用於具有環路電流旁路的現場設備的rf適配器的製作方法

2023-10-11 10:46:09 2

專利名稱：用於具有環路電流旁路的現場設備的rf適配器的製作方法
技術領域：
本發明涉及工業過程控制或監視系統。更具體地，本發明涉及在這種系統中能夠 進行射頻(RF)通信的現場設備。
背景技術：
在工業背景下，控制系統用於監視和控制工業和化學等過程的庫存。一般地，控制 系統使用分布在工業過程關鍵位置處的、並且通過過程控制環路與控制室中的控制電路耦 合的現場設備來執行這些功能。術語「現場設備」指代在分布式控制或過程監視系統中執 行功能的任何設備，包括在工業過程的測量、控制和監視中所使用的當前已知的、或尚未已 知的所有設備。一些現場設備包括傳感器。傳感器意味著基於物理輸入生成輸出信號，或基於輸 入信號生成物理輸出。一般地，傳感器將輸入轉換為具有不同形式的輸出。傳感器的類型 包括各種分析設備、壓力傳感器、熱敏電阻、熱電耦、應變計、流量傳送器、定位器、致動器、 螺線管、指示燈等等。一般地，每個現場設備還包括用於在過程控制環路上與過程控制室、或其他電路 進行通信的通信電路。在一些設施中，過程控制環路也用於向現場設備傳輸已調節的電流 和/或電壓，用於向現場設備供電。過程控制環路還攜帶模擬或數字格式的數據。傳統上，通過雙線過程控制電流環路將模擬現場設備與控制室相連，且每個設備 通過單個雙線控制環路與控制室相連。一般地，將雙線之間的電壓差分維持在12-45伏特 (針對模擬模式)和9-50伏特(針對數字模式)的電壓區間中。一些模擬設備通過將在電 流環路中運行的電流調製到與感測到的過程變量成正比的電流上，來向控制室發送信號。 在控制室的控制下，其他模擬現場設備可以通過控制流經環路的電流的大小，來執行行動。 除此之外，或作為備選，過程控制環路可以攜帶用於與現場設備進行通信的數位訊號。在一些設施中，已經開始使用無線技術與現場設備進行通信。例如，完全使用無線 設施，在該無線設施中，現場設備使用電池、太陽能電池、或獲得功率同時不需要任何形式 的有線連接的其他技術。然而，多數現場設備與過程控制室進行硬連線，且不使用無線通信 技術。工業過程車間通常包含上百甚至上千的現場設備。很多這些現場設備包含精密的 電子器件，並且能夠提供比傳統4-20mA測量更多的數據。出於一些原因(其中包括成本)， 很多車間不利用可以由這種現場設備所提供的額外數據。這就需要一種可以用於這種現場 設備的無線適配器，其可以附著於現場設備之上，並且經由無線網絡向控制系統或其他監 視或診斷系統或應用發送回數據。在一些配置中，RF適配器可以與過程控制環路串聯。在這種配置中，過程控制環 路的環路電流流經無線適配器的電路。如果無線適配器的電路發生故障，開路可能引起環 路電流不具有電流通路，並且與雙線過程控制環路耦合的任何現場設備將不再能夠使用過 程控制環路進行通信。

發明內容
一種在雙線過程控制環路中使用的無線適配器被配置為與工業過程控制系統中 的過程現場設備耦合。所述無線適配器與所述雙線過程控制環路耦合，並且向所述過程現 場設備提供無線通信。所述適配器包括第一和第二環路端子，它們被配置為與所述雙線過 程控制環路串聯。無線通信電路與所述第一和第二環路端子耦合，並且其適於向所述過程 現場設備提供無線通信。環路電流旁路電路以電的方式在所述第一和第二環路端子間相 連，並且其被配置為響應於無線通信電路中的開路，在所述第一和第二環路端子之間提供 環路電流通路。


圖1是示出了工業過程控制或監視系統的簡化圖，該系統包括具有無線適配器的 現場設備。圖2是包括無線適配器的圖1的現場設備的橫截面視圖。圖3A和IBB是示出了與雙線過程控制環路耦合的現場設備和無線適配器的配線 圖。圖4示出了包括環路電流旁路電路的無線適配器的示例配置。圖5A是示出了圖4的環路電流旁路電路的示例的簡化圖。圖5B是示出了無線適配器的環路電流旁路電路的另一個示例配置。圖6示出了依照於本發明的環路電流旁路電路的備選配置。圖7是包括環路電流旁路電路的無線適配器的簡化電路圖。圖8是示出了與無線適配器和現場設備中的雙線過程控制環路的連接相關的更 多細節的簡化示意圖。
