專利名稱：現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過程設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及現(xiàn)場安裝的過程控 制和測量設(shè)備。10背景技術(shù)過程設(shè)備用于測量和控制諸如石化精煉、食品加工、發(fā)電等的工 業(yè)過程以及多種其他過程。過程測量設(shè)備包括過程變量變送器，其測 量諸如壓力或溫度的過程變量，并把所測量的變量傳送至過程控制器。 另一種過程設(shè)備是致動(dòng)器，例如閥控制器等。通常，使用變送器、致 15 動(dòng)器和過程控制器的組合，在過程控制回路上與控制器進(jìn)行通信，來 實(shí)現(xiàn)過程控制。兩種過程設(shè)備通過過程接口元件與物理過程進(jìn)行交互。 過程接口元件是把電信號與物理過程條件進(jìn)行關(guān)聯(lián)的設(shè)備，而且包括 諸如傳感器、限位開關(guān)、閥控制器、加熱器、電機(jī)控制器等的設(shè)備以 及多種其他設(shè)備。20 過程控制器典型地是位于遠(yuǎn)離過程的控制室中的微計(jì)算機(jī)。過程控制器可以從一個(gè)或更多個(gè)過程測量設(shè)備接收過程信息，并把適合的 控制信號施加到一個(gè)或更多個(gè)過程控制設(shè)備，以對過程產(chǎn)生影響并由 此對其進(jìn)行控制。為了耦合到過程，變送器和致動(dòng)器通常安裝在現(xiàn)場中的過程附25近。這種物理上的臨近性使過程設(shè)備受到一系列的環(huán)境挑戰(zhàn)。例如， 過程設(shè)備通常遭受溫度極端、振動(dòng)、腐蝕和/或易燃環(huán)境、以及電噪聲。 為了承受這些條件，具體針對"現(xiàn)場安裝"來設(shè)計(jì)過程設(shè)備。這種現(xiàn) 場安裝的設(shè)備使用堅(jiān)固的外殼，該外殼被設(shè)計(jì)用于防爆。此外，現(xiàn)場 安裝的過程設(shè)備還可以被設(shè)計(jì)具有所謂的"固有安全"電路，其意味30 著即使處于故障條件下，該電路通常仍不會(huì)包含足以產(chǎn)生火花的電能、或在危險(xiǎn)環(huán)境下導(dǎo)致爆炸的表面溫度。此外，通常采用電隔離技術(shù)來 減小電噪聲效應(yīng)。這些僅為設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的一些示例，它們把現(xiàn)場安 裝的過程設(shè)備與其他設(shè)備區(qū)分開來，所述其他設(shè)備測量傳感器的特性 并提供指示該特性的數(shù)據(jù)。 5 除了上述環(huán)境考慮之外，現(xiàn)場安裝的設(shè)備的另一挑戰(zhàn)是配線。由于過程設(shè)備位于遠(yuǎn)離控制室的過程附近，所以通常需要較長的配線延伸(rim),以便把該設(shè)備耦合到控制室。這些較長的延伸的安裝成本高，并且難以維護(hù)。減小必備配線的一種方法是使用兩線過程設(shè)備。這些設(shè)備使用兩 10線過程控制回路耦合至控制室。兩線設(shè)備從過程控制回路接收電能，并以通常不受向過程設(shè)備提供的電能的影響的方式在過程控制回路上通信。用于在兩線上通信的技術(shù)包括4-20mA信令、高速可尋址遠(yuǎn)程換能器(HART )協(xié)議、FOUNDATIONTM現(xiàn)場總線、Profibus-PA以及其他。盡管兩線過程控制系統(tǒng)提供了配線的簡化，然而該系統(tǒng)向所連接的設(shè) 15備提供的電量有限。例如，根據(jù)4-20mA信令進(jìn)行通信的設(shè)備不能夠汲取超過4mA，否則設(shè)備的電流消耗將會(huì)影響過程變量。傳統(tǒng)上，兩線過程設(shè)備的小電能預(yù)算限制了所能提供的功能。過程控制工業(yè)中減小現(xiàn)場配線的另一方法是提供具有兩個(gè)傳感器輸入的變送器。該變送器減小了變送器/傳感器的數(shù)目，由此減小了 20配線成本和總系統(tǒng)成本。該變送器的一個(gè)示例是可以從明尼蘇達(dá)州的伊甸草原的羅斯蒙德公司獲得的型號3244MV多變量溫度變送器。盡管當(dāng)前的多變量變送器可以減小配線成本和總系統(tǒng)成本，但是 傳統(tǒng)上其被限制為涉及兩個(gè)傳感器的應(yīng)用。因此，例如在具有16個(gè)傳 感器的應(yīng)用中，仍需要8個(gè)多變量變送器。