现场总线网络中的支线隔离制造技术

一种用于在输入端或干线接口(30)与多个输出端或支线接口(38)之间提供电流隔离以将现场设备(14)连接至双线(44a，44b)过程控制网络(10)的干线(20)的方法包括：将多个支线接口的多个组连接至对应的隔离元件(34)。每个隔离元件(34)将对应输出端或支线接口组(38)连接至所述干线接口(30)，并且将所述对应支线接口组(38)与所述干线接口(30)电流隔离(40，42)。附接到不同支线接口组(38)的现场设备(14)也彼此电流隔离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】现场总线网络中的支线隔离
本公开涉及在过程控制中使用的现场总线系统，并且具体地涉及一种用于在现场总线干线与连接至所述现场总线干线的现场设备之间提供电流隔离的方法以及实施所述方法的设备耦合器。
技术介绍
一些过程控制系统利用双线过程控制网络。所述两条线在控制处理器与连接至所述网络的现场设备之间传输模拟或数字数据信号，并且还连接至电源，所述电源向由现场总线网络供电的那些现场设备供电。可以在干线的两端提供端接阻抗以避免信号反射。已知双线过程控制网络的示例包括但不限于基金会现场总线H1和ProfibusPA现场总线网络。双线过程控制网络通常包括：网络干线，所述网络干线连接至控制器；以及支线，所述支线从所述网络干线延伸并将现场设备连接至所述网络干线。可以采用本领域中已知的不同网络拓扑来安排所述干线和支线，包括(但不限于)点对点拓扑、干线与支线拓扑、树形拓扑及其组合。可以由设备耦合器提供支线，所述设备耦合器包括将所述设备耦合器连接至所述网络干线的干线接口或输入端以及将多个支线连接至所述设备耦合器的多个支线接口或输出端。一个或多个设备耦合器可以附接至所述网络干线。如果设备耦合器连接至所述网络干线的一端，则所述设备耦合器还可以为所述干线的此端提供端接阻抗。位于危险位置(即，存在由电火花造成的爆炸风险的位置)中的现场设备可以通过支线连接至所述网络干线，所述支线将有限的电力输送至所述现场设备以降低爆炸风险。所述支线还可以与所述网络干线电流隔离。两个网络分段之间的电流隔离中断所述分段之间的直接连接并且因此防止所述网络干线与所述支线之间电流的流动，从而进一步降低爆炸风险。干线分段与支线分段之间的电流隔离还可提供了其他益处。隔离降低了接地环路的可能性，所述接地环路可以在干线分段与支线分段之间传播瞬态电压尖峰。隔离还可以防止任何共模噪声在干线分段与支线分段之间传播。也就是说，电流隔离可以甚至为在非危险位置中的网络使用提供益处。存在若干种用于在干线接口与多个支线接口之间提供具有电流隔离的设备耦合器的常规方法。图2展示了包括干线接口212和八个支线接口214的设备耦合器210。形成为变压器216的隔离元件连接至所述干线接口212和所述支线接口214。所述变压器的初级绕组218连接至所述干线接口212。所述支线接口214并联连接至所述变压器的次级绕组220。所述变压器216在所述干线接口212与所有支线接口214之间提供隔离；也就是说，所有支线接口在相同的隔离组中，因为所有支线接口连接至相同的变压器次级绕组220。。图2展示了所述设备耦合器210，所述设备耦合器连接至网络干线222并且具有连接至标记为“SI1”和“SI2”的支线接口的支线224。所述支线224连接至现场设备226。尽管单个变压器216将所述现场设备226与所述网络干线222隔离，但所述现场设备226彼此间未电流隔离。由于所有支线接口214与所述变压器次级绕组220并联连接，因此电流可在所述支线224中任何支线之间流动。图3中示出了对所述单变压器方法的修改，其示出了将所述两个现场设备226连接至所述网络干线222的设备耦合器230。