專利名稱：用于自動控制技術的現場設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于自動控制技術的現場設備。
背景技術：
已知例如在識別產品和產品組件的物流領域中使用RFID “無線射頻識別”應答器——常將其稱為RFID標簽或無線電標簽。RFID標簽使得能夠自動識別和定位對象，并且隨之明顯促進了信息和數據的記錄及提供。RFID系統由與對象關聯并且包括更多相關信息和數據的RFID應答器或RFID標簽，以及用于讀出信息和數據的讀取裝置組成。RFID標簽和讀取裝置之間的耦合通過讀取裝置產生的近程、磁、交變場或較遠程的高頻無線電波來實現。數據傳輸通過讀取裝置產生的交變場或高頻無線電波來實現。在許多情況下，也通過交變場或者高頻無線電波向芯片提供能量。RFID應答器/RFID標簽包括RFID芯片和RFID天線，并且根據傳輸頻率、制造商和使用目的而不同。RFID芯片通常由用于接收和發送數據的模擬電路、數字電路和通常能夠覆寫多次的存儲器組成。通常數字電路通過微控制器來實現。在被動式RFID芯片的情況下，通過天線在通信期間接收的能量用作微控制器的能量供應。在主動式RFID標簽的情況下，微控制器的能量供應通過其自身安裝的能量源(例如一次性電池)實現。在半主動式RFID標簽的情況下，安裝的能量源僅供應數字電路，例如微控制器。取決于類型，RFID標簽在125-134kHz的長波段、13.56MHz的短波段、865_869MHz或950MHz的UHF波段、或者2.45GHz和5.8GHz的SHF波段工作。RFID標簽中激活的微控制器對通過讀取裝置發送的命令進行解碼。讀取裝置對響應進行編碼，并且通過以無接觸、短路(負荷調變)或讀取裝置發送的交變場的反相反射(經調制的反向散射)方式的場弱化，將其調制為輻射電磁場。RFID標簽例如發射其自身不可變的序列號、關聯對象的信息和數據等等。因而，RFID標簽自身不產生場；相反，其影響讀取裝置的電磁傳輸場。在自動控制技術的現場設備具有金屬外殼的情況下，金屬外殼材料造成電磁數據和/或能量傳輸的屏蔽，因此傳輸路徑通常被限于幾厘米，并且隨之緊鄰現場設備。在自動控制技術領域中使用RFID技術限于幾種特殊情況。迄今為止，RFID技術現場設備的通用或改型都不可能。
發明內容
本發明的目標是提供一種具有RFID功能性的自動控制技術的現場設備。通過以下特征實現該目標，其包括:現場設備具有用于容納現場設備電子器件的金屬外殼；提供了用于在布置于現場設備外部的RFID讀取裝置和現場設備之間的無線通信和/或能量傳輸的第一 RFID天線和RFID芯片；第一 RFID天線與金屬外殼的相鄰壁間隔，其中在第一RFID天線和金屬外殼的相鄰壁之間提供了屏蔽；第一RFID天線和金屬外殼的壁之間的間距以及第一 RFID天線和金屬外殼的相鄰壁之間的屏蔽被定尺寸，使得金屬外殼不阻礙RFID讀取裝置和現場設備之間的無線通信和/或能量傳輸。可結合本發明適用的不同類型RFID標簽為上述。在給定情況下，在屏蔽和第一 RFID天線之間布置適當的間隔器材料。本發明方法的更有利改進設置成，金屬外殼具有開口，其可通過電纜導向器閉合，并且其中將第一 RFID天線集成到電纜導向器中。在這點上，當將RFID芯片也集成到電纜導向器中時特別有利。在該情況下，設置了電纜導向器，例如通過Pg螺絲連接、具有公制螺紋的螺絲連接或通過螺母與現場設備連接。在該實施例的情況下，將已幾乎在每個現場設備中都有的電纜導向器提供來作為用于RFID標簽的位置。本發明的現場設備的實施例設置成，通過電線來實現集成到電纜導向器中的第一RFID天線和現場設備電子器件之間的內部通信和/或能量傳輸。作為替換方式，以這樣的方式將第二RFID天線布置在電纜導向器中，即其使得能夠與現場設備電子器件無線通信。此外，設置了金屬外殼在布置RFID天線的外殼區域中具有凹進。優選地，該凹進被定尺寸，使得金屬外殼和第一 RFID天線的表面或布置在RFID天線上的涂層本質上彼此齊平地終止。例如通過深沖壓或者通過清除其中將要布置RFID天線的區域中的外殼材料，來實現金屬外殼表面中的凹進。結合本發明的解決方案，進一步地，在面對現場設備電子器件的凹進的內部側上提供第三RFID天線。