KR20200013656A - 필드 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상기 필드 장치는:분리 가능한 커버에 의해서 폐쇄되는 개구를 가지는 하우징; 상기 개구를 통하여 접근 가능하게 하우징에 위치된 단자 블록; 및 하우징에 위치된 필드 장치 전자기기;를 포함하며, 상기 단자 블록은: 필드 장치로부터 신호 출력 및 필드 장치로 전원 공급을 위해 루프의 2개의 와이어에 연결되도록 구성된 제1 인터페이스; 필드 장치 전자기기와 제1 인터페이스를 연결하는 제2 전기 컨덕터 및 제1 전기 컨덕터; 전압 강하 발생 요소의 상류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제1 전원 컨덕터 및 전압 강하 발생 요소의 하류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제2 전원 컨덕터; 및 외부 장치에 유선 연결되도록 설계되고 외부 장치와 적어도 통신하도록 구성된 제2 보조 인터페이스;를 포함하며, 제2 전기 컨덕터는 전압 강하 발생 요소를 가지며, 제2 보조 인터페이스는 필드 장치 전자기기로부터 전기적으로 절연된 통신 커넥터를 포함한다.
Description
본 발명은 충전 수위와 같은 탱크와 관련된 프로세스 파라미터 값을 결정하도록 설계된 필드 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 필드 장치를 포함하는 탱크 측정 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 필드 장치용 단자 블록에 관한 것이다. 본 발명은 또한 필드 장치에 외부 장치를 연결하는 방법에 관한 것이다.
로즈마운트 5400 레이더 레벨 트랜스미터 또는 로즈마운트 5300 GWL 레벨 트랜스미터와 같은 탱크와 관련된 프로세스 파라미터 값을 결정하도록 설계된 현존하는 필드 장치는 필드 장치로부터 신호 출력 및 필드 장치로 전원을 위한 프로세스 제어 루프의 두 개의 와이어에 연결되도록 구성된 인터페이스가 있는 단자 블록을 포함한다.
그러나, 외부 장치를 상술한 유형의 필드 장치에 연결해야 할 수도 있다. 외부 장치는 예를 들어 원거리 디스플레이 일 수 있다. 외부 장치를 연결할 때, 폭발 보호 요구 사항을 준수하고 외부 장치에 전원을 공급하는 방법을 고려해야 한다.
US7262693(Karschnia 등)은 연결 박스를 통한 프로세스 제어 루프를 통해 제어 시스템에 연결되는 필드 장치를 포함하는 프로세스 제어기 감시 시스템을 개시하고 있다. 다른 필드 장치는 프로세스 제어 루프에 연결되고 무선 통신 회로를 포함한다. 무선 통신 회로는 RF 신호를 전송하고 프로세스 제어 루프로부터 수신된 전력에 의해서 전원을 공급 받도록 구성된다. 다른 필드 장치는 전원 레귤레이터, 션트 또는 바이패스, 및 슈퍼 커패시터를 포함한다. 작동 중에는 프로세스 제어 루프에서 탭된 초과 전압을 사용하여 전원 레귤레이터를 사용하여 슈퍼 커패시터를 천천히 충전한다. 커패시터의 사용이 빠른 충전 및 충분히 큰 에너지 전위의 저장을 가능하게 한다. 하지만, 위험한 환경에서 사용되는 경우, 엄격한 안전 표준을 충족하기 위해 큰 에너지 저장이 허용되지 않을 수 있다. 이러한 경우, US7262693은 다른 필드 장치가 위험한 환경으로부터 멀어져 엄격한 안전이 요구되지 않는 정션 박스로 이동된다고 개시하고 있습니다. 또한, 다른 필드 장치는 무선 통신 회로를 사용하지 않더라도 전력을 보유하며, 이로 인해 항상 리프트-오프/업데이트 속도가 손상될 수 있다.
본 발명은 외부 장치가 연결될 수 있는 개선된 필드 장치를 제공하는 것이며, 이러한 필드 장치는 상술한 단점을 극복하거나 적어도 완화시킬 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 상기 및 다른 목적들은 탱크와 관련된 프로세스 파라미터 값을 결정하도록 설계된 필드 장치에 의해서 달성될 수 있으며, 상기 필드 장치는: 분리 가능한 커버에 의해서 폐쇄되는 개구를 가지는 하우징; 상기 개구를 통하여 접근 가능하게 하우징에 위치된 단자 블록; 및 하우징에 위치된 필드 장치 전자기기;를 포함하며, 상기 단자 블록은: 필드 장치로부터 신호 출력 및 필드 장치로 전원 공급을 위해 루프의 2개의 와이어에 연결되도록 구성된 제1 인터페이스; 필드 장치 전자기기와 제1 인터페이스를 연결하는 제2 전기 컨덕터 및 제1 전기 컨덕터; 전압 강하 발생 요소의 상류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제1 전원 컨덕터 및 전압 강하 발생 요소의 하류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제2 전원 컨덕터; 및 외부 장치에 유선 연결되도록 설계되고 외부 장치와 적어도 통신하도록 구성된 제2 보조 인터페이스;를 포함하며, 제2 전기 컨덕터는 전압 강하 발생 요소를 가지며, 제2 보조 인터페이스는 필드 장치 전자기기로부터 전기적으로 절연된 통신 커넥터를 포함한다.
