[發明專利]用于現場設備的無線通信適配器

有效

• 申請號: 200980122611.0
• 申請日: 2009-06-17
• 公開（公告）號: CN102066880A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 喬爾·D·萬德拉;克里斯蒂娜·A·格魯尼克;羅納德·F·赫德
• 申請（專利權）人: 羅斯蒙德公司
• 主分類號: G01D21/00
• 分類號: G01D21/00;G01D11/24;G05B19/418
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉曉峰

背景技術

在工業設置中，控制系統用來監測和控制工業和化學過程等的物料量。典型地，控制系統采用分布在工業過程中的關鍵位置處且通過過程控制回路連接至控制室中的控制電路的現場設備執行這些功能。術語“現場設備”涉及任何在分布式控制或過程監控系統中執行一定功能的設備，包括所有目前已知的設備，或還不知道的設備，用在工業過程的測量、控制和監測中。

一些現場設備包括換能器。換能器被理解為是指基于物理輸入產生輸出信號或基于輸入信號產生物理輸出的裝置。典型地，換能器將輸入轉換成具有不同形式的輸出。換能器的類型包括各種分析設備、壓力傳感器、電熱調節器、熱電偶、應變儀、流量變送器、數字閥控制器、流量計、流量計算器、定位器、傳動裝置、螺線管、指示燈以及其它的。

典型地，每個現場設備還包括用于與過程控制室或過程控制回路上其它電路系統通信的通信電路系統。在一些裝置中，過程控制回路還用來向現場設備傳送調節電流和/或電壓，用來向現場設備供電。過程控制回路還傳遞模擬或數字格式的數據。

傳統上，模擬現場設備已經由二線過程控制電流回路連接至控制室，每個設備由單個二線控制回路連接至控制室。典型地，將所述二線之間的電壓差維持為，對模擬模式在12-45伏的范圍內，對數字模式在9-50伏的范圍內。一些模擬現場設備通過將在電流回路上傳播的電流調整為與所感測的過程變量成比例的電流而將信號傳遞至控制室。其它現場設備可以在控制室的控制下，通過控制所述回路上的電流大小執行動作。除此之外，或作為替換，過程控制回路還可以傳輸用于與現場設備通信的數字信號。

在一些裝置中，無線技術已經開始用來與現場設備通信。無線操作簡化了現場設備配線和配置。然而，現場設備的主要部分硬接接至過程控制室，并且不采用無線通信技術。

工業過程工廠通常包含數百甚至數千個現場設備。這些現場設備中的多個都包含復雜的電子組件，且能夠提供比傳統模擬4-20mA測量更多的數據。由于多個原因，它們中的成本，多數工程不利用可有由這種現場設備提供的其它數據。這形成了對用于這種現場設備的無線適配器的需求，這種適配器能夠連接至現場設備并經由無線網絡將數據傳遞回控制系統或其它監控或診斷系統或應用。

為了使工業過程工廠運轉，現場設備通常必須帶有危險位置允許等級(hazardous?location?approval?rating)。具有不同類型的等級，為了廣泛采用，無線現場設備適配器應當能夠連接至每一個這種現場設備，而不犧牲該現場設備的危險位置允許等級。

這些允許等級中的一種熟知為防爆等級。防爆外殼的目的是遏制可燃氣體進入外殼并燃燒產生的爆炸。如果外殼不能遏制這種爆炸，則它會點燃周圍的其它，導致災難性的后果。無線設備廠商面臨的一個挑戰是如何通過能夠承受爆炸壓力的外殼傳播無線信。這種外殼通常很大，并由諸如鋼或鋁之類的金屬制成。目前可用的無線傳輸技術包括厚的玻璃天線屏蔽罩或具有能量限制電路并與相對易碎的“橡膠帆布”天線裝配在一起的防爆同軸引線。單獨的塑料天線屏蔽罩不被相信能夠承受爆炸壓力，它們也不被相信滿足批準機構的化學、環境和抗沖擊要求。

另一種類型的允許等級熟知為本質安全(IS)。通過限制電子組件中存在的電流的量并通過確保電子元件隔開的足夠遠而防止在電故障情況下出現的電弧，本質安全設備防止可燃氣體點燃。還控制由電子元件產生的熱量。使設備的電子組件本質上安全傾向于增加元件數量以及增加電路板尺寸。在必須最小化設備的形狀因素時，這也提出了挑戰。

為了使無線通信適配器用在防爆設備中，它本身必須是防爆的，并且它在兩個設備之間的連接處提供防爆屏障。對于本質安全裝置，無線通信電路系統必須也是本質安全的。將這種適配器連接至任何設備的能力也推動了形狀因素。工業設備，如現場設備，可以以多種結構安裝，并且通常設置在狹窄的空間中。這需要小且不顯眼的設計。為了實現這種設計，有利的是天線與無線通信適配器一體形成，電路板尺寸最小化。這使得裝置的設計更復雜，要求防爆鑒定或本質安全鑒定。

為現場設備提供一種相對小且不顯眼并且還能夠便于符合防爆鑒定和本質安全的無線通信適配器將推動無線過程通信技術。

發明內容