CN111722144A - 具有监控装置的现场设备和用于操作现场设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有用于接地和/或屏蔽连接件的监控装置的现场设备，其中所述监控装置与所述现场设备的电源连接，并且具有用于激活监控电流的激活装置以及所述激活装置下游的至少一个电流检测装置，其中所述至少一个电流检测装置与所述现场设备中的待接地和/或待屏蔽的至少一个部件连接。通过本发明，能够实现更高的过程可靠性和/或事故的安全性。

Description

具有监控装置的现场设备和用于操作现场设备的方法
技术领域
本发明涉及一种具有监控装置的现场设备和用于操作这种现场设备的方法。
背景技术
由现有技术已知用于过程自动化的现场设备。例如，申请人将这种现场设备分配为测量料位、极限水平和压力。由于基础测量技术的进一步发展和降低的制造成本，所以对于自动化技术的其他应用领域而言这种现场设备也是令人关注的。
术语“自动化技术”是指以下的技术方面，其包括无需人工干预就可操作机器和系统的所有措施。于是，过程自动化方面可以理解为最低程度的自动化。过程自动化的目标是使化学、石油、纸业、水泥、海上航行或采矿的领域中的生产设施的各个部件之间的交互自动化。为此，已知多种传感器。这些传感器特别适合于过程业的特殊要求，如机械稳定性、对污染的不敏感性、极端温度和极端压力。这些传感器的测量值通常被传输到控制室，在控制室中，对诸如料位、流量、压力或密度等过程参数进行监控，并且可以手动或自动地更改整个生产系统的设置。
自动化技术的另一个领域涉及物流(logistics)自动化。在物流自动化领域中，距离和角度传感器用于在建筑物内或单个物流系统内使工作流程自动化。典型的应用包括用于机场的行李和货物处理领域、交通监控领域(收费系统)、零售、包裹分发或建筑物安全(物理访问控制)领域的物流自动化的系统。
上面列出的示例的共同点是，相应的应用需要结合物体的尺寸和位置的精确测量来检测存在。现有技术的雷达系统还不能满足这些要求，这就是为什么目前在使用激光、LED、2D相机或3D相机的光学测量方法(其根据飞行时间(ToF)原理来测量距离)的基础上应用不同的传感器的原因。
自动化技术的第三个领域涉及工厂自动化。可以在诸如汽车制造业、食品制造业、制药业等众多不同的领域中或者一般在包装领域中找到应用。工厂自动化的目标是使通过机器、生产线和/或机器人的货物生产自动化，即，允许在没有人工交互作用的情况下进行操作。此处使用的传感器以及当记录物体的位置和尺寸时对测量精度的特殊要求与上述物流自动化的示例中的那些相当。通常，基于光学测量方法的传感器也广泛地用在工厂自动化领域中。
迄今为止，光学传感器在物流自动化领域以及工厂自动化和安全技术领域中均占据主导地位。它们是快速且不太昂贵的，并且在相关测量中由于相对容易地聚焦光辐射的能力而可以可靠地确定物体的位置和/或距物体的距离。然而，光学传感器的显著缺点是它们的维护需求增加，如在先前列出的领域中，在几千个工作小时之后，当可以观察到传感器的污染时，这严重损害了测量。另外，尤其是当在生产线中使用时，测量可能会因油蒸汽或形成雾的其他气溶胶而受损，于是导致光学传感器的额外污染。
在自动化技术中，现场设备的屏蔽和/或接地连接件的连接在过程稳定性和/或安全性方面具有高度重要性。由错误或遗漏屏蔽连接件引起的EMC干扰会影响甚至中断过程。遗漏接地连接件会在发生错误的情况下导致电气事故。
发明内容
本发明的目的是继续研发已知的现场设备，以实现更高的过程可靠性和/或事故的安全性。
该目的通过具有权利要求1的特征的现场设备和具有权利要求7的特征的用于操作这种现场设备的方法来解决。有利的其他实施方案是从属权利要求的目标。
