ИНСТРУМЕНТ ШИНЫ И СПОСОБ ДЛЯ ПРОГНОЗИРУЕМОГО ОГРАНИЧЕНИЯ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ В ДВУХПРОВОДНОЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ШИНЕ Российский патент 2012 года по МПК G08C19/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к инструменту шины и способу для двухпроводной инструментальной шины, более конкретно к инструменту шины и способу для прогнозируемого ограничения энергопотребления в двухпроводной инструментальной шине.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Шинные контуры часто используют для подключения различных инструментов, например, в промышленном применении. Шинный контур может обеспечивать электрическую мощность для инструментов шины. Шинный контур может сделать возможной связь между инструментом шины и внешним устройством(ами). Например, шинный контур часто используют для передачи сообщений об измерениях инструмента шины, и дополнительно шинный контур может сделать возможным управление инструментом шины.

Одним из протоколов шинного контура является протокол двухпроводной шины, именуемый иногда шиной 4-20 миллиампер (мА) из-за присущих ему ограничений по мощности. Данный протокол шины может быть использован для упрощения подключения инструментов к шине с использованием только двух проводов, причем два провода обеспечивают как электроэнергию, так и электронную связь. Данный протокол шины может быть использован в опасных или взрывоопасных средах, например, когда электрическую мощность ограничивают из соображений безопасности.

Передача значений измерений в обычных протоколах двухпроводной шины содержит управление током и его изменение в заданном интервале, например между 4 и 20 мА. В данном протоколе шины условие нулевого потока обозначается путем управления током контура в шинном контуре, чтобы он составил 4 мА. Ток шинного контура, который меньше чем 4 мА, не является действительным измерением в соответствии с протоколом двухпроводной шины и может содержать фазу включения электропитания инструмента шины или некоторый другой вид сигнализации. Подобным образом, максимальная величина потока может привести к управлению током шинного контура в инструменте шины, приблизительно к 20 мА.

Главная система соединена с двухпроводным шинным контуром и обеспечивает регулируемую электрическую мощность и принимает сигналы сообщений от всех подключенных инструментов шины. Главная система транслирует величину тока (т.е. значение измерения) и передает результат измерения на внешнее устройство, например управляющий компьютер.

Ограниченный электрический ток и ограниченная электрическая мощность могут быть проблемой. Инструмент шины должен работать точно и надежно без превышения ограничений по току. Увеличенное энергопотребление в инструменте шины может вызвать необходимость превышения инструментом электрического тока, величины, заданной соответствующим протоколом. Дополнительно, в условиях минимального потока, инструмент двухпроводной шины не может потреблять более 4 мА электрического тока. Этот низкий уровень тока может быть проблемой и может быть недостаточным током для работы инструмента шины.

В некоторых вариантах воплощения, если энергопотребление достигает или превышает доступный предел мощности, может возникнуть сбойная ситуация. Сбойная ситуация в некоторых вариантах воплощения может привести к ошибочной или ненадежной работе инструмента шины. Сбойная ситуация в некоторых вариантах воплощения может привести к перезагрузке процессора или процессоров в инструменте шины.

Следовательно, желательно, чтобы энергопотребление инструментом шины поддерживалось ниже допустимого предела мощности, если это вообще возможно.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте изобретения инструмент шины, сконфигурированный для прогнозируемого ограничения энергопотребления и выполненный с возможностью использования с двухпроводной инструментальной шиной, содержит

датчик;

параллельный стабилизатор, сконфигурированный для шунтирования избыточного электрического тока; и

контроллер, соединенный с параллельным стабилизатором и датчиком, причем контроллер сконфигурирован для генерации прогнозируемой доступной мощности P_predicted, которая будет доступна инструменту шины после изменения в токе I_L контура, сравнения прогнозируемой доступной мощности P_predicted с мощностью P_t0 в текущий момент времени, содержащей мощность P_controller контроллера плюс мощность P_sensor датчика, и уменьшения мощности P_sensor датчика, если прогнозируемая доступная мощность P_predicted меньше, чем мощность P_controller контроллера плюс мощность P_sensor датчика.

Предпочтительно, контроллер дополнительно сконфигурирован для приема значения измерения с датчика и генерации прогнозируемого тока I_{L_next} контура из значения измерения, причем прогнозируемая доступная мощность P_predicted генерируется с использованием прогнозируемого тока I_{L_next} контура.

