CN110574229B - 自动化现场设备 - Google Patents

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Abstract

自动化技术的现场设备(1)，包括：至少部分金属的壳体(2)，其具有至少一个壳体开口(3)；设置在壳体内的现场设备电子器件(4)；电缆密封压盖(5)，其位于壳体开口(3)，其中，至少一根电缆(6)通过电缆密封压盖(5)延伸到壳体(2)中并被连接到现场设备电子器件(4)，使得可以经由电缆(6)有线地发生与现场设备电子器件(4)的通信；用于发射或接收具有至少一个确定波长的电磁波的天线(7)，其中天线(7)以天线(7)至少部分地围绕电缆(6)的方式位于电缆密封压盖(5)中，并且天线(7)经由同轴电缆(8)与现场电子器件(4)连接，使得可以经由天线(7)无线地发生与现场设备电子器件(4)的通信。

Description

自动化现场设备
技术领域
本发明涉及一种自动化技术的现场设备以及用于现场设备的电缆密封压盖(cable gland)。
背景技术
在自动化技术中，尤其是在过程自动化技术中，通常安装用于确定、优化和/或影响过程变量的现场设备。用于登记过程变量的是诸如，例如，料位测量设备、流量测量设备、压力和温度测量设备、电导率测量设备等的传感器，其登记相应的过程变量、料位、流量、压力、温度和电导率。用于影响过程变量的是诸如，例如，阀或泵的致动器，经由该致动器可以改变管道、管或管线部分中的液体的流动或容器中的填充水平。原则上，被称为现场设备的是应用于过程附近并且传递或处理过程相关信息的所有设备。结合本发明，术语现场设备因此也指远程I/O(电接口)、无线电适配器、以及通常设置在现场水平的设备。大量此类现场设备由Endress+Hauser公司制造和销售。
在现代工业设施中，现场设备通常经由现场总线与上级单元连接。通常，上级单元是控制系统或控制单元，诸如，例如PLC(可编程逻辑控制器)。除了事情外，上级单元用于过程控制、过程可视化、过程监视以及现场设备的启动。由现场设备，特别是由它们的传感器登记的过程变量或数据，经由连接的现场总线被发送到一个上级单元，或者在给定的情况下甚至是多个上级单元。此外，还需要从上级单元经由总线系统到现场设备的数据传输；这可以用于例如诊断目的。通常，现场设备经由现场总线从上级单元服务。
除了有线数据传输之外，在这种现场设备的情况下，还必须越来越多地提供数据可以被无线发送的机会。例如，可以将过程数据即，基本测量值发送到上级单元，或者甚至可以通过例如，平板电脑、智能电话等的移动单元使得能够现场设备的参数化。为了能够实现无线数据传输，现场设备必须配备相应的无线电天线，其适于发射和接收电磁波。
然而，现场设备配备无线电天线具有以下问题，现场设备壳体通常由导电材料，尤其是金属制成，这意味着电磁波要么大大衰减，要么可能根本不能通过壳体。这反过来导致用于与现场设备进行无线数据传输的无线电信号的范围非常小。
为了实现更大范围的无线电信号，例如在DE 10 2014 118 391 A1中，提供了一种现场设备，在该现场设备的情况下，从布置在现场设备内的主天线发射的电磁波被耦合到壳体内的第一辅天线，然后从第一辅天线发射到远离壳体的第二辅天线，以便然后从第二辅天线外耦合。在这种情况下，从壳体内部到壳体外部的传输借助于导波发生，其损耗低于自由波。在这种情况下，辅天线被放置在电缆密封压盖中。在DE 10 2014 118 391 A1中描述的解决方案中的缺点是必须彼此适配的由多个单独天线组成的复杂结构，并且其中集成有辅天线的电缆密封压盖仅用作盲插头，且不再可用于导向电缆的实际预期用途。
因此，本发明的目的是弥补这种情况。
发明内容
本发明的目的是通过自动化技术的现场设备来实现的，包括：
-至少部分金属的壳体，其具有至少一个壳体开口；
-设置在壳体内的现场设备电子器件；
-电缆密封压盖，其位于壳体开口，其中，至少一根电缆通过电缆密封压盖延伸到壳体中并与现场设备电子器件连接，使得可以经由电缆有线地发生与现场设备电子器件的通信；
-用于发射和/或接收具有至少一个确定波长的电磁波的天线，其中天线以天线至少部分地围绕电缆的方式位于电缆密封压盖中，并且天线经由同轴电缆与现场设备电子器件连接，使得经由天线无线地发生与现场设备电子器件的通信。
因此，根据本发明，提供了将天线具化并将它以天线至少部分地围绕电缆的方式引入电缆密封压盖中。在这种情况下，天线以适合于预确定的频率或波长的方式来实施。例如，用于近场通信的常用频率通常在2.4GHz(WLAN、蓝牙、ANT)。因此，例如，作为相应天线结构的结果，天线可以以天线用于根据蓝牙标准IEEE 802.15或例如，蓝牙LE(低能量)的其修改的变体来发射数据的方式来实施。
