帶射頻模塊的現(xiàn)場設備用供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用配置成與外部單元進行數(shù)據(jù)通信的射頻模塊（2）連接到有線網(wǎng)絡上的現(xiàn)場設備（1）的供電系統(tǒng)，其中所述射頻模塊（2）連接至所述現(xiàn)場設備（1）且具有供電單元（3），根據(jù)本發(fā)明提供電源適配器（10），其具有用于無線功率傳輸?shù)焦╇妴卧?）的功率發(fā)送器（11），所述供電單元（3）配置有功率接收器（4），而所述功率接收器（4）和所述功率發(fā)送器（11）是用電感耦合進行功率傳輸。
【專利說明】帶射頻模塊的現(xiàn)場設備用供電系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用射頻模塊連接到有線網(wǎng)絡的現(xiàn)場設備的供電系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)自動化中，用現(xiàn)場設備來檢測和/或設置過程變量。這樣的設備通常是經(jīng)由現(xiàn)場總線系統(tǒng)(比如HART、PR0FIBUS現(xiàn)場總線基礎)連接。這樣的現(xiàn)場設備的過程布線是至少經(jīng)過二線制線路(two-wire line)完成，除了數(shù)據(jù)通信之外，通過該二線制線路給現(xiàn)場設備供電。有線數(shù)據(jù)通信還可以實現(xiàn)成無線數(shù)據(jù)通信，而更多的現(xiàn)代現(xiàn)場設備做成是有集成的射頻模塊，包括電源，因此還可以作為獨立的單元來操作。
[0003]為了讓沒有射頻模塊的現(xiàn)場設備，即，那些只有通信和供電接口的現(xiàn)場設備，能夠用射頻模塊(無線模塊)來工作，問題是，這樣的射頻模塊不能由現(xiàn)場設備提供能量。因此，這樣的射頻模塊必須具有其自身的電源，或者電源必須是有線類型。
[0004]因此，例如，從DE102009047538A1可知現(xiàn)場設備，通過給它配備射頻模塊，可以將它作為射頻現(xiàn)場設備來操作。因為這個，射頻模塊是經(jīng)由現(xiàn)場設備的通信接口與設備本身連接，并且它具有其自己的供電源，還通過該供電源給現(xiàn)場設備供應能量。
[0005]通過這種方式，可以將幾個現(xiàn)場設備建立的有線網(wǎng)絡改造成射頻網(wǎng)絡，在這種情況下，因為有這樣的到射頻網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)換，不再需要現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡。
[0006]但是，如果并非有線網(wǎng)絡的所有現(xiàn)場設備都能轉(zhuǎn)換或者都需要轉(zhuǎn)換，那么DE102009047538A1的已知方法是不可行的。
[0007]此外，DE102007015203A1描述了一種無線自動化系統(tǒng)，其中基站與幾個從屬模塊進行無線通信，而一個從屬模塊是通過無線或者有線的方式與幾個現(xiàn)場設備連接，作為傳感器/執(zhí)行器的分配器。這個傳感器/執(zhí)行器分配器具有經(jīng)由電感耦合來的無線供電。
[0008]最后，DE202004021004U1提出經(jīng)由給現(xiàn)場設備供電的多繞線纜感應地提取能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的問題是給具有開頭提到的那類射頻模塊的現(xiàn)場設備指出供電系統(tǒng)，其連接到有線網(wǎng)絡，然而至少可以進行無線操作，以不用射頻模塊來供電。
[0010]這個問題是用具有專利權利要求1的特征的供電系統(tǒng)來解決的。
[0011]這樣一個用射頻模塊連接到有線網(wǎng)絡上的現(xiàn)場設備的供電系統(tǒng)，所述射頻模塊配置成與外部單元進行數(shù)據(jù)通信，其中所述射頻模塊連接在所述現(xiàn)場設備上并具有供電單元，根據(jù)本發(fā)明，所述供電系統(tǒng)的特征在于提供電源適配器，其具有將功率無線傳輸至所述供電單元的功率發(fā)送器，所述供電單元配置有功率接收器，該功率接收器和功率發(fā)送器是電感耦合進行功率傳輸。