“필드 장치 전자기기”는 예를 들어 충전 수위와 같은 프로세스 파라미터 값을 결정하도록 요구되는 완전한 전자기기로 해석될 수 있다.
“외부 장치”는 필드 장치의 외부에 있다. 외부 장치는 보조 장치일 수 있으며, 이는 필드 장치의 주요 기능에 보조 또는 도움을 줄 수 있다.
“루프”는 예를 들어 프로세스 제어 루프일 수 있다.
본 발명은 (적어도 하나의 다이오드와 같은) 전압 강하 발생 요소 및 제1 및 제2 전원 컨덕터에 의해서, 전력이 필드 장치 내로부터 외부 장치로 전원을 공급하는 연속적으로 전력을 보전하는 수단 없이 필요로 할 때만 전기 컨덕터들 중 하나로부터 탭될 수 있다는 이해에 기반하고 있다. 또한, 탭된 전압에 의해서 전원이 공급된 (예를 들어 외부 장치) 다른 유닛의 전력 요구사항은 필드 장치에 영향을 주지 않고 변경될 수 있다. 즉, 필드 장치는 예를 들어 외부 장치와 같은 다른 유닛들에 의해서 부과되는 다양한 전력 요구사항을 고려하여 설계될 필요가 없다. 이는 예를 들어 업데이트 속도 등을 조절하여 외부 장치에 의해서 처리될 수 있다. 또한, 통산 커넥터는 필드 장치 전자기기로부터 전기적으로 절연되어 있기 때문에, 필드 장치 전자기기의 고 전압은 통신 커넥터로 전달되지 않으며, 이는 방폭(explosion protection)에 유리하다.
제1 실시 예에서, 제2 보조 인터페이스는 또한 루프로부터 얻어진 리프트-오프 전압(lift-off) 전압에 의해서 외부 장치에 전원을 공급하도록 구성된다. “리프트-오프 전압”은 외부 장치의 적절한 작동을 보장하기 위해 필요한 최소 전압이며, 리프트-오프 전압은 전압 강하 발생 요소에 의해서 발생되는 전압 강하에 상응한다. 이 리프트 오프 전압은 외부 장치가 연결되어 있지 않을 때 필드 장치에 필요한 리프트-오프 전압에 추가된다. 예를 들어, 제2 보조 인터페이스는 제1 및 제2 전원 커넥터를 더 포함할 수 있으며, 제1 전원 커넥터는 제1 전원 컨덕터에 연결되고 제2 전원 커넥터는 제2 전원 컨덕터에 연결된다. 따라서, 이 실시 예에서, 제2 보조 인터페이스는 통신 커넥터뿐만 아니라 제1 및 제2 전원 공급 커넥터를 포함한다. 이러한 제2 보조 인터페이스에 연결된 외부 장치는 예를 들어 압력 트랜스듀서 또는 원거리 디스플레이일 수 있다. 즉, 이 실시 예에서 단자 블록은 다른 외부 장치가 연결될 수 있다는 점에 일반적일 수 있다. 외부 장치가 제2 보조 인터페이스에 연결되지 않을 경우, 제2 보조 인터페이스의 전원 커넥터들은 예를 들어 점퍼(jumper)에 의해서 단락될 수 있다.
루프가 본질적으로 안전한 경우, 제2 보조 인터페이스의 안전한 관련 전력 출력이 루프로부터 발생하는 전력에 의해 전력을 공급 받기 때문에 내부 절연 또는 비-절연 다이오드 안전 장벽이 필요하지 않다. 한편, 제2 보조 인터페이스는 루프 입력에 관계 없이 엑시아(ex-ia)가 되도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 단자 블록은 제2 전기 컨덕터 및 제2 보조 인터페이스의 전원 커넥터 사이에 본질 안전 베리어를 더 포함할 수 있다. 본질 안전 베리어는 예를 들어 단자 블록에 엑시아(ex-ia) 베리어일 수 있다. 대안으로, 외부 장치는 이러한 베리어를 포함할 수 있으며, 또는 외부 장치는 방폭 또는 방염 하우징을 구비할 수 있다.
제2 실시 예에서, 단자 블록은 제2 보조 인터페이스의 통신 커넥터와 제1 및 제2 전원 컨덕터에 연결된 센서 전자기기를 더 포함하며, 센서 전자기기는 보조 프로세스 파라미터 값을 결정하도록 구성된다. 이 실시 예에서, 탭된 전력은 센서 전자기기에서 전원으로 주로 사용되나, 센서 전자기기들은 (상기 탭된 전력을 사용하여) 외부 장치를 위한 전류원으로 기능할 수 있다. 또한, 이 실시 예에서, “제2 보조 인터페이스에서 “통신”은 예를 들어 외부 장치로부터 아날로그 신호일 수 있다. (주요) 탱크-관련 프로세스 파라미터가 채움 수위인 경우, 보조 프로세스 파라미터 값은 온도일 수 있으며, 제2 실시 예의 제2 보조 인터페이스에 연결된 외부 장치는 저항 측온기(RTD)일 수 있다. 센서 전자기기는 제2 보조 인터페이서의 통신 커넥터에 연결된 외부 장치(예를 들어, RTD 또는 다른 수동 장치)로부터의 신호들을 디지털 신호로 전환하도록 설계될 수 있다. 센서 전자기기는 예를 들어 디지털 SPI 신호로 온도 신호를 전환하도록 구성될 수 있다. 이 실시 예에서 단자 블록은 특정 외부 장치를 위해 특별하게 설계될 수 있다.
