[发明专利]具有接地外壳的现场设备上的偶联天线系统

说明书

技术领域

本发明涉及工业过程控制监视系统。本发明尤其涉及在包括无线通信 能力的过程控制系统中的现场设备。

背景技术

在工业化背景下，控制系统被用来监视和控制工业和化学过程等等。 典型地，该控制系统使用分布在工业过程中的关键位置并且通过过程控制 回路耦合到控制室中的控制电路的现场设备来执行这些功能。术语“现场 设备”是指在分布式控制或过程监视系统中执行功能的任何设备，包括用 于工业过程中的测量、控制和监视的设备。

某些现场设备包括换能器。为了本发明的目的，换能器可以理解为基 于物理输入而产生输出信号的装置，或者是基于输入信号产生物理输出的 装置。典型地，换能器将输入转换为具有不同形式的输出。一些换能器的 例子包括压力传感器、热敏电阻、热电偶、应变仪、流变送器、定位装置、 致动器、螺线管和指示灯。

通常，现场设备是用其在环境中运行的能力来描述的，在该环境中现 场设备暴露于环境压力下，例如温度、湿度和压力。另外，现场设备必须 经常经得起暴露在腐蚀的、危险的和/或甚至易爆炸的环境下。还，这样 的设备也可能被要求在存在震动和/或电磁干扰的现场中运行。在这种潜 在的杂乱环境中，出于保护的目的，现场设备通常包括坚固的外壳，其通 常用金属制成。现场设备不仅需要在潜在的杂乱环境中运行，他们通常还 要进行灵敏的测量。因此，特定现场设备中的电路通常需要灵敏组件来进 行精确测量。

现场设备也可包括通过过程控制回路与其他监视或控制设备或过程 控制室中可以远程定位的设备进行通信的电路，所述其他监视或控制设备 例如包括其他现场安装的设备或手持工具。过程控制回路上传输的数据可 通过模拟或数字格式进行传输。模拟现场设备通常经由双线过程控制电流 回路连接到其他设备。例如，多个现场设备可以经由单个双线控制回路被 连接到过程控制室。另外或者可选地，过程控制回路可以携带用于设备之 间进行通信的数字信号。以数字方式通信的现场设备响应并有选择地与被 选择的设备进行通信。此外，这种设备可以提供额外的信令，例如诊断和 /或报警。

一些现场设备与无线技术融合，便于附加到或者代替以上提到的双线 通信回路而与其他监视和控制设备进行通信。无线通信技术提供了简化现 场设备的实现的优点，因为不需要向不依赖有线通信的现场设备提供配 线。某些现场设备附带有天线，其与置于现场设备中的无线通信电路进行 通信，以推送(boost)被发送的信号。

发明内容

本发明涉及一种采用与天线电隔离的无线通信电路的无线通信设备。

在一个示例性的实施例中，讨论了一种工业过程控制系统中的具有无 线通信电路的现场设备。该现场设备包括电接地的外壳和位于外壳中的电 子电路。该电子电路包括无线通信电路。该电子电路与所述现场设备的外 壳电隔离。该现场设备还包括天线，该天线经由具有屏蔽的电导体与无线 通信电路进行通信。该电导体的屏蔽接地至现场设备的外壳。

在另一个示例性的实施例中，讨论了工业过程控制系统中的另一个现 场设备。该现场设备包括电接地的外壳，其中设有电子电路。该电子电路 被配置为产生表示感测的过程参数或变量的信号。无线通信设备电耦合到 电子电路，并且天线被连接至外壳。现场设备还包括具有耦合到无线通信 设备的第一绕组和耦合到天线的第二绕组的变压器。

本发明还讨论了一种现场设备通信方法，包括提供位于外壳内并与外 壳电隔离的无线通信设备的步骤。该无线通信设备用于向远程设备发送信 息和从远程设备接收信息。该方法还包括将天线连接至外壳。另外，该方 法包括将变压器设置在无线通信设备和天线之间。然后，信号经由变压器 在无线通信设备和天线之间传输。

附图说明

图1为示出了具有多个现场设备的过程环境的方框图，其中根据本发 明的无线功率和通信单元在该过程环境中尤其有用。

图2为详细示出图1所示的现场设备的方框图。

图3为根据一个示意性实施例的具有图2所示类型的代表性现场设备 的方框图，该现场设备具有包括用于与和所述现场设备的外壳隔离的远程 设备进行通信的无线通信电路的电子电路。

图4为根据另一个示意性实施例的具有图2所示类型的现场设备的方 框图，该现场设备具有包括用于与和所述现场设备的外壳隔离的远程设备 进行通信的无线通信电路的电子电路。