ПЕРИФЕРИЙНОЕ УСТРОЙСТВО С БЕСПЕРЕБОЙНЫМ ПИТАНИЕМ Российский патент 2017 года по МПК G06F1/26 H02B1/24 H02J9/06 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение относится в основном к способам и приборам систем управления процессами, и более конкретно, к способам и приборам обеспечения бесперебойного питания периферийного устройства в системе управления процессами.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Системы управления процессами, подобные тем, что используются в процессах химии, нефтяной промышленности и других, обычно содержат один или более централизированных или децентрализированных контроллеров, подключенных средствами связи к, по меньшей мере, одной узловой рабочей станции, и к одному или более устройств контрольно-измерительных приборов и автоматики (КИПиА), посредством аналоговых, цифровых или комбинированных цифро-аналоговых шин. Периферийные устройства, такие как, клапана, позиционеры клапанов, переключатели, передатчики и датчики (например, температуры, давления или датчиков уровня потока) исполняющих различные функции в процессах, таких как, открытие или закрытие клапанов или измерение параметров процессов. Контроллер процесса получает (через шины коммуникаций) сигналы, показывающие результаты измерений параметров или переменных процессов, выданные периферийными устройствами, и реализует процесс управления, основанный на полученной информации, то есть генерирует сигналы управления, которые посылаются через одну или более шины к периферийным устройствам для осуществления управления процессом. Информация от периферийных устройств и контроллера, обычно является доступной одному или более приложений, выполняемых узловой рабочей станцией позволяя оператору осуществлять желаемые функции по отношению к процессу, такие как просмотр конкретного состояния процесса, изменение параметров проведения процесса и т.д.

[0003] ''Умные'' периферийные устройства, которые реализуют одну или более контрольных функций, становятся превалирующими в индустрии управления процессами. В дополнение к выполнению основной функции в процессе (например, мониторинг температуры или контроль положения клапана), каждое умное периферийное устройство содержит память и микропроцессор. Память сохраняет данные принадлежащие устройству, а микропроцессор связывается с микроконтроллером и/или другими устройствами, и/или выполняет вторичные задания, такие как самокалибровка, идентификация, диагностика и т.д. Было разработано множество стандартных, открытых, цифровых или комбинированных цифро-аналоговых коммуникационных протоколов, таких как, протоколы Highway Addressable Remote Transducer (HART®), PROFIBUS®, FOUNDATION™ Fieldbus, WORLDFIP®, DeviceNet® и Controller Area Network (CAN) для того, чтобы умные периферийные устройства, изготовленные разными производителями, могли коммутироваться одно с одним во время выполнения одной или более функций управления процессом. В частности, беспроводные ячеечные сети, такие как стандартные сети WirelessHART® и International Society of Automation (ISA) 100.11a стали особенно популярными в системах управления процессами.

[0004] Различные устройства или функциональные блоки в системе управления процессом обычно конфигурируются таким образом, чтобы коммутироваться друг с другом (например, с помощью беспроводной ячеечной сети) для формирования одного или более колец управления процессом, индивидуальные операции которых распределены по процессу и, таким образом, децентрализованы. Для поддержания эффективной работы всего процесса и соответственно минимизации остановок производства и потерь прибыли устройства, связанные с системой управления процессом, должны функционировать правильно и надежно. Обычно, один или более опытных людей-операторов являются ответственными за подстраховку этих устройств в системе управления процессом, в том, чтобы они работали правильно, а также за ремонт и замену неработающих устройств.

[0005] Частью ответственности операторов также обычно является необходимость проверки параметров питания периферийных устройств в системе управления процессом. Обычно, периферийные устройства, используемые с составе беспроводных сетей, содержат модули питания на батареях, чтобы избежать ограничений по размещению устройств на производственном оборудовании. Когда электрическая энергия в модулях питания истощается ниже некого заданного уровня (например, ниже некого заданного уровня напряжения, или ниже некоторого процента от максимального напряжения модуля питания), оператор может получать индикацию о низком напряжении на узловой рабочей станции. Тогда оператор удаляет истощенный модуль питания и устанавливает взамен полностью заряженный модуль питания.

[0006] Во время удаления старого модуля и установки нового модуля, устройство переживает так называемое ''время простоя'', в течение которого устройство вообще не имеет питания. Время простоя может оказывать некоторые вредные воздействия на систему управления процессом. Первое, поскольку периферийное устройство не является рабочим во время простоя, любые основные функции периферийного устройства не могут быть выполнены. Например, мониторинг периферийных устройств не сможет принять данные (например, данные датчика) во время простоя устройства. В другом примере, во время простоя устройства позиционер клапана не сможет увеличить или уменьшить давление до необходимого. Более того, в некоторых системах управления процессами, время простоя периферийного устройства приводит к потери данных и/или задержкам по отношению к другим устройствам в системе. Например, время простоя периферийного устройства может вызвать потерю или увеличенную задержку воспроизведения данных, которых лишенное питания устройство должно было нормально передать или принять от других периферийных устройств и/или контроллеров процесса. Более того, некоторые периферийные устройства могут осуществлять функции критические для системы управления процессом, что может приводить к тому, что вся система будет временно не работоспособной, пока это устройство не имеет питания. Для многих систем управления процессами, проблемы подобного рода отягощаются дополнительным временем, необходимым для повторного подключения периферийного устройства в сеть после замены модуля питания, и/или дополнительным временем, необходимым для эффективной реорганизации системы управления процессом после повторного подключения периферийного устройства в сеть. В некоторых случаях, вопросы, подобные рассмотренным, могут приводить к тому, что сети и системы управления процессами, использующие эти сети, будут оставаться в не рабочем состоянии или работать не эффективно в течение длительного времени (например, часов).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Изобретатели: Этот раздел является пересказом формулы изобретения, и мы его закончим после того, как вы будете удовлетворены формулой изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Фиг. 1 иллюстрирует схему образцовой системы управления процессом, в которой могут быть реализованы примеры способов и их аппарат, здесь описанные.

[0009] Фиг. 2 иллюстрирует блок-схему образцового периферийного устройства в системе управления процессом такой же, как образцовая система на Фиг. 1.

[0010] Фиг. 3 иллюстрирует блок-схему другого образцового периферийного устройства в системе управления процессом, такой же как образцовая система на Фиг. 1.

[0011] Фиг. 4 иллюстрирует принципиальную электрическую схему образцового модуля переключения питания периферийного устройства, такого же как образцовое периферийное устройство на Фиг. 2.

[0012] Фиг. 5А и 5В иллюстрируют виды в перспективе внутренностей образцового периферийного устройства, показывающие образцовый основной источник питания в позициях, когда он убран и установлен, соответственно.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Фиг. 1 иллюстрирует образцовую систему управления процессом 5, в которой могут быть реализованы способы и аппарат здесь описанные. Система управления процессом 5 может содержать или быть частью оборудования управления процессом завода-изготовителя, фабрики, сети датчиков, или любого другого оборудования, в котором используются технологии управления процессом. Система управления процессом 5, проиллюстрированная на Фиг.1, содержит коммуникационную сеть 10, работающую в соответствии с одним или более протоколов промышленной автоматизации. В частности, коммуникационная сеть 10 может содержать проводную сеть автоматизации 12, используемую или работающую в соответствии с протоколом промышленной автоматизации (например, HART, PROFIBUS DP (Decentralized Peripherals), и т.д.) или некоторые другие протоколы связи (например, Ethernet, RS-485, и т.д.). Коммуникационная сеть 10 может также содержать беспроводную промышленную сеть автоматизации 14, используемую или работающую в соответствии с беспроводный протокол промышленной автоматизации, такой как протокол WirelessHART или ISA 100.11а, или другой протокол беспроводной сети, поддерживающий прямую коммуникацию между периферийными устройствами системы управления процессом 5. Для ясности, данное обсуждение относится к коммуникационному протоколу WirelessHART, хотя технологии и принципы, здесь описанные, могут быть применены к беспроводным сетям промышленной автоматизации, использующим другие протоколы беспроводных сетей промышленной автоматизации вместо или совместно с WirelessHART, а также к сетям, использующим только проводные соединения.

[0014] Хотя Фиг. 1 иллюстрирует коммуникационную сеть 10 как такую, которая включает проводную сеть промышленной автоматизации 12 и беспроводную сеть промышленной автоматизации 14, коммуникационная сеть 10 может, однако, содержать только проводную сеть промышленной автоматизации 12 или только беспроводную сеть промышленной автоматизации 14. В одном из вариантов, беспроводная сеть промышленной автоматизации 14 является беспроводной ячеистой коммуникационной сетью.