具體實施例方式本發明提供一種與工業過程控制或監視系統中的現場設備一起使用的無線適配 器。所述無線適配器與現場設備耦合，並且向現場設備提供無線通信能力。適配器還與雙 線過程控制環路耦合，該環路用於將位於遠程的現場設備與本地位置(例如過程控制室等 等)相連。該適配器包括被如下配置的環路電流旁路電路響應於無線通信電路的電流通 路中的開路條件，提供用於雙線過程控制環路的環路電流的電流通路。在無線適配器的電 路中發生無線通信故障的事件中，這允許讓雙線過程控制環路繼續工作。圖1是過程控制和監視系統10的簡化框圖。在圖1中，示出了現場設備12與攜 帶過程流體16的過程管線14耦合。在該示例中，將現場設備12示意為過程變量變送器。 例如，過程變量變送器可以測量過程管線14的過程變量，例如壓力、流速、溫度等等。其他 類型的現場設備包括用於控制工業過程10的操作的控制設備。然而，本發明不受限於這 種設備。現場設備12—般位於遠程位置，例如在工業過程車間的現場中，並且通過雙線過 程控制環路22與本地位置(例如控制室20)耦合。控制室20包括負載電阻20A和電源 20B。雙線過程控制環路22可以依照於任何恰當的標準或技術來操作。典型的通信標準包 括4-20mA過程控制環路，在該環路中，由流經過程控制環路的電流電平(currentlevel)來標識過程變量。另一個示例包括可以調製到雙線環路的模擬電流電平上的數字通信技術， 例如HART 通信標準。還使用了其他純數位技術，包括基於FieldBus的協議。典型地， 使用在過程控制環路22上接收的功率向現場設備12供電。在圖1中，示出了無線適配器30與現場設備12耦合。由箭頭32和34示出，無線 適配器30可以用於與其他設備進行無線通信。例如，適配器30可以與手持通信器40或與 包括無線適配器44的另一個現場設備42進行通信。圖中示出了現場設備42與過程管線 46耦合。無線適配器30可以根據要求與其他設備或組件通信，並且與遠程監視或診斷 系統或應用進行通信。該通信可以依照於任何恰當的協議。一個示例協議(例如，無線 HART )包括網格網絡的形成，在該網格網絡中，數據在無線設備之間傳遞，以擴展和增 強通信系統的可靠性。圖2示出了與雙線過程控制環路22耦合的現場設備12和無線適配器30的簡化橫 截面視圖。在過程變量變送器的示例中，現場設備12包括與測量電路52相連的過程變量 傳感器50，所述測量電路52被配置為對過程變量進行測量。變送器電路M被配置為對過 程變量進行接收，並且使用已知的技術在雙線過程控制環路22上通信該過程變量。變送器 12通過連接塊106與雙線過程控制環路耦合。無線適配器30也與連接塊106耦合，並且通 過例如螺紋連接122和109被安裝到變送器12的外殼上。例如，該耦合通過NPT導管耦合 109。類似的導管連接109還用於耦合攜帶穿過其的雙線過程控制環路22的導管111。無 線適配器30的底板通過配線108與變送器12的電接地連接器110耦合。變送器12包括 與來自無線適配器30的連接112耦合的雙線過程控制連接塊102。無線適配器30的外殼 120容納與無線適配器30的電路耦合的天線126。可以將RF透過性端蓋124與外殼120 可密封地耦合，以允許透過其發送RF信號。在圖2所示的設置中，向RF適配器提供了五個 電連接，包括四個環路連接和一個電接地連接。圖3A示出了簡化框圖150，簡化框圖150示意了在控制室20、現場設備12和無線 適配器30之間的電連接。如圖3A所示意的，無線適配器30通過Loop+(本文中也標記為 L+)和Loop-(本文中也標記為L-)連接與過程控制環路22串聯耦合，並且現場設備12也 與正Power和負Power連接串聯耦合。