[发明专利]在自动化技术中使用的测量换能器供电单元和系统以及操作该系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在自动化技术中使用的测量换能器供电单元和系统以及操作该系统的方法。

背景技术

用于记录和/或控制过程变量的多种现场单元被运用在过程自动化工程中。这种类型的现场单元的示例包括水平测量装置、质量流量计、压力和温度测量装置、PH计和氧化还原电位计、电导计等，其作为传感器记录相应的过程变量，诸如填充水平、流量、压力、温度、PH值和电导率值。

为了影响过程变量，使用了所谓的致动器，例如控制管道区段内液体流量的阀门，或者改变容器内填充水平的泵。

多种此类现场单元是通过Endress+Hauser公司制造和销售的。

所述现场单元常常连接到上级单元，例如控制系统或控制单元。这些上级单元用于过程控制、过程可视化或者过程监测。

现场单元与上级单元之间的能量和/或信号传输往往是按照已知的4至20mA标准进行，其中4至20mA电流环或双线线路在现场单元和上级单元之间运行。

HART协议是以4至20mA标准为基础的。借助于HART协议和因此启用的双向通信，可以非常灵活地确定上述现场单元的参数并使之投入运行，而且存储在该装置上的数据记录也容易被获取。因此，HART协议通过控制单元使得现场单元能够非常简单的操作。

为此，将待传输的数据调制成4至20mA信号或者4至20mA电流环，以保证现场单元和控制单元之间的数字通信，同时进行模拟信号传输。

如果，例如现场单元是传感器，则将通过传感器记录的测量值以模拟电流信号的形式经由双线线路传输到上级单元。传感器的测量范围与4至20mA电流信号呈线性关系。同时，通过数字HART通信可使用双向通信，例如，使用控制单元执行现场单元的参数化。

除HART协议之外，存在其它协议可提供与HART类似的功能，诸如基金会现场总线(FoundationFieldbus)和/或过程现场总线(ProfibusPA)。

现场单元的能量供应也是通过4至20mA电流信号发生，使得除双线线路以外不再需要别的供应线路。通常，能量供应不是通过上级单元而是通过测量换能器供电单元实现，测量换能器供电单元连接到4至20mA电流环或双线线路并且通常与上级单元分开布置。

对于爆炸危险区域内现场单元的使用，关于本质安全的特定措施是必需的。因而，在位于安全区的上级单元与位于本质安全区的现场单元之间的信号传输需要电流隔离。

从现有技术水平，已知的控制单元被物理连接到4至20mA电流环用以与现场单元通信，从而能够借助HART协议通过4至20mA电流环对现场单元进行控制。如上所述，这种控制单元的缺点是，其需要物理连接到或分接到4至20mA电流环。为此，双线线路必须经过修改，例如被剥离和/或切割，以使得能够与控制单元连接。因此，传输现场单元测量值的实际模拟电流信号在控制单元的连接过程期间是不被传输的。换言之，测量值的模拟传输被中断。

从现有技术水平还了解到，无线电模块被用于促进现场单元的操作。解决方案是已知的，其中现场单元具有集成的无线电模块。然而，现场单元加装无线电模块也是已知的，那么使得可以利用同样配备了无线电单元的控制单元来操作现场单元。

这种解决方案的缺点在于，无线电模块除现场单元以外还需要能量供应。如上所述，通过4至20mA电流环来向现场单元和无线电模块提供电能。如上所述，向4至20mA电流环供应电能，例如，是通过测量换能器供电单元进行的。这提供了在电流环中调整电流值所需的电压。通常，使用信号线路时可以供应到电流环的能量不足以为现场单元提供操作集成的无线电模块所需的能量。

这种缺点的补救办法已经找到，如DE102004020393A中所提出的，即以电池形式为无线电模块提供单独的能量供应。

但是，上述解决方案的缺点在于，事实上这种维护特别是监测电池的状态，需要来自这样的现场单元的操作人员的大量努力，。

此外，上述解决方案的另一缺点在于，事实上装配无线电模块的现场单元并非永久可控，这意味着无法排除或是预防误操作或者甚至是蓄意操纵。因而，例如，会发生处于无线电模块的无线通信范围之内的操作人员，会不小心连接到现场单元，由此触发现场单元的意外操作。除了这种意外操作之外，还可以发生操纵这种装配无线电模块的现场单元的蓄意行为。特别是在大型自动化工厂中，现场单元大面积分布，对于现场单元的有效控制极其困难，并且无法排除操纵现场单元事件的发生，例如，以黑客攻击的形式。

发明内容

本发明是基于为自动化技术中所使用的现场单元创造更为简易的操作的目标。