[0015] Проводная сеть промышленной автоматизации 12 может содержать одну или более стационарных узловых рабочих станций 16 и один или более портативных узловых рабочих станций 18 подключенных к коммуникационной магистрали 20. Шлюз 22 может быть подключен к коммуникационной магистрали 20 с помощью провода и может быть связан с проводной сетью промышленной автоматизации 12, используя подходящий протокол. Шлюз 22 может быть выполнен как отдельное устройство, в виде карточки, которая может быть вставлена в расширительный слот одной из узловых рабочих станций 16 или 18, как часть подсистемы ввода/вывода (I/O) системы программируемого логического контроллера (PLC) или распределенной системой управления (DCS), или другим способом. Для приложений, выполняемых в проводной сети промышленной автоматизации 12, шлюз 22 может предоставлять доступ к различным устройствам беспроводной сети промышленной автоматизации 14. В дополнение к конверсии протоколов и команд, шлюз 22 может обеспечивать синхронизированный тайминг, используемый временными интервалами и суперкадрами (то есть, сеансами связи в интервалы времени, синхронными по времени) схемы диспетчеризации беспроводной сети промышленной автоматизации 14.

[0016] В некоторых вариантах, шлюз 22 функционально разделен на виртуальный шлюз 24 и одну или более сетевых точек доступа 25. В системе управления процессом 5 проиллюстрированной на Фиг. 1, сетевые точки доступа 25 являются отдельными физическими устройствами подключенными проводами к шлюзу 22. Альтернативно, элементы 22-26 могут быть частью цельного устройства, и/или соединения 26 могут быть беспроводными. Физически отдельные сетевые точки доступа 25 могут быть стратегически размещены в различных отдельных местах, таким образом, увеличивая общую надежность коммуникационной сети 10, компенсируя плохое качество сигнала в месте расположения одной или более сетевых точек доступа 25. Наличие множества сетевых точек доступа 25 также обеспечивает резерв на случай отказа одной или более сетевых точек доступа 25.

[0017] Устройство шлюза 22 может дополнительно содержать программный модуль управления сети 27 и программный модуль безопасности сети 28. В одном из вариантов, программный модуль управления сети 27 и/или программный модуль безопасности сети 28 могут выполняться на узловой рабочей станции в проводной сети промышленной автоматизации 12. Например, программный модуль управления сети 27 может выполняться на стационарной узловой рабочей станции 16, а программный модуль безопасности сети 28 может выполняться на портативной узловой рабочей станции 18. Программный модуль управления сети 27 может отвечать за задачи конфигурирования коммуникационной сети 10, диспетчеризацию коммуникаций между многочисленными устройствами WirelessHART (например, конфигурировать суперкадры), управление таблицами маршрутизации, а также мониторинг и отчетность о состояния беспроводной сети промышленной автоматизации 14, например. Хотя могут поддерживаться дополнительные программные модули управления сети 27, образцовый вариант содержит только один активный программный модуль управления сети 27 в беспроводной сети промышленной автоматизации 14. Программный модуль безопасности сети 28 может отвечать за управление и распределение ключей шифрования и может сохранять список устройств, авторизированных для подключения к беспроводной сети промышленной автоматизации 14 и/или проводной сети промышленной автоматизации 12, например.

[0018] Беспроводная сеть промышленной автоматизации 14 также содержит один или более периферийных устройств 30-40. Любое из периферийных устройств 30-40 может быть, например, клапаном, позиционером клапана, переключателем, датчиком (например, температуры, давления, или датчиком потока), насосом, вентилятором, и т.д., или комбинацией двух или более подобных устройств. Периферийные устройства осуществляют контроль, мониторинг, и/или физические функции в процессе или цепи управления процессом, такие как открытие или закрытие клапанов или проведение измерений параметров процесса, например. В примере беспроводная сеть промышленной автоматизации 14, периферийные устройства 30-40 также выдают и принимают пакеты беспроводной коммуникации, например, пакеты WirelessHART. Некоторые или все периферийные устройства 30-40 могут дополнительно работать в качестве маршрутизаторов для передачи сообщений от одних к другим устройствам.

[0019] В образцовой системе управления процессом 5, проиллюстрированной на Фиг.1, следящий хост 41 сконфигурирован так, чтобы отслеживать активность оборудования управления процессом, и подключен к сети 43 которая, в свою очередь, подключена к проводной сети промышленной автоматизации 12 через маршрутизатор 44. Сеть 43 может быть, например, публичной сетью, такой как World Wide Web (WWW), локальной сетью, такой как частная LAN, или некоторой комбинацией одной или более частных и/или публичных сетей. Альтернативно, следящий хост 41 может принадлежать сети промышленной автоматизации 12 или беспроводной сети промышленной автоматизации 14, а сеть 43 и маршрутизатор 44 могут быть опущены.

[0020] Периферийные устройства 30-36 могут быть устройствами WirelessHART, что означает, что каждое периферийное устройство 30, 32, 34 и 36 является цельным устройством, поддерживающим все элементы стека протоколов WirelessHART. Например, периферийное устройство 30 может быть измерителем потока WirelessHART, периферийные устройства 32 могут быть датчиками давления WirelessHART, периферийное устройство 34 может быть позиционером клапана WirelessHART, а периферийное устройство 36 может быть датчиком вибрации WirelessHART. Периферийное устройство 38 может быть устаревшим 4-20 мА устройством, а периферийное устройство 40 может быть устройством HART. В образцовой системе управления процессом 5, проиллюстрированной на Фиг.1, периферийные устройства 38 и 40 подключены к беспроводной сети промышленной автоматизации 14 через адаптер WirelessHART (WHA) 50. Каждый WHA 50 может также поддерживать другие коммуникационные протоколы, такие как FOUNDATION Fieldbus, PROFIBUS, DeviceNet, и т.д., в случае которых WHA 50 поддерживает трансляцию протоколов на более низкий уровень из стека протоколов. Отдельный WHA 50 может дополнительно функционировать как мультиплексор и поддерживать множество HART или не HART устройств.

[0021] Производственный персонал может использовать ручные или переносные коммуникационные устройства для начальной установки, инсталляции, управления, мониторинга, и/или технического обслуживания сетевых устройств и другого производственного оборудования. В общем случае, ручные устройства являются портативными экземплярами оборудования, которое может подключаться напрямую к беспроводной сети промышленной автоматизации 14, или подключаться к беспроводной сеть промышленной автоматизации 14 через шлюз 22 как хост проводной сети промышленной автоматизации 12. В образцовой системе управления процессом 5 проиллюстрированной на Фиг.1, ручное устройство 55 связывается напрямую с беспроводной сетью промышленной автоматизации 14. При работе с сформированной беспроводной сетью промышленной автоматизации 14, ручное устройство 55 может присоединиться к беспроводной сети промышленной автоматизации 14 как другое периферийное устройство WirelessHART, например. При работе с целевым сетевым устройством, не подключенным к сети WirelessHART, ручное устройство 55 может работать как комбинация устройства шлюза 22 и программного модуля управления сети 27, формируя свою собственную сеть WirelessHART с целевым сетевым устройством.

[0022] Беспроводная сеть промышленной автоматизации 14 образцовой системы управления процессом 5 также содержит маршрутизатор 60. Маршрутизатор 60 является сетевым устройством, направляющим пакеты от одного сетевого устройства к другому. Сетевое устройство, действующее как маршрутизатор, использует внутренние таблицы маршрутизации для определения другого сетевого устройства, к которому сетевой маршрутизатор должен направить отдельный пакет. Автономные маршрутизаторы, такие как маршрутизатор 60, могут быть не нужны при поддержке другими устройствами беспроводной сети промышленной автоматизации 14 маршрутизации. Однако подключение указанного маршрутизатора 60 к беспроводной сети промышленной автоматизации 14 может быть полезно в целях расширения сети, например, или для сбережения энергии периферийных устройств сети.