適配器30在過程控制環路22上使用HART 通信 連接進行通信。在操作期間，適配器30使用流經過程控制環路22的4_20mA電流進行操作。在圖 3A和;3B中，示出了負載電阻20A。過程控制系統使用負載電阻20A來感測流經過程控制環 路22中的電流Ι_ρ。例如，過程控制系統可以將負載電阻上測量到的電壓轉換為對由過程 變量變送器感測到的過程變量進行指示的值。該變量可以與例如過程壓力、溫度、電平、流、 或某個其他測量參數相關。典型地，負載電阻具有250歐姆的值。當過程控制環路流過4mA 時，該電阻上的電壓是1. 0伏特。類似地，當過程控制環路以20mA進行操作時，電阻上的壓 降是5伏特。如圖3A和;3B所示，環路電流(Il或〗L。。p)流經以電的方式與過程設備12串聯的 無線適配器30。如果無線適配器30以引起在過程控制環路22中發生開路的方式發生故 障，則現場設備12將失去供電，並且將不能與控制室20進行通信。圖4示出了包括冗餘環路電流通路164的無線適配器30的簡化框圖，本文中將該冗餘環路電流通路164還稱作環路電流旁路電路。無線適配器30包括無線通信電路155， 其被配置為基於上述現場設備通信的數據，來發送無線通信信號。無線通信電路155通過 電阻156、電感158、熔斷器161和電感163與Loop+和Loop-端子串聯。環路電流旁路電 路164與Loop+和Loop-端子並聯。各種組件僅作示例之用。然而，如果在無線適配器操 作期間，串聯組件(電感158和163、電阻156、熔斷器161、或無線通信電路)中任一個發生 故障，並且引起開路，則將沒有電流通過無線適配器。在該開路條件下，環路電流L將一般 不能流經現場設備12，並且因此現場設備12將失去供電，並且不能與控制室進行通信。然 而，在該配置下，環路電流l·將流經旁路電路164。由於該配置，即使無線通信適配器30不 再操作，現場設備12也將能夠繼續正常操作和工作。儘管在圖4所示電路中可以使用其他 組件，適配器30中可以有電感158和163，以保護電路避免可能發生在雙線過程控制環路上 的噪音、電磁放電和瞬態(transient)。電阻156可以存在以允許電路感測環路電流込或 使得電子器件能夠以本質安全的方式來操作。可以提供熔斷器以使得電子器件能夠本質安 全，並且如果存在短路則將電子器件斷開連接。圖5A是適配器30的簡化框圖，其示出了環路電流旁路電路164的示例配置。在 圖5A中，將環路電流旁路電路164示意為與精確分路穩壓器174並聯的電阻170和172。 分路穩壓器174可以包括例如來自TexasInstruments的TLVH431穩壓器。電阻170和172 可以被配置為調整穩壓器174工作的電壓。典型地，將該電壓選擇為比無線通信電路155 的操作電壓略高一點的電壓(例如0.25伏特)。因此，當適配器30的電子器件正常操作 時，分路174將不導電。然而，如果一個串聯組件(例如電阻156、電感158或163、熔斷器 161、或無線通信電路155中的某個其他組件)發生故障，並且導致開路，則分路174將變為 導電，並且攜帶通過其中的環路電流l·。由分路174和電阻170和172的值一起來確定分 路174上的壓降。在圖5A的配置中，分路穩壓器174有可能在開路條件下發生故障。例如，如果環 路電流由於故障或配線錯誤而在短時期內格外的高，例如500mA，分路穩壓器174在開路條 件下可能發生故障。當糾正了環路配線，旁路電路164將保持在開路狀態。為了避免這種 情況發生，使用圖5B中所示的附加電路。在圖5B中，旁路電路164包括電晶體165。晶體 管165可以包括例如PNP電晶體、PNP達林頓電晶體、或P-通道增強模式M0SFET。因此，在 高電流情形中，當例如熔斷器161開路時，穩壓器174開始導電。這將持續到電阻167上的 電壓超過電晶體165的Vbe，從而引起電晶體165導電。