[发明专利]用于具有低压本质安全钳的现场设备的RF适配器

说明书

技术领域

本发明涉及工业过程控制或监视系统。更具体地，本发明涉及在这种系统中支持射频(RF)通信的现场设备。

背景技术

在工业背景下，控制系统用于监视和控制工业和化学等过程的库存。一般地，控制系统使用分布在工业过程关键位置处并且通过过程控制环路来与控制室中的控制电路耦合的现场设备执行这些功能。术语“现场设备”指代在分布式控制或过程监视系统中执行功能的任何设备，包括在工业过程的测量、控制和监视中所使用的当前已知或尚未已知的所有设备。

一些现场设备包括传感器。传感器意味着基于物理输入生成输出信号，或基于输入信号生成物理输出。一般地，传感器将输入转换为具有不同形式的输出。传感器的类型包括各种分析设备、压力传感器、热敏电阻、热电耦、应变计、流量传送器、定位器、致动器(actuator)、螺线管、指示灯等等。

一般地，每个现场设备还包括用于在过程控制环路上与过程控制室、或其他电路进行通信的通信电路。在一些设施中，过程控制环路也用于向现场设备传输已调节的电流和/或电压，以向现场设备供电。过程控制环路还携带模拟或数字格式的数据。

传统上，通过双线过程控制电流环路将模拟现场设备与控制室相连，且每个设备通过单根双线控制环路与控制室相连。一般地，将双线之间的电压差维持在12-45伏特(针对模拟模式)和9-50伏特(针对数字模式)的电压区间中。一些模拟现场设备通过将在电流环路中流动的电流调制到与感测到的过程变量成比例的电流上，来向控制室发送信号。在控制室的控制下，其他模拟现场设备可以通过控制流经环路的电流的大小，来执行动作。除此之外或者作为备选，过程控制环路可以携带用于与现场设备进行通信的数字信号。

在一些设施中，已经开始使用无线技术与现场设备进行通信。例如，完全使用无线设施，在该无线设施中，现场设备使用电池、太阳能电池或者获得功率同时不需要任何形式的有线连接的其他技术。然而，多数现场设备与过程控制室进行硬连线，而不使用无线通信技术。此外，在很多现场设施中，必须实施“本质安全”标准，其限制了所存储的能量可以放到环境中的量。

发明内容

一种耦合到过程控制变送器的适配器，该类型的过程控制变送器用于监视工业过程中的过程变量，所述适配器包括第一连接，被配置为耦合到双线过程控制环路的第一侧；第二连接，被配置为耦合到所述双线过程控制环路的第二侧，以及与第一连接串联耦合至所述过程控制变送器；以及第三连接，被配置为耦合到所述过程控制变送器的第二连接。无线通信电路至少耦合到所述第三连接，并且其被配置为向所述过程控制变送器提供无线通信。耦合到所述第一、第二和第三连接中的至少一个的本质安全电路被配置为将电能传输限制为小于本质安全值的值。

附图说明

图1是包括被配置为用于无线通信的现场设备在内的过程控制监视系统的简化框图。

图2是过程控制器监视系统的框图，在该系统中多个现场设备向远程仪表发送信息。

图3是包括用于与远程设备(例如手持单元)通信的无线通信电路在内的现场设备的分解切面剖视图。

图4是包括用于无线通信的现场设备在内的过程控制器监视系统的图，该现场设备从过程控制环路中获取功率。

图5是图4所示的电路的更详细的示意图。

图6是在图5所示的电容器上测量的电压对时间的图。

图7是用于在过程控制器监视系统中提供无线通信的电路的电子框图。

图8A和8B是示出了通过双线过程控制环路与过程变量变送器耦合的无线通信适配器的框图。

图9是示出了无线通信适配器的电路的简化框图。

图10是示出了耦合到变送器的无线适配器的简化横截面图。

图11是示出了包括本质安全栅的过程控制环路的简化图。

图12是示出了包括本质安全电路的无线适配器的简化示意图。

图13是图12的无线适配器的更详细的示意图。

图14是示出了有源电路的本质安全电路的简化示意图。

图15是示出了使用有源本质安全电路的无线适配器的简化示意图。

图16是图15的无线适配器的更详细的示意图。

具体实施方式