Предпочтительно, уменьшение мощности P_sensor датчика включает в себя уменьшение тока I_sensor датчика, обеспеченного для датчика.

Предпочтительно, контроллер дополнительно сконфигурирован для определения сопротивления R_L контура и напряжения V_S питания.

Предпочтительно, определение сопротивления R_L контура и напряжения V_S питания содержит предварительные этапы, на которых измеряют первое напряжение V_L1 контура при заданном первом токе I_L1 контура, измеряют второе напряжение V_L2 контура при заданном втором токе I_L2 контура и определяют сопротивление R_L контура из первого и второго напряжений V_L1 и V_L2 контура и первого и второго токов I_L1 и I_L2 контура.

В одном аспекте изобретения способ для прогнозируемого ограничения энергопотребления в инструменте шины двухпроводной инструментальной шины содержит этапы, на которых

генерируют прогнозируемую доступную мощность P_predicted, которая будет доступна инструменту шины после изменения в токе I_L контура;

сравнивают прогнозируемую доступную мощность P_predicted с мощностью P_t0 в текущий момент времени, содержащей мощность P_controller контроллера плюс мощность P_sensor датчика; и

уменьшают мощность P_sensor датчика, если прогнозируемая доступная мощность P_predicted меньше, чем мощность P_controller контроллера плюс мощность P_sensor датчика.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этапы, на которых принимают значение изменения с датчика и генерируют прогнозируемый ток I_{L_next} контура из значения измерения, причем прогнозируемую доступную мощность P_predicted генерируют с использованием прогнозируемого тока I_{L_next} контура.

Предпочтительно, уменьшение мощности P_sensor датчика включает в себя этап, на котором уменьшают ток I_sensor через датчик, обеспеченный для датчика.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит предварительный этап, на котором определяют сопротивление R_L контура и напряжение V_S питания.

Предпочтительно, определение сопротивления R_L контура содержит предварительные этапы, на которых измеряют первое напряжение V_L1 контура для заданного первого тока I_L1 контура, измеряют второе напряжение V_L2 контура для заданного второго тока I_L2 контура и определяют сопротивление R_L контура из первого и второго напряжений V_L1 и V_L2 контура и первого и второго токов I_L1 и I_L2 контура.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых

Фиг. 1 изображает систему шинного контура согласно варианту воплощения изобретения;

Фиг. 2 изображает контроллер согласно варианту воплощения изобретения;

Фиг. 3 изображает блок-схему последовательности этапов способа для прогнозируемого ограничения энергопотребления в инструменте шины двухпроводной инструментальной шины согласно варианту воплощения изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ

ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1-3 и последующее описание раскрывают конкретные примеры, предназначенные для представления специалистам в данной области техники получения и использования лучшего варианта воплощения изобретения. Для раскрытия принципов изобретения некоторые традиционные аспекты были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники примут во внимание вариации этих примеров, попадающие в объем изобретения. Специалистам в данной области техники следует учесть, что описанные ниже признаки могут быть объединены различными способами для создания нескольких вариантов изобретения. В результате, изобретение не ограничено конкретными примерами, описанными ниже, но только формулой изобретения и ее эквивалентами.

Фиг. 1 изображает систему 100 шинного контура согласно варианту воплощения изобретения. Система 100 шинного контура включает в себя главную систему 1, двухпроводной шинный контур 4 и инструмент 10 шины, подключенный к двухпроводному шинному контуру 4. Главная система 1 может включать в себя источник 2 электропитания, сигнальный резистор R_S и измерительное устройство 3, соединенное с сигнальным резистором R_S. В некоторых вариантах воплощения система 100 шинного контура может включать в себя барьер (показан пунктирной линией) искробезопасности (I.S.). Барьер I.S. может содержать физический барьер, который сконструирован, например, для защиты в опасной среде.

Главная система 1 генерирует напряжение V_L контура и ток I_L контура через двухпроводной шинный контур 4. Напряжение V_L контура может быть, по существу, определено или ограничено, например, с помощью протокола искробезопасности (I.S.) или другого протокола обеспечения защиты от опасной среды или обеспечения взрывобезопасности. В некоторых системах 100 двухпроводного шинного контура значение напряжения V_L контура устанавливают между 16 и 36 вольт (В). Напряжение V_L контура зависит от напряжения V_S источника питания и тока I_L контура. Ток I_L контура устанавливается контроллером 20, но ограничивается соответствующим протоколом шины или I.S. Следовательно, контроллер 20 может ограниченным способом изменять ток I_L контура. Ток I_L контура может быть ограничен в таких протоколах значением, не превышающим 24 мА, и обычно находится в пределах от 4 мА до 20 мА (или от 10 мА до 20 мА) для передачи результата измерения главной системе 1. Тем не менее, другие значения тока контура предусматриваются и попадают в объем описания и формулы изобретения. Дополнительно, напряжение V_L контура, обеспеченное источником 2 питания, может быть непостоянным и может требовать измерения для определения мощности. Напряжение V_L контура может отклоняться от напряжения V_S источника питания.

