CN115956329A - 现场装置 - Google Patents

Abstract

在用于工艺过程设备如化工设备如精炼厂、发电厂如核电厂、食品加工设备等的现场装置(la,1b,1c)中，它包括功率分配数据交换装置(3)，其具有配置用于在高于10W的第一功率级下耗用功率的电气初级连接器(5)和用于在每个均低于10W的功率级下组合式数据通信和功率传输的至少两个电次级连接器(7,8)，设有用于防尘防水地安装电气部件的壳体(11a,11b,11c)，壳体形成第一壳体隔腔(15)，其中第一壳体隔腔(15)设立用于针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境耐压封罩电气部件并容纳初级连接器(5)，其中至少两个次级连接器(7,8)布置在针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境的电气部件耐压封罩外、尤其在第一壳体隔腔(15)外，其中至少一个、尤其是无电位隔离的保护桥(21)从第一壳体隔腔伸出以将初级连接器(5)连接至至少两个次级连接器(7,8)。

Description

现场装置

本发明涉及用于工艺过程设备如化工设备如精炼厂、发电厂如核电厂、食品加工设备等的现场装置。

在工艺过程设备中采用各种不同的数据传输技术。许多现场装置采用组合式双导线连接机构用于组合式信号和功率传输。在双导线连接机构中，自中央控制单元例如工艺过程设备的中央控制台将4..20-mA信号传输给现场装置。在作为调节阀构成的现场装置的情况下，例如4-mA控制信号可以促使调节阀移动到关闭位置，而20mA信号可以促使调节阀移动到最大打开位置。在4..20-mA区域内的信号可以促使调节阀处于在关闭位置与最大打开位置之间的预定中间位置，其例如可以与电流信号成比例。呈传感器形式的被动式现场装置可以将模拟的4..20-mA信号传输给中央控制单元，以通报关于在工艺过程设备例如工艺过程设备的部分或部件或者过程流体内的状况的信息。例如电流信号可以与压力传感器的一定压力范围成比例地被传输给中央控制单元。借助4..20-mA信号的信息或数据的传输局限于很少量的数据。

HART协议、基础现场总线协议、PROFIBUS协议和一系列其它数字通信技术也常用于在工艺过程设备内传输数据。从2007起，HART成为现场总线标准IEC 61158的一部分。为了根据HART协议的数据传输，在模拟信号例如4..20-mA信号上叠加高频振动例如±0.5。在此，数字1可用1.2千赫频率表示，数字0可用2.2千赫频率表示。HART允许过程和故障诊断信息以及控制信号在现场装置和上级控制单元例如中央控制台之间传输。

在许多工艺过程设备中，数据从中央控制单元利用所谓的“有源以太网”技术被传输给现场装置。有源以太网(PoE)表示借此通过8芯以太网电缆给能联网的设备供应电流的技术。借助PoE的数据传输根据IEEE标准8o2.3af进行(2003.07)。利用有源以太网系统应节约供电电缆以给在难接近或狭窄的位置处的能联网的设备供应电流。根据IEEE标准8o2.3af，所参与的设备可被分为供电设备(电源设备PSE)和用户(耗电设备PD)。作为用户用供电电压规定了工作电压48V。设备的最大耗电为350mA，在此允许高达400mA，结果就是每台设备最大耗用功率14.5瓦。为了传输功率，可以使用以太网电缆的自由芯和/或信号导通芯。PoE允许快速传输大量数据。PoE技术的功率密度不允许其应用在有爆炸危险的区域。PoE技术的使用以比类似的4..20-mA通信高许多的投资成本为前提。给已有工艺过程设备改装PoE技术也需要巨额投资，其在许多情况下并不经济。通过以太网连接(有源以太网)被供电的现场装置和所属的投入使用方法在DE102006036770A1中有所描述。

用于一方面借助以太网且另一方面借助所创建的且广泛流传的工艺过程设备通信技术的数据传输逻辑关联做法实现尤其根据标准IEEE P8o2.3cg(2016)的所谓的高级物理层(APL)技术。不同于PoE技术，APL技术应该尤其适用于将能联网的仪器一并纳入受爆炸威胁的区域(区域0和1/分支1)。区域0描述一个在其中长久或长时间存在爆炸性气体-空气混合物的区域。区域1描述在其中存在可燃性或传导性灰尘微粒的区域以及在其中可短暂存在处于正常工作条件下的爆炸性气体-空气混合物的区域。借助APL技术，应也允许将现场装置设计成本身安全的。借助绞合的双芯(根据10BASE-T1L的绞合保护线)应该获得10Mb/s至100Mb/s以上的数据传输率。具有APL技术的工艺过程设备可以从中央控制单元至APL现场开关地配备有尤其长达1000m所谓的Trunk数据和功率传输线。所谓的Trunk线应该设计成传输高达54W的功率。多个现场装置以尤其长达200米的所谓的轨迹数据和功率传输线可连接至所谓的APL现场开关。轨迹导线设立用于提供通常最多500mW的功率。作为数据和功率传输线，通常采用IEC 61158A类型现场总线电缆，其具有绞合的双芯和电气屏蔽壳(也称为盖)。根据APL标准IEEE P8o2.3cg(2016)，电气屏蔽电缆必须被用于在APL现场开关与每个单独现场装置之间的连接。在轨迹导线上可以连接多达五个现场装置。多个例如最多个至最多10个APL现场开关可接合至一条Trunk线。APL技术与使现场装置在有爆炸危险的区域内运行兼容。为此可以规定低的功率密度以防止存在于现场装置处的电能和/或热能即便在异常工作条件下也达到高于点火阈值。APL现场开关和现场装置被设计成根据保护等级“Ex d”是防点燃的(爆炸安全的)。

