自放電的備用電源單元和相關(guān)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]概括地說(shuō)，本公開內(nèi)容涉及備用電源單元，更具體地說(shuō)，涉及自放電的備用電源單
J L ο
【背景技術(shù)】
[0002]備用電源單元(Reserve power unit，RPU)用于在電力丟失的情況下提供備用電源，并且通常使用發(fā)電機(jī)和/或電能存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。電能存儲(chǔ)設(shè)備通常包括電池或電容器，并且通常用于提供電力以執(zhí)行過(guò)程控制系統(tǒng)內(nèi)的安全功能或操作，譬如將閥或其它過(guò)程控制部件移動(dòng)到安全關(guān)閉位置(例如，故障保護(hù)位置)。許多能量存儲(chǔ)設(shè)備是可再充電的和/或可容易替換的。
[0003]使用來(lái)自能量存儲(chǔ)設(shè)備的電力來(lái)執(zhí)行的功能或操作可能不需要能量存儲(chǔ)設(shè)備中的所有能量。在一些應(yīng)用中，RPU的能量存儲(chǔ)設(shè)備中存在剩余能量是有問(wèn)題的。當(dāng)前使用的許多RPU不控制或完全釋放能量存儲(chǔ)設(shè)備中的剩余能量，并且因此不適合用于某些應(yīng)用或環(huán)境中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]—種示例性裝置包括:電能存儲(chǔ)部件或設(shè)備，所述電能存儲(chǔ)部件或設(shè)備用于向過(guò)程控制設(shè)備供應(yīng)電力；放電部件，所述放電部件操作地耦合到所述電能存儲(chǔ)設(shè)備；以及控制器，所述控制器響應(yīng)于電力丟失，使得所述放電部件在由所述過(guò)程控制設(shè)備進(jìn)行的操作完成之后從所述電能存儲(chǔ)部件釋放能量。
[0005]—種示例性方法包括:檢測(cè)至過(guò)程控制設(shè)備的電力丟失；從電能存儲(chǔ)部件向所述過(guò)程控制設(shè)備提供電力；響應(yīng)于所述電力丟失，中斷至所述過(guò)程控制設(shè)備的控制信號(hào)；以及在由所述過(guò)程控制設(shè)備進(jìn)行的操作完成之后釋放所述電能存儲(chǔ)部件中的剩余能量。
[0006]另一種示例性方法包括:經(jīng)由電能存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)向過(guò)程控制設(shè)備供應(yīng)能量；以及在所述過(guò)程控制設(shè)備完成操作之后，從所述電能存儲(chǔ)設(shè)備釋放剩余能量。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的示例性裝置的示意框圖；
[0008]圖2-1至圖3-3是示出了實(shí)現(xiàn)圖1的示例性裝置的一種方式的示意圖；
[0009]圖4是描繪了可以利用圖1的示例性裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的示例性方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]本文所描述的示例性裝置涉及位于過(guò)程控制設(shè)備(例如，致動(dòng)器和閥組件)和電源之間的備用電源單元(RPU)。當(dāng)過(guò)程控制系統(tǒng)正常操作時(shí)，電源向過(guò)程控制設(shè)備提供電電力。示例性RPU還被放置于過(guò)程控制設(shè)備和從控制系統(tǒng)至過(guò)程控制設(shè)備的信號(hào)之間。響應(yīng)于電力丟失(故意的或非故意的)，RPU擾亂或中斷控制信號(hào)，并且經(jīng)由設(shè)置在RPU內(nèi)的能量存儲(chǔ)設(shè)備或部件(例如，電容器、電池等等)來(lái)向過(guò)程控制設(shè)備提供電力?？刂菩盘?hào)的中斷可以使得過(guò)程控制設(shè)備移向預(yù)定的或故障保護(hù)位置(例如，完全打開或完全關(guān)閉閥)。示例性裝置的能量存儲(chǔ)設(shè)備的大小被設(shè)置以使得RPU能夠在至少長(zhǎng)得足以使過(guò)程控制設(shè)備移動(dòng)到故障保護(hù)位置的時(shí)間段內(nèi)向過(guò)程控制設(shè)備提供電力。然后，示例性RPU釋放能量存儲(chǔ)設(shè)備中的任何剩余能量，以有助于對(duì)過(guò)程控制設(shè)備和/或RPU的安全維護(hù)。
[0011]在一些例子中，從能量存儲(chǔ)設(shè)備釋放能量需要預(yù)定的最大時(shí)間量來(lái)完成。然而，取決于電力丟失時(shí)過(guò)程控制設(shè)備的位置，實(shí)際的完成時(shí)間會(huì)變化。在一些例子中，裝置可以設(shè)置在防爆殼體中和/或在潛在的危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行操作。在打開防爆殼體以執(zhí)行維護(hù)之前等待預(yù)定的最大時(shí)間量向維修人員確保:RPU的能量存儲(chǔ)設(shè)備中的任何能量已經(jīng)基本上完全釋放，并且消除了在對(duì)過(guò)程控制設(shè)備和/或RPU進(jìn)行維修時(shí)產(chǎn)生火花的風(fēng)險(xiǎn)。在其它例子中，當(dāng)過(guò)程控制設(shè)備已經(jīng)完成了移動(dòng)到故障保護(hù)位置時(shí)，RPU可以從過(guò)程控制設(shè)備接收到反饋信號(hào)(例如，數(shù)字輸出、模擬輸出、數(shù)字通信信號(hào))。在接收到這種信號(hào)時(shí)，RPU可以開始放電。
