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1、自动化技术的现场设备用的自供电的现场设备或者自供电的无线电适配器的制作方法专利名称：自动化技术的现场设备用的自供电的现场设备或者自供电的无线电适配器的制作方法技术领域：本发明涉及一种自动化技术的现场设备用的自供电的现场设备或者自供电的无 线电适配器，通过分配给或者可以分配给现场设备或者无线电适配器的供电单元向该现场 设备/无线电适配器供给有限的能量。背景技术：在过程自动化技术领域中经常使用现场设备，这些现场设备用于检测和/或者影 响过程变量。用于检测过程变量的是传感器，例如像料位测量设备、流量测量设备、压力和 温度测量设备、PH氧化还原电位测量设备、电导率测量设备等，这些传感器检测相应的过 程
2、变量料位、流量、压力、温度、PH值或电导率。用于影响过程变量的是执行器，例如像阀 门或者泵，通过这些执行器可以改变管道段内液体的流量或容器内的料位。原则上，在过 程附近使用的和提供或者处理对过程至关重要的信息的所有设备都称为现场设备。除了 先前所提及的传感器和执行器外，如下这种单元一般也称为现场设备，这些单元直接与现 场总线连接并且用于与上位单元通信，例如像Remote 1/0(远程I/O)、Gateway (网关)、 Linking Device (链接设备)和Wireless Adapter (无线适配器)。大量这种现场设备由 Endress+Hauser集团制造和销售。在现代化的工业设备
3、上，现场设备一般通过总线系统(ftOfibus foundation FieldbUS、HART 等)与上位单元连接。正常情况下，上位单元是引导系统或控制单元，例 如像SPS (存储器可编程控制系统)或者PLC(可编程逻辑控制器)。上位单元此外用于过 程控制、过程可视化、过程监控以及用于调试运行现场设备。由现场设备，特别是由传感器 检测到的测量值通过所连接的总线系统传送到一个上位单元或者需要时也传送到多个上 位单元。此外，也需要从上位单元通过总线系统向现场设备进行数据传输；这种数据传输特 别是用于对现场设备进行配置和参数设定或者用于诊断目的。总体来说，现场设备通过总 线系统由上位单元来操作。除
4、了现场设备与上位单元之间的有线连接的数据传输之外，也存在无线的 (wireless)数据传输的可能性。特别是在总线系统Irofibus 、Foundation Fieldbus 和HART 中，详细说明了通过无线电的无线数据传输。此外，用于传感器的无线网络在标 准IEEE 802. 15. 4中作了详细说明。为了实现无线数据传输，更新型的现场设备，特别是传 感器和执行器，部分构成为无线电现场设备。这些无线电现场设备一般具有作为集成组成 部分的无线电单元和电源。在此，无线电单元和电源可以设置在现场设备自身内或者设置 在与现场设备持久连接的无线电模块内。通过电源可以实现现场设备的自供电。此外，存在
5、如下的可能性，S卩，不带有无线电单元的现场设备通过与具有无线 电单元的无线适配器连接而扩充成无线电现场设备。相应的无线适配器例如在文献WO 2005/103851A1中有所介绍。无线适配器一般与现场设备的现场总线通信接口以可松开的 方式连接。现场设备可以通过现场总线通信接口将有待通过总线系统传送的数据发送到无线适配器上，该无线适配器然后将这些数据通过无线电传送到目的地。反过来，无线适配器 可以通过无线电接收数据并通过现场总线通信接口继续传递到现场设备。对现场设备的电 功率的供应于是一般通过无线适配器的供电单元来进行。在自供电的无线电现场设备和无线适配器中，例如与上位单元的通信一般通过无 线电现