此外，如果不同的傳感器組 25獨(dú)立地接地，則可能存在接地回路誤差，并對過程測量造成不利影響。用于克服把大量傳感器耦合到控制室的問題的當(dāng)前方法包括把 傳感器直接耦合到控制器。例如，如果情況需要大量溫度傳感器，消 費(fèi)者通常創(chuàng)建"直接延伸"熱偶配置，其中熱偶配線橫跨測量"點(diǎn)" 與控制室之間的距離。這些直接延伸配置通常比獲得多個(gè)單或雙傳感30器變送器的成本要低，然而，需要大量的配線工作，而且過程測量更 易受到較長延伸引起的電噪聲的影響。過程控制工業(yè)已經(jīng)通過提供能夠執(zhí)行控制功能的現(xiàn)場安裝的設(shè) 備，而減小了較長配線延伸對過程控制的影響。因此，過程控制的某 5 些方面被轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場，由此提供了更快的反應(yīng)時(shí)間，對主過程控制器 的更少依賴、以及更好的靈活性。與現(xiàn)場安裝的設(shè)備中的控制功能有關(guān)的進(jìn)一步信息可以在授予Warrior等人并轉(zhuǎn)讓給羅斯蒙德公司的、標(biāo) 題為"FIELD-MOUNTED CONTROL UNIT"美國專利No. 5， 825, 664中找到。 盡管多變量變送器和實(shí)現(xiàn)控制功能的過程設(shè)備已經(jīng)對過程控制 10的技術(shù)領(lǐng)域做出了改進(jìn)，然而仍需要對需要相對大量傳感器的應(yīng)用、 以及需要增強(qiáng)的現(xiàn)場控制的應(yīng)用進(jìn)行適應(yīng)。發(fā)明內(nèi)容15 提供了一種現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，所述過程設(shè)備包括多個(gè)隔離連接，其包括可以作為輸入或輸出的連接。給定的輸 入或輸出連接可以分別耦合到多個(gè)傳感器或致動(dòng)器。所述過程設(shè)備整 個(gè)通過其通信接口來供電。在一個(gè)實(shí)施例中，通信接口遵循以太網(wǎng)供 電(PoE)協(xié)議。所述過程設(shè)備包括控制器，所述控制器適于對耦合至20 輸入連接和控制致動(dòng)器的傳感器的一個(gè)或更多個(gè)特性進(jìn)行測量，所述 控制致動(dòng)器耦合至輸出連接。所述過程設(shè)備還包括回路通信器，該回 路通信器適于通過通信接口而進(jìn)行通信。在另一個(gè)實(shí)施例中，現(xiàn)場安 裝的過程設(shè)備包括控制器，該控制器適于執(zhí)行由用戶產(chǎn)生的控制算法， 該算法把過程輸入信息與過程輸出命令進(jìn)行關(guān)聯(lián)。2

圖l是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的采用兩線現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備的過程 控制系統(tǒng)的示意圖。圖2是圖1所示過程設(shè)備的系統(tǒng)框圖。 30 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的給現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備提供過程變量的方法的系統(tǒng)框圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于操作現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備的方法 的系統(tǒng)框圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備的系統(tǒng)框5 圖。
具體實(shí)施方式