[0023] Все устройства, прямо подключенные к беспроводной сети промышленной автоматизации 14, могут рассматриваться как сетевые устройства беспроводной сети промышленной автоматизации 14. В частности, периферийные устройства WirelessHART 30-36, WHA 50, маршрутизаторы 60, шлюз 22, сетевые точки доступа 25, ручные устройства 55 могут, в целях маршрутизации и диспетчеризации, рассматриваться как сетевые устройства беспроводной сети промышленной автоматизации 14. В целях обеспечения очень надежной и легко расширяемой сети, все сетевые устройства могут поддерживать маршрутизацию, и каждое сетевое устройство может, в общем, идентифицироваться по его HART адресу. Более того, программный модуль управления сети 27 может содержать полный список сетевых устройств и присваивать каждому из устройств уникальное сетевое имя (например, 16-битное имя). Дополнительно, каждое сетевое устройство может сохранять информацию о параметрах обновлений, сеансах связи и ресурсах устройства. Вкратце, каждое сетевое устройство может поддерживать актуальную по времени информацию о маршрутизации и диспетчеризации. В некоторых вариантах, программный модуль управления сети 27 запрашивает эту информацию с сетевого устройства при подключении новых устройств (например, новых периферийных устройств) или в случае, когда координатор сети, обнаруживает или само проводит изменения в топологии или диспетчеризации беспроводной сети промышленной автоматизации 14.

[0024] В дополнение к генерации, получению и/или передаче данных, связанных с первичными операциями системы управления процессом 5 (например, данные с датчика температуры, данные для контроля положения клапанов и т.д.), устройства системы управления процессом 5 могут использовать беспроводную сеть промышленной автоматизации 14 для передачи данных о функционировании устройств в системе управления процессом 5. Например, периферийное устройство может посылать данные на хост при неправильном функционировании периферийного устройства (например, в ситуации, когда цилиндрический золотник позиционера клапана не функционирует), или при угрозе неправильной работы (например, при снижении напряжения модуля питания устройства ниже заданного уровня). В качестве другого примера, периферийное устройство может постоянно или периодически посылать на узловую рабочую станцию определенные данные о правильности функционирования (например, данные о текущем уровне напряжения модуля питания). Хост, получая подобные данные (например, узловая рабочая станция 16 или 18) может отображать индикаторы, основанные на этих данных, с помощью графического интерфейса пользователя (GUI), таким образом, позволяя человеку-оператору принять соответствующие корректирующие или превентивные меры.

[0025] Фиг. 2 представляет собой блок-диаграмму примера периферийного устройства 100 и модуля переключения питания 150 собранных в соответствии с первым описанным примером настоящего изобретения. Периферийное устройство 100 и модуль переключения источника питания 150 предпочтительно собираются вместе с системой управления процессом, такой как образцовая система управления процессом 5 на Фиг. 1. Периферийное устройство 100 может быть, например, одним из периферийных устройств 30-36 из Фиг. 1, или может быть любым другим периферийным устройством, работающим в системах управления процессами. Периферийное устройство 100 содержит корпус периферийного устройства 104, который, в свою очередь, содержит сетевой интерфейс 110, сконфигурированный для передачи и/или получения сигналов в соответствии с конкретным беспроводным коммуникационным протоколом системы управления процессом частью, которой является периферийное устройство. В некоторых вариантах, беспроводный коммуникационный протокол является протоколом беспроводной ячеечной сети, таким как протоколы WirelessHART или ISA 100.11a, например.

[0026] В некоторых вариантах, сетевой интерфейс 110 содержит приемопередатчик (не показан). Приемопередатчик обычно содержит один или более процессоров (также не показаны) для выполнения инструкций связанных с задачами физического уровня (PHY) и другим уровнем (например, уровнем управления доступом к среде (MAC)) в соответствии с беспроводным коммуникационным протоколом, используемым системой управления процессом. Сетевой интерфейс 110 может быть подключен к антенне 114 или, альтернативно, к нескольким антеннам. Через антенну 114, сетевой интерфейс 110 передает и/или получает пакеты данных в соответствии с беспроводным коммуникационным протоколом. Сетевой интерфейс 110 предпочтительно конфигурируется так, чтобы принимать и передавать пакеты данных.

[0027] Сетевой интерфейс 110 образцового периферийного устройства 100 посредством связи подключен к процессору 120, который, в свою очередь, коммуникативно подключен к памяти 124 и функциональному блоку процесса 130. Функциональный блок процесса 130 выполняет основные функции периферийного устройства 100 в системе управления процессом. Например, в такой, где периферийное устройство 100 является устройством позиционирования клапана, функциональный блок процесса 130 может содержать цилиндрический золотник, который контролирует воздушное давление, подаваемое в клапан в соответствии с сигналами управления от процессора 120. В качестве другого примера, периферийное устройство 100 может быть устройством датчика температуры, а функциональный блок процесса 130 может содержать один или более температурных датчиков для преобразования температуры в цифровые сигналы, затем посылаемые к процессору 120. Например, память 124 может сохранять переменные, связанные с процессом (например, значения более ранних измерений, которые процессор 120 получил от функционального блока процесса 130, будущие контрольные значения, которые процессор 120 получил по сети через сетевой интерфейс 110, и т.д.), и/или может сохранять данные маршрутизации и/или диспетчеризации, относящиеся к сети (например, беспроводной сети промышленной автоматизации 14 на Фиг. 1). В то время как образцовое периферийное устройство 100 на Фиг.2 содержит один процессор 120, другие варианты могут содержать два или более процессоров. Которые выполняют функции процессора 120. Альтернативно, периферийное устройство 100 может содержать один процессор, который может выполнять не только функции процессора 120, а также любые функции необходимые для сетевого интерфейса 110. Более того, любая процессорная обработка необходимая функциональному блоку процесса 130 может выполняться процессором 120, или одним или более отдельными процессорами.

[0028] Образцовое периферийное устройство 100 также содержит основной порт питания 140, предназначенный для подключения основного источника питания 142 через разъемное соединение 143 основного источника питания 142. Основной источник питания 142 может быть любым устройством, модулем, и т.д., которое сохраняет энергию и способно питать периферийное устройство 100 (другими словами, способно обеспечить соответствующий уровень напряжения при достаточном уровне тока питания) во время нормальной работы периферийного устройства 100. В одном из вариантов, основной источник питания 142 состоит из одной или более батарей (например, литийные тионилхлоридные батареи). В одном из примеров, основной источник питания 142 является автономным модулем питания, содержащим одну или более батарей. Например, основной источник питания 142 может содержать модуль питания, в корпусе которого помещаются одна или более батарей, и/или иметь панель или другую поверхность, на которой располагаются одна или более батарей.

[0029] Основной порт питания 140 содержит, по меньшей мере, две проводящие, электрически изолированные контактные области для электрического соединения с основным источником питания 142 через разъемное соединение 143 основного источника питания 142. Основной порт питания 140 может быть любой формы. Например, основной порт питания 140 может содержать некоторое количество штекеров или розеток электрического соединения, соответствующих разъемному соединению 143 основного источника питания 142, при том, что разъемное соединение 143 является также некоторым количеством штекеров или розеток, соответственно, основного источника питания 142. В качестве другого примера, основной порт питания 140 может содержать проводящие (например, металлические) поверхности, которые просто подключаются/контактируют с проводящими (например, металлическими) поверхностями разъемного соединения 143, при том, что разъемное соединение 143 является комплектом электрически изолированных металлических поверхностей (например, электродов батарей) основного источника питания 142. В вариантах, в которых основной порт питания 140 содержит электрический разъем, электрический разъем может быть расположен в корпусе периферийного устройства 104 (например, может быть доступным только при открытии корпуса периферийного устройства 104), или может быть подключен к корпусу периферийного устройства 104 (например, прикрепленным на внешней поверхности корпуса периферийного устройства 104, или подключенным к корпусу периферийного устройства 104 через кабель).

[0030] В еще одном варианте, основной источник питания 142 обеспечивает питание всего периферийного устройства 100 во время нормальной работы. Альтернативно, часть периферийного устройства 100 может даже не питаться от основного источника питания 142. Например, периферийное устройство 100 может содержать один или более модулей компонентов или цепи, которые питаются только от батареи, интегрированной в периферийное устройство 100.