전압 강하 발생 요소는 적어도 하나의 다이오드를 포함하며, 이는 주로 일 방향으로 전류를 전도한다. 이를 위해, 상술한 제1 전원 컨덕터는 다이오드의 양극 측에 연결될 수 있는 반면, 제2 전원 컨덕터는 다이오드의 음극 측에 연결될 수 있다. 다이오드는 션트(shunt)로써 기능할 수 있다. 단일 다이오드의 전압 강하는 0.7V일 수 있지만, 외부 장치 또는 센서 전자기기에 의해서 사용되는 전압은 더 높을 수 있다. 즉, 전압 강하가 충분히 높으면 외부 장치 또는 센서 전자기기에 의해 강화될 수 있다. 단일 다이오드 대신에, 전압 강하 발생 요소가 더 큰 전압 강하를 제공하기 위해서 직렬로 몇몇의 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어 직렬로 연결된 3개의 반도체 다이오드는 약 2V의 전체 전압 강하를 제공할 수 있다.
전압 강하 발생 요소는 설정식 전압 강하 발생 요소일 수 있다. 이런 방식으로, 전압 강하를 증가시키지 않고도 다른 외부 장치 전원 요구 사항에 따라 다른 전압들이 탭될 수 있다. 설정식 전압 강하 발생 요소는 예를 들어 직렬로 연결된 다이오드들을 포함할 수 있으며, 다이오드들 사이의 각 노드는 (추가 전원 컨덕터들을 통하여) 추가 전원 커넥터로서 이용 가능하다. 이런 방식으로, 원하는 전체 전압 강하가 적절한 전원 커넥터들과 특정 외부 장치를 연결함으로써 선택될 수 있다. 대안으로, 설정식 전압 강하 발생 요소는 예를 들어 텍사스 인스트루먼트사에서 제공되는 TL431과 같은 프로그래밍 가능한 션트(shunt)일 수 있다.
상술한 하우징은 단자 블록을 수용하는 제1 구역 및 및 필드 장치 전자기기를 수용하는 제2 구역을 포함할 수 있다. 제1 구역은 단자 구역 또는 “오염” 구역으로서 명명될 수 있는 반면, 제2 구역은 “청정” 구역으로 명명될 수 있다. 베리어는 제1 및 제2 구역을 분리하여, 제1 구역만이 하우징의 상기 개구를 통하여 접근가능하며, 제2 필들 장치 전자기기를 수용하는 제2 구역은 개구를 통하여 접근할 수 없다.
필드 장치는 필드 장치 전자기기 및 통신 커넥터 사이에 연결된 옵토아이솔레이터(opto-isolator)를 더 포함할 수 있으며, 옵토아이솔레이터는 필드 장치 전자기기로부터 통산 커넥터를 전기적으로 절연한다. 옵토아이솔레이터는 빛을 사용하여 두 개의 절연된 회로 사이에 전기 신호를 전달하는 부품이다. 옵토아이솔레이터는 제2 구역에서 광검출기 및 단자 블록 상의 광원을 포함할 수 있으며, 광원 및 광검출기는 광섬유에 의해서 상화 연결될 수 있다. 이를 통해, 충분히 높은 촉대 절연 전압을 쉽게 얻어질 수 있다. 대안으로, 완전한 옵토아이솔레이터는 단자 블록 상에 구비될 수 있다. 또 다른 대안으로, 통신 커넥터는 예를 들어 단자 블록 상의 변압기를 사용하여 필드 장치 전자기기로부터 전기적으로 절연될 수 있다.
