DE102004059109A1

DE102004059109A1 - Device for potential-free energy supply of pluggable component groups applicable to module support, with at least one point fitted with current converter, whose primary is part of module support, secondary of pluggable component group

Info

Publication number: DE102004059109A1
Application number: DE102004059109A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Westerfeld
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-14

Abstract

Energy supplied component groups (40) are plugged to preset point of module support (10) for mechanical holding and electric contacting. At least one plug point is fitted with current converter (30) with primary (31) and at least one secondary (32), while its magnetic core is divided into module support and component group. Primary is part of module support and coupled to alternating voltage source, while secondary is part of component group. Primary coupling to alternating voltage source is carried out via resistor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur potentialfreien Energieversorgung von steckbaren Baugruppen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a device for potential-free power supply of plug-in modules according to the preamble of patent claim 1.

In der Automatisierungstechnik werden aus Sicherheitsgründen die Stromkreise zentraler Einrichtungen jeweils von den Stromkreisen von Feldgeräten galvanisch getrennt.In For safety reasons, automation technology will be the Circuits of central facilities in each case by the circuits of field devices galvanically isolated.

Aus der DE 199 10 409 ist eine Feldbusanordnung mit einem Verteiler für Feldbussysteme, welcher vorzugsweise im explosionsgefährdeten Bereich einer verfahrenstechnischen Anlage montierbar ist bekannt, bei der die galvanische Trennung für eine Gruppe von Feldgeräten gemeinsam ist. Dabei ist ein Feldbuskoppler in den Speisekreis der Feldgeräte eingeschaltet. Dieser Feldbuskoppler weist drei voneinander galvanisch getrennte Stromkreise auf, von denen ein erster Stromkreis mit dem Feldbushauptstrang verbunden ist. Über einen zweiten Stromkreis ist der Feldbuskoppler mit der Spannungsquelle verbunden. Der dritte Stromkreis ist als nichteigensicherer Stromkreis in den explosionsgefährdeten Bereich geführt und mit der Speisespannung der Spannungsquelle und den Kommunikationssignalen der Datenübertragung für eine Gruppe von Feldgeräten beaufschlagt. Dabei sind die Stromkreise der Feldgeräte einer Gruppe galvanisch verbunden.From the DE 199 10 409 is a field bus arrangement with a distributor for fieldbus systems, which is preferably mounted in the hazardous area of a process plant known, in which the electrical isolation for a group of field devices is common. In this case, a fieldbus coupler is turned on in the supply circuit of the field devices. This fieldbus coupler has three galvanically isolated circuits from each other, of which a first circuit is connected to the Feldbushauptstrang. The fieldbus coupler is connected to the voltage source via a second circuit. The third circuit is passed as a non-intrinsically safe circuit in the hazardous area and acted upon by the supply voltage of the voltage source and the communication signals of the data transmission for a group of field devices. The circuits of the field devices of a group are galvanically connected.

Aus Keinath, „Die Technik elektrischer Messgeräte", Erster Band Messgeräte und Zubehör, Seite 509 f, Oldenbourg, München und Berlin 1928, ist ein Kabel-Stromwandler zur Messung der Stromverteilung in Mehrfachleitungen bekannt. Der Stromwandler besteht im wesentlichen aus einem Eisenkern mit einem aufklappbaren Schenkel zur unterbrechungsfreien Anschaltung an eine stromführende Leitung und einer Wicklung mit mindestens zwei Anschlüssen zur Anschaltung eines Messinstruments.Out Keinath, "The Technology of Electrical Measuring Instruments ", Volume 1 Measuring Instruments and Accessories, page 509 f, Oldenbourg, Munich and Berlin 1928, is a cable current transformer for measuring the current distribution in multiple lines known. Of the Current transformer essentially consists of an iron core with a hinged leg for uninterrupted connection to a current carrying Cable and a winding with at least two connections to Connection of a measuring instrument.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache Einrichtung zur individuellen potentialfreien Energieversorgung von Feldgeräten anzugeben, die in explosionsgefährdeten Anlagen einsetzbar ist.Of the Invention is therefore based on the object as possible simple device for individual potential-free energy supply of field devices to be specified in potentially explosive atmospheres Equipment is used.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.According to the invention this Problem solved by the means of claim 1. advantageous Embodiments of the invention are given in the dependent claims.