[0031] Для обеспечения соответствующего питания и функционирования периферийного устройства 100 при удалении основного источника питания 142 (например, при смене истощенного основного источника питания 142), образцовое периферийное устройство 100 дополнительно содержит запасной порт питания 144, служащий для подключения запасного источника питания 146 через разъемное соединение 147 запасного источника питания 146. Как и основной источник питания 142, запасной источник питания 146 может быть любым устройством, модулем, и т.д., который сохраняет энергию и способен достаточно питать периферийное устройство 100 (или его часть). Запасной источник питания 146 может быть, например, подобен любому из различных источников питания описанных выше по отношению к основному источнику питания 142. Запасной источник питания 146 может быть того же типа источником питания, что и основной источник питания 142, например.

[0032] Запасной порт питания 144 содержит проводящие, электрически изолированные контактные области для электрического подключения запасного источника питания 146. Запасной порт питания 144 и разъемное соединение 147 может быть, например, подобно любому из различных портов питания и разъемных соединений, описанных выше по отношению к основному порту питания 140 и разъемному соединению 143. В одном из вариантов, запасной порт питания 144 содержит две или более проводящих, выдающиеся структуры (например, стойки, кромки, и т.д.), и разъемное соединение 147 содержит набор проводов электропроводки (например, с зажимами для подключения к выступающим структурам). В этом примере, разъемное соединение 147 может содержать провода электропроводки подключенные (например, зажимами) к модулю источника питания 142. Некто, устанавливающий запасной источник питания 146 может подключить провода электропроводки к выступающим структурам запасного порта питания 144.

[0033] В одном из вариантов, основной порт питания 140 и запасной порт питания 144 являются такими, что запасной источник питания 146 может быть свободно установлен и удален вне зависимости от установки и удаления основного источника питания 142, и наоборот. В вариантах, в которых один или оба основной порт питания 140 и запасной порт питания 144 содержат соединители, которые подключают к корпусу периферийного устройства 104 посредством кабеля, расположение основного порта питания 140 и запасного порта питания 144 в таком случае обычно последовательное (другими словами, кабель может просто переместиться в свободное пространство). В вариантах, в которых основной порт питания 140 и запасной порт питания 144 содержат контакты на корпусе или внутри корпуса периферийного устройства 104, расположение портов 140 и 144 может быть критично и частично зависеть от размеров и форм основного источника питания 142 и запасного источника питания 146, от внутренней или внешней формы корпуса периферийного устройства 104, а также ориентации основного источника питания 142 и запасного источника питания 146, когда они установлены.

[0034] Образцовое периферийное устройство 100 дополнительно содержит модуль переключения источника питания 150, содержащий, по меньшей мере, первый терминал питания 152, второй терминал питания 154 и третий терминал питания 156. Каждый из терминалов питания 152, 154, 156 может быть физическим соединителем, или простой электрической контактной точкой (например, любая область вдоль по проводящему проводу, трассе, или панели, подключенных к модулю переключения источника питания 150). Модуль переключения источника питания 150 электрически подключен к основному порту питания 140 через первый терминал питания 152, к запасному порту питания 144 через второй терминал питания 154, и к регулятору напряжения 160 через третий терминал питания 156.

[0035] Модуль переключения источника питания 150 предназначен для переключения между электрически соединенными основным портом питания 140 и третьим терминалом питания 156 (через первый терминал питания 152) и электрически соединенными запасным портом питания 144 и третьим терминалом питания 156 (через второй терминал питания 154), таким образом, обеспечивая поступление энергии на третий терминал питания 156 от основного источника питания 142 или от запасного источника питания 146. Модуль переключения источника питания 150 описан более подробно ниже в соответствии с Фиг. 4.

[0036] Периферийное устройство 100 также содержит регулятор напряжения 160, который рассматривается как ввод энергии поставляемой основным источником питания 142 или запасным источником питания 146 (в соответствии с состоянием модуля переключения источника питания 150), и обеспечивает хорошо регулированное напряжение на выходном терминале 164. Выходной терминал 164 может прямо подключаться к различным модулям и/или цепям периферийного устройства 100, или может подключаться к модулям и/или цепям через дополнительные фильтры и/или регуляторы, например. В некоторых вариантах, выходной терминал 164 поставляет энергию всему периферийному устройству 100. В других вариантах, выходной терминал 164 поставляет энергию только части периферийного устройства 100 (например, только функциональному блоку процесса 130, только процессору 120 и функциональному блоку процесса 130, и т.д.).

[0037] Во время нормальной работы периферийного устройства 100, основной источник питания 142 может в общем случае подключаться к основному порту питания 140 и запасному источнику питания 146, а может быть вообще отключенным от запасного порта питания 144. При истощении основного источника питания 142 до уровня, при котором основной источник питания 142 скоро потеряет способность обеспечивать соответствующее питание периферийного устройства 100, может отображаться предупреждение или другая индикация для ответственного за работоспособность периферийного устройства 100. Например, ответственный сотрудник может получить предупреждение о низком напряжении определенного периферийного устройства 100, сгенерированное узловой рабочей станцией (например, узловой рабочей станцией 16 и/или 18 на Фиг. 1) основанное на данных полученных от периферийного устройства 100 хостом через сетевой интерфейс 110 и антенну 114.

[0038] После получения предупреждения или другой индикации, ответственный сотрудник может постараться заменить основной источник питания 142 до того как основной источник питания 142 потеряет способность питать соответствующим образом периферийное устройство 100. Для этого сотрудник должен принести полностью заряженный, сменный основной источник питания и полностью (или хотя бы, адекватно) заряженный запасной источник питания к месту расположения периферийного устройства 100. В одном из вариантов, сотрудник далее (по порядку): (1) устанавливает запасной источник питания (например, подключая запасной источник питания к запасному порту питания 144); (2) удаляет истощенный основной источник питания (например, отключая истощенный основной источник питания от основного порта питания 140); (3) устанавливает сменный основной источник питания (например, подключая сменный основной источник питания к основному порту питания 140); и (4) удаляет запасной источник питания (например, отключая запасной источник питания от запасного порта питания 144). Таким способом, периферийное устройство 100 может остаться постоянно подключенным к питанию, несмотря на замену основного источника питания.

[0039] В других вариантах, запасной источник питания 146 не предназначен для удаления из периферийного устройства 100 во время нормальной работы. Например, запасной источник питания 146 может быть перезаряжаемой батареей, которая заряжается от основного источника питания 142 пока основной источник питания 142 установлен в периферийном устройстве 100. В других вариантах, запасной источник питания 146 не удаляется из периферийного устройства 100, и сотрудник заменяющий истощенный или близкий к истощению основной источник питания, обычно не имеет необходимости приносить запасной источник питания к месту расположения периферийного устройства 100.

[0040] Фиг. 3 представляет собой блок диаграмму образцового периферийного устройства 200 и модуль переключения источника питания 250 собранных в соответствии со вторым описанным примером настоящего изобретения. Так же как периферийное устройство 100 на Фиг. 2, периферийное устройство 200 и модуль переключения источника питания 250 предпочтительно включены в систему управления процессом, такую как образцовая система управления процессом 5 на Фиг. 1. Периферийное устройство 200 может быть, например, одним из периферийных устройств 30-36 на Фиг. 1, или может быть любым другим периферийным устройством, работающим в системе управления процессами.

[0041] Образцовое периферийное устройство 200 содержит корпус периферийного устройства 204, сетевой интерфейс 210, антенну 214, процессор 220, память 224, и функциональный блок процесса 230, которые могут быть подобны, например, корпусу 104, сетевому интерфейсу 110, антенне 114, процессору 120, памяти 124, и функциональному блоку процесса 130, соответственно, периферийного устройства 100 на Фиг. 2. Более того, образцовое периферийное устройство 200 содержит основной порт питания 240, подключенный к основному источнику питания 242 через разъемное соединение 243, в котором основной порт питания 240, основной источник питания 242, и разъемное соединение 243 могут быть подобны основному порту питания 140, основному источник питания 142, и удаляемому устройству 143 на Фиг. 2.

[0042] В отличие от периферийного устройства 100 на Фиг. 2, образцовое периферийное устройство 200 содержит запасной источник питания 244 интегрированный в периферийное устройство 200. Например, запасной источник питания 244 может быть прямоугольной батареей, энергосберегающим конденсатором, или энергосберегающей интегрированной схемой специального назначения (ASIC), в которой запасной источник питания 244 жестко встроен в периферийное устройство 200. В некоторых из этих вариантов, запасной источник питания 244 является заряжаемым и/или перезаряжаемым основным источником питания 240 пока основной источник питания 240 установлен. Запасной источник питания 244 может быть смонтирован на печатной плате, например, такой как печатная плата, содержащая сетевой интерфейс 210, процессор 220, и/или память 224.

