[发明专利]现场总线网络中的支线隔离

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

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Profibus PA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。