Die Erfindung geht von einer für sich bekannten Anordnung bestehend aus einem Modulträger mit mindestens einem Steckplatz und mindestens einer steckbaren Baugruppe aus, die auf dem Steckplatz mechanisch gehalten und elektrisch kontaktiert ist.The Invention goes from one for known arrangement consisting of a module carrier with at least a slot and at least one plug-in module, the mechanically held in the slot and contacted electrically is.

Erfindungsgemäß ist der Steckplatz des Modulträgers mit einer Stromwandleranordnung mit einer Primärwicklung und mindestens einer Sekundärwicklung ausgestattet, wobei der Magnetkern der Stromwandleranordnung auf den Modulträger und die steckbare Baugruppe aufgeteilt ist. Die Primärwicklung der Stromwandleranordnung ist Bestandteil des Modulträgers und an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen. Die mindestens eine Sekundärwicklung ist Bestandteil der steckbaren Baugruppe.According to the invention Slot of the module carrier with a current transformer arrangement having a primary winding and at least one secondary winding equipped, wherein the magnetic core of the current transformer arrangement the module carrier and the pluggable assembly is split. The primary winding the current transformer assembly is part of the module carrier and connected to an AC voltage source. The at least one secondary winding is part of the plug-in module.

Die steckbare Baugruppe umfasst eine elektrische Schaltung zur Adaption eines Feldgerätestromkreises an die Stromkreise zentraler Einrichtungen.The Plug-in module includes an electrical circuit for adaptation a field device circuit to the circuits of central facilities.

Auf diese Weise wird nach dem für sich bekannten Transformatorprinzip elektrische Energie von dem aus der Wechselspannungsquelle gespeisten Primärstromkreis in den vom Feldgerät belasteten Sekundärstromkreis übertragen. Dabei ist der Sekundärstromkreis galvanisch vom Primärstromkreis getrennt.On this way will be after for known transformer electrical energy from the fed from the AC voltage source primary circuit loaded in the field device Transfer secondary circuit. Here is the secondary circuit galvanic from the primary circuit separated.

Die induktive Energieauskopplung geschieht sowohl beim Hinzufügen als auch beim Entfernen eines Feldgeräts ohne dediziertes Abschalten desselben funkenfrei. Damit ist eine fundamentale Forderung für die Zulassung der erfindungsgemäßen Einrichtung in explosionsgefährdeten Anlagen erfüllt.The Inductive energy extraction happens both when adding as even when removing a field device without dedicated shutdown same spark free. This is a fundamental requirement for approval the device according to the invention in potentially explosive atmospheres Plants met.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand eines Ausführungsbeospiels näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:Further Details and advantages of the invention will be described below an execution example game explained in more detail. The necessary drawings show:

1 eine teilweise geschnittene Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur potentialfreien Energieversorgung von steckbaren Baugruppen 1 a partially sectioned schematic representation of a device for potential-free power supply of plug-in modules

2 eine Ausführungsform modulträgerseitiger Magnetkerne 2 an embodiment module carrier side magnetic cores

3 eine anternative Ausführungsform mit gemeinsamen modulträgerseitigem Magnetkern 3 an alternative embodiment with common module carrier side magnetic core

4 eine Prinzipschaltung einer Einrichtung zur Energieversorgung einer 4 a basic circuit of a device for supplying energy to a

In 1 ist eine Einrichtung zur potentialfreien Energieversorgung von steckbaren Baugruppen teilweise geschnitten dargestellt. Ein Modulträger 10 ist mit mindestens einem Steckplatz zur Aufnahme einer steckbaren Baugruppe 40 ausgestattet. Jeder Steckplatz ist mit Mitteln zur elektrischen Kontaktierung 17 und nicht dargestellten Mitteln zur mechanischen Arretierung der steckbaren Baugruppe 40 ausgerüstet.In 1 a device for potential-free power supply of plug-in modules is shown partially cut. A module carrier 10 is with at least one slot for receiving a plug-in module 40 fitted. Each slot is provided with means for electrical contacting 17 and means not shown for the mechanical locking of the plug-in module 40 equipped.

