Способ регулирования электропитания нескольких полевых приборов

Способ регулирования электропитания нескольких полевых приборов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу регулирования электропитания нескольких полевых приборов.

В технике автоматизации и управления процессами используются полевые приборы, например датчики, с помощью которых в ходе процесса измеряют переменные процесса или исполнительные устройства, с помощью которых управляют регулируемыми величинами.

Полевые приборы для определения расхода, уровня заполнения, разности давлений, температуры и т.д. общеизвестны. Для регистрации соответствующей переменной процесса, т.е. массового или объемного расхода, уровня заполнения, давления, температуры и т.д., полевые приборы расположены в непосредственной близости от данного объекта процесса.

Полевые приборы вырабатывают измерительный сигнал, который соответствует измеряемому значению зарегистрированной переменной процесса. Этот измерительный сигнал передают центральному блоку управления, например, в диспетчерскую или системе управления процессом. Как правило, все управление процессом происходит от блока управления, где обрабатывают измерительные сигналы различных полевых приборов и на основе обработки вырабатывают управляющие сигналы, которые управляют ходом процесса.

В качестве примера исполнительного устройства следует назвать управляемый клапан, который регулирует расход жидкости или газа на отрезке трубопровода.

Передача сигналов между полевым прибором и блоком управления может происходить в цифровой форме через линию шины данных. Известными международными стандартами передачи сигналов является Profibus, Foundation Fieldbus или CAN-Bus. В программируемых полевых приборах используют большей частью схемы ASIC (application-specific integrated circuits) или устройства SMD (surface mounted devices). У программируемых полевых приборов тем самым "интеллект" все больше смещается в поле к собственно месту назначения.

Соответствующая управляющая программа полевого прибора хранится в энергонезависимой памяти в полевом приборе и отрабатывается в микропроцессоре. Она управляет в том числе обслуживающими, измерительными или управляющими функциями полевого прибора.

Нередко полевые приборы питаются электроэнергией по линии шины данных. Потребление электроэнергии полевым прибором зависит от различных факторов. Они, как правило, непостоянны по времени. Во время получения данных измерений необходимость в энергии повышается (пиковая нагрузка). В промежуточные периоды времени достаточно меньшего электропитания (основная нагрузка). Расход электроэнергии каждым полевым прибором устанавливают с помощью аппаратных средств твердо на значение расхода. Обычно значение расхода соответствует пиковой нагрузке, с тем чтобы снабжать полевой прибор всегда достаточной электроэнергией. В промежуточные периоды времени при этом электроэнергия расходуется зря.

У полевых приборов нового поколения значение расхода лежит между пиковой и основной нагрузками. Это означает, однако, что эти полевые приборы должны иметь аккумулятор энергии, с тем чтобы во время измерений покрывать свою потребность в энергии. Если аккумулятор энергии полностью заполнен, то имеющуюся в распоряжении выше основной нагрузки энергию приходится без пользы преобразовывать в тепло.

По линии шины данных в распоряжение можно предоставить только определенное количество энергии (предельное значение), т.е. число подключенных к линии шины данных полевых приборов ограничено. Сумма значений расхода отдельными полевыми приборами не должна превышать предельного значения. Если к линии шины данных должно быть подключено как можно больше полевых приборов, то значения расхода отдельными полевыми приборами должны быть выбраны как можно меньшими, что имеет следствием низкую скорость измерения отдельных полевых приборов.

Если значения расхода отдельными полевыми приборами должны быть снижены, поскольку к линии шины данных должен быть подключен дополнительный полевой прибор, то это возможно лишь сложным путем от руки.

Задачей изобретения является поэтому создание способа, обеспечивающего простое и соответствующее потребности, а также экономичное установление значений расхода отдельными полевыми приборами.

Эта задача решается посредством способа регулирования нескольких полевых приборов, соединенных линией шины данных и питаемых через нее электроэнергией, причем потребление электроэнергии каждым полевым прибором может быть установлено, включающего в себя следующие этапы:

- определение потребности в электроэнергии отдельными, подключенными к линии шины данных полевыми приборами;

- определение или расчет токовой нагрузки линии шины данных;

- передачу управляющих сигналов по линии шины данных, которые регулируют потребление электроэнергии соответствующими полевыми приборами в зависимости от токовой нагрузки линии шины данных.

