DE19847376A1 - Analogausgabeeinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Analogausgabeeinheit, an die ein Feldgerät über ein Leitungspaar anschließbar ist, über wel­ ches ein Empfangssignal in Form eines frequenzmodulierten Kommunikationssignals oder ein Sendesignal übertragbar ist, das einen Meßwert in Form eines Analogsignals und/oder ein frequenzmoduliertes Kommunikationssignal umfaßt, wobei eine Meßwertausgabeeinheit aus einem Digitalwert das dazugehörige Analogsignal erzeugt und wobei Sendemittel das frequenz­ modulierte Kommunikationssignal aus einer Bitinformation 0 oder 1 und Empfangsmittel aus dem frequenzmodulierten Kommu­ nikationssignal die Bitinformation 0 oder 1 erzeugen.

Eine derartige Analogausgabeeinheit ist in dem Aufsatz "Smart/HART-Kommunikation für Prozeßgeräte", Sonderdruck aus tm - Technisches Messen, 59/1992, Heft 9, Seiten 2 bis 7, be­ schrieben. Über ein Leitungspaar ist sowohl ein analoges 4- bis 20-mA-Prozeßwertsignal als auch ein digitales Kommuni­ kationssignal übertragbar, welches z. B. zur Anzeige des Status eines an die Analogausgabeeinheit angeschlossenen Feldgerätes vorgesehen ist. Das Kommunikationssignal in Form eines im wesentlichen sinusförmigen Signals umfaßt eine erste und eine zweite Frequenz, die jeweils eine Bitinformation 0 bzw. 1 repräsentieren.

Insbesondere für einen Einsatz von Analogausgaheeinheiten im Ex-Bereich ist eine Potentialtrennung zwischen der Feld­ geräte- und der Systemebene erforderlich. In diesen Analog­ ausgabeeinheiten wird deshalb gewöhnlich zum Ein- und Aus­ koppeln des Kommunikationssignals ein Übertrager eingesetzt, welcher mit einem Analogschalter entsprechend der einzustel­ lenden Betriebsart mit einem Sende- oder Empfangsverstärker verbindbar ist. Dabei muß allerdings das Übersetzungsverhält­ nis zwischen Sende- und Empfangsinduktivität derart gewählt werden, daß sich Induktivitäten nicht störend, insbesondere bei einem Einsatz im Ex-Bereich, auswirken. Darüber hinaus müssen empfangsseitig schaltungstechnische Maßnahmen getrof­ fen werden, damit Störimpulse das Kommunikationssignal nicht verzerren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Analogausgabeeinheit der eingangs genannten Art die Übertragung des Kommunikationssignals zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,

• - daß die Analogausgabeeinheit mit einem ersten Trenn­ verstärker versehen ist, welchem das Sendesignal der Meß­ wertausgabeeinheit und das frequenzmodulierte Kommunika­ tionssignal der Sendemittel zuführbar ist,
• - daß die Analogausgabeeinheit mit einem zweiten, den Emp­ fangsmitteln vorgeschalteten Trennverstärker versehen ist, welchem das Empfangssignal des Feldgerätes zuführbar ist.

Vorteilhaft ist, daß für die Ein- und Auskopplung des fre­ quenzmodulierten Kommunikationssignals kein Übertrager er­ forderlich ist, wodurch keine schaltungstechnischen Maßnahmen zur Entzerrung des Kommunikationssignals erforderlich sind und darüber hinaus das Kommunikationssignal zur Diagnose vorgesehen werden kann. Die erfindungsgemäße Analogausgabe­ einheit ist insbesondere für einen Einsatz im sogenannten Ex- Bereich geeignet, da im Hinblick auf den ersten und zweiten potentialtrennenden Trennverstärker die hohen Anforderungen bezüglich des Trennabstandes zwischen Ex- und Nicht-Ex-Seite erfüllt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeich­ nung näher erläutert. Die Figur der Zeichnung zeigt in einem Blockschaltbild Bestandteile einer Analogausgabeeinheit.

