專利名稱：用于具有低壓本質(zhì)安全鉗的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的rf適配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)過程控制或監(jiān)視系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及在這種系統(tǒng)中支持 射頻(RF)通信的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
背景技術(shù)：
在工業(yè)背景下，控制系統(tǒng)用于監(jiān)視和控制工業(yè)和化學(xué)等過程的庫存。一般地，控制 系統(tǒng)使用分布在工業(yè)過程關(guān)鍵位置處并且通過過程控制環(huán)路來與控制室中的控制電路耦 合的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備執(zhí)行這些功能。術(shù)語“現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備”指代在分布式控制或過程監(jiān)視系統(tǒng)中執(zhí)行 功能的任何設(shè)備，包括在工業(yè)過程的測(cè)量、控制和監(jiān)視中所使用的當(dāng)前已知或尚未已知的 所有設(shè)備。一些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括傳感器。傳感器意味著基于物理輸入生成輸出信號(hào)，或基于輸 入信號(hào)生成物理輸出。一般地，傳感器將輸入轉(zhuǎn)換為具有不同形式的輸出。傳感器的類型 包括各種分析設(shè)備、壓力傳感器、熱敏電阻、熱電耦、應(yīng)變計(jì)、流量傳送器、定位器、致動(dòng)器 (actuator)、螺線管、指示燈等等。一般地，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還包括用于在過程控制環(huán)路上與過程控制室、或其他電路 進(jìn)行通信的通信電路。在一些設(shè)施中，過程控制環(huán)路也用于向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳輸已調(diào)節(jié)的電流 和/或電壓，以向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。過程控制環(huán)路還攜帶模擬或數(shù)字格式的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)上，通過雙線過程控制電流環(huán)路將模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制室相連，且每個(gè)設(shè)備 通過單根雙線控制環(huán)路與控制室相連。一般地，將雙線之間的電壓差維持在12-45伏特(針 對(duì)模擬模式)和9-50伏特(針對(duì)數(shù)字模式)的電壓區(qū)間中。一些模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過將在電 流環(huán)路中流動(dòng)的電流調(diào)制到與感測(cè)到的過程變量成比例的電流上，來向控制室發(fā)送信號(hào)。 在控制室的控制下，其他模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以通過控制流經(jīng)環(huán)路的電流的大小，來執(zhí)行動(dòng)作。 除此之外或者作為備選，過程控制環(huán)路可以攜帶用于與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通信的數(shù)字信號(hào)。在一些設(shè)施中，已經(jīng)開始使用無線技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通信。例如，完全使用無線 設(shè)施，在該無線設(shè)施中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用電池、太陽能電池或者獲得功率同時(shí)不需要任何形式 的有線連接的其他技術(shù)。然而，多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與過程控制室進(jìn)行硬連線，而不使用無線通信 技術(shù)。此外，在很多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施中，必須實(shí)施“本質(zhì)安全”標(biāo)準(zhǔn)，其限制了所存儲(chǔ)的能量可以放 到環(huán)境中的量。

發(fā)明內(nèi)容
一種耦合到過程控制變送器的適配器，該類型的過程控制變送器用于監(jiān)視工業(yè)過 程中的過程變量，所述適配器包括第一連接，被配置為耦合到雙線過程控制環(huán)路的第一側(cè)； 第二連接，被配置為耦合到所述雙線過程控制環(huán)路的第二側(cè)，以及與第一連接串聯(lián)耦合至 所述過程控制變送器；以及第三連接，被配置為耦合到所述過程控制變送器的第二連接。無 線通信電路至少耦合到所述第三連接，并且其被配置為向所述過程控制變送器提供無線通 信。耦合到所述第一、第二和第三連接中的至少一個(gè)的本質(zhì)安全電路被配置為將電能傳輸
4限制為小于本質(zhì)安全值的值。


圖1是包括被配置為用于無線通信的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在內(nèi)的過程控制監(jiān)視系統(tǒng)的簡化 框圖。圖2是過程控制器監(jiān)視系統(tǒng)的框圖，在該系統(tǒng)中多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向遠(yuǎn)程儀表發(fā)送信 肩、ο圖3是包括用于與遠(yuǎn)程設(shè)備(例如手持單元)通信的無線通信電路在內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備的分解切面剖視圖。圖4是包括用于無線通信的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在內(nèi)的過程控制器監(jiān)視系統(tǒng)的圖，該現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備從過程控制環(huán)路中獲取功率。圖5是圖4所示的電路的更詳細(xì)的示意圖。圖6是在圖5所示的電容器上測(cè)量的電壓對(duì)時(shí)間的圖。圖7是用于在過程控制器監(jiān)視系統(tǒng)中提供無線通信的電路的電子框圖。圖8A和8B是示出了通過雙線過程控制環(huán)路與過程變量變送器耦合的無線通信適 配器的框圖。圖9是示出了無線通信適配器的電路的簡化框圖。圖10是示出了耦合到變送器的無線適配器的簡化橫截面圖。圖11是示出了包括本質(zhì)安全柵的過程控制環(huán)路的簡化圖。圖12是示出了包括本質(zhì)安全電路的無線適配器的簡化示意圖。圖13是圖12的無線適配器的更詳細(xì)的示意圖。圖14是示出了有源電路的本質(zhì)安全電路的簡化示意圖。圖15是示出了使用有源本質(zhì)安全電路的無線適配器的簡化示意圖。圖16是圖15的無線適配器的更詳細(xì)的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和/或適配器，其被配置為與過程控制環(huán)路耦合，所述 過程控制環(huán)路還包括用于單向或雙向無線通信的無線通信模塊。無線通信模塊可以從遠(yuǎn)程 設(shè)備或位置發(fā)送和/或接收RF信號(hào)?？梢詮碾p線過程控制環(huán)路接收的功率來直接向模塊 供電，或可以用從過程控制環(huán)路中接收并且存儲(chǔ)以備后續(xù)使用的功率來供電。該模塊可以 是可拆卸式模塊，其中，該模塊僅需要耦合到那些需要無線通信的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。該模塊可以被 配置為適配器，以對(duì)現(xiàn)有變送器進(jìn)行翻新。提供電路用于本質(zhì)安全保護(hù)。圖1是過程控制或監(jiān)視系統(tǒng)的簡化框圖，在該系統(tǒng)中控制室或控制系統(tǒng)12在雙線 過程控制環(huán)路16上耦合到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14包括I/O電源電路18、致動(dòng)器/傳感 器20以及無線通信電路22。無線通信電路22被配置為使用天線沈來發(fā)送和/或接收RF 信號(hào)24。當(dāng)前，工業(yè)儀器經(jīng)常包括可以用于對(duì)過程信息進(jìn)行本地監(jiān)視的本地顯示器或“儀 表”。該儀表在很多設(shè)施中是非常有用的，然而，這種本地顯示器配置確實(shí)具有若干限制。本 地顯示器要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的直接可視接入。此外，一般操作者一次僅可以查看單個(gè)儀表。包含儀表的儀器通常不在方便的位置或觀看角度。已經(jīng)用于處理這種配置的一個(gè)技術(shù)是使用 與過程變送器連線的儀表。這允許在更方便的位置處安裝儀表。在于2002年4月22日提 交的序號(hào) 10/128，769、題為 “raOCESSTRANSMITTER WITH WIRELESS COMMUNICATION LINK” 的美國專利申請(qǐng)中示出了并描述了另一種技術(shù)。對(duì)于本發(fā)明，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中包括了 RF通信模塊，或除了與過程控制環(huán)路(例如環(huán) 路16)的連接之外，將該RF通信模塊配置為對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行翻新的適配器。無線通信模 塊22可以被配置為緊湊并且較低功率的，使得可以容易地將其包括在現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備配 置中。該模塊可以用于對(duì)在監(jiān)視控制和/或數(shù)據(jù)顯示中使用的信息進(jìn)行無線發(fā)送。這種無 線變送器可以讓現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息在本地區(qū)域中可用。例如，可以提供單個(gè)的本地顯示器(例 如顯示器32)，并且使用它來顯示來自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14的信息。