DE102005027047A1 - Messumformerspeisegerät für die Prozessautomatisierungstechnik - Google Patents

Abstract

Bei einem Messumformerspeisegerät für die Prozessautomatisierungstechnik, das zur Energieversorgung eines Messumformers und zur Weiterleitung von Stromsignalen, die zwischen dem Messumformer und einer übergeordneten Einheit über eine Signalleitung übertragen werden, dient, sind zusätzlich im Messumformerspeisegerät SG ein über ein Modem an die Signalleitung L angeschlossener Mikrocontroller muC und eine vom Mikrocontroller muC angesteuerte Signalisierungseinrichtung SE angeordnet. Die Signalisierungseinrichtung SE dient zur Signalisierung von Zusatzinformationen, die vom Messumformer MU geliefert und an den Mikrocontroller muC über die Signalleitung L übertragen werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Messumformerspeisegerät für die Prozessautomatisierungstechnik.
• In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massendurchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotential-Messgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte etc., die als Sensoren die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeitswert erfassen.
• Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen so genannte Aktoren, z.B. Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt steuern oder Pumpen, die den Füllstand in einem Behälter ändern.
• Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser^® hergestellt und vertrieben.
• Häufig sind Feldgeräte mit übergeordneten Einheiten z.B. Leitsystemen oder Steuereinheiten verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung.
• Die Signalübertragung zwischen Feldgeräten und übergeordneten Einheiten erfolgt häufig nach dem bekannten 4–20 mA Standard.
• Handelt es sich bei den Feldgeräten um Sensoren, so werden die von ihnen erfassten Messwerte als Stromsignal über eine Signalleitung an die übergeordneten Einheiten übertragen. Der Messbereich der Sensoren wird dabei linear auf ein 4–20 mA Stromsignal abgebildet.
• Vielfach erfolgt die Energieversorgung der Feldgeräte über das 4–20 mA Stromsignal, so dass neben der Signalleitung keine zusätzliche Versorgungsleitung notwendig ist.
• Normalerweise wird dieses Stromsignal nicht in der übergeordneten Einheit sondern in einem getrennten Messumformerspeisegerät, das mit der Signalleitung (2-Draht-Leitung) verbunden ist, erzeugt.
• Für den Einsatz von Feldgeräten im Ex-Bereich sind gewisse Maßnahmen im Hinblick auf die Eigensicherheit notwendig. So erfolgt eine galvanische Trennung bei der Übertragung der Signale zwischen dem Leitsystem, das im sicheren Bereich angeordnet ist, und dem Feldgerät, das im eigensicheren Bereich angeordnet ist. In der Regel erfolgt die galvanische Trennung ebenfalls im Messumformerspeisegerät.
• Intelligente Feldgeräte besitzen teiweise umfangreiche Diagnosefunktionalitäten, die z.B. die Belastungen von Sensoren bzw. Aktoren auswerten, Wartungszeitpunkte ermitteln und den Anwender auf die Gefahr eines baldigen Ausfalls des Feldgeräts hinweisen.
• Solche Zusatzinformationen über den aktuellen Zustand eines Sensors können mit der herkömmlichen 4–20 mA Technik, die nur die Übertragung eines Messwerts bzw. eines Steuersignals für ein Ventil erlaubt, nicht übertragen werden.
• Eine Darstellung dieser Zusatzinformationen kann in Anlagen, die auf der 4–20 mA Technik basieren, deshalb nur direkt am Feldgerät erfolgen.
• Eine Möglichkeit Zusatzinformationen zu übertragen, bietet der HART-Standard. Hierbei wird ein alternierendes Stromsignal zur Übertragung von digitalen Daten dem analogen Stromsignal, das die Primär-Information darstellt, überlagert.
• Eine Signalisierung von Zusatzinformationen am Leitsystem wäre nur gewährleistet, wenn eine regelmäßige Übertragung dieser Zusatzinformationen an das Leitsystem stattfinden würde. Die Kommunikation zwischen Feldgeräten und Leitsystemen erfolgt bei dem HART-Standard nach dem Master Slave Prinzip, wobei Feldgeräte immer als Slaves fungieren. Von sich aus kann ein Feldgerät somit keine Zusatzinformationen an das Leitsystem übermitteln.
• Bestehende Anwendungen in Leitsystemen dahingehend zu erweitern, dass Zusatzinformationen von den Feldgeräten abgefragt werden, ist teilweise sehr aufwendig.
• Viele Leitsystemanwendungen arbeiten noch nicht nach dem HART-Standard sondern sind nur für eine analoge 4–20 mA Signalübertragung ausgelegt.
• Aufgabe der Erfindung ist es bei Feldgeräten die über Signalleitung mit einem Leitsystem verbunden sind, Zusatzinformationen die von Feldgeräten bereitgestellt werden, in einer vom Feldgerät separaten Einheit zuverlässig und sicher darzustellen, ohne dass Änderungen am Leitsystem vorgenommen werden müssen.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch folgende im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
