CN101896795A - 用于传输电能和信息的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在初级侧(1)和次级侧(2)之间传输电能和数据的装置。根据本发明，在初级侧(1)和次级侧(2)之间提供至少一个传输单元(3)；在次级侧(2)提供至少一个第一数据信道(6)，其具有至少一个地址；在初级侧(1)提供至少一个频率控制单元(4)，该频率控制单元(4)相应于要传输的数据和/或相应于至少第一数据信道(6)的地址而调节传输单元(3)的工作频率；在次级侧(2)提供至少一个负载调节单元(5)，该负载调节单元(5)相应于要传输的数据和/或相应于至少第一数据信道(6)的地址而调节在次级侧(2)上施加于传输单元(3)的电负载。

Description

用于传输电能和信息的装置

技术领域

本发明涉及一种用于在初级侧和次级侧之间传输电能和数据的装置。

背景技术

在现代过程及自动化技术中，使用一系列测量仪表或数据记录仪表，以监视或控制过程或者记录事件。如果介质或待监控的过程位于有爆炸危险的区域中，那么往往需要流电隔离，但是必须能够通过该流电隔离将能量和信息或数据传输至位于有爆炸危险的区域中的现场设备。

在现有技术中，为此已知多种方案；例如参见DE 2 321 900、EP 0977 406 A1或EP 0 927 982 B1。然而，它们非常复杂且昂贵。另一方案是通过变压器传输所需的能量并且通过光耦传输数据，其中，在流电隔离的每一侧上都使用相应的单元，以实现双向数据传输。这种“安全隔离”耗费相当多的空间，并且由于器件需求增加而也是较为昂贵的。

往往在实际的有爆炸危险的过程中存在大量测量仪表或现场设备，它们必须被相应地供电或者必须与它们进行通信。如果每一现场设备都需要其自身的供电设备或通信设备，那么这同样会引起高成本以及空间消耗。

发明内容

本发明的目的是提供在有爆炸危险的区域和没有爆炸危险的区域之间的流电隔离，通过该流电隔离可以传输信息和能量并且它还允许在次级侧连接大量现场设备。

本发明通过以下特征实现该目的：在初级侧和次级侧之间提供至少一个传输单元；在次级侧提供至少一个第一数据信道，其具有至少一个地址；在初级侧提供至少一个频率控制单元，该频率控制单元相应于要传输的数据和/或相应于至少第一数据信道的地址而调节传输单元的工作频率；在次级侧提供至少一个负载调节单元，该负载调节单元相应于要传输的数据和/或相应于至少第一数据信道的地址而调节在次级侧上施加于传输单元的电负载。

于是，本发明的思想在于，信息通过工作频率的调制而从初级侧传输至次级侧，并且从次级侧到初级侧的负载变化用于传输数据。为了连接大量信道(即，连接大量现场设备或现场设备的组成零件)，提供编址。通过编址，可以针对性地起动单独信道或者在初级侧获得有关信息来自哪一数据信道的信息。也就是，通过编址或者地址，给出了数据/信息和源或接收方的唯一配属性。

在一个实施例中，在次级侧存在至少一个第一数据信道和至少一个第二数据信道，每一信道都具有至少一个其自身的地址。通过大量数据信道，大量现场设备可以连接至一个接口，其中，通过它们的地址，实现更为安全的数据配属。

在一个实施例中，第一数据信道和第二数据信道彼此流电隔离。优选地，传输单元自身制造了在初级侧和次级侧之间的流电隔离。进一步，在这个实施例中，次级侧上的至少两个数据信道彼此流电隔离。对于其他数据信道也是如此。

在一个实施例中，频率控制单元相应于待传输的数据和/或相应于数据所指定到的数据信道的地址而调节传输单元的工作频率；负载调节单元相应于待传输的数据和/或相应于数据所发源自的数据信道的地址而调节在次级侧上施加于传输单元的电负载。于是，在这个实施例中，在次级侧上提供大量数据信道，它们例如用于相应的多个现场设备的供电或通信。在数据通讯中，优选地传输数据所指定到的或者数据所发源自的数据信道的地址。在一个实施例中，当例如涉及通常有益的声明时，可以省略传输地址。于是，在这个实施例中，特别地，在初级侧仅仅有一个连接，其同样允许向次级侧上的至少两个单元供电或者与其通信。

