Блок питания, снабженный логическими схемами
Изобретение относится к гибридному блоку питания. Техническим результатом является обеспечение оценки уровня заряда батареи. Устройство содержит: технологический датчик для контроля параметра технологического процесса и формирования сигнала датчика; корпус, охватывающий внутренний объем беспроводного технологического устройства; передатчик, размещенный внутри внутреннего объема, для обработки сигнала датчика; и блок питания для размещения во внутреннем объеме, содержащий устройство хранения энергии; соединение с местным источником питания; первый и второй датчики напряжения для измерения первого и второго выходных напряжений устройства хранения энергии и местного источника питания соответственно; и процессор для предоставления в передатчик диагностического отчета в отношении устройства хранения энергии и местного источника питания, причем диагностический отчет содержит информацию идентификации устройства хранения энергии и/или местного источника питания на основании первого и второго выходных напряжений. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники
Изобретение в общем относится к промышленным технологическим устройствам, а более конкретно к гибридному блоку питания, предназначенному для питания беспроводного промышленного технологического устройства.
Уровень техники
Термин «технологическое устройство» (полевое устройство) охватывает широкий спектр устройств для управления технологическим процессом, измеряющих, например, такие параметры, как давление, температура и расход, и управляющих ими. Многие технологические устройства представляют собой приемопередатчики, служащие средством связи между преобразователем, предназначенным для измерения или регулирования переменной технологического процесса, и устройством дистанционного управления или контроля, например, компьютером в диспетчерском зале. Например, выходной сигнал датчика, как правило, непригоден для эффективной связи с устройством дистанционного управления или контроля. Приемопередатчик (далее «передатчик») устраняет этот недостаток путем приема сигнала от датчика, преобразования этого сигнала в форму, лучше подходящую для передачи на большие расстояния (например, в форму модулированного сигнала в токовом контуре 4-20 мА или сигнала беспроводного протокола), и передачи сигнала, полученного этим преобразованием, в устройство дистанционного управления или контроля.
Технологические устройства используются для контроля и управления различными параметрами технологических процессов, например, давлением, температурой, вязкостью и расходом. Другие технологические устройства приводят в действие клапаны, насосы и другую аппаратуру, используемую в технологических процессах. Каждое технологическое устройство, как правило, содержит герметизированный корпус, в котором находятся исполнительные устройства и/или датчики, электронные схемы для приема и обработки сигналов датчика и сигналов управления и электронные схемы для передачи обработанных сигналов датчика, что дает возможность дистанционного управления технологическим устройством и контроля технологического параметра. На больших промышленных предприятиях, как правило, используется много технологических устройств, распределенных по большой территории. Такие технологические устройства обычно осуществляют связь с общим устройством управления или контроля, что дает возможность централизованного управления и контроля технологических процессов.
В технологических устройствах для осуществления связи с централизованными системами управления или контроля все чаще используются беспроводные приемопередатчики. Беспроводные устройства по сравнению с проводными устройствами расширяют область применения систем управления и контроля в такие области, где прокладка кабелей может быть затруднена или дорога. В некоторых случаях беспроводные технологические устройства могут получать питание через непосредственное электрическое соединение с источниками электропитания общего пользования, например, с электросетью переменного тока 120 В или с питаемой линией передачи данных. Однако значительно чаще источники электропитания общего пользования поблизости отсутствуют или не могут быть легко установлены в зонах повышенной опасности, где приходится эксплуатировать измерительные приборы и датчики. Поэтому технологические устройства часто питают от местных источников питания ограниченной емкости, которые либо хранят энергию, как в случае батареи с большим сроком службы, либо генерируют энергию, как в случае солнечной панели. Например, ожидается, что батареи прослужат более пяти лет, предпочтительно, в течение всего срока службы технологического устройства. Поскольку емкость местных источников питания ограничена, во многих случаях использования беспроводных технологических устройств важно, чтобы их электроника и радиочастотные модули имели небольшое энергопотребление.
Во многих случаях конструкция технологических устройств предусматривает размещение подключенной батареи под крышкой герметизированного корпуса технологического устройства. В других технологических устройствах используется питание от внешних источников, например, от солнечных панелей, устройств сбора даровой энергии (например, вибрационных или термоэлектрических преобразователей) или от расположенного неподалеку средства подключения к электросети общего пользования. Для каждого способа питания беспроводного технологического устройства обычно требуется индивидуальный контактный интерфейс. В технологических устройствах, частично или полностью питающихся от батареи, как правило, имеются небольшие контактные блоки, в которых имеются точки подключения устанавливаемой батареи. В то же время технологические устройства, питающиеся от электросети, содержат контактные блоки, обеспечивающие возможность проводного подключения к электросети (как правило, через винтовые клеммы) и выполняющие согласование питания, получаемого от электросети, с целью обеспечения возможности использования указанного питания технологическим устройством. Контактные блоки часто являются съемными, что дает возможность конфигурировать одно и то же технологическое устройство для работы от разных источников питания путем установки контактного блока, рассчитанного на работу с определенным источником питания. Солнечные панели, вибрационные системы преобразования даровой энергии и другие типы местных модулей питания могут использовать разные контактные блоки.
Технологические устройства с беспроводными передатчиками периодически передают сигналы, соответствующие измеряемым параметрам. Передатчики с батарейным питанием, как правило, рассчитаны на пять или более лет работы между заменами батареи. В зависимости от решаемой задачи, системы, используемые в настоящее время, могут работать в течение этого периода времени, осуществляя передачу раз в четыре секунды. Во многих промышленных системах желательна более высокая частота передачи, но это требует увеличенного расхода энергии, что значительно снижает время работы от батареи.
Возможности генерирования энергии системами сбора даровой энергии, например, солнечными панелями и вибрационными или термоэлектрическими преобразователями, в значительной мере зависит от местоположения и решаемой задачи. Вибрационные преобразователи могут быть высокоэффективными источниками энергии, например, в зонах с непрерывной вибрацией высокой амплитуды, но там, где вибрация имеет место время от времени или имеет невысокую амплитуду, могут оказаться бесполезными или недостаточно эффективными. Кроме того, в то время, как батареи и суперконденсаторы, как правило, обеспечивают при своем разряде непрерывность подачи питания, системы сбора даровой энергии могут быть подвержены непредсказуемым перерывам в генерировании энергии, что приводит к колебаниям уровней питания в зависимости от окружающих условий. Например, солнечные панели не вырабатывают энергию в темноте, а вибрационные преобразователи не вырабатывают энергию, когда система, к которой они присоединены (к примеру, двигатель), не работает.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является беспроводное технологическое устройство, содержащее технологический датчик, корпус, передатчик и блок питания. Технологический датчик выполнен с возможностью контроля параметра технологического процесса и формирования сигнала датчика. Корпус охватывает внутренний объем беспроводного технологического устройства. Передатчик размещен внутри указанного внутреннего объема и выполнен с возможностью обработки сигнала датчика. Блок питания выполнен с возможностью размещения в указанном внутреннем объеме и содержит устройство хранения энергии, соединение с местным источником питания и процессор, выполненный с возможностью предоставления в передатчик диагностического отчета в отношении устройства хранения энергии и местного источника питания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой схему системы контроля и управления технологическим процессом, содержащей беспроводное технологическое устройство.
Фиг. 2а представляет собой функциональную схему беспроводного технологического устройства, показанного на фиг. 1.