Ток I_L контура протекает через сигнальный резистор R_S и создает изменяющееся напряжение. Измерительное устройство 3 измеряет напряжение, созданное на сигнальном резисторе R_S, и преобразует напряжение в сигнал измерения. Следовательно, ток I_L контура передает измерение с датчика 13 и контроллера 20 на главную систему 1 и в конечном счете на внешнее устройство(а).

Дополнительно, если требуется, на ток I_L контура может быть наложена цифровая коммуникационная передача сигналов.

Инструмент 10 шины может содержать любой вид инструментов. Для иллюстрации, инструмент 10 шины может содержать расходомер. Когда инструмент 10 шины является расходомером, включая расходомер Кориолиса или вибрационный денсиметр, датчик 13 включает в себя вибрационный драйвер.

Инструмент 10 шины включает в себя датчик 13, контроллер 20 и параллельный стабилизатор 14. Дополнительно, инструмент 10 шины может включать в себя контроллер 23 тока контура и преобразователи 24 и 25 напряжения для датчика 13 и контроллера 20. Датчик 13 в некоторых вариантах воплощения может содержать отдельную компоненту (не показана), соединенную с инструментом 10 шины. Датчик 13 может содержать любой вид датчиков, например расходомер. Тем не менее, другие датчики предусматриваются и попадают в объем описания и формулы изобретения.

Контроллер 20 соединен с датчиком 13 и управляет датчиком и током I_L контура. Контроллер 20 может управлять датчиком 13 и может обрабатывать сигналы, принятые с датчика 13, для передачи значения измерения в виде аналогового выходного тока, имеющего вид изменяющегося тока I_L контура, протекающего в двухпроводном шинном контуре 4.

Как показано на фиг.1, ток I_L контура, поданный на инструмент 10 шины, содержит ток I_controller через контроллер, протекающий через контроллер 20, ток I_sensor через датчик, протекающий через датчик 13, и ток I_shunt через шунт, протекающий через параллельный стабилизатор 14. Следует понимать, что ток I_L контура не является фиксированным.

Благодаря протоколу передачи измерения и ограничениям по мощности, встроенным в систему 100 шинного контура, инструмент 10 шины может допускать потребление всей электрической мощности, поданной главной системой 1 (или может допускать потребность в большем количестве мощности, чем доступно). Следовательно, инструмент 10 шины может быть единственным инструментом, подключенным к двухпроводному шинному контуру 4.

Так как ток I_L контура ограничен, инструмент 10 шины может потреблять только доступный электрический ток. Следовательно, если значение измерения, создаваемое инструментом 10 шины, соответствует току I_L контура, равному 10 мА, и инструмент 10 шины требует только 8 мА для создания измерения, инструмент 10 шины должен принять или потребить лишние 2 мА, чтобы забрать 10 мА из главной системы 1. Параллельный стабилизатор 14 сконфигурирован для приема лишних 2 мА электрического тока.

Источник 2 питания обеспечивает полную доступную мощность P_available, которая содержит напряжение V_L контура, умноженное на ток I_L контура. Полная доступная мощность P_available дополнительно содержит мощность, потребляемую компонентами инструмента 10 шины, т.е., P_available=P_shunt+P_sensor+P_controller. Мощность P_controller контроллера является относительно фиксированной. Следовательно, может потребоваться изменение мощности P_sensor датчика, чтобы избежать превышения полной доступной мощности P_available.

Инструмент 10 шины сконфигурирован для прогнозируемого ограничения энергопотребления при использовании с двухпроводной инструментальной шиной. Инструмент 10 шины сконфигурирован для генерации прогнозируемой доступной мощности P_predicted, которая будет доступна инструменту 10 шины после изменения тока I_L контура, сравнения прогнозируемой доступной мощности P_predicted с мощностью P_t0 в текущий момент времени, содержащей мощность P_controller контроллера плюс мощность P_sensor датчика, и уменьшения мощности P_sensor датчика в датчике 13, если прогнозируемая доступная мощность P_predicted меньше, чем мощность P_controller контроллера плюс мощность P_sensor датчика. Таким образом, мощность не может превышать предельного значения до того, как мощность может быть уменьшена.