APL技术允许传输大量数据并且以与已有的双导线通信系统兼容为特点。但许多使用者在APL技术中也抱怨用于装备或改装整个设备的投资成本过高。

本发明的任务是克服现有技术的缺点并且尤其是提供一种现场装置和/或一种系统，其允许安全且低成本地与APL技术连用。权利要求1和10的主题完成该任务。

因此，规定一种用于工艺过程设备如化工设备如精炼厂、发电厂如核电厂、食品加工设备等的现场装置。

现场装置具有功率分配数据交换装置。功率分配数据交换装置具有配置用于在大于10瓦、尤其大于20瓦、优选大于50瓦的第一功率级下的功率耗用的电初级连接器。电初级连接器可以被称为Trunk接线端。尤其是，电初级连接器设立用于不大于100瓦、尤其是不大于75瓦、优选不大于60瓦的功率耗用。例如初级连接器可以设立用于在54瓦的第一功率级下的功率耗用。电初级连接器尤其可以设立用于组合式数据通信尤其数字数据通信与在第一功率级下的功率耗用。

功率分配数据交换装置还具有至少两个电次级连接器用于组合式数据通信尤其是数字数据通信和在每个次级连接器小于10瓦、尤其小于1瓦的第二功率级下的功率传输。所述至少两个电次级连接器可以设立用于在至少1mW、至少10mW或至少20mW的第二功率级下的功率传输。优选地，功率分配数据交换装置的一个电次级连接器、尤其是至少两个电次级连接器、优选所有电次级连接器可以设立用于组合式数据通信、尤其数字数据通信和在在每个次级连接器不大于0.5瓦的第二功率级下的功率传输。次级连接器可以被称为轨迹接线端。

功率分配数据交换装置可以尤其具有正好一个电初级连接器。功率分配数据交换装置可以具有至少两个、至少五个、至少十个和/或不大于150、不大于100或不大于50个电次级连接器。

现场装置具有用于防尘和/或防水安装电气部件的壳体。壳体可以例如根据防护类型IP65或更高防护类型来设计。尤其是，至少两个电次级连接器布置在壳体内。尤其是电初级连接器布置在壳体内。尤其是功率分配数据交换装置布置在壳体内。用于防尘和/或防水安装电气部件的壳体可以例如根据所谓的国际保护码(IP码)的防护类型来定义。防护类型可以描述壳体的防接触、防异物、防水等的防护程度。IP码例如可以根据IEC529、EN60529、DINVDE0470-1的各自2014生效版本来确定。IP码的第一数字表示防异物和触摸的防护，其中较高值确定突出的防护。第一数字可以有以下含义：3，防大于2.5mm固体异物和防工具触摸；4，防大于1mm固体异物和防丝线触摸；5，防灰尘和触摸；6，防灰尘、防触摸。IP码的第二数字涉及防水。第二数字可以有以下含义：3，防溅水；4，防喷水；5，防水射流；6，防严重的水射流；7，防暂时水浸；8，防长期水浸。壳体可以例如对应于至少防护类型IP65、至少IP66、至少IP67或至少IP68。

壳体形成第一壳体隔腔。壳体可以形成第二或另一个壳体隔腔。第一壳体隔腔设立用于针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境耐压封罩电气部件并且容纳初级连接器。优选地，第一壳体隔腔完全容纳初级连接器。尤其是壳体的第一隔腔仅设立用于针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境耐压封罩电气部件。具有爆炸性或点燃性气氛的环境可以例如是对应于区域0或区域1的气氛。根据现场装置的一个实施方式，第一壳体隔腔在至少一个部段内由壳体外壁界定。第一壳体隔腔可以在局部通过壳体的两个以上、三个以上、尤其四个或五个外壁界定。其第一壳体隔腔在至少一个部段内由壳体外壁界定的现场装置可以具有例如用于连接至该部段内的电初级连接器的导线穿过壳体外壁的通道。例如管状封装Trunk导线可以延伸穿过外壁以连接至初级连接器。穿过壳体外壁被引导入第一壳体隔腔的导线尤其可作为IEC61158A型现场总线电缆来构成。穿过相同的或不同的界定壳体隔腔的壳体外壁，尤其用于组合式数据通信和功率传输的导线可以被引导至第一壳体隔腔内的电第三级连接器。

电气部件一般是如下部件，其被或至少可以在正常工作中被供电以用于功率和/或数据处理。电气部件可以例如是电子计算装置如微控制器或微处理器；电子气压变换器、模拟-数字转换器、数字-模拟转换器；电子信号处理装置、数据传输装置和/或负载控制装置等。

在界定第一壳体隔腔的壳体外壁的部段内，可以设置耐火和/或耐爆炸的用于连接至第一壳体隔腔内的初级连接器的导线的穿孔。

所述至少两个次级连接器尤其是完全布置在针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境的电气部件耐压封罩之外。尤其是所述至少两个次级连接器布置在第一壳体隔腔外。优选地，用于组合式数据通信尤其是数字数据通信和功率传输的所述电次级连接器布置在对具有爆炸性或点燃性气氛的环境的电气部件耐压封罩之外，尤其是布置在第一壳体隔腔外。可以想到，一组用于组合式数据通信和功率传输的电次级连接器布置在针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境的电气部件耐压封罩之外，一组用于组合式数据通信和功率传输的电第三级连接器布置在针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境的电气部件耐压封罩之内，尤其是在第一壳体隔腔内。第一组的电次级连接器尤其全都设立用于在每个次级连接器不大于1瓦、尤其是不大于0.5瓦的第二功率级下的功率传输。电第三级连接器或多个电次级连接器、尤其是第二组的所有电次级连接器可以设立用于在小于10瓦、尤其是不大于5瓦且大于0.5瓦、尤其至少1瓦的第三或第二功率级下的功率传输。

