專利名稱：在工業(yè)過程中使用的現(xiàn)場設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及用于監(jiān)視或控制工業(yè)過程的類型的現(xiàn)場設備。更具體地，本實用新型涉及在這種現(xiàn)場設備中的內部數(shù)據(jù)通信。
背景技術：
工業(yè)過程用于執(zhí)行在過程中執(zhí)行各種功能，或從其他組件創(chuàng)建貨物。這種過程包括例如煉油廠、制造廠、食品加工廠、化工廠以及制藥廠。在這些系統(tǒng)中，現(xiàn)場設備用于監(jiān)視或控制過程的操作。一個這樣的設備是過程變送器，其被配置為感測過程變量，并基于感測到的過程變量向中心位置進行通信。示例過程變量包括流量、壓力、溫度、電平等等。 過程控制器是另一種現(xiàn)場設備的示例，其中，從中心位置接收控制信號，且響應于此，過程控制器對過程變量進行控制。與中心位置的通信可以通過有線或無線過程控制環(huán)路。過程設備經常在功率限制下進行操作。此外，這種設備一般具有多個組件，且使用通信系統(tǒng)在這些組件之間通信。在一些實例中，比如當使用有限功率進行操作時，一個通信系統(tǒng)可能引起對另一個通信系統(tǒng)上發(fā)送的數(shù)據(jù)的干擾。該“噪聲”可能在設備中引入誤差， 甚至引起設備故障。

實用新型內容本實用新型提供一種在工業(yè)過程中使用的現(xiàn)場設備，包括被配置為測量或控制過程變量的過程接口單元。通信電路被配置為與另一個位置通信。通信系統(tǒng)被配置為在現(xiàn)場設備中至少兩個組件之間提供通信。信號倒相器將來自通信系統(tǒng)的已倒相信號耦合到其他電路，從而減小該其它電路接收到的干擾。根據(jù)本實用新型的第一方面，提供一種在工業(yè)過程中使用的現(xiàn)場設備，其特征在于，包括過程接口單元，被配置為測量或控制過程變量，與工業(yè)過程連接；第一通信系統(tǒng)， 被配置為在至少兩個組件之間提供通信；第二通信系統(tǒng)，被配置為在至少兩個組件之間提供通信；信號倒相器，被配置為將來自所述第二通信系統(tǒng)的已倒相信號耦合到所述第一通信系統(tǒng)，從而減小所述第一通信系統(tǒng)從所述第二通信系統(tǒng)接收到的干擾；以及其中，所述現(xiàn)場設備被配置為與中心位置通信。優(yōu)選地，所述第一通信系統(tǒng)被配置為與所述中心位置通信。優(yōu)選地，所述第二通信系統(tǒng)被配置為與所述中心位置通信。優(yōu)選地，所述第一通信系統(tǒng)包括本地數(shù)據(jù)總線。優(yōu)選地，所述第二通信系統(tǒng)包括本地數(shù)據(jù)總線。優(yōu)選地，所述接口單元包括過程變量傳感器。 優(yōu)選地，所述接口單元包括控制單元。優(yōu)選地，所述第一通信系統(tǒng)和所述第二通信系統(tǒng)中的至少一個包括無線數(shù)據(jù)總線。優(yōu)選地，所述第一通信系統(tǒng)和所述第二通信系統(tǒng)中的至少一個包括單端通信系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述現(xiàn)場設備包括第二信號倒相器，被配置為將來自所述第一通信系統(tǒng)的已倒相信號耦合到所述第二通信系統(tǒng)，從而減小所述第一通信系統(tǒng)對所述第二通信系統(tǒng)的干擾。

圖1是工業(yè)過程控制或監(jiān)視系統(tǒng)的簡化框圖。圖2是示出了圖1的現(xiàn)場設備的簡化框圖。圖3是示出了將來自第一數(shù)據(jù)總線的噪聲注入到第二數(shù)據(jù)總線的圖。圖4是示出了使用倒相器來減小或消除圖3所示噪聲的圖。圖5是示出了本實用新型的示例實施例的簡化框圖。
具體實施方式