提供了圖1所示的兩線現(xiàn)場可安裝過程設(shè)備16，該設(shè)備可以適于執(zhí) 行由用戶產(chǎn)生的復(fù)雜的控制算法，很像傳統(tǒng)可編程邏輯控制器中所使10 用的那些算法。實(shí)施例可以包括輸入信道、輸出信道、以及兩者的任 意組合。通常，每一個(gè)信道與過程設(shè)備中余下的部分隔離。該隔離去 除了當(dāng)前限制多個(gè)輸入變送器的接地回路誤差。最后，電源管理的情 況是本發(fā)明實(shí)施例整個(gè)通過兩線過程回路14來供電。查看附圖以及下 文提供的有關(guān)描述，這些和其他特征將會(huì)變得明顯。15 圖1是過程控制系統(tǒng)10的示意圖，過程控制系統(tǒng)10包括控制室12、過程控制回路14和過程設(shè)備16。過程控制系統(tǒng)可以包括耦合至控制室 12的單個(gè)過程設(shè)備，然而系統(tǒng)10還可以包括通過多個(gè)過程控制回路耦 合至一個(gè)或更多個(gè)控制室的上百個(gè)過程設(shè)備。典型地，控制室12是位于遠(yuǎn)離設(shè)備16之處的包括微計(jì)算機(jī)的研究20 室(facility)。位于控制室12中的用戶使用微計(jì)算機(jī)、通過過程控制 回路14與各個(gè)過程設(shè)備進(jìn)行交互，并由此從控制室來控制過程。為了簡便，控制室12被表示為單個(gè)塊。然而，在一些控制系統(tǒng)的實(shí)施例中， 控制室12實(shí)際上可以把過程控制回路14耦合至全球計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，例如 因特網(wǎng)，以便全世界的用戶都可以利用傳統(tǒng)的網(wǎng)頁瀏覽器軟件來訪問25 過程設(shè)備16?；芈?4可以是兩線過程控制回路。針對回路14上的通信，存在多 種兩線過程通信協(xié)議，而且可以使用任意適合的協(xié)議。例如，HART 協(xié)議、FOUNDATIONTM現(xiàn)場總線、以及Profibus-PA協(xié)議可以用于本發(fā)明 的實(shí)施例。回路14向所連接的過程設(shè)備供電，同時(shí)提供各個(gè)設(shè)備之間30 的通信。過程設(shè)備16包括優(yōu)選地由適合的塑料材料構(gòu)成的封蓋17和底部 19。底部19適于和用于安裝的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN橫欄配合。如詳細(xì)描述的那 樣，設(shè)備16適于僅根據(jù)通過回路14接收的電能而工作，并適于現(xiàn)場安 裝。因此，設(shè)備16被配置為承受相對大的溫度范圍(例如-40至85攝氏 5 度)、機(jī)械振動(dòng)、以及相對潮濕度超過90%。該環(huán)境抵抗主要通過選擇 堅(jiān)固的組件而實(shí)現(xiàn)，如下文中所描述?？蛇x的外殼18 (以剖視圖示出) 提供了額外的耐久性，并且可以是任何已知的外殼，例如國家電子制 造商協(xié)會(huì)(NEMA)外殼、或防爆外殼。圖l所示的過程設(shè)備的實(shí)施例具 有多個(gè)輸入和輸出，并且包括適合的計(jì)算電路(圖2所示)以執(zhí)行由用10戶產(chǎn)生的控制算法。該算法包括把特定輸入事件與由設(shè)備16控制的輸 出進(jìn)行關(guān)聯(lián)的多個(gè)邏輯語句。用戶可以通過與設(shè)備16進(jìn)行本地接口、 或通過控制回路14與設(shè)備16進(jìn)行通信來改變這個(gè)算法。可以使用傳統(tǒng) 的邏輯生成軟件來產(chǎn)生該算法，例如分段傳遞式梯形邏輯和順序函數(shù) 圖(SFC，s)。在這個(gè)意義上，設(shè)備16可以被看作兩線現(xiàn)場可安裝可編15 程邏輯控制器。盡管本文描述關(guān)注于圖1和2所示的實(shí)施例，然而提供 該描述是為了簡明的目的，可以清楚地想到僅采用輸入或輸出的實(shí)施 例。傳統(tǒng)上，因?yàn)殡娔苁艿郊s束，具有設(shè)備16的計(jì)算力的設(shè)備不能夠 在兩線過程控制回路上工作。過程設(shè)備16耦合到傳感器20、 22、 24、 26、 28和30、以及致動(dòng)器2032和34。傳感器20、 22和24是已知類型的熱偶，其耦合到各個(gè)過程點(diǎn)， 以提供基于各自過程點(diǎn)處的過程變量的電壓信號。抵抗溫度設(shè)備 (RTD，s) 26、 28和30還耦合到各個(gè)過程點(diǎn)，并提供基于各自過程點(diǎn)處 的過程溫度的抵抗性。RTD 26通過已知的三線連接耦合到設(shè)備16，并 示出了可以用于本發(fā)明實(shí)施例的各個(gè)配線配置。致動(dòng)器32和34耦合到25 過程設(shè)備16，并基于來自設(shè)備16的控制信號對適合的閥、開關(guān)等進(jìn)行 致動(dòng)。如上所述，設(shè)備16可以執(zhí)行由用戶產(chǎn)生的控制算法，以把特定 的輸入條件與特定的輸出命令進(jìn)行關(guān)聯(lián)。