此外，當具體化為浮雕形式的公司標志被布置在金屬外殼上或金屬外殼的凹進中時尤其有利，其中能夠將RFID天線布置在公司標識符的浮雕中或布置在公司標識符下面。此外，設置了在第一 RFID天線和外部讀取裝置之間進行通信和能量傳輸所使用的頻率比在第二 RFID天線和現場設備電子器件之間使用的頻率高。該實施例使用這樣的物理原理，即交變場或無線電波的透深取決于頻率。雖然內部通信為靠近范圍內的，但是外部通信的范圍應在Im左右。因而，本發明的現場設備的有利實施例設置成RFID芯片補充地執行網關的任務。此外，設置有與RFID芯片關聯的非易失性存儲區域，在該區域中存儲了相關現場設備數據，其中在中斷對現場設備的能量供應的情況下，能夠通過外部讀取裝置讀出這些現場設備數據。存儲的數據，尤其是參數化/構造數據，能夠相繼被載入到替換裝置。在這點上，其涉及現場設備的克隆。總的來說，存儲的數據例如是現場設備的銘牌數據、關于現場設備的硬件和/或軟件的信息、在向現場設備的能量供應中斷前存儲的數據(諸如測量數據、診斷數據、計數器讀數等等)和/或上述構造/參數數據。
現在將基于附圖更詳細地解釋本發明，附圖如下示出:圖1本發明的現場設備的第一實施例的截面，在該情況下，RFID組件布置在現場設備的電纜導向器的區域中；圖2示出本發明的現場設備的第二實施例的截面，在該情況下，RFID組件集成到金屬外殼中；圖3示出圖2中所示的實施例的進一步改進,其中公司標志布置在RFID組件上；以及圖4示出本發明的現場設備的第三實施例的截面，在該情況下，RFID組件集成到公司標志中。
具體實施例方式在自動控制技術中，尤其是加工和制造自動控制技術中安裝的現場設備用來記錄和/或影響加工變量。用于記錄加工變量的是傳感器，諸如，例如充滿液位測量裝置、流量測量裝置、壓力和溫度測量裝置、PH氧化還原電勢測量裝置、傳導性測量裝置等等，其分別記錄相應的加工變量、充滿液位、流量、壓力、溫度、PH值以及傳導性。用于影響加工變量的是致動器，諸如，例如閥門或泵，通過其能夠改變管段中的液體流量或容器內的充滿液位。然而，原則上，所有如下設備都稱為現場設備，其靠近加工應用并且其傳送或處理加工相關信息。因而，應理解，與本發明結合的現場設備也為遠程I/O、無線電適配器，或者總的來說為以現場級布置的裝置。Endress+Hauser公司生產和出售大量這種現場設備。在通過雙線電纜或者通過自動控制技術中常見的場總線(FieldbusFoundation、Profibus PA、HART等等)進行與上級控制單元(在圖1中未單獨示出)通信和從上級控制單元供應能量的情況下，有線現場設備I在金屬外殼2中具有開口 9，電纜導向器10能夠集成到該開口 9中，其中，電纜導向器然后失去電纜導向的功能。電纜導向器10和外殼2被具體化，使得現場設備I最優地適合加工中占主導地位的加工變量(溫度、壓力等等)以及適合加工中出現的事物(由于加工中將要確定或將要監控的介質的潛在危險)。圖1示出本發明的現場設備I的第一實施例，在該情況下，RFID組件4、5布置在現場設備I的電纜導向器10的區域中。集成到電纜導向器10中的RFID組件尤其包括第一 RFID天線5，通過其進行與讀取裝置6的通信，并且取決于實施例，包括RFID芯片4及其關聯的存儲單元15。此外，還能夠將第二 RFID天線5a集成到電纜導向器10中，一方面，通過其進行與關聯現場設備電子器件3的內部通信，另一方面，也通過其進行與第一 RFID天線5的通信。在該實施例的情況下，因而通過例如無線電波完全無線地進行現場設備電子器件3和讀取裝置6之間的通信。當然，第一 RFID天線5和現場設備電子器件3之間的通信也能夠通過電線(未示出)進行，其中由于將RFID組件集成到電纜導向器10中，所以在電纜導向器10中引導電線不存在問題。通過所謂的緊密耦合，因而能夠在現場設備I的未供電狀態下讀出與現場設備電子器件3的內部通信，對于完全進行無線通信的情況下，甚至是讀出存儲在現場設備電子器件3中的動態數據。此外，在該情況下，優點在于RFID組件4、5和現場設備電子器件3之間的電流隔離。此外，在所謂的近場通信的情況下，RFID芯片4的RFID電子器件能夠起到網關的作用。