本實用新型涉及在工業(yè)過程控制和監(jiān)視系統(tǒng)中使用的現(xiàn)場設備。如在背景技術中所述，在這種現(xiàn)場設備中的通信可能在其他電路(比如另一個通信系統(tǒng))中引入噪聲。圖1是工業(yè)控制或監(jiān)視系統(tǒng)100的簡化框圖，系統(tǒng)100包括耦合到工業(yè)過程的現(xiàn)場設備102。在圖1的示例中，現(xiàn)場設備102耦合到傳輸過程流體106的過程管道104上。 提供過程接口單元108，如果現(xiàn)場設備102是作為控制器操作的，則過程接口單元108可以被配置為控制過程(例如，閥門等等)，或如果現(xiàn)場設備102被配置為過程變量變送器，則過程接口單元108可以被配置為測量過程變量(比如溫度、壓力、流量等等)?，F(xiàn)場設備102 還可以作為其他類型的現(xiàn)場設備來操作，比如獨立的現(xiàn)場設備，或同時包括控制和測量組件在內的現(xiàn)場設備等等。在圖1中，現(xiàn)場設備102通過過程控制環(huán)路112耦合到中心控制室 110。在圖1所示的實施例中，過程控制環(huán)路112是雙線過程控制環(huán)路。這種過程控制環(huán)路通常根據(jù)諸如HART 數(shù)字通信標準、現(xiàn)場總線協(xié)議等等的通信標準進行操作。例如，雙線過程控制環(huán)路可以用于向現(xiàn)場設備102供電，并在現(xiàn)場設備102和中心位置110之間傳輸信息?？梢杂媚M方式來傳輸信息，例如，在4mA和20mA之間變化的電流電平，和/或信息可以是被調制到通過環(huán)路112流動的電流上的數(shù)字信號。在另一示例配置中，過程控制環(huán)路112依照于可以包括例如網格網絡類型協(xié)議在內的無線通信協(xié)議，并可以根據(jù)HART 無線通信協(xié)議來進行操作。將中心位置110示意為包括負載電阻118和電壓源116。一般的，在中心位置110中可以使用其他組件，比如控制設備或監(jiān)視設備，且可以由操作者來對它們進行監(jiān)視。圖1還示出了通過本地數(shù)據(jù)總線122耦合到現(xiàn)場設備102的輔助組件120。輔助組件120可以位于現(xiàn)場設備102的內部或外部。數(shù)據(jù)總線可以根據(jù)任何恰當?shù)募夹g來操作。 一個示例是基于CAN(控制區(qū)域網)的協(xié)議或其他商業(yè)可用或專有協(xié)議。圖2是更詳細示出了現(xiàn)場設備102的簡化框圖?，F(xiàn)場設備102包括被配置為與過程接口單元108 —起操作的接口電路150。接口電路150耦合到微處理器152，微處理器152 根據(jù)在存儲器1 中存儲的指令進行操作。提供環(huán)路輸入/輸出通信電路156，以允許在過程控制環(huán)路112上的通信。如圖2所示，現(xiàn)場設備102還包括本地數(shù)據(jù)總線通信電路160， 用于通過本地數(shù)據(jù)總線122在微處理器152和輔助組件120之間提供通信。輔助組件120可以包括在數(shù)據(jù)總線122上向其傳輸數(shù)據(jù)的任何組件，且可以將其置于現(xiàn)場設備102中，置于現(xiàn)場設備102附近，或甚至遠離現(xiàn)場設備102。輔助組件的示例包括傳感器、控制單元、 顯示器或其他用戶接口、另一現(xiàn)場設備、附加處理電路等等。電路156和160是如本文所述的通信系統(tǒng)的示例。圖3是示出了在現(xiàn)場設備194的兩個通信系統(tǒng)190、192之間的干擾的簡化框圖。 在圖3中，第一單端變送器210通過第一數(shù)據(jù)總線214與第一單端接收器212通信。類似地，第二單端變送器200通過第二數(shù)據(jù)總線204與第二單端接收器202通信。如圖3所示， 來自數(shù)據(jù)總線214的干擾信號添加到數(shù)據(jù)總線204上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號上，導致在數(shù)據(jù)總線 204上的數(shù)據(jù)信號的波形的失真。根據(jù)干擾的相位，該干擾信號將添加到數(shù)據(jù)信號或從數(shù)據(jù)信號中減去。在現(xiàn)場設備中經常出現(xiàn)的低電壓電平處，干擾信號可能引起接收器202接收到錯誤的數(shù)據(jù)?？