过程控制设备、辅助电源模块以及过程控制系统的制作方法

过程控制设备、辅助电源模块以及过程控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型描述了过程控制设备、辅助电源模块以及过程控制系统，过程控制设备包括接口，所述接口被配置为与过程控制系统中的其它设备通信。所述过程控制设备还包括主电源，所述主电源被配置为向所述过程控制设备的至少一个部件提供电力，所述部件在未被供电的情况下将导致对所述过程的控制的中断。所述过程控制设备还包括端子，所述端子被配置为将所述过程控制设备电耦合至辅助电源，从而当所述辅助电源连接到所述端子时，所述辅助电源向所述至少一个部件提供足够的电力，从而使所述过程控制设备在缺少所述主电源的情况下能够操作用于控制所述过程。
【专利说明】
过程控制设备、辅助电源模块以及过程控制系统
技术领域
[0001] 本公开内容针对用于更换过程控制设备中的电源的方法，并且更具体地，针对用 于在不间断无线过程控制设备的操作的情况下更换无线过程控制设备中的电源的方法及 装置。
【背景技术】
[0002] 诸如无线阀门定位器等无线过程控制设备可以方便在难以达到的地方或有线解 决方案不划算或不实际的地方对阀门以及其它装备进行控制。然而，由于与为无线过程控 制设备供电的电池的寿命有关的问题，过程控制工业迟迟未能采用这种无线过程控制设 备。如果为阀门定位器供电的电池的电力耗尽，则由定位器控制的阀门将进入故障安全模 式并且将不再受控制。
[0003] 虽然改进的电池技术可以增加电池的寿命，但是在无线过程控制设备的操作期间 需要在某些时间更换为无线过程控制设备供电的电源这一事实依然存在。即使这种更换发 生在电池耗尽电力之前，将一个电池更换为另一个电池仍然可以导致无线过程控制设备的 操作的间断。 【实用新型内容】
[0004] 过程控制设备包括接口，接口被配置为与过程控制系统中的除过程控制设备之外 的设备通信，过程控制设备与除过程控制设备之外的设备合作来对过程进行控制，并且过 程控制设备操作用于：（1)向除过程控制设备之外的设备发送过程控制信号;和/或(2)从除 过程控制设备之外的设备接收过程控制信号。过程控制设备还包括主电源，主电源被配置 为向过程控制设备的至少一个部件提供电力，其中，部件在未被供电的情况下将导致对过 程的控制的中断。过程控制设备还包括端子，端子被配置为将过程控制设备电耦合到辅助 电源，从而使得在辅助电源连接到端子时，辅助电源向至少一个部件提供足以使得过程控 制设备在缺少主电源的情况下仍然可操作用于对过程进行控制的电力。
[0005] 在另一个实施例中，辅助电源模块包括连接器，连接器被配置为耦合到在过程工 厂中执行过程控制操作的过程控制设备的辅助电源端子。辅助电源模块还包括供电电源， 供电电源电耦合到连接器并且被配置为当辅助电源模块耦合到过程控制设备时，经由连接 器向过程控制设备提供电力，供电电源向过程控制设备提供的电力足以：（1)维持过程控制 设备的操作，以及(2)当过程控制设备的主电源被移除时，防止过程工厂发生中断。
[0006] 在又一个实施例中，在不间断过程控制设备的操作或不中断过程工厂的操作的情 况下更换在过程工厂中执行过程控制操作的过程控制设备的主电源的方法包括将辅助电 源模块耦合到过程控制设备的端子，辅助电源模块被配置为临时为过程控制设备供电。该 方法还包括：当辅助电源模块耦合到过程控制设备的端子并且向过程控制设备提供电力 时，将安装在过程控制设备中的为过程控制设备供电的第一主电源更换为第二主电源，以 及，在安装第二主电源之后，将辅助电源模块与过程控制设备的端子分开。
[0007] 在又一个实施例中，过程控制系统包括辅助电源模块以及可耦合到辅助电源模块 的过程控制设备。过程控制设备在过程工厂中执行一个或多个过程控制操作，并且包括主 电源，主电源被配置为向执行一个或多个过程控制操作的过程控制设备的至少一个部件提 供电力。过程控制设备还包括端子，端子被配置为将过程控制设备电耦合到辅助电源模块， 从而使得在辅助电源模块耦合到端子时，辅助电源模块向部件提供足以在辅助电源模块被 临时移除并更换时使得过程控制设备在缺少主电源的情况下仍然可操作用于执行一个或 多个过程控制操作的电力。
【附图说明】
[0008] 图1示出了包括利用偶尔需要被更换的主电源进行操作的过程控制设备的示例性 过程控制系统；
[0009] 图2示出了耦合到可以临时为过程控制设备供电的辅助电源模块的示例性过程控 制设备；
[0010] 图3是集成了辅助电源模块的另一个示例性过程控制设备的方框图；
[0011] 图4是可以在图1所示的示例性过程控制系统中实施的用于更换过程控制设备的 电源的示例性方法的流程图；
[0012] 图5示出了辅助电源模块临时为阀门定位器供电的示例性情境；
[0013]图6A和图6B示出了可以将主电源和/或辅助电源锁定到过程控制设备中的示例性 机械锁定机构；
[0014] 图7A和图7B示出了可以将主电源和/或辅助电源锁定到过程控制设备中的示例性 机电锁定机构；
[0015] 图8示出了可以将主电源和/或辅助电源锁定到无线过程控制设备中的另一个示 例性机电锁定机构；
[0016] 图9示出了可以将主电源和/或辅助电源锁定到过程控制设备中的又一个示例性 机电锁定机构；以及
[0017]图10A、图10B以及图10C示出了可以将主电源和/或辅助电源锁定到过程控制设备 中的可旋转的锁定机构。
【具体实施方式】
[0018] 本公开内容针对在过程控制系统中更换过程控制设备的主电源。具体而言，本公 开内容针对在不中断过程控制设备的操作并且不中断对应的过程的情况下更换过程控制 设备的主电源的方法及装置。特别地，辅助电源模块可以代替过程控制设备的主电源来为 过程控制设备供电，以执行包括例如发送和接收数据的一个或多个过程控制功能。在主电 源被更换、移除、或以其它方式脱离操作时，操作者可以将辅助电源模块连接到过程控制设 备以临时为过程控制设备供电。