顯示器32可以被配置為顯示 來自若干設(shè)備的信息，或者同時(shí)地、順序地進(jìn)行，或通過向顯示器提供的命令進(jìn)行，例如使 用手動(dòng)輸入(例如對(duì)操作者可用的按鈕)。可以將顯示器32放在固定的位置處，或其可以 是便攜式設(shè)備，使得可以在過程控制系統(tǒng)中攜帶它，以監(jiān)視和觀察各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作。取 決于RF信號(hào)M的強(qiáng)度以及發(fā)送和接收電路的靈敏度，可以依照需求來控制RF發(fā)送所覆蓋 的區(qū)域。例如，圖2是過程控制系統(tǒng)50的簡化圖，在該系統(tǒng)中一定數(shù)量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14通過 單獨(dú)的過程控制環(huán)路16耦合到控制室12。每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14發(fā)送由顯示器32接收的RF 信號(hào)對(duì)。在該示例中，顯示器32能夠顯示使用天線52從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14接收的四個(gè)過程變 量(PV1、PV2、PV3和PV4)。如上所述，顯示器32可以是固定顯示器，或者可以是便攜式顯 示器，例如手持單元。在該特定配置中，將顯示器32示意為對(duì)與過程壓力相關(guān)的兩個(gè)過程 變量以及與過程溫度相關(guān)的兩個(gè)過程變量進(jìn)行示出。這允許現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14在所需范圍(例 如在本地區(qū)域)中的RF連接上提供信息。例如，如果顯示器32在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14的40米范 圍內(nèi)，其將能夠接收和顯示來自該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息?？蛇x用戶輸入48可以用于例如選擇顯 示的格式、顯示的過程變量、或用于查詢現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14。圖3是作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的一個(gè)示例的壓力變送器60的簡化剖視部分分解圖。壓力 變送器60耦合到雙線過程控制環(huán)路16，并且包括變送器外殼62。過程控制環(huán)路16與端子 板58上攜帶的端子56耦合。壓力傳感器64提供傳感器的一個(gè)示例，并且被配置為耦合到 過程裝置，以測(cè)量在過程液體中發(fā)生的差壓(differential pressure)。向與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電路 68耦合的測(cè)量電路66提供來自傳感器64的輸出?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電路68實(shí)現(xiàn)了圖1所示的I/ 0電源18的方面。無線通信電路22與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電路68耦合，并且在一些實(shí)施例中，無線通 信電路22可以與過程控制環(huán)路16耦合。外殼62包括可以擰入外殼62的端蓋70和72。端蓋72包括RF透過性窗口 74， 該窗口 74通常被配置為與無線通信電路22上攜帶的天線沈?qū)R。當(dāng)附著時(shí)，端蓋向變送 器60中的電路提供本質(zhì)安全外罩。端蓋中一般使用的材料(例如金屬)對(duì)于RF信號(hào)是不 透明的。然而，RF透過性窗口 74允許由天線沈發(fā)送和接收RF信號(hào)。窗口 74所使用的一 個(gè)示例RF透過性材料是玻璃或類似物。然而，可以使用任何恰當(dāng)?shù)牟牧?。窗口和外殼配?可以幫助滿足本質(zhì)安全要求，并且提供防火(防爆)能力。此外，外殼62中的腔體可以被 配置為提供天線26生成的RF信號(hào)的所需輻射模式。例如，在一些實(shí)施中可能需要讓RF發(fā) 送是定向的，或者在其他實(shí)施中可能是全向的。在其他實(shí)施中，可以加長蓋子62以提供用 于容納無線通信電路22的附加內(nèi)部腔體。
可以依照需求來選擇無線通信電路22。一個(gè)示例電路是可從Millennial Net購 買的“I-Bean”變送器設(shè)備。然而，可以使用其他電路?？梢允褂脽o線通信電路22來讀取和 發(fā)送在過程控制環(huán)路16上攜帶的模擬或數(shù)字信號(hào)，而不干擾過程控制環(huán)路16或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 電路68的操作。用于無線發(fā)送的電路應(yīng)當(dāng)足夠小并且低功率，以適合過程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的物理 和功率限制。一些現(xiàn)有技術(shù)的變送器被配置為接收一般在圖3中無線通信電路22所示的 位置處布置的可選顯示器。在這種配置中，可以使用無線通信電路22來取代本地顯示器。 在這種配置中，通信無線電路22簡單地發(fā)送與過程控制環(huán)路16直接耦合的RF信號(hào)，并且 發(fā)送與環(huán)路16上攜帶的任何模擬和/或數(shù)字信號(hào)相對(duì)應(yīng)的RF信號(hào)。一般而言，本文討論的過程控制環(huán)路可以包括在工業(yè)過程控制和監(jiān)視系統(tǒng)中使用 的過程控制環(huán)路。這種環(huán)路包括4-20mA電流環(huán)路，在該電流環(huán)路中，模擬電流電平在4和 20mA之間改變以發(fā)送信息?？梢允褂孟嗤目刂骗h(huán)路向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。另一種類型的過程 控制環(huán)路依照于HART 通信協(xié)議，在該協(xié)議中在4_20mA信號(hào)上疊加數(shù)字發(fā)送，用于發(fā)送 附加信息。另一個(gè)示例雙線過程控制環(huán)路使用由美國儀器協(xié)會(huì)(ISA)闡述的被稱作Field Bus SP50協(xié)議的協(xié)議。然而，可以使用端信令協(xié)議。一些過程控制環(huán)路被配置為與多個(gè)現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備相連，使得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以彼此通信，或監(jiān)視來自另一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的發(fā)送。一般而言， 可以使用本發(fā)明的無線通信技術(shù)來發(fā)送在這種過程控制環(huán)路上發(fā)送的任何類型的信息、或 者可用的或由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)部生成的或接收的任何類型的信息、或者用于控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的任 何類型的信息或其他類型的信息。在另一個(gè)示例中，可以由操作者將用于配置現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的 手持單元或設(shè)備帶入現(xiàn)場(chǎng)。當(dāng)手持設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近時(shí)，操作者使用手持設(shè)備向現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備發(fā)送或接收信息。這允許操作者收集信息或?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備編程，而不需要與設(shè)備或物理過 程控制環(huán)路物理地耦合。在一些實(shí)施例中，還需要來自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的攜帶尋址信息的通信。尋 址信息可以指示發(fā)送的源或發(fā)送的預(yù)期接收方。無線通信電路可以依照需求持續(xù)發(fā)送，或 基于周期性或間歇原則進(jìn)行發(fā)送。在另一個(gè)示例中，無線通信電路僅當(dāng)被激活或“被輪詢” 時(shí)進(jìn)行發(fā)送。該激活可以來自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部源，可以通過過程控制環(huán)路接收，可以從無線 源接收，或由另一個(gè)源接收或生成。在多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以同時(shí)發(fā)送的環(huán)境中，應(yīng)當(dāng)選擇發(fā)送 協(xié)議以避免或處理可能干擾發(fā)送的任何類型的沖突。例如，可以使用不同的頻率或頻率跳 過技術(shù)，可以使用隨機(jī)或半隨機(jī)發(fā)送窗口，可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)發(fā)送或基于令牌的技術(shù)或依照需 求的其他沖突避免技術(shù)。如果發(fā)送包括錯(cuò)誤檢測(cè)或糾正信息，該信息可用于檢測(cè)發(fā)送中的 錯(cuò)誤和/或糾正發(fā)送中的任何錯(cuò)誤。如果錯(cuò)誤是不可糾正的，接收單元可以請(qǐng)求受損數(shù)據(jù) 的重發(fā)送，或可以指示錯(cuò)誤，或可以等待數(shù)據(jù)的后續(xù)發(fā)送，或依照需求采取其他步驟。圖3還示出了用于在RF連接82上與電路22通信的示例手持設(shè)備80。手持設(shè)備 80包括顯示器84和用戶輸入86?？梢栽谑殖衷O(shè)備80中包括其他類型的輸入和輸出。優(yōu) 選地，手持設(shè)備80是電池操作的，并且可以由操作者帶入現(xiàn)場(chǎng)中，用于與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備60進(jìn)行 通信。在顯示器84上顯示來自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備60或來自其他源的信息，并且使用輸入86來控制 手持設(shè)備?？