Фиг. 2b представляет собой функциональную схему альтернативного беспроводного технологического устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 3 представляет собой вид в аксонометрии разобранного беспроводного технологического устройства на фиг. 1.
Фиг. 4а и 4b представляют собой виды в аксонометрии с двух точек зрения на разобранный блок питания показанного на фиг. 1 беспроводного технологического устройства.
Фиг. 5 представляет собой блок-схему способа диагностики и обнаружения неисправностей для беспроводного технологического устройства, показанного на фиг. 1.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение представляет собой блок питания для промышленного беспроводного технологического устройства. В одном из вариантов осуществления этот блок питания содержит как устройство хранения энергии, например, батарею или суперконденсатор, так и электронную схему согласования электропитания для внешнего источника питания, например, для устройства сбора даровой энергии. Указанный блок питания по отдельности обрабатывает измеренные значения напряжений устройства хранения энергии и внешнего источника питания и предоставляет в беспроводное технологическое устройство или в систему управления или контроля диагностический отчет, сформированный с использованием данной информации о напряжении.
На фиг. 1 показаны пункт 10 измерения или управления технологическим процессом, содержащий беспроводное технологическое устройство 12 (с антенной 14), преобразователь 16, технологический соединитель 18, технологический трубопровод 20, местный источник 22 питания и линию 24 для передачи питания. Беспроводное технологическое устройство 12 через антенну 14 связано с системой 26 управления или контроля.
Через технологический трубопровод 20 протекает поток F технологического флюида. Беспроводным технологическим устройством 12 может быть передатчик технологического параметра, выполненный с возможностью приема, обработки и передачи сигналов из одного или нескольких датчиков, выполненный с возможностью измерения параметров данного технологического флюида. Как вариант, технологическим устройством 12 может быть беспроводной контроллер, выполненный с возможностью управления технологическим исполнительным устройством, например, клапаном или насосом, в ответ на сигналы из системы 26 управления или контроля. Преобразователь 16 представляет собой один из таких чувствительных элементов или исполнительных устройств и через технологический соединитель 18 находится в контакте с потоком флюида F. Технологический соединитель 18 может присоединяться к потоку флюида F параллельно или последовательно, в зависимости от конкретной промышленной системы и параметра, измеряемого или управляемого преобразователем 16. Хотя на фиг. 1 показан только один преобразователь 16, в некоторых вариантах осуществления пункт 10 измерения или управления технологическим процессом может содержать несколько датчиков и/или исполнительных устройств, соединенных с беспроводным технологическим устройством 12.
В некоторых вариантах осуществления изобретения измерительный преобразователь 16 представляет собой датчик, предоставляющий измеренные значения в технологическое устройство 12 для обработки и передачи в систему 26 управления или контроля. В других вариантах осуществления изобретения измерительный преобразователь 16 представляет собой исполнительное устройство, воздействующее на технологический флюид в ответ на сигналы, принимаемые из системы 26 управления или контроля технологического устройства 12. Несмотря на то, что дальнейшее описание ведется на примере варианта осуществления, в котором преобразователь 16 является датчиком, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение в равной степени может быть использовано и в отношении систем с исполнительными устройствами.
Преобразователь 16 закреплен на технологическом трубопроводе 20 через технологический соединитель 18 и измеряет один или несколько параметров технологического флюида, например, расход, вязкость, температуру или давление. В показанном варианте осуществления преобразователь 16 размещен внутри технологического устройства 12, но в альтернативных вариантах осуществления преобразователи могут размещаться отдельно от технологического устройства 12 и соединяться с технологическим устройством 12 кабелем. Сигнал датчика из преобразователя 16 передается (к примеру, в виде аналогового значения напряжения или цифрового сигнала) в электронную схему обработки и передачи, находящуюся в технологическом устройстве 12 (см. фиг. 2а и 2b). Конкретная форма преобразователя 16 может меняться в зависимости от воспринимаемого параметра; в некоторых случаях технологический соединитель 18 может иметь конфигурацию, в которой преобразователь 16 выходит в поток F технологического флюида в пределах технологического трубопровода 20. Технологическое устройство 12 принимает и (при необходимости) переводит в цифровую форму технологические сигналы из преобразователя 16 и передает технологические сообщения, содержащие технологическую информацию, в систему 26 управления или контроля через антенну 14. Антенна 14, хотя и показана как одна антенна, может содержать несколько разных сгруппированных антенн. Технологическое устройство 12 может передавать сигналы в систему 26 управления или контроля непосредственно или через промежуточную многосвязную или централизованную сеть. В некоторых вариантах осуществления изобретения технологическое устройство 12 может использовать протоколы WirelessHART (IEC 62591) или Fieldbus (IEC 61158). Система 26 управления или контроля может быть централизованной системой, принимающей данные датчика из множества технологических устройств в сети беспроводных технологических устройств и/или передающей данные исполнительного устройства в указанное множество технологических устройств. Система 26 управления или контроля может быть расположена в месте нахождения сети беспроводных технологических устройств или в удаленном диспетчерском зале.
Технологическое устройство 12 содержит электронные схемы, обрабатывающие и передающие сигналы из преобразователя 16 (или в преобразователь 16 в случае системы с исполнительным устройством), что подробнее описывается ниже. Как для обработки сигнала, так и для передачи сигнала необходима энергия, предоставляемая блоком питания, что описывается далее с использованием фиг. 2а и 2b. Этот блок питания содержит как внутреннее устройство хранения энергии, например, батарею или суперконденсатор, так и подключение к местному источнику 22 питания через линию 24 передачи питания. Местным источником 22 питания может быть, например, солнечная батарея, устройство сбора даровой энергии, например, вибрационный или термоэлектрический преобразователь, или электросеть общего пользования. Несмотря на то, что на фиг. 1 местный источник 22 питания представлен как внешний источник питания, расположенный вне технологического устройства 12, некоторые варианты осуществления местного источника 22 питания могут располагаться внутри технологического устройства 12, что описывается далее с использованием фиг. 2b.
Фиг. 2а и 2b представляют варианты осуществления технологического устройства 12, в которых местный источник 22 питания является внешним (фиг. 2а) и внутренним (фиг. 2b) по отношению к технологическому устройству 12. Варианты осуществления на фиг. 2а и 2b отличаются только составом блока 120 питания, реализованного на фиг. 2а в виде блока 120А питания, а на фиг. 2b в виде блока 120 В питания. Наименование «блок 120 питания» здесь в равной степени используется для обозначения блока 120А питания и блока 120 В питания, когда различие между этими вариантами реализации не имеет значения.
Фиг. 2а и 2b относятся к варианту осуществления технологического устройства 12, принимающему и передающему сигналы датчика в систему 26 управления или контроля, а не к варианту осуществления, управляющему технологической аппаратурой на основании сигналов из системы 26 управления или контроля. Как указано выше, блок 120 питания может использоваться в системе любого из этих типов, а также с технологическими устройствами, выполняющими обе из указанных функций.