[0019] 在其它实施方式中，当主要针对更换仅由电池供电的无线过程控制设备的电池 时，可以利用本公开内容的技术来更换任何其它适合的过程控制设备(包括具有一个或多 个有线连接的过程控制设备）的电源。例如，在与电源(例如，主电源）的故障有线连接或电 源本身被更换或修改时，辅助电源模块可以在不中断过程的情况下为有线过程控制设备供 电。
[0020] 现在参考图1，根据本公开内容的一种形式所构建的过程控制系统10被描绘为包 括与过程控制器11进行通信的一个或多个现场设备15、16、17、18、19、20、21、22和71，过程 控制器11反过来与数据记录系统12和一个或多个用户工作站13进行通信，每个用户工作 站具有显示屏幕14。通过这样配置，控制器11向现场设备15、16、17、18、19、20、21、22和71、 以及工作站13输送信号并且从现场设备15、16、17、18、19、20、21、22和71、以及工作站13接 收信号，以对过程控制系统进行控制。
[0021] 在额外的细节中，图1中所描绘的形式的过程控制系统10的过程控制器11经由硬 连线通信连接而通过输入/输出（I/O)卡26和28来连接到现场设备15、16、17、18、19、20、21 以及22。数据记录系统12可以是具有用于存储数据的任何期望类型的存储器和任何期望或 已知的软件、硬件、或固件的任何期望类型的数据收集单元。此外，虽然该数据记录系统12 在图1中被示出为单独的设备，但是替代地或另外，它可以是工作站13或诸如服务器等另一 个计算机设备的其中之一的一部分。控制器11经由通信网络29而通信地连接到工作站13以 及数据记录系统12,通过示例的方式，控制器11可以是由艾默生过程管理公司所售的 DeltaV?控制器，通信网络29可以是例如以太网连接。
[0022] 如上所提及的，控制器11被示出为使用硬连线通信机制而通信地连接到现场设备 15、16、17、18、19、20、21以及22,该硬连线通信机制可以包括使用任何期望的硬件、软件、 和/或固件来实施硬连线通信。例如，硬连线通信可以包括标准的4_20mA通信、和/或使用诸 如FOUNDATION?现场总线通信协议、HART?通信协议等任何智能通信协议的任何 通信。现场设备15、16、17、18、19、20、21以及22可以是任何类型的设备，例如传感器、压力调 节器、控制阀门组件、发射机、定位器等，而I/O卡26和I/O卡28可以是符合任何期望的通信 或控制器协议的任何类型的I/O设备。在图1中示出的实施例中，现场设备15、16、17和18是 标准的4-20mA设备，其可以通过模拟线路而与I/O卡26通信，而数字现场设备19、20、21和22 可以是智能设备，例如HART?通信设备和现场总线现场设备，其可以使用现场总线通信 协议经由数字总线来与I/O卡28进行通信。当然，现场设备15、16、17、18、19、20、21以及22可 以符合任何其它期望的标准或协议，包括未来将发展出的任何标准或协议。
[0023] 另外，在图1中描绘的过程控制系统10包括多个无线现场设备60和71、以及经由一 个或多个有线连接而通信连接到无线路由器或其它模块66的多个其它现场设备61、62、63 和64。现场设备60、61、62、63和64被描绘为发射机(例如，过程可变传感器），而现场设备71 被描绘为包括例如控制阀门和驱动器的控制阀门组件。可以使用包括硬件、软件、固件、或 现在已知的或以后开发的它们的任何组合的任何期望的无线通信装备来在控制器11与现 场设备60、61、62、63、64和71之间建立无线通信。在图1中所示的形式中，天线65耦合到发射 机60,并且专用于为发射机60执行无线通信，而具有天线67的无线路由器或其它模块66被 耦合以共同地为发射机61、62、63和64处理无线通信。同样的，天线72耦合到控制阀门组件 71，以执行控制阀门组件71的无线通信。现场设备或相关联的硬件60、61、62、63、64、66和71 可以实施由适当的无线通信协议使用的协议栈操作，以经由天线65、67和72来接收、解码、 路由、编码、以及发送无线信号，以在过程控制器11与发射机60、61、62、63和64以及控制阀 门组件71之间实施无线通信。
[0024]如果需要，发射机60、61、62、63和64可以在各个过程传感器(发射机)与过程控制 器11之间组成唯一链路，并且像这样，依靠发射机60、61、62、63和64来向控制器11发送精确 的信号以确保过程性能不会受损。发射机60、61、62、63和64常常被称为过程可变发射机 (PVT )，因此可以在整个控制过程的控制中扮演重要的角色。另外，控制阀门组件71可以向 控制器11提供由控制阀门组件71内的传感器进行的测量或可以向控制器11提供由控制阀 门组件71生成或计算的其它数据，作为其操作的一部分。当然，如已知的那样，控制阀门组 件71还可以从控制器11接收控制信号，以影响整个过程内的例如流量的物理参数。
[0025]过程控制器11耦合到一个或多个I/O设备73和74,每个I/O设备连接到相应的天线 75和76,并且这些I/O设备和天线73、74、75和76作为发射机/接收机进行操作，以经由一个 或多个无线通信网络来执行与无线现场设备61、62、63、64和71的无线通信。可以使用诸如 无线HART? |办议、Ember协议、WiFi协议、IEEE无线标准等一种或多种已知的无线通信协 议来执行现场设备（例如，发射机60、61、62、63和64、以及控制阀门组件71)之间的无线通 信。此外，I/O设备73和74可以实施由这些通信协议使用的协议栈操作，以经由天线75和76 来接收、解码、路由、编码、以及发送无线信号，以在控制器11与发射机60、61、62、63和64以 及控制阀门组件71之间实施无线通信。
