。
16.根据权利要求15所述的网关，其中所述安全侧电源电路包括熔断器。
17.根据权利要求13所述的网关，其中所述数据隔离电路中的每个被配置为阻止电信号在所连接的安全侧数据I/O电路和所述危险侧数据I/O电路之间直接传播。
18.根据权利要求13所述的网关，其中所述安全侧数据I/O电路中的每个和/或所述危险侧数据I/O电路中的每个被配置为实施选自由以下组成的组的数据通信标准：RS-485、基金会现场总线、现场总线本质安全概念和IEEE 802.3cg/APL/2-WISE。
19.根据权利要求11所述的网关，其中：
所述壳体包括模块接收器；并且
所述网关包括：
可移除地容纳在所述模块接收器内的模块，所述模块包括所述隔离电路的至少一部分和/或所述危险侧电路的至少一部分；以及
被配置为将所述模块固定在所述模块接收器内的协作连接器，
其中当所述模块容纳在所述模块接收器内时，在所述安全侧电路与所述危险侧电路的所述部分和/或所述隔离电路的所述部分之间形成电连接。
20.根据权利要求11所述的网关，其中所述模块包括以下中的一者：
所述电源隔离电路的至少一部分和/或所述危险侧电源电路的至少一部分；以及
所述数据隔离电路的至少一部分和/或所述危险侧数据I/O电路的至少一部分。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202062963344P | 2020-01-20 | 2020-01-20 | |
| US62/963,344 | 2020-01-20 | ||
| US17/152,205 US11843243B2 (en) | 2020-01-20 | 2021-01-19 | Wireless sensor network gateway with integral intrinsic safety outputs for field mounted access point antennas |
| US17/152,205 | 2021-01-19 | ||
| PCT/US2021/014084 WO2021150545A1 (en) | 2020-01-20 | 2021-01-20 | Wireless sensor network gateway with integral intrinsic safety outputs for field mounted access point antennas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113574914A true CN113574914A (zh) | 2021-10-29 |
Family
ID=76857679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202180000487.1A Pending CN113574914A (zh) | 2020-01-20 | 2021-01-20 | 具有用于现场安装的接入点天线的集成本质安全输出的无线传感器网络网关 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11843243B2 (zh) |
| EP (1) | EP4082088A1 (zh) |
| JP (1) | JP7453390B2 (zh) |
| CN (1) | CN113574914A (zh) |
| AU (1) | AU2021211411B2 (zh) |
| CA (1) | CA3165059A1 (zh) |
| WO (1) | WO2021150545A1 (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3136559A1 (fr) * | 2022-06-08 | 2023-12-15 | Mbda France | Transpondeur optique destiné à contribuer à une surveillance d'un état d'au moins un dispositif interne contenu dans un conteneur communicant, conteneur communicant et système de communication. |
| WO2023237350A1 (fr) * | 2022-06-08 | 2023-12-14 | Mbda France | Transpondeur optique destiné à contribuer à une surveillance d'un état d'au moins un dispositif interne contenu dans un conteneur communicant, conteneur communicant et système de communication |
| DE102022123352A1 (de) * | 2022-09-13 | 2024-03-14 | Turck Holding Gmbh | Signalübertragungssystem zur Übertragung einer Hauptprozessvariablen und weiteren Daten zwischen einem Feldgerät und einer übergeordneten Einheit sowie ein entsprechendes Verfahren |
| SE2251103A1 (en) * | 2022-09-23 | 2024-03-24 | Machine2Machine Solutions Ab | Automation system |
| US20240121126A1 (en) * | 2022-10-10 | 2024-04-11 | Schneider Electric Systems Usa, Inc. | Digital bridging over advanced physical layer |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6397322B1 (en) * | 2000-03-31 | 2002-05-28 | Schneider Automation, Inc. | Integrated intrinsically safe input-output module |
| WO2014075111A1 (en) * | 2012-11-09 | 2014-05-15 | Ventulett Thomas P | System and method for i-safe mobile devices |
| US9544965B1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-01-10 | Eucontrols Corporation | Sensor lighting control system |
| US20180348041A1 (en) * | 2017-05-30 | 2018-12-06 | Rosemount Tank Radar Ab | Field device |
| CN208707970U (zh) * | 2018-08-02 | 2019-04-05 | 上海隽玺电子科技有限公司 | 一种用于爆炸危险场所本安信息无线隔离传输模块 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5533293A (en) | 1978-08-30 | 1980-03-08 | Idec Izumi Corp | Substantially safe* explosion protection barrier |
| IT1244115B (it) | 1990-11-29 | 1994-07-05 | Elcon Instr Srl | Sistema di connessione per cavi di quadri industriali di strumentazione a sicurezza intrinseca |
| US7065152B2 (en) | 2001-12-27 | 2006-06-20 | Caterpillar Inc. | Controller area network using transformers |
| US8160535B2 (en) | 2004-06-28 | 2012-04-17 | Rosemount Inc. | RF adapter for field device |
| US7498974B2 (en) * | 2006-09-21 | 2009-03-03 | Rosemount Tank Radar Ab | Radar level gauge with a galvanically isolated interface |
| TWI375929B (en) * | 2008-04-03 | 2012-11-01 | Univ Nat Taiwan | Automatic-routing gateway device for wireless sensor network |
