本發(fā)明涉及一種用于自動化技術(shù)的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在過程自動化以及制造自動化中，經(jīng)常應(yīng)用現(xiàn)場裝置，其用于記錄和/或影響過程變量。用于記錄過程變量的是測量裝置，諸如例如填充水平測量裝置、流量測量裝置、壓力及溫度測量裝置，pH測量裝置、導(dǎo)電率測量裝置等，其分別記錄對應(yīng)的過程變量，填充水平、流量、壓力、溫度、pH值和導(dǎo)電率。用于影響過程變量的是致動器，例如閥或泵，經(jīng)由其改變例如管道中液體的流量或容器中介質(zhì)的填充水平。與本發(fā)明相關(guān)的術(shù)語“現(xiàn)場裝置”因而旨在包括所有類型的測量裝置和致動器。

而且，與本發(fā)明相關(guān)的術(shù)語“現(xiàn)場裝置”還包括應(yīng)用于接近過程的、以及傳遞或處理與過程相關(guān)的信息的所有裝置。除了上面提及的測量裝置/傳感器和致動器，直接連接到現(xiàn)場總線并用來與上位單元通信的任何單元通常也稱作現(xiàn)場裝置，因而還有諸如例如遠(yuǎn)程I/O、網(wǎng)關(guān)、鏈接裝置以及無線適配器、相應(yīng)地?zé)o線電適配器的單元。

由恩德斯+豪斯集團(tuán)公司生產(chǎn)并銷售大量這種現(xiàn)場裝置。

在現(xiàn)代工業(yè)工廠中，通常，至少一個上位控制單元與現(xiàn)場裝置之間的通信經(jīng)由諸如例如Foundation 或的總線系統(tǒng)發(fā)生。當(dāng)今，在工業(yè)環(huán)境中將標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議用于例如自動化或過程控制中變得越來越頻繁。已經(jīng)為使用所述以太網(wǎng)協(xié)議開發(fā)了以太網(wǎng)使能的現(xiàn)場裝置，其允許被測數(shù)據(jù)在例如基于以太網(wǎng)的LAN(局域網(wǎng))或互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)上傳達(dá)，使得也能夠由連接到以太網(wǎng)LAN或互聯(lián)網(wǎng)的以太網(wǎng)使能的裝置在線監(jiān)視和管理數(shù)據(jù)。

今天，以太網(wǎng)使能的現(xiàn)場裝置需要兩條獨立的電纜：一條用于供應(yīng)電力，并且另一條電纜用于在以太網(wǎng)上傳達(dá)數(shù)據(jù)。然而，安裝用于供應(yīng)電力的第二條電纜有時可能是困難的，并且進(jìn)一步導(dǎo)致了主要成本。

因此，已經(jīng)開發(fā)了稱為以太網(wǎng)供電(下文為PoE)的技術(shù)，通過以太網(wǎng)電纜將電力傳送給以太網(wǎng)使能的裝置。此方法消除了對將裝置連接到另一裝置以及傳遞電力給此種裝置的兩條獨立電纜的需求。

最近，已經(jīng)開發(fā)了解決PoE問題的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，即標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3af，其定義了以太網(wǎng)供電設(shè)備和用電裝置的規(guī)格。IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(specs)了電纜上的電壓、電纜上的電流以及PoE接收裝置上的電力。此規(guī)格將48伏直流作為注入的PoE電壓的使用標(biāo)準(zhǔn)化了。

此技術(shù)受限于電纜中的DC電力損耗，并且使自動化技術(shù)的領(lǐng)域中的流電隔離和其它安全措施復(fù)雜化了。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是改進(jìn)PoE技術(shù)。

根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過獨立權(quán)利要求1的用于自動化技術(shù)的系統(tǒng)實現(xiàn)了。

所請求保護(hù)的用于自動化技術(shù)的系統(tǒng)包括：

以太網(wǎng)使能的現(xiàn)場裝置，其配置為測量物理變量，并且生成表示被測的物理變量的數(shù)據(jù)；

以太網(wǎng)電纜，該以太網(wǎng)電纜可連接或連接到所述現(xiàn)場裝置，其中所述以太網(wǎng)電纜具有PoE(以太網(wǎng)供電)能力，從而不但傳送來自所述現(xiàn)場裝置的數(shù)據(jù)并且通過以太網(wǎng)電纜給所述現(xiàn)場裝置供應(yīng)電力；以及

供電設(shè)備，該供電設(shè)備具有所述以太網(wǎng)電纜可連接或連接到的至少第一輸出端口，其中所述供電設(shè)備布置為使得輸入交流電壓被變壓為第一交流輸出電壓，在所述第一輸出端口處提供第一交流輸出電壓以通過所述以太網(wǎng)電纜給所述現(xiàn)場裝置供應(yīng)電力。