일 예시에서, 본 발명의 필드 장치는 탱크에 포함된 제품의 충전 수위를 결정하도록 설계된 레이더 수위 측정기이며, 레이더 수위 측정기는 전파 장치를 더 포함하며, 필드 장치 전자기기는: 전자기 신호(마이크로웨이브)를 발생, 전송, 수신하도록 설계되고 전파 장치에 연결된 트랜시버; 및 표면 에코 신호에 기반하여 충전 수위를 결정하도록 구성되고 트랜시버에 연결된 프로세스 회로;를 포함하며, 전파 장치는 탱크 내의 제품 쪽으로 전송된 전자기 신호를 전파하고, 탱크에 포함된 제품의 표면에 전송된 전자기 신호의 반사로 인한 표면 에코 신호를 트렌시버로 되돌아오도록 배열된다. 전파 장치는 전송 라인 프로브 또는 방사 안테나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양태는 탱크 측정 시스템이며, 상기 탱크 측정 시스템은: 탱크와 관련된 프로세스 파라미터 값을 결정하도록 설계된 필드 장치; 전원; 전원에 연결된 두 개의 와이어를 포함하는 프로세스 제어 루프; 및 외부 장치;를 포함하며, 필드 장치는 분리 가능한 커버에 의해서 폐쇄되는 개구를 구비하는 하우징, 개구를 통하여 접근 가능하고 하우징 내에 위치된 단자 블록, 및 하우징에 위치된 필드 장치 전자기기를 포함하며, 단자 블록은: 적어도 두 개의 와이어가 필드 장치로부터 신호 출력 및 필드 장치에 전원을 위해 연결된 제1 인터페이스; 필드 장치 전자기기와 제1 인터페이스를 연결하기 위한 제1 전기 컨덕터 및 제2 전기 컨덕터, 제2 전기 컨덕터는 전압 강하 발생 요소를 가진다; 전압 강하 발생 요소의 상류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제1 전원 컨덕터 및 전압 강하 발생 요소의 하류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제2 전원 컨덕터; 및 외부 장치가 연결된 제2 보조 인터페이스;를 포함하며, 제2 보조 인터페이스는 외부 장치와 적어도 통신하도록 구성되며, 제2 보조 인터페이스는 필드 장치 전자기기로부터 전기적으로 절연되는 통신 커넥터를 포함한다. 본 양태는 제1 양태와 동일하거나 유사한 특징 및 기술적 효과를 나타낼 수 있으며, 그 반대 또한 마찬가지이다.
본 발명의 제3 양태로, 탱크와 관련된 프로세스 파라미터 값을 결정하도록 설계된 필드 장치를 위한 단자 블록이 개시되며, 상기 단자 블록은: 적어도 두 개의 와이어가 필드 장치로부터 신호 출력 및 필드 장치에 전원을 위해 연결된 제1 인터페이스; 필드 장치 전자기기와 제1 인터페이스를 연결하기 위한 제1 전기 컨덕터 및 제2 전기 컨덕터, 제2 전기 컨덕터는 전압 강하 발생 요소를 가진다; 전압 강하 발생 요소의 상류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제1 전원 컨덕터 및 전압 강하 발생 요소의 하류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제2 전원 컨덕터; 및 외부 장치와 적어도 통신하도록 구성되고 외부 장치와 유선 연결되도록 설계된 제2 보조 인터페이스, 제2 보조 인터페이스는 통신 커넥터를 포함한다; 및 필드 장치 전자기기로부터 통신 커넥터를 전기적으로 절연하도록 설계된 수단;을 포함한다. 이 양태는 본 발명의 제1 및/또는 제2 양태와 동일하거나 유사한 기술적 특징을 및 기술적 효과를 나타낼 수 있으며, 그 반대 또한 마찬가지이다. 상기 수단은 예를 들어 상술 한 옵토아이솔레이터 광원을 포함할 수 있지만, 상기 수단은 대안으로 커패시터를 포함할 수 있다. 단자 블록은 기존 필드 장치에 새롭게 장착되는 단자 블록일 수 있다.
본 발명의 제4 양태로, 필드 장치에 외부 장치를 연결하는 방법이 개시되며, 상기 필드 장치는 탱크와 관련된 프로세스 파라미터 값을 결정하도록 설계되고, 분리 가능한 커버에 의해서 폐쇄된 개구를 가지는 하우징 및 하우징에 위치된 필드 장치 전자기기를 포함하며, 상기 방법은: 하우징에 단자 블록을 제공하든 단계; 및 단자 블록의 제2 보조 인터페이스에 외부 장치를 연결하는 단계;를 포함하며, 상기 단자 블록은: 적어도 두 개의 와이어가 필드 장치로부터 신호 출력 및 필드 장치에 전원을 위해 연결된 제1 인터페이스; 필드 장치 전자기기와 제1 인터페이스를 연결하기 위한 제1 전기 컨덕터 및 제2 전기 컨덕터, 제2 전기 컨덕터는 전압 강하 발생 요소를 가진다; 전압 강하 발생 요소의 상류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제1 전원 컨덕터 및 전압 강하 발생 요소의 하류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제2 전원 컨덕터; 및 외부 장치와 적어도 통신하도록 구성되고 외부 장치와 유선 연결되도록 설계된 제2 보조 인터페이스;를 포함하며, 제2 보조 인터페이스는 필드 장치 전자기기로부터 전기적으로 절연되는 통신 커넥터를 포함한다. 이 양태는 본 발명의 제1 내지 제3 양태 중 임의의 하나의 양태와 동일하거나 유사한 기술적 특징 및 효과를 나타낼 수 있으며, 그 반대 또한 마찬가지이다.
본 명세서에 포함되어 있음.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 필드 장치를 포함하는 탱크 측정 시스템의 개략적인 측면도이다.
도 2a는 도 1의 필드 장치의 분해 사시도이다.
도 2b는 도 1의 필드 장치의 상면도이다.
도 2c는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단자 블록(terminal block)을 포함하는 도1의 필드 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2c의 단자 블록의 변형 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단자 블록을 개략적으로 도시한다.
도 2a는 도 1의 필드 장치의 분해 사시도이다.
도 2b는 도 1의 필드 장치의 상면도이다.