例如，設(shè)備16可以感測過程 流體的溫度，并使致動(dòng)器32啟動(dòng)耦合到過程流體的加熱器，以便把流體溫度維持在所選水平上。 30 圖2是圖1所示設(shè)備16的系統(tǒng)框圖。設(shè)備16包括回路通信器36、供電模塊38、控制器40、信道42、 44、 46、 48、以及存儲(chǔ)器52?；芈吠?信器36耦合至過程控制回路14，并適用于回路14上的雙向數(shù)據(jù)通信。 回路通信器36可以包括已知的通信設(shè)備，例如傳統(tǒng)的FOUNDATIONTM現(xiàn) 場總線通信控制器等。另外，通信器36可以包括適合的隔離電路，以 5 便遵從如下文獻(xiàn)中提出的固有安全規(guī)范工廠相互認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)(Factory Mutual Approval Standard),標(biāo)題為"Intrinsically Safe Apparatus and Associated Apparatus for Use in Class I， II， and III， Divisiion 1 Hazardous (Classified) Locations, ，， ， Class Number 3610,1988 年10月出版。10 供電模塊38耦合到回路14，從而供電模塊38基于從回路14接收到的電能而向設(shè)備16中的所有組件供電。盡管供電模塊38具有單箭頭50， 其指示供電模塊38向所有組件供電，然而要注意，可以以多個(gè)電壓進(jìn) 行供電。例如，供電模塊38優(yōu)選地包括開關(guān)電源，其提供多個(gè)電壓的 電能。因此，例如A/D轉(zhuǎn)換器和隔離器的一些組件可以接收較高的電壓，15 例如4. 9伏，而諸如控制器40、存儲(chǔ)器52和回路通信器36的低功率組件 接收較低的電壓，例如3.0伏。另外，供電模塊38優(yōu)選地是在某種程度 上可編程的，從而能夠改變至少一個(gè)所提供的電壓。供電模塊38的可 選擇的性質(zhì)便于電源管理，這將在下文中描述。控制器40耦合至存儲(chǔ)器52，并執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器52中的程序指令。20 存儲(chǔ)器52優(yōu)選地為工作在3.0伏的低功率存儲(chǔ)器，例如可從夏普電子獲 得的型號LRS1331。另外，存儲(chǔ)器52可以是"堆疊式"存儲(chǔ)器，其中在單一存儲(chǔ)模塊上提供了閃存和易失性存儲(chǔ)器。用戶可以通過本地耦合 至設(shè)備16或通過回路14來訪問設(shè)備16，而改變由用戶產(chǎn)生的控制算法、 或由控制器40執(zhí)行的"程序"。在一些實(shí)施例中，該程序包括把過程事 25 件輸入與由控制器40確定的輸出進(jìn)行關(guān)聯(lián)的指令。在這個(gè)意義上，設(shè) 備16的功能類似于可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器典型地對于現(xiàn)場安裝來說不具有足夠的魯棒性，而且也不能在兩線現(xiàn)場設(shè)備的低 電源水平上工作。然而，通過提供可編程邏輯控制器的功能，可以通 過用戶友好接口來實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的過程控制算法，例如通過分段傳遞 30 式梯形邏輯等來實(shí)現(xiàn)。控制器40從模塊38接收電能，并與回路通信器36進(jìn)行通信。優(yōu)選 地，控制器40包括低功率微處理器，例如可以從紹姆堡的摩托羅拉 獲得的型號MMC 2075微處理器。另外，控制器40優(yōu)選地具有可選擇的 內(nèi)部時(shí)鐘速率，從而可以通過經(jīng)回路14發(fā)送到設(shè)備16的適合的命令來 5 選擇控制器40的時(shí)鐘速率，由此來選擇計(jì)算速度和功耗。由于更高的 時(shí)鐘速度會(huì)使控制器40汲取更多電能，優(yōu)選地一前一后地來選擇控制 器40的時(shí)鐘以及選擇供電模塊38向控制器40提供的電壓水平。這樣， 設(shè)備16的處理速度和功耗是可選擇的，并且可以一同變化?？刂破?0通過接口總線54耦合到各個(gè)信道，該總線優(yōu)選地是被設(shè)10 計(jì)用于高速數(shù)據(jù)通信的串行總線，例如異步外設(shè)接口 (SPI)。