回路供电现场设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于确定过程变量并且经由双线电流回路向远程地点提供表示过程变量的测量信号的回路供电现场设备，回路供电现场设备包括：用于确定过程变量的测量设备；用于将测量信号提供到双线电流回路并将来自双线电流回路的功率提供到测量设备的回路接口电路。该回路接口电路包括：电流控制电路，该电流控制电路连接到双线电流回路及测量设备，并且电流控制电路可由测量设备控制以向双线电流回路提供测量信号；第一转换器，具有与电流控制电路串联从而连接到双线电流回路的输入、以及用于向测量设备提供功率的输出；以及电压调节电路，用于通过控制第一转换器的输入的输入电压将电流控制电路的电压调向期望电压。

【技术实现步骤摘要】
回路供电现场设备
本专利技术涉及一种用于确定过程变量并经由双线电流回路向远程地点提供表示所述过程变量的测量信号的回路供电现场设备。本专利技术还涉及一种将来自双线电流回路的功率提供给回路供电现场设备的回路接口电路和方法。
技术介绍
现场设备(诸如雷达物位计)适用于测量产品的高度，所述产品诸如过程流体、颗粒料及其他材料。这样的雷达物位计的示例可以包括：微波单元，用于向表面传送微波并且接收从表面反射的微波；处理电路，其被设置成与微波单元通信并基于传送的微波和接收到的微波之间的关系来确定高度；接口，用于在所述雷达物位计的外部连接处理电路；以及功率管理电路，其为微波单元和处理电路提供运行功率。为了确保接收到的回波具有符合要求的信号电平，发射的微波必须具有足够的功率电平。处理接收信号也需要足够大的功率，并且在某些情况下在处理期间会增加处理器的时钟频率以便于能够高速计算。综合地，这导致了在测量周期的某些部分期间的功率的增加需求。对于调频连续波(FMCW)系统，功率需求尤其高。然而，因为在上文所讨论的现场设备以及其他的现场设备中，能量通常为稀缺性资源，所以在实际中实现功率供给是相对困难的。特别地，有限的可用功率在使用双线电流回路来进行通信及供电的系统中是个问题。用于测量罐内的高度的雷达物位计以及其他类型的现场设备通常可以借助于双线接口与远程地点(诸如控制室)通信，在该双线接口中，只有两条线既用于为传感器提供有限的功率又用于传达现场设备所确定的表示过程变量的测量信号。接口可以是具有或不具有叠加数字通信的4-20mA工业回路，或是其他的双线现场总线，例如基金会现场总线(FF)或过程现场总线(Profibus)。回路供电现场设备因此需要既能够向双线电流总线提供测量信号，又能够从双线电流总线汲取用于现场设备的运行的功率。根据一个公知的配置，可控电流源和调节变换器沿双线控制回路串联。在这样的配置中，使用可控电流源将测量信号提供到双线电流总线，该可控电流源可以可控地控制双线电流回路上的直流电流和/或调制所述电流以提供数字数据，且调节变换器将调节后的输入电压转换成用于向现场设备供电的输出电压。对于各种现场设备，特别是各种新近的雷达物位计，上述配置不能够在所有运行情况/条件下向现场设备提供足够的功率。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述问题，并为回路供电现场设备提供更加有效的供电。根据本专利技术的第一方面，因此提供了一种用于确定过程变量并经由双线电流回路向远程地点提供表示过程变量的测量信号的回路供电现场设备。回路供电现场设备包括：用于确定过程变量的测量设备；用于将测量信号提供到双线电流回路并将来自双线电流回路的功率提供到测量设备的回路接口电路，其中回路接口电路包括：电流控制电路，该电流控制电路连接到双线电流回路及测量设备，电流控制电路可由测量设备控制以将测量信号提供到双线电流回路；第一转换器，该第一转换器具有与电流控制电路串联从而连接到双线电流回路的输入、以及用于向测量设备提供功率的输出；电压调节电路，该电压调节电路用于通过控制第一转换器的输入的输入电压将电流控制电路的电压调向期望电压。为此，电压调节电路可以连接到第一转换器，并且被配置以调节第一转换器的输入端的输入电压，从而将电流控制电路的电压调向期望电压。第一转换器将来自双线电流回路的输入功率转换成用于向测量设备供电的输出功率。为此，第一转换器可以被配置以将输入端的输入电压转换成输出端的输出电压。电压调节电路被设置成感测表示电流控制电路的电压的性质。从这个意义讲，电压调节电路可以说是被连接到电流控制电路。特别地，电压调节电路被配置成调节第一转换器的输入的输入电压从而在回路电压变化时将电流控制电路的电压调向期望电压。回路电压通常由远程主机确定，并且可以取决于特定配置而变化，例如取决于连接到双线电流回路的现场设备的数量、回路线有多长等而变化等，和/或取决于连接到双线电流回路的现场设备的功耗而变化。“现场设备”应当理解为确定过程变量并且向远程地点传送表示过程变量的测量信号的任何设备。现场设备的示例包括用于确定过程变量诸如装料高度、温度、压力、流体流动等的设备。本专利技术基于如下实现：可以在确保电流控制电路总是存在足够的电压以用于从现场设备向远程地点提供测量信号的情况下，通过允许转换器的输入端的电压响应于回路电压的变化而变化，实现从双线电流回路到现场设备的简单而有效的供电。