Предпочтительно, инструмент шины и способ согласно изобретению могут прогнозируемым образом управлять потреблением мощности, чтобы не выходить за пределы соответствующего протокола шины или I.S. Дополнительно, инструмент шины и способ могут выполнять предварительную регулировку мощности, предотвращая снижения напряжения вследствие дефицита мощности, перезагрузки, ошибочные значения изменения или другие проблемы, которые могут возникнуть, когда инструмент шины истощает запас допустимой мощности. Кроме того, инструмент шины и способ могут, по существу, сохранять промежуток или буфер до предельной мощности, при этом неожиданные выбросы расхода мощности маловероятно превысят предельную мощность.

Фиг. 2 изображает контроллер 20 согласно варианту воплощения изобретения. Контроллер 20 может включать в себя интерфейс 201, систему 203 обработки, амперметр 250 и вольтметр 252. Система 203 обработки соединена с параллельным стабилизатором 14, интерфейсом 201, амперметром 250 и вольтметром 252. В некоторых вариантах воплощения контроллер 20 соединен с датчиком 13 через интерфейс 201.

Контроллер 20 принимает сигналы датчика с датчика 13 через интерфейс 201. Контроллер 20 обрабатывает сигналы датчика для получения данных. Интерфейс 201 может выполнять любые необходимые или желательные преобразования сигналов, например любой вид форматирования, усиления, буферизации и т.д. Альтернативно, некоторые или все преобразования сигналов могут быть выполнены в системе 203 обработки. Дополнительно, интерфейс 201 может сделать возможной связь между контроллером 20 и внешними устройствами.

Параллельный стабилизатор 14 сконфигурирован для шунтирования избыточного электрического тока. Весь электрический ток, не потребляемый контроллером 20 или датчиком 13, потребляется параллельным стабилизатором 14.

Амперметр 250 сконфигурирован для измерения электрического тока и обеспечения измерения для системы 203 обработки. В некоторых вариантах воплощения амперметр 250 может измерять ток I_shunt шунта. В некоторых вариантах воплощения амперметр 250 может измерять ток I_sensor датчика.

Вольтметр 252 сконфигурирован для измерения напряжения V_L шинного контура и обеспечения измерения для системы 203 обработки. Напряжение V_L контура может содержать напряжение, доступное на инструменте 10 шины.

Система 203 обработки проводит операции контроллера 20 и обрабатывает измерения, принятые с датчика 13. Система 203 обработки может содержать компьютер общего назначения, микропроцессорную систему, логическую схему или некоторое другое универсальное или специальное устройство обработки. Система 203 обработки может быть распределена между несколькими устройствами обработки. Система 203 обработки может включать в себя любой вид интегральной или независимой электронной запоминающей среды, например запоминающую систему 204.

Запоминающая система 204 может хранить параметры и данные, системные программы, постоянные значения и переменные значения. Например, запоминающая система 204 может хранить программу 240 обработки, мощность 241 контроллера, прогнозируемую доступную мощность P_predicted 242, значение 243 измерения, напряжение V_L 244 контура, сопротивление R_L 245 контура, напряжение V_S 246 питания, прогнозируемый ток I_{L_next} 247 контура, ток I_L 248 контура и мощность P_sensor 249 датчика.

Мощность 241 контроллера является электрической мощностью, потребляемой контроллером 20. Мощность 241 контроллера может быть определена как прогнозируемая доступная мощность P_available минус обе мощности P_sensor датчика и P_shunt шунта. Может требоваться только периодическое определение мощности 241 контроллера, так как мощность P_controller контроллера очень мало меняется со временем.

Прогнозируемая доступная мощность P_predicted 242 является потребляемой мощностью, которая прогнозируется для конкретного значения 243 измерения. Прогнозируемая доступная мощность P_predicted 242 используется для определения того, вызовет ли значение 243 измерения превышение инструментом 10 шины мощности P_controller контроллера плюс мощности P_sensor 249 датчика. Определение может быть использовано для уменьшения энергопотребления, так что прогнозируемый ток 247 контура I_{L_next} не приведет к энергопотреблению, превышающему полную доступную мощность.