Die Steckkontakte 17 sind mit einer zentralen Einrichtung 50 und einem Feldgerät 60 verbunden. Die steckbare Baugruppe 40 umfasst eine elektrische Schaltung 41 zur Adaption eines Feldgerätestromkreises an die Stromkreise zentraler Einrichtungen 50.The plug contacts 17 are with a central facility 50 and a field device 60 connected. The pluggable module 40 includes an electrical circuit 41 for adapting a field device circuit to the circuits of central facilities 50 ,

Mindestens ein Steckplatz des Modulträgers 10 ist mit einer Stromwandleranordnung 30 mit einer Primärwicklung 31 und mindestens einer Sekundärwicklung 32 ausgestattet, wobei der Magnetkern der Stromwandleranordnung 30 auf den Modulträger 10 und die steckbare Baugruppe 40 aufgeteilt ist. Die Primärwicklung der Stromwandleranordnung 30 ist Bestandteil des Modulträgers 10. Die mindestens eine Sekundärwicklung 32 ist Bestandteil der steckbaren Baugruppe 40.At least one slot of the module carrier 10 is with a current transformer arrangement 30 with a primary winding 31 and at least one secondary winding 32 equipped, wherein the magnetic core of the current transformer assembly 30 on the module carrier 10 and the pluggable assembly 40 is divided. The primary winding of the current transformer arrangement 30 is part of the module carrier 10 , The at least one secondary winding 32 is part of the plug-in module 40 ,

Der Übersichtlichkeit halber sind die 1 bis 4 mit einem Luftspalt zwischen dem Modulträger 10 und den steckbaren Baugruppe 40 dargestellt. Während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs der Einrichtung stoßen die Stirnflächen der Magnetkerne der Stromwandleranordnungen 30 aufeinander.For the sake of clarity, the 1 to 4 with an air gap between the module carrier 10 and the pluggable assembly 40 shown. During the intended use of the device, the end faces of the magnetic cores of the current transformer arrangements 30 each other.

In einer ersten Ausführungsform ist gemäß der entlang der Schnittlinie AA' in 1 geschnittenen Darstellung in 2 modulträgerseitig für jeden Steckplatz für eine steckbare Baugruppe 40 eine Stromwandleranordnung 30 unabhängig von weiteren Stromwandleranordnungen 30 vorgesehen. Dabei umfasst die Primärwicklung 31 alle Stromwandleranordnungen 30 des Modulträgers 10.In a first embodiment, according to the along the section line AA 'in 1 cut illustration in 2 Module carrier side for each slot for a plug-in module 40 a current transformer arrangement 30 independent of other current transformer arrangements 30 intended. This includes the primary winding 31 all current transformer arrangements 30 of the module carrier 10 ,

In einer alternativen Ausführungsform sind gemäß der entlang der Schnittlinie AA' in 1 geschnittenen Darstellung in 3 die Stromwandleranordnungen 30 modulträgerseitig für eine Mehrzahl von Steckplätzen zu einer Baueinheit vereinigt.In an alternative embodiment, according to the along the section line AA 'in 1 cut illustration in 3 the current transformer arrangements 30 module carrier side united for a plurality of slots to form a unit.

In 4 ist eine Schaltung zur Energieversorgung prinzipiell dargestellt. Die Primärwicklung 31 umfasst eine Mehrzahl von Windungen. In einer ersten Ausführungsform sind diese Windungen durch die Adern 11 bis 1n eines mehradrigen Kabels gebildet. Die Adern 11 bis 1n des mehradrigen Kabels sind in Reihe geschaltet. Dabei ist jeweils ein Adernanfang mit einem Adernende einer anderen Ader verbunden. Die freien Aderenden 11a und 1na sind an eine Wechselspannungsquelle 20 angeschlossen.In 4 a circuit for power supply is shown in principle. The primary winding 31 includes a plurality of turns. In a first embodiment, these turns are through the wires 11 to 1n formed of a multi-core cable. The veins 11 to 1n the multi-core cable are connected in series. In each case one wire beginning is connected with one wire end of another wire. The free wire ends 11a and 1na are to an AC source 20 connected.

In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Windungen der Primärwicklung 31 durch Leiterbahnen auf einer Rückverdrahtungsleiterplatte gebildet sind.In an alternative embodiment it can be provided that the turns of the primary winding 31 are formed by tracks on a backplane printed circuit board.

