[发明专利]用于确定和/或监测物理或化学过程参数的现场设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在自动化技术中确定和/或监测物理或化学过程参数的现场设备，带有至少一个微控制器和作为用于微控制器的初级电压供应且带有限定的电容的供电单元。带有限定的电容的供电单元是电池、燃料电池或者蓄电池。

背景技术

用于收集和/或影响过程参数的现场设备经常用于过程自动化技术以及制造自动化技术中。为了收集过程参数用的测量仪器，它们每个至少具有一个传感器和一个测量变送器。测量仪器举例地可以是物位测量仪器、流量测量仪器、压力及温度测量仪器、pH-氧化还原电位测量仪器、电导率测量仪器等，它们收集相应的过程变量：物位、流量、压力、温度、pH-值或者电导率。为了影响过程参数而使用执行器，比如阀或者泵，通过它们能够改变管道段中液体的流量或者容器中的物位。

原理上，现场设备是指所有应用于过程附近并提供或处理过程相关信息的仪器。除了之前所述的测量仪器/传感器和执行器之外，作为现场设备一般还指的是这样的单元，它们直接连接在现场总线上并且用于与上位单元通信，比如远程I/O、网关、链接设备和无线适配器。大量这样的现场设备由Endress+Hauser集团生产和销售。

在现代工业设备中，现场设备通常通过现场总线系统，比如ProfibusFoundation FieldbusHART等，与上位单元连接。一般作为上位单元的是引导系统或者控制单元，比如SPS(可存储编程的控制器)或者PLC(可编程逻辑控制器)。上位单元另一方面用作过程控制、过程虚拟、过程监测以及现场设备的调试。由现场设备特别是传感器收集的测量值，通过相连的总线系统传输到一个或者有可能的话多个上位单元。此外上位单元要求通过总线系统传递数据到现场设备；上位单元特别用作现场设备的配置和参数设置或者用于诊断用途。一般说来，现场设备通过总线系统由上位单元操作。

除了在现场设备和上位单元之间的有线连接的数据传递，还可以有无线的数据传递。为了实现无线数据传递，现场设备举例地设计为无线电现场设备。它们通常具有无线电单元和供电单元作为组合的组成部分。此外，无线电单元和供电单元能够单独地设计为现场设备或者设计为在现场设备上持久地连接的无线电模块。通过供电单元，实现了现场设备的自给自足的能量供应。

可选的，不用无线电单元(也就是当今在现场安装的基础)，而是通过联接具有无线电单元的无线适配器，将现场设备改进为无线电现场设备。

在通过微控制器控制的自供电的现场设备上，通常设计一个电路，其快速和可靠地检测供电单元的供电电压的故障。由此微控制器能够实现，在次级供电单元也故障之前，存储重要的参数。一般来说作为次级供电单元使用了储能器，其能够在供电电压故障后，在限定的时间，供应给电路部分电压。被称作“预电源故障”(“Pre-Power-Fail”)的检测的公知的电路形式是电阻分压器或者集成的电路回路形式的解决方案，它们主要测定供电电压与可通过微控制器检测的电压值的比例，并由此使得故障可测。

微控制器/CPU经常在它们的信号输入端使用施密特触发器级。如果使用了相应的信号输入端，那么较小的波动(其在一定条件下借助分压器由供电电压的缩放(Skalierung)产生)只能够不准确地得到测量。在施密特触发器的开关电平上也会出现公差。更准确的并由此更可靠的是借助比较器输入端早期检测供电电压的故障；然而该解决方法在能量消耗上是不经济的。

在电池驱动的仪器中或者在仪器带有限定的电容时，供电电压的缩放(Abskalierung)具有特别的缺点：随着下降的电池电压，检测输入端的电压更小。因此在确定检测阈值的时候必须由最小电池电压得出。这又造成在“好”-信号电平和“不好”-(故障)信号电平之间只有很小的差异。其结果是，这种类型的检测对于在信号线路上的耦合的抗干扰性很差。

通过电阻分压器或通过示出上可得到的集成电路进行的预电源故障(Pre-Power-Fail)的检测需要相对较多的能量，其中能量特别是在电池运行的仪器中是昂贵的。越是使用低欧姆的分压器，(损失的)电流越高；越是使用高欧姆的分压器，电路对于耦合的抗干扰性越差。

发明内容

本发明的任务在于，能量节省地、可靠地并且抗干扰地检测初级供电电压的故障。