[发明专利]现场总线接口

说明书

技术领域

本发明涉及现场总线接口。

背景技术

工业现场总线，例如，根据IEC 61158-2(如FoundationFieldbus，Profibus PA)，越来越多地应用于仪表系统中。因为多个设备(节点)可以连接到同一个总线，因此它们降低了安装和布线成本。这种总线提供了功率供应和与设备的通信。

当总线上的设备安装在危险的地区时，必须采取措施，以防止爆炸。一个解决方案是确保固有的安全性，即，限制电流、电压和功率，以便消除火花点火的风险。

现场总线物理层要求的后果是，设备应该独立于指定范围内的总线电压抽取预先确定的电流，总线电压具有根据现场总线标准的下限，例如9V。上限用于允许对IS障碍物和长电缆中的电压下降进行补偿。

固有的安全性要求(例如，IEC 60079-11)严格地限制了在不会超过功率限制的情况下可以连接到总线的设备的数量。在这一方面进行的改善的是FISCO规范(IEC TS 60079-27)，这能够实现从功率供应单元4-5倍高的功率输出。

为了在电压范围的下限运转，任何设备需要适应由此较低的电压和所需的总线电流进行定义的功率消耗。总线接口被配置为处理总线电压的任何变化，即，当总线电压超过下限时的任何附加功率。通常，这样的接口包括确保所需的电流并作为热量耗散任何剩余功率的电流吸收器。

FISCO规范的后果是，有限的区域(现场总线电缆相对来说比较短)内的固有安全设备不会经历规定的最低电压。然而，如上所述，在较高的电压下可用的任何附加功率将不会在传统设备中有效地得到利用，只会在电流吸收器中被浪费。这样的情况的一个示例是，向被配置为测量罐中的产品的工艺变量的各种仪器供电的受限的总线段。

发明内容

因此，本发明的目的是在固有安全的总线供电的现场设备中提高效率，同时仍符合标准规范。

此目的及其他目的是通过现场设备来实现的，所述现场设备包括：用于通过现场总线提供通信的通信电路；第一电源电路，连接到所述现场总线，并被配置为以预先确定的驱动电压给所述通信电路提供预先确定的通信功率，所述驱动电压低于所述总线电压范围的下限；以及第二电源电路，连接到所述现场总线，并被配置为只有在来自所述现场总线的可用功率超过所述通信功率时才以所述总线电压给处理电路提供处理功率。

根据本发明，第二电路将给处理电路提供除了通信电路所需的通信功率之外可用的任何剩余功率。在总线电压处于、或非常接近于总线电压范围的下限的情况下，基本上所有可用的功率都将被第一电源电路和通信电路使用，导致没有或很少有剩余功率。然而，当总线电压增大时，超过所需的通信功率的任何功率都可以提供给处理电路。

应该注意的是，连接到接口的处理电路或设备可以包括能量存储器，在这种情况下，可以不立即使用功率，而是存储起来，供以后使用。

在来自总线的电压通常大于现场总线规范电压范围的下限的情况下，这意味着，处理电路将能够更加有效地使用可用功率。具体来说，以给定总线电流向处理电路提供的功率将由实际可用的功率确定，而不是由现场总线规范的电压范围的下限确定的功率电平。第一电路和通信电路将确保在总线电压下降到靠近总线电压范围的下限的情况下符合现场总线要求。

在典型情况下，现场总线规范所需的电压范围的下限是9V，其对应于给定总线电流的最小功率。然而，通常，给现场设备提供对应于更大的可用功率的大约12V。通过给处理电路提供所有可用功率，本发明因此可以以给定总线电流将传送给处理电路的功率提高大约三分之一。这样的附加功率可以用于，例如，扩大测量范围和/或提高分辨率，从而提高仪器的精度。本发明可以与各种蓄能器相结合，以更进一步地提高性能。

作为选择，本发明可以将所需的总线电流降低四分之一，潜在地将总线段上的现场设备的数量提高相同的比例。

优选情况下，设备包括用于检测剩余功率的检测器，剩余功率对应于可用功率电平减去通信功率。此剩余功率是可以传送给处理电路的最大功率。可以包括电压传感器的检测器，可以连接到控制器，该控制器被配置为根据检测到的剩余功率，适应处理电路的功能。通过检测剩余的功率，如此该设备可以使其功率消耗依赖于可用功率。这样便可以进一步改善功率效率。

诸如雷达水准仪之类的处理仪器，可以被设计为只在最小输入电压电平提供基本功能。当感测到较高的输入电压时，仪器可以使用额外可用的功率来提高测量精度或扩展测量范围或改善选择的任何其他性能参数。