本发明的有利的进一步发展提供了，天线基于柔性基板，尤其是柔性印刷电路板被实施，并且以柔性基板靠在电缆密封压盖的内壁上或者结合在内壁中的方式被引入到电缆密封压盖中。特别地，进一步发展可以提供的是，柔性基板包括聚酰亚胺。
本发明的替代的进一步发展提供了，天线基于金属导线，尤其是柔性导线被实施，并且以金属导线靠在电缆密封压盖的内壁上或者结合在内壁中的方式位于电缆密封压盖中。
本发明的另一有利的进一步发展提供了，电缆密封压盖的内壁具有腔体，其以当天线靠在内壁上时，天线至少部分地由腔体容纳和固定的方式来实施。
反过来，另一有利的进一步发展提供了，电缆密封压盖包括PG电缆密封压盖，尤其是M20 PG电缆密封压盖。
附图说明
现在将基于附图更详细地解释本发明，附图的唯一图示如下：
图1是本发明的现场设备的实施例。
具体实施方式
图1示出了本发明的现场设备1的实施例，其包括金属壳体2，其中布置现场设备电子器件4。现场设备电子器件4以具有连接端子，经由该连接端子可以连接例如双线电缆12甚至四线电缆12的电缆6的方式被实施。经由电缆6，现场设备电子器件4以及因此现场设备1被连接到上级单元(未示出)，以便通过导线将数据，尤其是参考测量值的数据通信到上级单元。根据现场设备1的具体实施例，电缆6可以被实施为双线线路12，使得数据以及用于能量供应的能量经由现场设备电子器件的总共两条线路来馈送，或者被实施为四线线路12，使得数据和能量经由现场设备电子器件4的总共四条线路来馈送。
为了能够将来自壳体2外部的电缆6引导到布置在壳体2中的连接端子13，金属壳体2具有壳体开口3。电缆密封压盖5安装在壳体开口3中，使得电缆6通过电缆密封压盖5被引入壳体2中。如已经指出的那样，在这种情况下，电缆密封压盖5可以以双线线路12或四线线路12形式的电缆6延伸到壳体2中的方式被实施。电缆密封压盖5优选地由塑料材料制成。电缆密封压盖5例如可以被实施为M20，即具有20mm的外径的PG电缆密封压盖。
位于电缆密封压盖5中的是用于接收和发射具有预确定波长或频率的电磁波的天线7。根据本发明，天线7以天线7在电缆密封压盖5的区域中至少部分地围绕电缆6的方式被布置。
例如，天线7可以基于具有天线结构14的柔性支撑材料或基板9来实施，使得天线7可以缠绕在电缆6上，并且具有缠绕其的天线7的电缆6在电缆密封压盖5中延伸并通过电缆密封压盖5。为了使天线7具有所需的弹性，选择天线结构14的支撑材料9的厚度，使得天线7的支撑材料9可以缠绕在电缆6上，以引入电缆密封压盖5中。天线7例如可以以柔性印刷电路板的形式被实施，在该情况下天线或天线结构被放置在柔性基板上。形成天线基座的柔性基板优选地包括聚酰亚胺。
基于柔性基板实施的天线7可以围绕电缆6并且靠在电缆密封压盖5的内壁10上或者被结合或集成到电缆密封压盖5的内壁10中。后者可以例如使用注塑成型，例如通过在制造期间将天线7结合在电缆密封压盖5中来实现。
在其中天线7围绕电缆6并靠在内壁10上的情况下，当内壁10具有容纳天线7的腔体15时，它是有利的。由于腔体15，天线7可以被固定在电缆密封压盖5中，并且因此防止天线7例如在电缆6通过电缆密封压盖5的引入或馈送期间滑出。
或者，替代基于柔性支撑材料9，天线7也可以基于金属导线被实施，该金属导线可绕电缆6缠绕，然后与电缆一起被引入电缆密封压盖5中。同样地，金属导线也可以例如在电缆密封压盖5的制造期间被结合到电缆密封压盖5的内壁10中。
此外，天线7包括至少一个同轴电缆连接器11形式的连接区域。经由连接区域，电缆密封压盖5中的天线7经由同轴电缆8与现场设备电子器件4连接。在这种情况下，同轴电缆8与同轴电缆连接器11的连接可以是永久的或可释放的。在同轴电缆8和同轴电缆连接器11之间的永久连接的情况下，它们优选被焊接或粘附。在可释放连接的情况下，同轴电缆8和同轴电缆连接器11例如可以以插头插座连接的形式实现。
为了执行现场设备1的参数化，尤其是参数值可以经由现场设备电子器件4和设置有与天线7对应的天线的移动服务单元(未示出)之间的天线7进行通信。相反，现场设备电子器件4经由电缆6与上级单元通信尤其是测量值，电缆6延伸通过电缆密封压盖5。原则上，移动服务单元可以是具有与集成在电缆密封压盖5中的天线相对应的无线电天线的任何设备，例如，智能手机、平板电脑等形式的设备。
参考标记列表
1 自动化技术的现场设备
2 壳体
3 壳体开口
4 现场设备电子器件
5 电缆密封压盖
6 用于连接到现场设备电子器件的电缆
7 天线
8 同轴电缆
9 柔性基板
10 电缆密封压盖的内壁
11 同轴电缆连接器
12 双芯电缆
13 连接端子
14 天线结构
15 腔体