Фиг. 2а представляет собой функциональную схему технологического устройства 12, иллюстрирующую один вариант осуществления антенны 14, преобразователя 16, оболочки или корпуса 100, приемопередатчика 102, процессора 104 сигнала, модема 105 HART, устройства 106 согласования цифрового сигнала, аналого-цифрового преобразователя 108, устройства 110 согласования аналогового сигнала, модуля 112 управления питанием, крышки 116, контактного блока 118 и блока 120А питания. Блок 120А питания содержит устройство 122 хранения энергии, контактный узел 124 внешнего источника (с контактными винтами 126), предварительный формирователь 128 питания, датчики 130 напряжения, процессор 132 управления питанием, модем 133 HART, память 134 и датчик 136 температуры. Линия 24 передачи питания проходит через канал 138 ввода кабеля питания для присоединения местного источника 22 питания к контактным винтам 126 контактного узла 124 внешнего источника. Фиг. 2b представляет собой функциональную схему альтернативного варианта осуществления технологического устройства 12, отличающегося тем, что блок 120А питания заменен блоком 120 В питания. Блок 120 В питания содержит местный источник 22 питания внутри себя, вследствие чего контактный узел 124 внешнего источника, контактные винты 126, линия 24 передачи питания и канал 138 ввода кабеля питания не требуются. В остальном варианты осуществления, показанные на фиг. 2а и 2b, идентичны. В показанных вариантах осуществления блок 120 питания располагается в гнезде R, образуемом корпусом 100 и крышкой 116.
Технологическое устройство 12 может подвергаться воздействию экстремальных температур и опасных сред. Поэтому технологическое устройство 12 содержит оболочку или корпус 100, предназначенные для заключения в себе и для защиты электронных схем во внутреннем объеме I. Оболочка или корпус 100 представляет собой жесткий прочный корпус, выполненный с возможностью герметизации, противостоящей воздействию окружающей среды, с целью защиты приемопередатчика 102, процессора 104 сигнала, устройства 106 согласования цифрового сигнала, аналого-цифрового преобразователя 108, устройства 110 согласования аналогового сигнала и модуля 112 управления питанием от ухудшения характеристик или повреждения. Оболочка или корпус 100 сопрягается с крышкой 116 с целью охвата гнезда R, которое защищает и вмещает в себя съемные компоненты, например, блок 120 питания. Оболочка или корпус 100 и крышка 116 могут, аналогично, образовывать соединение, герметизированное в отношении воздействия внешней среды, чем обеспечивается защита компонентов, находящихся в гнезде R, от вредоносных воздействий внешней среды. В некоторых вариантах осуществления изобретения уплотнение между оболочкой или корпусом 100 и крышкой 116 может должным образом защищать компоненты во внутреннем объеме I (т.е. приемопередатчик 102, процессор 104 сигнала, устройство 106 согласования цифрового сигнала, аналого-цифровой преобразователь 108, устройство 110 согласования аналогового сигнала и модуль 112 управления питанием), вследствие чего оболочка или корпус 100 не обязательно должны полностью содержать в себе внутренний объем I, поскольку указанное сочетание оболочки или корпуса 100 и крышки 116 при установке крышки 116 на место защищает эти компоненты от повреждения факторами окружающей среды.
В одном из вариантов осуществления приемопередатчик 102 представляет собой передатчик/приемник сигнала, передающий и принимающий беспроводные сигналы через антенну 14. Процессор 104 сигнала представляет собой процессор данных, выполненный с возможностью выполнения логических операций, например, микропроцессор. В показанном варианте осуществления модем 105 HART представляет собой модулятор-демодулятор, выполненный с возможностью извлечения сигнала диагностики или сигнала состояния из амплитудно-модулированного токового сигнала, формируемого модемом 133 HART (см. ниже) и с возможностью выполнения обратной операции. Контактный блок 118 может, например, быть оснащен средством подключения HART для присоединения портативного диагностического устройства. В других вариантах осуществления изобретения модемы 105 и 133 HART могут быть заменены любым другим пригодным для этой цели каналом передачи данных, к примеру, шиной l2C или шиной последовательного периферийного интерфейса (serial peripheral interface, SPI). Устройство 106 согласования цифрового сигнала содержит цифровой фильтр, работающий с преобразованными в цифровую форму сигналами датчика и выполненный с возможностью настройки процессором 104 сигнала в ответ на диагностические программы или команды из центральной системы 26 управления или контроля. Устройство 106 согласования цифрового сигнала может, например, отфильтровывать шум или выделять представляющий интерес сигналы из необработанного сигнала, преобразованного в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 108. Аналого-цифровой преобразователь 108 представляет собой аналого-цифровой преобразователь, выполненный с возможностью преобразования в цифровую форму аналоговых сигналов датчика из преобразователя 16, соответствующих первичным воспринимаемым переменным. В некоторых вариантах осуществления изобретения (например, в системах с исполнительными устройствами) аналого-цифровой преобразователь 108 может, как вариант или дополнительно, содержать цифро-аналоговый преобразователь, выполненный с возможностью преобразования цифровых сигналов из процессора 104 сигнала в аналоговые сигналы для передачи в преобразователь 16. Устройство 110 согласования аналогового сигнала представляет собой обычное устройство согласования аналогового сигнала, которое может, например, выполнять полосовую фильтрацию с целью выделения одного или нескольких частотных диапазонов, представляющих интерес, из сигналов, принятых из преобразователя 16. Модуль 112 управления питанием представляет собой обычное устройство коммутации питания, выполненное с возможностью отбирать питание из контактного блока 118. В некоторых вариантах осуществления модуль 112 управления питанием может принимать из контактного блока 118 аналоговый сигнал диагностического отчета в качестве средства контроля качества питания и приближающейся потери питания. В других вариантах осуществления блок 120 питания может осуществлять связь с процессором 104 сигнала исключительно через модемы 105 и 133 HART или подобную шину передачи данных. Процессор 104 сигнала может обрабатывать этот диагностический отчет, управлять преобразователем 16 по меньшей мере частично на основании этого диагностического сигнала или просто перенаправлять этот диагностический отчет в систему 26 управления или контроля через приемопередатчик 102 и антенну 14 для архивирования и/или дальнейшей обработки. Модуль 112 управления питанием принимает электропитание из местного источника 22 питания и/или из устройства хранения энергии через контактный блок 118 и передает это электропитание в соответствии с потребностью в приемопередатчик 102, процессор 104 сигнала, устройство 106 согласования цифрового сигнала, аналого-цифровой преобразователь 108, устройство 110 согласования аналогового сигнала и во все остальные питаемые компоненты технологического устройства 12.
В ходе работы устройство 110 согласования аналогового сигнала принимает и фильтрует технологические сигналы из преобразователя 16. Преобразователь 16 может располагаться внутри технологического устройства 12, как показано на фиг. 1, или может располагаться снаружи и соединяться с устройством 110 согласования аналогового сигнала кабелем. Прошедшие фильтрацию технологические сигналы преобразуются в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 108 и перед обработкой в процессоре 104 сигнала дополнительно фильтруются устройством 106 согласования цифрового сигнала. В некоторых вариантах осуществления технологического устройства 12 могут использоваться как оба устройства (устройство 106 согласования цифрового сигнала и устройство 110 согласования аналогового сигнала), так и одно из указанных устройств, особенно если сигналы из преобразователя 16 уже соответствуют заданным требованиям. Подобным образом, аналого-цифровой преобразователь 108 не нужен в вариантах осуществления, где преобразователь 16 выдает цифровой сигнал. Хотя приемопередатчик 102, процессор 104 сигнала, устройство 106 согласования цифрового сигнала, аналого-цифровой преобразователь 108 и устройство 110 согласования аналогового сигнала описываются здесь как отдельные компоненты, функции некоторых или всех этих компонентов в некоторых вариантах осуществления могут выполняться общей аппаратурой, например, общим микропроцессором. Технологическое устройство 12 может также содержать местный интерфейс оператора (не показан), оснащенный, например, экраном и/или кнопками ввода, что дает оператору возможность взаимодействия непосредственно с технологическим устройством 12. Как и другие питаемые компоненты технологического устройства 12, такой местный интерфейс оператора будет потреблять энергию от модуля 112 управления питанием.
