DE102024106597A1

DE102024106597A1 - Power isolator, field device and system consisting of power isolator and field device

Info

Publication number: DE102024106597A1
Application number: DE102024106597.4A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hoefer; Michael Maneval; Vivart Kapoor; Guido Mennicken; Waldemar Borsych; Stefan Jäger; Tobias Meinert; Hans Joachim Fröhlich; Stefan Maier
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2024-03-07
Filing date: 2024-03-07
Publication date: 2025-09-11
Also published as: WO2025185901A1; WO2025185901A8

Abstract

Die Erfindung offenbart einen Speisetrenner (1) zur Energieversorgung eines Feldgeräts (10) der Prozessautomatisierung. Eine Steuereinheit (4) wirkt ausgehend von einer über einen Signaleingang (3) empfangenen Steuerinformation auf den Speisetrenner (1) in Bezug auf die Ausgabe von Energie über den Energieausgang (2) ein. Offenbart wird weiterhin ein Feldgerät (10), bei dem eine Berechnungseinheit (14) einen Ist-Wert für eine an einem Energieeingang (12) zur Verfügung stehende Energie und einen Bedarfs-Wert für einen Energiebedarf des Feldgeräts (10) ermittelt, daraus eine Steuerinformation generiert und über einen Signalausgang (13) ausgibt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein System (100) aus Speisetrenner (1) und Feldgerät (10).The invention discloses a power supply isolator (1) for supplying energy to a field device (10) in process automation. A control unit (4), based on control information received via a signal input (3), acts on the power supply isolator (1) with respect to the output of energy via the energy output (2). Furthermore, a field device (10) is disclosed in which a calculation unit (14) determines an actual value for the energy available at an energy input (12) and a required value for the energy requirement of the field device (10), generates control information therefrom, and outputs it via a signal output (13). The invention further relates to a system (100) comprising a power supply isolator (1) and a field device (10).

Description

Die Erfindung betrifft einen Speisetrenner zur Energieversorgung mindestens eines Feldgeräts der Prozessautomatisierung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Feldgerät der Prozessautomatisierung sowie ein System mit mindestens einem Speisetrenner.The invention relates to a power isolator for supplying power to at least one field device in process automation. Furthermore, the invention relates to a field device in process automation and a system with at least one power isolator.

Mehrere Druckschriften des Standes der Technik (vgl. DE 100 34 685 A1 , DE 10 2008 062 815 B4 , DE 10 2019 118 839 A1 , DE 10 2021 114 686A1 , DE 10 2021 134 390 A1 oder WO 00/75904 A1 ) befassen sich mit dem Energiemanagement innerhalb eines Feldgerätes. Speziell bei Geräten, die mittels einer Stromschleife gespeisten werden, ist das Energiemanagement wichtig, da die zur Verfügung gestellte Energie vom Ausgangswert des Feldgerätes abhängt. Benötigt beispielweise ein Feldgerät in einer 4...20 mA-Stromschleife eine Energie von 40 mW, so ergibt sich, dass die minimale Spannung am Energieeingang - in der Regel eine Anschlussklemme - mindestens 10 V betragen muss (Fehlerzustände seien für die vereinfachte Betrachtung vernachlässigt). Zwischen einem Speisetrenner, der das Feldgerät versorgt, und dem Feldgerät selbst können Spannungsabfälle auftreten. Somit muss ein solcher Speisetrenner an seinem Ausgang wegen der Spannungsabfälle mehr als die 10 V dem Feldgerät zur Verfügung stellen. Wenn das Feldgerät nun zeitweise mehr Energie benötigt oder z. B. weitere Funktionsmodule des Feldgeräts in Abhängigkeit von der zur Verfügung gestellten Energie hinzugeschaltet werden sollen, so ist eine Art des Energiemanagements im Feldgerät erforderlich. Dazu bestehen, wie bereits angemerkt, mehrere Ansätze im Stand der Technik.Several prior art publications (cf. DE 100 34 685 A1 , DE 10 2008 062 815 B4 , DE 10 2019 118 839 A1 , DE 10 2021 114 686A1 , DE 10 2021 134 390 A1 or WO 00/75904 A1 ) deal with energy management within a field device. Energy management is particularly important for devices powered by a current loop, as the available energy depends on the field device's output value. For example, if a field device in a 4...20 mA current loop requires 40 mW of energy, the minimum voltage at the energy input—usually a connection terminal—must be at least 10 V (fault conditions are neglected for the sake of simplicity). Voltage drops can occur between a power isolator that supplies the field device and the field device itself. Therefore, such a power isolator must provide more than 10 V to the field device at its output due to the voltage drops. If the field device temporarily requires more energy, or, for example, additional functional modules of the field device are to be connected depending on the available energy, some form of energy management is required in the field device. As already mentioned, several approaches exist in the state of the art for this purpose.

