專利名稱：具有減小功耗的工業現場設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于監控或控制工業過程的類型的現場設備。更具體 地，本發明涉及為這樣的現場設備供電。
背景技術：
在工業過程中使用現場設備來監控過程的過程變量，或控制這樣 的過程變量。過程變量的示例包括壓力、溫度、流速、液位等。典 型地，現場設備位于"觀場"中，遠離中央位置。例如，這樣的現場 設備可以遍及煉油廠等。現場設備用于將所測量的過程變量傳送回控 制室，而控制器用于控制來自控制室的過程。
典型地，控制室和現場設備之間的通信通過兩線過程控制回路而
進行。示例控制回路包括4-20mA過程控制回路，在該回路中，通過回 路的電流電平用于表示過程變量，控制回路根據HART⑧通信協議、 FieldBus協議、ProflBus協議等進行操作。在許多配置中，現場設備也 由通過兩線過程控制回路接收的電能進行供電。
盡管現場設備典型地使用過程控制回路進行通信，但是存在需要 無線通信的情況。例如，無線通信技術減小或消除了與現場設備相連 的配線。在這樣的無線配置中，可能不存在可用于向現場設備供電的 過程控制回路。從而，必須使用備用電源。例如，在一些配置中，使 用存儲式電源(例如，來自電池、通過太陽能電池獲得、或其他技術) 對現場設備進行供電。在這樣的配置中，期望減小現場設備所需的功 耗。在其他情況下，該設備連接至有線過程控制回路，但還包括用于 發送或接收通信的無線收發機。在這樣的配置中，保存設備中的電源 是有用的
發明內容
一種用于監控或控制工業過程的現場設備，包括兩線過程控制
回路電連接和具有上電(power-on)輸入的現場設備電路。數字通信 監控電路耦合至電連接，并響應于兩線過程控制回路上的數字信號向 現場設備電路的上電輸入提供信號。還提供了一種控制用于監控或控 制工業過程的類型的現場設備中的電路操作的方法。所述方法包括
監控兩線過程控制回路上承載的信號，并檢測通信信號。響應于兩線 過程控制回路上檢測到的數字通信信號，向現場設備電路供電。


圖l是示出了過程控制或監控系統的簡要框圖。
圖2是示出了根據本發明的現場設備的電路的框圖。
圖3是示出了本發明的數字通信監控電路的框圖。
圖4是示出了根據本發明的步驟的流程圖。
具體實施例方式
圖1是包括現場設備102在內的工業過程控制系統100的簡圖，所 示現場設備102耦合至過程管道106。所示的現場設備102包括過程接口 元件108。例如，如果現場設備102被配置為變送器，則過程接口元件 可以包括用于感測過程變量的傳感器。類似地，如果現場設備102被配 置為以過程控制器而操作，則過程接口108可以包括控制元件。為了進 一步示意特定示例，如果現場設備102被配置為變送器，則可以對流過 管道106的過程流體的流速進行測量。另一方面，如果現場設備102被 配置為過程控制器，則可以用于對通過過程管道106的流體的流速進行 控制。
現場設備102通過無線通信鏈路112與其他位置(如過程控制室 110)進行通信。無線通信鏈路112在現場設備102的天線114和控制室 110的天線116之間延伸。天線116耦合至控制室110中的過程控制設備 120。
盡管所示的現場設備102包括無線通信鏈路，還存在一些期望現 場設備102通過兩線過程控制回路(如過程控制回路126)進行通信的裝置。在圖l的示例中，所示的兩線過程控制回路126耦合至用于與現 場設備102進行通信并對現場設備102進行校準的手持式校準器128。例 如當設備102需要校準或診斷時，僅需要將校準器128耦合至設備102。
如以下更詳細所述，由于僅在一些情況下使用通過兩線過程控制 回路126的通信，本發明通過在電路、兩線過程控制回路通信電路不使 用時將其斷電來減小現場設備102的功耗。數字通信監控電路用于監控 過程控制回路126，并用于在檢測到數字通信時對電路上電。