信道42、 44、 46和48通過通信隔離器56、 58、 60和62分別耦合至總線54，這些 隔離器優(yōu)選地是已知的光隔離器，但也可以是任意適合的隔離設(shè)備， 例如變壓器或電容器。在一些實(shí)施例中，信道42、 44、 46和48以并行 的形式提供數(shù)據(jù)，而且并-串轉(zhuǎn)換器64用于把數(shù)據(jù)在串行和并行的形式15之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換器64是通用異步接收器/發(fā)送器(UART)。 信道42耦合至控制器40，并且包括傳感器端子1-n、復(fù)用器(MUX) 66、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器68、通信隔離器56、以及電源隔離器70?？梢?設(shè)想，通信隔離器56和電源隔離器70可以合并在單一電路中。信道42 特別適于測量特定的傳感器類型，例如熱偶、抵抗溫度設(shè)備、應(yīng)變儀、20 壓力傳感器、或其他的傳感器類型。每一個(gè)傳感器端子適于把單個(gè)傳 感器(例如熱偶)耦合至復(fù)用器66。復(fù)用器66有選擇地把一個(gè)傳感器 耦合至A/D轉(zhuǎn)換器68，從而對傳感器的特性(對于熱偶來說是電壓)進(jìn) 行測量，并通過隔離器56和UART64將其傳遞給控制器40。信道42的電 能通過電源隔離器70從供電模塊38接收。電源隔離器70優(yōu)選地是變壓25 器，但也可以是任意適合的設(shè)備。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，通信 隔離器56和電源隔離器70—同工作，以確保信道42與設(shè)備16中的其他部分電隔離。信道44與信道42類似，以相似的標(biāo)記表示相似的組件。信道44可 以被配置為測量具有與信道42所測量的傳感器不同類型的傳感器。例 30如，在一個(gè)實(shí)施例中，信道42被配置為測量熱偶的電壓，而信道44被配置為測量RTD的電阻。信道44中的每一個(gè)傳感器端子因此被配置為以 兩、三或四線(Kelvin)連接耦合至RTD。由于信道42和44均與設(shè)備16 的其他部分電隔離，把第一獨(dú)立接地的傳感器耦合至信道42、并把第 二獨(dú)立接地的傳感器耦合至信道44不會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生不期望的接地回路誤 5 差。另外，由于每一個(gè)信道可以被配置用于特定類型的傳感器，其可 以針對特定應(yīng)用而優(yōu)化，所以例如A/D精度和轉(zhuǎn)換速率的參數(shù)可以針對 特定傳感器類型而調(diào)整。例如，被設(shè)計(jì)用于高精度的信道可以采用被 配置為提供很高精度、具有相對較慢的轉(zhuǎn)換時(shí)間的A/D轉(zhuǎn)換器。相反， 被設(shè)計(jì)用于測量快速變化的過程變量的傳感器的信道可以采用較低精10 度的高速A/D轉(zhuǎn)換器。實(shí)質(zhì)上，任何傳感器輸入都可以基于從控制器40 接收到的配置信息而在電阻型傳感器的操作與電壓型傳感器的操作之 間進(jìn)行切換?？刂破?0可以基于在回路14上接收到的信息、或通過本 地輸入(未示出)而接收到的信息來提供配置信息。另外，控制器40 可以向信道提供配置信息，以調(diào)整每一個(gè)信道、或甚至是每一個(gè)傳感15 器的模數(shù)采樣速率。這在基于己知過程信息而預(yù)計(jì)傳感器變化速率的 情況下尤其有利。信道46與信道42和44類似，然而由于信道46被配置為接收數(shù)字輸 入，所以信道46不包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器。如圖所示，輸入:i-n耦合至復(fù)用器 66，該復(fù)用器66把所選輸入的信號經(jīng)通信隔離器60和UART 64傳遞至總20線54。在一些數(shù)字輸入的實(shí)施例中，輸入值可以使數(shù)字輸入經(jīng)隔離器 60直接提供給UART 64。通常，數(shù)字輸入指示邏輯型信號，例如限位開 關(guān)中的接點(diǎn)閉合等。然而，數(shù)字輸入卜n還可以耦合到其他過程設(shè)備的 數(shù)字輸出，從而輸入表示邏輯信號，例如警報(bào)或其他布爾型信號。 信道48與信道46類似，但實(shí)質(zhì)上以與信道46相反的方式而操作。25 因此，通過UART發(fā)送至信道48的串行信息被轉(zhuǎn)換為并行的形式，而且 經(jīng)通信隔離器62傳遞，以設(shè)置各個(gè)致動(dòng)器輸出。