In der Regel stellen die Speisetrenner aus Sicherheitsgründen, die das Funktionieren des Feldgeräts gewährleisten sollen, eine höhere Spannung zur Verfügung, als das Feldgerät benötigt. Die damit einhergehende zu hohe Energie muss im Feldgerät verbraucht werden. Es gibt Ansätze, weitere Funktionen des Feldgeräts zu bedienen oder z. B. die Energie zu speichern. Üblicherweise wird der Energieüberschuss allerdings im Feldgerät in Wärme umgewandelt. Da es sich um Energie im mW-Bereich handelt, ist das für das einzelne Feldgerät nicht wirklich von Nachteil. Allerdings ist das aus heutiger Sicht über die Summe aller Feldgeräte nicht mehr nachhaltig.For safety reasons, which are intended to ensure the functionality of the field device, the power supplies usually provide a higher voltage than the field device requires. The resulting excess energy must be dissipated within the field device. There are approaches to operating additional functions of the field device or, for example, storing the energy. Typically, however, the excess energy is converted into heat within the field device. Since the energy is in the mW range, this is not really detrimental to the individual field device. However, from today's perspective, this is no longer sustainable for all field devices.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Energieversorgung von Feldgeräten im Bereich der Prozessautomatisierung im Sinne der Nachhaltigkeit zu verbessern.The invention is based on the object of improving the energy supply of field devices in the field of process automation in terms of sustainability.

Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Speisetrenner, einem zugehörigen Feldgerät sowie mit einem System, welches einen Speisetrenner und ein passendes Feldgerät aufweist.The invention solves the problem with a power isolator, an associated field device and with a system which has a power isolator and a suitable field device.

Die Erfindung löst die Aufgabe gemäß einer ersten Lehre durch einen Speisetrenner zur Energieversorgung mindestens eines Feldgeräts der Prozessautomatisierung, wobei der Speisetrenner einen Energieausgang aufweist, wobei der Energieausgang derart eingerichtet ist, dass der Speisetrenner über den Energieausgang elektrische Energie zur Energieversorgung des Feldgeräts ausgibt, wobei der Speisetrenner einen Signaleingang aufweist, wobei der Signaleingang derart eingerichtet ist, dass der Speisetrenner über den Signaleingang Steuerinformationen empfängt, wobei der Speisetrenner eine Steuereinheit aufweist, wobei die Steuereinheit derart eingerichtet ist, dass die Steuereinheit ausgehend von einer über den Signaleingang empfangenen Steuerinformation auf den Speisetrenner in Bezug auf die Ausgabe der elektrischen Energie über den Energieausgang einwirkt.The invention solves the problem according to a first teaching by means of a power supply isolator for supplying energy to at least one field device of process automation, wherein the power supply isolator has an energy output, wherein the energy output is configured such that the power supply isolator outputs electrical energy to supply energy to the field device via the energy output, wherein the power supply isolator has a signal input, wherein the signal input is configured such that the power supply isolator receives control information via the signal input, wherein the power supply isolator has a control unit, wherein the control unit is configured such that the control unit, based on control information received via the signal input, acts on the power supply isolator with regard to the output of electrical energy via the energy output.

