CN113532506A - 测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有第一双线现场设备(1)的测量装置(100)，第一双线现场设备具有第一传感器(10)以及用于第一双线现场设备(1)的电源(26)和用于将数据从双线现场设备传输到上级单元(5)的第一双导线接口(11)，其中，第一双线现场设备(1)具有至少一个第二双导线接口(12)，其特征在于，第二双导线接口(12)被适当地设计为从至少一个第二双线现场设备(2)接收数据。

Description

测量装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的测量装置。

背景技术

在各种实施方式中，具有双线现场设备的测量装置在现有技术中是已知的。

根据本申请的双线现场设备应理解为经由两条线路连接到上级单元的现场设备，其中，电源和测量值均经由这两条线路进行传输。

双线现场设备和上级单元之间的能量传输和/或信号传输根据已知的4mA至20mA标准进行，其中，在现场设备和上级单元之间形成了4mA至20mA的电流回路(即，双线线路)。在这种传输形式中，测量信号被转换为4mA和20mA之间的电流值，并直接传输到上级单元。作为信号模拟传输的补充或替代，测量设备还可以根据各种其它协议(特别是数字协议)将更多信息传输到上级单元或从上级单元接收更多信息。示例为HART协议或Profibus PA协议。

这些现场设备还经由4mA至20mA的电流信号进行供电，因此除了双线线路以外，无需额外的供电线路。为了例如当在防爆区域中使用时尽可能小地保持布线工作和安装工作以及安全措施，也不期望提供额外的供电线路。

对于双线现场设备，可用的输入功率明显受限。现场设备中的电子器件必须被设计为即使在4mA的最小信号电流下它们仍能可靠地工作。

对于具有增大功率需求的应用，还已知一种具有两个双导线接口的现场设备。在这些现场设备中，可以经由第二双导线接口进行单独供电，或者可以将额外的测量值从双线现场设备传输到上级单元。

图4示出了根据现有技术的这种测量装置100。

测量装置100包括具有第一传感器10的第一双线现场设备1，该第一传感器连接到电子模块14。在本示例性实施例中，电子模块14包括第一双导线接口11和第二双导线接口12，其中，为了更好地说明，这些接口在双线现场设备1的输出端处被示出为单独的部件。电子模块14通过双线线路经由第一双导线接口11连接到上级单元5。根据4mA至20mA标准，电子模块14经由第一双导线接口11与上级单元5进行通信，并还根据该标准由上级单元5供电。除了根据4mA至20mA标准的模拟通信以外，还可以在第一双导线接口11和上级单元5之间例如根据HART协议进行数字通信。由于根据当前说明的第一双线现场设备1具有增大的功率需求，所以第一双线现场设备1装配有第二双导线接口12。电子模块14经由第二双导线接口12连接到第二上级单元5.2。在该配置中，第二双导线接口12可仅用于供电，因此第二上级单元5.2可以被设计为例如供电装置(即，纯电源)。替代地，第二上级单元5还可以允许数据传输，使得第一双线现场设备1可以经由额外的模拟通道将测量值传输到第二上级单元5.2。也可以经由第二双导线接口12以及经由第一双导线接口11进行数字通信。在自动化技术的应用中，越来越需要基于额外的外部信息来计算测量值的现场设备。

术语“自动化技术”应理解为一个技术子领域，其包括无人工参与的用于操作机器和系统的所有措施。相关过程自动化的一个目标是在化学、食品、制药、原油、造纸、水泥、航运和矿业领域中使工厂的各个部件之间的交互自动化。为此，可使用各种传感器，这些传感器特别适用于过程工业的诸如机械稳定性、对于污染物的不敏感性、极端温度和极端压力等特定要求。通常将这些传感器的测量值传输到控制室，在控制室中可以监测诸如填充物位、极限物位、流量、压力或密度等过程参数，并可以手动或自动地更改整个工厂系统的设置。

自动化技术的一个子领域涉及物流自动化。在物流自动化领域中，借助于距离传感器和角度传感器使在建筑物内或在单个物流系统内的过程自动化。典型的应用例如为用于以下领域的物流自动化系统：机场的行李和货物处理领域、交通监控领域(收费系统)、贸易领域、包裹配送或建筑物安全(访问控制)领域。上面列出的示例的共同点在于，各个应用端都需要将存在检测与物体大小和位置的精确测量结合起来。为此，可以使用基于利用激光、LED、2D相机或3D相机的光学测量方法的传感器，该传感器根据传播时间(time offligh，ToF)原理检测距离。