Значение 243 измерения содержит значение измерения, принятое с датчика 13. Значение 243 измерения в некоторых вариантах воплощения непрерывно обновляется с приемом новых значений измерения.

Напряжение V_L 244 контура содержит измерение или другое определение напряжения на инструменте 10 шины. Напряжение V_L 244 контура может меняться с изменением тока I_L 248 контура.

Сопротивление R_L 245 контура содержит измерение или другое определение электрического сопротивления в двухпроводном шинном контуре 4 (см. уравнение 1 ниже). Сопротивление R_L 245 контура может быть сконфигурировано с возможностью иметь стандартное значение и обычно остается, по существу, постоянным.

Напряжение V_S 246 питания содержит определение значения напряжения. Напряжение V_S 246 питания может быть определено в соответствии с уравнением 2 (см. ниже).

Прогнозируемый ток I_{L_next} 247 контура содержит прогноз будущего тока контура на основе (нового) значения 243 измерения. Прогнозируемый ток I_{L_next} 247 контура может быть таким же, как текущий ток I_L 248 контура, больше или меньше. Следовательно, прогнозируемый ток I_{L_next} 247 контура проверяется первым для проверки того, превысит ли полную доступную мощность P_available 241 применение прогнозируемого тока I_{L_next} 247 контура (в качестве фактического тока I_L 248 контура).

Ток I_L 248 контура определяют в соответствии со значением 243 измерения, например, с помощью измерения скорости протекания. Результат 243 измерения обуславливает ток I_L 248 контура, и, следовательно, ток I_L 248 контура является известным.

Мощность P_sensor 249 датчика содержит мощность, потребляемую датчиком 13. Мощность P_sensor 249 датчика содержит ток I_sensor датчика, умноженный на известное внутреннее регулируемое напряжение. Ток I_sensor датчика может быть измерен амперметром 250.

В процессе работы программа 240 обработки выполняется системой 203 обработки. Программа 240 обработки управляет инструментом 10 шины для генерации одного или более измерений, например одного или более измерений потока, как обсуждалось ранее. Дополнительно, программа 240 обработки может управлять инструментом 10 шины для прогнозируемого ограничения энергопотребления. Программа 240 обработки может реализовывать различные алгоритмы ограничения мощности, как обсуждается ниже.

Фиг. 3 изображает блок-схему 300 последовательности этапов способа для прогнозируемого ограничения энергопотребления в инструменте шины двухпроводной инструментальной шины согласно варианту воплощения изобретения. По данному способу, по существу, потребляют полную доступную мощность в течение всего времени. На этапе 301 определяют напряжение V_S питания и сопротивление R_L контура. Это может быть сделано до начала работы датчика, например при запуске или перезагрузке. Напряжение V_S питания и сопротивление R_L контура могут быть определены из значений измерения напряжения V_L контура и тока I_L контура, полученных до начала работы, и могут быть, по существу, использованы при работе инструмента шины.

Сопротивление R_L контура в некоторых вариантах воплощения определяют из характеристик системы 100 шинного контура. Например, сопротивление R_L контура может быть определено из двух наборов измерений напряжения и тока согласно уравнению:

R _L =(V _L1 -V _L2 )/(I _L1 -I _L2 ) (1)

Напряжение V_S питания может быть определено из измеренного напряжения V_L контура, определенного сопротивления R_L контура и известного тока I_L контура. Может быть использован один набор (V_L1, I_L1) или (V_L2, I_L2) предпусковых измерений контура. Напряжение V_S питания может быть определено согласно уравнению

V _S =V _L +(I _L *R _L ) (2)

На этапе 302 измеряют ток I_shunt через шунт и напряжение V_L контура в течение времени фактической работы инструмента шины. Следует понимать, что эти два значения могут быть измерены в каждом измерительном цикле или могут изменяться периодически, если не ожидается их радикальное изменение.

На этапе 303 вычисляют мощность P_controller, потребляемую контроллером. Полная мощность P_available, доступная/потребляемая в системе шинного контура, содержит

P_available=P_shunt+P_controller+P_sensor (3)

Индивидуальное значение мощности может быть определено из напряжения контура, умноженного на индивидуальные токи I_shunt, I_controller и I_sensor.