Der erfindungsgemäße Speisetrenner empfängt über einen Signaleingang Steuerinformationen, mit denen eine Steuereinheit steuert, welche Energie der Speisetrenner über den Energieausgang ausgibt. Der Signaleingang ist vorzugsweise für die Kommunikation mit einem Feldgerät ausgestaltet, sodass das mit dem Energieausgang mittel- oder unmittelbar verbundenen Feldgerät kommunizieren kann, welche Energie es benötigt. In einer Ausgestaltung fallen der Energieausgang und der Signaleingang zusammen.The power supply isolator according to the invention receives control information via a signal input, which a control unit uses to control which power the power supply isolator outputs via the power output. The signal input is preferably designed for communication with a field device, so that the field device directly or indirectly connected to the power output can communicate which power it requires. In one embodiment, the power output and the signal input coincide.

Eine Ausgestaltung des Speisetrenners sieht vor, dass die Steuereinheit derart eingerichtet ist, dass die Steuereinheit aus der empfangenen Steuerinformation einen Ist-Wert für eine dem Feldgerät zur Verfügung stehende Energie und einen Bedarfs-Wert für einen Energiebedarf des Feldgeräts extrahiert, dass die Steuereinheit derart eingerichtet ist, dass die Steuereinheit aus dem Ist-Wert und dem Bedarfs-Wert eine Regelgröße ermittelt, und dass die Steuereinheit auf den Speisetrenner derart einwirkt, dass die von dem Speisetrenner über den Energieausgang ausgegebene Energie von der Regelgröße abhängt. In dieser Ausgestaltung erhält der Speisetrenner über die empfangenen Steuerinformationen einen Ist-Wert bzgl. der am betroffenen Feldgerät angekommenen Energiemenge sowie einen Bedarfs-Wert bzgl. der vom Feldgerät benötigten Energiemenge. Aus den beiden Daten ermittelt die Steuereinheit eine Regelgröße, um die Abgabe der Energie über den Energieausgang zu regeln. Alternativ umfasst die Steuerinformation bereits die Regelgröße, die entsprechend von dem Feldgerät generiert worden ist.One embodiment of the power supply isolator provides that the control unit is configured such that the control unit extracts an actual value for the energy available to the field device and a demand value for the energy requirement of the field device from the received control information, that the control unit is configured such that the control unit determines a controlled variable from the actual value and the demand value, and that the control unit acts on the power supply isolator such that the energy output by the power supply isolator via the energy output depends on the controlled variable. In this embodiment, the power supply isolator receives an actual value regarding the amount of energy arriving at the affected field device and a demand value regarding the amount of energy required by the field device via the received control information. From these two pieces of data, the control unit determines a controlled variable in order to regulate the output of energy via the energy output. Alternatively, the control information already includes the controlled variable that has been generated accordingly by the field device.

Eine ergänzende Ausgestaltung des Speisetrenners beinhaltet, dass sich die Regelgröße auf einen Spannungswert der am Energieausgang ausgegebenen Energie bezieht.A supplementary design of the feed separator includes that the controlled variable is a voltage value of the energy output at the energy output.