梢杂墒殖衷O(shè)備80向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備60發(fā)送命令或其他信息。在一個(gè)配置中，無線通信電路要求在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中可用的功率限制內(nèi)的功率。例如， 在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中當(dāng)前使用的一個(gè)顯示器使用3. 6伏特和0. 5mA。如果使用能夠操作LCD儀表 的變送器，則無線通信電路可以取代IXD儀表并且使用用于驅(qū)動(dòng)IXD儀表的相同電源。在另一個(gè)示例中，直接從過程控制環(huán)路向無線通信電路供電，例如使用從與過程控制環(huán)路串 聯(lián)的二極管壓降上得到的電壓。在通信電路不使用電池的實(shí)施例中，電路可以更容易地滿 足本質(zhì)安全或其他安全認(rèn)證要求，并且提供無限期的現(xiàn)場(chǎng)壽命，而不需要電池替換或維護(hù)。 在無線配置僅用于發(fā)送信息的配置中，可以減少功率要求。在另一個(gè)示例中，如果需要更大 的發(fā)送范圍，固定設(shè)備(例如圖1所示的顯示器32)可以包括用于從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接收或向現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的重發(fā)的RF轉(zhuǎn)發(fā)器。RF轉(zhuǎn)發(fā)器可以是環(huán)路供電的，或可以從其他源獲取其 功率。此外，一旦接收到RF數(shù)據(jù)，可以將RF數(shù)據(jù)重新格式化為過程控制系統(tǒng)中使用的現(xiàn)有 數(shù)據(jù)發(fā)送格式，用于在其他介質(zhì)上發(fā)送，例如以太網(wǎng)連接，在擴(kuò)展范圍RF通信鏈路上，例如 蜂窩式電話，或使用另一種技術(shù)進(jìn)行中繼。圖4是示出了本發(fā)明的另一個(gè)方面的過程控制器或監(jiān)視系統(tǒng)100的簡化圖。在系 統(tǒng)100中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14通過過程控制環(huán)路16以及通過接線盒102與控制系統(tǒng)12相連。在 圖4的實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備104與過程控制環(huán)路16耦合，并且現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備104包括無線通信 電路122。無線通信電路122被配置為發(fā)送RF信號(hào)106，并且完全由從過程控制環(huán)路16接 收的功率來供電。過程設(shè)備104包括功率穩(wěn)壓器110、分路或旁路112、以及超級(jí)電容器114。在操 作期間，通過使用從過程控制環(huán)路16分流出的額外電壓，使用功率穩(wěn)壓器110對(duì)超級(jí)電容 器114進(jìn)行緩慢的充電(涓流充電)。旁路112允許環(huán)路16正常操作，并且旁路112與環(huán) 路16串聯(lián)。通信電路122包括用于接收在過程控制環(huán)路16上攜帶的模擬和/或數(shù)字信息 的電路。電路122可以響應(yīng)于接收到的信息來發(fā)送RF信號(hào)106。如果作為接收器操作，電 路122能夠?qū)?shù)據(jù)調(diào)制到環(huán)路16上攜帶的電流上。這可以是模擬或數(shù)字信息。該配置允 許在無線通信網(wǎng)絡(luò)上中繼數(shù)據(jù)?？梢砸勒沼谌魏晤愋偷耐?fù)浣Y(jié)構(gòu)來配置網(wǎng)絡(luò)，包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、 星型和網(wǎng)格拓?fù)??？梢詫⑦^程設(shè)備104位于環(huán)路上的任何位置處，包括被配置為如圖4所 示的單獨(dú)的設(shè)備。在一些設(shè)施中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備104應(yīng)當(dāng)是現(xiàn)場(chǎng)變硬的，并且被配置為用于本質(zhì) 安全操作。還可以將設(shè)備104位于另一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14中，作為接線盒102的一部分，或甚 至位于覆蓋控制系統(tǒng)12的控制室中。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備104可以與多于一個(gè)RF電路122和或多于 一個(gè)過程控制環(huán)路16相連，同時(shí)地或者通過使用多路復(fù)用器或其他技術(shù)。超級(jí)電容器的使用允許設(shè)備工作，而不需要內(nèi)置電池或其他技術(shù)。電容器的使用 允許快速充電以及充分大的能量電勢(shì)的存儲(chǔ)。當(dāng)在有害環(huán)境中使用時(shí)，為了滿足本質(zhì)安全 標(biāo)準(zhǔn)，大能量存儲(chǔ)可能是不可接受的。然而，可以將過程設(shè)備104移動(dòng)到遠(yuǎn)離有害環(huán)境處， 例如接線盒102，在那里不要求本質(zhì)安全。圖5是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備104的簡化示意圖，其更詳細(xì)地示出了超級(jí)電容器114。在該示例 中，超級(jí)電容器114包括兩個(gè)10法拉電容器，他們被配置為每一個(gè)電容器攜帶2. 5伏特電 勢(shì)。這產(chǎn)生了具有5伏特壓降的5法拉等價(jià)電容器。假定無線通信電路122能夠以4和5 伏特之間的電壓進(jìn)行操作，則來自每一個(gè)5法拉電容器的可用能量是1/2*C (V/-V/)，其為 1/2*5* (52-42) = 22. 5J0圖6是在超級(jí)電容器114上測(cè)量的電壓對(duì)時(shí)間的圖。在該示例中，發(fā)送周期td為 1秒的脈沖信號(hào)的600mW無線變送器將要求0. 6J/S*ls = 0. 6J的能量。因此，存在充足的 能量可用于這種通信電路122的操作。用于向過程控制環(huán)路供電的典型電源提供M伏特DC。然而，在4_20mA系統(tǒng)中，變送器可以僅要求12伏特以進(jìn)行操作。在過程控制環(huán)路中的配線損耗可以引起2至4伏 特的壓降。假定僅5伏特可用于對(duì)超級(jí)電容器114充電，并且假定過程控制環(huán)路以低電流 電平(即4mA)進(jìn)行操作，則依然存在20mW可用于向超級(jí)電容器114充電。由于在發(fā)送循 環(huán)中僅消耗了 0. 6J，可用的20mW將在時(shí)間t。= 0. 6J/0. 02W = 30s后將超級(jí)電容器充電至 滿容量。因此，這種配置將能夠每30秒發(fā)送具有1秒時(shí)間長度的信號(hào)。假定通信信號(hào)的帶 寬是200Kb/s，并且分組大小200b，則將脈沖時(shí)間減少至一毫秒，并且作為結(jié)果的發(fā)送時(shí)間 是0. 03秒。在這種配置中，由于診斷數(shù)據(jù)不具有時(shí)間關(guān)鍵性，因此可以容易地發(fā)送該診斷 數(shù)據(jù)。然而，如果足夠快的充電時(shí)間可用，則還可以無線地發(fā)送控制和過程變量信號(hào)。盡管描述了超級(jí)電容器，可以使用任何能量存儲(chǔ)設(shè)備，包括電池、或其他的。用于 對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備充電的能量可以是電或磁，并且可以從任何源得到或收集到。圖7是過程控制器監(jiān)視系統(tǒng)150的簡化圖，該系統(tǒng)150包括通過雙線過程控制環(huán) 路156與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備巧4耦合的控制室152。過程控制環(huán)路156在本質(zhì)安全柵(barrier) 158 上延伸。將控制室152建模為包括電源160和負(fù)載電阻162?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備IM可以是任何配置的，并且不受限于圖7所示的特定示意。可以在現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備的端子塊中實(shí)施電路170。例如，可以將電路170配置為附加模塊，使得雙線過程控 制環(huán)路156可以與現(xiàn)有的變送器電路相連。在圖7所示的配置中，通信電路170使得向新的或現(xiàn)有的過程控制環(huán)路或現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備添加無線通信能力成為可能。電路被配置為由過程控制環(huán)路供電，并且可以將其安裝到 環(huán)路中的任何位置，從控制室、環(huán)路本身上的任何位置、在本質(zhì)安全(1 柵或接線盒158、 作為獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、或包括在另一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中。該電路可以被配置為用于任何類型的 通信。然而，在一個(gè)簡單配置中，電路170被配置為測(cè)量在過程控制環(huán)路156中攜帶的電流， 并且向無線接收器發(fā)送與測(cè)量的電流相關(guān)的輸出?，F(xiàn)在參見圖7所示的電路170的一個(gè)特定實(shí)施例，傳感電阻180和電源二極管182 與過程控制環(huán)路156串聯(lián)。傳感電阻180可以是例如10歐姆，并且用于感測(cè)過程控制環(huán)路 156中攜帶的電流電平I。測(cè)試二極管184也與環(huán)路156串聯(lián)，并且提供測(cè)試點(diǎn)186。這可 以用于校準(zhǔn)或特征化與電路170耦合的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。提供本質(zhì)安全保護(hù)電路190，其包括如圖 所示在二極管182上連接的二極管192和在傳感電阻180的相反端處連接的絕緣電阻194。 二極管182是電源196的一部分，電源196包括電容器198、輸入濾波器200、穩(wěn)壓器202、電 容器204和輔助濾波器206。