CN106068479B - 自动化技术现场设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有至少两个连接端子(2)的自动化现场设备(1)，两线线路(3)或四线线路(3)可连接至连接端子(2)，使得经由连接端子(2)向现场设备(1)供应回路电流(4)，其中提供安全设备(5)用于确保现场设备(1)的电磁兼容性和/或防爆，其中每个连接端子(2)经由各自的线路(6)连接到安全设备(5)，并且其中围绕所述线路布置至少一个电流传感器(7)，所述电流传感器以流电隔离方式读取安全设备(5)或安全设备(5)的部件与连接端子(2)之间的两条线路(6a，6b)中的至少一条内的回路电流(4)。

Description

自动化技术现场设备
技术领域
本发明涉及自动化技术中的现场设备。
背景技术
用于获取和/或修改过程变量的现场设备常常用于过程自动化技术中。例如料位测量装置、流量计、压力和温度测量装置、pH氧化还原电位计、电导率仪等的传感器用于记录相应的过程变量，例如料位、流量、压力、温度、pH值和电导率。诸如，例如阀门或泵的激励器用于影响过程变量。因此，可以借助于激励器来改变管道内的液体流速或容器内的料位。通常，现场设备指面向过程并且提供或编辑过程相关信息的全部设备。除上述传感器和激励器以外，直接连接到现场总线并用于与上级单元通信的单元，例如，比如远程I/O、网关、链路设备和无线适配器，通常也称为现场设备。恩德斯-豪斯集团公司生产并销售大量这样的现场设备。
这样的现场设备将物理或化学测量值转换为对应于测量值并可经由两线线路传送的模拟输出信号。同样为了也在安全关键应用中操作现场设备，这些现场设备必须符合某种规范。为此目的，更具体地，国际标准IEC/EN 61508作为如现场设备的“安全仪表系统”(缩写为SIS)的规范、设计和操作的基础。作为基础标准的IEC/EN 61508使用基于风险评估的方案：
根据风险做出评估，基于该评估确定具有安全功能的部件和系统最终要求的“安全完整性等级”(缩写为SIL)。
这些SIL等级组件和系统应该将如现场设备的设备存在的风险降低至可接受的等级或“可容许风险”。在这点上，特别是，被检测到的不确定的错误对“可容许风险”产生不利影响。
为增强安全性，即最小化现场设备的“可容许风险”，必须读取经由两个连接端子输出或有待传送并且反馈入两线电缆的模拟输出信号。在已知的现有技术的现场设备中，这通常通过分流电阻器来实现，分流电阻器被提供用于测量现场设备的电流。这个分流电阻器位于全部防爆和/或EMC(电磁兼容性)设备(measures)之后的现场设备内。因而，故障防爆和/或EMC设备引起的故障电流可能未被检测到并且导致在确定“可容许风险”时检测到不确定的错误。
因此，本发明的目的是优化被传送的模拟输出信号的读取。
发明内容
根据本发明，该目的通过自动化技术的现场设备来实现，其中，现场设备包括至少两个连接端子，两线线路或四线线路能够连接至该连接端子，以使得经由连接端子向现场设备供应回路电流，其中，提供安全设备，该安全设备用于确保现场设备的电磁兼容性和/或防爆安全，其中每个连接端子经各自的一条线路连接到安全设备，并且，其中，提供围绕所述线路布置的至少一个电流传感器，该至少一个电流传感器以流电隔离方式读取安全设备或安全设备的部件与连接端子之间的两条线路中的至少一条内的回路电流。
因此，本发明用流电隔离电流传感器代替分流电阻器，该流电隔离电流传感器读取安全设备与连接端子之间的两条线路中的一条内的回路电流。因而，在理想情况下，用于读取的电流传感器被安置直接并紧挨在连接端子之后，并且在现场设备的全部EMC和防爆设备或安全设备之前。在一些情况下，使电流传感器位于现场设备的至少部分安全设备之前，在技术上是不可行的。如上所述，现场设备可以作为传感器和激励器。毫无疑问，本发明涉及现场设备的两种实施例。
优选实施例设置电流传感器是电感性和/或电容性电流传感器。基于下列技术的电流传感器特别适合作为电感性电流传感器：
- C-型电流换能器
- 闭环霍尔效应
- Eta技术
- 隔离放大器技术
- IT-型闭环
- 开环霍尔效应
- PRiME
优选实施例提供在线路和电流传感器之间设置隔离装置，在达到预定电压时，该隔离装置防止电弧。
优选实施例提供：电流传感器相对于线路的距离规范符合用于爆炸危险区域的标准IEC DIN EN 60079的2012版。
附图说明
参考附图进一步说明本发明，附图如下：
图1：根据现有技术设计的现场设备，
图2：根据本发明的现场设备的第一实施例，以及
图3：根据本发明的现场设备的第二实施例。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术设计的现场设备。图中示出了自动化技术的现场设备的基本设计。化学或物理量13被传送到传感器元件12，传感器元件12将化学或物理量13转换为电信号。以这种方式生成的模拟测量信号接下来被提供给计算单元，例如微处理器11。通常，为此目的，模拟测量信号被数字化，例如通过模/数转换器(未示出)。如果需要，则在计算单元11中，测量信号根据线性化和温度历程被校正。对应于测量值的回路电流的模拟设置点由计算单元11生成并被提供给控制电路，以用于设置现场设备1所连接到的两线线路3(替选地是四线线路)中的回路电流4。两个连接端子2(替选地是四个连接端子)用于连接现场设备1。回路电流4经由第一连接端子2a、安全设备5、分流电阻器10、可选地经由激励器9并且再次经由安全设备5流回至第二连接端子2b。此处通过示例的方式示出安全设备5，并且其具体形式可以包括EMC设备和防爆设备，EMC设备也就是电磁兼容设备，防爆设备也就是与防爆指南相关的设备。
激励器9可以仅仅是晶体管，由计算单元11向激励器9提供第一控制信号14并由分流电阻器10向激励器9提供第二控制信号15。分流电阻器10通常由精密电阻器实现。与回路电流4成比例的分流电阻器10两端的压降被提供给计算单元11，并且在那里用于在激励器9被相应驱动的情况下根据回路电流的设置点确定控制偏压。激励器9是仅在现场设备充当传感器的情况下存在的可选部件。在现场设备充当激励器的情况下，为了将回路电流用作控制值，由于经由分流电阻器只读取回路电流，因此不需要激励器9和传感器元件12。
图2示出了根据本发明的现场设备的第一实施例。图2中的现场设备被设计为传感器，并因此包括传感器元件12。过程变量或物理量13被提供给传感器元件12并根据对图1的描述中所讲的那样被处理。根据本发明，图2中的现场设备包括电流读取装置，其以流电隔离(galvanically isolated)的方式读取回路电流4并经由读出信号16把读取的值返回至计算单元11。因此，电流传感器7不是线路的一部分并且不集成到线路6中，但是围绕线路6布置。在图2中，由电流传感器7围绕的连续线路6由虚线指示。因此，在达到预定电压或击穿电压/故障电压之前，在电流传感器7和线路6之间没有电流流过。具体地，回路电流4不经过电流传感器7。这样，电流传感器7围绕线路6布置，使得因其技术构造而无接触地读取回路电流4。
理论上，电流传感器7可以是光、电感性或电容性电流传感器。电感性和/或电容性电流传感器已被证明是特别有利的，这是因为不必向它们提供额外的能量，如同在光耦合的情形下。基于下列技术的电流传感器7特别适合于作为电感性电流传感器7：
- C-型电流换能器
- 闭环霍尔效应
- Eta技术
- 隔离放大器技术
- IT-型闭环
- 开环霍尔效应
- PRiME
另外，电流传感器7包括隔离装置8，位于线路3和电流传感器7之间，因此，在达到预定电压时，电弧被阻止。
为了允许在爆炸危险区域中使用现场设备1，可以设置电流传感器相对于线路的距离规范符合用于爆炸危险区域的标准IEC DIN EN60079的2012版。该标准设置了用于各种电压范围的适当距离。现在为了确保电路的预定电压，隔离装置必须被设计为使得在达到该预定电压时防止电弧。由此，必须符合线路6和电流传感器7之间的技术实现的距离规范。
在图2中示出的实施例中，安全设备5的全部元件均位于电流读取设备之后，使得电流读取设备7被布置在连接端子2和安全设备5之间。
图3示出了根据本发明的现场设备1的第二实施例。图3中的现场设备被设计为传感器，并且因此包括传感器元件12。过程变量或物理量13被提供给传感器元件12并根据图1的附图描述中所讲的那样被处理。与图2中描述的实施例相对比，在图3中的实施例中，安全设备5a的部件位于电流传感器7之前，安全设备5b的部件位于电流传感器7之后。例如，代表安全设备5的部件并被用于在受到雷击情况下释放峰值电流的气体放电管可以位于电流传感器7之前，以防止电流传感器7过载。
附图标记列表
1 现场设备
2 连接端子
3 两线或四线
4 回路电流
5 安全设备
6 连接端子与安全设备之间的线路
7 电流传感器
8 隔离装置
9 激励器
10 分流电阻器
11 计算单元，例如微处理器
12 传感器元件或激励器元件
13 物理量或过程变量
14 第一控制信号
15 第二控制信号
16 读出信号