根据本发明，至少一个尤其是无电位分离的保护桥从第一壳体隔腔伸出以将初级连接器连接至至少两个次级连接器。可能优选的是，只借助保护桥实现初级连接器与至少两个次级连接器的连接。例如保护桥可以从安装有初级连接器的第一壳体隔腔转入到安装有至少两个次级连接器的另一个壳体隔腔，以将初级连接器连接至次级连接器。保护桥穿过针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境的耐压封罩，其限定出第一壳体隔腔以允许从初级连接器到至少两个次级连接器的尤其是组合式数据通信和功率传输的电连接。显然，从初级连接器到至少两个次级连接器的数据通信和功率传输可借助数据交换装置和/或负载控制装置间接进行。从第一壳体隔腔朝外尤其进入第二壳体隔腔的保护桥设立用于拦截第一壳体隔腔内的内部着火或内部爆炸并且安全抑制击穿或跳弧到外部空间和/或另一个壳体隔腔尤其是第二壳体隔腔中。

根据现场装置的一个实施方式，壳体形成至少另一个壳体隔腔，在其中布置有至少一个次级连接器。至少另一个壳体隔腔未被设计成针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境的电气部件耐压封罩。尤其是，另一个壳体隔腔布置在用于防尘和/或防水安装电气部件的壳体中。优选地，用于防尘和/或防水安装电气部件的壳体具有至少另一个壳体隔腔。另一个壳体隔腔可以具有与第一壳体隔腔相同的或不同的防护类型如IP65。

根据现场装置的可与在先实施方式组合的一个实施方式，保护桥包括电流隔离器如光电耦合器和/或感应耦合器。替代地或附加地，保护桥可以包括电功率势垒。电功率势垒可以布置在第一壳体隔腔中并且如此限制借助电保护桥自第一壳体隔腔伸出的导线的功率密度，即，确保防止在第一壳体隔腔外的爆炸性或可点燃气氛的点燃的安全保护。保护桥可以设计防止第一壳体隔腔内的电气部件向第一壳体隔腔外的电气部件的火花放电。保护桥可以具有至少一个防过电压和/或防瞬变的保护装置。现场装置的保护桥可以例如对每个电次级连接器分别具有一个光电耦合器和/或感应耦合器。

尤其是，现场装置的保护桥对每个次级连接器可以分别具有一个数据耦合器例如光电耦合器和/或感应耦合器以用于从初级连接器至各自次级连接器的数据通信。替代地或附加地，保护桥可以对每个次级连接器具有一个安全的功率耦合器、尤其是感应耦合器以用于从初级连接器至各自次级连接器的功率传输。数据耦合器和/或功率耦合器可以具有防过电压和/或防瞬变的安全装置。尤其是该保护桥实现在至少两个电次级连接器与电初级连接器之间或在至少两个电次级连接器和一个或许有的数据交换装置和/或负载控制装置之间无电位电连接。保护桥可以对每个次级连接器具有至少一个数据耦合器和/或对每个次级连接器具有至少一个功率耦合器。

保护桥设立用于给每个用于数据通信和功率传输电次级连接器提供不大于10瓦、尤其不大于5瓦、优选不大于1瓦、尤其优选不大于0.5瓦的功率级。保护桥的功率耦合器可以设立用于给连接于功率耦合器的电次级连接器提供至少10mW、尤其是至少100mW、优选至少250mW的功率级。数据耦合器可以设立用于给次级连接器提供不大于250mW、尤其不大于100mW、优选不大于50mW、尤其优选不大于1mW的功率级。数据耦合器和功率耦合器都可连接至现场装置的同一电次级连接器。

根据现场装置的一个实施方式，人们可以将其与在先的实施方式组合，功率分配数据交换装置包括负载控制装置和数据传输装置、尤其是包数据交换装置用于传输数字数据。尤其是该负载控制装置和/或数据传输装置容置于第一壳体隔腔中。负载控制装置和/或数据传输装置可以安装在壳体隔腔内以便针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境耐压封罩电气部件。尤其是该负载控制装置一方面连接至电初级连接器且另一方面连接至至少两个电次级连接器。负载控制装置可以设立用于从在第一功率级下的功率耗用起提供功率以在第二功率级传输。数据传输装置、尤其是包数据传输装置可设计用于保证从初级连接器向至少两个次级连接器中至少一个的数据通信、尤其是数字数据通信。一方面，数据传输装置可连接至初级连接器。数据传输装置以适于信号传输的方式连接至至少两个次级连接器。数据传输装置可以设立用于获得加载于至少一个初级连接器和/或次级连接器的电气状态和/或提供预定电气状态给至少一个电初级连接器和/或次级连接器。数据传输装置可以设计用于将在主和/或次级连接器所获得的电气状态转换为数字数据组。数据传输装置可以替代地或附加地设立用于根据数字数据组给一个或多个主和/或次级连接器提供电信号，其可以解码到数字数据值中。数据传输装置可以包括至少一个模拟-数字转换器和/或至少一个数字-模拟转换器。

优选地，数据交换装置尤其是借助数据传输装置设立用于在初级连接器和/或在至少两个次级连接器的双向数据通信。数据传输装置可以实现从初级连接器至至少两个次级连接器中某个次级连接器的电气数据信号的滤波和/或分离。例如数据传输装置可设计成借助依据一个或多个预定标准将借助初级连接器接收的数据尤其是数字数据分配给至少两个次级连接器中的某个次级连接器。带有负载控制装置和数据传输装置的现场装置可设计成将第一或第二功率级下的供功率与电气数据信号分开。