一旦電晶體165導電，其將傳遞除 了流經電阻167、170和172以及分路穩壓器174的偏壓電流外的所有電流。因此，旁路電 路164將能夠傳遞電晶體165額定的電流量。可以將電晶體165額定為例如0. 5安培或更 高。另一方面，可以將分路穩壓器174額定為大約80mA。注意到在該配置中，依然由電阻 170和172的值以及穩壓器174的基準電壓來確定Loop+和Loop-端子上的電壓。圖5B是示出了另一個示例的適配器30的簡化示意圖。在圖6的配置中，環路電 流旁路電路164包括串聯電阻180、182和184以及電晶體186和188。在該配置中，電阻 180、182和184被配置為對電晶體186和188加偏壓，使得在無線通信適配器30的正常操 作下這兩個電晶體是關閉的。然而，如果電晶體156或電感158變為開路，則對電晶體188 加偏壓關閉，但是因為將電晶體186的基極電壓拉低，對電晶體186加偏壓打開。在該配置 中，電晶體186將攜帶所有環路電流Iy從而使得現場設備12繼續正常操作。另一方面，如果熔斷器161或電感163經歷開路狀態，對電晶體186加偏壓關閉，然而因為將電晶體188 的基極電壓拉高，對電晶體186加偏壓打開。然後電晶體188傳遞所有環路電流Iy使得現 場設備12的正常操作成為可能。電阻182和184的典型值可以是大約IkQ並且電阻180 可以是大約4 Ω。電晶體186可以是高增益PNP電晶體、PNP達林頓電晶體或P通道增強 模式MOSFET電晶體、或N通道增強MOSFET電晶體。圖5Α所示配置的一個優點是無線通信 適配器30的壓降可以比圖5Α所示的電路更低。圖7是適配器30的更詳細的框圖，其示出了無線通信電路155。圖中示出了電容 器220，並且適配器30被配置為HART 通信以及無線通信。如圖7所示，適配器30包括 微控制器對0，微控制器240還包括存儲器和用於通信的數據機。存儲器用於存儲指 編程指令、配置數據、變量等等。HART 模擬電路242被配置為通過DC阻塞電容器246 耦合到現場設備12。提供無線模塊M4，以使得適配器30能夠使用RF通信技術進行通信。 提供穩壓器對8，其被配置為DC至DC轉換器。電流分路電路250與穩壓器248並聯，並且 電流分路電路250包括由OP amp 2 控制的旁路電晶體252。OP amp 2 基於基準電壓 (Vref)和施加到穩壓器248上的電壓之間的差值來操作。穩壓器M8向低壓差(LDO)穩壓 器260提供2. 3伏特輸出。低壓差(LDO)穩壓器沈0向微處理器MO、HART模擬電路對2、 重置電路觀2以及ADC 280提供已調節的2伏特電源輸出。使用流經旁路電晶體252的電流對電容器220充電。使用電壓鉗270來設置電容 器220上的電壓。例如，可以將電壓鉗設置為2. 2伏特。另一個DC至DC轉換器272被配 置為升壓型轉換器，並且向低壓差(LDO)穩壓器274提供3伏特的已調節的電壓輸出。將 低壓差(LDO)穩壓器274的輸出設置為2. 8伏特，並且用於向無線模塊244提供已調節的功率。微處理器240與模數轉換器280相連，模數轉換器280用於監視電容器220的電 壓。微處理器240還與重置電路282相連。微處理器240通過電平偏移電路觀4向無線模 塊244提供數據。優選地讓電路能夠支持最大的無線通信活動量，同時環路22中降低最小量的電 壓。因此，適配器30優選地被配置以非常有效率的方式使用來自環路22的功率。在一個 特定配置中，可以通過使用低功率微控制器MO (例如Atmel ATmegal281)並且通過使用低 功率模擬電路組件來達成該點。可以由低供電電壓向這些組件供電，以同樣最小化總電路 功耗。此外，微控制器240可以被配置當不需要特定功能時(例如通信功能)，可以依照 需求進入「睡眠」模式。還可以依照需求使用分離的數據機。同樣優選地，向無線模塊244提供大量的功率。