在根据本发明的具有用于接地和/或屏蔽连接件的监控装置的现场设备中，所述监控装置与所述现场设备的电源连接，并且具有用于激活监控电流的激活装置以及所述激活装置下游的至少一个电流检测装置，所述至少一个电流检测装置与所述现场设备中的待接地和/或待屏蔽的至少一个部件连接。
然后，相应的监控装置可以将监控电流馈送到现场设备中的待接地和/或待屏蔽的部件，并因此可以确定是否已经可靠地实现了接地和/或屏蔽。例如，如果没有实现接地或仅实现了不充分的接地，则由监控装置馈送的监控电流不会流到地面。这可以由电流检测系统检测并且可以相应地显示，该电流检测系统连接在用于馈入监控电流的激活装置和要监控的部件之间。
特别地，所述至少一个部件可以是与所述现场设备的保护导体和/或接地导体、特别是测量电子电路和/或壳体和/或固定装置待连接的部件。这些部件在下面也称为要监控的部件。对于所有上述部件，可能需要将它们屏蔽和/或接地，以确保可靠/安全的测量，即：测量值的可靠性和/或设备安全性，即，特别是操作设备的人员的安全性。
电磁屏蔽件或屏蔽器的任务是将屏蔽件内部产生的电磁场包括在内并防止其传播，或者创建没有外部作用场的空间。
为了安全(例如，电击防护)的目的，保护导体是电导体。在有源(带电)导体与可触摸的导电部件(例如，壳体)发生短路的情况下，电工技术系统中的“保护接地”的保护措施将前者保持在接地电位，从而相对于地面防止或至少减少电流流过(人)身体。
接地导体创建与接地电位的连接；许多保护导体设计为接地导体。
然后，特别地将测量可靠性定义为确保测量值的完整性。这些通常可能受到电磁干扰的损害，从而用于测量仪器的测量电子电路的某些部件的屏蔽件和各种连接线的正确安装的屏蔽件对于信号传输而言非常重要，以优化现场设备的功能。通过将屏蔽件连接到内部或外部接地电位，可以可靠地转移电磁干扰或由它们引起的电压。
为了保证设备安全，还必须将操作人员可以触摸到的现场设备的部件(例如，壳体)连接到接地电位，从而将所引起的或在那里产生的电压转换成接地电位，以防止操作人员受伤。
特别地，固定装置被定义为现场设备的过程连接件，通过其可以将现场设备机械地连接到过程环境。
特别地，可以将相应的一个电流检测装置连接到要监控的相应的一个部件。然后，基于电流检测装置与要监控的部件之间的这种一对一分配，可以明确地映射检测到的错误。否则，尽管可以在屏蔽件或接地件上检测到错误，但是仍然不能进行清晰的分配。
可选择地，还可以将监控电流顺次地输送至要监控的各个部件。为此，需要开关装置，该开关装置连接在电流测量装置的下游，并将监控电流供给到各个部件，例如，将各个部件电连接到监控装置。
例如，所述至少一个电流检测装置可以与计算单元连接。例如，这种计算单元可以将记录的电流与存储的参考值进行比较，或者将记录的电流与从先前的测量存储的电流进行比较，从而可以检测记录的电流的变化。这种变化可以指示要监控的部件发生了变化，例如，先前正确定位的屏蔽件不再正确定位或已经松动，或者例如接地触头的接触电阻增加，这可能会导致问题。
在最简单的情况下，可以将比较器用作这种计算单元，其将确定的电流或相应的电压与参考电流或参考电压进行比较。通常，如果要独立于任何其余的电子设备实现监控系统的功能，则使用ASIC或微控制器来执行此任务。然而，可选择地，现场设备上已经存在的微控制器(例如，用于分析测量值)可以用于监控屏蔽和接地连接件。
如果所述监控装置与所述显示单元连接，则可以视觉地显示警告或错误消息，从而当现场设备投入使用时直接向使用者通知屏蔽件或接地件缺失。这种显示单元可以是字母数字显示器，但是也可以例如以交通信号灯电路的方式通过LED来实现。于是，在该实施方案中，绿色的LED将是无故障状态，黄色的发光的LED将是警告，红色的LED将指示错误状态。可选择地或另外，屏蔽或接地连接件的缺失可以通过无线接口传输到上级单元或操作单元并在那里显示。经由各种总线系统的传输或根据4～20mA标准的故障模式也是可能的。