根据可与在先实施方式组合的另一实施方式，在壳体内、尤其在第一壳体隔腔内安置至少一个电子或机械电子的用于获取和/或影响工艺过程设备的过程参数的调整回路装置。尤其是，所述另一和/或附加调整回路装置由经过初级连接器所供应功率来供电。调整回路装置可以设立用于直接或间接获取和/或影响过程参数。调整回路装置可以是例如传感器如位置传感器、压力传感器、流动传感器或流通量传感器、温度传感器等，其基于过程状态产生并传输传感器信号至例如控制装置和/或调整装置。该传感器产生实际信号用于所述控制装置/或调整装置、尤其是控制电子装置和/或调整电子装置。调整回路装置可以包括控制电子装置和/或调整电子装置。控制电子装置和/或调整电子装置可以设立用于处理由上级控制单元如中央单元如工艺过程设备的控制台获得的理论信号，以提供控制信号和/或调整信号给准备用于操作工艺过程设备的执行机构。

控制电子装置和/或调整电子装置可以设立用于基于理论信号和实际信号来产生控制信号和/或调整信号。控制电子装置和/或调整电子装置例如可以通过数字式位置调整器实现，其具有计算装置、存储装置和至少一个信号输入端和至少一个信号输出端。控制电子装置和/或调整电子装置的计算装置可设计成根据可存放在存储器中的控制例程和/或调整例程用处理器等基于理论信号以及或许有的实际信号确定控制信号和/或调整信号。调整例程例如可以根据PID调整例程、两点调整例程、三点调整例程等或者其组合来实现。控制电子装置和/或调整电子装置可以设立用于运用调整例程。调整回路装置可以包括变换器例如电子气压变换器。电子气压变换器可以设置用于基于电控制信号和/或调整信号提供相应的气压控制信号和/或调整信号，尤其是用于气压执行机构。根据此设计的现场装置尤其适于在此仅有有限的结构空间的应用。因为初级连接器和至少一个调整回路装置以及或许数据传输装置和/或负载控制装置安装在一个、尤其是相同的第一壳体隔腔内以便针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境耐压封罩上述电气部件，故可以明显减少保护多个电气部件所需要的付出并由此节约成本。

根据用于工艺过程设备如化工设备如精炼厂、发电厂如核电厂、食品加工设备等的具有用于防尘和/或防水安装电气部件的壳体的现场装置的一个特殊实施方式，在壳体内安装有具有一个初级连接器和至少两个电次级连接器的功率分配数据交换装置以及用于获取和/或影响工艺过程设备的过程参数的至少一个电子或机械电子的调整回路装置。尤其是，安装在壳体内的功率分配数据交换装置可以是APL现场开关。在该现场装置的特殊设计中，可以设置配置用于在大于10瓦的第一功率级下的功率耗用的电初级连接器。在特殊设计的现场装置中，可以在壳体内设置至少两个电第三级连接器用于组合式数据通信和在每个次级连接器小于10瓦的第二功率级下的功率传输。在该现场装置的特殊设计中，尤其附加的电子或机械电子调整回路装置尤其可以仅由经由初级连接器供应的功率来供电。该现场装置的特殊实施方式可以与先前实施方式还有后述的实施方式任意组合。现场装置的特殊设计尤其可以通过如下现场装置实现，其包括用于尤其根据IEEE P8o2.3cg防尘和/或防水保护呈APL现场开关形式的功率分配数据交换装置的相同的壳体以及用于获取和/或影响工艺过程设备的过程参数的调整回路装置。

根据一个改进方案，调整回路装置借助负载控制装置尤其通过设立用于组合式数据通信尤其是数字数据通信和在小于1瓦、尤其是不大于0.5瓦的第二功率级下的功率传输的安装在第一壳体隔腔内的第三级连接器被供应功率。

根据一个改进方案，调整回路装置是用于调整调节器的调整器。调整器具有至少一个用于接收关于调节器的实际信号如实际位置信号的信号输入端和用于操作调节器的输出端。调节器可以是设计用于可控干预工艺技术过程的仪器。调节器优选布置在壳体外。调节器可以具有自身的调节器壳体，其设计用于防尘和/或防水安装电调节器部件。调节器壳体可以设立用于针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境耐压封罩电调节器部件。

调节器可以设计成本身安全的。本身安全的调节器或其它本身安全的电气部件可以如此设计成固有安全的，即，即便在非正常工作的故障情况下也未出现不安全的状态。故障情况例如描述以下状况，对此存在点燃危险或其它危险：例如在有爆炸危险的区域内接通电流电路时形成电火花的可能性可被视为危险。本身安全的调节器或其它电子部件可以根据防点火本身安全类型实现来实现(“Ex i”例如根据IEC-EN60079-11，部分11，部分14和/或部分25)。本身安全的调节器或其它本身安全的电子部件如此设计，加载的电流强度和电压被如此限定，即，排除由电火花和加热造成的爆炸性燃料/空气混合物的点燃，尤其在正常工作中、例如在构件装接接线和/或拆除接线时，和/或在故障情况下例如在断线或短路时。电压限制可以例如通过本身安全的电子部件或本身安全的调节器的电阻、齐纳势垒和/或电子限流机构来实现。

根据现场装置的另一个改进方案，调整回路装置布置在第一壳体隔腔内并且具有安置在第一壳体隔腔内的用于操作气压执行机构、尤其是气压调节驱动装置的气压输出端。调整回路装置的气压输出端以及同一调整回路装置的或许气压供应入口可以通过受保护的气压空气通道实现。受保护的气压空气通道保证现场装置的电气部件针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境耐压封罩在第一壳体隔腔中。受保护的气压空气通道可以在第一壳体隔腔的通过壳体外壁实现的部段中实现。气压调节驱动装置例如设置用于操作调节阀等。

根据现场装置的另一个改进方案，调整回路装置包括布置在第一壳体隔腔中的用于获知调节器位置的位置传感器。尤其是，位置传感器设计用于获知调节器的调节杆或调节轴的位置。调节杆或调节轴最好只布置在第一壳体隔腔外、尤其是完全在壳体外。