這允許更頻繁的通信以及增加的 可靠性。可以使用附加功率以公布來自變送器12的信息，允許例如在網格網絡中將適配器 30作為其他過程變送器的路由器來使用，並且允許使用更高的發送功率。這可以導致更可 靠的網格網絡，因為從另一個無線設備通過適配器300到主機的路徑比直接從設備到主機 的路徑要更可靠。在圖7的實施例中，由電容器220向無線模塊244供電。因此，為了增加提供給無 線模塊244的功率，優選地增加電容器220存儲的功率。在圖7的配置中，這是通過將電容 器220作為穩壓器348的分路元件來達成的，其中穩壓器248與OP amp 2 和分路電晶體 252 —起調節與環路22耦合的端子上的壓降。在圖7中，將與過程控制環路22耦合的環路端子上的電壓調節為一伏特。通過使用OP amp 2 和分路電晶體252來調整進入電容 器的電流，從而達成該點。在該配置中，穩壓器248與環路22串聯操作，並且穩壓器248在 OP amp 2 形成的反饋環路中。在不那麼有效率的配置中，可以實現分離的一伏特分路穩 壓器和電容器充電電路。然而，這要求附加的組件和附加的功率來進行操作。相反地，在圖 7所示的配置中，將適配器30的電路不使用的任何環路電流定向到分路電容器220中，以增 加效率。這導致最大數量的功率可用於無線模塊對4。電壓鉗270確定了向電容器220充 電的電壓。一旦電容器220達到了由電壓鉗270設置的電壓，過剩電流流經鉗270，而不是 流入電容器220。DC至DC轉換器248被配置為用1伏特輸入電壓進行操作的低功率「升壓」開關 穩壓器。穩壓器248將1伏特輸入電壓增加至充分高的電壓，以向剩餘電路供電。在圖7 的示例中，這是2. 3伏特。轉換器可以是開關電容類型的轉換器、基於電感的升壓型轉換器 (boostconverter)、基於變壓器的轉換器或其他恰當的配置。LDO穩壓器260將來自穩壓器 248的2. 3伏特輸出調節為2. 0伏特，並且移除來自穩壓器248的任何開關噪音。來自LDO 穩壓器沈0的輸出用於向微處理器M0、HART 模擬電路對2、存儲器、重置電路282和模 數轉換器280供電。HART 模擬電路塊242可以包括例如載波檢測電路、接收電路和發送電路。優選 地，這些電路被配置為具有低功率要求，同時維持可接受的通信完整性。微處理器240中的 存儲器可以用於存儲編程代碼和臨時變量。可以可選地使用微處理器240內部的定時器來 提供「軟體」數據機功能。微處理器240的存儲器可以包括內置快閃記憶體、RAM以及EEPROM 或其他非易失性存儲器。微控制器240可以被配置為使用模數轉換器280來監視電容器220 上的電壓，模數轉換器觀0向微控制器240提供代表了電容器電壓的數字輸出。依照需求， 微控制器240可以用於確定電容器是否具有支持無線發送的充足電壓。重置電路282可以 用於確保當電壓不夠時，微控制器240不進行操作。例如，重置電路282可以被配置為當 來自LDO穩壓器260的供電電壓達到充足的電壓電平時，重置或打開微控制器M0。該電路 還可以用於如果功率「失靈」發生時，重置微控制器對0。無線模塊M4以LDO穩壓器274提供的2. 8伏特穩定電壓進行操作。如上所述， 如果將電容器220充電至2. 2伏特，DC至DC轉換器穩壓器272將電壓升至3伏特。在使 用期間，電容器上的電壓將減少，並且需要升壓型轉換器。使用LDO穩壓器274來向無線模 塊244提供穩定的2. 8伏特。優選地，穩壓器272被配置為在最小電壓大約1伏特，最大電 壓大約2. 2伏特上操作。在一些配置中，微控制器240被配置為如果電容器220上的電壓 小於1伏特，則關閉無線模塊244的電路。微控制器240可以被配置為通過在無線模塊244和微控制器240之間的數 字通信線路上通信，來使用無線模塊344無線地發送信息。由於微控制器以兩伏特 電源工作，同時無線以2. 8電源工作，必須使用電平偏移電路284來電平偏移兩個組 件之間的數字通信線路。例如，可以使用非常低的功率電平變換器電路，例如Texas InstrumentsSN74LVC2T45DCU,來執行該操作。在一個配置中，可以通過調整耦合到分路電路250的OPamp 254的反相輸入的 Vkef，來調整耦合到環路22的環路端子上的壓降。在這種配置中，可以通過增加恰當條件下 的環路壓降，來使得附加功率可用於無線。類似地，如果需要減少對適配器30的電路的過