因此，把邏輯信號發(fā) 送至標(biāo)記為致動(dòng)器1-n的端子，以使耦合到該端子的致動(dòng)器(未示出) 按照期望的那樣接合或脫離。這些致動(dòng)器可以是任意適合的設(shè)備，例 如閥控制器、加熱器、電機(jī)控制器以及任意其他適合的設(shè)備。實(shí)質(zhì)上，30 可基于邏輯型輸出而尋址的任何設(shè)備均為致動(dòng)器。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的給現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備提供過程變量 的方法的系統(tǒng)框圖。該方法從塊80開始，可現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備整個(gè) 由兩線過程控制回路來供電。在塊82，過程設(shè)備通過第一隔離輸入信 道耦合至第一傳感器。通過第一隔離輸入信道來獲取傳感器信號，該 5 信號表示過程變量。在塊84，過程設(shè)備通過第二隔離輸入信道耦合至 第二傳感器，以便獲取第二傳感器信號。由于第一和第二輸入信道是 隔離的，第一和第二傳感器的獨(dú)立接地不會(huì)引起不希望的接地回路誤 差。在塊86，過程設(shè)備基于這兩個(gè)傳感器信號中的一個(gè)或兩個(gè)來計(jì)算 過程變量。此外，盡管本發(fā)明關(guān)于兩個(gè)傳感器而描述，然而可以使用10 多個(gè)附加的傳感器，從而過程變量成為任意數(shù)目的傳感器信號的函數(shù)。 例如，過程設(shè)備可以對傳感器的值求平均、提供它們的差、標(biāo)準(zhǔn)方差、 或任意其他適合的功能。在塊88，輸出所計(jì)算的過程設(shè)備。該輸出可 以具有通過過程控制回路、本地顯示器而發(fā)送的信息、或通過輸出信 道而實(shí)現(xiàn)的本地輸出的形式。15 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于操作現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備的方法 的系統(tǒng)框圖。在塊80，設(shè)備整個(gè)由兩線過程控制回路來供電。在塊92， 設(shè)備接收輸入。該輸入可以具有通過例如上文所述的多個(gè)隔離的輸入 信道的輸入信道而接收到的信號的形式、具有通過兩線過程控制回路 而接收到的過程信息的形式、具有本地輸入的形式、或者是輸入信號20 和信息的任意組合。在塊94，設(shè)備執(zhí)行用戶可編程的邏輯，以把輸入 信息與一個(gè)或更多個(gè)過程輸出進(jìn)行關(guān)聯(lián)。用戶可編程的邏輯可以是簡 單或復(fù)雜的算法，例如階梯邏輯、SFC's、模糊邏輯、自適應(yīng)控制、或 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。在塊96，設(shè)備提供通過操作用戶可編程的邏輯而確定的 輸出。該輸出可以是本地輸出(模擬或數(shù)字)，或者可以是在兩線過程25 控制回路上發(fā)送的信息。圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備的系統(tǒng)框圖。 設(shè)備116與設(shè)備16 (圖2所示)具有很多類似之處，而且相似的組件以 相似的標(biāo)記來表示。設(shè)備116采用耦合至I/0端口122的以太網(wǎng)供電 (PoE)模塊120。PoE模塊適于根據(jù)己知的以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信。另外，30PoE模塊120為設(shè)備116中的余下部分供電。這可以通過多種方式來實(shí)現(xiàn)。例如，傳統(tǒng)的無防護(hù)雙絞線對(UTP)電纜中未使用的配線對(例 如第5類電纜)可以用于供電。然而，還可以設(shè)想，提供通信的相同配 線對還可以用于獲取設(shè)備的電源。上述實(shí)施例已經(jīng)提供了由其通信接 口來供電的現(xiàn)場設(shè)備。類似地，設(shè)備116由其通信接口來供電。優(yōu)選地， 5 端口122是傳統(tǒng)的RJ-45端口。然而，端口122可以適于具有附加絕緣、 過成型(overmolding)、熱沉等的現(xiàn)場安裝。PoE模塊120向設(shè)備116 內(nèi)的組件提供受控電源(大約13瓦)。