在一个实施例中，只有在之前通过传输单元对初级侧编址之后，第一数据信道才经由传输单元传输数据。特别是关于负载变化，这是需要的，以明确不是所有数据信道同时发送或者同时改变负载。这在这里通过以下特征得到防止：只有之前已经由初级侧响应的数据信道发送或传输数据。换言之，只有已经有查询指向的数据信道才得到通知并给出应答。

在一个实施例中，传输单元实现在初级侧和次级侧之间的流电隔离。

在一个实施例中，负载控制单元为了传输数据和/或地址而边沿陡峭地和/或短时间地改变负载。

在一个实施例中，传输单元包括至少一个变压器。

在一个实施例中，待传输的数据至少是测量值和/或测量参数。

在一个实施例中，至少第一数据信道和/或第二数据信道具有至少一个蓄能器。这里，蓄能器优选地用于存储电能，并且在最简单的情况中至少部分地是电容器。由于从次级侧到初级侧的通信是通过负载的调制而进行的，所以这个实施例考虑了与特定数据信道相连的现场设备可以引起负载变化。然而，这个负载变化源于现场设备的操作并且不应被解读为要从初级侧传输的信息。于是，蓄能器阻止了现场设备可能的负载变化。

附图说明

现在根据附图详细解释本发明，附图中：

图1是本发明的装置的示意图；和

图2是本发明的装置的详细实施方式。

具体实施方式

图1示意性显示了根据本发明的结构，通过它可以经由单一的流电隔离的接口实现数字的双向数据流(例如，用于参数化或读出测量信道)。这里，传输单元3位于初级侧1和次级侧2之间。这里，初级侧和次级侧可以例如在是否有爆炸危险方面不同。例如，这里的初级侧1是没有爆炸危险的一侧。于是，在这一侧上有例如电源和/或控制台和/或类似的控制系统或参数化输入系统。于是，通常初级侧1不是实际过程的一侧并且不是待监控或待测量的过程所处的区域。这里，过程位于次级侧2上。

这里在次级侧2上可以例如放置两个不同的传感器(例如，温度传感器和根据雷达原理的料位测量仪表)作为现场设备8的例子，它们必须被供电。这里，这种供电可以经由传输单元3进行。然而，必须还发生信息或数据业务。这例如是次级侧2上的各个测量仪表向初级侧1(例如，向控制室)传输它们的测量值或由此得到的变量所需要的。反过来，在给定的情况中，需要将测量参数或其他值从初级侧1传输至次级侧2，以控制测量。在这种情况中，特别地需要在初级侧1和次级侧2之间存在流电隔离。这种流电隔离在这里通过变压器3完成。

从初级侧1到次级侧2的数据传输如下进行：通过相应地在初级侧1上提供的频率控制单元4，相应于待传输的信息而改变变压器3的工作频率(FSK，频移键控)。于是，例如可以使用两种不同频率范围，一个用于逻辑1，另一个用于逻辑0。然而，依赖于工厂的复杂度，还可以传输其他信息。

从次级侧2到初级侧1的数据传输通过短时改变次级侧2上的负载而实现。也就是，在初级侧1上确定存在增加的电流需求。这个负载变化在初级侧1上得到检测并且同样相应地以逻辑信号得到传输。

在次级侧2上有两条不同的数据信道6、7，其例如用于与两个不同的测量系统相连。在另一实施方式中，提供多于两条或少于两条的数据信道。为了能够将数据配属于单独的数据信道，例如在每次数据传输之前，传输相关的或响应的信道的地址。于是，将数据/信息所指定到的数据信道的地址从初级侧1传输到次级侧2。反过来，在从次级侧2向初级侧1传输的情况中，总是传输发送信息的信道的地址。在另一变型中，如果需要，当涉及发源自多个数据信道的信息或者实际上是有关系统的综述的信息时，或者在从初级侧1到次级侧2的信息要在大量信道上同时传输的情况中，省略了地址的传输。除了在初级侧1和次级侧2之间的流电隔离之外，优选地在两条数据信道6、7之间也构成流电隔离。

在一个实施例中，为了多个信道6、7不同时经历负载变化，只有之前已经从初级侧1接收了相应请求信号的数据信道或者此外从初级侧1处编址的数据信道被允许响应。于是，提供了主从结构，其总是选择一条信道用于发送。