梢杂糜谔幚碓摳蓴_并增強系統(tǒng)的噪聲免疫力的一種技術是通過使用差動信令系統(tǒng)，比如依照于RS-485和RS-422通信協(xié)議的商業(yè)可用的那些差動信令系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，差動變送器在差動傳輸線路上提供具有相等和相反極性的信號。差動傳輸線路由兩個導線構成，這兩個導線被配置為平衡線對(balanced pair)，且因此每一個導線沿其長度方向具有相等阻抗，以及到“接地(ground)”和其他電路的相等阻抗。該配置的正確實現(xiàn)要求電路符合網絡物理層規(guī)則，該規(guī)則可能需要針對定時、電壓電平以及阻抗特性的要求。然而，這種配置增加了設備的復雜度，還增加了設計并制造這種設備所需的制造成本和時間。圖4是示出了處理上述干擾問題的本實用新型的一個示例實施例的簡化框圖。在圖4的配置中，與圖3所示相似的項保留它們的編號。在圖4中，將倒相放大器(倒相器)220 耦合到單端變送器210的輸出。倒相放大器220用于將數(shù)據(jù)總線214上的數(shù)據(jù)進行倒相， 并將已倒相的信號注入數(shù)據(jù)總線204。倒相器220被配置為使得所注入信號的幅度、相位以及波形與耦合到數(shù)據(jù)總線204的來自數(shù)據(jù)總線214的雜散干擾信號的倒相(inversion) 類似。這兩個信號越接近彼此的倒相，則來自倒相器220的已倒相的信號就具有更大的消除效果。由于倒相器220的輸出不用于通信，輸出信號不需要遵循通信系統(tǒng)的要求。來自倒相器220的輸出僅需要符合用于噪聲消除所需電平的任何要求即可。因此，相比于完全差動放大器配置，倒相器電路220可以具有相對簡單的設計。此外，由于圖4所示的配置使用單端變送器和接收器來進行操作，該系統(tǒng)不要求上述更復雜的差動變送器和接收器。圖5是工業(yè)過程控制或監(jiān)視系統(tǒng)250的簡化框圖，其包括耦合到雙線過程控制環(huán)路254的現(xiàn)場設備252。環(huán)路2M連接到環(huán)路電源256和負載(或感測)電阻258?？梢允褂民詈显谪撦d電阻258兩端的環(huán)路接收器260來感測雙線環(huán)路2M上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。在圖5中，將現(xiàn)場設備252示意為具有提供電接地270的外殼，電接地270通過電容272容性耦合到雙線過程控制環(huán)路254?，F(xiàn)場設備252包括將過程控制環(huán)路2M耦合到阻抗Zl和Z2的公共電路274。電路被配置為通過數(shù)據(jù)總線282與遠程接收器280通信。 該數(shù)據(jù)總線可以依照于CAN協(xié)議。數(shù)據(jù)總線觀2的物理連接可以包括中心導線和電纜套管 290。該電纜套管連接到外殼接地270，且通過電纜電容四2容性耦合到中心連接器(在單元 282處也示出了)。使用信號源294將數(shù)據(jù)轉移到遠程接收器觀0。如上所述，來自294的信號可以在雙線過程控制環(huán)路2M上引入干擾信號，該干擾信號表現(xiàn)為跨過負載電阻258。 然而，根據(jù)本實用新型，提供倒相放大器四6，并將其布置為將來自數(shù)據(jù)總線觀2的已倒相信號耦合到過程控制環(huán)路2M上。如圖5所示，通過來自倒相放大器296的輸出，消除或以其他方式減小了來自信號源四4的干擾信號四8的量。在圖5的配置中，現(xiàn)場設備252和遠程接收器280之間的連接提供了一個數(shù)據(jù)總線，同時現(xiàn)場設備252和環(huán)路接收器260之間通過雙線過程控制環(huán)路254的連接提供了另一個數(shù)據(jù)總線。 盡管已結合優(yōu)選實施例描述了本實用新型，本領域技術人員將認識到可以在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下對形式和細節(jié)作出改變。