輔助濾波器206包括電容器208和電阻210。電源電路196 生成相對(duì)于電路接地的電源電壓VDD，用于由測(cè)量環(huán)路電流和無線發(fā)送結(jié)果信號(hào)的電路來使 用。盡管示出了特定的電源實(shí)現(xiàn)，依照需求可以使用任何恰當(dāng)?shù)碾娫磁渲没驅(qū)嵤├?。在該?shí)施例中，輸入電路218包括傳感電阻180，并且輸入電路218被配置為測(cè)量 流經(jīng)環(huán)路156的電流I。輸入電路218還包括向OP amp 222提供差分連接的濾波器220。 OP amp向模數(shù)轉(zhuǎn)換器2 提供放大的輸入信號(hào)，將模數(shù)轉(zhuǎn)換器2 示為微處理器224的一 部分。提供時(shí)鐘電路228，并且其用于向例如微處理器2M提供時(shí)鐘信號(hào)?？蛇x的HART 發(fā)送和接收電路230與微處理器224、環(huán)路156、時(shí)鐘電路2 和RF發(fā)送/接收電路232相 連。可選的HART 電路230被配置為從微處理器2M接收數(shù)字片選信號(hào)(CSl)。RF電路 232被配置為從微處理器2M接收分離的數(shù)字片選信號(hào)(CS》。HART 電路230和RF電 路232都被配置為在SCI總線上與微處理器2 通信，取決于激活哪個(gè)片選。微處理器2 還被配置為向運(yùn)算放大器222提供關(guān)閉信號(hào)。微處理器2M包括用于存儲(chǔ)編程指令、臨時(shí) 和永久變量以及其他信息的存儲(chǔ)器236，并且可以同時(shí)包括易失性和非易失性存儲(chǔ)器。該存 儲(chǔ)器可以包括例如EEPR0M，并且可以包含唯一標(biāo)識(shí)電路170的尋址信息。RF電路232耦合 到天線M0，天線240可以依照需求被配置為內(nèi)置天線、外置天線、或其結(jié)合。電路170被配 置為在雙線過程控制環(huán)路156上耦合，使得環(huán)路156可以端接于另一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如過程 變送器或過程控制器?？梢栽趩蝹€(gè)印刷電路板上實(shí)現(xiàn)圖7所示的電路170，使得將RF天線240與該板集 成。該配置允許容易地在現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)電路170，并且不要求使用外置天線。這減少 了安裝復(fù)雜度。可選的HART 發(fā)送/接收電路230可以用于監(jiān)視在過程控制環(huán)路上攜帶的數(shù)字 信號(hào)，例如過程變量。基于感測(cè)到的數(shù)字信號(hào)，HART 電路230可以控制RF發(fā)送/接收 電路232的操作，用于發(fā)送與感測(cè)到的過程變量相關(guān)的信息或其他信息。如果依照于完整 HART 協(xié)議以及恰當(dāng)?shù)腞F協(xié)議棧來實(shí)現(xiàn)HART 電路，則電路可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)級(jí)功能，該 功能將允許HART 主機(jī)以雙向方式通過RF HART 網(wǎng)關(guān)設(shè)備與支持HART 的現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備在過程控制環(huán)路156上通信。這允許與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的無線通信，用于監(jiān)視、配置、診斷或交 換其他信息或數(shù)據(jù)。經(jīng)常地，在過程控制或監(jiān)視設(shè)施中，要求操作者物理地接入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或過程控制 環(huán)路，以與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備交換信息。這允許操作者修理裝置，并且在裝置上進(jìn)行預(yù)防性的維護(hù)。 本文闡述的無線通信配置允許操作者對(duì)處于難以接入的位置處的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行查詢。此 外，即使在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可容易接入的配置中，無線通信電路不要求操作者移除裝置(例如變 送器或集線盒)上的蓋子例如，以將用于到過程控制環(huán)路的物理連接的環(huán)路配線暴露在 外。在可能存在爆炸性氣體或蒸汽的有害位置中，這可以是特別有利的?？梢杂蔁o線通信 電路來感測(cè)數(shù)字或模擬過程比變量，并且將其發(fā)送至如上所述的無線儀表或手持設(shè)備中。在操作期間，電路170與過程控制環(huán)路156串聯(lián)，其中，電路170使用流過環(huán)路的 4-20mA電流向自身供電。對(duì)于使用公共電接地的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，可以將電路170插入環(huán)路連接 的高電壓側(cè)。該配置允許對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中其他總線電路的接入，例如CAN接口。該配置包括 在測(cè)試期間用于測(cè)量環(huán)路電流的測(cè)試連接186。傳感電阻180優(yōu)選地被配置為提供與在端 子181處測(cè)量的為零的等價(jià)電容，該端子181依照于本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)路156相連。電路 170被配置為用于在3和4伏特之間的標(biāo)稱操作，并且齊納二極管182以及傳感電阻180設(shè) 置該操作電壓。在4-20mA電流環(huán)路上可用的額外電壓足以操作電路170。此外，可以使用 功率管理技術(shù)將從環(huán)路抽取的電流限制為大約3mA。這允許與過程控制環(huán)路相連的任何現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備發(fā)送3. 6mA的警告電平信號(hào)，而不通過抽取多于可用電流電平來損壞電路。齊納二極管182作為與環(huán)路156串聯(lián)的分路元件，以在輸入濾波器階段上獲得預(yù) 先調(diào)節(jié)的電壓。通過齊納二極管182將電路170所不使用的環(huán)路電流的任何部分加以分路。 輸入濾波器200可以包括容性、感性以及阻性的元件，并且用于將環(huán)路與電路170生成的任 何噪聲或負(fù)載波動(dòng)相隔離。這還抑制了HART 擴(kuò)展頻帶中的噪聲，以遵循HART 標(biāo)準(zhǔn)。電壓穩(wěn)壓器202可以是任何恰當(dāng)?shù)碾妷悍€(wěn)壓器，例如但不限于線性或開關(guān)式穩(wěn)壓 器，并且用于向電路提供電壓VDD。濾波器206用于存儲(chǔ)能量，并且還將電路負(fù)載與穩(wěn)壓器 202去耦合。在電路負(fù)載改變期間，允許輔助濾波器206的輸出電壓下降幾百毫伏特。這允許電路172抽出的峰值電流與4-20mA電流環(huán)路進(jìn)行平均。在該實(shí)施例中，在空閑操作的時(shí)間段中，可以讓包括A/D轉(zhuǎn)換器的微處理器224以 及RF電路232和輸入電路218進(jìn)入睡眠模式或低功率模式，以減少功耗。例如，以選擇的 間隔，例如每10秒，微處理器中的內(nèi)置定時(shí)器可以使得A/D轉(zhuǎn)換器測(cè)量環(huán)路電流成為可能。 允許將測(cè)量電路安放在A/D轉(zhuǎn)換發(fā)生之前。在完成A/D轉(zhuǎn)換之后，將環(huán)路測(cè)量電路和A/D 轉(zhuǎn)換器都關(guān)閉以保留功率。微處理器將測(cè)量值傳遞給RF電路232用于發(fā)送。當(dāng)完成發(fā)送 時(shí)，微處理器和RF電路返回低功率模式，直到下一個(gè)循環(huán)。微處理器甚至可以將其自身進(jìn) 入臨時(shí)睡眠以節(jié)約功率。使用這些功率管理技術(shù)，微處理器能夠通過降低穩(wěn)壓器階段的負(fù) 載需求，來管理電路的整體電流要求。使用與4_20mA電流環(huán)路156串聯(lián)的10歐姆感測(cè)電阻180來達(dá)成環(huán)路電流測(cè)量， 以測(cè)量模擬電流電平。對(duì)在傳感電阻180上得到的電壓進(jìn)行濾波，以移除由于HART 數(shù) 字通信和任何環(huán)路噪聲所產(chǎn)生的波動(dòng)。運(yùn)算放大器階段222提供其他的信號(hào)調(diào)節(jié)，并且將 信號(hào)傳遞給微處理器224的A/D轉(zhuǎn)換器226。RF電路232可以是依照需求的任何恰當(dāng)電路或配置。在一個(gè)簡單形式中，RF電路 232簡單地向無線接收器發(fā)送測(cè)量變量。天線240可以用于廣播RF信號(hào)，并且可以將其與 電路170集成，例如以圍繞電路板外邊緣進(jìn)行路由的線路的形式集成。在一些實(shí)施例中，RF 電路232可以包括無線接收器，使得電路232可以被配置為收發(fā)器。如果需要，相同的天線 240可以同時(shí)用于發(fā)送和接收。典型的低供電收發(fā)器可以具有大約200英尺的通信范圍，然 而使用不同的功率要求、電路靈敏度、天線配置等等可以達(dá)成其他范圍。如果將電路170安 裝在金屬外罩中(例如變送器的現(xiàn)場(chǎng)外殼組件)，應(yīng)當(dāng)使用外殼的RF透過性透過性部分來 允許通過天線240發(fā)送和接收信號(hào)。例如如上所述，可以使用玻璃窗口。其它示例材料包 括能充分發(fā)送RF信號(hào)的任何材料，包括塑料、或其他材料。添加可選HART 電路230允許電路170選擇性地收聽在電流環(huán)路156上攜帶的 4-20mA信號(hào)上的HART 消息?？梢韵驘o線接收器發(fā)送信息，例如測(cè)量的過程變量、診斷信 息或其他信息。此外，如果HART 電路230被配置為將數(shù)字信號(hào)調(diào)制到過程控制環(huán)路上， 可以使用它來遠(yuǎn)程命令或查詢與環(huán)路156耦合的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。例如，HART 電路230可以被 配置為作為4-20mA電流環(huán)路上的輔助主。這與被配置為全收發(fā)器的RF電路232 —起，使 得從無線主單元(例如圖3所示的手持設(shè)備80)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的雙向通信和配置成為可能。