9程控制環路的影響，可以減少壓降。然而，這將向適配器30的無線模塊和其他電路提供更 少的功率，並且可能使得性能退化。圖7還示出了耦合到過程控制環路22的Loop+和Loop-連接之間的環路電流旁 路電路164的布置。環路電流旁路電路164以上述方式工作。注意到，圖7沒有顯式地示 出在之前附圖中示出的電阻156、電感158、163和熔斷器161。然而，這些組件被定位為單 獨的項而不在圖7中示出，或包含在圖7所示的各種電路塊中。圖8是示出了在無線適配器和過程控制環路22之間的連接的更詳細的示意圖。如 圖7所示，將適配器30的HART端子和Loop-端子耦合到現場設備12的+Power和-Power 端子。因此，適配器30中的組件故障可能引起提供給現場設備12的供電電壓的短路。如 果該情況發生，將中斷現場設備正在測量的過程變量的通信，並且現場設備12將不能與過 程控制室20通信。圖8所示的電路處理了這些問題。在圖8中，提供二極體300、302和304用於瞬態保護。他們被配置為保護適配器 30避免可能在過程控制環路22引起的高壓瞬態。這些二極體將電壓瞬態限制為可為適配 器電路器件所容忍的低電壓電平。二極體302和304以直接與現場設備的power端子電相 連。注意到如果僅部署了單個的瞬態保護二極體，並且該二極體在短路條件下發生故障，其 將對提供給現場設備12的功率進行短路。在圖8所示的配置中，提供了冗餘的二極體以避 免這種故障。在圖8中，將圖7所示的HART模擬電子器件242示意為三個分離的組件HART發 送電路M2A、HART載波檢測電路M2B以及HART接收電路M2C。這些電路以相對於Loop-端 子非常低的DC電壓進行操作。如果由於組件故障，將圖8中標識為節點1的節點短路到 HART端子上，則現場設備12將接收到其上非常低的DC電壓，並且將很可能不能夠正確操 作。因此，提供冗餘電容器310和312以將HART通信電路M2A、B、C與HART端子相連。如 果這些電容器之一在短路條件下發生故障，則提供給現場設備12的電壓將不受影響，並且 適配器30中的HART通信電路將繼續正確工作。電容器320、322、324、326、3沘和330以及 電感158、163和332用於向適配器30的電子器件提供RFI保護。所有這些電容器應當具 有通過適配器30的基板到接地的AC連接，以創建針對射頻幹擾的接地的電流通路。然而， 在一些實例中，過程控制環路還出於安全原因而接地。在電源20A的負端子處將4-20mA電 流環路接地很常見。在圖8的單元336處還示出了將RFI保護電容器與適配器30的基板 相連的冗餘電容器。在RFI保護電容器之一發生故障的情況下，電容器336減少了將現場 設備12的功率短路的可能性。注意到，如果電容器320直接與適配器30的基板相連並因 此接地，並且電容器在短路條件下發生故障，則電流將從電源20A通過短路的電容器320流 向適配器30的Loop+端子，並且流向大地，然後返回電源20A的電源負連接。因此，針對該 組件故障，將沒有電流流經現場設備12的適配器電子器件。然而，由於電容器336的存在， 流經適配器30和現場設備12的DC電流將不受到電容器320短路的影響。電容器324的 短路將引起類似類型的故障。電容器322或326的短路將導致電流流經適配器，但是如果 電容器336不存在，則電流將返回電源20A的負連接，並且繞過現場設備。