實(shí)際上，在一些實(shí)施例中，提供 模擬輸入連接的設(shè)備116能夠利用通過PoE模塊120接收到的電能驅(qū)動(dòng) 一個(gè)或更多個(gè)4-20mA回路。10 通過提供與以太網(wǎng)兼容的通信，針對過程信息可以實(shí)現(xiàn)10或100兆比特的通信速度。另外，以太網(wǎng)通信的普遍存在在現(xiàn)場總線或其他 過程通信協(xié)議不可用的設(shè)施中是有利的。盡管參考具有四個(gè)連接的過程設(shè)備的實(shí)施例描述了本發(fā)明，然而 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不背離所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明15 的精神和范圍的前提下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。例如，盡管 各個(gè)模塊被單獨(dú)地示出和描述，然而可以清楚地想到，某些模塊可以 在物理上實(shí)現(xiàn)為一體，例如實(shí)現(xiàn)在專用集成電路上。此外，盡管控制 器40被描述為單個(gè)模塊，然而其功能可以分布在多個(gè)微處理器上，從 而一個(gè)微處理器可以提供低電平I/0交互，例如校準(zhǔn)、線性化等，而第20 二微處理器執(zhí)行由用戶產(chǎn)生的控制算法。另外，盡管該描述關(guān)注于通 過所公開的連接而提供輸入和輸出，然而可以清楚地想到，可以通過 通信接口向其他過程設(shè)備傳送/從其他過程設(shè)備接收某些過程輸入或 過程輸出。
權(quán)利要求
1、一種現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備，包括以太網(wǎng)供電模塊，耦合至某個(gè)端口，所述模塊適于整個(gè)以通過所述端口接收到的電能對所述過程設(shè)備進(jìn)行供電，并根據(jù)以太網(wǎng)通信進(jìn)行通信；控制器，耦合至所述以太網(wǎng)供電模塊；第一連接，可操作地耦合至所述控制器和所述以太網(wǎng)供電模塊，并且與所述過程設(shè)備電隔離，所述第一連接被配置為通過多個(gè)第一端子耦合到至少第一過程接口元件；以及第二連接，可操作地耦合至所述控制器和所述以太網(wǎng)供電模塊，并且與所述過程設(shè)備電隔離，所述第二連接被配置為通過多個(gè)第二端子耦合到至少第二過程接口元件。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，所述第一過程接口元件是傳感器，而且所述設(shè)備還包括第一復(fù)用器，耦合至所述多個(gè)第一端子；第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，耦合至所述控制器和所述第一復(fù)用器，所述第 一轉(zhuǎn)換器適于把來自所述多個(gè)第一端子之一的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字 20值，并把所述數(shù)字值傳遞至所述控制器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述第二過程接口元件是 傳感器，而且所述設(shè)備還包括第二復(fù)用器，耦合至所述多個(gè)第二端子；第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，耦合至所述控制器和所述第二復(fù)用器，所述第 25 二轉(zhuǎn)換器適于把來自所述多個(gè)第二端子之一的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字 值，并把所述數(shù)字值傳遞至所述控制器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述第二過程接口元件提 供數(shù)字輸出，而且所述過程設(shè)備還包括第二復(fù)用器，所述第二復(fù)用器 耦合至所述多個(gè)第二端子，以接收多個(gè)數(shù)字輸入，并基于所述數(shù)字輸入中至少一個(gè)而向所述控制器傳遞信號。
5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述第二過程接口元件是 致動(dòng)器，而且所述過程設(shè)備還包括第二復(fù)用器，所述第二復(fù)用器耦合 至所述控制器和所述多個(gè)第二端子，以基于來自所述控制器的命令信 號而在所述多個(gè)第二端子上提供多個(gè)數(shù)字輸出。