Питаемые компоненты технологического устройства 12 получают питание из модуля 112 управления питанием. В свою очередь, модуль 112 управления питанием отбирает питание из блока 120 питания через контактный блок 118. Контактный блок 118 представляет собой компонент коммутации питания, выполненный с возможностью совмещаться с блоком 120 питания и отбирать из него питание. В зависимости от внутренней электронной схемы технологического устройства 12 контактный блок 118 может получать питание переменным или постоянным током. В некоторых вариантах осуществления контактный блок 118 может служить для фиксации блока питания внутри гнезда R. Контактный блок 118 может быть стационарно прикреплен к технологическому устройству 12 или может представлять собой модульный компонент, который может быть в соответствии с потребностью заменен для обеспечения интерфейса с другими источниками питания.
Блок 120 питания представляет собой гибридное устройство, предоставляющее питание как от устройства 122 хранения энергии, так и от местного источника 22 питания. Как показано в варианте осуществления на фиг. 2а, блок 120А питания содержит устройство 122 хранения энергии, контактный узел 124 внешнего источника (с контактными винтами 126), предварительный формирователь 128 питания, датчики 130 напряжений, процессор 132 управления питанием, модем 133 HART, память 134 и датчик 136 температуры. Напротив, на фиг. 2b местный источник 22 питания находится внутри блока 120В питания на месте контактного узла 124 внешнего источника, и поэтому в нем отсутствуют контактный узел 124 внешнего источника и контактные винты 126. Устройством 122 хранения энергии может быть конденсатор, суперконденсатор, аккумулятор, первичная (неперезаряжаемая) батарея или любое другое общеизвестное компактное устройство хранения энергии. Предварительный формирователь 128 питания может содержать конденсатор, схемы коммутации, фильтрующие компоненты и компоненты, ограничивающие напряжение и/или ток. Контактный узел 124 внешнего источника представляет собой приемный контактный узел, например, проводящую пластину или плоский соединитель, к которому в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 2а, через контактные винты 126 с обеспечением электрического контакта прикрепляется линия 24 передачи питания. В некоторых альтернативных вариантах осуществления линия 24 передачи питания может вводиться в контактный узел 124 внешнего источника или соединяться с контактным узлом 124 внешнего источника другими средствами.
Несмотря на то, что на фиг. 2а и 2b устройство 122 хранения энергии показано как единое устройство, некоторые варианты осуществления блока 120 питания могут содержать несколько отдельных элементов питания одного или разных типов. Предварительный формирователь 128 питания получает питание как из устройства 122 хранения энергии, так и из контактного узла 124 внешнего источника (фиг. 2а) или местного источника 22 питания (фиг. 2b). Предварительный формирователь 128 питания может отбирать питание из обоих источников одновременно (к примеру, резервируя питание от местного источника 22 питания энергией, запасенной в устройстве 122 хранения энергии) или попеременно (к примеру, питая технологическое устройство 12 только от местного источника 22 питания при наличии такой возможности и от устройства 122 хранения энергии при отсутствии внешнего питания). Датчики 130 напряжений предоставляют в процессор 132 управления питанием значения выходных напряжений устройства 122 хранения энергии и контактного узла 124 внешнего источника (фиг. 2а) или местного источника 22 питания (фиг. 2b). Датчики 130 напряжений представляют собой преобразователи напряжения, формирующие цифровой или аналоговый сигнал, характеризующий величину проходящего напряжения, выдаваемого каждым источником в предварительный формирователь 128 питания, и тем самым сообщающий о возможности получения питания от каждого из источников. Процессор 132 управления питанием использует эти измеренные напряжения для получения информации о местном источнике 22 питания и устройстве 122 хранения энергии и для диагностики текущих или приближающихся неисправностей или нестабильностей в работе источника питания в диагностическом отчете, передаваемом в процессор 104 сигнала через контактный блок 118 и модемы 133 и 105 HART. В некоторых вариантах осуществления изобретения этот диагностический отчет может идентифицировать местный источник 22 питания и устройство 122 хранения энергии (к примеру, по порядковому номеру или классификатору типа), сигнализировать о неожиданных провалах в напряжении от каждого источника и прогнозировать остаточную энергию и/или время работы устройства 122 хранения энергии в текущих или прогнозируемых условиях.
Процессор 132 управления питанием в некоторых вариантах осуществления изобретения выполнен с возможностью идентификации контактного узла 124 внешнего источника на основании характеристического сигнала напряжения (к примеру, частотного спектра, соответствующего конкретному источнику или типу источника). Аналогично, устройство 122 хранения энергии может быть идентифицировано или классифицировано на основании своего выходного напряжения, особенно в случае вариантов реализации блока 120 питания, в которых устройство 122 хранения энергии представляет собой съемный компонент (к примеру, стандартный гальванический элемент). Когда устройство 122 хранения энергии является стационарно встроенным в блок 120 питания, процессор 132 управления питанием идентифицирует устройство 122 хранения энергии, получая идентификатор источника питания из памяти 134, представляющей собой машиночитаемый банк памяти. В памяти 134 также может храниться база данных, связывающая сигнатуры напряжения с конкретными идентификаторами источника питания или типами источника питания, и/или связывающая конкретные режимы напряжения с условиями нештатной ситуации или оповещения, подлежащими сообщению в диагностическом сообщении в контактный блок 118 и в итоге в процессор 104 сигнала и/или в систему 26 управления или контроля.
В одном из вариантов осуществления процессор 132 формирует прогноз остаточной энергии, которую можно получить из устройства 122 хранения энергии, на основании выходного напряжения устройства 122 хранения энергии, измеренного датчиком 130 напряжения, и на основании идентификации устройства 122 хранения энергии, выполненной процессором 132 или полученной из памяти 134. Этот прогноз остаточной энергии может быть включен в диагностический отчет, передаваемый в процессор 104 сигнала и/или в систему 26 управления или контроля, и/или может быть использован для формирования, с использованием текущих, ретроспективных и/или прогнозируемых условий, прогноза остаточного времени работы, характеризующего прогнозируемое время, по истечении которого устройство 122 хранения энергии будет истощено. В некоторых вариантах осуществления изобретения этот прогноз остаточного времени работы уточняется путем добавления датчика 136 температуры, который представляет собой чувствительный элемент, воспринимающий температуру, размещенный так, чтобы процессор 132 управления питанием получал значение температуры, характеризующее температуру внешней среды вблизи устройства 122 хранения энергии. Скорость истощения химических батарей, в частности, сильно зависит от температуры. Добавление датчика 136 температуры дает процессору 132 возможность формирования значительно более точного прогноза скорости истощения батареи, и, в результате, остаточного времени работы батареи. В некоторых вариантах осуществления изобретения в памяти 134 может сохраняться архив предшествующих напряжений, ранее измеренных датчиками 130 напряжений, что дает процессору 132 возможность идентификации нештатных ситуаций или изменения режимов и возможность предсказания остаточного времени работы устройства 122 хранения энергии на основании ретроспективно определенных закономерностей. Процессор 132 может, например, по архивным данным напряжения установить, что местный источник 22 питания полностью обеспечивает питанием технологическое устройство 12 половину времени (к примеру, когда местный источник питания 12 представляет собой вибрационное устройство сбора энергии, расположенное на двигателе с рабочим циклом 50%) и прогнозировать остаточное время работы устройства 122 хранения энергии на основании скоростей истощения, учитывающих прогнозируемую возможность использования местного источника питания, независимо от текущей возможности использования энергии местного источника 22 питания.