自动化技术的另一子领域涉及工厂自动化/制造自动化。在诸如汽车制造、食品生产、制药业或一般包装领域等许多行业中，都可以见到这方面的应用。工厂自动化的目的是通过机器、生产线和/或机器人使货物生产自动化，即，在无人工参与的情况下允许它们的运行。在此使用的传感器以及在检测物体的位置和大小时对于测量精度的特定要求与上述物流自动化示例中的传感器和特定要求相当。因此，基于光学测量方法的传感器通常也在工厂自动化领域中大规模使用。

迄今为止，在物流自动化领域以及工厂自动化和安全技术领域中，光学传感器已占据了主导地位。它们快速(快速填充过程在≥10次测量/秒)且低成本，并且可以基于相对容易聚焦的光辐射可靠地确定物体的位置和/或到物体的距离(即，测量的基础)。

但是，由于当前的技术发展，诸如雷达传感器等其它传感器变得越来越便宜，并因此适用于自动化技术。迄今为止，只能通过外部处理设备连接多个双线现场设备的测量信号。

发明内容

本发明的目的是进一步开发具有双线现场设备的测量装置，使得其能够处理额外的外部信息。

该目的通过具有权利要求1的特征的测量装置来实现。有利的改进示例是从属权利要求的主题。

根据本发明的测量装置具有第一双线现场设备，该第一双线现场设备具有第一传感器和用于向第一双线现场设备供电并用于将数据从第一双线现场设备传输到上级单元的第一双导线接口，该第一双线现场设备还包括至少一个第二双导线接口，并且其特征在于，所述至少一个第二双导线接口被适当地设计为从至少一个第二双线现场设备接收数据。

因此，根据本发明的双线现场设备具有第二双导线接口，但是其中它表示数据输入，即，第一双线现场设备可以从第二双线现场设备接收数据或测量值并且还可以在其自身的测量值确定和/或测量值计算中对所接收的数据或测量值进行处理。以此方式，例如，在确定第一双线现场设备的测量值时考虑了来自外部现场设备的数据，并因此第一双线现场设备输出了基于两个测量值的测量值。为此，第二双线现场设备优选地被配置为用于确定物理过程变量的传感器。

现场设备是与生产过程直接相关的一件技术装备。“现场”是指控制柜或控制室以外的区域。因此，现场设备可以是驱动器和传感器。在本申请中使用的术语中，必须明确地将被指定到控制室区域的上级单元与现场设备区分开。

第二测量值可以例如是由第二双线现场设备确定的诸如压力、填充物位、温度或速度等测量变量。因此，例如可以通过第二测量值来补偿、校正或进一步处理由第一双线现场设备确定的测量数据。

为此，第一双线现场设备优选地包括用于处理第一传感器的测量数据和第二双线现场设备的测量值的电子单元。以此方式，可以在第一双线现场设备中确定测量值。

替代地，在至少第一双线现场设备与上级单元之间进行数字通信的情况下，第二双线现场设备的测量值也可以单独地传递到上级单元。

优选地，第二双导线接口被设计为向第二双线现场设备供电。因此，根据4mA到20mA协议，第一双线现场设备的第二双导线接口是第二双线现场设备的上级单元，测量值被传输到该上级单元。第二双线现场设备和第一双线现场设备之间的通信可以是模拟和/或数字的，其中优选地使用诸如4mA至20mA标准或HART协议等常规协议。

附加地或替代地，第二双线现场设备可以具有其自身的集成电源或外部电源。以此方式，在第一双线现场设备中没有足够的功率为第二双线现场设备供电的情况下，第二双线现场设备也能够可靠地操作。即使第一双线现场设备原则上不能提供足够的功率来为第二双线现场设备供电，通过第二双线现场设备的集成的或外部的电源，该第二双线现场设备的操作可以独立于第一双线现场设备的电源的方式进行。

第二双导线接口可以优选为符合4mA至20mA标准的接口。这意味着第二双线现场设备可以根据4mA至20mA标准将测量值传输到第一双线现场设备。无论第二双线现场设备是否具有内部或外部电源，都可以进行该操作。如果第一双线现场设备向第二双线现场设备供电，则可以传输在双导线回路中流动的电流的测量值。然而，当第二双线现场设备具有其自身的电源时，它也可以主动改变在双导线回路中流动的电流，并根据测量值通过其自身的电源来调节电流。

第二双导线接口也可以被适当地设计为接收功率。特别地，当第二双线现场设备具有其自身的电源时，该电源无论是内部的还是外部的都可以经由第二双导线接口向第一双线现场设备供电。为此，第二双导线接口可以被配置为能量阱，其例如可以对第一双线现场设备中的能量缓冲器进行充电。