[0026] 如图1所示，控制器11传统上包括处理器77，处理器77实施或监视存储在存储器78 中的一个或多个过程控制例程(或其任何模块、方框、或子例程）。存储于存储器78中的过程 控制例程可以包括在过程工厂内实施的控制环路或与其相关联。一般而言，并且如通常已 知的那样，过程控制器11执行一个或多个控制例程并且与现场设备15、16、17、18、19、20、 21、22、60、61、62、63、64和71、用户工作站13以及数据记录系统12进行通信，以按照任何期 望的方式来控制过程。
[0027] 另外，根据本公开内容的原理，图1中的现场设备15、16、17、18、19、20、21、22、60、 61、62、63、64和71和/或过程工厂所利用的其它类型的现场设备中的任何一个现场设备可 以包括一个或多个辅助电源端子。当主电源被移除、被更换、或以其它方式停止服务时，可 以设置在现场设备17、18、19、20、21、22、60、61、62、63、64和71的外壳的外部或内部上的辅 助电源端子允许辅助电源模块临时为现场设备17、18、19、20、21、22、60、61、62、63、64和71 中的相应的现场设备供电。
[0028] 特别地，现场设备17、18、19、20、21、22、60、61、62、63、64和71中的一个或多个现场 设备可以完全地或部分地依靠电池电力进行操作。即，现场设备17、18、19、20、21、22、60、 61、62、63、64和71中的至少一些现场设备的主电源可以包括一个或多个电池，这些电池需 要偶尔进行更换。当完全地或部分地为现场设备17、18、19、20、21、22、60、61、62、63、64和71 的其中之一供电的电池需要被更换时，如下文将进一步论述的辅助电源模块可以耦合到现 场设备17、18、19、20、21、22、60、61、62、63、64和71以在更换电池的同时临时为现场设备17、 18、19、20、21、22、60、61、62、63、64和71供电。按照这种方式，由于主电源的更换，用于控制 过程的现场设备17、18、19、20、21、22、60、61、62、63、64和71的其中之一的操作以及过程本 身不会被中断。
[0029]在接下来的描述中，某些示例性设备和场景着重于无线过程控制设备，例如现场 设备71，并且特别是阀门定位器。然而，可以利用辅助电源模块来临时为任何适合类型的有 线和/或无线过程控制设备供电，这些过程控制设备集成了可以与辅助电源模块耦合的内 部或外部辅助电源端子。例如，辅助电源模块可以临时为诸如现场设备15、16、17、18、19、 20、21和22等硬连线现场设备、控制器、工作站、和/或诸如现场设备60、61、62、63和64等发 射机(例如，过程可变传感器)供电。事实上，辅助电源模块可以临时为过程控制系统中的除 "现场设备"、工作站、和控制器之外的部件供电。例如，过程控制系统10的诸如开关、集线 器、防火墙、输入/输出（I/O)卡或网关等部件之间的某些互连可以完全地或部分地由电池 来供电，并且因此，在电池被更换时，这些互连可以临时由辅助电源模块来供电。
[0030] 现在参考图2,示例性系统100包括过程控制设备102和辅助电源模块104。过程控 制设备102可以包括一个或多个设备部件106以执行一个或多个过程控制操作或功能，例如 控制阀门的位置、传送温度或压力值、调节出口处的压力等。通过示例的方式，设备部件可 以包括处理器(或微处理器）、非暂态存储器、特殊应用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列 (FPGA)、有线和/或无线接口电路和/或传感器(例如，压力、温度、水平或流量传感器）。通过 示例的方式，过程控制设备102可以是使用过程控制设备102的设备部件106来控制压力、阀 门位置和/或流量的数字阀门控制器。过程控制设备102可以经由有线和/或无线接口 107来 接收设定点值和/或诸如反馈信号等其它控制信号。替代地或另外，过程控制设备102可以 经由一个或多个有线连接来接收控制信号。
[0031] 过程控制设备102的无线接口 107可以包括被配置为发送和接收过程控制相关信 号（例如，设定点值)和/或被配置为向/从其它设备部件106发送和接收过程控制相关信号 的硬件和/或软件部件的任何适合组合。通过示例的方式，无线接口 107可以包括允许过程 控制设备与网络110传达(例如，发送和接收)诸如数值、代码、数据、信息等信息的无线电发 射机、无线电接收机、微处理器和/或天线。网络100可以包括一个或多个局域网和/或广域 网，例如因特网。在一些实施方式中，网络110可以包括一个或多个无线感测网络，其利用具 体被配置用于无线过程控制应用的标准或协议，例如无线可寻址远程传感器高速通道(无 线HART?)协议。过程控制设备102还可以经由网络110而与一个或多个其它无线过程控 制设备120和/或一个或多个其它有线过程控制设备122进行通信。
[0032] 包括设备部件106的过程控制设备102可以至少部分地由主电源112来供电。主电 源112可以包括一个或多个非可再充电电池或可再充电电池，它们允许过程控制设备102在 没有从提供电力的总电源到过程控制设备102的有线连接时至少部分地进行操作。在一些 情况下，主电源112本身可以为诸如设备部件106等其它电路或部件提供操作电压。然而，在 其它情况下，可以经由一个或多个电线将主电源112操作连接到操作电压输出电路114来为 设备部件106提供操作电压。操作电压输出电路114可以将电源信号(例如，24V)转换为特定 电压(例如，±3.3V、±10V)，其反过来被施加到设备部件106的轨(rail)。正电压和负电压 在图1中分别被表示为+V和-V，但是应该理解，可以将正电压施加到设备部件106的轨中的 一个并且可以将轨中的另一个接地。