Die Erfindung löst die Aufgabe gemäß einer zweiten Lehre durch ein Feldgerät der Prozessautomatisierung, wobei das Feldgerät einen Energieeingang aufweist, wobei der Energieeingang derart ausgestaltet ist, dass das Feldgerät über den Energieeingang elektrische Energie empfängt, wobei das Feldgerät einen Signalausgang aufweist, wobei der Signalausgang derart ausgestaltet ist, dass das Feldgerät über den Signalausgang Steuerinformationen ausgibt, wobei das Feldgerät eine Berechnungseinheit aufweist, und wobei die Berechnungseinheit derart ausgestaltet ist, einen Ist-Wert für eine an dem Energieeingang zur Verfügung stehende Energie zu ermitteln, einen Bedarfs-Wert für einen Energiebedarf des Feldgeräts zu ermitteln, aus dem Ist-Wert und dem Bedarfs-Wert eine Steuerinformation zu generieren und die Steuerinformation über den Signalausgang auszugeben.The invention solves the problem according to a second teaching by a field device of process automation, wherein the field device has an energy input, wherein the energy input is designed such that the field device receives electrical energy via the energy input, wherein the field device has a signal output, wherein the signal output is designed such that the field device outputs control information via the signal output, wherein the field device has a calculation unit, and wherein the calculation unit is designed to determine an actual value for energy available at the energy input, to determine a requirement value for an energy requirement of the field device, to generate control information from the actual value and the requirement value and to output the control information via the signal output.

Das erfindungsgemäße Feldgerät ermittelt die Energiemenge, die ihm am Energieeingang zur Verfügung steht. Dies ist der Ist-Wert. Zudem ermittelt das Feldgerät und insbesondere die Berechnungseinheit des Feldgerät einen Bedarfs-Wert für die Energiemenge, die das Feldgerät für einen sicheren Betrieb benötigt. Ist kann somit auch als Soll-Wert verstanden werden. Aus beiden Werten generiert die Berechnungseinheit eine Steuerinformation, die über den Signalausgang, an dem der Speisetrenner, mit dem das Feldgerät verbunden ist und der das Feldgerät mit Energie versorgt, angeschlossen ist, ausgegeben wird. Das erfindungsgemäße Feldgerät kommuniziert somit eine Aussage über die Energiemenge, die ihr das Speisegerät liefert, an das Speisegerät, damit die Energiemenge an die Bedürfnisse des Feldgeräts angepasst werden kann.The field device according to the invention determines the amount of energy available at the energy input. This is the actual value. In addition, the field device, and in particular the calculation unit of the field device, determines a required value for the amount of energy the field device requires for safe operation. Actual can therefore also be understood as a target value. From both values, the calculation unit generates control information, which is output via the signal output to which the power supply isolator, to which the field device is connected and which supplies the field device with energy, is connected. The field device according to the invention thus communicates a statement about the amount of energy supplied to it by the power supply to the power supply, so that the amount of energy can be adapted to the needs of the field device.

Eine Ausgestaltung des Feldgeräts sieht vor, dass das Feldgerät eine Sensoreinheit aufweist, und dass die Sensoreinheit derart ausgestaltet ist, dass das Feldgerät über die Sensoreinheit eine Prozessgröße bestimmt und/oder überwacht. In dieser Ausgestaltung handelt es sich bei dem Feldgerät um ein Messgerät und somit beispielsweise nicht um einen Aktor.One embodiment of the field device provides that the field device has a sensor unit, and that the sensor unit is configured such that the field device determines and/or monitors a process variable via the sensor unit. In this embodiment, the field device is a measuring device and thus not, for example, an actuator.

Eine Ausgestaltung des Feldgeräts beinhaltet, dass die Berechnungseinheit derart ausgestaltet ist, aus dem Ist-Wert und dem Bedarfs-Wert derart die Steuerinformation zu generieren, dass die Steuerinformation eine Regelgröße umfasst, um die am Energieeingang zur Verfügung stehende Energie zu optimieren, insbesondere zu minimieren. In dieser Ausgestaltung verrechnet die Berechnungseinheit den Ist-Wert und den Bedarfs-Wert zu einer Regelgröße, die es dem angeschlossenen Speisetrenner erlaubt, die zur Verfügung gestellte Energiemenge an die Bedürfnisse des Feldgeräts anzupassen und insbesondere zu reduzieren bzw. zu minimieren. In einer alternativen Ausgestaltung werden der Ist-Wert und der Bedarfs-Wert als Steuerinformation ausgegeben, damit der Speisetrenner sich die Regelgröße ermittelt.One embodiment of the field device includes the calculation unit being configured to generate control information from the actual value and the required value such that the control information comprises a controlled variable to optimize, in particular minimize, the energy available at the energy input. In this embodiment, the calculation unit calculates the actual value and the required value to produce a controlled variable that allows the connected power supply to adapt the amount of energy provided to the needs of the field device and, in particular, to reduce or minimize it. In an alternative embodiment, the actual value and the required value are output as control information so that the power supply can determine the controlled variable.

