DE10015619A1

DE10015619A1 - Programmierbares Feldgerät

Info

Publication number: DE10015619A1
Application number: DE10015619A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Huber; Stefan Burger
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-04
Also published as: AU2001231724A1; US20040012264A1; WO2001073382A1

Abstract

Bei einem programmierbaren Feldgerät 1 mit einem Sensor 2, einer Auswerteelektronik 4 und einer Kommunikationseiheit 5 mit Anschlußeinheit 7 ist eine zusätzliche Spannungsversorgungseinheit 10 vorgesehen, die mit der Anschlußeinheit 7 verbindbar ist. Durch die zusätzliche Spannungsversorgungseinheit 10 können energieintensive Anwendungen schneller durchgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein programmierbares Feldgerät.

In der Prozeßsteuerungs- und Automatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, um Prozeßvariable, wie z. B. Massedurchfluß, Füllstand, Druck, Temperatur etc., mittels entsprechender Meßwert-Aufnehmer zu erfassen und in ein den Wert der Prozeßvariable repräsentierendes analoges oder digitales Meßsignal umzuwandeln.

Üblicherweise sind derartige Feldgeräte über ein Datenübertragungs-System mit einer zentralen Prozeßsteuereinheit verbunden, an die die Meßsignale z. B. via 2-Leiter- Stromschleife und/oder via digitalen Daten-BUS übertragen werden. Als Datenübertragungs-Systeme dienen, insbesondere serielle Feldbus-Systeme, wie z. B. HART, PROFIBUS-PA, FOUNDATION FIELDBUS, CAN-BUS etc. mit entsprechenden Übertragungs-Protokolle.

In der zentralen Prozeßsteuereinheit werden die übertragenen Meßsignale weiterverarbeitet und als entsprechende Meßergebnisse z. B. auf Monitoren visualisiert und/oder in Steuersignale für Prozeß-Stellglieder, wie z. B. Magnet-Ventile, Elektro- Motoren etc., umgewandelt.

Neben der primären Funktion, nämlich der Erzeugung von Meßsignalen, weisen moderne Feldgeräte zahlreiche weitere Funktionalitäten auf, die ein effizientes und sicheres Führen des zu beobachtenden Prozesses unterstützen. Dazu zählen u. a. solche Funktionen, wie die Eigenüberwachung des Feldgerätes, das Abspeichern von Meßwerten, das Erzeugen von Steuersignalen für Stellglieder, etc.. Aufgrund dieser hohen Funktionalität der Feldgeräte werden in zunehmendem Maße prozeßleitende Funktionen in die Feld-Ebene verlagert und somit die Prozeßführungs-Systeme entsprechend dezentral organisiert.

Ferner betreffen diese zusätzlichen Funktionalitäten z. B. auch die Inbetriebnahme des Feldgerätes sowie dessen Anbindung an das Datenübertragungs-System.

Diese und weitere Funktionen sind nur mittels programmierbarer Feldgeräte realisierbar, deren Feldgeräte-Elektronik einen Mikro-Computer und in diesen entsprechend implementierte Software umfaßt.

Die Software wird vor der Inbetriebnahme des Feldgerätes in einen permanenten Speicher, z. B. einen PROM oder einen nicht-flüchtigen Speicher, z. B. eine EEPROM, des Mikro-Computers einprogrammiert und ggf. für den Betrieb des Feldgerätes in einen flüchtigen Speicher, z. B. einen RAM, geladen.

Die mittels der Feldgeräte beobachteten Prozesse unterliegen sowohl hinsichtlich der baulichen Ausführung der Anlagen als auch hinsichtlich der zeitlichen Abfolgen einzelner Prozeßschritte einer steten Modifikation. In entsprechender Weise sind auch die Feldgeräte den sich ändernden Prozeßbedingungen anzupassen und weiter zu entwickeln. Dies erstreckt sich einerseits auf die Meßwert-Aufnehmer, andererseits aber vor allem auch auf die implementierten Funktionen, wie z. B. die Ansteuerung des Meßwert-Aufnehmers, die Auswertung der Meßsignale oder die Präsentation der Meßergebnisse sowie die Kommunikation mit dem Datenübertragungs-System.