特別的，能夠用于最佳匹配具體應用(內部或外部通信)的外部和內部通信的不同頻率。為了保持金屬壁7的影響小，尤其是相對通過RFID技術的外部無線電傳輸的影響小，根據本發明實施兩種措施:第一 RFID天線5與金屬外殼2的相鄰壁7間隔隔開；以及，作為補充，在第一 RFID天線5和金屬外殼2的相鄰壁7之間提供屏蔽8。優選地，屏蔽8由鐵磁材料組成。第一 RFID天線5和金屬外殼2的壁7之間的間隔以及第一 RFID天線5和金屬外殼2的壁7之間屏蔽8的厚度和類型被定尺寸，使得金屬外殼2不阻礙，至少不完全阻礙RFID讀取裝置6和現場設備I之間的無線通信和/或能量傳輸。該布置特別地被具體化，使得通過RFID技術的外部無線電傳輸可能達到預定距離。優選，該預定距離等于約Im0因而，根據本發明，與具有RFID標簽的傳統解決方案相比，提高了傳輸和接收效率。電纜導向器10安置在金屬外殼2的相應開口 9中。通過Pg螺絲連接11或者通過螺母，使電纜導向器10連接現場設備I的外殼2。在圖1中未示出具有螺母的第二變型。與RFID芯片4關聯的是存儲單元15，優選地，其具有非易失性存儲區域，其中存儲了相關的現場設備數據。取決于所存儲的數據的類型，這些數據永久存在(例如，現場設備I的序列號以及關于現場設備I的硬件和/或軟件組件的信息)，或者在給定情況下，以預定間隔或者一旦發生預定事件就覆寫這些數據，以便例如在存儲單元15中可獲得最后改變的參數化(parametering)/構造數據。如果對現場設備I的供電中斷(例如，在現場設備I總體故障的情況下，或者在裝置替換的情況下)，那么選項是通過外部讀取裝置6讀出所存儲的數據。然后，能夠將該數據傳輸到替換裝置中，以便能夠省略代替裝置的手動參數化。在本發明的現場設備I的所有實施例的情況下都可獲得該選項。雖然始終稱其為讀取裝置6，但是它當然也可能將數據從讀取裝置6寫入現場設備1，或者寫入替換裝置。圖2示出本發明的現場設備I的第二實施例，在該情況下，RFID組件4、5集成到金屬外殼2中。在下文的附圖的說明中，將僅詳細描述相對于圖1的實施例的差異。在該實施例的情況下，金屬外殼2的壁7在外殼區域中具有凹進12,其中布置有第一 RFID天線5，其用于與讀取裝置6 (圖2中未示出)進行外部通信。通過深沖壓工藝或者通過從外殼2的壁7清除材料形成腔體12。優選地，以這樣的方式定尺寸凹進12，即金屬外殼2和第一 RFID天線5的表面或者RFID天線5上的涂層14彼此本質上齊平。涂層14用于保護RFID天線5并且密封凹進12使其不受環境影響。涂層14包含非金屬材料。在該實施例的情況下，用于與現場設備電子器件3內部通信的天線5a、5b緊鄰包含凹進12的外殼區域并且在其兩側上布置。圖3示出圖2中所示的實施例的進一步改進。此處,在RFID組件4、5上布置有具體化為浮雕13形式的公司標識符，例如公司標志。此處，公司標識符的浮雕13另外執行保護層14的功能。由于公司標志或公司標識符通常放置在暴露的、外部充分可見并且電磁最適宜位置中，所以其同時確保了外部通信不受安裝現場設備I的加工的影響。在圖4中所示的本發明的現場設備I的第三實施例的情況下，RFID組件4、5集成到具體化為浮雕13形式的公司標識符中。與將RFID組件4、5集成到電纜導向器10中的情況下的實施例相同，本實施例也具有這樣的優點，即能夠在傳統的現場設備中建立本發明的解決方案。因而，能夠以RFID技術改進現場設備I。參考符號列表I 現場設備2 外殼3 現場設備電子器件4 RFID 芯片5 第一 RFID 天線
5a第 RFID 天線5b第三RFID天線6讀取裝置7壁8屏蔽9開口10電纜導向器11Pg螺絲連接12凹進13浮雕/公司標識符14涂層15存儲單元·。
權利要求
1.用于自動控制技術的現場設備，其中所述現場設備(I)具有金屬外殼(2)，所述金屬外殼(2)用于容納現場設備電子器件(3)，其中提供了用于布置在所述現場設備(I)外部的RFID讀取裝置(6)和所述現場設備(I)之間的無線通信和/或能量傳輸的第一 RFID天線(5)和RFID芯片(4)，其中所述第一 RFID天線(5)與所述金屬外殼(2)的相鄰壁(7)相間隔，其中在所述第一 RFID天線(5)和所述金屬外殼(2)的所述相鄰壁(7)之間提供了屏蔽(8)，其中所述第一 RFID天線(5)和所述金屬外殼(2)的所述相鄰壁(7)之間的間隔以及所述第一 RFID天線(5)和所述金屬外殼(2)的所述相鄰壁(7)之間的所述屏蔽(8)被定尺寸，使得所述金屬外殼(2)不阻礙所述RFID讀取裝置(6)和所述現場設備(I)之間的無線通信和/或能量傳輸。
