DE20107112U1

DE20107112U1 - Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten

Info

Publication number: DE20107112U1
Application number: DE20107112U
Authority: DE
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2001-07-05
Anticipated expiration: 2011-04-26

Description

ABB Patent GmbH 20. April 2001

Kallstadter Strassei 71700 MS/Kie

68309 Mannheim

Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten in verfahrenstechnischen Anlagen nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Bekannte Feldgeräte sind mittels einer mehradrigen Verbindungsleitung mit einer zentralen Einrichtung verbunden, wobei jedes Feldgerät über die Verbindungsleitung mit elektrischer Energie zu seinem Betrieb versorgt wird und mit der zentralen Einrichtung Daten austauscht.

Komplexe verfahrenstechnische Anlagen sind mit einer Vielzahl derartiger Feldgeräte ausgestattet. Dabei ist das Netz der Verbindungsleitungen für den Betreiber der Anlage ein erheblicher Kostenfaktor und darüber hinaus insbesondere im Zuge von Bauarbeiten Störungen durch Leitungsunterbrechungen ausgesetzt. Bei einer Leitungsunterbrechung ist das angeschlossene Feldgerät sowohl von dem Datenaustausch mit der zentralen Einrichtung abgeschnitten als auch von der Energieversorgung zu seinem Betrieb.

Zwar gelingt es, mit Hilfe von drahtlosen Kommunikationseinrichtungen, die jedem Feldgerät und der zentralen Einrichtung zugeordnet werden, den Datenaustausch unabhängig vom Netz der Verbindungsleitungen aufrechtzuerhalten, soweit die Feldgeräte weiterhin mit Energie versorgt sind. Jedoch sind die Feldgeräte bei Leitungsunterbrechungen von der Energiequelle getrennt.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und Mittel anzugeben, die eine vom Netz der Verbindungsleitungen unabhängige Energieversorgung der Feldgeräte gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Schutzanspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem rückbezogenen Anspruch genannt.

Die Erfindung geht davon aus, dass der Leistungsbedarf zur Versorgung derzeitiger Feldgeräte durch zunehmende Integration auf einige wenige Milliwatt reduziert ist.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, prozessual in der verfahrenstechnischen Anlage vorhandene, nicht-elektrische Energie in elektrische Energie umzusetzen und das Feldgerät mit dieser elektrischen Energie zu versorgen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Feldgerät mit einem thermoelektrischen Wandler auszustatten, mit dem die physikalische Größe Temperaturdifferenz zwischen zwei Medien verschiedener Temperatur in einen elektrischen Strom proportional zur Temperaturdifferenz umgesetzt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Feldgerät mit einem Speicher elektrischer Energie ausgestattet.

Die Erfindung macht sich zu Nutze, dass in Abhängigkeit von der Art der verfahrenstechnischen Anlage mindestens eine Quelle nicht-elektrischer Primärenergie dauerhaft zur Verfügung steht. Dabei wird unter dauerhafter Verfügbarkeit auch diskontinuierliche aber periodische Verfügbarkeit verstanden.

Bei diskontinuierlicher Verfügbarkeit der nicht-elektrischen Primärenergie wird die diskontinuierlich erzeugte elektrische Energie zur Versorgung des Feldgeräts während der Unterbrechung des Zuflusses der nicht-elektrischen Primärenergie im Feldgerät gespeichert. Damit ist die kontinuierliche unterbrechungsfreie Versorgung des Feldgeräts mit elektrischer Energie zu seinem Betrieb gewährleistet.

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Vorteilhafterweise kommt die Energieversorgung des Feldgeräts ohne elektrische Verbindungsleitungen von und zu einer zentralen Quelle elektrischer Energie aus. Die Verfügbarkeit der Feldgeräts ist damit unabhängig von Störungen durch Leitungsunterbrechungen. Darüber hinaus ist der erhebliche materielle Aufwand für ein Netz von elektrischen Verbindungsleitungen und dessen Wartung und Pflege insgesamt verzichtbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu ist in Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten 1 in verfahrenstechnischen Anlagen gezeigt.

In einem ersten Ausführungsbeispiel ist das Feldgerät 1 ein Messwertaufnehmer für die Temperatur eines in einer Rohrleitung 2 geführten Prozessmediums, das in Figur 1 durch einen Pfeil 3 dargestellt ist. Die Temperatur des Prozessmediums 3 unterscheidet sich signifikant von der Umgebungstemperatur.

Das Feldgerät 1 weist einen Messumformer 11 auf, an den ein Temperaturfühler 13 angeschlossen ist, der durch die Wand der Rohrleitung 2 in das Prozessmediums 3 hineinragt und von diesem umspült wird. Darüber hinaus ist das Feldgerät 1 mit einer Kommunikationseinrichtung 12 zum Datenaustausch mit einer nicht dargestellten zentralen Einrichtung ausgestattet. Die Kommunikationseinrichtung 12 ist mit dem Messumformer 11 verbunden und zur drahtlosen Kommunikation mit der zentralen Einrichtung geeignet. Dazu weist die Kommunikationseinrichtung 12 eine Antenne 121 auf.