도 2c는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 단자 블록(terminal block)을 포함하는 도1의 필드 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2c의 단자 블록의 변형 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단자 블록을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 상세한 설명에서, 본 발명은 탱크 충전 수위를 결정하기 위한 레이더 수위 측정하는 내용에 대하여 주로 설명할 것이지만, 다른 구현 또한 가능하다.
도 1은 탱크 측정 시스템(100)을 도시한다. 탱크 측정 시스템(100)은 필드 장치(10), 전원(102), 및 프로세스 제어 루프(104)를 포함한다.
필드 장치(10)는 탱크(106)와 관련된 프로세스 파라미터 값을 결정하도록 일반적으로 설계된다. 도 1의 필드 장치(10)는 탱크(106)에 보관된 제품(108)의 충전 수위를 결정하도록 특별하게 설계된 레이더 수위 측정기이다. 필드 장치(10)는 탱크(104)의 상부에 설치될 수 있다. 필드 장치(10)는 전파 장치를 더 포함할 수 있으며, 이는 본 명세서에서 전송 라인 프로브(12)의 형태이다. 대안으로, 전파 장치는 방사 안테나(radiating antenna)(미도시)일 수 있다.
필드 장치(10)는 전원(102)에 프로세스 제어 루프(104)를 통해 연결된다. 프로세스 제어 루프(104)는 두 개의 와이어(108a-b)를 포함한다(도 2b-c 참조). 프로세스 제어 루프(104)는 예를 들어 4-20mA 루프, HART 기준에 따른 루프, 또는 Fieldbus 기준에 따른 루프일 수 있다. 전원(102)은 예를 들어 제어 공간의 일부를 형성할 수 있다. 프로세스 제어 루프(104)는 일반적으로 필드 장치(10)에 전력을 공급하고 필드 장치로부터 신호를 출력하는 역할을 한다. 또한, 데이터는 필드 장치(10)로 루프(104)를 통하여 보내질 수 있다.
도 2a-c를 참조하면, 필드 장치(10)는 하우징(14)을 포함한다. 하우징(14)은 방염(flame proof) 또는 방폭(explosion proof)일 수 있다. 하우징(14)은 제1 “오염" 구역(16a) 및 제2 “청정" 구역(16b)을 포함할 수 있다. 제1 구역(16a)은 또한 단자 구역으로 명명될 수 있다. 제1 및 제2 구역(16a-b)은 물리적 벽(18)에 의해서 분리될 수 있다. 제1 구역(16a)에 인접하여, 하우징은 개구(20)를 포함하며, 제1 구역(16a)은 개구(20)를 통하여 접근될 수 있지만 제2 구역(16b)을 통하여 접근될 수 없다. 개구(20)는 분리 가능한 커버(또는 리드)(22)에 의해서 폐쇄될 수 있다. 하우징(14)은 두 개의 케이블 입구(24a-b)를 더 포함할 수 있다. 프로세스 제어 루프(104)의 와이어(108a-b)는 케이블 입구(24a)를 통하여 제1 구역(16a)으로 통과한다.
필드 장치(10)는 단자 블록(26)을 더 포함한다. 단자 블록(26)은 하우징(14)의 제1 구역(16a)에 위치된다. 단자 블록(26)은, 개구(20)를 통하여, 예를 들어 작업자에 의해서, 접근될 수 있다.
필드 장치(10)는 필드 장치 전자기기(28)를 더 포함한다. 필드 장치 전자기기(28)는 일반적으로 충전 수위를 결정하도록 하는 완전한 전자기기이다 필드 장치 전자기기(28)는 하우징의 제2 구역(16b)에 위치된다. 본 발명의 레이더 수위 측정기에서, 필드 장치 전자기기(28)는 프로브(12)에 연결되고 전자기 신호, 즉 마이크로웨이브를 발생, 전송, 및 수신하도록 설계된 트랜시버(30)를 포함할 수 있다. 프로브(12)는 탱크(106) 내의 제품(108) 쪽으로 전송된 전자기 신호를 전파하고 제품(108)의 표면(110)에서 전송된 전자기 신호의 반사로 인한 표면 에코 신호를 트랜시버(30)로 되돌아오도록 배열된다. 필드 장치 전자기기(28)는 또한 트랜시버(30)에 연결된 프로세스 회로(32)를 포함하며, 프로세스 회로(32)는 표면 에코 신호에 기반하여 충전 수위를 결정하도록 구성된다
기존의 필드 장치와 같이, 단자 블록(26)은 프로세스 제어 루프(104)의 와이어들(108a-b)에 연결된 인터페이스(34)를 포함한다. 이를 위해, 인터페이스(34)는 나사 단자와 같은 두 개의 전기 커넥터(36a-b)를 포함할 수 있다. 여기서, 인터페이스(34)는 제1 인터페이스(34)로 표시된다. 필드 장치 전자기기(28)에 전기 연결을 위해서, 단자 블록(26)의 제1 전기 컨덕터(electrical conductor)(38a)는 전기 커넥터들 중 하나(36a)에 연결되고 전자 블록(26)의 제2 전기 컨덕터(38b)는 다른 전기 커넥터(36b)에 연결된다. 도 2c에서, 커넥터(36a) 및 컨덕터(38a)는 전원(102)의 양극에 연결되는 반면, 커넥터(36b) 및 컨덕터(38b)는 전원(102)의 음극에 연결된다.