另外，所述监控装置可以具有用于存储所监控的电流的值的存储器。例如，存储器可以用于存储和比较针对要监控的相应的一个部件确定的多个电流。这允许例如进行趋势分析，并且可以及早检测到屏蔽件或接地件的接触不良。
根据本发明的用于操作具有用于接地和屏蔽连接件的监控装置的现场设备的方法，其中所述监控装置的激活装置至少当所述现场设备投入使用之时或之后执行以下监控过程：发送监控电流，借助于至少一个电流检测装置测量电流，并且如果电流读数过低，则生成警告消息。
以这种方式，当现场设备投入使用时进行的测试确定与现场设备相关的接地和屏蔽连接件是否充分良好地接触，以确保测量可靠性和设备安全性。警告消息还可以实现检测到不会直接导致功能错误，但是可能在稍后的时间点产生错误的接地和屏蔽连接件。例如，这可能是在启动时环境中的例如发动机或变频器未激活的情况。如果这些部件正在运行，则随后会发生由EMC和缺失屏蔽连接件引起的循环问题。
在启动现场设备之后，所述激活装置可以周期性地(即，以固定间隔)执行监控过程。这允许检测要监控的部件的接地和/或屏蔽的变化，并且尽早防止由于缺少这些部件而引起的错误。
例如，这可以通过以下方式来实现：存储在所述监控过程中测得的电流，然后将在后续监控过程中测得的电流与存储的电流进行比较，接着，如果测得的电流偏离存储的电流超过10％，则生成警告消息。可选择地或另外，屏蔽或接地连接件的缺失可以通过无线接口传输到上级单元或操作单元并在那里显示。经由各种总线系统的传输或根据4～20mA标准的故障模式也是可能的。
附图说明
在下文中，参照附图更详细地解释本发明。附图示出了：
图1是根据本专利申请的现场设备的框图的简化表示，和
图2是根据本专利申请的用于监控接地和屏蔽连接件的方法的可行过程。
除非另有说明，否则附图中的相同附图标记表示具有相同功能的相同部件。
具体实施方式
图1示出了现场设备1的第一示例性实施方案的简化框图，该现场设备具有用于保护导体11和接地导体13的监控装置3。
为清楚起见，在图1所示的示例性实施方案中仅示意性地示出了现场设备1。图1所示的现场设备1是雷达料位测量设备，在此示例中，其设计有壳体4、形成在壳体4的前部上的作为过程连接件的固定装置17以及用于传输雷达信号的针对过程进行取向的天线19。此外，现场设备1包括显示单元2，用于显示根据本专利申请的监控装置3的测量值和可能的警告消息。为了更加清楚，在图1的当前图示中未示出用于测量值处理的电子测量电路。
在所示的示例性实施方案中，现场设备1包括位于壳体4中的监控装置3，其用于监控保护导体11和接地导体13。监控装置3与现场设备1的电源5连接，并且包括激活装置7，其形成为发送第一监控电流I1和第二监控电流I2。在本示例性实施方案中，通过将电流检测装置9与保护导体11(所谓的PE导体)互连，激活装置7与第一输出连接。在本示例性实施方案中，还通过将电流检测装置9互连到现场设备1的固定装置17来连接激活装置7的第二输出。通过发送强制性监控电流I1,I2，以这种方式进行的测试可以确定保护导体11是连接到内部还是外部接地触头以及固定装置17是否连接到接地导体。仅当可靠地建立了这些连接时，由激活装置7发送的监控电流I1,I2才能流过保护导体11或接地导体13，从而可以由电流检测装置9记录电流。
在本示例性实施方案中，电流检测装置9与计算单元14连接，该计算单元将测得的电流与存储在同样与计算单元14连接的存储器15中的参考值进行比较，并与在先前进行的测量中测得的电流进行比较。通过将测得的电流与参考值进行比较，在测得的电流低于参考值的情况下，可以确定保护导体11或接地导体13是否未连接或未正确连接，并基于此可以在与监控装置3连接的显示单元2上显示警告消息。通过将测得的电流与从先前测量测得的值进行比较，可以通过多次测量来计算出趋势，从而例如可以检测到连接件的腐蚀和由此产生的接触电阻。