微處理器2 還可以優(yōu)選地用于實(shí)現(xiàn)診斷功能。微處理器2 被配置為監(jiān)視過程 控制環(huán)路156的電壓和電流特征，可以使用診斷技術(shù)來識(shí)別電流和電壓中的不正確或有問 題的變化，并且可以無線地或使用電路230提供的HART 發(fā)送能力，或通過將在環(huán)路156 上攜帶的電流電平設(shè)置為告警值或其他預(yù)定值，將這些變化發(fā)送至遠(yuǎn)程位置。電路170優(yōu)選地被配置為允許在有害位置中的操作，并且被配置為滿足恰當(dāng)?shù)呐?準(zhǔn)和規(guī)范，例如本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)。例如在電路170的輸入上使用了本質(zhì)安全保護(hù)190以及本 質(zhì)安全額定電阻180。使用恰當(dāng)?shù)慕M件和電路布局，添加與齊納二極管182并聯(lián)的冗余齊納 二極管192提供了冗余級(jí)別，并且限制了可以進(jìn)入本質(zhì)安全保護(hù)系統(tǒng)的電路中的電壓量。 類似地，可以使用傳感電阻180來限制可以進(jìn)入電路170的最大電流，并且拒絕任何從電路 通過其外部端子對(duì)存儲(chǔ)能量的放電。這提供了實(shí)質(zhì)上為零的等價(jià)電容。環(huán)路測(cè)量電路還受 到在傳感電阻180和濾波器220的兩端之間相連的兩個(gè)本質(zhì)安全的額定高值電阻194的保護(hù)。通過使用陶制材料或類似物，還可以保護(hù)其他電路組件避免外部能量源，該陶制材料或 類似物還避免了有害氣體和蒸汽到達(dá)電路170中的任何內(nèi)部存儲(chǔ)元件和節(jié)點(diǎn)。對(duì)于其他無 害的位置，可以不要求本質(zhì)安全組件。在工業(yè)過程車間中存在數(shù)量正在增長的應(yīng)用，他們使用在過程變送器中的無線通 信的優(yōu)點(diǎn)。這些變送器可以監(jiān)視過程溫度、壓力、電平、或流程。向這些設(shè)備提供無線通信 的原因包括安裝成百乃至上千英尺配線的成本節(jié)約，或減輕“連接”的任務(wù)以及與過程變送 器進(jìn)行通信。對(duì)于有線通信系統(tǒng)，不管是過程控制系統(tǒng)還是便攜式手持通信器的任何主機(jī) 必須物理地與和過程變送器相連的配線相連，以與過程變送器通信。相反地，對(duì)于無線通信 系統(tǒng)，主機(jī)可以從通信范圍的過程車間中的任何位置無線地與所需過程變送器“相連”。此 外，在有線系統(tǒng)中，用戶必須移除設(shè)備的覆蓋，以獲得對(duì)用于連接手持通信器以執(zhí)行過程變 送器的診斷或委托的端子的接入。移除蓋子可以要求用戶采取若干安全預(yù)防措施來確保不 破壞過程變送器或設(shè)備的安全特征。此外，如果在過程車間中的潛在有害區(qū)域中使用變送 器，則從過程變送器上移除蓋子可能要求特殊的工作步驟，或甚至過程或部分車間關(guān)閉。為 了本地的或從遠(yuǎn)端進(jìn)行通信，具有無線通信能力的過程變送器不要求移除蓋子以及相關(guān)步 馬聚ο存在具有“有線”HART 通信能力的大量已安裝的過程變送器。在一些實(shí)例中， 可能需要向這些設(shè)備添加無線通信能力，同時(shí)沒有購買和安裝具有內(nèi)建無線通信的新的過 程變送器的花銷。優(yōu)選地，設(shè)備與將現(xiàn)有支持HART 的過程變送器與無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)接。 該設(shè)備可以作為通信翻譯器，經(jīng)由HART 與現(xiàn)有過程變送器進(jìn)行通信，并且在無線網(wǎng)絡(luò) 上與無線主機(jī)或其他遠(yuǎn)程監(jiān)視或診斷系統(tǒng)通信。此外，優(yōu)選地不要求用于該通信模塊的另 一個(gè)電源。該模塊應(yīng)當(dāng)與已經(jīng)提供給過程變送器的相同功率來操作，同時(shí)不對(duì)可用于過程 變送器的功率產(chǎn)生負(fù)面影響。該通信設(shè)備可以通過太陽能來操作，但是在很多設(shè)施中這是 不實(shí)際的。其還可以通過電池來操作。然而，當(dāng)在過程車間(process plant)中使用時(shí)，電 池具有特殊的安全缺陷，添加了其的花銷，并且還要求周期性的替換，使得其不是想要的。由于過程變送器可以分散在過程車間中，如果他們可以在無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)上通信則 對(duì)于用戶來說是方便的。網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)是在其中每一個(gè)無線設(shè)備可以作為其他無線設(shè)備的路由 器來工作的網(wǎng)絡(luò)。這確保了網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)設(shè)備具有返回主機(jī)的最可靠的通信路徑。當(dāng)對(duì) 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初始建立時(shí)，以及無論何時(shí)新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，建立這些通信路徑。在很多實(shí)例 中，可能需要與雙線過程控制環(huán)路耦合的過程控制變送器也能在無線網(wǎng)絡(luò)上通信信息。還 可能需要設(shè)備作為“網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)”中的路由器來工作。此外，在很多實(shí)例中，設(shè)備優(yōu)選地使用 來自過程控制環(huán)路的功率來操作，而不是要求分離的電源。圖8A和8B示出了依照于一個(gè)示例實(shí)施例的無線適配器300的兩個(gè)示例配線配 置。圖中示出了耦合到過程控制環(huán)路302的無線適配器300，其由DC電源304供電。將環(huán) 路示意為包括負(fù)載電阻306，并且還耦合到過程變量變送器308。在圖8A和8B中，無線適配 器300包括與過程控制環(huán)路302串聯(lián)的兩個(gè)環(huán)路連接(Loop+和Loop-)。環(huán)路連接之一耦合 到電源304，同時(shí)另一個(gè)環(huán)路連接耦合到過程變送器308的環(huán)路連接。無線適配器300包括 耦合到過程變送器308的另一個(gè)環(huán)路連接的第三連接(標(biāo)記為HART )。在圖8A所示的 配置中，適配器300的Loop-連接耦合到變送器308的正連接，同時(shí)適配器300的HART 連接耦合到變送器308的負(fù)連接(標(biāo)記為“Test+或-Power”)的連接。圖8B中的布置的
12略有不同之處在于適配器300的Loop+連接耦合到變送器308的負(fù)連接，同時(shí)適配器300 的Loop-連接耦合到電源304，并且HART 連接耦合到變送器308的正連接。還將適配 器300示意為具有天線310。在圖8A和8B的配置中，適配器300被配置為三端子設(shè)備，所 有環(huán)路電流I流經(jīng)該設(shè)備。分離的HART 連接用于在雙線過程控制環(huán)路302上提供數(shù)字 通信。盡管將附圖標(biāo)記為HART ，適配器不受限于依照HART 通信協(xié)議進(jìn)行操作，并且 可以使用任何恰當(dāng)?shù)膮f(xié)議，包括Fie 1 dbus協(xié)議。使用從過程控制環(huán)路302上接收的功率向適配器300供電。環(huán)路302還用于向變 送器308供電。在一個(gè)配置中，適配器300將其電壓調(diào)節(jié)至小值，例如1.0伏特，使得其將 具有對(duì)過程控制環(huán)路302的最小影響。適配器300使用來自環(huán)路302的可用電流。例如， 如果變送器308將環(huán)路電流設(shè)置為5mA的值，適配器300將在該5mA上操作。如果適配器 上的壓降是1伏特，則適配器將使用總共5mW。在典型的過程變量變送器的情況中，環(huán)路電 流基于測(cè)量的過程變量在4mA和20mA之間變化。因此，適配器300可用的最小功率將是大 約4mW并且最大可用值將是大約20mW。適配器300必須利用該功率來執(zhí)行所有需要的功 能，包括在環(huán)路302上進(jìn)行通信以及無線通信。在通信期間，典型的無線射頻可以需要最高 3伏特供電以及15mA和50mA之間的電流(細(xì)節(jié)取決于與無線網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的很多參數(shù))。由 于該電流不是在所有時(shí)間都發(fā)生，因此適配器有可能存儲(chǔ)功率，直到需要支持無線通信。如 上所述，可以使用超級(jí)電容器來存儲(chǔ)功率。他們相對(duì)廉價(jià)并且具有相對(duì)長的壽命。超級(jí)電 容器可以提供高至1安培的短時(shí)間電流，并且因此可以用于向無線通信電路供電。圖9是示出了各種電路塊的適配器300的簡化框圖。圖中示出了超級(jí)電容器320， 并且設(shè)備300被配置為用于HART 通信以及無線通信。如圖9所示，適配器300包括微控制器340，微控制器340還包括存儲(chǔ)器和用于通 信的調(diào)制解調(diào)器。存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)編程指令、配置數(shù)據(jù)、變量等等。HART 模擬電路342 被配置為通過DC阻塞電容器346耦合到過程變量變送器308。提供無線模塊344以使得適 配器300能夠使用RF通信技術(shù)進(jìn)行通信。提供穩(wěn)壓器348，其被配置為DC至DC轉(zhuǎn)換器。 將電流分路電路350與穩(wěn)壓器348并聯(lián)，并且電流分路電路350包括由OP amp 3 控制的 旁路晶體管352。OP amp 3 基于基準(zhǔn)電壓(Vref)和施加到穩(wěn)壓器348上的電壓之間的 差值來操作。穩(wěn)壓器；348向低壓差(LDO)穩(wěn)壓器360提供2. 3伏特輸出。低壓差(LDO)穩(wěn) 壓器360向微處理器；340、HART模擬電路；342、重置電路382以及ADC 380提供調(diào)節(jié)過的2 伏特電源輸出。通過旁路晶體管352的電流用于向超級(jí)電容器320充電。使用電壓鉗370來設(shè)置 超級(jí)電容器320上的電壓。例如，可以將電壓鉗設(shè)置為2. 2伏特。