Несмотря на то, что контактный узел 124 внешнего источника, предварительный формирователь 128 питания, датчики 130 напряжений, процессор 132 управления питанием, модем 133 HART, память 134 и датчики 136 температуры 136 показаны как отдельные логические компоненты, в различных вариантах осуществления любая комбинация этих компонентов может быть размещена на общей печатной соединительной плате или на аналогичном объединительном компоненте.
Предварительный формирователь 128 питания представляет собой компактное устройство, выполняющее обычное согласование электропитания, индивидуальное для каждого местного источника 22 питания. Предварительный формирователь 128 питания может, например, ограничивать напряжение и/или ток с целью защиты компонентов технологического устройства 12. Предварительный формирователь 128 питания может также, когда это целесообразно, содержать преобразователь переменного тока в постоянный ток, если источником 22 питания является источник питания переменного тока. Предварительный формирователь 128 питания может быть изготовлен как часть печатной соединительной платы 216 или может быть отдельным компонентом, присоединенным к печатной соединительной плате 216.
Блок 120 питания обеспечивает поступление в контактный блок 118 энергии из двух источников: из устройства 122 хранения энергии и из местного источника 22 питания. Как уже обсуждалось здесь в разделе «Уровень техники», мощность, которую могут предоставить внешние источники питания, например системы преобразования даровой энергии и солнечные панели, часто ограничена. Некоторые варианты реализации местного источника 22 питания могут обеспечить хотя и по существу постоянную, но ограниченную мощность, недостаточную для постоянного питания процессора 104 сигнала, устройств 110 и 106 согласования аналогового и цифрового сигнала, аналого-цифрового преобразователя 108, а особенно приемопередатчика 102. Другие варианты осуществления местного источника 22 питания могут обеспечивать более высокую мощность, но ненадежны. В любом случае блок 120 питания выполняет резервирование питания из местного источника 22 питания, используя энергию, хранимую устройством 122 хранения энергии, этим обеспечивая соответствие с потребностью питаемых компонентов технологического устройства 12 в энергопотреблении. Полная мощность, потребляемая технологическим устройством 12, в зависимости от его окружения и использования может в большей или меньшей пропорции распределяться между устройством 122 хранения энергии и местным источником 22 питания. Когда питание, предоставляемое местным источником 22 питания, относительно ограничено или ненадежно, технологическое устройство 12 может питаться в основном от устройства 122 хранения энергии, а резервное питание от местного источника 22 питания будет увеличивать время работы устройства 122 хранения энергии. Когда питание, предоставляемое местным источником 22 питания, относительно неограничено и надежно, технологическое устройство 12 может питаться в основном от местного источника 22 питания, а резервное питание от устройства 122 хранения энергии будет временно использоваться при каких-либо паузах или падениях уровня питания, получаемого из местного источника 22 питания.
Как указано выше в отношении фиг. 1, местный источник 22 питания может принимать разнообразные формы. Например, вибрационный преобразователь даровой энергии, используемый в качестве местного источника 22 питания, может, по существу, удовлетворять всю потребность в энергопотреблении технологического устройства 12 во время работы двигателя (к примеру, половину всего времени при рабочем цикле 50%). Когда двигатель не работает, блок 120 питания будет отбирать энергию из устройства 122 хранения энергии. В еще одном варианте осуществления термоэлектрический преобразователь даровой энергии, используемый в качестве местного источника 22 питания, может предоставлять постоянную, но невысокую мощность, достаточную для питания процессора 104 сигнала, устройств 106 и 110 согласования цифрового и аналогового сигнала и аналого-цифрового преобразователя 108, но недостаточную для питания приемопередатчика 102 в ходе передачи сигнала. В этом случае дополнительная мощность в ходе передачи может отбираться из устройства 122 хранения энергии. Если мощность, которую может предоставить местный источник 22 питания, еще меньше, то для постоянного питания всех компонентов может потребоваться устройство 122 хранения энергии. В этом случае добавление местного источника 22 питания может увеличить ожидаемое время работы устройства 122 хранения энергии, тем самым увеличивая интервал между заменами. В третьем варианте осуществления местным источником 22 питания может быть прямое подключение к электросети. В этом случае внешний источник питания полностью обеспечивает питанием все компоненты технологического устройства 12 в обычных условиях. В случае перебоев в энергоснабжении или неисправности подключения к электросети устройство 122 хранения энергии действует как источник резервного питания, давая технологическому устройству 12 возможность функционировать без перерывов.
Несмотря на то, что контактный блок 118 и блок 120 питания показаны на фиг. 2 как отдельные компоненты, в некоторых вариантах осуществления изобретения функции контактного блока 118 и блока 120 питания могут объединяться в одном съемном компоненте, присоединяемом к технологическому устройству 12 внутри гнезда R и выбираемом в соответствии с конкретной моделью технологического устройства 12 и конкретным типом местного источника 22 питания.
Фиг. 3 представляет собой вид в аксонометрии разобранного устройства согласно одному варианту осуществления технологического устройства 12, содержащего антенну 14, оболочку или корпус 100, крышку 116, контактный блок 118, блок 120 питания, устройство 122 хранения энергии, кабельный ввод 138, крепежные винты 140 контактного блока, отверстия 142 для винтов крепления контактного блока, крепление 144 источника питания и разъем 146 источника питания.
Как указано выше в отношении фиг. 2а и 2b, модуль 112 управления питанием обеспечивает питанием все питаемые компоненты технологического устройства 12. Модуль 112 управления питанием получает электропитание из контактного блока 118 через разъем 146 источника питания, представляющий собой электрический контакт, сопрягающийся с контактным блоком 118, когда контактный блок 118 установлен на место. Разъем 146 источника питания может, например, содержать множество проводящих штырьков, сопрягающихся с соответствующими углублениями или гнездами в контактном блоке 118. Кроме того, через разъем 146 источника питания из блока 120 питания в модуль 112 управления питанием передается диагностический отчет (как описано выше в отношении фиг. 2а и 2b). Этот диагностический отчет может представлять собой цифровой или аналоговый сигнал. Как показано на фиг. 3, контактный блок 118 закрепляется в соприкосновении с разъемом 146 источника питания крепежными винтами 140 контактного блока. Крепежные винты 140 контактного блока представляют собой резьбовые винты, фиксирующиеся в отверстиях 142 для винтов крепления контактного блока на оболочке или корпусе 100, обеспечивая тем самым съемное крепление контактного блока 118. Несмотря на то, что контактный блок 118 показан крепящимся крепежными винтами 140 контактного блока, в альтернативных вариантах осуществления для крепления контактного блока 118 могут использоваться другие средства, например, штыковые замки или винты, захваты, фрикционные зажимы. В альтернативных вариантах осуществления изобретения контактный блок 118 может представлять собой несъемный компонент, постоянно прикрепленный к или установленный на стенке оболочки или корпуса 100, общей для гнезда R и внутреннего объема I. Контактный блок 118 выполнен с возможностью приема переменного или постоянного тока через один или более контактов. Эти контакты могут быть выполнены в форме плоских проводящих контактов, встык соединяющихся с блоком 120 питания. В показанном варианте осуществления контактный блок 118 также выполнен с возможностью пропуска сигналов HART между модемами 105 и 133 HART.