[0033]在主电源112包括一个或多个电池的一些实施方式中，可能需要偶尔更换电源112 或对其进行再充电。为了在更换电源112的同时为过程控制设备102(例如，包括无线接口） 供电，过程控制设备102可以经由辅助电源端子而耦合到辅助电源模块104。辅助电源模块 104与辅助电源端子116之间的耦合117可以包括耦合到辅助电源端子116的一个或多个插 口、端口、弹片等的一个或多个电线、弹片、连接器等。此外，辅助电源端子116可以包括一个 或多个锁定机构（未示出）来确保辅助电源模块104在移除主电源112之前耦合到过程控制 设备102,反之亦然。参考图64、68、7六、78、8、9、1(^、1(?和10(：进一步讨论了这种锁定机构。
[0034] 辅助电源模块104可以（例如，在辅助电源模块104的便携式外壳内）包括模块电源 118。在一些情况下，模块电源118可以包括与主电源112中的电池大体上相同的一个或多个 电池，例如锂电池、胶体电池、吸收玻璃毡(A GM)电池、阀门调节式铅酸(V R L A)电池等。在其 它情况下，模块电源118可以包括与主电源112的部件不同的部件以供应和/或生成电力。例 如，可以（例如，经由一个或多个电子引线)将模块电源118连接到总电源或到连接到另一个 过程控制设备的电源，和/或模块电源118可以包括或者连接到一个或多个燃料电池、电容 器、太阳能电池板、发电机(例如，气动发电机)等。在一个实施例中，模块电源118可以包括 可以由耦合到模块电源118的太阳能电池或气动发电机来再充电的一个或多个电池。尽管 辅助电源模块104被示为包括一个模块电源118,但是辅助电源模块104可以包括任何数目 (二、三、四等）的电池、燃料电池、到总电源或其他过程控制设备的有线连接、电容器、太阳 能电池板、发电机(例如，气动到电动)等以及它们的任何组合。
[0035] 当耦合到辅助电源端子116时，模块电源118可以给设备部件106、过程控制设备 102的无线接口、以及过程控制设备102的其它部件供电。在实施方式中，模块电源可以向操 作电压输出电路114提供类似于由主电源提供的信号(例如，24V)电源信号。为此，辅助电源 端子116可以经由过程控制设备的一个或多个电源轨而将模块电源118与主电源112并联连 接。模块电源118和主电源112可以在从过程控制设备102移除模块电源118和主电源112中 的一个或另一个(但是并非两者)时为设备部件106供电而不发生间断(例如，不损耗到设备 部件106的电力）。
[0036] 尽管在图2中将辅助电源模块104示为(例如在单独的外壳中）与过程控制设备102 分开，但是在一些情况下可以将辅助电源模块集成到过程控制设备中。图3是集成了辅助电 源模块202的另一个示例性过程控制设备200的框图。通过示例的方式，过程控制设备200可 以经由一个或多个设备部件204来实施一个或多个过程控制功能，并且可以将辅助电源模 块202容纳在与设备部件204相同的外壳中。
[0037]操作连接到操作电压输出电路208的主电源206可以主要为包括无线接口 210的设 备部件供电。然而，当主电源206的电池中的存储电力下降到一定水平之下时和/或当主电 源206失灵时，过程控制设备200可以激活辅助电源202来为设备部件204供电。可以由对主 电源206中的电池电平的（经由一个或多个传感器的）检测、由操作者对开关或其它模拟电 气和/或机械部件的手动的"按动"、由在过程控制设备200中执行的软件中所实施的控制逻 辑所检测的错误、经由无线接口 210来无线接收的控制信号等来触发这种激活。当更换或与 其它方式补充主电源206时，过程控制设备200可以再次利用主电源206来给设备部件204供 电。
[0038]图4是描绘用于在不间断过程控制设备的操作和/或在过程控制设备与另一个设 备之间没有通信的情况下更换过程控制设备的电源的示例性方法400的流程图。例如，可以 在系统100中实施方法400。通过示例的方式，在方法400的描述中将参考描绘了包含阀门 定位器454的示例性场景450的图5。阀门定位器454(例如，经由一个或多个气动连接)而操 作连接到驱动器/阀门组件456,以控制驱动器/阀门组件456的输出458处的流量或压力。阀 门定位器454可以基于经由网络462而从控制器无线接收的设定点值并且基于经由一个或 多个有线或无线连接而从反馈源464接收的反馈值来控制该流量或压力。然而，通常可以利 用方法400来更换过程控制系统的任何适合的有线或无线现场设备或其它部件的电源，例 如更换过程控制系统10的现场设备17、18、19、20、21、22、60、61、62、63、64和71中的任何一 个的电源。
[0039]阀门定位器454的主电源468可以主要为阀门定位器454供电（例如，可以是阀门定 位器454的"主电源"），以经由一个或多个设备部件467来控制驱动器/阀门组件456。然而， 在某些情况下，可能需要更换主电源468(例如，在非可再充电电池的情况下）。像这样，阀门 定位器454可以经由网络462而向诸如控制器等一个或多个计算设备无线地传送信号，这些 信号指示阈值之下/之上的电池电平、绝对电池电平、主电源468的异常行为、与主电源468 有关的设备错误等。作为响应，受体计算设备的操作者可以根据示例性方法400来开始或安 排主电源468的更换。
[0040] 在方法400中，辅助电源模块耦合到过程控制设备(方框402)。例如，可以经由耦合 472(例如，一个或多个电源电缆）将辅助电源模块452连接到阀门定位器454。在一些情况 下，诸如连接可以解锁过程控制设备454的主电源468。此外，当连接到阀门定位器454时，辅 助电源模块452可以给包括设备部件467的阀门定位器454供电。