Eine Ausgestaltung des Feldgeräts sieht vor, dass sich der Ist-Wert auf die am Energieeingang anliegende elektrische Spannung bezieht.One design of the field device provides that the actual value refers to the electrical voltage applied at the energy input.

Eine Ausgestaltung des Feldgeräts beinhaltet, dass die Berechnungseinheit den Bedarfs-Wert als fixen Erwartungswert ermittelt. In dieser Ausgestaltung wird davon ausgegangen, dass sich der Energiebedarf des Feldgeräts nicht ändert, sodass ein fester Wert als Bedarfs-Wert fixiert und ausgegeben werden kann.One configuration of the field device involves the calculation unit determining the demand value as a fixed expected value. This configuration assumes that the energy demand of the field device remains constant, so a fixed value can be set and output as the demand value.

Eine Ausgestaltung des Feldgeräts sieht vor, dass die Berechnungseinheit den Bedarfs-Wert dynamisch in Bezug auf aktuelle Anwendungsbedingungen ermittelt. One design of the field device provides that the calculation unit determines the demand value dynamically in relation to current application conditions.

In dieser Ausgestaltung kann sich der Energiebedarf des Feldgeräts dynamisch ändern, indem z. B. zusätzliche Funktionen aktiviert werden. Hierauf wird in dieser Ausgestaltung Rücksicht genommen, insofern die Berechnungseinheit jeweils, z. B. ausgehend von einem Aktivierungssignal für zusätzliche Funktionalitäten, den aktuellen Bedarfs-Wert ermittelt und ihn dann als Steuerinformation an das Feldgerät übermittelt, damit die Energieversorgung angepasst werden kann. Dies bezieht sich dabei je nach Fall auf die Erhöhung oder Erniedrigung der Energiemenge.In this configuration, the energy demand of the field device can change dynamically, for example, by activating additional functions. This is taken into account in this configuration, in that the calculation unit determines the current demand value, e.g., based on an activation signal for additional functionalities, and then transmits it as control information to the field device so that the energy supply can be adjusted. This refers to increasing or decreasing the amount of energy, depending on the case.