Основная идея изобретения состоит в управлении электропитанием нескольких полевых приборов в соответствии с токовой нагрузкой линии шины данных с охватом полевых приборов. Таким образом, потребление электроэнергии полевыми приборами можно согласовать в соответствии с моментальной потребностью в электроэнергии отдельными полевыми приборами и токовой нагрузкой линии шины данных.

За счет этого можно повысить число подключенных к линии шины данных полевых приборов (экономия расходов) или повысить скорость измерения полевых приборов.

Управляющие сигналы могут быть переданы предпочтительным образом системой управления процессом или одним из полевых приборов.

В одном усовершенствовании изобретения управляющие сигналы могут быть переданы полевыми приборами с последовательным разрешением.

Объектом изобретения является также устройство для осуществления способа.

Изобретение более подробно поясняется с помощью прилагаемых чертежей, на которых изображают:

- фиг.1 - схематично системную шину данных с несколькими полевыми приборами;

- фиг.2 - схематично полевой прибор.

На фиг.1 изображена системная шина DBS данных с несколькими полевыми приборами и системой PLS управления процессом. Полевые приборы представляют собой датчики S и исполнительные устройства А. Подключенные к шине данных объекты соединены между собой линией DBL шины данных. Система PLS управления процессом расположена, как правило, в контрольном помещении, из которого центрально осуществляется все управление процессом. Датчики S и исполнительные устройства А расположены "в поле" у отдельных объектов процесса (цистерна, наполнительное устройство, нефтепровод и т.д.). Датчики S1, S2, S3 регистрируют, например, переменные процесса - температуру Т, давление D и расход F соответственно на одном определенном объекте процесса. Исполнительные устройства А1, А2 представляют собой, например, клапанные устройства управления, которые регулируют расход жидкости или газа через отрезок трубопровода. Обмен данными между системой PLS управления процессом, датчиками S и исполнительными устройствами А происходит известным образом техникой передачи по международному стандарту (например, RS 485 или IEC 1158) посредством специальных протоколов (например, Profibus, Foundation Fieldbus или CAN-Bus).

Через линию DBL шины данных может быть предоставлено в распоряжение лишь определенное количество электроэнергии (предельное значение). Оно зависит от применения (взрывозащищенная область, взрывонезащищенная область).

На фиг.2 более подробно изображен датчик S1 в качестве примера полевого прибора. Датчик S1 подключен непосредственно к линии DBL шины данных. Подключение осуществляется посредством тройника Т, который через линию DL1 передачи данных соединен с интерфейсом FBS полевой шины. Интерфейс FBS полевой шины, нередко называемый также Medium Access Unit (MAU), поддерживает все функции передачи и приема в соответствии с применяемой техникой передачи и осуществляет электропитание датчика S1.

От интерфейса FBS полевой шины линия DL2 передачи данных ведет к блоку КЕ связи, который читает телеграммы от линии шины данных или сам пишет телеграммы линии DBL шины данных. Блок КЕ связи, нередко выполненный в виде модемной ASIC, соединен через линию DL3 передачи данных с микропроцессором μР. Управляющая программа микропроцессора μP хранится в энергонезависимой памяти ЕЕ. Память ЕЕ представляет собой так называемую стираемую и заново программируемую память (флэш-память или флэш-ЭППЗУ). Микропроцессор μР соединен с интерфейсом S, который служит в качестве подключения для внешнего блока памяти, например ноутбуком. Через этот интерфейс S управляющие программы и данные могут передаваться от внешних ЗУ к полевому прибору. Далее с микропроцессором μP соединены память (ОЗУ) и блок АВ отображения и управления. Дополнительно микропроцессор μР соединен еще через аналого-цифровой преобразователь AD с измерительным преобразователем MWA. Аналого-цифровой преобразователь AD преобразует аналоговый измерительный сигнал измерительного преобразователя MWA в цифровой измерительный сигнал, который обрабатывается в микропроцессоре μР.

От управляющего выхода А1 микропроцессора μР управляющая линия SL ведет к выключателю SR, который соединен с управляющим входом Е1 интерфейса FSB полевой шины, а через несколько альтернативно подключаемых резисторов R1, R2, R3, R4 - с массой. Возможно также плавное регулирование сопротивления.

Другими возможностями регулирования являются транзисторы с полевым эффектом или регулируемые источники тока и напряжения.