除了变压器216具有多个次级绕组220而非单个次级绕组之外，所述设备耦合器230在其他方面类似于所述设备耦合器210。每个次级绕组220串联连接至对应支线接口214。如在所述设备耦合器210中，所述变压器216在所述干线接口212与所有支线接口214之间提供隔离。但是由于每个次级绕组220连接至仅一个支线接口214，因此所述次级绕组220还在所述支线接口214之间提供电流隔离。由于所述次级绕组220将所述支线接口214彼此隔离，因此电流无法在所述支线224之间流动。然而，由于所述多个次级绕组220的间隔要求，相邻支线接口214之间的隔离小于每个支线接口214与所述干线接口212之间的隔离。图4中示出了又另一种用于在在干线接口与多个支线接口之间提供具有电流隔离的设备耦合器的方法，其展示了将所述两个现场设备226连接至所述网络干线222的设备耦合器240。所述设备耦合器240利用模块化系统，在所述模块化系统中，为每个支线接口214提供单独变压器216。所述变压器216的所述初级绕组218与所述干线接口212并联连接，但每个变压器216的所述次级绕组220与对应支线接口214串联连接。每个支线接口214通过专用变压器216单独与所述干线接口212隔离。每个支线接口214还通过两个变压器216与另一个支线接口214隔离，也就是说，任何电流必须穿过两个变压器216以便从一个支线接口214流动至另一个支线接口214。电流无法在图4中示出的所述两个支线224之间流动，除非电流也流经附接至所述对应支线224的所述两个变压器216。本文申请人所拥有的并且与本申请具有共同专利技术权的赫尔夫里克(Helfrick)等人的美国专利7,940,508公开了图4中所示的模块化系统的变体。所述’508专利公开了将所述干线接口连接至背板。附接至所述背板的单独支线接口包括支线接口以及连接至所述支线接口的隔离元件，所述支线接口还通过所述背板连接至所述干线接口。如果需要，可添加支线接口模块或者将其从所述背板移除。
技术实现思路
公开了一种用于在输入端或干线接口与多个输出端或支线接口之间提供电流隔离以将现场设备连接至双线过程控制网络的干线的新颖方法，所述双线过程控制网络在所述两条线上提供数据信号和电力。在可能的实施例中，可以提供输入端或干线接口以及所述多个输出端或支线接口作为用于将多个现场设备连接至干线的设备耦合器。在实施例中，公开了一种用于将多个输出端连接至输入端以在输入端与输出端之间进行传输的方法。所述输入端被适配成用于连接至双线现场总线网络的网络干线，所述双线现场总线网络在所述两条线上为现场设备传输数据信号和电力，所述输出端被适配成用于连接现场设备。所述输出端被分成两个或更多个输出端组。每个输出端组包括至少两个输出端，并且每个输出端在一个且仅一个输出端组中。隔离元件彼此并联地连接至所述输入端，并且所述隔离元件连接至所述输出端组。每个输出端组与另一个输出端组并联连接至一个且仅一个隔离元件，所述一个隔离元件将所述输出端组连接至所述输入端并且将所述输出端组与所述输入端电流隔离。在所述方法的可能的实施例中，所述隔离元件是变压器。所述变压器的初级绕组彼此并联地连接至所述输入端，并且每个输出端组彼此并联地连接至所述一个变压器的次级绕组。在实施例中，公开了一种能够将多个现场设备连接至双线现场总线网络的网络干线的设备耦合器，所述双线现场总线网络属于在所述两条线上传输数据信号和电力的类型。所述设备耦合器包括：第一干线接口，所述第一干线接口用于将所述设备耦合器连接至所述网络干线；以及两个或更多个支线隔离组，所述两个或更多个支线隔离组彼此并联地连接到所述第一干线接口。每个支线隔离组包括两个或更多个支线接口的组以及将所述干线接口与所述支线接口耦合在一起的隔离元件。每个支线接口是一个且仅一个支线接口组的成员。在每个支线隔离组中，所述支线接口彼此并联地连接到所述隔离元件。