尤其是该位置传感器以非接触方式与调节器耦合。尤其是该非接触式耦合可以包括磁耦合和/或电磁耦合。非接触式耦合优选包括至少一个尤其是位置固定地连接至调节器的调节杆或调节轴的、优选位置不变地固定在其上的磁铁或电磁铁和与磁铁或电磁铁对应的安装在第一壳体隔腔内的磁敏传感器如AMR。显然，技术人员可以代替非接触式磁耦合或电磁耦合地采用其它合适的非接触式耦合如光耦合。

替代地或附加地位置传感器机械连接至调节器。壳体外壁可以包括用于机械连接的套管。例如位置传感器的机械连接可以包括传感器轴且壳体外壁具有用于传感器轴的回转接头。传感器轴可以从第一壳体隔腔延伸向其未受保护的环境地到达调节器尤其是调节杆或调节轴。传感器轴机械连接至调节器尤其是调节杆或调节轴。回转接头保证相对于具有爆炸性或点燃性气氛的环境的现场装置电气部件在第一壳体隔腔内的耐压封罩。

本文涉及一种系统，其包括如上所述的现场装置以及具有至少一个布置在现场装置壳体外的变换器、尤其是电子气压变换器和/或实际信号发送器如位置传感器的调节器、尤其是调节阀，调节器所具有的电信号输入单和/或输出端被连接至现场装置的次级连接器。变换器优选设计成本身安全的。变换器包括电信号输入端和/或输出端，其通过外导线设立用于数据和/或功率传输。在调节器的一个、尤其是正好一个次级连接器与该变换器之间设置至少一个、尤其是正好一个用于数据和/或功率传输的外导线。用于数据和/或功率传输的外导线将布置在壳体外的变换器连接至尤其布置在壳体优选是另一个壳体隔腔内的电次级连接器以便单向或双向数据传输和/或单向和双向功率传输。变换器优选包括用于防尘和/或防水地安装变换器的电气部件的变换器壳体。尤其是，变换器壳体设立成用于具有爆炸性或点燃性气氛的环境的耐压封罩电变换器部件。用于耐压封罩的壳体例如可以是防爆壳体。

变换器可以设立用于从现场装置接收电信号例如模拟信号并且转换为数据信号、尤其是用于调节器的控制信号和/或调整信号，或者转换为例如用于气压调节器的气压控制信号和/或调整信号。变换器可以设立用于基于过程状态产生用于现场装置的数据信号。例如变换器可以是位置传感器、压力传感器、流动传感器、温度传感器等，其测量过程状态如位置、压力、温度、流速、流动量、振动等并产生相应的数据信号以传输给现场装置。由变换器基于过程状态产生的数据信号尤其是实际信号。优选地，外导线为了数据和/或功率传输而设计成没有用于具有爆炸性或点燃性气氛的环境的管状电封罩的简单的双芯电缆。

本发明的其它特征、性能和优点通过以下对优选实施例的说明变得清楚，其中：

图1示出现场装置的第一实施方式的示意图；

图2示出具有现场装置的另一实施方式的系统的示意图；和

图3示出具有现场装置的另一实施方式的系统。

为了简化可阅读性，在以下对优选实施方式的说明中对于相同的或相似的零部件采用相同的或相似的附图标记。

现场装置1a作为主要部件包括具有一个电初级连接器5和至少两个电次级连接器7、8的功率分配数据交换装置3以及用于防尘和/或防水安装电气部件的壳体11a，壳体形成容纳初级连接器5的第一壳体隔腔15。所述至少两个次级连接器7、8安装在壳体11a的另一个壳体隔腔17中。在图1所示的现场装置1a的优选实施方式中，功率分配数据交换装置3的电气部件5、7、8全都如此安装在壳体11a内，从而它们尤其根据防护类型IP-65或更高类型被保护以防止来自现场装置环境的灰尘和/或水。

完全容纳初级连接器5的第一壳体隔腔15设立用于针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境200耐压封罩封于其中的电气部件，而安装有次级连接器7、8的另一个壳体隔腔17未被设立用于此目的。

电初级连接器5配置用于在大于10瓦的第一功率级下的功率耗用。尤其是，电初级连接器5可被实现用于按45瓦第一功率级的功率耗用和/或对应于APL标准IEEE P803.2cg以所谓Trunk接线端形式实现。这些电次级连接器7或8或或许其它(未详细示出)次级连接器设计成组合式数据通信和按每个次级连接器小于10瓦、尤其是每个次级连接器不大于5瓦、优选每个次级连接器不大于0.5瓦的第二功率级的功率传输。

壳体11a具有壳体外壁13，其将分为隔腔15、17的壳体11a内腔与现场装置1a的环境200分隔开。壳体壁13例如可以设计成具有密封以对应于防护类型IP-65。仅第一壳体隔腔15还设计成针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境是耐压的，从而在第一壳体隔腔15内的爆炸、着火或电火花没有产生对第一壳体隔腔15外的环境200的有害作用。即便当第一壳体隔腔15外的环境200根据所谓的区域0或区域1被填充点燃性气体或爆炸性气体时，通过第一壳体隔腔15的封罩而确保在第一壳体隔腔15内的点火源或甚至点火件没有影响到第一壳体隔腔15之外的环境200。由此可以在第一壳体隔腔15内采用电气部件如非本身安全的电初级连接器5，例如因为其面对的功率密度超出允许的极限值。由第一壳体隔腔15实现的封罩确保将会可靠禁止在外部空间200或另一个壳体隔腔17内的内部着火或内部爆炸或电击穿或跳弧。