因此，双线电流回路上的总可用功率的一大部分可以用于为现场设备供电而不用考虑回路电压。这与背景部分所描述的配置形成对比，在背景部分所描述的配置中，调节变换器设置成与电流控制电路串联，并且该调节变换器将调节后的输入电压转换成用于向现场设备供电的输出电压。在这种现有技术配置中，调节变换器的输入电压保持恒定，这意味着调节后的输入电压不得不基于最小回路电压来确定大小，以确保来自现场设备的测量信号可以被提供到双线电流回路。结果，当回路电压高于最小双线回路电压时，双线回路上的可用额外功率不可以用于向现场设备供电。期望电压可以是高于使得电流控制电路能够提供测量信号所需的最小电压的电压。该最小电压将取决于各种因素，例如测量信号及电流控制电路的类型。例如，与提供交流信号相比，提供直流信号所需要的最小电压要低一些。此外，期望电压可以是已知为针对用于特定现场设备的所有相关运行条件为足够高的预定电压，或者可以是动态确定的期望电压。在后种情形中，期望电压可以例如为流经双线电流回路的回路电流的函数。有利地，第一转换器可以是所谓的开关转换器。在开关转换器中，功率被转换为处于期望的输出电压水平的输出。此外，电流控制电路可以被可控为以第一时间常数调节流经双线电流回路的回路电流，并且电压调节电路可以被配置成以第二时间常数调节第一转换器的输入的输入电压。有利地，第二时间常数大于第一时间常数，例如至少大10倍。有利地，第二时间常数与第一时间常数之比可以更大，例如至少50倍或更大。相应地，电流控制电路的调节可以快于转换器的输入端的输入电压的调节。因此，电流控制电路的电压被允许即刻变化以使得可以快速准确地控制回路电流以经由双线控制回路向远程地点提供测量信号。这对于现场设备在双线回路上的数字通信是特别有利地。这样的数字通信标准的示例包括可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议(HART)、基金会现场总线、过程现场总线等。根据各种不同的实施例，回路供电现场设备还可以包括连接到第一转换器的能量存储设备。通过提供这样的能量存储设备，可以将暂时过剩的能量存储起来，并在之后当现场设备工作所需的能量高于可以从双线电流回路汲取的能量的时候，使用这些过剩能量。能量存储设备可以例如包括电容器、超级电容器和/或电池或任何其他能够存储电能的设备。此外，回路供电现场设备可以包括输入端连接到第一转换器的输出端的第二转换器。通过提供这样的第二转换器，可以控制第一转换器的输出电压的任何变化，从而使得如果/当这是期望的，可以向测量设备提供调节后的电压。这对于包括存储第一转换器提供的能量的存储设备的回路供电现场设备的实施例来说可以是特别有益的。回路供电现场设备还可以包括用于限制第一转换器的输出电压的并联调节器。并联调节器可以连接在电压调节器的输出端之间以限制提供到测量设备的电压。有利地，回路供电现场设备可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.12.22 US 12/976,1251.一种用于确定过程变量并且经由双线电流回路向远程地点提供表示所述过程变量的测量信号的回路供电现场设备，所述回路供电现场设备包括：测量设备，用于确定所述过程变量；以及回路接口电路，用于将所述测量信号提供到所述双线电流回路以及用于将来自所述双线电流回路的功率提供到所述测量设备；其中所述回路接口电路包括：电流控制电路，所述电流控制电路连接到所述双线电流回路和所述测量设备，所述电流控制电路能被所述测量设备控制为向所述双线电流回路提供所述测量信号；第一转换器，该第一转换器具有与所述电流控制电路串联从而连接到所述双线电流回路的输入、以及用于向所述测量设备提供功率的输出；以及电压调节电路，用于通过控制所述第一转换器的所述输入的输入电压将所述电流控制电路的电压调向期望电压。2.根据权利要求1所述的回路供电现场设备，其中，所述期望电压高于使得所述电流控制电路能够提供所述测量信号所需的最小电压。3.根据权利要求1或2所述的回路供电现场设备，其中，所述期望电压为预定电压。4.根据权利要求1或2中任一项所述的回路供电现场设备，其中，所述第一转换器为开关转换器。5.根据权利要求1或2中任一项所述的回路供电现场设备，其中，所述电流控制电路能被控为以第一时间常数调节流经所述双线电流回路的回路电流，并且所述电压调节电路被配置成以大于所述第一时间常数的第二时间常数调节所述第一转换器的所述输入的所述输入电压。6.根据权利要求5所述的回路供电现场设备，其中，所述第二时间常数至少比所述第一时间常数大10倍。7.根据权利要求1或2中任一项所述的回路供电现场设备，还包括连接到所述第一转换器的输出侧的能量存储设备。8.根据权利要求1或2中任一项所述的回路供电现场设备，包括第二转换器，所述第二转换器具有连接到所述第一转换器的所述输出的输入端。9.根据权利要求1或2中任一项所述的回路供电现...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦尔特·尼尔森，
申请(专利权)人：罗斯蒙特储罐雷达股份公司，
类型：发明
国别省市：