[0012]在有這樣的供電系統(tǒng)的情況下，有可能仍然用無線通訊技術操作不能給射頻模塊提供任何電源的現(xiàn)場設備，或者至少使它們無線操作。當現(xiàn)場設備是以防爆設置的方式操作時，因為它們因此不能打開，這尤其是有利的。[0013]作為功率發(fā)送器和功率接收器，可建議的是使用由IDT (集成設備技術)公司研發(fā)成單個芯片控制器的無線功率發(fā)送器/接收器IDTP9030/9020。在有這兩個部件IDTP9030和IDTP9020的情況下，可以實現(xiàn)符合無線充電聯(lián)盟的Qi標準的無線功率傳輸。發(fā)送器和接收器都允許“多模式”類型的操作，因此支持超過Qi標準的用于擴展特征、改進安全性和較高的發(fā)送功率的專有格式。
[0014]功率接收器芯片IDTP9030提供多層異物檢測(FOD)來確保沒有放置于其上的周圍金屬零件或者零件會吸收能量。因為這樣，使用精密的多參數(shù)算法來確保高度安全性，并盡可能排除FOD誤警。
[0015]此外，這兩個發(fā)送/接收芯片IDTP9030/9020具有防止過熱、過壓、過流的保護特征。
[0016]在本發(fā)明的一個有利實施例中，給電源適配器配置能量存儲單元，或者電池或者蓄電池，給所述功率發(fā)送器供電。優(yōu)選的是，當使用蓄電池作為儲能單元時，作為進一步的修改，所述電源適配器具有功率接收器，用于從外部充電單元進行無線功率傳輸，其中所述功率接收器是配置來將從所述外部充電單元接收的能量供應給所述能量存儲單元的存儲部，即，例如蓄電池。
[0017]根據(jù)本發(fā)明另一個有利實施例，將配置有所述射頻模塊的電源適配器配置成外部單元，以與所述現(xiàn)場設備的射頻模塊進行數(shù)據(jù)通信。
[0018]在用這樣的電源適配器作為外部單元的情況下，可以容易地操作具有從所述電源適配器從外部供應能量的射頻模塊的現(xiàn)場設備，或者也可以進行外部通信。優(yōu)選地，給所述電源適配器配置能量存儲單元，作為所述功率發(fā)送器和所述射頻模塊的電源。
[0019]尤其有利的是，根據(jù)本發(fā)明的一個修改例，所述電源適配器具有通信接口，并被提供有控制和監(jiān)控單元，配置該控制和監(jiān)控單元來經(jīng)由所述通信接口與所述電源適配器的所述射頻模塊進行數(shù)據(jù)通信。在現(xiàn)場設備網(wǎng)絡中用這樣的控制和監(jiān)控單元作為監(jiān)督單元的情況下，可以容易地讓現(xiàn)場設備進行工作，并可以監(jiān)控和控制過程。
[0020]優(yōu)選的是，可以將與控制和監(jiān)控單元的通信接口配置用于無線或者有線數(shù)據(jù)傳輸。
[0021 ] 最后，根據(jù)本發(fā)明的最后一個有利實施例，可以給所述電源適配器配置微處理器，對所述射頻模塊與所述外部控制和監(jiān)控單元的數(shù)據(jù)通信進行控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]接下來，參考附圖，通過樣本實施例，盡可能詳細地描述本發(fā)明。示出了這些:
[0023]圖1，作為本發(fā)明的樣本實施例的供電系統(tǒng)的方塊圖，
[0024]圖2，作為本發(fā)明另一個樣本實施例的供電系統(tǒng)的方塊圖，
[0025]圖3，作為本發(fā)明另一個樣本實施例的供電系統(tǒng)的方塊圖，
[0026]圖4，根據(jù)圖1至3其中一個圖的供電系統(tǒng)的示意性呈現(xiàn)，PC作為外部監(jiān)控和控制單元，
[0027]圖5，作為本發(fā)明另一個樣本實施例的供電系統(tǒng)的方塊圖，
[0028]圖6，作為本發(fā)明最后一個樣本實施例的供電系統(tǒng)的方塊圖。【具體實施方式】