Eine Ausgestaltung des Feldgeräts beinhaltet, dass die Berechnungseinheit derart ausgestaltet ist, dass die Berechnungseinheit überwacht, ob ein zukünftiger Energiebedarf des Feldgeräts vorliegt, welcher größer als ein aktueller Ist-Wert für die an dem Energieeingang zur Verfügung stehende Energie oder eines ermittelten und in Form der Steuerinformation über den Signalausgang ausgegebenen Bedarfs-Wert ist, und dass die Berechnungseinheit in dem Fall, dass der zukünftige Energiebedarf größer ist, eine aktualisierte Steuerinformation über den Signalausgang ausgibt und einen Anstieg des aktuellen Energiebedarfs des Feldgeräts solange blockiert, bis der Ist-Wert der am Energieeingang zur Verfügung stehenden Energie zumindest gleich dem zukünftigen Energiebedarf ist. In dieser Ausgestaltung stellt die Berechnungseinheit fest, ob ein Energiebedarf des Feldgeräts die Energiemenge übersteigt, die dem Feldgerät zur Verfügung gestellt wird. Die Berechnungseinheit wirkt daher auf das Feldgerät derartig ein, dass es einen Anstieg des Energiebedarfs blockiert. Dies geschieht z. B. dadurch, dass eine vom Benutzer gewählte zusätzliche Funktion des Feldgeräts nicht aktiviert wird oder dass als Ausgleich andere Funktionen deaktiviert werden. Diese Blockade ereignet sich so lange, bis die am Energieeingang anliegende Energiemenge den erhöhten Bedarf deckt. Dies kann die Berechnungseinheit überwachen, indem sie regelmäßig den Ist-Wert am Energieeingang ermittelt.One embodiment of the field device includes the calculation unit being designed such that the calculation unit monitors whether there is a future energy requirement of the field device that is greater than a current actual value for the energy available at the energy input or a determined requirement value output in the form of control information via the signal output. If the future energy requirement is greater, the calculation unit outputs updated control information via the signal output and blocks an increase in the current energy requirement of the field device until the actual value of the energy available at the energy input is at least equal to the future energy requirement. In this embodiment, the calculation unit determines whether an energy requirement of the field device exceeds the amount of energy made available to the field device. The calculation unit therefore influences the field device in such a way that it blocks an increase in the energy requirement. This occurs, for example, by an additional A specific function of the field device is not activated, or other functions are deactivated to compensate. This blockage occurs until the amount of energy present at the energy input covers the increased demand. The calculation unit can monitor this by regularly determining the actual value at the energy input.

Eine Ausgestaltung des Feldgeräts sieht vor, dass der Energieeingang und der Signalausgang einteilig ausgestaltet sind. In dieser Ausgestaltung gibt das Feldgerät die Steuerinformationen über die Schnittstelle aus, über die es die Energie erhält.One design of the field device provides for the power input and signal output to be designed as a single unit. In this design, the field device outputs the control information via the interface through which it receives the power.

Eine Ausgestaltung des Feldgeräts beinhaltet, dass das Feldgerät ein schleifengespeistes Feldgerät ist, welches über den Signalausgang Signale im 4...20 mA-Format ausgibt.One design of the field device includes the field device being a loop-powered field device which outputs signals in 4...20 mA format via the signal output.

Gemäß einer dritten Lehre löst die Erfindung die Aufgabe durch ein System mit mindestens einem Speisetrenner nach einem der vorangehenden oder folgenden Ausgestaltungen und mit mindestens einem Feldgerät nach einem der vorangehend oder im Folgenden beschriebenen Ausgestaltung. Die Ausführungen gelten daher entsprechend auch für das System.According to a third teaching, the invention achieves the object by a system with at least one power supply isolator according to one of the preceding or following embodiments and with at least one field device according to one of the embodiments described above or below. The statements therefore also apply accordingly to the system.

Der Kern der Erfindung besteht in einer Abstimmung des Energiemanagements zwischen einem Feldgerät als Energiesenke und dem Speisetrenner als Energiequelle. Dem Feldgerät wird dabei insbesondere nur so viel Energie zur Verfügung gestellt, wie es tatsächlich für z. B. die Messaufgabe oder ggf. weitere Module benötigt. Dadurch stellt sich der Vorteil ein, dass ein solches geregeltes Zusammenspiel von Speisetrenner und Feldgerät ein energieoptimierter Arbeitspunkt erreicht werden kann.The core of the invention lies in the coordination of energy management between a field device as an energy sink and the power supply isolator as an energy source. In particular, the field device is only provided with as much energy as it actually needs, for example, for the measurement task or, if necessary, for other modules. This offers the advantage that such a controlled interaction between the power supply isolator and the field device allows an energy-optimized operating point to be achieved.

Mögliche Arten der Kommunikation zwischen dem Feldgerät und dem Speisetrenner können beispielsweise eine digitale Kommunikation mittels HART-Signal, Feldbus- oder Ethernet-Protokolle oder Wireless-Verbindungen sein.Possible types of communication between the field device and the power supply can be, for example, digital communication using a HART signal, fieldbus or Ethernet protocols or wireless connections.