另一個(gè)DC至DC轉(zhuǎn)換器 372被配置為升壓型轉(zhuǎn)換器升壓型轉(zhuǎn)換器，并且其向低壓差(LDO)穩(wěn)壓器374提供3伏特的 已調(diào)節(jié)的電壓輸出。將低壓差(LDO)穩(wěn)壓器374的輸出設(shè)置為2. 8伏特，并且用于向無線 模塊344提供已調(diào)節(jié)的功率。微處理器340與模數(shù)轉(zhuǎn)換器380相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器380用于監(jiān)視超級(jí)電容器320 的電壓。微處理器340還與重置電路382相連。微處理器340通過電平偏移電路384向無 線模塊344提供數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，電路能夠支持最大數(shù)量的無線通信活動(dòng)，同時(shí)降低環(huán)路302中的最小數(shù) 量的電壓。因此，適配器300優(yōu)選地被配置為以非常有效率的方式來使用來自環(huán)路302的功率。在一個(gè)特定配置中，可以通過使用低功率微控制器；340(例如"Texas Instruments MSP430F1481)并且通過使用低功率模擬電路組件來達(dá)成該點(diǎn)?？梢杂傻凸╇婋妷合蜻@些組 件供電，以最小化總電路功耗。此外，當(dāng)不需要特定功能時(shí)(例如通信功能)，如有必要微 控制器340可以被配置為進(jìn)入“睡眠”模式。在圖9所示的配置中，不使用分離的調(diào)制解調(diào) 器。取而代之地，使用微控制器340來提供調(diào)制解調(diào)器功能。同樣優(yōu)選地，向無線模塊344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308的信息，允許例如在網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中將適配 器300作為其他過程變送器的路由器來使用，并且允許使用更高的發(fā)送功率。這可以導(dǎo)致 更可靠的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)閺牧硪粋€(gè)無線設(shè)備通過適配器300到主機(jī)的路徑比直接從設(shè)備到 主機(jī)的路徑要更可靠。在圖9的實(shí)施例中，由超級(jí)電容器320向無線模塊344供電。因此，為了增加提供 給無線模塊344的功率，優(yōu)選地增加超級(jí)電容器320存儲(chǔ)的功率。在圖9的配置中，這是通 過將超級(jí)電容器320作為穩(wěn)壓器348的分路元件來達(dá)成的，其中穩(wěn)壓器348與OP amp 354 和分路晶體管352 —起調(diào)節(jié)與環(huán)路302耦合的端子上的壓降。在圖9中，將與過程控制環(huán) 路302耦合的環(huán)路端子上的電壓調(diào)節(jié)為一伏特。通過使用OP amp 3 和分路晶體管352 來調(diào)整進(jìn)入超級(jí)電容器的電流，從而達(dá)成該點(diǎn)。在該配置中，穩(wěn)壓器348與環(huán)路302串聯(lián)操 作，并且穩(wěn)壓器348在OP amp 3 形成的反饋環(huán)路中。在不那么有效率的配置中，可以實(shí) 現(xiàn)分離的一伏特分路穩(wěn)壓器和超級(jí)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(jìn)行操作。相反地，在圖9所示的配置中，將適配器300的電路不使用的任何環(huán)路電流 定向到分路電容器320中，以增加效率。這導(dǎo)致最大數(shù)量的功率可用于無線模塊344。電壓 鉗370確定了向電容器320充電的電壓。一旦超級(jí)電容器320達(dá)到了由電壓鉗370設(shè)置的 電壓，過剩電流流經(jīng)鉗370，而不是流入電容器320。DC至DC轉(zhuǎn)換器348被配置為用1伏特輸入電壓進(jìn)行操作的低功率“升壓”開關(guān) 穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓器348將1伏特輸入電壓增加至充分高的電壓，以向剩余電路供電。在圖9 的示例中，這是2. 3伏特。轉(zhuǎn)換器可以是開關(guān)電容類型的轉(zhuǎn)換器、基于電感的升壓型轉(zhuǎn)換器 (boost converter)、基于變壓器的轉(zhuǎn)換器或其他恰當(dāng)?shù)呐渲?。LDO穩(wěn)壓器360將來自穩(wěn)壓 器348的2. 3伏特輸出調(diào)節(jié)為2. 0伏特，并且移除來自穩(wěn)壓器348的任何開關(guān)噪音。來自 LDO穩(wěn)壓器360的輸出用于向微處理器;340、HART 模擬電路；342、存儲(chǔ)器、重置電路382 和模數(shù)轉(zhuǎn)換器380供電。HART 模擬電路塊342可以包括例如載波檢測(cè)電路、接收電路和發(fā)送電路。優(yōu) 選地，這些電路被配置為具有低功率要求，同時(shí)維持可接受的通信完整性。微處理器340中 的存儲(chǔ)器可以用于存儲(chǔ)編程代碼和臨時(shí)變量?？梢允褂梦⑻幚砥?40內(nèi)部的定時(shí)器來提供 “軟件”調(diào)制解調(diào)器功能。微處理器340的存儲(chǔ)器可以包括內(nèi)置閃存、RAM以及EEPROM或其 他非易失性存儲(chǔ)器。微控制器340可以被配置為使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器380來監(jiān)視超級(jí)電容器320 上的電壓，模數(shù)轉(zhuǎn)換器380向微控制器340提供代表了電容器電壓的數(shù)字輸出。依照需求， 微控制器340可以用于確定電容器是否具有支持無線發(fā)送的充足電壓。重置電路382可以 用于確保當(dāng)電壓不夠時(shí)，微控制器340不進(jìn)行操作。例如，重置電路382可以被配置為當(dāng) 來自LDO穩(wěn)壓器360的供電電壓達(dá)到充足的電壓電平時(shí)，重置或打開微控制器340。該電路 還可以用于如果功率“失靈”發(fā)生時(shí)，重置微控制器；340。
無線模塊344以LDO穩(wěn)壓器374提供的2. 8伏特穩(wěn)定電壓進(jìn)行操作。如上所述， 如果將超級(jí)電容器320充電至2. 2伏特，DC至DC轉(zhuǎn)換器穩(wěn)壓器372將電壓升至3伏特。在 使用期間，電容器上的電壓將減少，并且需要升壓型轉(zhuǎn)換器。使用LDO穩(wěn)壓器374來向無線 模塊344提供穩(wěn)定的2. 8伏特。優(yōu)選地，穩(wěn)壓器372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340被配置為如果電容器320上的電 壓小于1伏特，則關(guān)閉無線模塊344的電路。微控制器340可以被配置為通過在無線模塊344和微控制器340之間的數(shù) 字通信線路上通信，來使用無線模塊344無線地發(fā)送信息。由于微控制器以兩伏特 電源操作，同時(shí)無線以2. 8電源操作，必須使用電平偏移電路384來電平偏移兩個(gè)組 件之間的數(shù)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(zhí)行該操作。在一個(gè)配置中，微控制器340可以被配置為調(diào)整與環(huán)路302耦合的環(huán)路端子上的 壓降。例如，來自微控制器340的可選控制線路341可以與分路電路350的OP amp 3 的 反相輸入耦合。在這種配置中，可以通過增加恰當(dāng)條件下的環(huán)路壓降，來使得附加功率可用 于無線。類似地，如果需要減少對(duì)適配器300的電路的過程控制環(huán)路的影響，則可以減少壓 降。然而，這將向適配器300的無線模塊和其他電路提供更少的功率，并且可能使得性能退 化。圖10是示出了與無線適配器300耦合的過程控制變送器400的一個(gè)實(shí)施例的橫 截面圖。變送器400包括如上所述的傳感器64和測(cè)量電路66。測(cè)量電路66耦合到現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備電路68。變送器400通過連接塊406和無線適配器300耦合到雙線過程控制環(huán)路302。 此外，無線適配器300耦合到變送器400的外殼。在圖10所示的示例中，該耦合是通過NPT 導(dǎo)管連接409的。類似的導(dǎo)管連接409還用于耦合到用于其中攜帶雙線過程控制環(huán)路302 的導(dǎo)管411。無線適配器300的底板通過配線408耦合到變送器400的電接地連接410。變 送器400包括耦合到來自無線適配器300的連接412的雙線過程控制環(huán)路連接塊402。如 圖10所示，可以將無線適配器300與導(dǎo)管連接409通過螺紋連接。外殼420攜帶天線426， 以支持無限適配器300的電路。此外，可以將RF透過性端蓋4 與外殼420可密封地耦合， 并且允許RF信號(hào)通過其發(fā)送。注意到在圖10所示的布置中，向RF適配器300提供了五個(gè) 電連接。這些包括如圖8A或8B所示的四個(gè)環(huán)路連接，以及電接地連接。如上所述，在一些設(shè)施中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(例如無線適配器)的本質(zhì)安全是重要的，即 能夠在可燃或爆炸性空氣的環(huán)境中進(jìn)行操作。例如，設(shè)備中的電路可以被配置為限制設(shè)備 能夠存儲(chǔ)的和/或設(shè)備能夠在任何給定時(shí)刻放電的能量值。如上所述，無線適配器與現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備(例如過程變送器或控制閥門)串聯(lián)，并且使用從流經(jīng)雙線過程控制環(huán)路的電流中抽 取功率。該壓降可以低至1.0伏特。然而，在一些實(shí)例中，由于流經(jīng)雙線過程控制環(huán)路的電 流可以低至3. 5mA,因此可用的瞬時(shí)功率可以低至3. 5mW。然而，在一些配置中，無線適配器 可能要求更多的功率。例如，設(shè)備可以要求60mW的功率(3伏特和20mA)，以發(fā)送無線消息。 類似地，接收無線發(fā)送所需的功率也可以超過來自過程控制環(huán)路上可用的瞬時(shí)功率。因此， 當(dāng)來自雙線過程控制環(huán)路的瞬時(shí)功率不足時(shí)，無線適配器需要能夠內(nèi)部存儲(chǔ)功率以供使 用。一般地，無線通信(發(fā)送和接收)所需的時(shí)間相對(duì)短，同時(shí)來自過程控制環(huán)路可用的功 率是基于持續(xù)可用的?？梢栽陔娙萜髦写鎯?chǔ)該能量以供后續(xù)使用?