본 발명에 따르면, 단자 블록(26)은 제2 보조 인터페이스(40)를 더 포함한다. 제2 보조 인터페이스(40)는 원격 디스플레이 또는 압력 트랜스듀서와 같은 외부 장치(42)에 유선 연결되도록 설계된다. 외부 장치(42)는 필드 장치(10)의 외부에 있다. 외부 장치(42)는 보조 장치일 수 있으며, 이는 충전 수위를 결정하는 경우에 필드 장치(10)의 주요 기능을 보조 또는 도움을 줄 수 있다. 외부 장치(42)는 케이블 입구(24b)를 통과하는 케이블을 통하여 제2 보조 인터페이스(40)에 연결될 수 있다. 제1 실시 예에서, 제2 보조 인터페이스(40)는 외부 장치(42)에 전원 공급 및 통신 모두 하도록 구성된다. 이를 위해, 제2 보조 인터페이스(40)는 통신 커넥터(44)뿐만 아니라 제1 및 제2 전원 커넥터(46a-b)를 포함한다. 커넥터들(44 및 46a-b)는 나사 단자와 같은 전기 커넥터일 수 있다. 제2 보조 인터페이스(40)는 독점적 또는 표준화될 수 있다.
통신 커넥터(44)는 필드 장치 전자기기(28)와 통신하지만, 필드 장치 전자기기로부터 전류적으로 독립된다. 이를 위해, 필드 장치(10)는 옵토아이솔레이터(opto-isolator)(48)를 더 포함할 수 있다. 옵토아이솔레이터(48)는 통신 커넥터(44) 및 필드 장치 전자기기(28) 사이에서 연결된다. 옵토아이솔레이터(48)는 제1 구역(16a)에 단자 블록(14) 상에 광원(50a) 및 제2 구역(16b)에 광검출기(50b)를 포함한다. 광원(50a) 및 광검출기(50b)는 광섬유(50c)에 의해 상호 연결된다.
제1 및 제2 전원 커넥터(46a-b)는 전원 컨덕터(52a-b)를 통하여 상술한 제2 전기 컨덕터(38b)에 연결된다. 특히, 제1 전원 컨덕터(52a)는 제2 전기 컨덕터(36b)의 전압 강하 발생 요소(54)의 상류에서 제2 전기 컨덕터(38b)에 연결되며, 제2 전원 컨덕터(52b)는 전압 강하 발생 요소(54)의 하류의 제2 전기 컨덕터(38b)에 연결된다. 전압 강하 발생 요소(54)는 단자 블록(26)에 또는 단자 블록 상에 구비된다.
도 2c에 도시된 실시 예에서, 전압 강하 발생 요소(54) 가 있는 “리턴" 와이어(108b)에 연결되며, 리턴 와이어는 전원(102)의 음극에 연결된다. 대안으로, 와이어(108b) 및 제2 전기 컨덕터(38b)는 전원(102)의 양극에 연결될 수 있으며, 이는 전압이 입력측으로부터 탭될 수 있다.
예를 들어, 전압 강하 발생 요소(54) 다이오드일 수 있다. 제1 전원 컨덕터(52a)는 다이오드의 음극 측에 연결된다. 다이오드의 전압 강하는 약 0.7V일 수 있다. 전압 강하를 증가시키기 위해서, 몇몇 다이오드는 제1 및 제2 전원 컨덕터(52a-b) 사이에 직렬로 연결될 수 있다.
엑시아(ex-ia) 베리어(58)는 도 2c에 도시된 것처럼 전원 컨덕터들(46a-b) 및 제2 컨덕터(38b) 사이에 구비되는 반면, 제2 보조 인터페이스(40)는 프로세스 제어 루프(104)의 입력에 관계없는 엑시아(ex-ia)일 수 있다.
작동 중에, 전류(I)는 루프(104)를 통하여 전원(102)으로부터 필드 장치(10)까지 공급되며, 결정된 충전 수위는 당업계와 같이 루프(104)를 통하여 또한 필드 장치로부터 전달된다. 또한, 외부 장치(42)가 제2 보조 인터페이스(40)에 연결되며 전류는 제2 전기 컨덕터(38b)에 흐르며, 전압 강하 발생 요소(54)는 작은 전압 강하를 제공하여, 리프트-오프 전압(lift-off voltage)이 외부 장치(42)에 전원을 공급하게 한다. 전압 강하는 전압 강하 발생 요소(54)의 다이오드의 상기 전압(예: 0.7V)와 동일하다. 전류가 4mA라고 가정하면, 0.7V*4mA = 2.8mW 전원이 예를 들어 디스플레이(외부 장치(42))에 전원을 공급하기에 충분할 수 있다.