[0041] 当连接辅助电源模块时，将过程控制设备的主电源(例如，主电源468)从过程控制 设备中移除(方框404)。当阀门定位器454的主电源468是要被更换的电池时，操作者可以从 阀门定位器454的一个或多个电池舱、支架、端子等中移除电池。
[0042]在连接辅助电源模块时，安装新的主电源来代替所移除的主电源(方框406)。在场 景450中，操作者可以用与所移除的电池近似相同的电池来更换主电源468的一个或多个电 池。然而，在其它实施方式中，可以由多种主电源来给过程控制设备供电。在这种实施方式 中，可以用诸如非可再充电电池等一种类型的电源来更换诸如太阳能电池板和附加电池 等另一种类型的电源。此外，更换所移除的主电源的新的主电源可以是再充电或补充形式 的第一主电源。即，主电源可以被从过程控制设备中移除、再充电、并且重新安装在无线过 程控制设备中。
[0043]回到图4,将辅助电源模块与无线过程控制设备解耦(方框408)。操作者可以从辅 助电源端子470移除耦合472(例如，一个或多个电缆），并且，在一些情况下可以将更换主电 源锁定在适当位置。
[0044]当根据示例性方法400更换阀门定位器454的主电源468时，阀门定位器454的设备 部件467继续进行操作以控制驱动器/阀门组件456的输出458处的流量或压力。此外，当更 换阀门定位器454的主电源468时，阀门定位器454可以继续接收来自网络462的控制信号 (例如，来自控制器的设定点值)和/或来自反馈源464(例如，压力变换器）的反馈信号（例 如，压力值）。因此，在主电源468的更换期间，阀门定位器454的操作和由集成了阀门定位器 454的过程控制系统所控制的过程不被中断。
[0045]如参考图2所提及的，辅助电源端子或过程控制设备到辅助电源模块的其它连接 可以包括一个或多个锁定机构。这些锁定机构可以确保：（i)在移除主电源或以其它方式切 断主电源之前将辅助电源模块操作连接到对应的过程控制设备;和/或（ii)在将辅助电源 模块与对应的过程控制设备断开之前更换主电源或使其运转。图6A、6B、7A、7B、8、9、10A、 10B和10C示出了示例性锁定机构。然而，图6六、68、7六、78、8、9、1(^、108和10(：中所示的示例 性锁定机构的任何组合连同诸如机械锁和钥匙、模拟开关、生物计量传感器等其它适合的 电气和/或机械锁定机构一起可以用于将主电源和/或辅助电源锁定到过程控制设备中。此 外，尽管为了便于讨论而未在图6六、68、7六、78、8、9、1(^、108和10(：中示出，但是辅助电源端 子可以包括任何数目的电气连接、电源调节部件等，以允许将来自辅助电源模块的电压或 电流信号提供到过程控制设备的各个部件。
[0046]图6A和6B示出了包括用于基于通往辅助电源模块的连接的存在而将主电源锁定 到过程控制设备中的机械机构的示例性辅助电源端子480。辅助电源端子480可以包括在插 入从辅助电源模块进入辅助电源端子480的连接时进行旋转或以其它方式移动（如图6B所 示）的一个或多个杠杆482。特别地，杠杆482可以移动以释放将主体或主电源(例如，电池） 锁定到适当位置和/或防止操作者访问主电源的一个或多个环484或条。
[0047]当操作者将连接器(例如，电源电缆)的一端插入到辅助电源端子480中时，来自连 接器的插入的力可以压缩一个或多个弹簧486,这些弹簧使杠杆402不释放环484。当移除连 接器时，弹簧486可以使杠杆402返回接近平衡的位置，从而将环484锁定到适当位置。
[0048]尽管未在图6A和6B中示出，但是辅助电源端子480可以包括类似或不类似的锁定 机构，以在缺少主体或主电源时将连接器从辅助电源模块锁定到辅助电源端子480中。例 如，操作者可以将连接器从辅助电源模块插入到辅助电源端子480中（解锁主电源)并且移 除对应过程控制设备的主电源。当从过程控制设备移除主电源时，锁定机构可以将附接的 连接器从辅助电源模块锁定到辅助电源端子480中。以这种方式，可以在诸如电池等主电源 的更换期间为过程控制设备供电而不发生间断。
[0049]图7A和7B示出了包括用于将主电源锁定到过程控制设备中的机电机构502的另一 个示例性辅助电源端子500。类似于图6A和6B所示的辅助电源端子480,辅助电源端子500可 以包括将环506或条锁定到适当位置的杠杆504,环506在被锁定时会防止主电源的移除或 防止对主电源的访问。然而，在图7A和7B所示的实施方式中，只在完成电气连接508时才将 环506从杠杆504释放。
[0050]在示例性场景中，操作者可以将电缆从辅助电源模块连接到辅助电源端子500。来 自连接辅助电源模块的电缆的力可以闭合开关以完成电气连接508。一旦完成电气连接 508,机电机构502中的一个或多个部件可以移动杠杆504,以释放环506并且放开诸如电池 等对应的主电源，如图7B所示。在一些实施方式中，机电机构502的一个或多个弹簧或其它 部件还可以在将辅助电源模块与辅助电源端子500断开时缩短电气连接508。
[00511在一些实施例中，可以由主电源来给机电机构502的电气部件（例如，包括电气连 接508的电路)供电，主电源在缺少辅助电源模块时为过程控制设备的其它部件供电。在其 它实施例中，可以由集成到过程控制设备中的任何其它适合的电源来为机电机构502的电 气部件供电，所述其它适合的电源例如是被特别配置为给机电机构502供电的电池或电容 器。