Claims (4)

1.一种自动化技术的现场设备，该现场设备具有：
至少一个电流传感器；
至少两个连接端子，两线线路或四线线路能够连接至所述连接端子，以使得经由所述至少两个连接端子向所述现场设备供应回路电流，
计算单元，所述计算单元适于产生所述回路电流的设置点；
安全设备，所述安全设备用于确保所述现场设备的电磁兼容性和/或防爆安全，其中，
所述至少两个连接端子中的每一个经由各自的一条线路连接到所述安全设备，以及
围绕所述线路布置所述至少一个电流传感器，所述电流传感器用于以流电隔离方式读取所述安全设备或所述安全设备的部件与所述连接端子之间的线路中至少一条内的回路电流，并且经由读出信号把所读取的值返回到所述计算单元，其中
所述计算单元经由来自所述至少一个电流传感器的所述读出信号从所述回路电流的所述设置点确定控制偏压。
2.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述电流传感器是电感性和/或电容性电流传感器。
3.根据权利要求1或2所述的现场设备，其中，在被读取的所述线路与用于读取的所述电流传感器之间提供隔离装置，在达到预设电压时，所述隔离装置防止电弧。
4.根据权利要求1或2所述的现场设备，其中，用于读取的所述电流传感器相对于被读取的所述线路的距离规范符合用于爆炸危险区域的标准IEC DIN EN 60079的2012版。
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