另一个壳体隔腔17布置在第一壳体隔腔15外的环境200中。在第二壳体隔腔15内可以有可点燃的或有爆炸危险的气体或气体混合物。布置在第二壳体隔腔17中的电气部件例如电次级连接器7、8为了组合式数据通信而传输功率，尤其设计成本身安全地用于在每个次级连接器的低于10瓦、尤其低于1瓦、优选不大于0.5瓦的功率级下的功率传输。

壳体11a内部通过壳体内壁16被分为第一壳体隔腔15和另一个壳体隔腔17。防尘防水的防护类型可以针对壳体11a的所有隔腔15、17等是相同的。或者可以想到，第一壳体隔腔15和另一个壳体隔腔17根据不同的防尘防水的防护类型来设计，其中尤其是第一壳体隔腔15可以对应于其比另一个壳体隔腔17更高的防尘和/或防水密封性。

在第一壳体隔腔15内，负载控制装置31和数据传输装置33被接合至电初级连接器5。在根据图1的示意图中，双向数据通信通过具有敞口方框的线表示。在根据图1的示意图中，功率供应线作为具有对准用户的箭头端的线被示出。功率流方向由箭头方向表示。数据传输装置33以双向数据传输线35连接至初级连接器5以传输尤其是数字数据。功率控制装置31从初级连接器5起经由供应线37被供应功率。从负载控制装置31起，数据交换装置3的电气部件通过不同的供应线36、38、39被供应电能。

保护桥21从第一壳体隔腔15穿过壳体内壁16地延伸至电次级连接器7、8。不同于顺滑的电连接导线，保护桥21通过使用安全的数据和/或功率耦合器41、42、43、44确保在第一壳体隔腔15外例如根据本身安全性的标准保证在位于那里的电子部件周围的防点燃和/或防爆。数据耦合器43、44和功率耦合器41、42可以例如包括电流隔离。数据耦合器43、44例如可以作为光电耦合器或感应耦合器来实现。功率耦合器41、42例如可以作为感应耦合器来实现。可以想到数据和/或功率耦合器41、42、43和/或44包括电功率势垒。

数据耦合器43、44将各自次级连接器7、8连接至数据传输装置33以用于数据通信。在第一数据耦合器43和数据传输装置33之间在第一壳体隔腔15内设置内数据线47。第一数据耦合器43在第二壳体隔腔17中以第一次级连接器7连接至外数据线75。第二数据耦合器44在第一壳体隔腔15中以内数据线48连接至数据传输装置33，在另一个壳体隔腔17中以外数据传输线75连接至第二次级连接器8。

内供应线38、39从负载控制装置31延伸到第一功率耦合器41或第二功率耦合器42。第一功率耦合器41以外供应线77连接至第一次级连接器7。第二功率耦合器42以外供应线77连接至第二次级连接器8。位于壳体11a外的用于数据和/或功率传输装置117a、118a的导线连接至次级连接器7、8。工艺过程设备的一个或多个部件例如位置调整器或位置传感器可接合至每个外导线117、118。与关于图2的现场装置1b的第二实施方式相关地以下将详细描述这样的接合。外导线117a、118a从壳体11被引导经过各自通孔167、168，其(抛开防水和/或防尘保护)设计成没有特殊保护措施。

在壳体11a的包围第一壳体隔腔15的部分13中设有用于功率和数据传输用主导线60的穿孔65。用于数据和功率传输的主导线60被接合至初级连接器5。主导线60被管状封罩63包围并由此设立用于安全应用在具有爆炸性或点燃性气氛的环境中。由于将管状封罩63穿过壳体外壁13内的穿孔65地装入，没有不利地影响第一壳体隔腔15的安全封罩。主导线60例如可以是所谓的Trunk线。尤其是，主导线60可设计成根据IEC61158A型的带护套的现场总线电缆的受保护的双芯环绕屏蔽封罩。

在图2和图3中示出现场装置1b、1c的其它实施方式。现场装置1b和1c与根据图1a的现场装置的区别主要仅在于，在第一壳体隔腔15内附加于电气部件地安装有初级连接器5、功率分配器和数据传输装置33、至少一个电子或机械电子调整回路装置51b、51c。在根据图2和图3的现场装置1b、1c中，附加的调整回路装置51b、51c因其安装在由第一壳体隔腔15实现的耐压封罩内而针对具有爆炸性或点燃性其气氛的环境200被安全保护。关于现场装置1b或1c且尤其是功率分配数据交换装置3的其余设计，指出以上关于图1所示的现场装置1a的说明。

图2示出现场装置1b，在其壳体11b中除了在此实施方式中可配备有例如作为APL现场开关的第三级连接器9的功率分配数据交换装置3外还设有电子调整回路装置51b，其作为调整器、即用于调节器110b的位置调整器设置。

调节器在此作为气动式调节阀100b被举例示出。气动式调节阀100b包括气压调节执行机构101b和通过气压调节执行机构101b借助传力调节杆103b被操作的调节阀105b。根据一个替代设计，调节阀可以具有用于可回转运动的阀的调节轴(未被具体示出)。位置调整器51b通过第三级连接器9连接至功率分配数据交换装置3。功率分配数据交换装置3的第三级连接器9可以例如作为传统的轨迹接线端构成。第三级连接器设置在现场装置1b的第一壳体隔腔15内。第三级连接器9设立用于组合式数据通信、尤其是数字数据通信和在不大于10瓦、尤其不大于1瓦、优选不大于0.5瓦的第二功率级下的功率传输。显然，现场装置可以具有其它数量的较多次级连接器7、8和/或第三级连接器9。第三级连接器9具备数据传输线95和用于将功率从数据交换装置3传输至调整回路装置51b的供应线97。调整回路装置51b具有接线端接口53b，其作为功率输入端还有信号输入端和输出端。