[0012]本文所描述的示例性裝置的放電操作利用脈寬調(diào)制(pulse-width modulate,PWM)信號(hào)來(lái)控制一個(gè)或更多個(gè)固態(tài)開關(guān)的電力消耗。示例性RPU被配置為使得能量釋放不超過(guò)預(yù)定的速率，以防止超過(guò)開關(guān)的最高操作溫度。PWM信號(hào)的占空比影響完成能量存儲(chǔ)設(shè)備的放電而需要的時(shí)間，并且還確保該放電速率不會(huì)使RPU的部件過(guò)熱。由某些因素來(lái)確定適當(dāng)?shù)恼伎毡?，這些因素包括能量存儲(chǔ)設(shè)備中剩余的電壓以及用于有助于能量耗散的散熱器的特征(例如，熱電阻、大小等等)。
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的示例性裝置100的示意框圖。示例性裝置100被描繪成RPU100，其中在來(lái)自主電源104的電力丟失的情況下，RPU100向過(guò)程控制設(shè)備102提供備用電源。RPU100經(jīng)由電能存儲(chǔ)設(shè)備106來(lái)向過(guò)程控制設(shè)備102提供電力。可以使用一個(gè)或更多個(gè)部件(例如，電容器、電池等等)或者其組合來(lái)實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)設(shè)備106。此外，能量存儲(chǔ)設(shè)備106被設(shè)計(jì)為:存儲(chǔ)充足的電能，以便在來(lái)自主電源104的電源中斷或丟失之后，在允許過(guò)程控制設(shè)備102完成操作的至少時(shí)間量?jī)?nèi)向過(guò)程控制設(shè)備102提供電力。例如，過(guò)程控制設(shè)備102可以是流體閥和致動(dòng)器組件，并且RPU100可以在足以使致動(dòng)器將流體閥移動(dòng)到故障保護(hù)位置的時(shí)間量?jī)?nèi)向致動(dòng)器提供電力，而不管流體閥的初始位置。
[0014]在正常操作期間，當(dāng)主電源104向過(guò)程控制設(shè)備102提供能量時(shí)，設(shè)置在RPU100內(nèi)的充電器108對(duì)能量存儲(chǔ)設(shè)備106的電荷進(jìn)行充電至基本上充滿電的條件或保持至基本上充滿電的條件。可以使用被特制為最有效地和最高效地對(duì)能量存儲(chǔ)設(shè)備106進(jìn)行充電的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)充電器108。例如，如果使用多個(gè)串聯(lián)的大容值電容器(通常被稱為超級(jí)電容器)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)設(shè)備106，則充電器108可以具有可變電流源的作用。在該情況下，充電器108可以提供可以由控制器110改變的電流，使得充電電流隨著能量存儲(chǔ)設(shè)備106接近充滿電的條件而減小。以此方式，可以控制能量存儲(chǔ)設(shè)備106的溫度和/或基本上消除能量存儲(chǔ)設(shè)備106過(guò)充的可能性。
[0015]如圖1中所描繪的，充電器108經(jīng)由控制器110所控制的電力路由器112來(lái)從主電源104接收電力，下面進(jìn)行更詳細(xì)的描述。如果能量存儲(chǔ)設(shè)備106包含多個(gè)部件或設(shè)備，則還可以在充電器108和能量存儲(chǔ)設(shè)備106之間插入充電平衡電路114，以確保能量存儲(chǔ)設(shè)備106的部件中的每個(gè)部件基本上均等地充電。例如，如果能量存儲(chǔ)設(shè)備106包含多個(gè)電容器，則充電平衡電路114確保電容器中的每個(gè)電容器充電至基本上相同的電壓。
[0016]在正常操作期間，控制器110使得電力路由器112將主電源104所提供的電力路由到充電器108和過(guò)程控制設(shè)備102。此外，控制器110使得通信開關(guān)116將一根或更多根通信線路118通信地耦合到過(guò)程控制設(shè)備102。通信線路118可以在控制系統(tǒng)和過(guò)程控制設(shè)備102之間傳送命令、消息、數(shù)據(jù)等等。因此，在正常操作期間，RPU100相對(duì)于電源以及與過(guò)程控制設(shè)備102相關(guān)聯(lián)的通信信號(hào)透明地運(yùn)行(S卩，充當(dāng)直通設(shè)備(pass-throughdevice))。
[0017]如圖1中所示出的，示例性RPU100包括內(nèi)部電源120，該內(nèi)部電源120向控制器110和組成示例性RPU100的功能框的多個(gè)其它電路、器件等提供電力。下面結(jié)合對(duì)圖2和圖3中所描繪