類似地，沒有電 容器336，並且如果電源20A的負端子接地，假如電容器3 或330在短路條件下發生故障， 電流將從電源20A的正輸出通過短路的電容器3 或330流動，並且通過HART端子返回電 阻20B。因此，如果電容器3 和330短路，而沒有冗餘電容器336，則電流將不流經適配器電子器件30或現場設備12。因此，在圖8的配置中，已經將無線適配器30設計為使得沒有單個的組件故障可 以引起電流流向現場設備的的故障。冗餘的旁路電路保護設備避免了適配器30的電子器 件中的任何串聯組件的故障。還使用了若干冗餘組件來避免電流繞流過現場設備。如本文所使用的術語「現場設備」可以是過程控制監視器系統中使用的任何設備， 並且不一定要求放在「現場」。該設備可以位於過程控制系統中的任何地方，包括控制室或 控制電路中。用於連接過程控制環路的端子指代任何電連接，並且可以不包括物理的或離 散的端子。可以根據要求使用任何恰當的射頻通信電路，以及任何恰當的通信協議、頻率或 通信技術。根據要求配置電源電路，並且其不受限於本文闡述的配置。在一些實施例中，現 場設備包括可以在任何RF發送中包括的、使得可以標識該設備的地址。這種地址可以用於 確定接收到的信號是否意在該特定設備。然而，在其他實施例中，不使用地址，並且僅將不 具有任何尋址信息的數據從無線通信電路中發送。在這種配置中，如果需要數據的接收，任 何接收到的數據可以不包括尋址信息。在一些實施例中，這可能是可以接受的。在其他實 施例中，可以使用其他尋址技術或標識技術，例如向特定設備分配特定頻率或通信協議，向 特定設備分配特定時隙或周期，或其他技術。可以使用任何恰當的通信協議和/或聯網技 術，包括基於令牌的技術，在該技術中在設備之間傳遞令牌，從而允許特定設備的發送或接 收。儘管已經通過首選實施例來描述了本發明，本領域技術人員將認識到可以在不脫 離本發明的精神和範圍的情況下對形式和細節作出改變。如本文所使用的，射頻(RF)可以 包括任何頻率的電磁發送，並且不受限於特定的頻率組、頻率範圍或任何其他限制。可以根 據要求使用任何通信協議，包括IEEE 802. lib,802. 15. 4、或其他協議，包括專有通信協議。 在上述討論中，無線適配器提供用於連接雙線過程控制環路的數位訊號通信連接，並且在 一些實施例中，依照於HART 通信協議進行通信。適配器可以被配置為安裝在過程控制 變送器的外部，例如通過螺紋連接到變送器外殼中的NPT裝置。儘管已經通過首選實施例描述了本發明，本領域技術人員將認識到可以在不脫離 本發明的精神和範圍的情況下，做出形式和細節上的改變。
權利要求
1.一種在雙線過程控制環路中使用的無線適配器，所述雙線過程控制環路被配置為 耦合到工業過程控制系統中的過程現場設備，所述無線適配器到耦合所述雙線過程控制環 路，並且向所述過程現場設備提供無線通信，所述無線適配器包括第一和第二環路端子，被配置為與所述雙線過程控制環路串聯耦合；無線通信電路，耦合到所述第一和第二環路端子，適於向所述過程現場設備提供無線 通信；以及環路電流旁路電路，電連接在所述第一和第二環路端子之間，被配置為響應於所述第 一和第二環路端子之間的所述無線通信電路的電流通路中的開路，在所述第一和第二環路 端子之間提供環路電流通路。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述環路電流旁路電路包括精密分路穩壓器。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中，所述精密分路穩壓器被配置為響應於所述開 路，導電，傳導所述環路電流。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述環路電流旁路電路包括電晶體。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述電晶體被配置為響應於所述開路，傳導所 述環路電流。