盡管本文所示現(xiàn)場設備僅包括兩個本地數(shù)據(jù)總線，本實用新型可操作用于任何數(shù)目的數(shù)據(jù)總線，且本實用新型不受限于本文闡述的特定配置。倒相器可以依照于任何恰當?shù)牡瓜嗥髟O計，且可以包括例如簡單倒相放大器。在一個示例配置中，數(shù)據(jù)總線之一包括雙線或無線過程控制環(huán)路，該過程控制環(huán)路用于將現(xiàn)場設備與例如中心控制室等耦合。在這種配置下，本地數(shù)據(jù)總線可能引起噪聲被注入到雙線或無線過程控制環(huán)路中。類似地，雙線或無線過程控制環(huán)路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可能引起噪聲被注入到本地數(shù)據(jù)總線上。備選地，圖4所示的單端變送器200作為圖2 所示的輸入/輸出電路156進行操作。盡管圖4示出了將來自一個數(shù)據(jù)總線的已倒相信號耦合到另一個數(shù)據(jù)總線的單一倒相器220，在另一個示例配置中，實現(xiàn)第二倒相器，其在兩個數(shù)據(jù)總線之間以相反方向耦合已倒相信號。在一些配置中，一個或多個數(shù)據(jù)總線可以包括無線數(shù)據(jù)總線。
權利要求1.一種在工業(yè)過程中使用的現(xiàn)場設備，其特征在于，包括 過程接口單元，被配置為測量或控制過程變量，與工業(yè)過程連接； 第一通信系統(tǒng)，被配置為在至少兩個組件之間提供通信； 第二通信系統(tǒng)，被配置為在至少兩個組件之間提供通信；信號倒相器，被配置為將來自所述第二通信系統(tǒng)的已倒相信號耦合到所述第一通信系統(tǒng)，從而減小所述第一通信系統(tǒng)從所述第二通信系統(tǒng)接收到的干擾；以及其中，所述現(xiàn)場設備被配置為與中心位置通信。
2.根據(jù)權利要求1所述的現(xiàn)場設備，其中，所述第一通信系統(tǒng)被配置為與所述中心位直通^[曰ο
3.根據(jù)權利要求1所述的現(xiàn)場設備，其中，所述第二通信系統(tǒng)被配置為與所述中心位直通^[曰ο
4.根據(jù)權利要求1所述的現(xiàn)場設備，其中，所述第一通信系統(tǒng)包括本地數(shù)據(jù)總線。
5.根據(jù)權利要求1所述的現(xiàn)場設備，其中，所述第二通信系統(tǒng)包括本地數(shù)據(jù)總線。
6.根據(jù)權利要求1所述的現(xiàn)場設備，其中，所述接口單元包括過程變量傳感器。
7.根據(jù)權利要求1所述的現(xiàn)場設備，其中，所述接口單元包括控制單元。
8.根據(jù)權利要求1所述的現(xiàn)場設備，其中，所述第一通信系統(tǒng)和所述第二通信系統(tǒng)中的至少一個包括無線數(shù)據(jù)總線。
9.根據(jù)權利要求1所述的現(xiàn)場設備，其中，所述第一通信系統(tǒng)和所述第二通信系統(tǒng)中的至少一個包括單端通信系統(tǒng)。
10.根據(jù)權利要求1所述的現(xiàn)場設備，包括第二信號倒相器，被配置為將來自所述第一通信系統(tǒng)的已倒相信號耦合到所述第二通信系統(tǒng)，從而減小所述第一通信系統(tǒng)對所述第二通信系統(tǒng)的干擾。
專利摘要本實用新型提供一種在工業(yè)過程中使用的現(xiàn)場設備，其特征在于，包括過程接口單元，被配置為測量或控制過程變量，與工業(yè)過程連接；第一通信系統(tǒng)，被配置為在至少兩個組件之間提供通信；第二通信系統(tǒng)，被配置為在至少兩個組件之間提供通信；信號倒相器，被配置為將來自所述第二通信系統(tǒng)的已倒相信號耦合到所述第一通信系統(tǒng)，從而減小所述第一通信系統(tǒng)從所述第二通信系統(tǒng)接收到的干擾；以及其中，所述現(xiàn)場設備被配置為與中心位置通信。
文檔編號G05B19/418GK202331127SQ20112035999
公開日2012年7月11日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權日2010年11月29日
發(fā)明者尤金·柯羅雷夫, 約翰·P·舒爾特 申請人:羅斯蒙德公司