專利名稱：用于穩(wěn)定多個現(xiàn)場設(shè)備的電源的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于穩(wěn)定多個現(xiàn)場設(shè)備的電源的方法。
背景技術(shù)：
在自動化和過程控制技術(shù)中，現(xiàn)場設(shè)備經(jīng)常應(yīng)用于檢測過程變量(傳感器)和控制控制變量(致動器)。
已知用于確定流量、加料位、差壓、溫度等的現(xiàn)場設(shè)備。為了探測相應(yīng)的過程變量，例如質(zhì)量或體積流速、加料高度、壓力、溫度等，現(xiàn)場設(shè)備緊鄰相關(guān)過程元件放置。
現(xiàn)場設(shè)備發(fā)送代表采樣過程變量的測量值的測量信號。這個測量信號被發(fā)送至中央控制單元(例如，控制室或過程控制系統(tǒng))。通常，整個過程控制從控制單元開始，不同現(xiàn)場設(shè)備的測量信號在該控制單元被評估并且基于評估而處理用于致動器的控制信號，然后致動器相應(yīng)地影響控制的方向。
致動器的一個例子是可控閥，其穩(wěn)定在一段管線中的液體或氣體的流量。
現(xiàn)場設(shè)備和控制單元之間的信號傳輸可以以數(shù)字形式發(fā)生在數(shù)據(jù)總線上。已知的用于這種信號傳輸?shù)膰H標準是PROFIBUS、FOUNDATION FIELDBUS和CAN-Bus。在可編程現(xiàn)場設(shè)備的情況中，通常使用ASIC(專用集成電路)或SMD(表面安裝設(shè)備)。
于是，在可編程現(xiàn)場設(shè)備的情況中，甚至有更多的“智能”被移入現(xiàn)場，到實際使用的位置。
現(xiàn)場設(shè)備的相應(yīng)控制程序在現(xiàn)場設(shè)備中存儲在非易失性存儲器中，并且在微處理器中執(zhí)行，該微處理器控制現(xiàn)場設(shè)備的操作、測量和控制功能。
通常，通過數(shù)據(jù)總線向現(xiàn)場設(shè)備提供電流?，F(xiàn)場設(shè)備的電流消耗依賴于多種因素，并且通常在時間上不是恒定的。在獲得測量值期間，需要增加的電流需求(峰值負載)。在間歇中，較低的電流需求(基本負載)就足夠。每一現(xiàn)場設(shè)備的電流消耗由硬件設(shè)置在固定的消耗值。通常，為了保證現(xiàn)場設(shè)備總是具有對于其所有功能的足夠的電流，消耗值對應(yīng)于峰值負載。這意味著在間歇期間消耗了不必要的電流。
在新近的現(xiàn)場設(shè)備中，消耗值處于峰值負載和基本負載之間。然而，這意味著，為了在發(fā)生測量的時間期間覆蓋能量需求，這些現(xiàn)場設(shè)備必須包含一儲能器。一旦儲能器被完全充滿，提供的高于基本負載的能量必須通過無用的轉(zhuǎn)化為熱而浪費。
數(shù)據(jù)總線上僅可以提供一定量的電流(極限值)。即，可以連接至數(shù)據(jù)總線的現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)目是有限的。獨立現(xiàn)場設(shè)備的消耗值之和必須不超過極限值。如果盡可能多的現(xiàn)場設(shè)備被連接至現(xiàn)場總線，則獨立現(xiàn)場設(shè)備的消耗值必須保持得盡可能低，并且，這意味著結(jié)果是對于獨立現(xiàn)場設(shè)備的低測量速率。
如果獨立現(xiàn)場設(shè)備的消耗值必須被降低，因為另一現(xiàn)場設(shè)備要連接至現(xiàn)場總線，這可能手動完成，這很昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種方法，其能夠簡單、匹配需求且經(jīng)濟地調(diào)節(jié)各個現(xiàn)場設(shè)備的消耗值。
這個目的通過下面的方法得以實現(xiàn)，該方法用于穩(wěn)定連接至現(xiàn)場總線并且被通過數(shù)據(jù)總線上的電流供電的多個現(xiàn)場設(shè)備的電源，其中每一現(xiàn)場設(shè)備的電流消耗是可調(diào)的，該方法包括以下步驟確定連接至數(shù)據(jù)總線的各個現(xiàn)場設(shè)備的電流需求，確定或計算數(shù)據(jù)總線的電流負載，以及在數(shù)據(jù)總線上發(fā)送用于穩(wěn)定各個現(xiàn)場設(shè)備的電流消耗的控制信號，該電流消耗作為數(shù)據(jù)總線的電流負載的函數(shù)。
本發(fā)明的一個基本想法是基于數(shù)據(jù)總線的電流負載控制提供給包括所有現(xiàn)場設(shè)備在內(nèi)的多個現(xiàn)場設(shè)備的電流。這樣，連接至數(shù)據(jù)總線的現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)目能夠增加(節(jié)約成本)，或者現(xiàn)場設(shè)備的測量速率能夠增加。
控制信號可以具有優(yōu)點地從過程控制系統(tǒng)或一個現(xiàn)場設(shè)備中發(fā)出。