Die Erfindung wird anhand der Abbildung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 zeigt schematisch ein System mit einem Speisetrenner und einem Feldgerät.

The invention is explained in more detail with reference to the figure. It shows:

1 shows a schematic of a system with a supply isolator and a field device.

Die 1 zeigt schematisch ein System 100, wie es in einer Prozessanlage zur Anwendung kommen kann.The 1 shows a schematic diagram of a system 100 as it can be used in a process plant.

Das System 100 umfasst einen Speisetrenner 1, der ein Feldgerät 10, bei dem es sich hier beispielsweise um ein Messgerät handelt, mit elektrischer Energie versorgt. Das Feldgerät 10 sei hier ein schleifen-gespeistes Messgerät, welches Messignale über den sog. 4...20 mA-Standard ausgibt. Das bedeutet, dass anhand einer Zuordnung von Stromstärke und Messsignal der Widerstandswert des Energieeingangs 12 passend eingestellt wird, sodass sich wiederum aus dem Stromwert auf der Empfangsseite das Messsignal ableiten lässt. Für die Messungen verfügt das Feldgerät 10 über eine Sensoreinheit 11, die hier beispielsweise anhand des Radarprinzips einen Füllstand eines - hier nicht dargestellten - Mediums bestimmt und/oder überwacht.The system 100 comprises a power isolator 1 that supplies electrical energy to a field device 10, which in this case is, for example, a measuring device. The field device 10 is assumed to be a loop-powered measuring device that outputs measurement signals using the so-called 4...20 mA standard. This means that based on a correlation between the current intensity and the measurement signal, the resistance value of the power input 12 is appropriately adjusted, so that the measurement signal can be derived from the current value on the receiving side. For the measurements, the field device 10 has a sensor unit 11 that, in this case, uses the radar principle, for example, to determine and/or monitor the fill level of a medium (not shown here).

Die Berechnungseinheit 14 erfasst die Energie, die am Energieeingang 12 anliegt, als Ist-Wert und ermittelt einen Bedarfs-Wert an Energie, die das Feldgerät 10 für seine Aufgaben benötigt. Aus diesen beiden Werten (Ist-Wert und Bedarfs-Wert) ermittelt die Berechnungseinheit 14 eine Steuerinformation und gibt sich über den Signalausgang 13 für den Speisetrenner 1 aus.The calculation unit 14 records the energy present at the energy input 12 as an actual value and determines the energy requirement value required by the field device 10 for its tasks. From these two values (actual value and required value), the calculation unit 14 determines control information and outputs it to the power supply isolator 1 via the signal output 13.

Der Speisetrenner 1 empfängt die Steuerinformation über den Signaleingang 3. Die Steuereinheit 4 extrahiert daraus den Ist-Wert und den Bedarfs-Wert und wirkt hier so auf den Energieausgang 2 regelnd ein, dass die Energie, die dem Feldgerät 1 zur Verfügung gestellt wird, optimal und vorzugsweise reduziert ist. Dies ist beispielsweise der Spannungswert. Bei der Einstellung der Energie ist beispielsweise auch der Abstand zwischen Speisetrenner 1 und Feldgerät 10, also der Verlust über die Kabelleitung zu bedenken.The power supply 1 receives the control information via signal input 3. The control unit 4 extracts the actual value and the required value from this and regulates the energy output 2 so that the energy provided to the field device 1 is optimal and preferably reduced. This is, for example, the voltage value. When setting the energy, the distance between the power supply 1 and the field device 10, i.e., the loss via the cable, must also be considered.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: SpeisetrennerPower divider
22: EnergieausgangEnergy output
33: SignaleingangSignal input
44: SteuereinheitControl unit
1010: Feldgerätfield device
1111: SensoreinheitSensor unit
1212: EnergieeingangEnergy input
1313: SignalausgangSignal output
1414: BerechnungseinheitCalculation unit
100100: Systemsystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 100 34 685 A1 [0002]
DE 10 2008 062 815 B4 [0002]
DE 10 2019 118 839 A1 [0002]
DE 10 2021 114 686A1 [0002]
DE 10 2021 134 390 A1 [0002]
WO 00/75904 A1 [0002]

Claims

A power isolator (1) for supplying power to at least one field device (10) of process automation, wherein the power isolator (1) has a power output (2), wherein the power output (2) is configured such that the power isolator (1) outputs electrical energy via the power output (2) to supply power to the field device (10), wherein the power isolator (1) has a signal input (3), wherein the signal input (3) is configured such that the power isolator (1) receives control information via the signal input (3), wherein the power isolator (1) has a control unit (4), wherein the control unit (4) is configured such that the control unit (4), based on control information received via the signal input (3), influences the power isolator (1) with respect to the output of electrical energy via the power output (2).

Power isolator (1) to Claim 1 , wherein the control unit (4) is set up in such a way that the control unit (4) extracts an actual value for an energy available to the field device (10) and a requirement value for an energy requirement of the field device (10) from the received control information, wherein the control unit (4) is set up in such a way that the control unit (4) determines a controlled variable from the actual value and the requirement value, and wherein the control unit (4) acts on the power supply isolator (1) in such a way that the energy output by the power supply isolator (1) via the energy output (2) depends on the controlled variable.

Power isolator (1) to Claim 2 , where the controlled variable refers to a voltage value of the energy output at the energy output (2).

A field device (10) for process automation, wherein the field device (10) has an energy input (12), wherein the energy input (12) is configured such that the field device (10) receives electrical energy via the energy input (12), wherein the field device (10) has a signal output (13), wherein the signal output (13) is configured such that the field device (10) outputs control information via the signal output (13), wherein the field device (10) has a calculation unit (14), and wherein the calculation unit (14) is configured to determine an actual value for the energy available at the energy input (12), to determine a demand value for the energy demand of the field device (10), to generate control information from the actual value and the demand value, and to output the control information via the signal output (13).

Field device (10) according to Claim 4 , wherein the field device (10) has a sensor unit (11), and wherein the sensor unit (11) is designed such that the field device (10) determines and/or monitors a process variable via the sensor unit (11).

Field device (10) according to Claim 4 or 5 , wherein the calculation unit (14) is designed to generate the control information from the actual value and the required value in such a way that the control information comprises a controlled variable in order to optimize, in particular to minimize, the energy available at the energy input (12).

Field device (10) according to one of the Claims 4 until 6 , where the actual value refers to the electrical voltage applied to the energy input (12).

Field device (10) according to one of the Claims 4 until 7 , wherein the calculation unit (14) determines the required value as a fixed expected value.

Field device (10) according to one of the Claims 4 until 7 , wherein the calculation unit (14) determines the demand value dynamically with respect to current application conditions.

Field device (10) according to one of the Claims 4 until 9 , wherein the calculation unit (14) is designed such that the calculation unit (14) monitors whether there is a future energy requirement of the field device (10) which is greater than a current actual value for the energy available at the energy input (12) or a requirement value determined and output in the form of control information via the signal output (13), and that in the event that the future energy requirement is greater, the calculation unit (14) outputs updated control information via the signal output (13) and blocks an increase in the current energy requirement of the field device (10) until the actual value of the energy available at the energy input (12) is at least equal to the future energy requirement.

Field device (10) according to one of the Claims 4 until 10 , wherein the energy input (12) and the signal output (13) are designed as one piece.

Field device (10) according to one of the Claims 4 until 11 , wherein the field device (10) is a loop-tight powered field device (10) which outputs signals in 4...20 mA format via the signal output (13).

System (100) of process automation with at least one supply isolator (1) according to one of the Claims 1 until 3 and with at least one field device (10) according to Claim 4 or 12 .