Интерфейс FSB полевой шины заботится обо всем электропитании датчика S1. Согласно изобретению электропитание датчика S1 можно изменять за счет значения сопротивления между управляющим входом Е1 и нулевой точкой массы. Потребность датчика S1 в электроэнергии зависит от того, регистрируют ли измеренное значение или нет. Во время измерительной фазы потребность в электроэнергии повышается (пиковая нагрузка). Во время измерительных пауз обычно достаточно меньшего электропитания (основная нагрузка).

Ниже способ согласно изобретению поясняется более подробно. На первом этапе потребность в электроэнергии отдельными, подключенными к линии DBL шины данных полевыми приборами определяют посредством активного в данный момент блока управления. Активным блоком управления может быть система PLS управления процессом или один из полевых приборов S1, S2, S3, A1 или А2. Определение потребности в электроэнергии может происходить также в качестве альтернативы техником или при подключении установки посредством блока управления.

Во время заполнения цистерны может потребоваться повысить скорость измерения датчика уровня заполнения, с тем чтобы обеспечить надежное заполнение. Для более высокой скорости измерения требуется более высокое потребление электроэнергии.

Определение или расчет токовой нагрузки подключенных к линии DBL шины данных полевых приборов.

Дополнительно удавалось обнаружить также возможную перегрузку. На следующем этапе отдельным полевым приборам в соответствии с токовой нагрузкой линии шины данных передают управляющие сигналы, которые регулируют потребление электроэнергии соответствующими полевыми приборами.

Таким образом, потребление электроэнергии отдельными полевыми приборами может быть согласовано с условиями процесса.

Управляющие сигналы могут быть выработаны либо системой PLS управления процессом, либо в одном альтернативном выполнении - одним из полевых приборов.

Возможна также передача разрешения на выработку управляющих сигналов от одного полевого прибора к другому.

Объектом изобретения является также устройство для осуществления способа согласно изобретению.

В одном альтернативном выполнении все подключенные к линии DBL шины данных полевые приборы работают в режиме основного тока. Только тот(те) полевой прибор (полевые приборы), имеющий (имеющие) разрешение (эстафету), должен (должны) быть переключены в режим пикового тока. После передачи разрешения (эстафеты) соответствующий полевой прибор снова автоматически переключается в режим основного тока. Возможна также передача нескольких эстафет между полевыми приборами.

1. Способ регулирования электропитания нескольких полевых приборов S1, S2, S3, A1, A2, используемых в технике автоматизации и управления процессами, соединенных линией DBL шины данных и питаемых через линию DBL шины данных электроэнергией, причем потребление электроэнергии каждым полевым прибором S1, S2, S3, A1, A2 может быть установлено, включающий в себя следующие этапы:

а) определение потребности в электроэнергии отдельными подключенными к линии DBL шины данных полевыми приборами S1, S2, S3, А1, А2;

б) определение или расчет токовой нагрузки линии DBL шины данных;

в) передачу управляющих сигналов по линии DBL шины данных, которые регулируют потребление электроэнергии соответствующими полевыми приборами S1, S2, S3, A1, A2 в зависимости от токовой нагрузки линии DBL шины данных.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что управляющие сигналы вырабатывают системой PLS управления процессом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что управляющие сигналы вырабатывают одним из полевых приборов S1, S2, S3, A1, A2.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что разрешение на передачу управляющих сигналов передают от одного полевого прибора S1, S2, S3, А1, А2 к другому.

5. Способ регулирования электропитания нескольких полевых приборов S1, S2, S3, А1, А2, соединенных линией DBL шины данных и питаемых через линию DBL шины данных электроэнергией, причем потребление электроэнергии каждым полевым прибором S1, S2, S3, А1, А2 может быть установлено, включающий в себя следующие этапы:

а) эксплуатацию полевых приборов S1, S2, S3, А1, А2, не имеющих разрешения, в режиме основного тока;

б) эксплуатацию полевых приборов S1, S2, S3, А1, А2, имеющих разрешение, в режиме пикового тока;

в) передачу разрешения другому полевому прибору S1, S2, S3, А1, А2.

6. Устройство для осуществления способа по одному из предыдущих пунктов.

7. Полевой прибор, соединенный через линию DBL шины данных с системой PLS управления процессом и питаемый через линию шины данных электроэнергией, отличающийся тем, что потребление электроэнергии полевым прибором может быть установлено на полевом приборе от руки.