在本發(fā)明的進一步發(fā)展中，控制信號可以從連續(xù)的授權(quán)的現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出。
本發(fā)明還包括用于執(zhí)行該方法的設(shè)備。


現(xiàn)在將根據(jù)附圖，更加詳細的解釋本發(fā)明，附圖中圖1示意性地表示了具有多個現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)；和圖2示意性地表示了一現(xiàn)場設(shè)備。
具體實施例方式
圖1顯示了包括多個現(xiàn)場設(shè)備和一過程控制系統(tǒng)PLS的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)DBS?，F(xiàn)場設(shè)備包括傳感器S和致動器A。數(shù)據(jù)總線的參與者連接在現(xiàn)場總線DBL上。過程控制系統(tǒng)PLS通常放置在控制室中，整個過程控制從該控制室集中發(fā)生。傳感器S和致動器A“現(xiàn)場”放置在分離的過程元件(罐、加料設(shè)備、管線等)處。傳感器S1、S2和S3在每一情況中在一特定過程元件處檢測例如過程變量溫度T、壓力P和流量F。致動器A1和A2是例如閥控制器，其穩(wěn)定通過一段管線的液體或氣體的流量。根據(jù)國際標準傳輸技術(shù)(例如RS 485或IEC1158)，利用特殊協(xié)議(例如，PROFIBUS或FOUNDATIONFIELDBUS，CAN-Bus)，以已知的方式進行過程控制系統(tǒng)PLS、傳感器S和致動器A之間的數(shù)據(jù)通信。
僅有一定量的電流(極限值)可以在數(shù)據(jù)總線上提供。這依賴于應(yīng)用(Ex-區(qū)，非Ex-區(qū))。
圖2更具體地顯示了作為現(xiàn)場設(shè)備的一個例子的傳感器S1。傳感器S1直接連接至數(shù)據(jù)總線DBL。連接是利用T聯(lián)結(jié)器T實現(xiàn)的，該T聯(lián)結(jié)器T在數(shù)據(jù)線DL1上與現(xiàn)場總線接口FBS連接。現(xiàn)場總線接口FBS通常也被稱為媒體訪問單元(MAU)，其支持對應(yīng)于所選擇的傳輸技術(shù)的所有發(fā)送和接收功能，并且負責傳感器S1的電流供應(yīng)。數(shù)據(jù)線DL2從現(xiàn)場總線接口FBS引至通信單元KE，通信單元KE讀取來自數(shù)據(jù)總線的電報或者其自身將電報寫至數(shù)據(jù)總線。通信單元KE通常為調(diào)制解調(diào)器-ASIC形式提供，在數(shù)據(jù)線DL3上連接至微處理器μP。μP的控制程序存儲在非易失性存儲器EE中，該非易失性存儲器EE是電可擦除且可重編程的存儲器(Flash-Memory或Flash-EPROM)。微處理器μP還與接口S連接，該接口S用于連接至外部存儲單元，例如便攜式個人計算機。來自外部存儲器的控制程序和數(shù)據(jù)可以通過接口S傳輸至現(xiàn)場設(shè)備。另外還有以存儲器(RAM)和一顯示及操作單元AB連接至該μP。另外，微處理器μP還通過A/D轉(zhuǎn)換器AD與測量值接收機MWA連接。A/D轉(zhuǎn)換器將接收機MWA的模擬測量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字測量信號，該數(shù)字測量信號在微處理器μP中經(jīng)處理。
控制線SL從微處理器μP的控制輸出A1延伸至開關(guān)SR，該開關(guān)SR與現(xiàn)場總線接口FBS的控制輸入E1連接并且通過多個可交替選擇的電阻R1、R2、R3、R4接地。還可以想象到，電阻的持續(xù)調(diào)節(jié)。
調(diào)節(jié)的其它可能是場效應(yīng)晶體管或可控電流及電壓源。
現(xiàn)場總線接口FBS負責傳感器S1的整個電流供應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明，傳感器S1的電流供應(yīng)作為控制輸入E1和接地零點之間的電阻的函數(shù)，是可變的。傳感器S1的電流需求依賴于此刻是否得到測量值。在測量階段期間，需要增加的電流需求(峰值負載)。在測量暫停期間，較低的電流供應(yīng)(基本負載)通常是足夠的。
現(xiàn)在詳細解釋本發(fā)明的方法。在方法的第一個步驟中，由此刻工作的控制單元確定連接至數(shù)據(jù)總線DBL的各個現(xiàn)場設(shè)備的電流需求。工作控制單元可以是過程控制系統(tǒng)PLS或現(xiàn)場設(shè)備S1、S2、S3、A1或A2中的一個。電流需求的確定還可以由服務(wù)技術(shù)員完成或者在設(shè)備打開時由控制單元完成。
在填充罐期間，可以需要增加加料位傳感器的測量速率，以保證安全加料。為了得到較高的測量速率，需要較高的電流消耗。