6.根據權利要求4所述的裝置，包括第二電晶體。
7.根據權利要求4所述的裝置，具有偏壓的基極，從而當電流正在流經無線通信電路 時，所述電晶體不導通，以及當阻塞來自所述無線通信電路的電流時，對所述電晶體加偏壓 以導通。
8.根據權利要求1所述的裝置，包括被配置為電耦合到所述現場設備的第三連接。
9.根據權利要求8所述的裝置，包括被配置為通過所述第三連接與所述現場設備通 信的通信電路。
10.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述電晶體包括PNP電晶體。
11.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述電晶體包括達林頓電晶體。
12.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述電晶體包括M0SFET。
13.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述電晶體包括NPN電晶體。
14.根據權利要求1所述的裝置，包括冗餘組件，在所述適配器中的電路發生故障的 情況下向所述現場設備供電。
15.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述雙線過程控制環路包括4-20mA電流環路。
16.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述雙線過程控制環路依照於HART 通信協 議進行數字通信。
17.一種使用無線適配器向耦合到雙線過程控制環路的過程現場設備提供無線通信的 方法，包括將所述無線適配器的第一和第二環路端子耦合到所述雙線過程控制環路；通過所述第一和第二環路端子從所述雙線過程控制環路向無線通信電路供電；使用以從所述雙線過程控制環路接收的功率來供電的無線通信電路，向所述過程現場 設備提供無線通信；響應於通過所述無線通信電路的電流通路中的開路，通過在所述第一和第二環路端子 之間提供電流通路，將所述無線通信電路電旁路。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，電旁路包括激活精密分路穩壓器。
19.根據權利要求17所述的方法，其中，電旁路包括激活電晶體。
20.根據權利要求17所述的方法，包括，通過第三連接與所述現場設備進行通信。
21.根據權利要求17所述的方法，其中，所述雙線過程控制環路依照於HART 通信協 議進行數字通信。
22.根據權利要求17所述的方法，其中，所述第一和第二環路端子之一直接耦合到所 述過程現場設備，以及還包括將通信端子耦合到所述過程現場設備，以用於與所述過程現 場設備的通信。
全文摘要
一種在雙線過程控制環路(22)中使用的無線適配器被配置為耦合到工業過程控制系統中的過程現場設備(12)。所述無線適配器(30)耦合到所述雙線過程控制環路(22)，並且向所述過程現場設備(12)提供無線通信。所述適配器(30)包括第一和第二環路端子，它們被配置為與所述雙線過程控制環路(22)串聯耦合。無線通信電路(155)耦合到所述第一和第二環路端子，並且其適於向所述過程現場設備(12)提供無線通信。環路電流旁路電路(164)以電的方式在所述第一和第二環路端子間相連，並且其被配置為響應於無線通信電路(155)中的開路，在所述第一和第二環路端子之間提供環路電流通路。
文檔編號G05B19/418GK102084626SQ200980122787
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月17日 優先權日2008年6月17日
發明者布賴恩·L·韋斯特菲爾德, 約翰·A·基爾布 申請人:羅斯蒙德公司