CN1310014C - 具有无线通信链路的过程发射器 - Google Patents

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过程发射器(10)配置用于测量工业过程的过程变量。外壳(12)具有第一空腔(42)，容纳第一发射器电路(50)，并在第一发射器电路(50)和第二发射器电路(60)之间设置挡板(44)。位于第一发射器电路(50)和第二发射器电路(60)之间的非物理电磁链路配置用于在二者之间传送数据。

Description

具有无线通信链路的过程发射器
技术领域
本发明涉及用于测量工业过程的过程变量的类型的发射器。
背景技术
过程控制环被用在多种工业中，以控制或监控工业过程的操作。过程发射器是过程控制环的典型部分，位于测量现场中，例如向控制室设备传送如压力、流量或温度等过程变量。一些过程控制环包括控制器，如阀门控制器等，响应由发射器传感到的过程变量对其进行控制。
过程发射器被频繁地应用在有刺激性和腐蚀性的环境中，或者含有潜在地爆炸性气体或混合物的环境中。然而，为了减少腐蚀性环境破环发射器内部部件的可能性，以及减少内部电路引燃爆炸性气体的可能性，发射器典型地包括紧紧地密封内部部件的发射器外壳。但是，外壳必须留有孔，从而使发射器电路能够与外部电路相连。为了在孔周围保持密封，必须使用特定的隔离和阻断技术密封进入外壳的每个孔。穿过发射器外壳的每个孔需要额外的制造步骤，并增加了发射器的成本。
发明内容
一种过程发射器，配置用于测量工业过程的过程变量，并包括用于传感过程变量的过程变量传感器。第一发射器电路与所述过程变量传感器相耦合，以及第二发射器电路配置用于与所述第一发射器电路合作。发射器外壳具有容纳所述第一发射器电路的空腔。所述外壳中的挡板在所述第一发射器电路和所述第二发射器电路之间延伸。非物理电磁链路使所述第一发射器电路与所述第二发射器电路相耦合，并在二者之间传送数据。
附图说明
图1是包括根据本发明的过程发射器的过程系统的简化方框图。
图2是图1所示的过程发射器的一个实施例的透视图。
图3是根据本发明的另一方案的过程系统的方框图。
具体实施方式
在一个方案中，本发明提出了一种用于减少必须设置通过工业过程发射器的外壳的孔或引线(feed-through)的数量的技术。
图1是配置用于监控工业过程的过程监控系统10的简化方框图。系统10包括通过过程控制环16与控制室14相耦合的发射器12。将过程控制环16图示为双线过程控制环，但也可以与其他格式相一致，并典型地用于传送数据和向发射器12供电。将控制室14中的电路建模为电压源18和电阻20。示例过程控制环包括4～20mA环路、与HART标准和现场总线标准相一致的环路。
发射器12包括发射器外壳38，具有形成在其中的第一空腔40和第二空腔42。挡板44分隔空腔40和42。密封空腔42以防止腐蚀性的过程流体进入空腔42，还能防止由于空腔42中的电路的能量释放而点燃可燃性过程流体。发射器电路50位于空腔42中，并通过引线52与双线过程控制环16相连。引线52可以包括一个或多个通过挡板44的孔，并可以包括如用来减少能量释放的组件、滤波器等电子组件。发射器电路50与配置用于传感过程变量的过程变量传感器54相连。示例传感器包括温度、压力和流量传感器。传感器54可以位于空腔42内，也可以位于空腔42外。
空腔40包括也与两线过程环路16相连的发射器电路60。发射器12通过环路接线90与环16相耦合。在一些实施例中，环路16可以提供由电路50和电路60消耗的所有能量。根据本发明的一个方案，非物理电磁链路70延伸通过挡板44，并提供了电路50和电路60之间的通信链路。链路70可以是单向或双向的。通信链路70形成在与发射器电路50相连的换能器64和与发射器电路60相连的换能器62之间。例如，换能器62和64可以包括天线、电容板或电感元件。