位置调整器51b能以其信号输入端53b接收实际信号如来自气压调节器100b的位置传感器120b的实际位置信号。在位置调整器51b的信号输出端53b，位置调整器可以输出用于调节阀100b的控制和/或调节信号。在信号输入端53b，位置调整器51b也可以从其它的例如中央控制装置如工艺过程设备的中央控制台接收理论信号，其中这种理论信号借助主导线60可被提供给现场装置1b。位置调整器51b的输入端53b被连接至第三级连接器9以用于位置调整器51b的功率供应。

用于基于位置调整器51b的电控制信号产生气压控制信号的电子气压变换器110b布置在现场装置1b的壳体11之外。电子气压变换器110b具有自身的变换器壳体123。电子气压变换器以气压管线116b连接至气压执行机构101b、例如具有弹簧复位功能的单向作用式气压驱动装置。电子气压变换器110b还包括用于连接至压缩空气源或压缩空气阱(Druckluftsenke)的供压和/或泄压接线端119b。

电子气压变换器110b是本身安全的。电子气压变换器110b具有电信号输入端111，其通过外导线被连接至现场装置1b的第一次级连接器7以便数据和/或功率传输17b。来自位置调整器51b的控制信号借助次级连接器7经由第一外导线117b被传输给电子气压变换器110b。当电子气压变换器110b例如不具备产生自身通信信号的能力、即无法回输信号至现场装置1b时，用于数据传输117b的导线可以设计成是单向的。从电子气压变换器110b至现场装置1b的数据传输线117b或者可设计成是双向的，因此电子气压变换器110b能传输信号例如关于供应压力的实际信号或现场装置1b的故障诊断码。来自电子气压变变换器110b的信号可以从数据交换装置3经由初级连接器5和/或第三级连接器9被转送至其它电子部件如中央控制台或位置调整器51b。

作为其它变换器，在图2所示的系统中设置位置传感器120b，其测量调节杆103b的绝对位置或相对位置以便基于此产生位置实际信号，以将其通知给位置调整器51b。位置传感器120b具备用于借助第二外导线118b传输位置实际信号以用于数据和/或功率传输的信号输出端121。导线118b将现场装置1b的第二次级连接器8至位置传感器120b的信号输出端121。位置传感器120b被封在自身的变换器壳体123内。

调节器壳体或变换器壳体123可设立用于相对于环境200防尘和/或防水地屏蔽壳体内所装的电气部件。变换器壳体123可替代地或附加地设立用于针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境200耐压封罩其中所装的电气变换器部件。由位置传感器120b产生的位置实际信号从数据交换装置3经由在第三级连接器9和信号输入端53b之间的数据线95被转送至位置调整器51b。数据交换装置3可以附加地或替代地设计用于将实际信号从传感器如位置实际信号和位置传感器120b经由初级连接器5和连接至此的主导线60传输给其它部件如中央控制台。

图3示出现场装置1c的另一实施例，在此，在壳体11c内除了功率分配数据交换装置3外还设有另一调整回路装置51c。在此处所示的实施例中，调整回路装置51c以用于调整调节器100c的调整器的形式实现，即以图3为例呈用于气动调节阀100c的气压位置调整器51c的形式。调整器51c具有特殊设计的信号输入端120c用于接收实际信号即关于调节器100c的位置实际信号。信号输入端120c通过外导线122连接至调节器100c。外导线122可用此处未详细示出的管状封壳被包围。导线122伸出壳体11c的第一壳体隔腔15外以将信号输入端120c连接至调节器100c。外导线122的伸出可以设计成受保护地穿过包围安全隔开腔15的壳体11c的外壁13，从而通过第一壳体隔腔15实现的针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境200的电气部件耐压封罩未打折扣。外导线122可以将信号输入端120c例如连接至阀杆103c上的止挡键，其测量阀103c的打开位置和/或关闭位置。

气压电动位置调整器51c还包括电子气压变换器110c，其设计成气压电动位置调整器51c的一部分并且安装在第一壳体隔腔15内。为了连接至压缩空气源和/或压缩空气阱，壳体11c的外壁13配设有受保护的气压口119c。穿过壳体11c外壁13的另一安全的气压口设置用于气压供应线116c以通过电子气压变换器110c操作气压执行机构101c。

清楚明白的是，作为上述实施方式的替代，也能实现其它替代方案例如混合方式，在此例如实现未详细示出的电子气压位置调整器连带布置在第一壳体隔腔15中的通过外导线连接至安置于调节器上的状态传感器的实际信号输入端，其中该位置调整器的电子气压变换器布置在现场装置壳体之外。

或者，电子气压位置调整器的电子气压变换器可安装在第一壳体隔腔15内，而状态传感器通过次级连接器可以间接连接至位置调整器(未被详细示出)。

根据另一个可想到的替代方案，设有现场装置连同安置在其中的非接触式、例如感应式位置或姿态传感器，其布置在调节杆或调节轴附近。尤其是，磁铁或类似的非接触式位置信号发送器可以就位在调节杆或调节轴上并且在第一壳体隔腔15内设有用于获得调节器实际位置的非接触式位置传感器(未详细示出)。可以想到这样的现场装置可以具备用于操作气压驱动调节阀的电子气压变换器，其可以或是设置在第一壳体隔腔内、或是设置在第一壳体隔腔外。

根据可与前述实施例组合的另一个未被详细示出的替代实施例，可在第一壳体隔腔内设置位置传感器，其借助机械连接与该调节杆或调节轴相连以获知调节器实际位置。尤其是该调节杆或调节轴的调节运动可被转换为传感器轴的转动运动，该转动借助用于传感器轴的回转接头到达第一壳体隔腔15。传感器轴的转动运动于是可借助位置传感器如磁场敏感位置传感器被记录。

显然，作为在此所述的和所示的用于操作气压驱动装置的电子气压变换器的替代方式，可以设置或许结合用于操作电气执行机构的电控制输出端的电气供应输出端。电气调节执行机构例如可以驱动调节杆或调节轴或泵。