[0029]在根據(jù)圖1至6的樣本實施例的防暴殼體7中，其中容放有現(xiàn)場設備1、射頻模塊2，還有給其供電的供電單元3。另外，將至少一個雙股處理配線8經(jīng)過殼體7引入現(xiàn)場設備1，并且通過這個處理配線8，將現(xiàn)場設備I連接到其它現(xiàn)場設備(未示)的有線網(wǎng)絡。通過這個處理配線8，進行與現(xiàn)場設備I的數(shù)據(jù)通信還有其供電。用現(xiàn)場設備I給射頻模塊2供電是不可能，因此需要這個供電單元3。
[0030]這個供電單元3具有功率接收器(power receiver) 4,該功率接收器通過與電源適配器10的功率發(fā)送器(power transmitter)11進行電感稱合5來吸收能量,并將該能量提供給射頻模塊2，射頻模塊2連接在供電單元3上，作為電負載。
[0031]如在最前面提到的，作為電源適配器10的功率發(fā)送器11及作為供電單元3的功率接收器4，人們可以使用設計成單芯片控制器并由IDT公司制造和提供的無線功率發(fā)送器IDTP9030和無線功率接收器IDTP9020。當然，還可以使用其它適合用于無線功率輸送的元件。配置作為功率發(fā)送器11的發(fā)送器10了?9030和作為功率接收器4的接收器10了?9020， 使得在電感耦合5的同時實現(xiàn)通信連接5a，使得可以進行認證、熱檢查和充電狀態(tài)的傳輸。
[0032]在圖1至4的樣本實施例中，電源適配器10具有射頻模塊14，其作用是與連接在現(xiàn)場設備I上的射頻模塊2建立通信連接6，通過該通信連接6進行數(shù)據(jù)通信。
[0033]另外給圖1和圖2的電源適配器10配置微控制器17，該微控制器17連接在電源適配器10的射頻模塊14上，進行有線通信，并給外部控制和監(jiān)控單元20提供通信鏈路。微控制器17到這個控制和監(jiān)控單元20的連接是經(jīng)由接口 16進行，接口 16可以被設計成USB接口。
[0034]根據(jù)圖1，功率接收器11的供電還通過USB接口 16來實現(xiàn)，并且由微控制器17給射頻模塊14提供能量。
[0035]圖4示出了對應的示意性呈現(xiàn)，其中作為控制和監(jiān)控單元的筆記本電腦20是用USB纜線16a連接在電源適配器10上，電源適配器10在殼體IOa中容放功率發(fā)送器11和射頻模塊14。這個電源適配器10 —方面通過功率發(fā)送器11經(jīng)過電感耦合5將能量發(fā)送到供電單元3的功率接收器4，并經(jīng)由無線數(shù)據(jù)鏈路6進行與現(xiàn)場設備I的射頻模塊2的數(shù)據(jù)通信?，F(xiàn)場設備1、供電單元3和射頻模塊2容放在殼體7內(nèi)。
[0036]在圖2的電源適配器10中，功率接收器11和射頻模塊14的供電是從作為儲電單元的蓄電池13中取得。圖1的電源適配器10可以還可選地配置有這樣的蓄電池12。
[0037]圖1和圖2的電源適配器10的部件，即功率發(fā)送器11、射頻模塊14和微處理器17以及可選的蓄電池12，設置在殼體IOa中。
[0038]在圖3的樣本實施例中，功率發(fā)送器11和射頻模塊14是由蓄電池12供電的，這些部件容放在殼體IOa中。
[0039]外部控制和監(jiān)控單元20，比如PC，經(jīng)由無線通信鏈路18與電源適配器10的射頻模塊14通信。
[0040]在根據(jù)圖1至4的樣本實施例的供電系統(tǒng)中所用的無線通信技術具有均一的設計，即，根據(jù)藍牙、Zigbee或者ISM標準或者與其類似的標準。
[0041]根據(jù)圖5的電源適配器10在殼體IOa中有功率發(fā)送器11，并具有同樣的供電的蓄電池12。[0042]外部控制和監(jiān)控單元20是經(jīng)由無線通信鏈路18直接連接在射頻模塊2上，射頻模塊2是通信鏈接到現(xiàn)場設備I。在這里，再次用藍牙、ZigBee、ISM標準或者類似標準作為與通信鏈路18有關的數(shù)據(jù)通信技術。
[0043]圖6的樣本實施例與圖5的區(qū)別在于，電源適配器10在殼體IOa中除了功率發(fā)送器11和功率發(fā)送器11供電用的蓄電池12還有功率接收器13，其是電感耦接在外部充電單元30進行功率傳輸。功率接收器13連接在蓄電池12上，使得充電單元30輸送的能量存儲在這個蓄電池12中，S卩，蓄電池12用來自于功率接收器13的輸送的能量充電。