Teilweise werden die Feldgeräte über 2-Draht-Leitungen mit Spannung versorgt (4-20- mA, Hart, bzw. Profibus-PA). Die 2-Draht-Leitung dient gleichzeitig auch zur Datenübertragung vom Feldgerät zu der zentralen Prozeßsteuereinheit. 2-Draht-Leitungssysteme sind in der Regel hinsichtlich der Spannungs- und Stromversorgung begrenzt, insbesondere gilt dies in explosionsgefährdeten Bereichen.

Dadurch daß die Leistungsaufnahme der Feldgeräte, die über eine 2-Draht-Leitung versorgt werden, stark eingeschränkt ist, bezeichnet man derartige Geräte auch als low power-Geräte. Energieintensive Anwendungen können deshalb nur langsam ausgeführt werden.

Insbesondere Änderungen des Speichers, d. h. Einlesen bzw. Auslesen von größeren Datenmengen, sind energieintensiv und kosten deshalb viel Zeit. Derartige Änderungen sind im Sevicefall notwendig, bei das Feldgerät vor Ort von einem Techniker aufgesucht wird.

Bei einem Radarfüllstandsmesser dauert das Auslesen einer neuen Hüllkurve etwa 1-3 Minuten. Derartige Verzögerungen im Servicefall sind Zeit- und kostenintensiv.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Feldgerät zu schaffen, das im Sevicefall ein schnelleres Arbeiten ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein programmierbares Feldgerät, das einen Sensor, eine Auswerteelektronik und eine Kommunikationseinheit mit einer Anschlußeinheit aufweist, wobei eine zusätzliche Spannungsversorgungseinheit vorgesehen ist, die mit der Anschlußeinheit verbindbar ist.

In vorteilhafter Weise weist die Spannungsversorgungseinheit eine Batterie auf.

Alternativ weist die Spannungsversorgungseinheit Solarzellen auf.

Als weitere vorteilhafte Ausgestaltungen für die die Spannungsversorgungseinheit sind denkbar, Peltier-Element, Empfänger für Funkenergie, Vibrationsenergiewandler oder einen Rotationsenergiewandler auf.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Spannungsversorgungseinheit mit einer am Feldgerät angeordneten Servicebuchse verbindbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Spannungsversorgungseinheit explosionssicher ausgeführt.

Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, daß durch eine zusätzliche Spannungsversorgungseinheit ausreichend elektrische Energie dem Feldgerät zugeführt werden kann, damit gewisse Anwendungen (energieintensives Speicherbeschreiben oder Speicherabfrage) schneller durchführbar sind.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematische Darstellung eines Feldgerätes mit einer Spannungsversorgungseinheit nach einem ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 2 schematische Darstellung eines Feldgerätes mit einer Spannungsversorgungseinheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt ein Feldgerät 1, das mit einem Sensor 2 verbunden ist. Das Feldgerät besteht im wesentlichen aus einer Elektronikeinheit 4, die einen Mikro-Computer und einen Speicher umfaßt und einer Kommunikationseinheit 5. Die Elektronikeinheit 4 wertet das Sensorsignal des Sensors 2 aus und gibt ein den Meßwert repräsentierendes Meßsignal an die Kommunikationseinheit 5. Die Kommunikationseinheit 5 überträgt das Meßsignal an eine Prozeßsteuereinheit 20, wo der Meßwert des Sensors 2 ausgewertet wird und gegebenenfalls Steuermaßnahmen getroffen werden die den Prozeßablauf regeln. Hierzu steuert die Prozeßsteuereinheit 20 nicht näher dargestellte Aktoren an.

Die Elektronikeinheit 4 ist weiterhin mit einer Anzeigeeinheit 3 verbunden, die z. B. zur Darstellung des Meßwertes des Sensors 2 dient.

Die Kommunikationseinheit 5 ist mit einer Anschlußeinheit 7 verbunden, die einen 2- Draht-Anschluß 8 und eine Servicebuchse 9 aufweist. Der 2-Draht-Anschluß 8 ist mit einer 2-Draht-Leitung 22 verbunden, die zu einer Prozeßsteuereinheit 20 führt. Über die 2-Draht-Leitung 22 erfolgt die Kommunikation zwischen Feldgerät 1 und Prozeßsteuereinheit 20 sowie die Spannungsversorgung des Feldgerätes 1. Parallel zum 2-Draht-Anschluß 8 ist eine Servicebuchse 9 geschaltet.