Mit 1 ist eine Analogausgabeeinheit bezeichnet, die für einen Einsatz in einem sogenannten Ex-Bereich geeignet ist. Die Analogausgabeeinheit 1 umfaßt im wesentlichen eine an einen Systembus SYB einer speicherprogrammierbaren Steuerung ange­ schlossene Microcontroller-Einheit 2, einen Modulator und De­ modulator 3, 4, einen ersten und einen zweiten Trennverstär­ ker 5, 6 und eine Sende- und Empfangseinrichtung 9. Die Microcontroller-Einheit 2 ist mit einem Controller 2a und mit einem A/D- und einem D/A-Wandler 7, 8 versehen und ist ins­ besondere zur Meßwertausgabe, zur Einstellung von Feldgeräte­ parametern und zur Diagnose des Feldgerätesignals (Aktor­ signals) vorgesehen. Der erste und zweite Trennverstärker 5, 6 ist mit Ein- und Ausgangsverstärkern 12a, 12b, 13a, 13b und mit Linearkopplern 14a, 14b versehen, die zur Potential­ trennung der Ex-Seite von der Nicht-Ex-Seite der Analog­ ausgabeeinheit 1 vorgesehen sind. Die Analogausgabeeinheit 1 ist über ein Leitungspaar La, Lb an ein intelligentes Feld­ gerät 10 angeschlossen, welchem über den ersten Trennverstär­ ker 5 und einen diesem Trennverstärker 5 nachgeschalteten Ausgangswiderstand 11 ein Sendesignal zuführbar ist. Dieses Sendesignal umfaßt ein analoges 4- bis 20-mA-Meßwertsignal und ein diesem Meßwertsignal überlagertes Kommunikations­ signal in Form eines frequenzmodulierten, eine erste und eine zweite Frequenz aufweisenden Kommunikationssignals, welches z. B. zur Meßbereichseinstellung des Feldgerätes 10 vorge­ sehen ist, wobei eine der beiden Frequenzen einer Bitinforma­ tion 0 und die andere einer Bitinformation 1 entspricht. Ein Empfangssignal (Aktorsignal), welches das Feldgerät 10 über den zweiten Trennverstärker 6 und über eine diesem zweiten Trennverstärker 6 nachgeschaltete Filtereinheit in Form eines Kondensators 12 dem Demodulator 4 zuführt, besteht lediglich aus dem frequenzmodulierten Kommunikationssignal und ist z. B. zur Anzeige des Status des Feldgerätes 10 vorgesehen. An den ersten Trennverstärker 5 ist an einem Verbindungspunkt 15 sowohl der Microcontroller 2a über den D/A-Wandler 7 als auch über eine Filtereinheit in Form eines Koppelkondensators 16 der Modulator 3 angeschlossen, wodurch über diesen Verbin­ dungspunkt 15 dem Trennverstärker 5 das Sendesignal des Microcontrollers 2a als auch das durch den Koppelkondensator 16 eingekoppelte, frequenzmodulierte Kommunikationssignal des Modulators 3 zuführbar ist. Dazu erzeugt der Modulator 3 aus einer Binärinformation in Form einer Bitinformation 0 oder 1, welche in einer Sendebetriebsart z. B. zur Einstellung von Geräteparametern im Feldgerät 10 vorgesehen ist und welche der Microcontroller 2a einer Sendeeinrichtung der Sende- und Empfangseinheit 9 zuführt, ein frequenzmoduliertes Kommunika­ tionssignal, welches der Koppelkondensator 16 einkoppelt und dadurch dem analogen Meßwertsignal überlagert. Das analoge Meßwertsignal erzeugt der D/A-Wandler 7 aus einem einem aus­ zugebenden Meßwert entsprechenden, durch den Microcontroller 2a erzeugten digitalen Binärsignal, wobei der D/A-Wandler 7 dieses Binärsignal in ein analoges 4- bis 20-mA-Meßwertsignal umsetzt.

In einer Empfangsbetriebsart schaltet der zweite Trenn­ verstärker 6 über den A/D-Wandler 8 dem Microcontroller 2a das Empfangssignal zu Diagnosezwecken auf und führt ferner das Empfangssignal dem Kondensator 12 zu. Der Kondensator 12 koppelt das frequenzmodulierte Kommunikationssignal aus dem Empfangssignal aus, das der Demodulator 4 demoduliert und einer Empfangseinrichtung der Sende- und Empfangseinheit 9 zuführt, welche die entsprechende Bitinformation 0 oder 1 ermittelt, die der Microcontroller 2a auswertet.

Claims (2)

1. Analogausgabeeinheit, an die ein Feldgerät (10) über ein Leitungspaar (La, Lb) anschließbar ist, über welches ein Emp­ fangssignal in Form eines frequenzmodulierten Kommunikations­ signals oder ein Sendesignal übertragbar ist, das einen Meß­ wert in Form eines Analogsignals und/oder ein frequenzmodu­ liertes Kommunikationssignal umfaßt, wobei eine Micro­ controller-Einheit (2) aus einem Digitalwert das dazugehörige Analogsignal erzeugt und wobei Sendemittel (3, 9, 16) das frequenzmodulierte Kommunikationssignal aus einer Bitinforma­ tion 0 oder 1 und Empfangsmittel (4, 9, 11) aus dem frequenz­ modulierten Kommunikationssignal die Bitinformation 0 oder 1 erzeugen, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Analogausgabeeinheit (1) mit einem ersten Trenn­ verstärker (5) versehen ist, welchem das Sendesignal der Microcontroller-Einheit (2) und das frequenzmodulierte Kom­ munikationssignal der Sendemittel (3, 9, 16) zuführbar ist,
• - daß die Analogausgabeeinheit (1) mit einem zweiten, den Empfangsmitteln (4, 9, 11) vorgeschalteten Trennverstärker (6) versehen ist, welchem das Empfangssignal des Feld­ gerätes (10) zuführbar ist.

2. Analogausgabeeineit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß die Sendemittel (3, 9, 16) einen Modulator (3) und eine nachgeschaltete Filtereinheit (16) aufweisen, welche das frequenzmodulierte Kommunikationssignal einkoppelt und dem ersten Trennverstärker (5) zuführt, und
• - daß die Empfangsmittel (4, 9, 11) einen Demodulator (4) und eine nachgeschaltete Filtereinheit (11) aufweisen, welche das frequenzmodulierte Kommunikationssignal auskoppelt.