6、场设备的或者无线适配器的无线接口来展开。附加地，这种无线电现场设备或无线 适配器一般具有有线连接的通信接口。例如在HART标准中，无线电现场设备除了无线接 口之外，还必须具有有线连接的通信接口。通过这种有线连接的通信接口，可以通过服务 和/或者操作单元，例如像与有线连接的通信接口连接的手持通信器，例如在现场对无线 电现场设备或无线适配器进行配置。此外，有线连接的通信接口可以构成为现场总线通信 接口，从而展开关于这方面的符合总线系统，例如像符合标准化的总线系统ftOfibus 、 inundation Fieldbus或者HART 之一的通信。通过这种现场总线通信接口，无线电现 场设备或无线适配
7、器也可以与相应的有线连接的现场总线连接。无线适配器或者无线电现场设备的供电单元或电源例如是设置在无线适配器或 无线电现场设备内的电池、燃料电池、太阳能供电装置和/或者蓄电池。如果现场设备或者无线电适配器由供电单元来供给有限的能量供应，那么在足 够的防爆方面可能出现问题。问题表明，只要现场设备或无线电适配器要与更高的电源 连接或者当现场设备内或者无线电适配器内存在组件时，就产生比供电单元更高的电 压。在这种情况下，现场设备或者无线电适配器的被供应电压的部分必须具有如下阻挡层 (Barriere)，该阻挡层实现下面所提及的两个目的-防止到供电单元的反向充电电流-反极性保护(Verpolschutz
8、)。在存在爆炸危险的区域内，必须附加地满足下列要求-在将供电单元分离开时防止形成火花-内部的电荷存储器或电源对外隔离。上述问题的一种公知的解决方案提出一种由串联的二极管组成的阻挡层。例如， 通过三个二极管的串联可以实现防爆类别ex-ia。所公知的解决方案的缺点在于，二极管上 的电压降导致相对高的损耗功率，这不利地反映在供电单元，特别是电池的，使用寿命上。 电压降随着从电池中流出的电流的增加而变大。另一种实现部分上述目的所公知的解决方案设置有电子电路，这些电子电路通常 集成在电路中并且普遍称为“理想二极管”。在这些电路中测定电流流动方向并且在流动方 向错误时借助开关，例如借助FET(场效应晶体管
9、)，来中断电流。这种方法的缺点是电路的 反应时间相对长在将电池分离开时存在形成火花的危险，这一点在存在爆炸危险的区域 内会造成灾难性的后果。由于这些电路的反应太慢，大于40 J的电荷量会穿透该阻挡层， 这一点在防爆环境的区域内是不允许的。发明内容从前面介绍的现有技术出发，本发明的目的在于，提出一种装置，利用该装置，在 有限的能量储备可供现场设备使用的所述现场设备中，可以将电压降并因此将损耗功率降 到最低。该目的通过如下方式得以实现，即，在供电单元与内部电源之间布置有由带有至 少两个并联二极管的至少一个二极管组构成的阻挡层，该内部电源的电压超过或者可以暂 时超过供电单元的电压，该阻挡层对于供电单
10、元阻断从内部电源到供电单元或者到现场设 备或无线电适配器的接线端子的反向充电电流。在至少两个并联的和结构相同的二极管 上，电压降几乎相同，而且电流至少近似相同地分布到至少两个二极管上。由此减弱在电流 变大的情况下电压上升的效应。与所公知的串联相反，二极管的并联使得负载下正向电压 升高的效应明显降低。此外，依据本发明实现的是，仅受到限制的、最大允许的能量在电池 与现场设备或者与适配器分离开时进入该过程。因此，依据本发明的装置也可以在存在爆 炸危险的区域内使用。具有优点的构造方式设置为现场设备或者无线电适配器分配有无线电模块，并 且现场设备通过无线电模块和无线网络与上位控制单元通信。此外，在这种联
11、系中提出，将 无线电模块集成在无线电适配器或无线适配器中，该无线电适配器或无线适配器通过设置 在现场设备上的第一接口和设置在无线电适配器上的第二接口以及相应的连接线路与现 场设备连接。对此的进一步的细节在本专利申请的说明书前文中已经做了详细介绍。作为选择，现场设备本身没有自己的供电装置，而是通过无线电适配器来外部供 电。在这种情况下，将供电单元集成到无线电适配器中，并且供电单元与无线电适配器之间 的数据交换和供电通过两条相同的连接线路来进行。对此的进一步的细节在本专利申请的 说明书前文中已经做了详细介绍。优选地，在自供电的现场设备或自供电的无线电适配器的情况下，将供电单元直 接集成到现场设备中