[0043] Образцовое периферийное устройство 200 дополнительно содержит модуль переключения источника питания 250, который имеет, по меньшей мере, первый терминал питания 252, второй терминал питания 254, третий терминал питания 256. Модуль переключения источника питания 250 (с терминалами питания 252, 254,256) может быть подобен модулю переключения источника питания 150 (с терминалами питания 152, 154, 156) на Фиг. 2 (описан более детально ниже в соответствии с Фиг. 4), и может переключаться между основным источником питания 242 и запасным источником питания 244 способом подобным в модуле переключения источника питания 150 переключающего между основным источником питания 142 и запасным источником питания 144 на Фиг. 2, например. В образцовом периферийном устройстве 200, запасной источник питания 244 встроен в периферийное устройство 200 и постоянно подключен ко второму терминалу питания 254 модуля переключения источника питания 250. Периферийное устройство 200 также содержит регулятор напряжения 260 (с выходным терминалом 264), который может быть подобен регулятору напряжения 160 (с выходным терминалом 164) на Фиг. 2, например. Как в периферийном устройстве 100 на Фиг. 2, регулятор напряжения 260 может поставлять энергию, через выходной терминал 264, всему периферийному устройству 200 или только его части, напрямую или через другие цепи.

[0044] В некоторых вариантах, хотя образцовое периферийное устройство 200 содержит запасной источник питания 244 все время, периферийное устройство 200 питается только от основного источника питания 242 во время нормальной работы. Например, основной источник питания 242 может поставлять энергию с более высоким уровнем напряжения чем запасной источник питания 244, в то время как оба источника питания полностью заряжены, а модуль переключения источника питания 150 может подключаться только к источнику питания 242 или 244, к тому, который имеет больший уровень напряжения и к выходному терминалу 264 модуля переключения источника питания 250. После того как основной источник питания 242 истощается до указанного уровня (например, при падении уровня напряжения основного источника питания 242 ниже уровня напряжения запасного источника питания 244), таким образом, периферийное устройство 200 продолжает питаться от запасного источника питания 244.

[0045] Хотя запасной источник питания 244 не требует установки и может использоваться автоматически по необходимости (например, при истощении основного источника питания 242 ниже определенного уровня), сотрудник, ответственный за работоспособность периферийного устройства 200, может тем не менее получать предупреждение или другую индикацию о низком напряжении основного источника питания 242. Например, ответственный сотрудник может получать предупреждение о низком напряжении, идентифицирующее периферийное устройство 200, сгенерированное узловой рабочей станцией (например, узловая рабочая станция 16 и/или 18), основанное на данных полученных от периферийного устройства 200 хостом через сетевой интерфейс 210 и антенну 214. В этом случае, ответственный сотрудник может постараться заменить основной источник питания 242, до того как запасной источник питания 244 потеряет способность питать периферийное устройство 200. Таким образом, сотрудник может принести полностью заряженный, сменный основной источник питания к месту расположения периферийного устройства 200. Сотрудник может затем удалить истощенный основной источник питания (например, отключив истощенный основной источник питания от основного порта питания 240) и затем установить сменный основной источник питания (например, подключив сменный основной источник питания к основному порту питания 240). Таким образом, периферийное устройство 200 может оставаться постоянно питаемым, несмотря на замену основного источника питания.

[0046] Из-за опасных условий (например, условий при которых существует значительный риск взрыва при появлении искры или пламени от периферийного устройства), некоторые производства, содержащие системы управления процессами требуют, чтобы все устройства в различных областях производственных площадей строго соответствовали стандартам безопасности. Например, стандарты ''действительно безопасный'' (IS) требуют определенного ограничения уровня энергий в устройствах управления процессом, такого как ограничения уровней напряжения и токов. Соответственно, периферийные устройства, такие как образцовые периферийные устройства 100 и 200 Фиг. 2 и 3, могут содержать или состоять из компонентов, модулей, или цепей, совместимых с IS и/или другими стандартами безопасности. Также основные источники питания и запасные источники питания для периферийных устройств (например, основной источник питания 142 и запасной источник питания 146 на Фиг. 2, или основной источник питания 242 и запасной источник питания 244 на Фиг. 3) могут быть совместимы с IS и/или другими стандартами безопасности.

[0047] Фиг. 4 является схематической диаграммой модуля переключения источника питания 150 в периферийном устройстве 100 на Фиг. 2, в соответствии с вариантом, в котором модуль переключения источника питания 150 является аналоговым переключателем. Альтернативно, модуль переключения источника питания 150, проиллюстрированный на Фиг.4, может быть модулем переключения источника питания 250 в периферийном устройстве 200 на Фиг. 3. Как описано выше в соответствии с Фиг. 2, модуль переключения источника питания 150 содержит первый терминал питания 152 для подключения к основному источнику питания (например, основной источник питания 142 на Фиг. 2), второй терминал питания 154 для подключения к запасному источнику питания (например, запасной источник питания 146 на Фиг. 2), и третий терминал питания 156 для поставки энергии от основного источника питания или запасного источника питания к периферийному устройству (например, через регулятор напряжения 160 на Фиг. 2). Так же, как описано выше в соответствии с Фиг. 2, энергия, поступающая к терминалу питания 156, может быть доставлена ко всему периферийному устройству или только к части периферийного устройства. Каждый из терминалов питания 152, 154 и 156 содержит, по меньшей мере, положительную и отрицательную точки подключения, каждая из которых может быть коннектором, штекером, и т.д., или даже случайной точкой на проводящем кабеле, трассе или панели модуля переключения источника питания 150.

[0048] Образцовый модуль переключения источника питания 150 является работоспособным в первом состоянии при подключении первого терминала питания 152 к третьему терминалу питания 156, и является работоспособным во втором состоянии при подключении второго терминала питания 154 к третьему терминалу питания 156. Каждое из состояний работы, первое или второе, зависят от состояния подключения и/или уровня напряжения основного источника питания и/или запасного источника питания. Например, первое и/или второе состояние работы могут зависеть от того какой из источников основной источник питания и/или запасной источник питания подключены к первому терминалу питания 154 и/или второму терминалу питания 154, соответственно. В другом примере, первое состояние работы и/или второе состояние работы могут дополнительно зависеть от того, какой источник питания основной источник питания и/или запасной источник питания способны обеспечить соответствующий уровень напряжения.

[0049] В образцовом примере, модуль переключения источника питания 150 находится в первом рабочем состоянии, в том случае если оба i) первый терминал питания 152 подключен к основному источнику питания (например, через основной порт питания, такой как основной порт питания 140 на Фиг. 2), и ii) второй терминал питания 154 не подключен к запасному источнику питания (например, запасной источник питания не подключен к запасному порту питания, такому как запасной порт питания 142 на Фиг. 2) и/или напряжение основного источника питания, подключенного к первому терминалу питания 152 выше порогового уровня напряжения (например, выше уровня напряжения запасного источника питания, подключенного ко второму терминалу питания 154). Различные примеры пороговых уровней напряжений описаны ниже.

[0050] В другом образцовом варианте, модуль переключения источника питания 150 находится во втором рабочем состоянии, в том случае если второй терминал питания 154 подключен к запасному источнику питания (например, через запасной порт питания, такой как запасной порт питания 142 на Фиг. 2), и также i) основной источник питания не подключен к первому терминалу питания 152 (например, основной источник питания не подключен к основному порту питания, таком как основной порт питания 140 на Фиг. 2), или и) основной источник питания подключен к первому терминалу питания 152 (например, через основной порт питания, такой как основной порт питания 140 на Фиг. 2) но основной источник питания не способен поддерживать пороговый уровень напряжения.

[0051] В образцовом модуле переключения источника питания 150, проиллюстрированном на Фиг. 4, аналоговые цепи осуществляют переключение между основным источником питания и запасным источником питания. В частности, модуль переключения источника питания 150 содержит набор диодов, который содержит диод 280 в цепи между положительной стороной первого терминала питания 152 и положительной стороной третьего терминала питания 156, и диодный мост 284 с диодами 284-1 через 284-4, как показано на Фиг. 4. Диоды 280 и/или диоды 284-1 через 284-4 из набора диодов могут быть высокомощными диодами Шоттки с низкими потерями, например.