외부 장치(42)에 의해서 생성된 임의의 데이터는 필드 장치 전자기기(28)에 통신 커넥터(44) 및 옵토아이솔레이터(48)를 통하여 전달된다. 외부 장치(42)가 압력 트랜스듀서인 경우에, 압력 트랜스듀서로부터 제공된 압력 데이터는 예를 들어 충전 수위를 좀더 정확하게 결정하기 위해서 필드 장치 전자기기(28)에 의해서 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어 외부 장치(42)가 디스플레이 또는 블루투스 칩인 경우에, 데이터는 외부 장치(42)로 통신 커넥터(44)를 통하여 전달될 수 있다.
외부 장치(42)가 제2 보조 인터페이스(40)에 연결되지 않았을 경우, 전원 커넥터(46a-b)는, 예를 들어 점퍼(jumper)(미도시)에 의해서, 단락될 수 있다. 대안으로, 제2 보조 인터페이스(40)를 불능으로 만드는 단자가 추가될 수 있다.
도 3은 도 2c에 단자 블록의 변형에 따른 단자 블록(26)을 도시한다. 도 3에 단자 블록(26)은 전압 강하 발생 요소가 설정식(configurable) 전압 강하 발생 요소(54`)라는 점을 제외하고는 도 2c에 단자 블록과 유사할 수 있다. 설정식 전압 강하 발생 요소(54`)는 직렬로 연결된 복수의 다이오드(60)를 포함한다. 다이오드(60) 사이의 각 노드는, 추가 (중간) 전원 컨덕터(52x)를 통하여, 제2 보조 인터페이스(40) 상에 추가 전원 커넥터(46x)로서 활용될 수 있다. 이를 위해, 원하는 전체 전압 강하가 적절한 전원 커넥터(46)에서 특정 외부 장치(42)를 연결함으로써 선택될 수 있다. 각 다이오드(60)가 0.7V의 전압강하를 가지는 경우, 외부 장치(42)는 도 4에 도시된 것처럼 연결되며, 전체 전압 강하는 1.4V일 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 단자 블록(26)을 도시한다. 도 4의 단자 블록은 도 2c의 단자 블록과 유사하지만, 전원 커넥터(46a-b)를 포함하지 않는다. 대신에, 도 3의 단자 블록(26)은 센서 전자기기(56)를 포함하며, 이는 제1 및 제2 전원 컨덕터(52a-b)에 연결된다. 또한, 센서 전자기기(56)는 제2 보조 인터페이스(40)의 통신 커넥터(44)에 연결된다. 본 명세서에서, 통신 커넥터(44)는 예를 들어 4 개의 와이어 RTD 인터페이스일 수 있으며, 이는 아날로그 신호의 형태의 통신을 수용할 수 있고, 외부 장치(42)는 저항 측온기(RTD)일 수 있다. 센서 전자기기(56)는 예를 들어 RTD로부터의 온도 신호를 디지털 SIP(직렬 주변기기 인터페이스) 신호로 전환할 수 있다. 센서 전자기기(56)는 예를 들어 상술한 옵토아이솔레이터(48)(도 4에 미도시)를 통하여 필드 장치 전자기기(28)에 추가적으로 연결될 수 있어서, 통신 커넥터(44)는 사실상 필드 장치 전자기기(28)로부터 전기적으로 절연된다.
작동 중에, 외부 장치(42)가 도 4의 단자 블록(26)의 제2 보조 인터페이스(40)에 연결되고 전류가제2 전기 컨덕터(38b)에 흐를 때, 전압 강하 발생 요소(54)는 작은 전압 강하를 제공하여, 리프트-오프 전압이 센서 전자기기(56)에 전원을 공급하게 한다. 외부 장치(42)에 의해서 발생되는 신호들은 필드 장치 전자기기(28)로 통신 커넥터(44)를 통하여 전달된다. 외부 장치(42)가 RTD인 경우, 디지털 SPI로 전환된 온도 신호는 예를 들어 충전 수위를 더 정확하게 결정하기 위해서 필드 장치 전자기기(28)에서 사용될 수 있다. 외부 장치(42)가 도 4에 제2 보조 인터페이스(40)에 연결되지 않은 경우, 제1 및 제2 전원 컨덕터(52a-b)는, 전압 강하를 “끄기” 위해서, 예를 들어 두 개의 추가 커넥터(미도시)를 사용하여, 단락될 수 있다.
통상의 기술자는 본 발명이 결코 상술된 실시 예들로 제한되지 않음을 이해할 것이다. 반대로, 첨부된 청구범위 내에서 많은 수정 및 변형이 가능하다.