非物理电磁链路70可以是不需要物理耦合的任何类型的电磁链路。其示例包括RF(射频)链路、感性链路或容性链路。如果链路70是RF链路，换能器62和64可以包括配置用于发送和/或接收射频信号的天线。可以根据能够作为形成了换能器62和64的天线的形状和配置来选择RF信号的频率。如果链路70是感性链路，换能器62和64可以包括设置得足够近从而允许信号在其间传输的电感器。类似地，如果链路70是容性链路，换能器62和64可以包括电容板。
链路70能够以任何期望的数据速率传输数据。更快的数据速率趋向于具有更大的功率需求。用在链路70上的数据和协议的特定格式可以与标准化的或专有的格式相一致。数据链路70可以是沿电路50和电路60之间的两个方向中的一个方向传输数据的单向链路，或可以是双向链路。在电路50和60具有足够低的功率需求的实施例中，链路70也可以向电路50和60供电，从而使电路不需要与环路16的单独连接。
在操作中，发射器电路50与传感器54相连，用于传感和测量如压力、温度、流量、电平等过程变量。在一个实施例中，发射器12完全由从过程控制环16接收到的能量供电。以数字或模拟格式，在环路16上，向控制室14或在环路16上的其他设备传送与感应到的过程变量相关的数据。
链路70提供了到电路60的安全通信链路，而不需要通过挡板44的额外引线。而且，链路70不需要额外的操作电源。通过减少引线的数目和减少对额外电源的需求，还降低了制造成本。而且，此结构提供了封装的灵活性。
发射器电路60可以包括任意类型的电路，其中需要具有与电路50分离的电路。特定的示例包括仪表或显示器，从而能够在发射器12本地显示信息。例如，可以显示来自传感器54的读数，或者与发射器电路50相关的设置或配置信息。电路60的另一示例包括用于本地控制如阀门等过程控制元件或其他组件的开关。在另一示例中，电路60可以包括如按钮等用于接收手动输入的输入电路或者配置用于连接配置和监控电路的电子耦合。在这些实施例中，通过电路60的输入用于对发射器电路50进行编程、校准和/或询问。
图2是发射器12的透视图。在图2中，将发射器电路60图示为显示器。该显示器可以显示传感器值、校准信息、诊断信息等。图2中还示出了传感器54、电路50、挡板44、换能器64和62的位置。
图3是根据本发明的另一实施例的控制系统100的简化方框图。所示的控制系统100包括与过程控制环16相耦合的发射器12A、12B和12C。尽管图3示出了单一的过程控制环16，也可以根据需要使用多个过程控制环16。现场仪表102与过程控制环相耦合。现场仪表102可以与发射器12相同的环路16相耦合，或者与不同的控制环16相耦合。非物理电磁链路106提供了发射器12A、12B以及12C和仪表之间的通信链路。该链路可以是如图3所示的单向的或者可以是双向的。该链路可以处于不同的频率、发生在不同的时间、或使用编码技术，从而能够区分去往和来自不同发射器的数据。
在图3所示的实施例中，单一的仪表102用于监控多个发射器12A、12B和12C。此外，在一些情况下，发射器12位于不容易观察到的地方。在这种实施例中，可以将仪表102放在容易观察到的地方，从而可以观察发射器12的输出。
可以完全通过过程控制环16接收到的能量对仪表102以及发射器12A、12B和12C供电。在一个实施例中，图3所示的元件102包括用于控制过程的开关或其他设备，或用于提供对发射器12A、12B和12C提供输入的输入。发射器12A、12B和12C也可以包括如图1所示的内部非物理通信链路70，以便与发射器12A、12B和12C中的发射器电路60进行通信。
尽管已经参照优选实施例对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当意识到的是，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以在形式和细节上进行修改。在本发明的多个方案中，实现了发射器外壳中的引线数量的减少。本发明不需要额外的电池或电源，并降低了与多根引线相关联的成本。此外，本发明提供了过程发射器的封装和配置的极大灵活性。本发明可以与其他类型的发射器结构、过程变量传感器或过程控制环一起使用。通信链路上的数据可以符合任意期望的格式。链路上所传送的数据可以是任意类型的数据，包括过程变量、编程、校准和配置数据。