在以上说明、图和权利要求书中公开的特征不仅可以单独地、也可以在任何组合中对于以不同设计方案实现本发明是有意义的。

附图标记

1a,1b,1c现场装置

3 功率分配数据交换装置

5 初级连接器

7,8 次级连接器

9 第三级连接器

11a,11b,11c壳体

13 壳体外壁

15 第一壳体隔腔

16 壳体内壁

17 另一个壳体隔腔

21 保护桥

31 负载控制装置

33 数据传输装置

35 数据传输线

36,37,38,39供应线

41,42 数据耦合器

43,44 功率耦合器

51b,51c调整回路装置

53b,53c信号输入端和/或输出端

60 主导线

63 管状封罩

65 穿孔

75 数据传输线

77 供应线

100b,100c调节器

101b,101c气压调节驱动装置

103b,103c调节杆

105b,105c调节阀

110b,110c电子气压变换器

111,112信号输入端和/或输出端

116c气压信号输出端

117a,118a外数据和/或功率传输线

117b,118b外数据和/或功率传输线

117c 外数据和/或功率传输线

119c 受保护的气压口

120b 位置传感器

121 信号输出端

122 导线

123 调节器或变换器壳体

167,168通道

200环境。

Claims (11)

1.一种用于工艺过程设备的现场装置(la,1b,1c)，所述工艺过程设备例如是化工设备如精炼厂、发电厂如核电厂、食品加工设备等，所述现场装置(la,1b,1c)包括：功率分配数据交换装置(3)，所述功率分配数据交换装置(3)具有配置用于在高于10W的第一功率级下耗用功率的电的初级连接器(5)和用于在每个均低于10W的功率级下组合式数据通信和功率传输的至少两个电的次级连接器(7,8)，其特征是，设有用于防尘和/或防水地安装电气部件的壳体(11a,11b,11c)，所述壳体形成第一壳体隔腔(15)，其中，所述第一壳体隔腔(15)被设立用于针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境耐压封罩电气部件并且容纳所述初级连接器(5)，并且其中，所述至少两个次级连接器(7,8)被布置在针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境的电气部件耐压封罩之外、尤其在所述第一壳体隔腔(15)之外，其中，至少一个尤其是无电位隔离的保护桥(21)从所述第一壳体隔腔伸出以将所述初级连接器(5)连接至所述至少两个次级连接器(7,8)。

2.根据权利要求1所述的现场装置(1a,1b,1c)，其特征是，所述壳体(11a,11b,11c)形成至少另一个壳体隔腔(17)，在所述另一个壳体隔腔(17)中设置至少一个次级连接器(7,8)，其中，所述至少另一个壳体隔腔(17)未被设置为针对具有爆炸性或点燃性气氛的环境的电气部件耐压封罩。

3.根据前述权利要求中任一项所述的现场装置(1a,1b,1c)，其特征是，所述第一壳体隔腔(15)在至少一个部段中由所述壳体(11a,11b,11c)的外壁(13)界定。

4.根据前述权利要求中任一项所述的现场装置(1a,1b,1c)，其特征是，所述保护桥(21)包括电流隔离器如光电耦合器(41,42)和/或感应耦合器(43,44)和/或电功率势垒。

5.根据前述权利要求中任一项所述的现场装置(1a,1b,1c)，其特征是，所述功率分配数据交换装置(3)包括负载控制装置(31)和数据传输装置(33)，并且其中，尤其所述负载控制装置(31)和/或所述数据传输装置(33)被容纳在所述第一壳体隔腔(15)中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的现场装置(1b,1c)，其特征是，在所述壳体(11b,11c)内、尤其在所述第一壳体隔腔(15)内安装有至少一个用于获得和/或影响所述工艺过程设备的过程参数的电子或机械电子的调整回路装置(51b,51c)，其中，尤其是所述调整回路装置(51b,51c)由经由所述初级连接器(5)所供应的电功率被供应。

7.根据权利要求5和6所述的现场装置(1b,1c)，其特征是，所述调整回路装置(51b,51c)借助所述负载控制装置(31)尤其是通过被设立用于在低于10W的功率级下组合式数据通信和功率传输的安装在所述第一壳体隔腔(15)中的第三级连接器(9)被供应电功率。

8.根据权利要求6或7所述的现场装置(1b,1c)，其特征是，所述调整回路装置(51b,51c)是用于调整调节器(100b,100c)的调整器，其中，所述调整器具有至少一个用于接收实际信号如关于所述调节器(100b,100c)的实际位置信号的信号输入端(53b；53c)和用于操作所述调节器(100b,100c)的输出端(53b,53c,110c)。

9.根据权利要求8所述的现场装置(1c)，其特征是，所述调整回路装置(51c)具有被布置在所述第一壳体隔腔(15)内的用于操作气压致动器(101c)、尤其是气压调节驱动装置(100c)的气压输出端(110c)。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的现场装置(1b,1c)，其特征是，所述调整回路装置(51b,51c)包括被布置在所述第一壳体隔腔(15)中的用于获知尤其是所述调节器(100b,100c)的调节杆(103b,103c)或调节轴的位置的位置传感器，其中，尤其是所述位置传感器以非接触和/或机械的方式接合至所述调节器(100b,100c)。

11.一种系统，所述系统包括根据前述权利要求中任一项所述的现场装置(1a,1b,1c)和调节器(100b,100c)，所述调节器具有至少一个被安置在壳体(11a,11b,11c)外的变换器、尤其是电子气压变换器(110b)和/或实际信号发送器如位置传感器(120b)，所述位置传感器具有连接至所述现场装置(la,1b,1c)的次级连接器(7,8)的电气信号输入端和/或输出端(111,121)。

Images