2.根據權利要求1所述的現場設備， 其中，所述金屬外殼(2)具有開口(9)，所述開口(9)通過電纜導向器(10)可閉合，并且其中將所述第一 RFID天線(5)集成到所述電纜導向器(10)中。
3.根據權利要求2所述的現場設備， 其中，將所述RFID芯片(4)集成到所述電纜導向器(19)中。
4.根據權利要求1-3的一項或多項所述的現場設備， 其中通過電線進行集成到所述電纜導向器(10)中的所述第一 RFID天線(5)與所述現場設備電子器件(3)之間的通信和/或能量傳輸。
5.根據權利要求1、2或3所述的現場設備， 其中，以第RFID天線( 5a)能夠與所述現場設備電子器件(3)進行無線通信的方式將第RFID天線(5a)布置在所述電纜導向器(10)中。
6.根據權利要求2-5中的至少一項所述的現場設備， 其中，通過Pg螺絲連接(11)或通過螺母，將所述電纜導向器(10)與所述現場設備(I)相連接。
7.根據權利要求1所述的現場設備， 其中，在布置所述RFID天線(5)的外殼區域中所述金屬外殼(2)具有凹進(12)。
8.根據權利要求7所述的現場設備， 其中，所述凹進(12)被以如下方式定尺寸:使得所述金屬外殼(2)和所述第一 RFID天線(5 )的表面或者布置在所述RFID天線(5 )、( 14 )上的涂層彼此本質上齊平地終止。
9.根據上述權利要求的一項或多項所述的現場設備， 其中，在面對所述現場設備電子器件(3)的所述凹進(12)的內側上提供有第三RFID天線(5b)。
10.根據上述權利要求的一項或多項所述的現場設備， 其中將具體化為浮雕(13)形式的公司標識符(16)布置在所述金屬外殼(2)上，或者布置在所述金屬外殼(2 )的所述凹進(12 )中，并且其中將所述RFID天線(5 )布置在所述公司標識符的所述浮雕(13)中或所述公司標識符(13)下面。
11.根據權利要求5或權利要求9所述的現場設備， 其中，在所述第一 RFID天線(5)和所述外部讀取裝置(6)之間的通信或能量傳輸使用的頻率比所述第RFID天線(5a)和所述現場設備電子器件(3)之間使用的頻率高。
12.根據上述權利要求的一項或多項所述的現場設備，其中，所述RFID芯片(4)補充地執行網關的任務。
13.根據上述權利要求的一項或多項所述的現場設備， 其中，存在與所述RFID芯片(4)關聯的非易失性存儲區域(15)，在所述非易失性存儲區域(15)中存儲相關的現場設備數據，其中在向所述現場設備(I)的能量供應中斷的情況下，能夠通 過所述外部讀取裝置(6 )讀出這些現場設備數據。
全文摘要
本發明涉及用于自動控制技術的現場設備，其中現場設備(1)具有容納現場設備電子器件(3)的金屬外殼(2)，其中提供用于布置在現場設備(1)外部的RFID讀取裝置(6)和現場設備(1)之間無線的通信和/或能量傳輸的RFID芯片(4)和第一RFID天線(5)，其中第一RFID天線(5)與金屬外殼(2)的相鄰壁(7)相間隔，其中在第一RFID天線(5)和金屬外殼(2)的相鄰壁(7)之間提供屏蔽(8)，其中第一RFID天線(5)和金屬外殼(2)的相鄰壁(7)之間的間隔以及第一RFID天線(5)和金屬外殼(2)的相鄰壁(7)之間的屏蔽(8)被定尺寸，使得金屬外殼(2)不阻礙RFID讀取裝置(6)和現場設備(1)之間的無線通信和/或能量傳輸。
文檔編號G06K7/00GK103198275SQ201210511178
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月3日 優先權日2011年12月1日
發明者德特勒夫·維特默, 烏爾里希·凱澤 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾測量及調節技術分析儀表兩合公司