6、根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，所述第一過程接口元件提供數(shù)字輸出，而且所述過程設(shè)備還包括第一復(fù)用器，所述第一復(fù)用器 耦合至所述控制器和所述多個(gè)第一端子，以接收多個(gè)數(shù)字輸入，并基 于所述數(shù)字輸入中至少一個(gè)而向所述控制器傳遞信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述第二過程接口元件提 10供數(shù)字輸出，而且所述過程設(shè)備還包括第二復(fù)用器，所述第二復(fù)用器耦合至所述控制器和所述多個(gè)第二端子，以接收多個(gè)數(shù)字輸入，并基 于所述數(shù)字輸入中至少一個(gè)而向所述控制器傳遞信號。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述第二過程接口元件是 致動(dòng)器，而且所述過程設(shè)備還包括第二復(fù)用器，所述第二復(fù)用器耦合 至所述控制器和所述多個(gè)第二端子，以基于來自所述控制器的命令信 號而在所述多個(gè)第二端子上提供多個(gè)數(shù)字輸出。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，所述控制器是微處理器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述微處理器是低功率 微處理器。
11、根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述微處理器具有用戶可選擇的時(shí)鐘速度。
12、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，還包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器耦 合至所述控制器，并適于存儲(chǔ)由用戶產(chǎn)生的控制算法。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述控制算法包括一系 列邏輯條件。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述存儲(chǔ)器是低功率存儲(chǔ)器。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述存儲(chǔ)器是堆疊式存 儲(chǔ)器。
16、根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述控制器適于連續(xù)執(zhí)行所述控制算法。
17、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備位于防爆外殼內(nèi)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備，其中，所述端 口是RJ-45端口。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備，其中，所述端 口適于現(xiàn)場安裝。
全文摘要
一種具有多個(gè)隔離連接(56、58、60、62)的現(xiàn)場安裝的過程設(shè)備(116)，包括可以作為輸入或輸出的連接。給定的輸入或輸出可以分別耦合至多個(gè)傳感器或致動(dòng)器。過程設(shè)備(116)可以整個(gè)通過其通信I/O端口(122)來供電。過程設(shè)備包括控制器(40)，所述控制器適于測量耦合至輸入連接的傳感器的一個(gè)或更多個(gè)特性，并控制耦合至輸出連接的致動(dòng)器。所述控制器(40)還適于執(zhí)行由用戶產(chǎn)生的控制算法，該算法把過程輸入信息與過程輸出命令進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
文檔編號G06F1/16GK101223487SQ200680025970
公開日2008年7月16日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者埃里克·D·羅特伏德, 約翰·P·布萊韋, 羅伯特·J·卡斯克里亞, 馬科斯·佩盧索 申請人:羅斯蒙德公司