[0052] Модуль переключения источника питания 150, проиллюстрированный на Фиг. 4, поставляет энергию периферийному устройству от основного источника питания (через первый терминал питания 152 и третий терминал питания 156) в случае, когда основной источник питания способен обеспечивать, по меньшей мере, пороговый уровень напряжения. В случае, когда запасной источник питания подключен ко второму терминалу питания 154 образцового модуля переключения источника питания 150, пороговый уровень напряжения эквивалентен уровню напряжения запасного источника питания, если присутствует идеальное совпадение падений напряжения на диоде 280 и диодах 284-1 через 284-4. На практике, однако, падение напряжения через диод 280 и каждый из диодов 284-1 через 284-4 будет отличаться. Соответственно, пороговый уровень напряжения образцового модуля переключения источника питания 150 эквивалентен уровню напряжения запасного источника питания плюс положительное или отрицательное смещение напряжения, отвечающее несовпадению падений напряжения на диодах 280 и одном или более диодов 284-1 через 284-4.

[0053] В образцовом варианте, в котором основной источник питания способен поставлять энергию при 6,90 В, подключен к первому терминалу питания 152, запасной источник питания способен поставлять энергию при 7,20 В подключен ко второму терминалу питания 154, а смещение напряжения ввиду не совпадения диодов - 0,05 V, уровень напряжения основного источника питания, меньший, чем пороговый уровень напряжения (то есть, 7,20V-0,05V=7,15V), и таким образом только запасной источник питания будет поставлять энергию периферийному устройству через третий терминал питания 156. В редких случаях основной источник питания и запасной источник питания оба установлены и напряжения обоих источников приблизительно равны (после учета смещения напряжения), оба источника питания могут временно поставлять энергию периферийному устройству. Конечно, при условии, что только один из источников (то есть, основной источник питания или запасной источник питания) подключен к соответствующему терминалу питания (то есть, к первому терминалу питания 152 или второму терминалу питания 154, соответственно), то только подключенный источник питания может поставлять энергию к периферийному устройству.

[0054] Возможны также другие конфигурации цепей модуля переключения источника питания 150. Например, диоды 280 и/или диоды 284-1 через 284-4 могут быть расположены другим способом. Более того, модуль переключения источника питания 150 в обычных вариантах не является аналоговым переключателем. В некоторых вариантах, например, модуль переключения источника питания 150 является цифровым переключателем. В этих вариантах, модуль переключения источника питания 150 может содержать цепи переключения (например, один или более транзисторов большой мощности) состояние переключения которых контролируется цифровым управляющим сигналом, который генерируется процессором, подобным процессору 120 на Фиг. 2. Процессор может, например, определять момент, в который основной источник питания обеспечивает напряжение, соответствующее пороговому уровню напряжения (например, получая информацию от цепи датчика напряжения), и в соответствии с этим определением посылает соответствующий управляющий сигнал на модуль переключения источника питания 150 для переключения в необходимое состояние цифрового переключателя. Пороговый уровень напряжения для цифрового ключа может быть задан предварительно. Например, пороговый уровень напряжения может быть представлен данными, сохраняемыми в памяти (например, память 124 на Фиг. 2 или память 224 на Фиг. 3), к которым обращается процессор, управляющий состоянием цифрового переключателя. В другом варианте, модуль переключения источника питания 150 является контролируемым вручную (например, тумблерный переключатель).

[0055] Фиг. 5А и 5В представляют собой виды в перспективе внутренней части образцового периферийного устройства 300, иллюстрирующие образцовый основной источник питания (то есть, источник питания 310) в состоянии, когда он установлен и состоянии, когда он удален, соответственно. Периферийное устройство 300 может быть, например, подобно периферийному устройству 100 на Фиг. 2 и/или может быть частью системы управления процессом такой как система управления процессом 5 на Фиг. 1 (например, в качестве одного из периферийных устройств 30-36). В соответствии с первой Фиг. 5А, периферийное устройство 300 содержит корпус периферийного устройства 314, который может иметь структуру из крепкого пластика или металла, например. В периферийном устройстве 300 показанном на Фиг. 5А, доступ в корпус периферийного устройства 314 осуществляется отделением первой части корпуса периферийного устройства 314А от второй части корпуса периферийного устройства 314 В, причем части корпуса периферийного устройства 314А и 314 В соединены петлями 316. Альтернативно, части корпуса периферийного устройства 314А и 314 В могут быть соединены несколькими другими механическими соединителями, такими как шурупы или защелки. В других вариантах, внутренняя область корпуса периферийного устройства 314 не доступна путем открывания устройства 300 подобным образом.

[0056] Печатная электрическая плата (РСВ) 320 жестко закреплена в первой части корпуса периферийного устройства 314А, и может содержать (например, со стороны РСВ 320, не показанной на Фиг. 5А) один или более процессоров и/или другие схемы или устройства. РСВ 320 может содержать сетевой интерфейс, процессор, и память, которые могут быть подобны сетевому интерфейсу 110, процессору 120, и памяти 124 на Фиг. 2, например. Более того, РСВ 320 может содержать часть или всю схему, связанную с выполнением основной функции периферийного устройства 300 в системе управления процессом (например, схему функционального блока процесса 130 на Фиг. 2). Дополнительно, РСВ 320 может содержать дополнительные схемы, такие как модуль переключения источника питания подобный модулю переключения источника питания 150 и/или регулятор напряжения подобный регулятору напряжения 160 на Фиг. 2.

[0057] Образцовое периферийное устройство 300 содержит антенну 322, подключенную к корпусу периферийного устройства 314 для коммуникации по беспроводной сети системы управления процессом (например, беспроводной коммуникационной сети 14 на Фиг. 1). Антенна 322 может быть, например, подобна антенне 114 на Фиг. 2, и подключена к сетевому интерфейсу (например, подобному сетевому интерфейсу 110 на Фиг. 2), содержащемуся в корпусе периферийного устройства 314 (например, на РСВ 320).

[0058] Часть корпуса периферийного устройства 314B содержит модуль 324, который выполняет основную функцию периферийного устройства управления 300, такую как детектирование позиции клапана. Модуль 324 может быть подобен функциональному блоку процесса 130 на Фиг. 2, например. Модуль 324 может содержать один или более процессоров (например, смонтированных на одной или более РСВ в модуле 324), которые управляют работой модуля 324 (например, получают данные с датчиков). Альтернативно, работа модуля 324 может быть управляема одним или более процессоров на РСВ 320.

[0059] Часть корпуса периферийного устройства 314 В механически подключена ко второму, внешнему модулю 326, который выполняет другую основную функцию периферийного устройства управления 300, такую как позиционирование клапана. Модуль 326 может быть подобен функциональному блоку процесса 130 на Фиг. 2, например. Модуль 326 может содержать один или более процессоров (например, смонтированных на одной или более плат РСВ), которые управляют работой модуля 326 (например, юстируя пневматическое давление с помощью цилиндрического золотника в модуле 326). Альтернативно, работа модуля 326 может быть управляема одним или более процессоров на РСВ 320.

[0060] В вариантах, в которых модуль 324 и/или модуль 326 управляются одним или более процессоров на РСВ 320 и/или в вариантах, в которых энергия от источника питания 310 направляется в модуль 324 и/или модуль 326, один или более электрических соединителей могут подключать РСВ 320 к соответствующему модулю(ям). В образцовом периферийном устройстве 300, ленточный кабельный соединитель 328 обеспечивает часть такого соединения, хотя ленточный кабель сам по себе не был показан для ясности.

[0061] В то время как образцовое периферийное устройство 300, проиллюстрированное на Фиг. 5А и 5В, содержит два модуля 324, 326 для осуществления основных функций в системе управления процессом, другие варианты могут содержать только один такой модуль, или более чем два таких модуля. Более того, другие варианты могут содержать один или более модулей, расположенных внутри (или снаружи, но подключенные) корпуса периферийного устройства 314 по другому. В качестве примера, модуль 324 может располагаться внутри части корпуса периферийного устройства 314А, подключенного снаружи к корпусу периферийного устройства 314 (например, подобно модулю 326), или подключенного к корпусу периферийного устройства 314 через внешний кабель.