В соответствии с данным вариантом осуществления блок 120 питания крепится к контактному блоку 118 посредством крепления 144 источника питания. Крепление 144 источника питания показано как электрический контакт, окруженный выступающей на контактном блоке 118 муфтой, образующей захват или фрикционный зажим и электрический контакт с внутренним блоком 120 питания. В других вариантах осуществления изобретения крепление 144 источника питания может содержать крюк, винт, защелку или любые другие общеизвестные средства фиксации внутреннего блока 120 питания к контактному блоку 118, дополняющие общеизвестный электрический соединитель. Крепление 144 источника питания удерживает внутренний блок 120 питания в отсутствие крышки 116 (к примеру, когда крышка 116 снята для установки (удаления) компонентов в гнездо (из гнезда) R). Крышка 116 может, тем не менее, способствовать прижиму внутреннего блока 120 питания к контактному блоку 118, что рассматривается ниже в отношении фиг. 4а и 4b. Контактный блок 118 там, где это необходимо, может обеспечивать предварительную подготовку электропитания, выполняя стабилизацию напряжения или тока, трансформацию или выпрямление тока, принимаемого из блока 120 питания. Блок 120 питания обеспечивает отбор энергии от местного источника 22 питания и/или от устройства 122 хранения энергии. Питание, предоставляемое из блока 120 питания, может поступать только из местного источника 22 питания или только из устройства 122 хранения энергии, либо может поступать из обоих названных источников вместе. В некоторых вариантах осуществления изобретения устройством 122 хранения энергии может быть перезаряжаемый источник питания, например, конденсатор или аккумулятор, который может заряжаться от местного источника 22 питания.
Как указано выше в отношении фиг. 2а и 2b, устройством 122 хранения энергии может быть обычная батарея или суперконденсатор. Устройство 122 хранения энергии показано соединенным с возможностью снятия с блоком 120 питания через захват или обычный запорный механизм. В других вариантах осуществления изобретения источник питания 122 может быть целиком размещен внутри блока 120 питания и может быть как съемным, так и несъемным.
В блоке 120 питания предусмотрен контактный элемент для линии 24 передачи питания, через которую блок 120 питания получает питание от местного источника 22 питания. Этот контактный элемент может содержать контактные винты 126 (см. фиг. 2а и 4а) или любые эквивалентные средства крепления для обеспечения электрического контакта или подключения к контактному узлу 124 внешнего источника. Контактные винты 126 представляют собой проводящие крепежные элементы, используемые для присоединения одного или более проводников линии 24 передачи питания к печатной соединительной плате 216. Когда линия 24 передачи питания содержит крепежные крючки или хомуты, контактные винты 126 и печатная соединительная плата 216 сопрягаются с этими крючками или хомутами с целью фиксации линии 24 передачи питания к блоку 122 питания. В зависимости от вида линии 24 передачи питания (который может, в свою очередь, зависеть от источника питания 24), контактные винты 126 могут заменяться на вставки, зажимы или другие средства крепления. Несмотря на то, что на фиг. 3 показаны контактные винты 126 для соединения блока 120 питания с внешним вариантом реализации местного источника 22 питания, блок 120 питания может вместо этого содержать внутренний местный источник 22b питания (см. фиг. 2b). Такой местный источник 22b питания может быть расположен внутри блока 120 питания или прикреплен к блоку 120 питания снаружи таким образом, чтобы полностью размещаться под крышкой 116.
Как указано выше в отношении варианта осуществления, показанного на фиг. 2, крышка 116 соприкасается с оболочкой или корпусом 100 через уплотнение, что защищает компоненты внутри гнезда R (к примеру, контактный блок 118 и блок 120 питания). Блок 120 питания плотно входит в гнездо R под крышкой 116 и находится в соприкосновении с контактным блоком 118. Местный источник 22 питания подключен к блоку 120 питания через линию 24 передачи питания (см. фиг. 2а и 2b), проходящую через кабельный ввод 138 в гнездо R и фиксирующуюся к контактным винтам 126 (или аналогичным фиксаторам). Как указано выше, блок 120 питания содержит предварительный формирователь 128 питания, выполняющий согласование электропитания из местного источника 22 питания и из устройства 122 хранения энергии с целью использования этого электропитания питаемыми компонентами технологического устройства 12. Блок 120 питания предоставляет диагностический отчет в процессор 104 сигнала и/или в систему 26 управления или контроля через разъем 146 источника питания.
Фиг. 4а и 4b представляют собой виды в аксонометрии с двух точек зрения на один вариант осуществления блока 120 питания с отображением составных частей. Блок 120 питания содержит устройство 122 хранения энергии, контактные винты 126, переднюю часть 202 корпуса, заднюю часть 204 корпуса, контактные стержни 206, крепление 208 устройства хранения энергии, фрикционное соединение 210, держатель 212, фиксирующее кольцо 214 и печатную соединительную плату 216.
В этом варианте осуществления корпус 200 блока питания представляет собой прочный защитный корпус, окружающий печатную соединительную плату 216 и плотно удерживающий контактные винты 126 и устройство 122 хранения энергии внутри гнезда R технологического устройства 12. В показанном варианте осуществления печатная соединительная плата 216 представляет собой электронную или микрокомпьютерную плату, на которой размещены контактный узел 124 внешнего источника, предварительный формирователь 128 питания, датчики 130 напряжений, процессор 132, память 134 и датчик 136 температуры. В альтернативных вариантах осуществления изобретения некоторые или все из этих компонентов могут быть отдельными компонентами, размещенными внутри корпуса 200 блока питания.
Контактные стержни 206 представляют собой проводящие стержни, выходящие из предварительного формирователя 128 питания на печатной соединительной плате 216 через фрикционное соединение 210 передней части корпуса 202, образуя электрическое соединение с креплением 144 источника питания контактного блока 118 (см. фиг. 3). Фрикционное соединение 210 представляет собой соединительный элемент передней части корпуса 202, заходящий в крепление 144 источника питания и механически прикрепляющийся к нему, тем самым соединяющий блок 120 питания с контактным блоком 118. Фрикционное соединение 210 может содержать одно или более запорных колец или аналогичных компонентов с целью формирования плотного соединения с креплением 144 источника питания.
В соответствии с данным вариантом осуществления крепление 208 устройства хранения энергии представляет собой обычный вставной держатель батареи или эквивалентное средство фиксации устройства 122 хранения энергии. Крепление 208 устройства хранения энергии фиксируется на задней части корпуса 204 и обеспечивает для устройства 122 хранения энергии как механическое удержание, так и электрическое подключение. Как указано выше, устройством 122 хранения энергии может быть специализированный элемент питания, стандартная батарея, суперконденсатор или иное аналогичное устройство хранения энергии. Размер и форма крепления 208 устройства хранения энергии могут меняться в зависимости от выбранного типа устройства 122 хранения энергии. Крепление 208 устройства хранения энергии обеспечивает электрическое соединение между устройством 122 хранения энергии и предварительным формирователем 128 питания на печатной соединительной плате 216.