圖2是更詳細示出了現場設備102的電路的簡要框圖。現場設備 102包括通過過程接口電路148耦合至微處理器140的過程接口元件 108(也在圖1中示出)。微處理器140根據存儲器148中存儲的程序指令 進行操作。微處理器140可以包括任何類型的數字控制器。無線通信電 路144耦合至天線U4。微處理器140通過無線通信電路144在通信鏈路 112上進行通信。
電源150被提供和配置為向現場設備102的電路供電。例如，電源 150可以包括電池或其他電源存儲和/或產生器件。電源可以是獨立的 (self contained)并周期性再充電或替換的，或者可以耦合至充電裝 置，如太陽能電池或其他電源。所示開關154將過程回路通信電路156 耦合至電源150。過程控制回路電路156用于通過過程控制126進行通 信。通信電路156可以根據任何通信協議(包括例如HART⑧通信協議、 FieldBus協議、ProfiBus協議或其他)進行操作。通信電路156包括上 電輸入。上電輸入可以是使電路156開始正常操作的"喚醒"輸入。在 這樣的配置中，電路156可以永久地耦合至電源150，并且僅當其接收 到喚醒信號時吸取更多電能。類似地，上電輸入可以包括提供給電路 156的電源輸入。在圖2的配置中，開關154將電能從電源150耦合至通 信電路156。在另一示例配置中，通信電路156永久地連接至電源150，
并在上電輸入上接收到輸入時進入正常操作模式。在任一情況下，上 電輸入響應于來自數字通信監控電路162的信號160。數字通信監控電 路162還通過電連接器126耦合至過程控制回路126。在正常操作期間， 微處理器140通過無線通信電路144在無線通信鏈路112上進行通信。在 正常操作期間，過程控制回路通信電路不會上電，或以其他方式被配置為需要最小的電能。然而，如果數字通信監控電路162監測到過程控 制回路126上承載的數字通信信號，則過程控制回路通信電路156進入 正常通信模式，請求吸取更多的電能。數字通信監控電路162可以根據 任何技術進行操作，并可以被配置為響應于在過程控制回路126上檢測
到的任何類型的通信信號。此外，在一種配置中，當在過程控制回路 126上檢測到數字信號時，來自過程控制回路126的電能可以用于對電 源150再充電或向電源150供電。
圖3是更詳細示出的數字通信監控電路162的簡要框圖。監控電路 162耦合至過程控制回路126。通過帶通濾波器180對來自過程控制回路 126的信號進行濾波。向比較器182提供來自帶通濾波器180的輸出，比 較器180將來自濾波器180的輸出與第一閾值進行比較。比較器182基于 該比較而向低通濾波器184提供輸出。低通濾波器184向第二比較器186 提供輸出，第二比較器186將該輸出與第二閾值進行比較。基于該比較， 直接地或通過開關154向回路通信電路156的上電輸入提供輸出，使得 回路通信電路進入上電模式。
電路162對回路126上的數字通信進行監控。例如，該濾波器可以 用來消除進入到電子設備中的假信號。比較器182將濾波后的HART⑧ 信號與己知的參考電壓進行比較。這向低通濾波器184提供方波輸出。 方波輸出是輸入數字通信信號的函數。為了避免假中斷，再次使用低 通濾波器184對方波信號進行濾波。這有助于確保輸入數據傳輸實際上 是數字通信消息，并不是簡單的隨機噪聲。在最后階段，利用比較器 186將濾波后的方波輸出與己知電壓進行比較。然后提供比較器186的 輸出來控制由過程控制回路通信電路156使用的電能。在另一示例配置 中，把來自數字通信監控電路的輸出160作為中斷185提供給微處理器 140。然后，微處理器140被配置為控制過程控制回路通信電路156所使 用的電能。在這樣的配置中，微處理器140可以使電路156進入低功率 模式。例如，可以使用這樣的配置，從而可以在微處理器140組裝用于 通過處理器控制回路126進行傳輸的通信數據時使通信電路156離線 (offline )。
圖4是示出了根據本發明的步驟的簡要框圖200。框圖200在開始的信號進行監控。在步驟206，基于來自兩線過程控制回路的監控信號 來檢測通信信號。在步驟208，響應于檢測到的通信，向現場設備102 的電路供電。這些步驟可以以硬件、軟件或這二者的組合來實現。