Claims (15)
- 탱크(16)와 관련된 프로세스 파라미터 값을 결정하는 필드 장치(10)로서,
상기 필드 장치는:
분리 가능한 커버(22)에 의해서 폐쇄되는 개구(20)를 가지는 하우징(14);
상기 개구를 통하여 접근 가능하게 하우징에 위치된 단자 블록(26); 및
하우징에 위치된 필드 장치 전자기기(28);를 포함하며,
상기 단자 블록은:
필드 장치로부터 신호 출력 및 필드 장치로 전원 공급을 위해 루프(104)의 2개의 와이어(108a-b)에 연결되도록 구성된 제1 인터페이스(34);
필드 장치 전자기기와 제1 인터페이스를 연결하는 제2 전기 컨덕터(36b) 및 제1 전기 컨덕터(36a);
전압 강하 발생 요소의 상류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제1 전원 컨덕터(52a) 및 전압 강하 발생 요소의 하류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제2 전원 컨덕터(52b); 및
외부 장치(42)에 유선 연결되도록 설계되고 외부 장치와 적어도 통신하도록 구성된 제2 보조 인터페이스(40);를 포함하며,
제2 전기 컨덕터는 전압 강하 발생 요소(54; 54`)를 가지며,
제2 보조 인터페이스는 필드 장치 전자기기로부터 전기적으로 절연된 통신 커넥터(44)를 포함하는 필드 장치. - 제 1 항에 있어서,
제2 보조 인터페이스는 루프로부터 얻어진 리프트-오프 전압에 의해서 외부 장치에 전원을 공급하도록 추가적으로 구성된 필드 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
제2 보조 인터페이스는 제1 및 제2 전원 커넥터(46a-b)를 더 포함하며,
제1 전원 커넥터는 제1 전원 컨덕터에 연결되고, 제2 전원 커넥터는 제2 전원 컨덕터에 연결되는 필드 장치. - 제 3 항에 있어서,
단자 블록은 제2 전기 컨덕터 및 제2 보조 인터페이스의 전원 커넥터 사이에 내재된 안전 벽을 포함하는 필드 장치. - 제 1 항에 있어서,
단자 블록은 제1 및 제2 전원 컨덕터(52a-b) 그리고 제2 보조 인터페이스의 통신 커넥터에 연결된 센서 전자기기(56)를 더 포함하는 필드 장치. - 제 5 항에 있어서,
센서 전자기기는 디지털 신호로 제2 보조 인터페이스의 통신 커넥터에 연결된 외부 장치로부터의 신로를 전환하도록 설계된 필드 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
전압 강하 발생 요소는 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 필드 장치. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
전압 강하 발생 요소는 설정식(configuratble) 전압 강하 발생 요소(54`)인 필드 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
하우징은 단자 블록을 수용하는 제1 구역(42a) 및 필드 장치 전자기기를 수용하는 제2 구역(42b)를 포함하는 필드 장치. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
필드 장치 전자기기 및 통신 커넥터 사이에 연결된 옵토아이솔레이터(48)를 더 포함하는 필드 장치. - 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
옵토아이솔레이터는 단자 블록 상의 광원(50a) 및 제2 구역에 광검출기(50b)를 포함하며,
광원 및 광검출기는 광섬유(50c)에 의해서 상호 연결되는 필드 장치. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
필드 장치는 탱크에 보관된 제품(108)의 충전 수위를 결정하도록 설계된 레이더 수위 측정기이며, 레이더 수위 측정기는 전파 장치(12)를 더 포함하며,
필드 장치 전자기기는:
전자기 신호를 발생, 전송, 및 수신하도록 설계되고 전파 장치에 연결된 트랜시버(30); 및
표면 에코 신호에 근거하여 충전 수위를 결정하도록 구성되고 트랜시버에 연결된 프로세스 회로(32);를 포함하며,
상기 전파 장치는 탱크 내에 제품 쪽으로 전송된 전자기 신호를 전파하고 트렌시버로 탱크에 보관된 제품의 표면에서 전송된 전자기 신호의 발사로 인한 표면 에코 신호가 되돌아오도록 배열되는 필드 장치. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 필드 장치(12);
전원(102);
필드 장치의 단자 블록(26)의 제1 인터페이스 및 전원에 연결된 두 개의 와이어(108a-b)를 포함하는 프로세스 제어 루프(104); 및
필드 장치의 단자 블록(26)의 제2 보조 인터페이스(40)에 연결된 외부 장치(42);를 포함하는 탱크 측정 시스템(100). - 탱크(105)와 관련된 프로세스 파라미터 값을 결정하는 필드(10) 장치를 위한 단자 블록(26)으로서,
상기 단자 블록은:
필드 장치로부터 신호 출력 및 필드 장치에 전원을 공급하는 루프(104)의 2개의 와이어(108a-b)에 연결하도록 구성된 제1 인터페이스;
필드 장치의 필드 장치 전자기기(28)와 제1 인터페이스를 연결하는 제2 전기 컨덕터(39b) 및 제1 전기 컨덕터(36a);
전압 강하 발생 요소의 상류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제1 전원 컨덕터(52a) 및 전압 강하 발생 요소의 하류에서 제2 전기 컨덕터에 연결된 제2 전원 컨덕터(52b);
외부 장치(42)에 유선 연결되도록 설계되고 외부 장치와 적어도 통신하도록 구성된 제2 보조 인터페이스(40); 및
필드 장치 전자기기로부터 통신 커넥터를 전기적으로 절연하도록 설계된 수단(48; 50a);를 포함하며,
제2 전기 컨덕터는 전압 강하 발생 요소(54; 54`)를 가지며,
제2 보조 인터페이스는 필드 장치 전자기기로부터 전기적으로 절연된 통신 커넥터(44)를 포함하는 필드 장치. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 필드 기기(10)에 외부 장치(42)를 연결하는 방법으로서,
상기 방법은 필드 장치의 단자 블록의 제2 보조 인터페이스(40)에 외부 장치를 연결하는 단계를 포함하는 방법.
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