12、。对此的进一步的细节在本专利申请的说明书前文中已经做了详细介绍。依据本发明的现场设备或依据本发明的无线电适配器的特别具有优点的构造方 式提出，阻挡层由三个串联的二极管对组成，其中，二极管对的二极管并联。利用这种构造 方式可以实现防爆类别ex-ia。这种防爆类别要求三倍冗余的二极管，也就是说，在两个二 极管发生故障的情况下仍然保证电路的正常功能。优选地，二极管是肖特基二极管。拿MBR0520型肖特基二极管作为例子。肖特基 二极管与其他二极管相比的优点是，在肖特基二极管上，电压降相对小并且肖特基二极管 具有相对快的反应时间。所述二极管对或所述二极管组的二极管以具有优点的方式如此地构造，即在供电 单
13、元与现场设备或者无线电适配器分离开时，使最大40 J或40 VAs到达现场设备的接 线端子或无线电适配器的接线端子，特别是到达所分配的供电单元的接线端子。作为供电单元，在与本发明的联系中优选考虑电池。作为选择，也可以使用燃料电 池、太阳能供电装置或者蓄电池。正如在前面段落已经介绍的那样，结合本发明，现场设备或无线电适配器与上位 控制单元之间的通信在自动化技术领域常用的通信协议之一的基础上实现。借助后面的附图对本发明进行详细说明。其中图1示出具有多个现场设备的无线网络的示意图2示出依据本发明的无线适配器的优选构造方式的方框图；图3示出依据本发明的装置的示意图；图4示出由三个串联的二极管组构成的阻
14、挡层，其中，每个二极管组由个并联的 二极管组成；以及图5示出由三个串联的二极管组构成的阻挡层，其中，每个二极管组由两个并联 的二极管组成。具体实施例方式图1示出具有多个现场设备1和一个网关G的无线网络，这些现场设备各自构成 为无线电现场设备。现场设备1相互间并且与网关G都分别保持无线电连接FV，这一点在 图1中通过虚线示出。由于现场设备1和网关G分别通过多个无线电连接FV保持连接，所 以即使在无线电连接FV之一发生故障的情况下，通过其他无线电连接FV之一仍可以维持ififn。作为用于无线电连接FV的无线电传输技术，例如适用的是Frequency Hopping Spread Spectrum
15、(FHSS，跳频展频)或者Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS，直接序 列展频)方法。由于所需的发射功率低，超宽带技术(UWB)也非常适用。网关G可以是远程传输单元，例如Endress+Hauser公司的产品“Fieldgate”。在 这种情况下，网关G可以在全球例如通过因特网、GSM(全球移动通信系统)或者固定网络 与上位单元通信。此外，(未示出的)上位单元和/或者(未示出的)操作装置也可以直 接通过相应的无线电连接与所示的无线网络通信。图2示出依据本发明的无线适配器2的优选构造方式的示意图。在所示的例子中， 传统地构成的现场设备1通过连接线路14与无线
16、适配器2连接。通过连接无线适配器2， 将现场设备1扩充成无线电现场设备，例如像图1中通过现场设备1所示的那样。现场设备1由测量值接收器或传感器15和测量变换器16组成。现场设备1可以 (正如此前已经详细阐述的那样)被设计用于确定和/或者影响任意的过程变量。在无线电适配器2内，优选在印制电路板上布置有不同的部件。无线电适配器2 通过接口 12和连接线路14与测量变换器16保持连接。与接口 12连接的是用于电压转换 的组件4和通信模块8或通信接口 8。在本发明的意义上，用于电压转换的组件是内部电源 4。用于电压转换的组件4与通信模块8和微处理器9连接。现场设备1和无线适配器2相互保持通信连接。有线连接的通信接口 7a、7b优选 是HART 通信接口。为通信接口 7a、7b分配有功能单元，该功能单元通过通信接口 7a来 发射和/或者接收数字信号(例如相应于HART 标准)。通过通信接口 7a，现场设备1也 可以(替代所示的与无线适配器2的连接)与在自动化技术中常用的现场总线系统(例如 HART 现场总线系统)连接。