Задняя часть 204 корпуса содержит держатель 212, представляющий собой, по существу, жесткую часть, выступающую из печатной соединительной платы 216 для сопряжения с крышкой 116 (см. фиг. 3), чтобы тем самым обеспечить посадку внатяг внутри гнезда R. Это способствует удержанию фрикционного соединения 210 на месте в креплении 144 источника питания. В показанном варианте осуществления держатель 212 содержит фиксирующее кольцо 214, представляющее собой приподнятый кольцеобразный выступ на обращенной наружу внешней поверхности задней части корпуса 204. Размер фиксирующего кольца 214 обеспечивает возможность сопряжения с ответным кольцом или рельефной пружиной во внутреннем объеме крышки 116 (не показан), чем обеспечивается антивибрационная фиксация блока 120 питания между контактным блоком 118 и крышкой 116. Контактные винты 126 проходят через заднюю часть 204 корпуса в печатную соединительную плату 216, тем самым формируя электрическое подключение линии 24 передачи питания к местному источнику 22 питания. Для вариантов осуществления технологического устройства 12, в которых местный источник 22 питания размещается внутри гнезда R (см. местный источник 22b питания, описанный выше в связи с фиг. 2b), контактные винты 126 может быть исключены и вместо них использовано непосредственное соединение между печатной соединительной платой 216 и местным источником 22 питания (если местный источник 22 питания содержится внутри блока 120 питания) или съемное крепление местного источника 22 питания, в принципе аналогичное креплению 208 устройства хранения энергии (если местный источник 22 питания прикреплен к блоку 120 питания с возможностью снятия). Как вариант, контактные винты 126 или аналогичные средства крепления могут использоваться для подключения печатной соединительной платы 216 к полностью отдельному местному источнику 22 питания, размещенному между задней частью корпуса 204 и крышкой 116. В этом варианте осуществления держатель 212 может быть уменьшен с целью освобождения места для местного источника 22 питания.
Независимо от того, размещается ли местный источник 22 питания внутри гнезда R или нет, блок 120 питания обеспечивает электрическое подключение, которое отбирает питание в основном из источника 22 питания, а в качестве резерва при отсутствии питания от местного источника 22 питания или недостаточности этого питания для удовлетворения потребностей в питании беспроводного устройства 12 из устройства 122 хранения энергии. Хотя в конкретных системах или местах установки основная доля питания, требуемого технологическим устройством 12, может получаться как из источника питания 22, так и из устройства 122 хранения энергии, технологическое устройство 12, предпочтительно, прежде, чем перейти к использованию устройства 122 хранения энергии, при наличии возможности получает питание из местного источника 22 питания. Питание, отбираемое из каждого из источников, приводится в соответствие с заданными требованиями предварительным формирователем 128 питания, который в соответствии с потребностью выполняет трансформацию или выпрямление электропитания из местного источника 22 питания и устройства 122 хранения энергии. Таким образом, блок 122 питания выполнен с возможностью предоставления в технологическое устройство 12 непрерывного питания независимо от непостоянной возможности использования питания из внешнего источника 22 питания, при этом увеличивая время работы устройства 122 хранения энергии.
Фиг. 5 представляет собой блок-схему способа 300 для контроля состояния источника питания в отношении местного источника 22 питания и устройства 122 хранения энергии. Более конкретно, способ 300 описывает один вариант осуществления способа, в котором блок 120 питания формирует и передает в процессор 104 сигнала и/или в систему 26 управления или контроля диагностический отчет.
Как указано выше в отношении фиг. 2а и 2b, процессор 132 управления питанием контролирует выходные напряжения устройства 122 хранения энергии и контактного узла 124 внешнего источника или местного источника 22 питания, а также, предпочтительно, сообщает идентификационную информацию каждого из источников питания, прогнозируемую энергию или остаточное время работы устройства 122 хранения энергии и/или признак нештатной ситуации или оповещение, служащие признаком нештатной ситуации или изменения режимов в местном источнике 22 питания или в устройстве 122 хранения энергии. В показанном варианте осуществления процессор 132 управления питанием вначале получает идентификатор блока питания для блока 120 питания из памяти 134 (шаг S1). Этот идентификатор блока питания содержит информацию идентификации устройства хранения энергии, например, заводской номер, емкость или тип. Затем подобным образом процессор 132 управления питанием идентифицирует местный источник 22 питания, сопоставляя сигнатуры его выходного напряжения (к примеру, по амплитуде или частотным характеристикам, подвергнутым преобразованию Фурье) с профилем, сохраненным в базе данных сигнатур, загруженной в память 134 (шаг S2). В вариантах осуществления блока 120 питания, в которых устройство 122 хранения энергии представляет собой съемный компонент, а не единое целое, устройство 122 хранения энергии может быть аналогичным образом идентифицировано на основании его измеренной сигнатуры напряжения, а не на основании информации, полученной непосредственно из памяти 134. Процессор 132 управления питанием проверяет, не являются ли выходные напряжения устройства хранения энергии ненормативными, путем сравнения мгновенных измеренных выходных напряжений и/или изменений выходного напряжения во времени с прогнозируемыми значениями, связанными в памяти 134 с информацией идентификации, проведенной в шаге S1 (шаг S3). Если устройство хранения энергии показывает ненормативные напряжения, например, низкие напряжения, указывающие на истощение ниже порогового уровня или на приближающееся полное истощение, то процессор 132 управления питанием сигнализирует о неисправности устройства хранения энергии (шаг S4). В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор 132 управления питанием может быть выполнен с возможностью сигнализировать о множестве различных нештатных ситуаций устройства хранения энергии, соответствующих различным режимам устройства (к примеру, короткому замыканию, 50-процентному истощению батареи, 90-процентному истощению батареи, неожиданно быстрому истощению ниже порогового значения и т.д.). Процессор 132 управления питанием аналогичным образом проверяет, не являются ли напряжения местного источника питания или изменения напряжений во времени ненормативными, выполняя указанную проверку на основании измеряемого выходного напряжения местного контактного узла 124 внешнего источника (в варианте осуществления на фиг. 2а) или местного источника 22 питания (в варианте осуществления на фиг. 2b) (шаг S5). Ненормативные напряжения могут, например, свидетельствовать о неисправности местного источника 22 питания или о недостатке мощности местного источника 22 питания. Что касается устройства 122 хранения энергии, процессор 132 управления питанием сигнализирует о любых неисправностях или нестабильностях местного источника 124 питания (шаг S6). Информация о неисправностях или оповещениях устройства хранения энергии и местного источника питания, в отношении которых была выполнена сигнализация, сохраняется в памяти 134. Эта информация может храниться лишь временно или может архивироваться в памяти 134 для последующей подробной диагностики.