[0052]尽管示例性辅助电源端子480和500利用机械或电气激励的特定锁定机构，但是辅 助电源端子通常可以利用任何适合的电子信号、电子连接、磁连接或机械动作来锁定/解锁 主电源。特别地，图8示出了另一个示例性辅助电源端子600,其中操作者可以按动扳钮开关 来完成电气连接602。一旦完成电气连接604,一个或多个机电部件602就释放主电源。图9示 出了又一个示例性辅助电源端子700,其中操作者可以在键盘702上输入某一序列的数字、 字母或其它字符和/或将钥匙卡插入键盘702。在接收到来自键盘702的指示钥匙卡或序列 的电信号时，一个或多个机电部件704可以释放诸如电池等主电源。
[0053]在又一个实施例中，辅助电源模块与对应的辅助电源端子1002的耦合1000可以包 括一个或多个可旋转锁定机构，如图10A、10B和10C所示。耦合1000可以是诸如辅助电源模 块104、202或452的其中之一等辅助电源模块与过程控制设备的辅助电源端子1002之间的 电缆或其它互连的一部分。耦合1000可以包括来自由可旋转锁定机构1004环绕的对应辅助 电源模块的模块电源的电源连接的外止口 1 〇 〇 6。
[0054]耦合1000的可旋转锁定机构1004可以包括一个或多个槽1008,并且辅助电源端子 1002可以包括一个或多个锁定标签1010。当将电源连接的外止口 1006插入到辅助电源端子 1002的内止口以临时为对应的过程控制设备供电时，锁定标签1010可以行进到槽1008中。 然后，操作者可以旋转耦合1000,以使锁定标签1010设置在可旋转锁定机构1004的边缘 1014之下，以便将耦合1000锁定在适当位置。
[0055]在一些实施方式中，如上文进一步讨论的，过程控制设备的辅助电源端子可以利 用电气和/或机械连接以及锁定机构来遵循设备的安全要求(例如，固有安全要求）。例如， 为防止放电，辅助电源端子600可以不从辅助电源模块向对应的过程控制设备的部件提供 电压或电流，除非完成了电气连接602(例如，经由扳钮开关）。在一个场景中，（i)操作者可 以将电缆从辅助电源模块连接到集成在过程控制设备中的辅助电源端子600; (ii)操作者 可以按动扳钮开关以完成电气连接602;并且（iii)当完成电气连接602时，机电部件604可 以从过程控制设备释放电池并且从辅助电源模块向过程控制设备的部件提供电力。以这种 方式，可以使出现电火花的风险大体上最小化。在一些实施方式中，诸如辅助电源模块 104、202、和452等辅助电源模块还可以被配置为使得辅助电源模块的部件存储的能量小于 由固有安全标准所指定的阈值。
[0056] 尽管诸如辅助电源端子116、470、480、500、600和700等辅助电源端子被示出为相 应的过程控制设备的部分，但是它们可以与过程控制设备和/或辅助电源单元分开。例如， 辅助电源端子可以设置在与过程控制设备和辅助电源模块的外壳分开的外壳中。在这种情 况下，操作者可以经由一个或多个连接而将过程控制设备和辅助电源模块耦合至分开的辅 助电源端子。在其它实施例中，辅助电源端子的诸如锁定机构等部件中的一些或全部可以 被集成到辅助电源模块中。
[0057]尽管已经参考具体示例对本实用新型进行了描述，但是这些具体示例旨在仅为说 明性的而不是要限制本实用新型，但是对于本领域的普通技术人员显而易见的是，可以在 不脱离本实用新型的精神和范围的情况下对所公开的实施例做出改变、添加或删除。
[0058]以下方面表示现在描述的方法和系统的实施例的示例。这些方面的清单旨在为非 限制性的，因为根据本描述，可以明确地考虑到其它实施例。
[0059] 1、一种过程控制设备，包括：
[0060] 接口，其被配置为与过程控制系统中的其它设备通信，过程控制设备和其它设备 合作以控制过程，并且过程控制设备操作以用于：（1)发送过程控制信号至其它设备和/或 (2)接收来自其它设备的过程控制信号；
[0061] 主电源，主电源被配置为向过程控制设备的至少一个部件提供电力，所述部件在 未被供电的情况下将导致对过程的控制的中断；以及
[0062] 端子，其被配置为将过程控制设备电耦合至辅助电源，以使得当辅助电源被连接 到端子时，辅助电源向至少一个部件提供足够的电力，从而使过程控制设备在缺少主电源 的情况下仍然可操作用于控制过程。
[0063] 2、根据方面1所述的过程控制设备，还包括锁定机构，锁定机构被配置为在辅助电 源未被连接到端子时防止主电源被从过程控制设备中移除。
[0064] 3、根据方面2所述的过程控制设备，其中，锁定机构被配置为当设备没有从辅助电 源接收到足够的电力时防止主电源被从过程控制设备中移除。
[0065] 4、根据方面2所述的过程控制设备，其中，锁定机构通过辅助电源到端子的连接而 被电气或机械激励。
[0066] 5、根据方面2所述的过程控制设备，其中，锁定机构被配置为当主电源与过程控制 设备分开时保持端子与辅助电源之间的连接。
[0067] 6、根据前述方面中的任一项所述的过程控制设备，其中，过程控制设备基于过程 控制信号来控制阀门，并且其中，当辅助电源电耦合到端子并且主电源被移除时，辅助电源 为过程控制设备供电以控制阀门的位置。
[0068] 7、根据前述方面中的任一项所述的过程控制设备，还包括无线接口设备，所述无 线接口设备被配置为：
[0069]从主电源接收电力；
[0070] 当辅助电源经由端子而耦合到过程控制设备时，从辅助电源接收电力；以及
[0071] 当从辅助电源接收电力时，保持与其它设备中的一个或多个的通信连接。
[0072] 8、根据前述方面中的任一项所述的过程控制设备，其中，主电源是可再充电电池。
[0073] 9、根据前述方面中的任一项所述的过程控制设备，其中，主电源是非可再充电电 池。
[0074] 10、根据前述方面中的任一项所述的过程控制设备，其中，主电源是可再充电电 池。
[0075] 11、根据前述方面中的任一项所述的过程控制设备，其中，辅助电源是便携式的， 并且其中，主电源包括通往固定电源的有线连接。