使用交流電壓或AC電壓、而不是DC電壓提供的優(yōu)點在于因損耗降低、允許電纜較長。而且，AC電壓提供非常簡單的提供電隔離的方法也是優(yōu)點。

在本發(fā)明的進(jìn)一步演變中，所述供電設(shè)備進(jìn)一步包括第一電壓變壓器，該第一電壓變壓器將所述輸入交流電壓變壓為所述第一交流輸出電壓。

在本發(fā)明的進(jìn)一步演變中，所述交流輸入電壓被變壓為具有預(yù)定頻率的所述第一交流輸出電壓。優(yōu)選地，所述預(yù)定頻率為50、60或440赫茲的常見的交流電壓供應(yīng)頻率中的至少一個。

在本發(fā)明的進(jìn)一步演變中，所述以太網(wǎng)使能的現(xiàn)場裝置包括電力輸入電路，該電力輸入電路具有整流器單元和平滑元件，該平滑元件置于整流器單元之后用于平滑被整流的電壓。

在本發(fā)明的進(jìn)一步演變中，所述以太網(wǎng)電纜包括以下中的至少一個：CAT5電纜、CAT5e電纜以及CAT6電纜。

在本發(fā)明的進(jìn)一步演變中，所述供電設(shè)備進(jìn)一步包括更多的流電隔離的輸出端口，并且其中所述供電設(shè)備被布置為使得所述輸入交流電壓被變壓為更多的交流輸出電壓，在所述更多的輸出端口處提供更多的交流輸出電壓以通過更多的以太網(wǎng)電纜給更多的以太網(wǎng)使能的現(xiàn)場裝置供應(yīng)電力。

在本發(fā)明的進(jìn)一步演變中，所述供電設(shè)備包括更多的電壓變壓器，該更多的電壓變壓器將所述輸入交流電壓變壓為所述更多的交流輸出電壓。

在本發(fā)明的進(jìn)一步演變中，所述第一電壓變壓器被布置為使得第一交流輸出電壓由第一次級繞組導(dǎo)出，并且所述更多的交流輸出電壓由更多的次級繞組導(dǎo)出，其中所述第一次級繞組和所述更多的次級繞組是在所述電壓變壓器的芯處互相獨立地排列。

在本發(fā)明的進(jìn)一步演變中，所述以太網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)。

附圖說明

參考附圖，基于下面的實施例的實例的描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點和效用將變得顯而易見，附圖的圖形如下示出：

圖1：根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的以太網(wǎng)供電(PoE)系統(tǒng)；

圖2：根據(jù)本發(fā)明的實施例的實例性系統(tǒng)。

圖3：本發(fā)明的實施例尤其有用的過程控制或監(jiān)視系統(tǒng)的框圖；

具體實施方式

圖1示出了根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3at/af的現(xiàn)有技術(shù)以太網(wǎng)供電(PoE)系統(tǒng)1。所述IEEE標(biāo)準(zhǔn)近年來已經(jīng)被開發(fā)，并且定義了以太網(wǎng)供電設(shè)備4和用電裝置2的規(guī)格。IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電纜上的電壓、電纜上的電流以及PoE接收裝置上的功率。此規(guī)格將關(guān)于48伏直流作為注入的PoE電壓的使用標(biāo)準(zhǔn)化。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)1包括以太網(wǎng)使能的裝置2，例如以太網(wǎng)使能的現(xiàn)場裝置，其配置為測量物理變量，諸如壓力或填充水平，并且生成表示被測物理變量的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)1進(jìn)一步包括以太網(wǎng)電纜3，該以太網(wǎng)電纜3被配置為通過以太網(wǎng)絡(luò)傳送來自現(xiàn)場裝置2的數(shù)據(jù)，并且從供電設(shè)備4給現(xiàn)場裝置2供以電力。

因此，以太網(wǎng)電纜3可以是CAT5、CAT5e或CAT6電纜，其提供以太網(wǎng)供電能力。然而，能夠使用提供此能力的可用的以太網(wǎng)電纜中的任一個。