图2显示了根据本发明的结构的一些细节。为了从初级侧1向次级侧2的数据传输，提供FSK调制器10和推挽驱动器17。二者允许对传输单元3的工作频率进行调制，以在其上叠加相应的信息或数据。这个传输的数据在次级侧2上被FSK解调器11过滤出来并且作为串行数据流提供给所配属的数据信道6、7的相应设备。

从次级侧2到初级侧1的数据传输在这里如下实现：通过在相应数据信道中的开关，接通一附加负载14，其引起在变压器3的次级侧上的短时负载增加。在初级侧1上，反过来电流被分接或被电流传感器18测量并且经由微分元件19和信号成形器20馈送至例如分析单元，其中信号成形器从微分元件19的短脉冲产生串行数据流，分析单元相应地从这个负载变化中过滤出待传输的信息或数据或者数据所发源自的数据信道的地址。为了避免与各个数据信道6、7相连的现场设备8的负载变化被理解为待传输的信息或者在初级侧1上的地址，这里向每一数据信道6、7提供蓄能器16，其缓冲现场设备8所需的能量。在所示情况中，蓄能器是电容器，其在这里是滤波单元15的部件。

在一个实施例中，数据传输首先传输关于数据所发源自的或者数据所指定到的数据信道6、7的相应地址的信息，并且之后才传输实际数据。对于传输使用相应的协议，其在一个实施例中提供地址的传输，即，数据和地址总是在一个分组中被传输。地址和信息在传输中的顺序可以任意确定。

这里，根据本发明的装置例如在设备内部实现。在一个实施例中，它放置在电路板上。或者它是特殊设备，作为接口用于在两个区域之间或者在初级侧和次级侧之间的连接。

附图标记列表

1  次级侧

2  初级侧

3  传输单元

4  频率控制单元

5  负载调节单元

6  第一数据信道

7  第二数据信道

8  现场设备

10 FSK调制器

11 FSK解调器

12 整流器

13 阻挡层

14 附加负载

15 滤波器

16 蓄能器

17 推挽驱动器

18 电流传感器

19 微分器

20 信号成形器

Claims (10)

1.用于在初级侧(1)和次级侧(2)之间传输电能和数据的装置，

其特征在于，

在所述初级侧(1)和所述次级侧(2)之间提供至少一个传输单元(3)；

在所述次级侧(2)上提供至少一个第一数据信道(6)，该第一数据信道具有至少一个地址；

在所述初级侧(1)上提供至少一个频率控制单元(4)，该频率控制单元(4)相应于要传输的数据和/或相应于至少所述第一数据信道(6)的编址而调节所述传输单元(3)的工作频率；

在所述次级侧(2)上提供至少一个负载调节单元(5)，该负载调节单元(5)相应于要传输的数据和/或相应于至少所述第一数据信道(6)的地址而调节在所述次级侧(2)上施加于所述传输单元(3)的电负载。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，在次级侧(2)上存在至少一个第一数据信道(6)和至少一个第二数据信道(7)，每一信道都具有至少一个其自身的地址。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，第一数据信道(6)和第二数据信道(7)彼此流电隔离。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其中，频率控制单元(4)相应于要传输的数据和/或相应于数据所指定到的数据信道(6，7)的地址而调节传输单元(3)的工作频率；负载调节单元(5)相应于要传输的数据和/或相应于数据所发源自的数据信道(6，7)的地址而调节在次级侧(2)上施加于传输单元(3)的电负载。

5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中，只有在之前通过传输单元(3)从初级侧(1)编址之后，第一数据信道(6)才经由传输单元(3)传输数据。

6.根据权利要求1至5之一所述的装置，其中，传输单元(3)实现在初级侧(1)和次级侧(2)之间的流电隔离。

7.根据权利要求1至6之一所述的装置，其中，负载控制单元(5)为了传输数据和/或地址而边沿陡峭地和/或短时间地改变负载。

8.根据权利要求1至7之一所述的装置，其中，传输单元(3)包括至少一个变压器。

9.根据权利要求1至8之一所述的装置，其中，要传输的数据至少是测量值和/或测量参数。

10.根据权利要求1至9之一所述的装置，其中，至少第一数据信道(6)和/或第二数据信道(7)具有至少一个蓄能器(16)。

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