第二双线现场设备可以包括能量收集单元，通过该能量收集单元向第二双线现场设备自身和/或向第一双线现场设备供电。特别地，能量收集单元可以给第二双线现场设备的能量缓冲器充电，使得存储的能量可用于供电或可在第二双线现场设备的能量需求增大的情况下使用。为此，第二双线现场设备可以具有其自身的能量缓冲器，该能量缓冲器可以由能量收集单元和/或第一双线现场设备充电。

术语“能量收集”应理解为例如通过利用压电效应、热电效应或环境中存在的电磁辐射的转换来从环境中提取少量电能。

特别地，第二双线现场设备可以被配置为速度计，优选为旋转编码器。例如，可以由速度计确定传送带的速度。结合作为第一双线现场设备的放射性传感器，可以以此方式确定位于传送带上的材料的体积流量。

替代地，第一双线现场设备也可以被配置为雷达传感器或光学传感器，通过这些传感器可以确定位于传送带上的材料的轮廓，并因此借助于传送带速度可以确定在传送带上运输的材料的体积流量。

在这一点上应注意，第一双线现场设备也可以具有多个用于从额外的双线现场设备接收数据的第二双导线接口。以此方式，可以使用多个额外的双线现场设备的数据来确定累计测量值。例如，可以对传送带速度和当前环境温度进行处理，以便确定传送带上的体积流量。因此，即使在传输到上级单元之前，也可以对确定的测量值进行温度补偿。

附图说明

下面将参考附图更详细地说明本发明。

图1示出了根据本申请的测量装置的第一示例性实施例。

图2示出了根据本申请的测量装置的第二示例性实施例。

图3示出了根据本申请的测量装置的第三示例性实施例。

图4示出了根据现有技术的测量装置。

具体实施方式

在附图中，除非另有说明，相同的附图标记指代具有相同功能的相同或相应部件。

图1示出了根据本申请的测量装置100的第一示例性实施例。

根据图1的测量装置100具有通过双线线路连接到上级单元5的第一双线现场设备1。具体地，第一双线现场设备1的电子模块14通过第一双导线接口11连接到上级单元5。为了更好地说明，第一双导线接口11在图1中也被示出为单独的部件，但它是电子模块14的一部分。上级单元5和第一双导线接口11之间的双导线连接是根据4mA至20mA标准进行的，根据该标准，将模拟测量值从第一双线现场设备传输到上级单元5，并且从上级单元5向第一双线现场设备1供电。

电子模块14还以通常的方式连接到第一双线现场设备1的第一传感器10，使得在通过电子模块14进行处理和/或准备之后，由第一传感器10确定的测量值可以通过第一双导线接口11传输到上级单元5。电子模块14还连接到第二双导线接口12，该第二双导线接口12被设计为从第二双线现场设备2接收数据。在当前情况下，第二双导线接口12也被示出为单独的部件，但在双线现场设备的结构设计中被系统地集成到电子模块14中。

第一双线现场设备1通过双线线路经由第二双导线接口12连接到第二双线现场设备2。为此，第二双线现场设备2包括双导线接口21，来自第一双线现场设备1的双线线路连接到该双导线接口21。双导线接口21是第二双线现场设备2的电子模块24的一部分，其中为了更好地说明，该双导线接口21也被绘制为单独的部件。

第二双线现场设备2具有连接到电子模块24的第二传感器20。由第二传感器20确定的测量值通过电子模块24进行进一步处理，并经由第二双线现场设备2的双导线接口21传输到第一双线现场设备1。

在图1所示的示例性实施例中，第二双线现场设备2通过双线线路由第一双线现场设备1及其第二双导线接口12供电，使得第二双线现场设备2不必具有自己的内部或外部电源。第二双线现场设备2和第一双线现场设备1之间的供电和测量值传输根据4mA至20mA标准进行。为了确保第二双线现场设备2的供电，第二双线现场设备2或安装在该现场设备上的电子模块24可以包括例如电容器或蓄电池形式的能量缓冲器。以此方式，可以确保当第一双线现场设备1不能提供足够功率时，第二双线现场设备2也能够可靠地操作。

图2示出了根据本申请的测量装置的第二示例性实施例。

与图1所示的示例性实施例相比，图2的实施例中的第二双线现场设备2未通过第一双线现场设备1的第二双导线接口12完全供电，而是具有外部电源26，该外部电源26被布置在第一双线现场设备1和双线现场设备2之间的电流回路中。在本示例性实施例中，外部电源26被设计为变换器供电装置并向第二双线现场设备2提供足够的功率。根据4mA至20mA标准，将由第二双线现场设备2的第二传感器20确定的并由电子模块24处理的测量值经由第二双线现场设备2的双导线接口21传输到第一双线现场设备1，即，根据确定的测量值将相应的电流施加到双导线电流回路中，该电流经由第一双线现场设备1的第二双导线接口12由第一双线现场设备1的电子模块14检测到并进行进一步处理。