图2示出了根据本专利申请的用于监控接地和屏蔽连接件的方法的可行过程。
因此，本方法还可以对屏蔽连接件进行检查，即，连接线缆的屏蔽件是否连接到接地连接件。
如图1所示，监控装置3首先发送监控电流I1,I2，以监控接地和屏蔽连接件。这在图1所示的示例性实施方案中由激活装置7触发。然后，电流检测装置9对流到保护导体11和固定装置17的实际电流进行测量，随后将其与参考值进行比较。如图1的示例性实施方案所示，所述参考值可以存储在存储器15中或生成为模拟值。在比较之后，核对警告条件，并且当满足警告条件时发出警告。警告条件例如可以是测得的电流低于参考值超过10％。另外，可以存储测得的电流，从而能够确定多个测量值的变化。指定值可以根据应用而变化，并且可以相应地进行调整。
图2所示的过程指定了连续地进行测试，即，在测试完成之后进行新的测试。为了节省电能，只有当现场设备1投入使用时才能进行一次测试，或者以固定间隔周期性地进行测试。
附图标记列表
1 现场设备
2 显示单元
3 监控装置
4 壳体
5 电源
7 激活装置
9 电流检测装置
11 保护导体
13 接地导体
14 计算单元
15 存储器
17 固定装置/过程连接件
19 天线
I1 第一监控电流
I2 第二监控电流

Claims (9)

1.一种具有用于接地和/或屏蔽连接件的监控装置(3)的现场设备(1)，其中所述监控装置(3)与所述现场设备(1)的电源(5)连接，并且具有用于激活监控电流(I1,I2)的激活装置(7)以及所述激活装置(7)下游的至少一个电流检测装置(9)，
其中所述至少一个电流检测装置(9)与所述现场设备(1)中的待接地和/或待屏蔽的至少一个部件连接。
2.根据权利要求1所述的现场设备(1)，
其特征在于
所述至少一个部件是与所述现场设备(1)的保护导体(11)和/或接地导体(13)、特别是测量电子电路和/或壳体(4)和/或固定装置(17)待连接的部件。
3.根据前述权利要求中任一项所述的现场设备(1)，
其特征在于
相应的一个电流检测装置(9)连接到相应的一个部件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的现场设备(1)，
其特征在于
所述至少一个电流检测装置(9)与计算单元(14)连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的现场设备(1)，
其特征在于
所述监控装置(3)与显示单元(2)连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的现场设备(1)，
其特征在于
所述监控装置(3)具有用于存储所监控的电流(I1,I2)的值的存储器(15)。
7.一种用于操作根据前述权利要求中任一项所述的具有用于接地和屏蔽连接件的监控装置(3)的现场设备(1)的方法，
其特征在于
所述监控装置(3)的激活装置(7)至少在所述现场设备(1)启动时执行以下监控过程：发送监控电流(I1,I2)，借助于至少一个电流检测装置(9)测量电流，并且如果电流读数过低，则生成警告消息。
8.根据权利要求7所述的方法，
其特征在于
所述激活装置(7)在启动后周期性地执行所述监控过程。
9.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于
存储在所述监控过程中测得的电流，将在后续监控过程中测得的电流与存储的电流进行比较，并且如果测得的电流偏离存储的电流超过10％，则生成警告消息。
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