[0062] В варианте примера на Фиг. 5А и 5В, источник питания 310 является заменяемым источником питания. Периферийное устройство 300 содержит соединители 330, которые подключают основной порт питания для электрического соединения разъемное соединение источника питания 310. В некоторых вариантах, соединители 330 электрически подключаются к источнику питания 310 (когда вставлен, как показано на Фиг. 5 В) к терминалу модуля переключения источника питания (например, модуль переключения источника питания смонтированный на РСВ 320), такой как первый терминал питания 152 модуля переключения источника питания 150 на Фиг. 2 и 4. Соединители 330 содержат, по меньшей мере, положительный соединитель 330А и отрицательный соединитель 330 В для подключения к разъемному соединению, которое содержит положительный соединитель 332А и негативный соединитель 332 В, соответственно, источника питания 310. Например, образцовое периферийное устройство 300 и образцовый источник питания 310, соединители 330 и соединители 332 дополнительно обеспечивают определенный уровень механического соединения между периферийным устройством 300 и источником питания 310. В варианте, проиллюстрированном на Фиг. 5А, каждый из соединителей 330 является штекером типа ''тюльпан'', и каждый из соединителей 332 является разъемом ''тюльпан'', который механически подходит к соответствующему штекеру типа ''тюльпан''.

[0063] Образцовый источник питания 310 содержит панель 334, который, при присоединении соединителей 330 к соединителям 332, размещается в корпусе периферийного устройства 314 как проиллюстрировано на Фиг. 5В. В некоторых вариантах, панель 334 может быть механически прикреплена к периферийному устройству 300 защелками, шурупами, или каким-либо другим образом, в случае установки источника питания 310. На панели 334 смонтированы контейнеры батарей 336. Каждый контейнер батареи 336 содержит корпус, который содержит батарею (не показано на Фиг. 5А или 5В), например, литий тионилхлоридную батарею. Батареи в контейнерах 336 могут быть последовательно соединены проводниками на панели 334, например, и обеспечивать особенное напряжение при полном заряде (например, 7,2В при том, что каждый из контейнеров батарей 336А и 336В содержит одну из двух последовательно подключенных батарей 3,6В).

[0064] В то время как основной источник питания, проиллюстрированный на Фиг. 5А (то есть, источник питания 310), имеет конфигурацию, описанную выше, в других вариантах могут быть использованы другие основные источники питания. Например, основной источник питания может содержать только одну батарею или более чем две батареи и/или множество батарей могут быть подключены параллельно. В качестве другого примера, основной источник питания может не содержать панель 334 (например, основной источник питания может состоять из одной или более батарей, без панели 334 или контейнеров батарей 336).

[0065] В образцовом периферийном устройстве 300, РСВ 320 содержит герметичную область 340. Герметичная область 340 располагается между РСВ 320 и источником питания 310 при том, что источник питания 310 установлен в образцовое периферийное устройство 300 как проиллюстрировано на Фиг. 5В, и может служить для визуализации периферийного устройства 300 совместимого с IS или другими стандартами безопасности. Например, герметичная область 340 может помогать предохранять поверхность РСВ 320 от контакта с горючими веществами в воздухе, или от воспламеняемой пыли.

[0066] В добавление к соединителям питания 330, образцовое периферийное устройство 300 содержит соединители 342 для возможного подключения к проводному коммуникационному интерфейсу (например, проводной HART интерфейс). Проводной интерфейс может быть использован для обслуживания и/или в целях установки, например. Например, перед подключением периферийного устройства 300 к беспроводной сети в первый раз, периферийное устройство 300 может требовать настройки через проводной интерфейс, и/или информация о периферийном устройстве 300 возможно может быть получена через проводной интерфейс и таким образом необходимо войти в систему управления процессом. Сотрудник, ответственный за работоспособность и настройку системы управления процессом, может подключиться к периферийному устройству 300 через соединители 342, используя для этого ручное устройство, подобное ручному устройству 55 на Фиг. 1. Хотя соединители 342, показанные на Фиг. 5А, являются штекерами типа ''тюльпан'', могут быть использованы и соединители другого типа. Также не показано на Фиг. 5А и 5В, что источники питания 310 могут содержать соединители (например, разъемы типа ''тюльпан''), которые подключаются к соединителям 342 и действуют как ''передача'' (то есть, позволяют устройству подключаться к соединителям 342 даже при установленном энергетическом модуле 310). В некоторых вариантах, периферийное устройство 300 не содержит соединителей 342.

[0067] Периферийное устройство 300 также содержит контактные области 344, действующие как запасной порт питания для электрического соединения запасного источника питания (не показан) к периферийному устройству 300. В одном из вариантов, контактные области 344 электрически связывают запасной источник питания с терминалом модуля переключения источника питания (например, на РСВ 320), подобным второму терминалу питания 154 модуля переключения источника питания 150 на Фиг. 2 и 4. Контактные области 344 содержат, по меньшей мере, положительную контактную область 344А и отрицательную контактную область 344В для соединения разъемного соединения (например, соответствующих положительной контактной области и негативной контактной области) запасного источника питания. Контактные области 344 расположены в образцовом периферийном устройстве 300 так, что источник питания 310 устанавливается в корпус периферийного устройства 314, как проиллюстрировано на Фиг. 5В, контакты 344 остаются доступными.

[0068] Контактные области 344 образцового периферийного устройства 300 являются петлями или выступающими частями, которые представляют собой проводящие структуры для подключения к ним проводников от запасного источника питания (например, через провода с зажимами). Например, запасной источник питания может быть подключен к контактным областям 344 с помощью проводов с зажимами от позитивной контактной области 344А и негативной контактной области 344В к позитивному и негативному электродам батареи, или к позитивному и негативному соединителями запасного источника питания подходящими к источнику питания 310. Как описано выше в соответствии с Фиг. 2 и 3, другие варианты могут содержать различные типы запасных портов питания, запасных источников питания, и разъемных соединений, или могут обойтись без запасного порта питания и разъемного соединения (например, для определенных типов запасных источников питания интегрированных в периферийное устройство 300).

[0069] Корпус периферийного устройства 314 образцового периферийного устройства 300 сделан таким образом, что после установки источника питания 310, как проиллюстрировано на Фиг. 5В, периферийное устройство 300 может быть закрыто соединением частей корпуса периферийного устройства 314А и 314B вместе. Хотя Фиг. 5А и 5В показывают вариант, в котором контактные области 344 для запасного источника питания недоступны после закрытия периферийного устройства 300, контактные области 344 остаются доступными после закрытия периферийного устройства 300 в некоторых других вариантах (например, с наличием прорези в корпусе периферийного устройства 314, которая обеспечивает соединение, проходящее сквозь корпус периферийного устройства 314, и т.д.).

[0070] Хотя различные функции и/или системы периферийных устройств были описаны здесь как ''модули,'' ''компоненты,'' или ''функциональные блоки,'' отмечается, что эти термины не ограничены отдельными, целыми устройствами. Более того, хотя настоящее изобретение описано в соответствии с определенными образцами, эти образцы считаются только иллюстративными, и не считаются такими, которые ограничивают изобретение. Для специалиста в данной области будет очевидно, что изменения, добавления или удаления могут быть сделаны в описанных вариантах без выхода за рамки и дух изобретения.

Изобретение относится к способам и приборам обеспечения бесперебойного питания в системе управления процессом. Технический результат – обеспечение эффективного управления процессом за счет исключения времени простоя по причине проблем с питанием. Устройство содержит корпус периферийного устройства, основной порт питания, расположенный в корпусе или подключенный к корпусу периферийного устройства, а также модуль переключения источника питания, содержащий первый терминал питания, второй терминал питания и третий терминал питания. Первый терминал питания подключается к основному порту питания, а третий терминал питания предназначен для поставки энергии, подведенной к третьему терминалу питания, к, по меньшей мере, части периферийного устройства. Модуль переключения источника питания в первом рабочем состоянии подключает первый терминал питания к третьему терминалу питания, а также модуль переключения источника питания во втором рабочем состоянии подключает второй терминал питания к третьему терминалу питания. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Периферийное устройство с бесперебойным питанием для использования в системе управления процессом, содержащее:

корпус периферийного устройства;

сетевой интерфейс, расположенный внутри корпуса периферийного устройства или подключенный к указанному корпусу снаружи, который посредством связи подключен между хостом и функциональным блоком процесса в указанном периферийном устройстве, причем сетевой интерфейс выполнен с возможностью осуществления по меньшей мере одного из следующего: передавать сигналы управления процессом хосту или получать сигналы управления процессом от хоста;