In bevorzugter Ausführungsform ist die Wechselspannungsquelle 20 durch einen direkten Anschluss an das Wechselspannung führende Versorgungsnetz zur Energieversorgung von Motoren, Pumpen, Beleuchtungsanlagen und dergleichen gebildet. In einer alternativen Ausführungsform kann ein untersetzender Transformator vorgesehen sein, dessen Primärwicklung an das Wechselspannung führende Versorgungsnetz angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung mit den freien Aderenden 11a und 1na verbunden sind. Vorteilhafterweise wird das mehradrige Kabel 10 dadurch mit Niederspannung beaufschlagt. Dementsprechend sinken die Anforderungen an den Berührungsschutz für das mehradrige Kabel 10. Das mehradrige Kabel 10 kommt mit einer geringeren Isolation aus und ist flexibler in der Anlage verlegbar.In a preferred embodiment, the AC voltage source 20 formed by a direct connection to the AC voltage supply network for powering motors, pumps, lighting systems and the like. In an alternative embodiment, a step down transformer may be provided, whose primary winding is connected to the AC voltage supply network and its secondary winding with the free wire ends 11a and 1na are connected. Advantageously, the multi-core cable 10 thereby subjected to low voltage. Accordingly, the requirements for contact protection for the multi-core cable are reduced 10 , The multi-core cable 10 comes with a lower insulation and can be laid more flexibly in the system.

Darüber hinaus kommt das mehradrige Kabel 10 bei niedriger Speisespannung und bei gleichem Adernwiderstand mit einer geringeren Adernanzahl aus.In addition, the multi-core cable comes 10 at low supply voltage and with the same wire resistance with a smaller number of wires.

Dabei kann kann vorgesehen sein, dass die freien Aderenden 11a und 1na über eine Sicherung 16 an eine Wechselspannungsquelle 20 angeschlossen sind. Vorteilhafterweise ist somit jede Speiseeinrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten jeweils separat abgesichert. Dadurch wird erreicht, dass Störungen in einer Speiseeinrichtung auf diese gestörte Speiseeinrichtung begrenzt bleiben und Störungen benachbarter Speiseeinrichtungen vermieden werden.It can be provided that the free wire ends 11a and 1na about a fuse 16 to an AC source 20 are connected. Advantageously, each supply device for the power supply of field devices is thus separately hedged. This ensures that disturbances in a feed device remain limited to this disturbed feed device and disturbances of adjacent feeders are avoided.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die freien Aderenden 11a und 1na über einen Widerstand 15 an eine Wechselspannungsquelle 20 angeschlossen sind. Vorteilhafterweise wird dadurch in Abhängigkeit vom Adernwiderstand des Kabels 10 und der Spannung der Wechselspannungsquelle 20 der Stromfluss durch die Adern 11 bis 1n des mehradrigen Kabels 10 wirksam begrenzt.In addition, it can be provided that the free wire ends 11a and 1na about a resistance 15 to an AC source 20 are connected. Advantageously, this is dependent on the wire resistance of the cable 10 and the voltage of the AC voltage source 20 the current flow through the wires 11 to 1n of the multicore cable 10 effectively limited.

1010: Modulträgermodule carrier
11 bis 1n11 to 1n: Adernveins
11a bis 1 na11a to 1 na: Aderanfangvein beginning
11e bis 1 ne11e to 1 ne: Aderendecore end
1515: Widerstandresistance
1616: Sicherungfuse
1717: Steckkontaktplug contact
2020: WechselspannungsquelleAC voltage source
3030: StromwandleranordnungCurrent transformer arrangement
3131: Primärwicklungprimary
3232: Sekundärwicklungsecondary winding
4040: Baugruppemodule
4141: Schaltungcircuit
5050: zentrale Einrichtungcentral Facility
6060: Feldgerätfield device

Claims

Device for potential-free energy supply of plug-in modules, which can be plugged into predetermined slots on a module carrier on which they are mechanically held and electrically contacted, characterized in that - at least one slot of the module carrier ( 10 ) with a current transformer arrangement ( 30 ) with a primary winding ( 31 ) and at least one secondary winding ( 32 ), wherein the magnetic core of the current transformer arrangement ( 30 ) on the module carrier ( 10 ) and the plug-in module ( 40 ), - that the primary winding ( 31 ) Part of the module carrier ( 10 ) and to an AC voltage source ( 20 ) and - that the at least one secondary winding ( 32 ) Component of the plug-in module ( 40 ).

Device according to claim 1, characterized in that the primary winding ( 31 ) via a resistor ( 15 ) to the AC voltage source ( 20 ) connected.

Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the primary winding ( 31 ) via a fuse ( 16 ) to the AC voltage source ( 20 ) connected.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the primary winding ( 31 ) is formed by the wires of a multi-core line.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the primary winding ( 31 ) is formed by tracks on a backplane printed circuit board.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that on the module carrier ( 10 ) arranged part of the magnetic core of the current transformer arrangement ( 30 ) in one piece, all slots is crossed over.