[0044]參考符號
[0045]I現(xiàn)場設備
[0046]2現(xiàn)場設備I的射頻模塊
[0047]3供電單元
[0048]4供電單元3的功率接收器
[0049]5電感耦合
[0050]5a通信連接
[0051]6通信連接
[0052]7 殼體
[0053]8處理配線
[0054]10電源適配器
[0055]IOa電源適配器10的殼體
[0056]11電源適配器10的功率發(fā)送器
[0057]12能量存儲單元、電池、蓄電池
[0058]13電源適配器10的
[0059]14電源適配器10的
[0060]15電源適配器10的
[0061]16通信接口
[0062]16a USB 電纜
[0063]17電源適配器10的
[0064]18無線通信連接
[0065]20控制和監(jiān)控單元
[0066]30外部充電單元
【權利要求】
1.一種用配置成與外部單元進行數(shù)據(jù)通信的射頻模塊(2)連接到有線網(wǎng)絡上的現(xiàn)場設備(I)的供電系統(tǒng)，其中所述射頻模塊(2)連接至所述現(xiàn)場設備(I)且具有供電單元(3)， 其特征在于， -提供電源適配器(10)，其具有用于無線功率傳輸至所述供電單元(3)的功率發(fā)送器(11)， -所述供電單元(3)配置有功率接收器(4)，而所述功率接收器(4)和所述功率發(fā)送器(11)是電感耦合進行功率傳輸。
2.根據(jù)權利要求1的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述電源適配器(10)配置有能量存儲單元(12 )，給所述功率發(fā)送器(11)供電。
3.根據(jù)權利要求2的供電系統(tǒng)，其特征在于， -所述電源適配器(10)具有功率接收器(13)，用于從外部充電單元(30)進行無線功率傳輸，并且 -所述功率接收器(13)配置成將從所述外部充電單元(30)接收的能量供給到所述能量存儲單元(12)的存儲部。
4.根據(jù)權利要求1的供電系統(tǒng)，其特征在于， -所述電源適配器(10)具有射頻模塊(14)并且， -具有所述射頻模塊(14)的所述電源適配器(10)被配置為外部單元，進行與所述現(xiàn)場設備(I)的射頻模塊(2)的數(shù)據(jù)通信。
5.根據(jù)權利要求4的供電系統(tǒng)， 其特征在于，所述電源適配器(10)配置有能量存儲單元(12)，用于給所述功率發(fā)送器(11)和所述射頻模塊(14 )供電。
6.根據(jù)權利要求4或5的供電系統(tǒng),其特征在于， -所述電源適配器(10)具有通信接口( 16)，并且 -提供控制和監(jiān)控單元(20 )，配置來經(jīng)由所述通信接口( 16 )與所述電源適配器(10 )的射頻模塊(14)進行數(shù)據(jù)通信。
7.根據(jù)權利要求6的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述通信接口(16)被配置用于無線數(shù)據(jù)傳輸。
8.根據(jù)權利要求6的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述通信接口(16)被配置用于有線數(shù)據(jù)傳輸。
9.根據(jù)權利要求8的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述通信接口(16)配置用于有線功率傳輸。
10.根據(jù)權利要求4至9其中一項權利要求的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述電源適配器(10)配置有微處理器(17)，用于控制所述射頻模塊(2)與所述外部控制和監(jiān)控單元(20)的數(shù)據(jù)通信。
【文檔編號】H02J7/00GK103683526SQ201310407647
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權日:2012年9月12日
【發(fā)明者】沃爾克·奧格爾 申請人:Vega格里沙貝兩合公司