[0076] 9、根据前述方面中的任一项所述的过程控制设备，其中，辅助电源完全被包含在 过程控制设备内。
[0077] 10、根据前述方面中的任一项所述的过程控制设备，其中，辅助电源是便携式电 源。
[0078] 11、根据前述方面中的任一项所述的过程控制设备，其中，辅助电源是电容器。
[0079] 12、根据方面10或方面11所述的过程控制设备，其中，辅助电源包括太阳能电池以 使辅助电源保持充电状态。
[0080] 13、根据方面10或方面11所述的过程控制设备，其中，辅助电源包括耦合至气动供 电源的发电机，所述发电机对辅助电源进行再充电。
[0081] 14、根据方面1到10中的任一项所述的过程控制设备，其中，辅助电源是电池。
[0082] 15、根据前述方面中的任一项所述的过程控制设备，其中，过程控制设备的至少一 个部件包括处理器、ASIC、或FPGA。
[0083] 16、一种辅助电源模块，包括：
[0084]连接器，其被配置为耦合至过程控制设备的辅助电源端子，所述过程控制设备在 过程工厂中执行过程控制操作；
[0085] 供电电源，其电耦合至连接器并且被配置为当辅助电源模块耦合到过程控制设备 时经由连接器向过程控制设备提供电力，供电电源向过程控制设备提供的电力足以（1)保 持过程控制设备的操作，并且(2)当过程控制设备的主电源被移除时，防止过程工厂发生中 断。
[0086] 17、根据方面16所述的辅助电源模块，其中，供电电源在耦合到连接器时向过程控 制设备的无线通信模块提供电力。
[0087] 18、根据方面16或方面17所述的辅助电源模块，其中，连接器被配置为激励过程控 制设备上的锁定机构。
[0088] 19、根据方面18所述的辅助电源模块，其中，连接器被配置为激励锁定机构以释放 无线过程控制设备的主电源。
[0089] 20、根据方面18或方面19所述的辅助电源模块，其中，连接器被配置为在无线过程 控制设备的主电源被移除时激励锁定机构，以将辅助电源模块锁定在适当位置。
[0090] 21、一种在不间断过程控制设备的操作或不中断过程工厂的操作的情况下更换在 过程工厂中执行过程控制操作的过程控制设备的主电源的方法，所述方法包括：
[0091] 将被配置为临时为过程控制设备供电的辅助电源模块耦合到过程控制设备的端 子；
[0092] 当辅助电源模块耦合到过程控制设备的端子并且向过程控制设备提供电力时，更 换安装在过程控制设备中的第一主电源，以利用第二主电源来为过程控制设备供电；以及
[0093] 在安装第二主电源之后，将辅助电源模块与过程控制设备的端子分开。
[0094] 22、根据方面21所述的方法，其中，过程控制设备是无线过程控制设备，并且其中， 当过程控制设备耦合到辅助电源并且第一主电源和第二主电源都与过程控制设备断开时， 无线过程控制设备保持与过程工厂中的另一个设备的通信。
[0095] 23、根据方面21或方面22所述的方法，还包括:在利用第二主电源更换第一主电源 之前，通过接合过程控制设备的开关或通过接合辅助电源模块的开关来激活辅助电源模 块，以临时为过程控制设备供电。
[0096] 24、根据方面21所述的方法，其中，将辅助电源模块耦合到无线过程控制设备的端 子包括将辅助电源模块的连接器附接到无线过程控制设备的端子，并且其中，通过将辅助 电源模块的连接器附接到无线过程控制设备的端子来解除无线过程控制设备的锁定机构， 所述锁定机构锁定了无线过程控制设备中的第一电源。
[0097] 25、一种系统，包括：
[0098]辅助电源模块；以及
[0099] 过程控制设备，其能够耦合到辅助电源模块，所述过程控制设备在过程工厂中执 行一个或多个过程控制操作，并且所述过程控制设备包括：
[0100] 主电源，所述主电源被配置为向执行一个或多个过程控制操作的过程控制设备的 至少一个部件提供电力；以及
[0101] 端子，其被配置为将过程控制设备电耦合至辅助电源模块，以使得当辅助电源模 块耦合到端子时，辅助电源模块向所述部件提供足够的电力，从而当主电源被临时移除或 更换时，过程控制设备在缺少主电源的情况下仍然能够操作用于执行一个或多个过程控制 操作。
[0102] 26、根据方面25所述的系统，其中，过程控制设备是无线过程控制设备，并且其中， 当过程控制设备耦合到辅助电源并且缺少主电源时，无线过程控制设备保持与过程工厂中 的另一个设备的通信。
[0103] 27、根据方面25或方面26所述的系统，其中，过程控制设备还包括锁定机构，所述 锁定机构被配置为在辅助电源未连接到端子时防止主电源被从过程控制设备中移除。
[0104] 28、根据方面27所述的系统，其中，锁定机构被配置为在设备没有从辅助电源接 收到足够的电力时防止主电源被从过程控制设备中移除。
[0105] 29、根据方面27或方面28所述的系统，其中，锁定机构被配置为在主电源与过程控 制设备分开时保持端子与辅助电源之间的连接。
【主权项】