所述隔离元件将所述干线接口与所述支线接口彼此电流隔离。在所述设备耦合器的变体实施例中，每个隔离元件是变压器，所述变压器具有连接至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备耦合器，所述设备耦合器能够将多个现场设备连接至双线现场总线网络的网络干线，所述双线现场总线网络属于在所述两条线上传输数据信号和电力的类型，所述设备耦合器包括：干线接口，所述干线接口用于将所述设备耦合器连接至网络干线；以及多个支线隔离组，所述多个支线隔离组彼此并联地连接到所述第一干线接口；并且每个支线隔离组包括：隔离元件，所述隔离元件连接至所述干线接口；以及连接至所述隔离元件的两个或更多个支线接口的组，所述支线接口彼此并联地连接到所述隔离元件，所述隔离元件将所述干线接口与所述支线接口连接在一起并且将所述干线接口与所述支线接口电流隔离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.15 US 62/064,1181.一种设备耦合器，所述设备耦合器能够将多个现场设备连接至双线现场总线网络的网络干线，所述双线现场总线网络属于在所述两条线上传输数据信号和电力的类型，所述设备耦合器包括：干线接口，所述干线接口用于将所述设备耦合器连接至网络干线；以及多个支线隔离组，所述多个支线隔离组彼此并联地连接到所述第一干线接口；并且每个支线隔离组包括：隔离元件，所述隔离元件连接至所述干线接口；以及连接至所述隔离元件的两个或更多个支线接口的组，所述支线接口彼此并联地连接到所述隔离元件，所述隔离元件将所述干线接口与所述支线接口连接在一起并且将所述干线接口与所述支线接口电流隔离。2.如权利要求1所述的设备耦合器，其中，在每个支线隔离组中：所述隔离元件包括对应的变压器，所述变压器包括连接至所述干线接口的第一变压器绕组以及连接至所述支线接口的组的第二变压器绕组。3.如权利要求2所述的设备耦合器，其中，所述支线隔离组的所述第一变压器绕组彼此并联地连接到所述干线接口。4.如权利要求2所述的设备耦合器，其中，每个支线隔离组的所述多个支线模块彼此并联地连接到所述支线隔离组的所述第二变压器绕组。5.如权利要求2所述的设备耦合器，其中，所述支线隔离组的所述第二变压器绕组彼此不连接。6.如权利要求1所述的设备耦合器，其中，所述多个支线隔离组包括第一支线隔离组和第二隔离组；并且所述第一支线隔离组的多个支线接口至少通过所述第一和第二支线隔离组的所述隔离元件与所述第二支线隔离组的多个支线接口电流隔离。7.如权利要求6所述的设备耦合器，其中，每个支线隔离组的所述隔离元件是变压器，由此所述第一支线隔离组的多个支线接口至少通过所述第一和第二支线隔离组的所述变压器与所述第二支线隔离组的多个支线接口电流隔离。8.如权利要求1所述的设备耦合器，其中，所述设备耦合器连接至所述网络干线，现场设备附接至所述设备耦合器的所述支线接口之一，并且所述现场设备位于危险区域中。9.如权利要求1所述的设备耦合器，其中，所述设备耦合器连接至所述网络干线，并且所述设备耦合器位于危险区域中。10.如权利要求1所述的设备耦合器，其中，所述设备耦合器连接至所述网络干线，并且电源连接至所述网络干线。11.如权利要求10所述的设备耦合器，其中，现场设备连接至所述设备耦合器的所述支线接口之一，并且所述电源向所述现场设备供电。12.如权利要求1所述的现场设备耦合器，其中，所述设备耦合器包括端接...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·C·谢鲁卡，B·E·赫尔夫里克，D·卡兹，A·R·克雷德，T·E·沙德尔，
申请(专利权)人：凤凰通讯发展及制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US