Следовательно, мощность P_controller контроллера содержит

P_controller=P_available-P_shunt- P_sensor (4)

Полная доступная мощность P_available известна и, по существу, управляется/ограничивается в соответствии со способом. Мощность P_controller контроллера является, по существу, фиксированной. Тем не менее, мощность P_sensor датчика в некоторых вариантах воплощения может быть настроена и, следовательно, может быть использована, чтобы гарантировать, что полная доступная мощность P_available не выходит за пределы протокола шины или I.S.

На этапе 304 с датчика принимают следующее значение измерения и используют его для генерации прогнозируемого тока I_{L_next} контура. Тем не менее, прогнозируемый ток I_{L_next} контура еще не реализован. Вместо этого сначала оценивают влияние на энергопотребление. Таким образом, способ может избежать избыточного энергопотребления компенсацией будущего изменения тока контура.

На этапе 305 генерируют прогнозируемое напряжение V_{L_next} контура и прогнозируемую доступную мощность P_predicted. Прогнозируемое напряжение V_{L_next} контура содержит прогноз напряжения на инструменте шины в соответствии с известным напряжением V_S питания и прогнозируемым током I_{L_next} контура. Прогнозируемое напряжение V_{L_next} контура, следовательно, содержит прогноз влияния прогнозируемого тока I_{L_next} контура на напряжение V_L контура. Прогнозируемое напряжение V_{L_next} контура может быть определено согласно уравнению

V _{L_next} =V _S -(R _L )(I _{L_next} ) (5)

Прогнозируемая доступная мощность P_predicted содержит прогноз полной мощности, которая будет обеспечена для инструмента шины, на основе прогнозируемого тока I_{L_next} контура. Прогнозируемую доступную мощность P_predicted определяют согласно уравнению

P _redicted =(V _{L_next} )(I _{L_next} ) (6)

На этапе 306 прогнозируемую доступную мощность P_predicted сравнивают с текущим энергопотреблением. Так как доступная мощность всегда потребляется инструментом шины, ток I_shunt через шунт будет существовать, только если электрический ток, доступный инструменту шины, больше, чем ток, потребляемый датчиком и контроллером. Тем не менее, так как энергопотребление становится критичным, и мощность P_sensor датчика достигает значения доступной мощности, мощность, потребляемая параллельным стабилизатором, будет, по существу, нулевой, т.е. вся мощность потребляется датчиком и контроллером, поэтому энергопотребление P_t0 в текущий момент времени содержит P_t0=P_controller+P_sensor. Следовательно, прогнозируемую доступную мощность P_predicted сравнивают с мощностью P_controller контроллера и мощностью P_sensor датчика. Если прогнозируемая доступная мощность P_predicted меньше, чем мощность P_controller контроллера плюс мощность P_sensor датчика, тогда прогнозируемая доступная мощность P_predicted является недостаточной, и мощность P_sensor датчика нужно будет уменьшить, чтобы избежать сбоя энергопотребления.

На этапе 307, поскольку прогнозируемая доступная мощность P_predicted может превысить доступную мощность, представленную (P_controller+P_sensor), мощность P_sensor датчика уменьшают. В некоторых вариантах воплощения буфер между прогнозируемой доступной мощностью P_predicted и доступной мощностью поддерживают посредством фактора безопасности. В одном варианте воплощения прогнозируемую доступную мощность P_predicted используют для соответствующего уменьшения мощности P_sensor датчика и генерации уменьшенной мощности P_{sensor_reduced} датчика. Например, уменьшенная мощность P_{sensor_reduced} датчика может быть сгенерирована согласно уравнению

P _{sensor_reduced} =P _predicted -(P _controller +SafetyFactor) (7)

Уменьшенная мощность P_{sensor_reduced} датчика может достигать полного уменьшения мощности. Например, уменьшение мощности может включать в себя уменьшение тока I_sensor через датчик. Альтернативно, может быть уменьшено напряжение V_sensor на датчике или оба значения.

На этапе 308 генерируют новый ток I_L контура (т.е. I_{L_next}) по значению измерения. Так как мощность P_sensor датчика уже изменена для компенсации результата измерения, по необходимости, изменение тока I_L контура не должно влиять на работу инструмента шины и не должно превышать ограничения по мощности в двухпроводном шинном контуре 4. Способ может затем вернуться к этапу 302, многократно обрабатывая результаты измерения.