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)電容器，在一些配置中，可以使用具有大于0. 22F的容量的超級(jí)電容器。然而，如果需要以本質(zhì)安全 的方式來操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備時(shí)，被配置為存儲(chǔ)能量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備必須包含避免這種能量過度放電 的電路。盡管具有超級(jí)電容器，必須限制從設(shè)備發(fā)出的能量數(shù)量，即使使用標(biāo)準(zhǔn)電容器，本 質(zhì)安全要求依然要求對(duì)設(shè)備發(fā)出的能量數(shù)量加以限制。必須將給定電容器上的電壓保持低 于下述條件的電平如果電容器經(jīng)歷瞬時(shí)短路，可能導(dǎo)致電容器產(chǎn)生火花的電平。因此，限 制可應(yīng)用于設(shè)備上的最大電壓允許使用更大的電容值，同時(shí)依然滿足本質(zhì)安全限制。圖11是類似于圖8A的示出了與雙線過程控制環(huán)路302耦合的無線適配器300的 簡化圖。在圖11中，示出了耦合到雙線過程控制環(huán)路302的本質(zhì)安全柵450。本質(zhì)安全柵 450限制了從電源304向與環(huán)路耦合的任何現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供的電壓和電流。此外，在這種配置 中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(例如過程變送器308)可以被配置為限制可以在其電路中存儲(chǔ)的能量數(shù)量。 然而，由于電容器或超級(jí)電容器能夠存儲(chǔ)功率，必須提供附加電路以確保不能從設(shè)備中放 電在適配器300中存儲(chǔ)的任何功率。換言之，為了讓與過程控制環(huán)路耦合的設(shè)備維持本質(zhì) 安全，設(shè)備必須被配置為使得其可以限制添加回環(huán)路的任何功率。如果設(shè)備通過使用例如 電容器來存儲(chǔ)能量，這可能是特別有問題的。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供電路來限制無線適配器300能夠放電回過程控制環(huán) 路302或其他地方的功率數(shù)量。圖12是示出了無線適配器300的簡化框圖，無線適配器300包括本質(zhì)安全電路 460的一個(gè)示例配置。在圖12的示例中，提供齊納二極管462和464，他們可以包括例如具 有6. 2伏特偏壓、在loop+和loop-連接上耦合的齊納二極管。5歐姆電阻466與雙線過程 控制環(huán)路302串聯(lián)。二極管470和472在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備308的loop+連接和HART 連接上耦 合。類似地，二極管474和476在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備308的loop-連接和HART 連接上耦合。電 阻480和482，以及電容器484和486與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備308的HART 連接串聯(lián)。在一個(gè)實(shí)施例 中，電阻480具有49. 9歐姆值，電阻482具有248歐姆值，電容器484具有2. 2 μ F值并且 電容器486具有2. 2μ F值。 為了確保無線適配器滿足本質(zhì)安全要求，本質(zhì)安全電路460被配置為限制適配器 300中的電路能夠應(yīng)用于雙線過程控制環(huán)路302上的電壓和電流。該限制必須同時(shí)發(fā)生在 正常操作條件下以及在故障期間。此外，電路應(yīng)當(dāng)是冗余的，并且即使一些電路組件發(fā)生故 障，該電路應(yīng)當(dāng)可以繼續(xù)操作。在一個(gè)特定配置中，優(yōu)選地將電壓限制為小于1.5伏特，并 且將電流限制為小于100mA。齊納二極管可以用作本質(zhì)安全電路460的電壓限制器，并且可以被配置為僅在故 障條件期間傳導(dǎo)電流。換言之，選擇齊納二極管的電壓略高于電路的操作電壓。這樣，齊納 二極管不浪費(fèi)在正常電路操作期間的功率。因此，為了將進(jìn)入或流出無線適配器300的電 壓限制為小于1. 5伏特，無線適配器電子器件的操作電壓必須小于1. 5伏特。在操作中，齊納二極管462和464進(jìn)行操作以限制可以在loop+和loop-端子之 間施加的電壓。類似地，二極管470和472進(jìn)行操作以通過loop+和HART 端子來限制 可以引入電路的電壓。二極管474和476限制可以通過HART 端子中的loop-引入的電 壓。如果在這些端子上施加的電壓超過二極管的閾值，則二極管將導(dǎo)電，從而限制電壓值。 然而，在正常操作條件下，二極管不導(dǎo)電，并且因此將不對(duì)電路的操作產(chǎn)生任何效果。以串 聯(lián)方式添加給電容器的電阻減少了可以從電容器中瞬間移除的電荷數(shù)量，因此減少了電容器可能引起火花的機(jī)會(huì)。對(duì)于特定電壓電平，如果存在與電容器串聯(lián)的附加電阻，則在電路 中可以使用附加電容器。電阻越大，電容器則可以越大。與HART 端子相連的電阻還限 制了可以從端子提供的電流數(shù)量。圖13是類似于圖9的更詳細(xì)的框圖。一些單元保留了他們的編號(hào)。在圖13中， 將HART 模擬電路342示為兩個(gè)分離的組件，接收電路342A和發(fā)送電路342B。HART 接收電路;342A通過電阻490耦合到HART 連接，電阻490可以包括例如IOK歐姆電阻。 此外，可變電壓電路492提供了差分放大器3M的輸入，并且差分放大器3M的輸入還通過 電阻493耦合到Loop+端子?？勺冸妷弘娐?92通過電阻494耦合到Loop-連接，電阻494 可以包括例如12. IK歐姆。在上述電路中，使用二極管(例如齊納二極管)來提供本質(zhì)安全電路。然而，一般 將齊納二極管額定在3. 3伏特或更高，其超出了本質(zhì)安全所需的限制?？梢杂糜趯㈦妷合?制在小于3. 3伏特的一個(gè)這種技術(shù)是使用有源分路穩(wěn)壓器，而不是齊納二極管。可以將這 些穩(wěn)壓器設(shè)置為通過使用電路中的電阻將電壓限制為1. M伏特或更高的電壓，而不要求 任何外部電阻。然而，使用有源分路穩(wěn)壓器的一個(gè)缺陷是一般將他們僅額定為處理相對(duì)小 的功率電平，例如0. 20至0. 25瓦特。因此，必須通過使用熔斷器或類似物來限制他們消耗 的功率。圖14是示出了無線適配器300的簡化示意圖，并且在300A處一般地示出了無線 適配器電路，其包括在loop+和loop-端子上相連的三個(gè)有源分路穩(wěn)壓器500A、500B和 500C。熔斷器502與環(huán)路連接串聯(lián)。分路穩(wěn)壓器可以包括例如來自Texas Instruments的 TLVH431。依照于本質(zhì)安全原則，由于分路穩(wěn)壓器是有源電路，必須提供三個(gè)分路穩(wěn)壓器用 于冗余。布置穩(wěn)壓器，使得他們既限制可以應(yīng)用于雙線過程控制環(huán)路302上的電壓，也可以 限制應(yīng)用于電路300A上的電壓。然而，在通過同時(shí)限制無線適配器300可以加諸于控制環(huán)路上的電壓和電流來提 供本質(zhì)安全中的一個(gè)附加復(fù)雜化因素是適配器300電路包括第三連接。這是在本文闡述的 描述中被識(shí)別為HART 連接的通信連接。本質(zhì)安全要求要求對(duì)于適配器300的三個(gè)端子 的任何組合，適配器300能夠限制在任何時(shí)刻輸出的電壓和電流。因此，還可以如圖15所 示的，將有源分路穩(wěn)壓器與HART 連接一起使用。如圖15所示，要求有源分路穩(wěn)壓器的兩 個(gè)附加集合。分路穩(wěn)壓器510A、510B和510C在loop+端子和HART 端子之間相連。類 似地，有源分路穩(wěn)壓器512A、512B和512C在loop-端子和HART 端子之間相連。如上所 述提供電容器514和電阻516?？梢杂糜谙拗齐娙萜骺梢约又T于過程控制環(huán)路上的電流的另一個(gè)方法是在從電 容器到環(huán)路端子的任何路徑處插入電阻。然而，這要求在升壓DC至DC轉(zhuǎn)換器384和電容器 之間的電阻將電流限制到100mA，其將導(dǎo)致非常大的功率損耗。如果三個(gè)壓降肖特基二極管 在電容器中的DC至DC轉(zhuǎn)換器之間串聯(lián)放置，則損耗較少的功率。圖16示出了這種電路的 示例。在該配置中，可以通過使用充分大的電阻518和520來限制到HART 端子的連接。 使用三個(gè)肖特基二極管522A、522B和522C來將DC至DC轉(zhuǎn)換器384與無線適配器300的 電路耦合。示例肖特基二極管是來自Rohm of Plano，Texas的RV161M。從電容器320到 端子的其他電勢(shì)通路包括高電阻元件，例如通過放大器354的連接。在上述討論中，電容器320包括具有例如10，000 μ F的容量的“常規(guī)”電容器。然而，在一些配置中，需要存儲(chǔ)附加能量。在這種配置中，可以使用“超級(jí)電容器”，其可以具有 0. 1法拉或更多的容量。如果使用超級(jí)電容器用于電容器320，則可以使用備選配置來提供 本質(zhì)安全。這是由于必須限制來自電路的最大放電。一般而言，將電壓和電流值限制的越 低，則電路能夠提供回過程控制環(huán)路的能量就越少。例如，需要將電壓限制到1. 5伏特或更 少，并且將電流限制到IOOmA或更少。上述配置提供了一種使得與過程變量變送器的無線通信成為可能的適配器。該電 路可以被配置為從已經(jīng)對(duì)于過程變量變送器可用的功率中進(jìn)行操作。通過放置作為在環(huán)路 分路穩(wěn)壓器中的分路元件的能量存儲(chǔ)單元，可以獲得增加的效率?？梢蕴峁┳鳛榉致贩€(wěn)壓 器控制的反饋電路的一部分的“升壓”穩(wěn)壓器。該配置增加了效率，同時(shí)減少了所需組件的數(shù)量。如本文所使用的術(shù)語“現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備”可以是過程控制器監(jiān)視系統(tǒng)中使用的任何設(shè)備， 并且不一定要求放在“現(xiàn)場(chǎng)”。該設(shè)備可以位于過程控制系統(tǒng)中的任何地方，包括控制室或 控制電路中。用于連接過程控制環(huán)路的端子指代任何電連接，并且可以不包括物理的或離 散的端子?？梢砸勒找笫褂萌魏吻‘?dāng)?shù)纳漕l通信電路，以及任何恰當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議、頻率或 通信技術(shù)。