Процессор 132 управления питанием также, предпочтительно, вычисляет прогнозируемое остаточное время работы устройства 122 хранения энергии путем оценки остаточного заряда и ожидаемой скорости истощения устройства 122 хранения энергии на основании текущих и ретроспективных значений напряжения из датчиков 130 напряжений, на основании идентификации местного источника 22 питания и устройства 122 хранения энергии, выполненной в шагах S1 и S2, и на основании значений из датчика 136 температуры (шаг S7). Процессор 132 управления питанием затем передает диагностический отчет, содержащий это прогнозируемое остаточное время работы и информацию о всех неисправностях или оповещениях, в отношении которых была выполнена сигнализация, в процессор 104 сигнала и/или в систему 26 управления или контроля через контактный блок 118 (шаг SB). В некоторых вариантах осуществления изобретения диагностический отчет может также содержать информацию идентификации, выполненной в шагах S1 и S2, и остаточный заряд и ожидаемую скорость истощения, определенные в шаге S7. Диагностический отчет может, например, содержать информацию о модулированном выходном напряжении, выдаваемом в контактный блок 118 процессором 132 управления питанием.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было раскрыто со ссылкой на примерный вариант (варианты) осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что без выхода за пределы объема охраны настоящего изобретения могут быть сделаны различные изменения, а элементы заменены своими эквивалентами. Кроме того, без выхода за пределы сущности и объема охраны настоящего изобретения в нем могут быть сделаны разнообразные модификации, направленные на согласование конкретной ситуации или материала с принципами настоящего изобретения. Соответственно подразумевается, что настоящее изобретение не ограничивается конкретным раскрытым вариантом (вариантами) осуществления, а включает все варианты осуществления изобретения, находящиеся в пределах объема охраны изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.
1. Беспроводное технологическое устройство, содержащее:
технологический датчик, выполненный с возможностью контроля параметра технологического процесса и формирования сигнала датчика;
корпус, охватывающий внутренний объем беспроводного технологического устройства;
передатчик, размещенный внутри внутреннего объема и выполненный с возможностью обработки сигнала датчика; и
блок питания, выполненный с возможностью размещения во внутреннем объеме и содержащий устройство хранения энергии; соединение с местным источником питания; первый и второй датчики напряжения, выполненные с возможностью измерения первого и второго выходных напряжений устройства хранения энергии и местного источника питания соответственно; и процессор, выполненный с возможностью предоставления в передатчик диагностического отчета в отношении устройства хранения энергии и местного источника питания,
причем диагностический отчет содержит информацию идентификации устройства хранения энергии и/или местного источника питания на основании первого и второго выходных напряжений.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диагностический отчет содержит отчет о неисправностях, извещающий о приближающихся или имеющих место неисправностях в устройстве хранения энергии или в местном источнике питания, основанный на первом и втором выходных напряжениях.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что отчет о неисправностях отражает неожиданный провал напряжения из устройства хранения энергии, из местного источника питания или из обоих указанных устройств.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок питания дополнительно содержит машиночитаемую память, а информация идентификации устройства хранения энергии и/или местного источника питания содержит информацию идентификации устройства хранения энергии, полученную из машиночитаемой памяти.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диагностический отчет содержит прогнозируемое остаточное время работы устройства хранения энергии, основанное на первом и втором выходных напряжениях.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что местный источник питания дополнительно содержит датчик температуры, выполненный с возможностью формирования информации о температуре внешней среды, при этом прогнозируемое остаточное время работы устройства хранения энергии дополнительно основано на информации о температуре внешней среды.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок питания выполнен с возможностью отбора питания, предпочтительно, из местного узла подключения источника питания, а в качестве резерва, при невозможности использования или недостатке питания от местного источника питания для удовлетворения потребности в питании, из устройства хранения энергии.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок питания вмещает в себя местный источник питания.
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что местный источник питания расположен снаружи блока питания и соединен с блоком питания через внешний контактный узел блока питания.
10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит крышку, ограничивающую гнездо между корпусом и крышкой, при этом блок питания выполнен с возможностью размещения в указанном гнезде.
11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что блок питания выполнен с возможностью съемного размещения в указанном гнезде.
12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство хранения энергии представляет собой аккумуляторную батарею или суперконденсатор.
13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что местный источник питания представляет собой устройство сбора даровой энергии.
14. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок питания дополнительно содержит предварительный формирователь питания, выполняющий согласование электропитания, получаемого из устройства хранения энергии и/или из местного источника питания.
15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что предварительный формирователь питания выполнен с возможностью выпрямления или трансформации электропитания, получаемого из устройства хранения энергии и/или из местного источника питания.
16. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что передатчик выполнен с возможностью передачи сигнала датчика и диагностического отчета в систему управления или контроля.
17. Способ контроля и диагностики питания для блока питания передатчика параметра технологического процесса, снабженного местным узлом подключения источника питания и устройством хранения энергии, включающий:
измерение в блоке питания первого выходного напряжения из местного источника питания и второго выходного напряжения из устройства хранения энергии;
сигнализацию о неисправности или изменениях режима, соответствующих выходным напряжениям местного источника питания и устройства хранения энергии;
прогнозирование остаточного времени работы устройства хранения энергии на основании первого и второго выходных напряжений;
идентификацию местного источника питания и/или устройства хранения энергии на основании первого и/или второго выходного напряжения; и
передачу диагностического отчета, содержащего прогнозируемое остаточное время работы устройства хранения энергии, указанные режимы неисправности, в отношении которых была выполнена сигнализация, и информацию идентификации местного источника питания и/или устройства хранения энергии.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что прогнозирование остаточного времени работы устройства хранения энергии включает прогнозирование ожидаемой скорости истощения и остаточного заряда устройства хранения энергии и определение остаточного времени работы устройства хранения энергии по прогнозу ожидаемой скорости истощения и остаточного заряда.
19. Способ по п. 17, отличающийся тем, что дополнительно включает идентификацию местного источника питания на основании первого выходного напряжения.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что идентификация местного источника питания на основании первого выходного напряжения включает сопоставление сигнатуры первого выходного напряжения с информацией идентификации местного источника питания с использованием базы данных сигнатур напряжений.
21. Способ по п. 17, отличающийся тем, что дополнительно включает идентификацию устройства хранения энергии.
22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что идентификация устройства хранения энергии включает сопоставление сигнатуры второго выходного напряжения с информацией идентификации устройства хранения энергии с использованием базы данных сигнатур напряжений.
23. Способ по п. 21, отличающийся тем, что идентификация устройства хранения энергии включает получение сохраненной информации идентификации блока питания, содержащей информацию идентификации устройства хранения энергии.
24. Способ по п. 21, отличающийся тем, что ожидаемая скорость истощения дополнительно основана на измеренной температуре.
25. Беспроводное технологическое устройство, содержащее
технологический датчик, выполненный с возможностью контроля параметра технологического процесса и формирования сигнала датчика;
корпус, охватывающий внутренний объем беспроводного технологического устройства;
передатчик, размещенный внутри внутреннего объема и выполненный с возможностью обработки сигнала датчика; и
блок питания, выполненный с возможностью размещения во внутреннем объеме и содержащий соединение с местным источником питания, из которого блок питания отбирает питание в предпочтительном режиме; устройство хранения энергии, из которого блок питания отбирает резервное питание при невозможности использования или недостатке питания от местного источника питания для удовлетворения потребности в питании; первый и второй датчики напряжения, выполненные с возможностью измерения первого и второго выходных напряжений устройства хранения энергии и местного источника питания соответственно; и процессор, выполненный с возможностью предоставления в передатчик диагностического отчета в отношении устройства хранения энергии и местного источника питания на основании первого и второго выходных напряжений.