модуль, расположенный внутри корпуса периферийного устройства или подключенный к указанному корпусу снаружи, который выполнен с возможностью осуществления одного или более из следующего в системе управления процессом: (i) функцию управления снаружи периферийного устройства, (ii) функцию мониторинга снаружи периферийного устройства или (iii) физическую функцию снаружи периферийного устройства;

основной порт питания, расположенный в корпусе или подключенный к корпусу периферийного устройства;

модуль переключения источника питания содержащий первый терминал питания, второй терминал питания и третий терминал питания, в котором

первый терминал питания подключается к основному порту питания,

третий терминал питания предназначен для поставки энергии, приложенной к третьему терминалу питания, к, по меньшей мере, части периферийного устройства,

модуль переключения источника питания в первом рабочем состоянии подключает первый терминал питания к третьему терминалу питания, и

модуль переключения источника питания во втором рабочем состоянии подключает второй терминал питания к третьему терминалу питания, причем модуль переключения источника питания работает во втором рабочем состоянии в случае, если:

второй терминал питания подключен к запасному источнику питания, и

основной порт питания также i) не подключен к основному источнику питания или ii) подключен к основному источнику питания в случае, если основной источник питания не способен обеспечить пороговый уровень напряжения; и

запасной порт питания, расположенный в корпусе или подключенный к корпусу периферийного устройства и подключенный ко второму терминалу питания, и отличается тем, что запасной порт питания предназначен для подключения запасного источника питания через разъемное соединение.

2. Периферийное устройство по п. 1, отличающееся тем, что основной порт питания подключает основной источник питания через разъемное соединение.

3. Периферийное устройство по п. 1, отличающееся тем, что запасной источник питания постоянно подключен ко второму терминалу питания.

4. Периферийное устройство по п. 1, отличающееся тем, что запасной источник питания содержит, по меньшей мере, одно из перечисленных: батарею, конденсатор и энергосберегающую ASIC.

5. Периферийное устройство по п. 1, отличающееся тем, что

модуль переключения источника питания является аналоговым переключателем, содержащим набор диодов, и

пороговый уровень напряжения эквивалентен уровню напряжения запасного источника питания плюс некоторое компенсированное напряжение, равное разности падений напряжения на наборе диодов.

6. Периферийное устройство по п. 1, отличающееся тем, что

модуль переключения источника питания является цифровым переключателем, и

пороговый уровень напряжения является предопределенным пороговым уровнем напряжения.

7. Периферийное устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль переключения источника питания является переключателем, управляемым вручную.

8. Периферийное устройство по п. 1, отличающееся тем, что

модуль переключения источника питания находится в первом рабочем состоянии в случае, если:

первый терминал питания подключен к основному источнику питания через основной порт питания, и

по меньшей мере, действительно одно из перечисленного i) запасной порт питания не подключен к запасному источнику питания и ii) напряжение основного источника питания выше порогового уровня напряжения, и

модуль переключения источника питания находится во втором рабочем состоянии в случае, если:

второй терминал питания подключен к запасному источнику питания через запасной порт питания, и

основной порт питания также i) не подключен к основному источнику питания или ii) подключен к основному источнику питания в случае, если основной источник питания не способен обеспечить пороговый уровень напряжения.

9. Периферийное устройство по п. 1, дополнительно содержащее процессор и сетевой интерфейс, коммуникативно связанный с процессором.

10. Периферийное устройство по п. 1, отличающееся тем, что сетевой интерфейс предназначен для коммуникации по протоколу беспроводной ячеечной сети.

11. Периферийное устройство по п. 1, отличающееся тем, что сетевой интерфейс вызывает индикацию, связанную с напряжением основного источника питания, подключенного к основному порту питания, передаваемую на узловую рабочую станцию через беспроводную сеть.

12. Способ обеспечения бесперебойного питания периферийного устройства в системе управления процессом, включающий:

наличие корпуса периферийного устройства;

наличие сетевого интерфейса, расположенного внутри корпуса периферийного устройства или подключенного к указанному корпусу снаружи, который посредством связи подключен между хостом и функциональным блоком процесса в указанном периферийном устройстве, причем сетевой интерфейс выполнен с возможностью осуществления по меньшей мере одного из следующего: передавать сигналы управления процессом хосту или получать сигналы управления процессом от хоста;

наличие модуля, расположенного внутри корпуса периферийного устройства или подключенного к указанному корпусу снаружи, который выполнен с возможностью осуществления одного или более из следующего в системе управления процессом: (i) функцию управления снаружи периферийного устройства, (ii) функцию мониторинга снаружи периферийного устройства или (iii) физическую функцию снаружи периферийного устройства;

наличие основного порта питания, расположенного внутри или подключенного к корпусу периферийного устройства;

наличие первого терминала питания, второго терминала питания и третьего терминала питания, отличающихся тем, что

первый терминал питания подключен к основному порту питания, и

третий терминал питания предназначен для поставки энергии от третьего терминала питания к, по меньшей мере, части периферийного устройства;

автоматическое подключение первого терминала питания с третьим терминалом питания во время первого рабочего состояния;

автоматическое подключение второго терминала питания с третьим терминалом питания во время второго рабочего состояния; и

наличие запасного порта питания, подключенного ко второму терминалу питания, отличающихся тем, что

первое рабочее состояние возникает в случае, если:

первый терминал питания подключен к основному источнику питания через основной порт питания, и

по меньшей мере, действительно одно из перечисленного i) запасной порт питания не подключен к запасному источнику питания и ii) напряжение основного источника питания выше порогового уровня напряжения, и

второе рабочее состояние возникает в случае, если:

второй терминал питания подключен к запасному источнику питания, и основной порт питания также i) не подключен к основному источнику питания или ii) подключен к основному источнику питания в случае, если основной источник питания не способен обеспечивать пороговый уровень напряжения.

13. Способ по п. 12, дополнительно включающий:

автоматическое отключение второго терминала питания от третьего терминала питания во время первого рабочего состояния; и

автоматическое отключение первого терминала питания от третьего терминала питания во время второго рабочего состояния.

14. Способ обеспечения бесперебойного питания периферийного устройства в системе управления процессом, включающий:

наличие периферийного устройства, предназначенного для подключения к заменяемому источнику питания;

наличие сетевого интерфейса, расположенного внутри корпуса периферийного устройства или подключенного к указанному корпусу снаружи, который посредством связи подключен между хостом и функциональным блоком процесса в указанном периферийном устройстве, причем сетевой интерфейс выполнен с возможностью осуществления по меньшей мере одного из следующего: передавать сигналы управления процессом хосту или получать сигналы управления процессом от хоста;

наличие модуля, расположенного внутри корпуса периферийного устройства или подключенного к указанному корпусу снаружи, который выполнен с возможностью осуществления одного или более из следующего в системе управления процессом: (i) функцию управления снаружи периферийного устройства, (ii) функцию мониторинга снаружи периферийного устройства или (iii) физическую функцию снаружи периферийного устройства;

наличие первых контактных областей, расположенных в периферийном устройстве или соединенных с периферийным устройством и отличающихся тем, что первые контактные области предназначены для подключения контактных областей к заменяемому источнику питания;

наличие вторых контактных областей, расположенных в периферийном устройстве или подключенных к периферийному устройству и отличающихся тем, что вторые контактные области предназначены для подключения контактных областей к запасному источнику питания;

обеспечение питания, по меньшей мере, части периферийного устройства через заменяемый источник питания в случае, если контактные области заменяемого источника питания подключены к первым контактным областям и заменяемый источник питания обеспечивает, по меньшей мере, пороговый уровень напряжения; и

обеспечение питания, по меньшей мере, части периферийного устройства через запасной источник питания в случае, если i) контактные области заменяемого источника питания не подключены к первым контактным областям и ii) заменяемый источник питания не способен обеспечить, по меньшей мере, пороговый уровень напряжения.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что заменяемый источник питания обеспечивает, по меньшей мере, пороговый уровень напряжения, в то время как напряжение, поставляемое заменяемым модулем питания, выше, чем напряжение, поставляемое запасным источником питания, плюс скомпенсированное напряжение, соответствующее разнице падений напряжения на наборе диодов.

16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что пороговый уровень напряжения является предопределенным пороговым уровнем напряжения.

17. Способ по п. 14, отличающийся тем, что пороговый уровень напряжения является эквивалентным уровню напряжения запасного источника питания плюс скомпенсированное напряжение, соответствующее разнице падений напряжения на наборе диодов.