依照要求配置電源電路，并且其不受限于本文闡述的配置。在一些實(shí)施例中，現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備包括可以在任何RF發(fā)送中包括的、使得可以識(shí)別該設(shè)備的地址。類似地，這種地址 可以用于確定接收到的信號(hào)是否意在該特定設(shè)備。然而，在其他實(shí)施例中，不使用地址，并 且僅將不具有任何尋址信息的數(shù)據(jù)從無線通信電路中發(fā)送。在這種配置中，如果需要數(shù)據(jù) 的接收，任何接收到的數(shù)據(jù)可以不包括尋址信息。在一些實(shí)施例中，這可能是可以接受的。 在其他實(shí)施例中，可以使用其他尋址技術(shù)或識(shí)別技術(shù)，例如向特定設(shè)備分配特定頻率或通 信協(xié)議，向特定設(shè)備分配特定時(shí)隙或周期，或其他技術(shù)?？梢允褂萌魏吻‘?dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議和/ 或聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，包括基于令牌的技術(shù)，在該技術(shù)中在設(shè)備之間傳遞令牌，從而允許特定設(shè)備的 發(fā)送或接收。盡管已經(jīng)通過首選實(shí)施例來描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以在不脫 離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)形式和細(xì)節(jié)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(fā)送，并且不受限于特定的頻率組、頻率范圍或任何其他限制?？梢砸?照要求使用任何通信協(xié)議，包括IEEE 802. lib,802. 15. 4、或其他協(xié)議，包括專有通信協(xié)議 以及標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議，例如無線HART 通信協(xié)議。在上述討論中，無線適配器提供用于耦合 雙線過程控制環(huán)路的數(shù)字信號(hào)通信連接，并且在一些實(shí)施例中，依照于HART 通信協(xié)議 進(jìn)行通信。在圖8A和8B中將該連接示出為與過程變量變送器的并連，并且其不攜帶實(shí)質(zhì) 的環(huán)路電流。將功率連接示出為與過程控制環(huán)路串聯(lián)。如本文所使用的，旁路電路包括圖 4和5所示的旁路配置、圖7和9所示的分路配置、或其他電路。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。在上述討論中， 當(dāng)使用不是超級(jí)電容器的電容器時(shí)，例如使用10，000 μ F級(jí)別的電容器來存儲(chǔ)能量時(shí)，本 發(fā)明的本質(zhì)安全電路進(jìn)行操作以限制進(jìn)入適配器的電路的最大可用能量。這是由于依照于 本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)，必須將給定電容器上的電壓保持低于滿足下述條件的電平如果發(fā)生瞬時(shí) 短路，則可能導(dǎo)致電容器產(chǎn)生火花的電平。因此，在上述討論中，通過限制適配器中電路可 以接收的最大電路電壓，可以增加電容器的大小。然而，對(duì)于極大電容值來說，即“超級(jí)電容 器”，必須將電容器作為能量存儲(chǔ)設(shè)備來處理。在這種配置中，本發(fā)明的本質(zhì)安全電路進(jìn)行操作以限制可以從適配器電路中出來的最大能量數(shù)量。在上述討論中，將可以由適配器產(chǎn) 生的最大電流和電壓限制為1. 24伏特和100mA。因此，取決于使用的電容器的大小，本發(fā)明 的本質(zhì)安全電路以兩種不同的方式來進(jìn)行操作。
權(quán)利要求
1.一種用于耦合到過程控制變送器的適配器，該類型的過程控制變送器用于監(jiān)視工業(yè) 過程中的過程變量，所述適配器包括第一連接，被配置為耦合到雙線過程控制環(huán)路的第一側(cè)；第二連接，被配置為耦合到所述雙線過程控制環(huán)路的第二側(cè)，以及與第一連接串聯(lián)耦 合至所述過程控制變送器；第三連接，被配置為耦合到所述過程控制變送器的第二連接； 無線通信電路，被配置為向所述過程控制變送器提供無線通信；以及 本質(zhì)安全電路，耦合到所述第一、第二和第三連接中的至少一個(gè)，被配置為將能量傳輸 限制為小于本質(zhì)安全值的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述本質(zhì)安全電路包括二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述二極管包括齊納二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述二極管連接在所述第一和第二連接之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述二極管連接在所述第二和第三連接之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述二極管連接在所述第一和第三連接之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述本質(zhì)安全電路耦合在所述第一、第二和第三 連接之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，包括電容器，所述電容器被配置為存儲(chǔ)在對(duì)所述無線 通信電路進(jìn)行操作中所使用的能量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述電容器包括超級(jí)電容器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述本質(zhì)安全電路包括有源電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述有源電路被配置為提供組件的三重冗余。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述有源電路包括有源分路。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，包括與所述第一、第二和第三連接中至少一個(gè)串聯(lián) 耦合的熔斷器。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述本質(zhì)安全電路在所述電容與所述第一、第 二和第三連接中的至少一個(gè)之間串聯(lián)耦合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述本質(zhì)安全電路包括二極管。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述本質(zhì)安全電路包括電阻。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述本質(zhì)電路被配置為將在所述適配器中存 儲(chǔ)的電能的存儲(chǔ)限制為小于所述本質(zhì)安全值的值。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，用從所述雙線過程控制環(huán)路接收的電功率向所 述無線通信電路供電。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，包括被配置為與所述過程控制變送器通信的通信電路。
20.一種將無線適配器耦合到過程控制變送器的方法，該類型的過程控制變送器用于 監(jiān)視工業(yè)過程中的過程變量，所述方法包括將第一連接耦合到雙線過程控制環(huán)路的第一側(cè)；將第二連接耦合到所述雙線過程控制環(huán)路的第二側(cè)，以及將第二連接與第一連接串聯(lián) 至所述過程控制變送器；將第三連接耦合到所述過程控制變送器的第二連接；用從所述雙線過程控制環(huán)路接收的功率向無線通信電路供電；以及將能量傳輸限制為小于本質(zhì)安全值的值。
21.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，限制能量傳輸包括限制進(jìn)入所述適配器的電 路中的能量。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，限制能量傳輸包括限制從所述適配器的電路 中出來的能量。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，包括在電容器中存儲(chǔ)能量。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述電容器包括超級(jí)電容器。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述限制步驟用戶有源電路。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，包括將所述適配器中的電能存儲(chǔ)限制為小于所述 本質(zhì)安全值的值。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，包括使用所述第三連接與所述過程控制變送器通
全文摘要
一種用于與過程控制變送器(308)耦合的適配器(300)，該類型的過程控制變送器(308)用于監(jiān)視工業(yè)過程中的過程變量，所述適配器(300)包括第一連接，被配置為與雙線過程控制環(huán)路(302)的第一側(cè)耦合；第二連接，被配置為與所述雙線過程控制環(huán)路(302)的第二側(cè)耦合并且與第一連接串聯(lián)至所述過程控制變送器(308)；以及第三連接，被配置為與所述過程控制變送器(308)的第二連接耦合。無線通信電路至少與所述第三連接耦合，并且被配置為向所述過程控制變送器(308)提供無線通信。與所述第一、第二和第三連接中的至少一個(gè)耦合的本質(zhì)安全電路(460)被配置為將電能的傳輸限制為小于本質(zhì)安全值的值。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102084307SQ200980122835
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者凱利·M·奧斯, 布賴恩·L·韋斯特菲爾德, 約翰·A·基爾布 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司