Claims (19)

1、一种配置用于测量工业过程的过程变量的过程发射器，包括：
过程变量传感器，配置用于传感过程变量，并相应地提供过程变量传感器输出；
第一发射器电路，与所述过程变量传感器相耦合；
第二发射器电路，配置用于与所述第一发射器电路合作；
双线过程控制环耦合，配置用于从双线过程控制环向所述电路供电；
外壳，具有容纳所述第一发射器电路的空腔，所述外壳包括位于所述第一发射器电路和所述第二发射器电路之间的挡板；以及
位于所述第一发射器电路和所述第二发射器电路之间的非物理电磁链路，配置用于在二者之间传送数据。
2、根据权利要求1所述的过程发射器，其特征在于所述非物理电磁链路包括射频链路。
3、根据权利要求1所述的过程发射器，其特征在于所述非物理电磁链路包括容性耦合。
4、根据权利要求1所述的过程发射器，其特征在于所述非物理电磁链路包括感性耦合。
5、根据权利要求1所述的过程发射器，其特征在于将所述第二发射器电路定位在所述空腔中。
6、根据权利要求1所述的过程发射器，其特征在于所述第二发射器电路与所述外壳分离。
7、根据权利要求1所述的过程发射器，其特征在于所述数据包括过程变量、校准数据、编程数据和/或配置数据。
8、根据权利要求1所述的过程发射器，其特征在于完全由所述第一发射器电路通过所述非物理电磁链路向所述第二发射器电路供电。
9、一种用于提供来自发射器的输出的方法，包括：
将第一发射器电路与配置用于传感过程变量的过程变量传感器相耦合；
将所述第一发射器电路封闭在密封的空腔中；
将第二发射器电路放置在所述空腔外部，通过挡板将所述第二发射器电路与所述第一发射器电路隔开；
设置环路连接，使所述发射器与双线过程控制环相耦合，将所述发射器配置为完全由所述过程控制环供电；以及
通过非物理电磁链路使所述第一发射器电路与所述第二发射器电路相耦合。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述非物理电磁链路包括射频链路。
11、根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述非物理电磁链路包括容性耦合。
12、根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述非物理电磁链路包括感性耦合。
13、根据权利要求9所述的方法，其特征在于将所述第二发射器电路定位在所述空腔中。
14、根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述第二发射器电路与所述外壳分离。
15、根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述数据包括过程变量、校准数据、编程数据和/或配置数据。
16、根据权利要求9所述的方法，其特征在于完全由所述第一发射器电路通过所述非物理电磁链路向所述第二发射器电路供电。
17、一种过程监控系统，包括：
过程发射器，配置用于测量工业过程的过程变量，包括：
过程变量传感器，配置用于传感过程变量，并相应地提供过程变量传感器输出；
第一发射器电路，与所述过程变量传感器相耦合；
双线过程控制环耦合，配置用于从双线过程控制环向所述电路供电；
外壳，具有容纳所述第一发射器电路的空腔，所述外壳包括位于所述第一发射器电路之间的挡板；
第二发射器电路，与所述过程发射器相分离，配置用于与所述第一发射器电路进行合作；以及
位于所述第一发射器电路和所述第二发射器电路之间的非物理电磁链路，配置用于在二者之间传送数据。
18、根据权利要求17所述的过程监视系统，其特征在于所述第二发射器电路配置用于通过多个非物理电磁链路与多个发射器中的多个第一发射器电路进行通信。
19、根据权利要求17所述的过程监视系统，其特征在于所述第二发射器电路包括显示器，用于显示来自所述多个发射器的数据。
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