連接至數(shù)據(jù)總線DBL的現(xiàn)場設(shè)備的電流負載被確定或計算。
另外，還可以檢測可能的過載。
在方法的下一步驟中，控制信號被發(fā)送至相應(yīng)于數(shù)據(jù)總線的電流負載的各個現(xiàn)場設(shè)備。這些控制信號穩(wěn)定各個現(xiàn)場設(shè)備的電流消耗。
這樣，各個現(xiàn)場設(shè)備的電流消耗可以與過程條件匹配。
控制信號可以或者由過程控制系統(tǒng)PLS產(chǎn)生，或者在另一實施例中由一個現(xiàn)場設(shè)備而產(chǎn)生。
還可以想見授權(quán)的傳遞，以產(chǎn)生從一個現(xiàn)場設(shè)備到另一現(xiàn)場設(shè)備的控制信號。
本發(fā)明還包括用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的設(shè)備。
在另一實施例中，連接至現(xiàn)場總線DBL的所有現(xiàn)場設(shè)備都在基本電流模式中操作。只有擁有授權(quán)(令牌)的一個或多個現(xiàn)場設(shè)備被允許切換為峰值負載模式。隨著授權(quán)(令牌)的傳遞，特定的現(xiàn)場設(shè)備自動切換回基本電流模式。還可以想見現(xiàn)場設(shè)備之間的多個令牌的傳遞。
權(quán)利要求
1.用于穩(wěn)定連接至數(shù)據(jù)總線(DBL)并被通過數(shù)據(jù)總線(DBL)提供電流的多個現(xiàn)場設(shè)備(S1、S2、S3、A1、A2)的電源的方法，其中現(xiàn)場設(shè)備(S1、S2、S3、A1、A2)的電流消耗是可調(diào)的，該方法包括步驟a)確定連接至數(shù)據(jù)總線(DBL)的現(xiàn)場設(shè)備(S1、S2、S3、A1、A2)的電流需求，b)根據(jù)情況確定或計算現(xiàn)場總線(DBL)的電流負載，以及c)在數(shù)據(jù)總線(DBL)上傳送用于穩(wěn)定各個現(xiàn)場設(shè)備(S1、S2、S3、A1、A2)的電流消耗的控制信號，該電流消耗作為數(shù)據(jù)總線(DBL)的電流負載的函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中控制信號從過程控制系統(tǒng)(PLS)發(fā)出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中控制信號從現(xiàn)場設(shè)備(S1、S2、S3、A1、A2)之一發(fā)出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中對于傳送控制信號的授權(quán)從一個現(xiàn)場設(shè)備(S1、S2、S3、A1、A2)傳遞至另一個。
5.用于穩(wěn)定連接至數(shù)據(jù)總線(DBL)并被通過數(shù)據(jù)總線(DBL)提供電流的多個現(xiàn)場設(shè)備(S1、S2、S3、A1、A2)的電源的方法，其中現(xiàn)場設(shè)備(S1、S2、S3、A1、A2)的電流消耗是可調(diào)的，該方法包括步驟a)在基本電流模式中操作沒有授權(quán)的現(xiàn)場設(shè)備(S1、S2、S3、A1、A2)，b)在峰值電流模式中操作現(xiàn)場設(shè)備(S1、S2、S3、A1、A2)中具有授權(quán)的一個，以及c)將授權(quán)傳遞至另一現(xiàn)場設(shè)備(S1、S2、S3、A1、A2)。
6.用于執(zhí)行如上面任一權(quán)利要求所述的方法的設(shè)備。
7.現(xiàn)場設(shè)備，其在數(shù)據(jù)總線(DBL)上連接至一過程控制系統(tǒng)(PLS)，并被通過數(shù)據(jù)總線提供電流，其特征在于，該現(xiàn)場設(shè)備的電流消耗是可以在現(xiàn)場設(shè)備處手動調(diào)節(jié)的。
全文摘要
在一種用于穩(wěn)定多個現(xiàn)場設(shè)備S1、S2、S3、A1、A2的電源的方法中，確定各個現(xiàn)場設(shè)備S1、S2、S3、A1、A2的電流需求，并且利用相應(yīng)的控制信號調(diào)節(jié)現(xiàn)場設(shè)備S1、S2、S3、A1、A2的電流消耗，其中，多個現(xiàn)場設(shè)備S1、S2、S3、A1、A2連接至數(shù)據(jù)總線DBL并且被通過數(shù)據(jù)總線DBL提供電流。這樣，各個現(xiàn)場設(shè)備S1、S2、S3、A1、A2的電流消耗可以被集中調(diào)節(jié)并且由此匹配過程條件。
文檔編號H02J13/00GK1585919SQ02822331
公開日2005年2月23日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月12日
發(fā)明者斯特凡·邁爾 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司