Claims (14)

1.自动化技术的现场设备(1)，包括：
-至少部分金属的壳体(2)，所述壳体(2)具有至少一个壳体开口(3)；
-设置在所述壳体内的现场设备电子器件(4)；
-电缆密封压盖(5)，所述电缆密封压盖(5)位于所述壳体开口(3)中，其中，至少一根电缆(6)通过所述电缆密封压盖(5)延伸到所述壳体(2)中并与所述现场设备电子器件(4)连接，使得能够经由所述电缆(6)有线地发生与所述现场设备电子器件(4)的通信；
-用于发射和/或接收具有至少一个确定波长的电磁波的天线(7)，其中，所述天线(7)以所述天线(7)至少部分地围绕所述电缆(6)的方式位于所述电缆密封压盖(5)中，并且所述天线(7)经由同轴电缆(8)与所述现场设备电子器件(4)连接，使得经由所述天线(7)无线地发生与所述现场设备电子器件(4)的通信。
2.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述天线基于柔性基板(9)来实施，并且以所述柔性基板(9)靠在所述电缆密封压盖(5)的内壁(10)上或者结合在所述电缆密封压盖(5)的所述内壁中的方式位于电缆密封压盖(5)中。
3.根据权利要求2所述的现场设备，其中，所述柔性基板(9)包含聚酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述天线(7)基于金属导线被实施并且以所述金属导线靠在所述电缆密封压盖(5)的内壁(10)上或者结合在所述内壁(10)中的方式被引入所述电缆密封压盖(5)中。
5.根据权利要求2或4所述的现场设备，其中，所述电缆密封压盖(5)的所述内壁(10)具有腔体，所述腔体以当所述天线(7)靠在所述内壁(10)上时，所述天线(7)至少部分地由所述腔体容纳和固定的方式被实施。
6.根据权利要求中1所述的现场设备，其中，所述电缆密封压盖(5)包括PG电缆密封压盖。
7.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述电缆密封压盖适于将双芯电缆或四芯电缆引导入所述壳体(2)中，并且其中，所述现场设备电子器件(4)与所述双芯电缆或所述四芯电缆连接，使得能够经由所述双芯电缆或所述四芯电缆与所述现场设备电子器件(4)通过导线通信。
8.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述现场设备电子器件(4)还适于使得用于设置所述现场设备(1)的参数的参数值能够经由所述天线(7)与所述现场设备电子器件(4)无线地通信。
9.根据权利要求2所述的现场设备，其中，所述柔性基板(9)是柔性印刷电路板。
10.根据权利要求中1所述的现场设备，其中，所述电缆密封压盖(5)包括M20 PG电缆密封压盖。
11.用于自动化技术的现场设备的电缆密封压盖(5)，至少具有用于发射和/或接收具有至少一个确定波长的电磁波的天线(7)，其中，所述天线(7)以所述天线(7)至少部分地围绕所述电缆(6)的方式位于所述电缆密封压盖(5)中，所述电缆(6)延伸到所述电缆密封压盖(5)中并通过所述电缆密封压盖(5)，并且其中，所述天线(7)还具有用于所述天线(7)的电连接的同轴电缆连接器(11)。
12.根据权利要求11所述的电缆密封压盖，其中，所述同轴电缆连接器(11)以焊接区域的形式被实施，使得在所述电缆密封压盖(5)已经被安装到现场设备的壳体上之后，通过所述同轴电缆连接(11)的焊接，所述天线(7)与现场设备电子器件电可接触。
13.根据权利要求11所述的电缆密封压盖，其中，所述同轴电缆连接器(11)以插头的形式被实施，使得在所述电缆密封压盖(5)已经被安装到现场设备的壳体上之后，通过将所述同轴电缆连接器(11)插入现场设备电子器件(4)的相应插座中，所述天线(7)是电可接触的。
14.根据权利要求中11所述的电缆密封压盖，其中，所述电缆密封压盖是PG电缆密封压盖。
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