Изобретение относится к инструменту шины и способу для прогнозируемого ограничения энергопотребления в двухпроводной шине. Техническим результатом является повышение надежности работы инструмента шины. Представлен инструмент (10) шины, сконфигурированный для прогнозируемого ограничения энергопотребления и выполненный с возможностью использования с двухпроводной инструментальной шиной. Инструмент (10) шины включает в себя датчик (13), параллельный стабилизатор (14) и контроллер (20). Контроллер (20) сконфигурирован для генерации прогнозируемой доступной мощности P_predicted, которая будет доступна инструменту (10) шины после изменения тока I_L контура, сравнения прогнозируемой доступной мощности P_predicted с мощностью P_t0 в текущий момент времени, содержащей мощность P_controller контроллера плюс мощность P_sensor датчика, и уменьшения мощности P_sensor датчика, если полная доступная мощность P_available меньше, чем мощность P_controller контроллера плюс мощность P_sensor датчика. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Инструмент (10) шины, сконфигурированный для прогнозируемого ограничения энергопотребления и выполненный с возможностью использования с двухпроводной инструментальной шиной, содержащий:
датчик (13);
параллельный стабилизатор (14), сконфигурированный для шунтирования избыточного электрического тока; и
контроллер (20), соединенный с параллельным регулятором (14) и датчиком (13), причем контроллер (20) сконфигурирован для генерации прогнозируемой доступной мощности (P_predicted), которая будет доступна инструменту (10) шины после изменения тока I_L контура, сравнения прогнозируемой доступной мощности P_predicted с мощностью P_t0 в текущий момент времени, содержащей мощность P_controller контроллера плюс мощность P_sensor датчика, и уменьшения мощности P_sensor датчика, если прогнозируемая доступная мощность P_predicted меньше, чем мощность P_controller контроллера плюс мощность P_sensor датчика.

2. Инструмент (2) шины по п.1, в котором контроллер (20) дополнительно сконфигурирован для приема значения измерения с датчика (13) и генерации прогнозируемого тока I_L-next контура из значения измерения, причем прогнозируемая доступная мощность P_predicted генерируется с использованием прогнозируемого тока I_L-next контура.

3. Инструмент (10) шины по п.1, в котором уменьшение мощности P_sensor датчика включает в себя уменьшение тока I_sensor датчика, обеспеченного для датчика (13).

4. Инструмент (10) шины по п.1, в котором контроллер (20) дополнительно сконфигурирован для определения сопротивления R_L контура и напряжения V_S питания.

5. Инструмент (10) шины по п.1, в котором контроллер (20) дополнительно сконфигурирован для измерения первого напряжения V_L1 контура при заданном первом токе I_L1 контура, измерения второго напряжения V_L2 контура при заданном втором токе I_L2 контура и определения сопротивления R_L контура из первого и второго напряжений V_L1 и V_L2 контура и первого и второго токов I_L1 и I_L2 контура.

6. Способ для прогнозируемого ограничения энергопотребления в инструменте шины двухпроводной инструментальной шины, содержащий этапы, на которых:
генерируют прогнозируемую доступную мощность P_predicted, которая будет доступна инструменту шины после изменения тока I_L контура;
сравнивают прогнозируемую доступную мощность P_predicted с мощностью P_t0 в текущий момент времени, содержащей мощность P_controller контроллера плюс мощность P_sensor датчика; и
уменьшают мощность P_sensor датчика, если прогнозируемая доступная мощность P_predicted меньше, чем мощность P_controller контроллера плюс мощность P_sensor датчика.

7. Способ по п.6, дополнительно содержащий этапы, на которых: принимают значение измерения с датчика;
генерируют прогнозируемый ток I_L-next контура по значению измерения, причем
прогнозируемую доступную мощность P_predicted генерируют с использованием прогнозируемого тока I_L-next контура.

8. Способ по п.6, в котором уменьшение мощности P_sensor датчика включает в себя этап, на котором уменьшают ток I_sensor через датчик, обеспеченный для датчика.

9. Способ по п.6, дополнительно содержащий предварительный этап, на котором определяют сопротивление R_L контура и напряжение V_s питания.

10. Способ по п.9, в котором определение сопротивления R_L контура содержит предварительные этапы, на которых:
измеряют первое напряжение V_L1 контура при заданном первом токе I_L1 контура;
измеряют второе напряжение V_L2 контура при заданном втором токе I_L2 контура; и
определяют сопротивление R_L контура из первого и второго напряжений V_L1 и V_L2 контура и первого и второго токов I_L1 и I_L2 контура.