盡管己參照優選實施例描述了本發明，但本領域技術人員將認識 到，在不背離本發明的精神和范圍的前提下可以進行形式和細節上的 改變。盡管這里闡述的示意示出了向通信電路供電，本發明可以用于 控制現場設備102內的任何電路(包括數字電路、模擬電路或組合)的 供電或操作。這樣的現場設備電路可以包括，例如微處理器、或其他 數字控制電路。
權利要求
1、一種用于監控或控制工業過程的現場設備，包括兩線過程控制回路電連接；具有上電輸入的現場設備電路；以及數字通信監控電路，耦合至電連接并被配置為響應于兩線過程控制回路上的數字信號而向現場設備的上電輸入提供信號。
2、 根據權利要求l所述的設備，包括開關，所述開關被配置為響 應于數字通信監控電路而將電能耦合至現場設備電路的上電輸入。
3、 根據權利要求l所述的設備，其中，上電輸入包括現場設備電 路的喚醒輸入，所述喚醒輸入響應于數字通信監控電路。
4、 根據權利要求l所述的設備，其中，兩線過程控制回路上的數 字信號包括根據通信標準協議的數字通信信號。
5、 根據權利要求4所述的設備，其中，通信標準協議包括HART⑧通信協議。
6、 根據權利要求l所述的設備，其中，兩線過程控制回路包括 4-20mA過程控制回路。
7、 根據權利要求l所述的設備，其中，現場設備完全由從兩線過 程控制回路接收的電能來供電。
8、 根據權利要求l所述的設備，包括RF通信電路。
9、 根據權利要求l所述的設備，包括被配置為感測過程變量的過 程變量傳感器。
10、 根據權利要求l所述的設備，其中，數字通信監控電路包括 濾波器。
11、 根據權利要求l所述的設備，其中，數字通信監控電路包括 比較器，所述比較器被設置為將信號與閾值電平進行比較，響應于此， 向現場設備電路的上電輸入提供信號。
12、 根據權利要求l所述的設備，包括帶通濾波器、第一比較 器、低通濾波器以及第二比較器，第一比較器被配置為將帶通濾波器 的輸出與第一閾值進行比較，第二比較器被配置為將來自低通濾波器的輸出與第二閾值進行比較。
13、 根據權利要求12所述的設備，其中，來自第一比較器的輸出包括方波。
14、 根據權利要求l所述的設備，包括電池，所述電池被配置為 向現場設備的電路供電。
15、 根據權利要求l所述的設備，其中，兩線過程控制回路被配 置為耦合至用于配置現場設備的便攜式配置工具。
16、 一種用于控制現場設備中的電路的操作的方法，所述現場設備是用于監控或控制工業過程的類型的現場設備，所述方法包括監控兩線過程控制回路上承載的信號；根據兩線過程控制回路上所監控的信號來檢測通信信號；以及 響應于兩線過程控制回路上檢測到的數字通信信號而向現場設 備電路供電。
17、 根據權利要求16所述的方法，包括響應于數字通信監控電路將電能耦合至現場設備電路的上電輸入。
18、 根據權利要求17所述的方法，其中，上電輸入包括微處理器 的喚醒輸入。
19、 根據權利要求16所述的方法，其中，兩線過程控制回路上的通信信號包括根據通信標準協議的數字通信信號。
20、 根據權利要求16所述的方法，其中，兩線過程控制回路包括 4-20mA過程控制回路。
21、 根據權利要求16所述的方法，包括與RF通信電路進行通信。
22、 根據權利要求16所述的方法，包括利用過程變量傳感器來 感測過程變量。
23、 根據權利要求16所述的方法，包括對兩線過程控制回路上的信號進行濾波。
24、 根據權利要求16所述的方法，包括比較所監控的信號。
全文摘要
本發明提供了一種用于監控或控制工業過程的現場設備(102)，包括兩線過程控制回路(127)電連接。數字通信監控電路(162)耦合至電連接(127)，并被配置為響應于兩線過程控制回路(126)上的數字信號而控制向現場設備(102)電路的供電。
文檔編號G05B19/042GK101681152SQ200880016735
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月16日 優先權日2007年5月24日
發明者埃里克·R·勒弗格倫, 理查德·L·內爾森, 詹姆斯·A·約翰遜 申請人:羅斯蒙德公司