| US8885559B2 (en) * | 2009-03-20 | 2014-11-11 | Innovative Wireless Technologies, Inc. | Method and apparatus for reliable communications in underground and hazardous areas |
| US20110286386A1 (en) * | 2010-05-19 | 2011-11-24 | Kellam Jeffrey J | Reliable Transfer of Time Stamped Multichannel Data Over A Lossy Mesh Network |
| JP5533293B2 (ja) | 2010-06-08 | 2014-06-25 | 株式会社ジェイ・エム・エス | 血液透析装置 |
| DE102013103627A1 (de) | 2013-04-11 | 2014-10-16 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Feldgerät mit einer Schutzschaltung |
| US10480765B2 (en) | 2015-06-08 | 2019-11-19 | Eaton Intelligent Power Limited | Integration of sensor components with light fixtures in hazardous environments |
| US11063426B2 (en) | 2017-10-19 | 2021-07-13 | Honeywell International Inc. | Intrinsic safety (IS) barriers mountable on terminal blocks of input/output (I/O) modules or other devices |
-
2021
- 2021-01-19 US US17/152,205 patent/US11843243B2/en active Active
- 2021-01-20 AU AU2021211411A patent/AU2021211411B2/en active Active
- 2021-01-20 JP JP2022544206A patent/JP7453390B2/ja active Active
- 2021-01-20 EP EP21705053.3A patent/EP4082088A1/en active Pending
- 2021-01-20 CN CN202180000487.1A patent/CN113574914A/zh active Pending
- 2021-01-20 CA CA3165059A patent/CA3165059A1/en active Pending
- 2021-01-20 WO PCT/US2021/014084 patent/WO2021150545A1/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6397322B1 (en) * | 2000-03-31 | 2002-05-28 | Schneider Automation, Inc. | Integrated intrinsically safe input-output module |
| WO2014075111A1 (en) * | 2012-11-09 | 2014-05-15 | Ventulett Thomas P | System and method for i-safe mobile devices |
| US9544965B1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-01-10 | Eucontrols Corporation | Sensor lighting control system |
| US20180348041A1 (en) * | 2017-05-30 | 2018-12-06 | Rosemount Tank Radar Ab | Field device |
| CN208707970U (zh) * | 2018-08-02 | 2019-04-05 | 上海隽玺电子科技有限公司 | 一种用于爆炸危险场所本安信息无线隔离传输模块 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023511892A (ja) | 2023-03-23 |
| CA3165059A1 (en) | 2021-07-29 |
| US11843243B2 (en) | 2023-12-12 |
| JP7453390B2 (ja) | 2024-03-19 |
| EP4082088A1 (en) | 2022-11-02 |
| US20210227630A1 (en) | 2021-07-22 |
| AU2021211411B2 (en) | 2023-11-30 |
| WO2021150545A1 (en) | 2021-07-29 |
| AU2021211411A1 (en) | 2022-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2021211411B2 (en) | Wireless sensor network gateway with integral intrinsic safety outputs for field mounted access point antennas | |
| EP1982397B1 (en) | Flameproof apparatus using non-grounded energy-limiting barrier | |
| US7312716B2 (en) | Wireless communication using an intrinsically safe design for use in a hazardous area | |
| EP0883044B1 (en) | Bus isolator for industrial control system providing intrinsically safe operation | |
| EP2716015B1 (en) | Intrinsically safe serviceable transmitter apparatus and method | |
| CN102204052B (zh) | 本质安全的模块化控制系统 | |
| EP2531698B1 (en) | Intrinsically safe connection unit with a network interface, intrinsically safe appliance and network interface for it | |
| EP2399436B1 (en) | System for controlling electrical equipment units | |
| CN1625142B (zh) | 适合在制炼厂的危险区域内使用的通信总线 | |
| EP3751972A1 (en) | Isolated power smart terminal block | |
| WO2004010083A2 (en) | Sensors isolated by an intrinsically safe barrier | |
| US7173345B2 (en) | Multi-function integrated automation cable connector system and method | |
| EP1688811A2 (en) | Networks for process control | |
| AU2011346644B2 (en) | Appliance and arrangement for optical signal transmission by means of optical waveguides | |
| CN104838735A (zh) | 具有自支持连接的输入模块 | |
| CN111564833A (zh) | 危险环境电反馈屏障装置、组件、系统和方法 | |
| CN108695109A (zh) | 用于安全控制至少一台机器的模块化安全继电器电路 | |
| MXPA99008687A (en) | Interface device for electrical protection relays of a procedure management system, and industrial installation equipped with a device of this cl |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |