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DE102022106846A1 - Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik - Google Patents

Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik Download PDF

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DE102022106846A1
DE102022106846A1 DE102022106846.3A DE102022106846A DE102022106846A1 DE 102022106846 A1 DE102022106846 A1 DE 102022106846A1 DE 102022106846 A DE102022106846 A DE 102022106846A DE 102022106846 A1 DE102022106846 A1 DE 102022106846A1
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DE
Germany
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field device
current
input
module
automation technology
Prior art date
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Pending
Application number
DE102022106846.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Christian Strittmatter
Simon Gerwig
Pascal Mutter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
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Priority to US18/847,508 priority patent/US20250306558A1/en
Priority to PCT/EP2023/055691 priority patent/WO2023180059A1/de
Priority to CN202380028815.8A priority patent/CN118843839A/zh
Priority to EP23710827.9A priority patent/EP4497043A1/de
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Abstract

Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich umfassend:- eine erste und eine zweite Anschlussklemme (30a, 30b) zum Anschließen einer Zweidrahtleitung (14) über die eine Strom zuführbar ist;- ein Sensor- und/oder Aktormodul (40) zum Erfassen und/oder Stellen einer Prozessgröße;- ein Ein/Ausgabemodul (20) mit einer Funkeinheit (21) zum drahtlosen Übertragen von Daten;- eine von dem Ein/Ausgabemodul separat ausgebildetes Hauptelektronikmodul (30), das einen Energiespeicher (34) aufweist, der derartig ausgelegt ist, eine für die Funkeinheit (21) zum drahtlosen Übertragen von Daten benötigte Energie bereitzustellen, wobei zumindest der Energiespeicher (34) auf dem Hauptelektronikmodul (30) mit einer Vergussmasse vergossen ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich.
  • In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevanten Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also insbesondere auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
  • Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
  • Insbesondere in der Prozessindustrie aber auch der Automatisierungstechnik müssen physikalische oder technische Größen durch die Feldgeräte oftmals in Bereichen gemessen bzw. ermittelt werden, in denen potentiell Explosionsgefahr besteht, sogenannte explosionsgefährdete Bereiche. Durch geeignete Maßnahmen in den Feldgeräten und Auswertesystemen (wie z. B. Spannungs- und Strombegrenzung) kann die elektrische Energie in dem zu übermittelnden Signal so begrenzt werden, dass dieses Signal unter keinen Umständen (Kurzschluss, Unterbrechungen, thermische Effekte, ...) eine Explosion auslösen kann. Hierfür sind in der IEC EN DIN 60079-ff entsprechende Schutzprinzipien festgelegt worden.
  • Gemäß dieser Norm sind basierend auf den anzuwendenden Zündschutzarten konstruktive und schaltungstechnische Maßnahmen für die Feldgeräte zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen definiert. Einer dieser Zündschutzarten stellt die Zündschutzart „Eigensicherheit“ (Kennzeichnung Ex-i, IEC EN DIN 60079-11, veröffentlich Juni 2012) dar.
  • Die Zündschutzart „Eigensicherheit“ basiert auf dem Prinzip der Strom- und Spannungsbegrenzung in einem Stromkreis. Die Energie des Stromkreises, die in der Lage sein könnte, eine explosionsfähige Atmosphäre zum Zünden zu bringen, wird dabei so begrenzt, dass weder durch Funken noch durch unzulässige Erwärmung der elektrischen Bauteile die Zündung der umgebenden explosionsfähigen Atmosphäre stattfinden kann.
  • Die Zündschutzart „Eigensicherheit“ definiert dabei drei Schutzniveaus: Ex-ia, Ex-ib und Ex-ic. Dabei ist mit Niveau a das höchste Niveau definiert, bei welchem zwei zählbare Fehler in ihrer Kombination nicht zu einer Fehlfunktion führen und somit eine Zündung hervorrufen dürfen (2-Fehler-Sicherheit). Das Niveau b definiert, dass ein zählbarer Fehler nicht zu einer Fehlfunktion führen und somit eine Zündung hervorrufen dürfen (1-Fehler-Sicherheit). Bei dem Niveau c ist entsprechend keine Fehlersicherheit definiert, sodass bei einer Fehlfunktion bereits eine Zündung hervorgerufen werden kann (0-Fehler-Sicherheit).
  • Heutzutage werden Feldgeräte aus einer modular ausgebildeten Feldgeräteelektronik ausgebildet, die über eine Steckverbindung elektrisch miteinander verbunden sind und die in einem entsprechenden Gehäuse angeordnet sind. Durch den modularen Aufbau lassen sich die einzelnen Elektronikmodule entsprechend der angedachten Funktionalität vorfertigen und anschließend zu der Feldgerätelektronik zusammenfügen. Übliche Module, die über die Steckverbindung zusammengeschlossen werden, sind: ein Hauptelektronikmodul, welches bspw. einen Mikroprozessor zur weiteren Datenverarbeitung aufweist, ein Sensor- und/oder Aktormodul, welches ein Sensor- und/oder Aktorelement zur Erfassung und/oder zum Stellen der physikalischen Größe umfasst und ein Ein/Ausgabemodul, welches bspw. ein Display zur Anzeige von Informationen umfasst. Da das Ein/Ausgabemodul zur Ablesbarkeit des Displays hinter einer in einer Gehäusewand eingebrachten Sichtscheibe angeordnet ist und somit eine Störung der Funkübertragung durch die Gehäusewand reduziert werden kann, umfasst das Ein/Ausgabemodul ferner üblicherweise eine Funkeinheit.
  • Viele Feldgeräte sind als sogenannte 2-Leiter Feldgeräte ausgebildet. Hierbei erfolgt die Energieversorgung des Feldgeräts über das gleiche Leitungspaar (Zweileiterdraht) über das auch die Kommunikation erfolgt. Üblicherweise wird hierfür der 4-20 mA Standard verwendet, bei dem die die Mess- bzw. Stellwerte als Haupt-Prozessvariable über die Zweidrahtleitung bzw. das Zweileiterkabel analog in Form eines 4-20 mA Schleifenstroms bzw. Stromsignals kommuniziert, d.h. übertragen, werden. Hierbei repräsentiert ein in einer Stromschleife fließender elektrischer Schleifenstrom zwischen 4 mA und 20 mA den Wert der physikalischen oder technischen Größe. Aufgrund von Driften und Ungenauigkeiten sowie der Erkennung von Bereichsüberläufen wird für die Repräsentation der Größen ein etwas größerer Strombereich zugelassen: 3,8...20,5 mA. Ströme die kleiner als 3,6 mA bzw. größer als 21 mA sind sollten die Auswerteeinheiten nicht mehr als Repräsentation der physikalischen oder technischen Größe, sondern als Fehlerinformation des Sensors interpretieren.
  • Dies hat zur Folge, dass die Energiezufuhr stark begrenzt ist. Geht man von dem „worst case“ Szenario aus, bei dem das Feldgerät einen Fehlerzustand signalisiert und diesem somit lediglich ein Strom kleiner 3,6 mA zugeführt wird, steht dem Feldgerät bei einer Versorgungsspannung von 10,6 V eine Energie kleiner 38,16 mW (=10,6 V * 3,6 mA) zur Verfügung.
  • Um durch die Feldgeräte eine Funkkommunikation zu ermöglichen, bspw. durch eine Bluetooth-Funkeinheit, wird zumindest zeitweise eine höhere Energie benötigt, wie die aktuell zur Verfügung stehende Energie. Hierfür ist üblicherweise ein Energiespeicher auf dem Ein/Ausgabemodul des Feldgerätes vorgesehen, in dem kontinuierlich Energie gespeichert wird, so dass diese zum Senden und/oder Empfangen von Kommunikationspaketen durch die Funkeinheit zur Verfügung steht.
  • Da derartige Energiespeicher relativ viel Energie speichern können müssen, sind diese, um das Feldgerät im Ex-Bereich einsetzen zu können, mit einer Vergussmasse gekapselt. Das Verkapseln geschieht mithilfe eines Vergussrahmens, welcher die Energiespeicher umgibt und mit der Vergussmasse befüllt wird. Nachteilig hieran ist, dass bei der Fertigung des Ein/Ausgabemoduls ein zusätzlicher Prozessschritt für das Aufbringen des Vergussrahmens und das Einfüllen der Vergussmasse notwendig ist. Dieser zusätzliche Prozessschritt führt zu zusätzlichen Kosten.
  • Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Energiespeicher im Einschaltmoment des Gerätes bzw. dem Einstecken (Hot-Plug) des Ein/Ausgabemoduls in eine entsprechende Schnittstelle des Hauptelektronikmoduls einen Kurzschluss für das Hauptelektronikmodul darstellt und somit sehr viel Energie von dem Hauptelektronikmodul zieht. Dies hätte zur Folge, dass das Hauptelektronikmodul kurzfristig seine Funktion nicht ausführen könnte. Um dies zu vermeiden, wird daher vor den Energiespeicher eine zusätzliche (aktive) Strombegrenzung auf dem Ein/Ausgabemodul integriert, welche den Strom im Startmoment limitiert bzw. regelt. Auch dieser zusätzliche Schaltungsteil sorgt für weitere Material- und Produktionskosten.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das eigensichere Feldgerät der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 1.
  • Das erfindungsgemäße eigensichere Feldgerät der Automatisierungstechnik zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich umfasst:
    • - eine erste und eine zweite Anschlussklemme zum Anschließen einer Zweidrahtleitung über die eine Strom zuführbar ist;
    • - ein Sensor- und/oder Aktormodul zum Erfassen und/oder Stellen einer Prozessgröße;
    • - ein Ein/Ausgabemodul mit einer Funkeinheit zum drahtlosen Übertragen von Daten;
    • - eine mit der ersten und zweiten Anschlussklemme verbundenes und zumindest von dem Ein/Ausgabemodul separat ausgebildetes Hauptelektronikmodul, das den über die Zweidrahtleitung zuführbare Strom über einen Strompfad von der ersten zu der zweiten Anschlussklemme führt, wobei das Hauptelektronikmodul einen in den Strompfad eingebrachten Spannungsregler aufweist, der dazu eingerichtet ist, anhand des zugeführten Stromes eine Energieversorgung zumindest für das Ein/Ausgabemodul bereitzustellen, wobei das Hauptelektronikmodul ferner dazu eingerichtet ist, die über das Sensorelement erfasste Prozessgröße durch Stellen des Stromes auf einen entsprechenden Wert zu übertragen und/oder eine durch das Aktorelement zu stellende Prozessgröße durch Auslesen des Stromes zu empfangen und das Aktorelement entsprechend zu stellen, wobei das Hauptelektronikmodul ferner einen Energiespeicher aufweist, der derartig ausgelegt ist, eine für die Funkeinheit zum drahtlosen Übertragen von Daten benötigte Energie bereitzustellen, wobei zumindest der Energiespeicher auf dem Hauptelektronikmodul mit einer Vergussmasse vergossen ist.
  • Ein erfindungsgemäß ausgebildetes eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik bietet den Vorteil, dass ein zusätzliches Vergießen des Energiespeichers auf dem Ein/Ausgabemodul mit Hilfe eines Vergussrahmens entfällt. Dies wiederum bedeutet, dass Platz auf dem Ein/Ausgabemodul eingespart werden kann, so dass die Herstellungskosten für das Modul sinken.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass der Energiespeicher zumindest einen Kondensator aufweist, der eine Kapazität von mindestens 10 µF, vorzugsweise von mindestens 250 µP, besonders bevorzugt von mindestens 1mF hat.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass der Energiespeicher vor dem Spannungsregler auf dem Hauptelektronikmodul angeordnet ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass das Ein/Ausgabemodul ferner eine Strombegrenzung bzw. -regelung aufweist, die einen Strom von dem Hauptelektronikmodul auf einen Wert im Bereich von 0,1-100 mA, insbesondere im Bereich von 0,1-25 mA, ganz besonders im Bereich von 1-5 mA 10-100 mA begrenzt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass das Ein/Ausgabemodul keinen Kondensator mit einer Kapazität von größer 100 µP, insbesondere von ca. 500 µP aufweist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass das Ein/Ausgabemodul und das Hauptelektronikmodul über eine elektrische Schnittstelle, die vorzugsweise steckbar ausgebildet ist, miteinander verbunden sind.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass das Ein/Ausgabemodul in einem Deckel des Feldgerätes, vorzugsweise hinter einer Sichtscheibe, angeordnet ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass das Ein/Ausgabemodul ferner ein Display zum Anzeigen von Informationen und/oder zum Bedienen des Feldgerätes aufweist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass das Display ein Farbdisplay ist.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1: eine schematische Darstellung eines Feldgerätes, welches über eine Zweidrahtleitung zur Signal- und Energieübertragung an eine übergeordnete Einheit angeschlossen ist.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Feldgerätes 10 mit einer modular ausgebildeten Feldgeräteelektronik. Die Feldgeräteelektronik umfasst im vorliegenden Beispiel ein Hauptelektronikmodul 30, ein Sensormodul 40 und ein Ein/Ausgabemodul 20. Das Ein/Ausgabemodul 20 und das Sensormodul 40 sind jeweils über eine Schnittstelle 22a, 22b und 23a, 23b, welches bspw. als steckbare Verbindung ausgeführt sein kann, elektrisch mit dem Hauptelektronikmodul 30 verbunden. Das Feldgerät 10 ist über eine erste und zweite Anschlussklemme 30a und 30b an eine Zweidrahtleitung 14 zur Signal- und Energieübertragung angeschlossen. Die Zweidrahtleitung 14 ist wiederum an dem anderen Ende an eine übergeordnete Einheit 12 angeschlossen. Das Feldgerät 10 ist bei dem dargestellten Beispiel eine Messstelle, in der mit Hilfe eines Sensormoduls 40 ein Messwert bzw. Prozessgröße (beispielsweise Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Füllstand, Durchfluss) erfasst wird. Genauso gut könnte das Feldgerät aber auch eine Aktorstelle sein, in der mit Hilfe eines Aktormoduls statt des Sensormoduls eine Prozessgröße gestellt wird.
  • Das Feldgerät 10 enthält keine eigene Energiequelle, sondern bezieht den für ihren Betrieb erforderlichen Versorgungsstrom über die Zweidrahtleitung 14. Dieser kann beispielsweise von einer in der übergeordneten Einheit 12 enthaltenen Spannungsquelle 18 bereitgestellt werden. Über die gleiche Zweidrahtleitung 14 wird ein jeweils den gerade gemessenen Messwert darstellendes Messwertsignal von dem Feldgerät 10 zur übergeordneten Einheit 12 übertragen. Hierfür ist die Feldgeräteelektronik dazu eingerichtet, ein Messwert über die Zweidrahtleitung 14 gemäß dem 4 bis 20 mA Standard zu übertragen. Die Spannungsquelle 18 liefert eine Gleichspannung Uv, und der Messstrom Is ist ein Gleichstrom.
  • Die übergeordnete Einheit 12 enthält eine Auswertungsschaltung 26, die aus dem über die Zweidrahtleitung 14 übertragbaren Signalstrom Is die Messwertinformation gewinnt. Zu diesem Zweck ist in die Zweidrahtleitung ein Messwiderstand 28 eingefügt, an dem eine Spannung UM entsteht, die dem über die Zweidrahtleitung übertragenen Signalstrom Is proportional ist und die der Auswertungsschaltung 26 zugeführt wird. Der Signalstrom Is wird in dem Feldgerät 10 durch einen auf dem Hauptelektronikmodul ausgebildeten Strompfad 31 von der ersten zu der zweiten Anschlussklemme 30a, 30b geführt.
  • Das Ein/Ausgabemodul 20 umfasst, wie bereits erwähnt, die Funkeinheit 21 zum drahtlosen Senden und Empfangen von Daten. Beispielsweise kann es sich bei der Funkeinheit 21 um eine Bluetooth-Funkeinheit zum drahtlosen Übertragen von Daten mittels dem Bluetooth-Standard oder einer davon abgewandelten Variante, z.B. Bluetooth Low Energie handeln. Alternativ kann es sich bei dem Funkmodul aber auch um ein WLAN-, ZigBee, NFC-, IIoT, 5G oder WirelessHART Funkmodul handeln. Bei den Daten kann es sich bspw. um Konfigurations- und/oder Parametrierungsdaten für das Feldgerät handeln. Ferner kann das Ein/Ausgabemodul ein Display 27 zum Anzeigen von Informationen und/oder zum Bedienen des Feldgerätes aufweisen. Bei dem Display 27 kann es sich bspw. um ein Farbdisplay handeln. In dem Fall, dass das Display 27 ein monochromes Display ist, kann ferner eine Ladungspumpe auf dem Ein/Ausgabemodul 20 vorgesehen sein, die zur Ansteuerung des monochromen Displays dient. In dem Fall, dass das Display 27 ein Farbdisplay ist, weist das Ein/Ausgabemodul 20 keine Ladungspumpe auf.
  • Zur Messwerterfassung umfasst die Feldgeräteelektronik das bereits erwähnte Sensormodul 40, welches über die elektrische Schnittstelle 23a, 23b mit dem Hauptelektronikmodul 30 verbunden ist. Die elektrische Schnittstelle 23a, 23b kann dabei als steckbare Schnittstelle ausgeführt sein. Über die elektrische Schnittstelle 23a, 23b werden sowohl Messwerte des Sensormoduls zu dem Hauptelektronikmodul 30 als auch Energie zu dem Sensormodul 40 von dem Hauptelektronikmodul 30 übertragen. Die elektrische Schnittstelle 23a, 23b kann dabei als steckbare elektrische Schnittstelle ausgebildet sein.
  • Das Hauptelektronikmodul wiederum umfasst eine Messwandlerschaltung 37, die über ein Steuerleitung 24 eine ebenfalls auf dem Hauptelektronikmodul angeordnete Stromregelung bzw. Stromquelle 32 derartig regelt bzw. ansteuert, dass der Messstrom Is auf einen den erfassten Messwert repräsentierenden Wert (Signalstrom) gestellt wird. Die Stromquelle 32 kann beispielsweise einen Transistor umfassen, der über das Steuersignal von der Messwandlerschaltung 37 geregelt wird. In dem Fall, dass das Feldgerät als Aktor ausgebildet ist, d.h. statt einem Sensormodul ein Aktormodul aufweist, entfällt die Stromregelung. Die Messwandlerschaltung 37 kann bspw. einen Mikroprozessor umfassen.
  • Das Hauptelektronikmodul umfasst ferner einen niederohmigen Shuntwiderstand 33, über den der gestellte Signalstrom Is mittels einer Rückleseleitung 25 durch die Messwandlerschaltung 37 zurückgelesen wird. Entsprechend dem Ohmschen Gesetz fällt an dem Shuntwiderstand 33 eine Spannung U_Shunt = R_Shunt · Is ab. Die Spannung U_Shunt ist somit proportional zu dem durch das Feldgerät fließenden Strom Is. Zur Regelung des zu stellenden Signalstroms Is ist die über dem Shuntwiderstand 33 abfallende Spannung der Messwandlerschaltung zugeführt. Derartige Shunt-Widerstande 33 weisen typischerweise einen Widerstandswert im Bereich von 5-40 Ohm, vorzugsweise 7-30 Ohm, besonders bevorzugt im Bereich von 10-25 Ohm auf.
  • Das Hauptelektronikmodul umfasst ferner einen Spannungsregler 36, bspw. in Form eines Schalt- oder Linearreglers, der dazu ausgebildet ist, eine möglichst konstante Betriebsspannung für die einzelnen Module bereitzustellen. Die Eingangsspannung für den Spannungsregler 36 kann beispielsweise von einem Energiespeicher 34, insbesondere in Form einer Kapazität, stabilisiert bzw. gestützt werden. Der Energiespeicher 34 kann bspw. eine Kapazität von mindestens 10 µF, vorzugsweise von mindestens 250 µF, besonders bevorzugt von mindestens 1mF aufweisen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die auf dem Hauptelektronikmodul 30 angeordnete Spannungsquelle in 1 nicht dargestellt.
  • Ferner weist das Hauptelektronikmodul Schaltungsteile für Ex-Schutz- und/oder EMV-Maßnahmen auf. In 1 sind diese Schaltungsteile exemplarisch durch den Block mit dem Bezugszeichen 38 angedeutet. Je nach gewünschten Schutzniveau und nach Vorgabe der entsprechenden Norm, bspw. IEC EN DIN 60079-11, veröffentlich Juni 2012, hinsichtlich der Ex-Schutzmaßnahmen und/oder bspw. der Norm DIN EN 61000-1-2, veröffentlicht Juli 2017, hinsichtlich der EMV-Maßnahmen sind die Schaltungsteile unterschiedliche ausgebildet.
  • Erfindungsgemäß weist das Hauptelektronikmodul ferner einen Energiespeicher auf, der dazu eingerichtet ist, kontinuierlich Energie, die über die Zweidrahtleitung 14 übertragen wird, zu speichern, und diese bei Bedarf an eine auf einem anderen Modul der Feldgeräteelektronik angeordnete Funkeinheit zur drahtlosen Datenübertragen während eines Sende- oder Empfangsvorgangs abzugeben. Im vorliegenden Fall sitzt die Funkeinheit 21 auf dem Ein/Ausgabemodul. Bei dem Energiespeicher 34 kann es sich bspw. um einen Kondensator handeln, der vorzugsweise eine Kapazität aufweist, die größer 100 µF, bevorzugt ca. 500 µF groß ist.
  • Vorteilhafterweise ist der Energiespeicher 34 derartig auf dem Hauptelektronikmodul 30 angeordnet, dass dieser vor dem Spannungsregler 36 angeordnet ist, so dass der Energiespeicher 34 mit einer höheren Spannung beaufschlagt wird, als dies bei einer Anordnung nach dem Spannungsregler 36 der Fall wäre. Dies bietet den Vorteil, dass deutlich mehr Energie in dem Energiespeicher gespeichert werden kann, da die Spannung quadratisch in die zu speichernde Energiemenge eingeht (E = ½ * C* U2). Somit kann bei einer Anordnung vor dem Spannungsregler 36 die Kapazität reduziert werden, da die benötigte Energiemenge, welche für den Sende- und/oder Empfangsvorgang benötigt wird, sich nicht verändert.
  • Um den Anforderungen der Zündschutzart Eigensicherheit zu genügen, ist zumindest der Energiespeicher 34 auf dem Hauptelektronikmodul 30 mit einer Vergussmasse vergossen. Üblicherweise sind jedoch zumindest der Spannungsregler, der Stromregler und der Energiespeicher oder sämtliche elektronischen Bauteile auf dem Hauptelektronikmodul mit der Vergussmasse vergossen.
  • Um bei einem Sende- und/oder Empfangsvorgang durch die Funkeinheit 21 den benötigten Strom von dem Hauptelektronikmodul 30 zu dem Modul, auf dem die Funkeinheit 21 angeordnet ist, übertragen zu können, kann eine Strombegrenzung bzw. - regelung 26 auf dem Modul vorgesehen und derartig ausgebildet sein, dass ein für den Sende- und/oder Empfangsvorgang benötigter Strom, welcher bspw. im Bereich von ca. 10-100 mA liegt, fließen kann.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Feldgerät
    11
    Deckel des Feldgerätes
    11a
    Sichtscheibe
    12
    Übergeordnete Einheit, z.B. Steuerprogrammierbare Steuerung (SPS)
    14
    Zweidrahtleitung
    18
    Spannungsquelle
    20
    Ein/Ausgabemodul
    21
    Funkeinheit
    22a, 22b
    Elektrische Schnittstelle
    23a, 23b
    Elektrische Schnittstelle
    24
    Steuerleitung
    25
    Rückleseleitung
    26
    Strombegrenzung bzw. -regelung
    27
    Display
    28
    Messwiderstand
    30
    Hauptelektronikmodul
    30a, 30b
    Anschlussklemmen
    31
    Strompfad
    32
    Stromregelung
    33
    Shuntwiderstand
    34
    Energiespeicher, bspw. Kondensator
    36
    Spannungsregler, bspw. Schaltregler oder Linearregler
    37
    Messwandlerschaltung
    38
    Schaltungsteil für Ex-Schutz- und/oder EMV-Maßnahmen
    40
    Sensor- und/oder Aktormodul
    Is
    Messstrom
    Uk
    Klemmenspannung
    Uv
    Spannung der Spannungsquelle
    Ue
    Eingangsspannung am Spannungsregler
    UM
    Spannung am Messwiderstand
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN 60079-11 [0035]
    • DIN EN 61000-1-2 [0035]

Claims (9)

  1. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich umfassend: - eine erste und eine zweite Anschlussklemme (30a, 30b) zum Anschließen einer Zweidrahtleitung (14) über die eine Strom zuführbar ist; - ein Sensor- und/oder Aktormodul (40) zum Erfassen und/oder Stellen einer Prozessgröße; - ein Ein/Ausgabemodul (20) mit einer Funkeinheit (21) zum drahtlosen Übertragen von Daten; - eine mit der ersten und zweiten Anschlussklemme (30a, 30b) verbundenes und zumindest von dem Ein/Ausgabemodul separat ausgebildetes Hauptelektronikmodul (30), das den über die Zweidrahtleitung zuführbare Strom (Is) über einen Strompfad (31) von der ersten zu der zweiten Anschlussklemme (30a, 30b) führt, wobei das Hauptelektronikmodul (30) einen in den Strompfad (31) eingebrachten Spannungsregler (36) aufweist, der dazu eingerichtet ist, anhand des zugeführten Stromes (Is) eine Energieversorgung zumindest für das Ein/Ausgabemodul (20) bereitzustellen, wobei das Hauptelektronikmodul (30) ferner dazu eingerichtet ist, die über das Sensorelement (40) erfasste Prozessgröße durch Stellen des Stromes (Is) auf einen entsprechenden Wert zu übertragen und/oder eine durch das Aktorelement (40) zu stellende Prozessgröße durch Auslesen des Stromes (Is) zu empfangen und das Aktorelement (40) entsprechend zu stellen, wobei das Hauptelektronikmodul (30) ferner einen Energiespeicher (34) aufweist, der derartig ausgelegt ist, eine für die Funkeinheit (21) zum drahtlosen Übertragen von Daten benötigte Energie bereitzustellen, wobei zumindest der Energiespeicher (34) auf dem Hauptelektronikmodul (30) mit einer Vergussmasse vergossen ist.
  2. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik nach Anspruch 1, wobei der Energiespeicher (34) zumindest einen Kondensator aufweist, der eine Kapazität von mindestens 10 µF, vorzugsweise von mindestens 250 µF, besonders bevorzugt von mindestens 1mF hat.
  3. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher (34) vor dem Spannungsregler (36) auf dem Hauptelektronikmodul (30) angeordnet ist.
  4. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ein/Ausgabemodul (20) ferner eine Strombegrenzung bzw. -regelung (26) aufweist, die einen Strom von dem Hauptelektronikmodul (30) auf einen Wert im Bereich von 0,1-100 mA, insbesondere im Bereich von 0,1-25 mA, ganz besonders im Bereich von 1-5 mA 10-100 mA begrenzt.
  5. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ein/Ausgabemodul (20) keinen Kondensator mit einer Kapazität von größer 100 µF, insbesondere von ca. 500 µF aufweist.
  6. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ein/Ausgabemodul (20) und das Hauptelektronikmodul (30) über eine elektrische Schnittstelle (22a, 22b), die vorzugsweise steckbar ausgebildet ist, miteinander verbunden sind.
  7. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ein/Ausgabemodul (20) in einem Deckel des Feldgerätes (11), vorzugsweise hinter einer Sichtscheibe, angeordnet ist.
  8. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ein/Ausgabemodul (20) ferner ein Display (27) zum Anzeigen von Informationen und/oder zum Bedienen des Feldgerätes aufweist.
  9. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Display ein Farbdisplay ist.
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