在特定的示例性实施例中，第一双线现场设备1可以被配置为放射性密度和填充物位传感器，以用于确定在传送带上传送的材料(例如，松散材料)的高度轮廓和密度。在这种情况下，第二双线现场设备2可以被配置为旋转编码器，以例如用于确定传送带的速度，因此能够根据传送带上传送的材料的高度轮廓和密度以及传送带速度来计算所传送材料的体积流量。将传送带速度从第二双线现场设备2经由其双导线接口21传输到第一双线现场设备1的第二双导线接口12，并转递到第一双线现场设备1的电子模块14，并且在第一双线现场设备1的电子模块14中计算传送带上传送的材料的体积流量，并经由第一双导线接口11传输到上级单元5。以此方式，仅在第一双线现场设备1和第二双线现场设备2之间需要额外的电缆；通向上级单元5的显著更长的布线只需要在第一双线现场设备1和上级单元5之间创建一次。

图3示出了根据本申请的测量装置100的第三示例性实施例。

根据图3中的图示的测量装置100包括已参考图2说明的测量装置100的结构，其中，第一双线现场设备1还包括用于从第三双线现场设备3接收数据的第三双导线接口13。第三双线现场设备3具有双导线接口31和电子模块34，它们以上述方式连接到第三传感器30。此外，第三双线现场设备3具有集成电源36，该集成电源在本示例性实施例中被设计为能量收集模块。通过能量收集模块36和与其连接的能量缓冲器，第三双线现场设备3能够以能量自给的方式运行，并且可以将测量值通过双线线路经由双导线接口31传输到第一双线现场设备1的第三双导线接口13。

在图3所示的示例性实施例中，第一双线现场设备1还具有能量缓冲器15，该能量缓冲器15用于暂存来自能量需求增大的阶段的能量。

在这一点上应该注意，图1-3中说明的双线现场设备的各个实施例能够以任何期望和有意义的方式相互组合，从而产生本发明的进一步有利的实施例。

附图标记列表

1第一双线现场设备

2第二双线现场设备

3第三双线现场设备

5上级单元

5.2第二上级单元

10第一传感器

11第一双导线接口

12第二双导线接口

13第三双导线接口

14电子模块

15能量缓冲器

20第二传感器

21第二现场设备的双导线接口

24电子模块

26电源

30第三传感器

31第三现场设备的双导线接口

34电子模块

36电源

100测量装置

Claims (9)

1.一种具有第一双线现场设备(1)的测量装置(100)，所述第一双线现场设备具有：

第一传感器(10)；和

第一双导线接口(11)，其用于所述第一双线现场设备(1)的电源(26)并且用于将数据从所述双线现场设备传输到上级单元(5)，

其中，所述第一双线现场设备(1)具有至少一个第二双导线接口(12)，

其特征在于，所述第二双导线接口(12)被适当地设计为从至少一个第二双线现场设备(2)接收数据。

2.根据权利要求1所述的测量装置(100)，其特征在于，

所述第一双线现场设备(1)包括用于处理所述第一传感器(10)的测量数据和所述第二双线现场设备(2)的测量值的电子单元。

3.根据前述任一项权利要求所述的测量装置(100)，其特征在于，

所述第二双导线接口(12)被适当地设计为向所述第二双线现场设备(2)供电。

4.根据权利要求3所述的测量装置(100)，其特征在于，

所述第二双线现场设备(2)具有其自身的集成电源或外部电源(36、26)。

5.根据前述任一项权利要求所述的测量装置(100)，其特征在于，

所述第二双导线接口(12)是符合4mA至20mA标准的接口。

6.根据权利要求1或2所述的测量装置(100)，其特征在于，

所述第二双导线接口(12)被适当地设计为接收功率。

7.根据前述任一项权利要求所述的测量装置(100)，其特征在于，

所述第二双线现场设备(2)包括能量收集单元。

8.根据前述任一项权利要求所述的测量装置(100)，其特征在于，

所述第二双线现场设备(2)具有能量缓冲器(15)。

9.根据前述任一项权利要求所述的测量装置(100)，其特征在于，

所述第二双线现场设备(2)被设计为速度计，特别被设计为旋转编码器。

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