1. 一种过程控制设备，包括： 接口，所述接口被配置为与过程控制系统中的除所述过程控制设备之外的设备通信， 所述过程控制设备和所述除所述过程控制设备之外的设备合作以控制过程，并且所述过程 控制设备操作以用于：（1)向所述除所述过程控制设备之外的设备发送过程控制信号和/或 (2)接收来自所述除所述过程控制设备之外的设备的过程控制信号； 主电源，所述主电源被配置为向所述过程控制设备的至少一个部件提供电力，所述至 少一个部件在未被供电的情况下将导致对所述过程的控制的中断；以及 端子，所述端子被配置为将所述过程控制设备电耦合至辅助电源，从而当所述辅助电 源连接到所述端子时，所述辅助电源向所述至少一个部件提供足以使所述过程控制设备在 缺少所述主电源的情况下仍然能够操作以控制所述过程的电力。2. 根据权利要求1所述的过程控制设备，还包括锁定机构，所述锁定机构被配置为当所 述辅助电源未连接到所述端子时防止所述主电源被从所述过程控制设备中移除。3. 根据权利要求2所述的过程控制设备，其中，所述锁定机构被配置为当所述设备没有 从所述辅助电源接收到足以使所述过程控制设备在缺少所述主电源的情况下仍然能够操 作以控制所述过程的电力时，防止所述主电源被从所述过程控制设备中移除。4. 根据权利要求2所述的过程控制设备，其中，通过所述辅助电源与所述端子的连接来 电气激励或机械激励所述锁定机构。5. 根据权利要求2所述的过程控制设备，其中，所述锁定机构被配置为当所述主电源与 所述过程控制设备分开时保持所述端子与所述辅助电源之间的所述连接。6. 根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述过程控制设备基于所述过程控制信 号来控制阀门，并且其中，当所述辅助电源电耦合到所述端子并且所述主电源被移除时，所 述辅助电源为所述过程控制设备供电，以控制所述阀门的位置。7. 根据权利要求1所述的过程控制设备，还包括无线接口设备，所述无线接口设备被配 置为： 从所述主电源接收电力， 当所述辅助电源经由所述端子而耦合到所述过程控制设备时，从所述辅助电源接收电 力，并且 当从所述辅助电源接收电力时，保持与所述除所述过程控制设备之外的设备中的一个 或多个的通信连接。8. 根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述主电源是电池。9. 根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述辅助电源完全被包含在所述过程控 制设备内。10. 根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述辅助电源是便携式电源。11. 根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述辅助电源是电容器。12. 根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述辅助电源包括太阳能电池以使所 述辅助电源保持充电状态。13. 根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述辅助电源包括耦合至气压源的发 电机，所述发电机对所述辅助电源进行再充电。14. 根据权利要求1所述的过程控制设备，其中所述辅助电源是电池。15. 根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述过程控制设备的所述至少一个部 件包括处理器、ASIC、或FPGA。16. -种辅助电源模块，包括： 连接器，所述连接器被配置为耦合到过程控制设备的辅助电源端子，所述过程控制设 备在过程工厂中执行过程控制操作； 供电电源，所述供电电源电耦合至所述连接器，并且被配置为在所述辅助电源模块耦 合到所述过程控制设备时经由所述连接器向所述过程控制设备提供电力，所述供电电源向 所述过程控制设备提供的电力足以（1)保持所述过程控制设备的操作，并且(2)当所述过程 控制设备的主电源被移除时，防止所述过程工厂发生中断。17. 根据权利要求16所述的辅助电源模块，其中，所述供电电源在耦合到所述连接器时 向所述过程控制设备的无线通信模块提供电力。18. 根据权利要求16所述的辅助电源模块，其中，所述连接器被配置为激励所述过程控 制设备上的锁定机构。19. 根据权利要求18所述的辅助电源模块，其中，所述连接器被配置为激励所述锁定机 构以释放所述过程控制设备的主电源。20. 根据权利要求18所述的辅助电源模块，其中，所述连接器被配置为在过程控制设备 的主电源被移除时激励所述锁定机构，以将所述辅助电源模块锁定在适当的位置。21. -种过程控制系统，包括： 辅助电源模块；以及 过程控制设备，所述过程控制设备能够耦合到所述辅助电源模块，所述过程控制设备 在过程工厂中执行一个或多个过程控制操作，并且所述过程控制设备包括： 主电源，所述主电源被配置为向执行所述一个或多个过程控制操作的所述过程控制设 备的至少一个部件提供电力；以及 端子，所述端子被配置为将所述过程控制设备电耦合到所述辅助电源模块，从而当所 述辅助电源模块耦合到所述端子时，所述辅助电源模块向所述部件提供足以在所述主电源 被临时移除或更换时使所述过程控制设备在缺少所述主电源的情况下仍然能够操作以执 行所述一个或多个过程控制操作的电力。22. 根据权利要求21所述的过程控制系统，其中，所述过程控制设备是无线过程控制设 备，并且其中，当所述过程控制设备耦合到所述辅助电源并且缺少所述主电源时，所述无线 过程控制设备保持与所述过程工厂中的另一个设备的通信。23. 根据权利要求21所述的过程控制系统，其中，所述过程控制设备还包括锁定机构， 所述锁定机构被配置为当所述辅助电源未连接到所述端子时防止所述主电源被从所述过 程控制设备中移除。24. 根据权利要求23所述的过程控制系统，其中，所述锁定机构被配置为当所述设备没 有从所述辅助电源接收到足以使所述过程控制设备在缺少所述主电源的情况下仍然能够 操作以执行所述一个或多个过程控制操作的电力时防止所述主电源被从所述过程控制设 备中移除。25. 根据权利要求23所述的过程控制系统，其中，所述锁定机构被配置为当所述主电源 与所述过程控制设备分开时保持所述端子与所述辅助电源之间的连接。
【文档编号】G05B19/04GK205507401SQ201520723600
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年9月17日
【发明人】P·K·卡特
【申请人】费希尔控制产品国际有限公司