如在圖1中能夠看見的，在以太網(wǎng)電纜3內(nèi)部有8條線。這些線扭轉(zhuǎn)成如在圖1中所示的使用附圖標(biāo)記5的4對線。通常，結(jié)合以太網(wǎng)電纜3使用注冊插座(RJ45)連接器。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)1進(jìn)一步包括供電設(shè)備4，該供電設(shè)備4具有第一輸出端口6和第一AC/DC電源7。AC/DC電源7連接到第一輸出端口6，其中因為使用標(biāo)準(zhǔn)PoE兼容的10/100/1000以太網(wǎng)隔離變壓器，第一輸出端口6被流電隔離。在非PoE系統(tǒng)中，此變壓器提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的流電隔離，并且各個端口具有自己的隔離變壓器，單獨的裝置自動互相隔離。關(guān)于任何以太網(wǎng)連接的系統(tǒng)，重要的事情要注意的是以太網(wǎng)是點對點的，因而恰好有通向以太網(wǎng)鏈路的兩端。因此，各個用電裝置連接到供電設(shè)備上的獨立的端口，因而隔離工業(yè)/儀器設(shè)置中的各個端口需要獨立的隔離的AC/DC電源。

如在圖1中能夠容易看見的，電源將交流輸入電壓U_in(AC電壓)變換為直流電壓U_out(DC電壓)，其經(jīng)由第一輸出端口6通過供電用的以太網(wǎng)電纜3供應(yīng)給裝置2。

因為已經(jīng)提及的IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)允許使用任一個極性，因此裝置2內(nèi)部的電力輸入電路9是必要的。通常，電力輸入電路9包括兩個二極管電橋18，以為任意的DC輸入極性確保預(yù)期的DC輸出極性。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性系統(tǒng)。用于自動化技術(shù)的系統(tǒng)包括：以太網(wǎng)使能的現(xiàn)場裝置2，該現(xiàn)場裝置2配置為測量物理變量，并且生成表示被測的物理變量的數(shù)據(jù)；以太網(wǎng)電纜3，利用該以太網(wǎng)電纜3的第一端連接到所述現(xiàn)場裝置2；以及供電設(shè)備4，該供電設(shè)備4具有以太網(wǎng)電纜3利用其第二端連接的第一輸出端口6。

根據(jù)本發(fā)明的供電設(shè)備4包括第一電壓變壓器8，該第一電壓變壓器8利用其第二側(cè)連接到第一輸出端口6。電壓變壓器7將交流輸入電壓U_in(AC電壓)變壓為第一交流輸出電壓U_out(AC電壓)，優(yōu)選地具有在約50至60赫茲(Hz)的范圍內(nèi)的預(yù)定頻率。所述預(yù)定頻率也可能較高，例如440Hz。然而，也能夠使用在任何其它實際頻率下的任何實質(zhì)上相似的布置。較高的頻率導(dǎo)致電壓變壓器8的芯較小，因為功率磁性元件(power magnetics)、尤其是電壓變壓器的基本規(guī)律中的一個是操作頻率越高，芯必須越小，以最小化損耗。

優(yōu)選地，如圖3所示，供電設(shè)備4包括更多的隔離的輸出端口12，更多的以太網(wǎng)使能的現(xiàn)場裝置2可經(jīng)由更多的以太網(wǎng)電纜3連接到更多的隔離的輸出端口12。通過給各個端口提供獨立的電力變壓器次級繞組15，這些更多的輸出端口12彼此流電隔離?；蛘?，各個端口連接到獨立的電壓變壓器。

而且，以太網(wǎng)使能的現(xiàn)場裝置2包括電力輸入電路9，該電力輸入電路9具有整流器單元10和平滑元件11，該平滑元件11置于整流器單元10之后、用于平滑被整流的電壓。優(yōu)選地，通常各PoE裝置將其實現(xiàn)為極性保護(hù)的至少兩個二極管電橋用于整流器單元10。電容器一般用作平滑元件11。

圖3示出了具有多個現(xiàn)場裝置2的過程控制或監(jiān)視系統(tǒng)的簡化框圖。在這一點上，需要提到的是，本發(fā)明不限于具體數(shù)目的現(xiàn)場裝置。

過程網(wǎng)絡(luò)包括具有操作者界面(例如用戶工作站或計算機(jī))的控制或監(jiān)視系統(tǒng)17，其能夠通過以太網(wǎng)供電注入器18(PoE注入器)、經(jīng)由以太網(wǎng)電纜3聯(lián)接到一個或多個現(xiàn)場裝置2。PoE注入器18從電源19接收電力，并且將交流電壓電勢置于以太網(wǎng)電纜內(nèi)的一對或多對線之上。

各個現(xiàn)場裝置2優(yōu)選地適于從以太網(wǎng)電纜3上的交流電壓電勢導(dǎo)出操作電力。能夠在與以太網(wǎng)通信相同的電纜上傳遞電力。以太網(wǎng)電纜能夠例如為CAT5電纜。然而，以太網(wǎng)電纜也可以是CAT53或CAT6電纜。