Mit der Servicebuchse 9 ist eine Spannungsversorgungseinheit 10 lösbar verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Spannungsversorgungseinheit 10 zwei in Serie geschaltete 12 V Batterien Bat1 und Bat2 auf.

Bei Ex-Anwendungen sind zusätzliche Dioden ZD1, ZD2 und ZD3 vorgesehen, die zwischen den beiden Batterieanschlußleitungen L1 und L2 angeordnet sind.

Die Kommunikationseinheit 10 besteht aus einem Kunststoffgehäuse und ist vollständig vergossen.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel sind der 2-Draht-Anschluß 8 und die Servicebuchse 9 in der Anschlußeinheit 7 nicht parallel sondern getrennt geschaltet. Zwei Dioden ZD4 und ZD5 verhindern bei Ex-Anwendungen den Stromrückfluß von Feldgerät 1 zur Spannungsversorgungseinheit 10.

Nachfolgend ist die Funktionsweise der Erfindung näher erläutert.

Im Sevicefall sucht der Techniker das Feldgerät vor Ort an einer Prozeßkomponente auf.

Ist es notwendig, daß z. B. Daten im Speicher des Feldgerätes geändert werden, so wird die Spannungsversorgungseinheit 10 über die Servicebuchse 9 mit dem Feldgerät 1 verbunden. Die Daten können z. B. zwischen dem Feldgerät 1 und einem Handgerät, einem tragbaren PC oder anderer Kommunikationseinrichtungen mittels einer 2-Draht- Verbindung, übertragen werden.

Insbesondere im Servicefall müssen Hüllkurven aus dem Feldgerät 1 in eine tragbare Kommunikationseinrichtung ausgelesen und anschließend ausgewertet werden. Derartige Hüllkurven bestehen aus einer Vielzahl von Daten, deren Auslesen energieintensiv ist.

Das Feldgerät kann auch von außen über die Kommunikationseinrichtung parametriert werden. Auch in diesem Fall kann es notwendig sein eine Vielzahl von Daten zu übertragen.

Kommt es beim Befüllen oder Entleeren eines Tanks zu einer schnellen Füllstandsänderung, so ist zur Auswertung eine ausreichend schnelle Datenübertragung notwendig. Mit herkömmlichen Feldgeräten ist eine Verfolgung rascher Änderungen deshalb nicht möglich.

Durch die Versorgungseinheit 10 steht dem Feldgerät ausreichend elektrische Leistung zur Verfügung, so daß auch energieintensive Anwendungen, schnell durchgeführt werden können.

Insbesondere können Hüllkurven schneller aus dem Feldgerät 1 eingelesen werden.

Dadurch kann der Zeitaufwand im Sevicefall erheblich verkürzt werden.

Verschiedene Energiequellen der Spannungsversorgungseinheit 10 sind denkbar.

Neben Batterien sind Solarzellen, Peltier-Elemente Empfänger für Funkenergie, Vibrationsenergiewandler etc. denkbar.

Claims

1. Programmierbares Feldgerät (1) mit einem Sensor (2), einer Auswerteelektronik (4) und einer Kommunikationseinheit (5) mit einer Anschlußeinheit (7), dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Spannungsversorgungseinheit (10) vorgesehen ist, die mit der Anschlußeinheit (7) verbindbar ist.

2. Programmierbares Feldgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinheit (10) mindestens eine Batterie Bat aufweist.

3. Programmierbares Feldgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinheit (10) Solarzellen aufweist

4. Programmierbares Feldgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinheit (10) ein Peltier-Element aufweist.

5. Programmierbares Feldgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinheit (10) einen Empfänger für Funkenergie aufweist.

6. Programmierbares Feldgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinheit (10) einen Vibrationsenergiewandler oder Rotationsenergiewandler aufweist.

7. Programmierbares Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinheit (10) über eine am Feldgerät (1) vorgesehene Servicebuchse (9) verbindbar ist.

8. Programmierbares Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungseinheit (10) für Ex-Anwendungen ausgelegt ist.