Der Messumformer 11 und die Kommunikationseinrichtung 12 weisen in Figur 1 durch Kreuze gekennzeichnete Anschlüsse zur Stromversorgung auf.

Das Feldgerät 1 ist mit einem thermoelektrischen Wandler 14 ausgestattet, mit dem die physikalische Größe Temperaturdifferenz zwischen zwei Medien verschiedener Temperatur in einen elektrischen Strom proportional zur Temperaturdifferenz umgesetzt wird.

Der thermoelektrischen Wandler 14 weist eine erste Fühlstelle 141 und eine zweite Fühlstelle 142 auf. Die erste Fühlstelle 141 liegt auf Umgebungstemperatur. Dabei

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kann die erste Fühlstelle 141 innerhalb oder außerhalb des Feldgeräts 1 angeordnet sein. Die zweite Fühlstelle 142 ragt wie der Temperaturfühler 13 durch die Wand der Rohrleitung 2 in das Prozessmediums 3 hinein und wird von diesem umspült. Dabei befindet sich die zweite Fühlstelle 142 auf dem Temperaturniveau des Prozessmediums 3, das sich signifikant von der Umgebungstemperatur unterscheidet.

Die erste und zweite Fühlstelle 141 und 142 sind als Thermoelemente (richtig so???) ausgeführt, die in Reihe geschaltet sind. In Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur an der ersten Fühlstelle 141 und der Temperatur des Prozessmediums 3 an der zweiten Fühlstelle 142 und der Materialauswahl der Thermoelemente stellt sich an den freien Anschlüssen des thermoelektrischen Wandlers 14 eine Thermospannung ein, die zur Energieversorgung des Feldgeräts 1 geeignet ist. Dazu sind die freien Anschlüsse des thermoelektrischen Wandlers 14 mit den durch Kreuze gekennzeichneten Anschlüssen zur Stromversorgung des Messumformers 11 und der Kommunikationseinrichtung 12 verbunden.

Aus verfahrenstechnischen Gründen wird die Temperatur des Prozessmediums 3 auf einem im wesentlichen konstanten Niveau gehalten. Damit steht an den freien Anschlüssen des thermoelektrischen Wandlers 14 permanent eine im wesentlichen konstante Thermospannung zur Energieversorgung des Feldgeräts 1 zur Verfügung.

Darüber hinaus ist das Feldgerät 1 mit einem Energiespeicher 15 ausgestattet. Der Energiespeicher 15 ist parallel zu den freien Anschlüssen des thermoelektrischen Wandlers 14 geschaltet. Dabei kann vorgesehen sein, den Energiespeicher 15 als Akkumulator auszuführen. In einer alternativen Ausgestaltung kann der Energiespeicher 15 als hochkapazitiver, verlustarmer Kondensator ausgeführt sein.

Insbesondere für Feldgeräte 1 mit einem Messwertaufnehmer für die Temperatur, die regelmäßig diskontinuierlich gemessen wird, ist durch den Energiespeicher 15 temporär eine höhere Energie verfügbar als kontinuierlich durch den thermoelektrischen Wandler 14 zur Verfügung gestellt wird.

In Figur 2 ist unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei ist das Feldgerät 1 ein Messwertaufnehmer für den Durchfluss eines Prozessmediums, das in Figur 2 durch einen Pfeil 3 dargestellt

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ist, durch eine Rohrleitung 2. Die Temperatur des Prozessmediums 3 unterscheidet sich signifikant von der Umgebungstemperatur.

Dazu ist an den Messumformer 11 ein Durchflussfühler 16 angeschlossen. Je nach Bauart des Durchflussfühlers 16 ragt dieser, wie in Figur 2 dargestellt, durch die Wand der Rohrleitung 2 in das Prozessmediums 3 hinein und wird von diesem umspült oder ist in die Wand der Rohrleitung 2 integriert.

Der weitere Aufbau des Feldgeräts 1 und dabei insbesondere der thermoelektrische Wandler 14 und der Energiespeicher 15 ist identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel.

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BezugszeicheniJste

1 Feldgerät

11 Messumformer

12 Kommunikationseinrichtung 121 Antenne

13 Temperaturfühler

14 thermoelektrischer Wandler 141, 142 Fühlstelle

15 Energiespeicher

16 Durchflussfühler

2 Rohrleitung

3 Prozessmedium

Claims

1. Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten in verfahrenstechnischen Anlagen, die mit einer drahtlosen Kommunikationsschnittstelle zum Datenaustausch mit einer zentralen Einrichtung ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (1) mit einem thermoelektrischen Wandler (14) ausgestattet ist, mit dem die physikalische Größe Temperaturdifferenz zwischen zwei Medien verschiedener Temperatur in einen elektrischen Strom proportional zur Temperaturdifferenz umgesetzt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (1) mit einem Speicher (15) elektrischer Energie ausgestattet ist.