• Messumformerspeisegerät für die Prozessautomatisierungstechnik das zur Energieversorgung eines Messumformers und zur Weiterleitung von Stromsignalen, die zwischen dem Messumformer und einer übergeordneten Einheit über eine Signalleitung übertragen werden, dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Messumformerspeisegerät SG einen über ein Modem an die Signalleitung L angeschlossenen Mikrocontroller μC und eine vom Mikrocontroller μC angesteuerte Signalisierungseinrichtung SE aufweist, wobei die Signalisierungseinrichtung SE zur Signalisierung von Zusatzinformationen, die vom Messumformer MU geliefert und an den Mikrocontroller μC über die Signalleitung L übertragen werden, dient.
• Vorteilhafte Weiterentwicklungen dererfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, in einem Messumformerspeisegerät ein Modem und einen Mikrocontroller, der mit einer Signalisierungseinrichtung verbunden ist, vorzusehen. Damit können das Messumformerspeisegerät und der Messumformer miteinander kommunizieren. Zusatzinformationen werden vom Messumformer an das Messumformerspeisegerät übertragen und mit Hilfe der Signalisierungseinrichtung signalisiert.
• In einer Weiterentwicklung der Erfindung ist im Messumfomerspeisegerät eine Trenneinheit vorgesehen, die zur galvanischen Trennung der zwischen Messumformer und Leitsystem übertragenen Stromsignale dient.
• In einer Weiterentwicklung der Erfindung ist die Signalisierungsvorrichtung als Schaltkontakt und/oder als Anzeigeelement ausgelegt.
• Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Es zeigt:
• 1 Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Messumformerspeisegeräts mit Messumformer und Leitsystem.
• In 1 sind ein Messumformerspeisegerät MS, ein Messumformer MU und ein Leitsystem LS, das als übergeordnete Einheit dient, schematisch dargestellt. Bei dem Messumformer MU kann es sich z.B. um den Temperatursensor TMT 162 der Fa. Endress + Hauser handeln. Messumformer MU, Messumformerspeisegerät SG und Leitsystem LS sind über eine Signalleitung L miteinander verbunden. Über diese Signalleitung L, die prinzipiell aus zwei Leitungsabschnitten L1 und L2 besteht, wird ein Stromsignal, das einen Messwert repräsentiert, vom Messumformer MU über das Messumformerspeisegerät SG zum Leitsystem LS weitergeleitet. Beide Leitungsabschnitte stellen somit jeweils eine 4–20 mA Stromschleife dar.
• Wie viele andere Messumformerspeisegeräte weist das Messumformerspeisegerät SG im Signalweg vom Messumformer MU zum Leitsystem LS eine Barriere EX entsprechend den Vorschriften über explosionsgefährdete Bereiche, eine Trenneinheit T zur galvansichen Trennung und eine Stromquelle SQ auf.
• Erfindungsgemäß sind zusätzlich im Messumformerspeisegerät SG ein HART-Modem M und ein nachgeschalteten Mikrocontroller μC vorgesehen. Der Mikrocontroller μC ist mit einer Signalisierungseinrichtung SE verbunden, die aus einem optischen Anzeigeelement AE (z.B. LED-Diode) und einem Schaltkontakt SK besteht. Zur Energieversorgung der einzelnen Komponenten des Messumformerspeisegeräts SG dient ein Netzteil NT. Das Netzteil NT dient auch zur Erzeugung des Stromsignals das den Messumformer MU mit Energie versorgt.
• Nachfolgend ist die Funktion des Messsystems näher erläutert.
• Der Messumformer MU erfasst einen Messwert, der in ein 4–20 mA Stromsignal umgewandelt wird. Dieses Stromsignal wird über die Leitungsabschnitt L1 zum Messumformerspeisegerät SG und weiter über den Leitungsabschnitt L2 zum Leitsystem LS übertragen.
• Im Leitsystem LS wird z.B. der Messwert visualisiert bzw. ein Steuersignal für einen Aktor erzeugt. Wird ein Grenzwert überschritten kann auch ein Alarmsignal erzeugt werden.
• Der Messumformer MU stellt neben dem Messwert noch weitere Zusatzinformationen im Wesentlichen Diagnoseinformationen zur Verfügung.
• Die Kommunikation zwischen dem Messumformerspeisegerät SG und dem Messumformer MU erfolgt wie bereits erwähnt nach dem HART-Standard. Um die Zusatzinformationen zu erhalten, muss das Messumformerspeisegerät SG, das als Master fungiert, in regelmäßigen Abständen den Messumformer MU, der als Slave dient, abfragen.
• Es sind verschiedene Stufen bei der Zusatzinformation, die der Messumformer MU liefert, denkbar; „in Ordnung", „Überprüfung empfohlen", „Überprüfung erforderlich", „Überprüfung dringend erforderlich-Messwert unsicher".
• Die Zuordnung zwischen diesen einzelnen unterschiedlichen Zusatzinformationen und einer entsprechenden Signalisierung kann z.B. über einen nicht dargestellten Schalter (z.B. DIP-Schalter) am Messumformerspeisegerät SG oder über entsprechende Parameter bei der Parametrierung des Messumformerspeisegeräts SG eingestellt werden.
• Die Zusatzinformation wird im Mikrocontroller μC entsprechend den getätigten Einstellungen ausgewertet und kann dann entsprechend durch die Signalisierungseinrichtung SE über den Schaltkontakt SK geschaltete Sirene akustisch oder über das Anzeigeelement AE mit einer LED-Diode optisch signalisiert werden.
• Das erfindungsgemäße Messumformerspeisegerät MU kann einfach in vorhandenen Prozessanlagen zur Signalisierung von Zusatzinformationen von Feldgeräten eingesetzt werden. Änderungen an den Leitsystemen sind hierbei nicht notwendig. Das Messumformerspeisegerät MU ist aufgrund seines Aufbaus auch für eigensichere Anwendungen geeignet. Vom Messumformer MU aus erfolgt dabei eine kontinuierliche Überwachung des Zustandes eines an diesen angeschlossenen Feldgeräts.

Claims (5)

1. Messumformerspeisegerät für die Prozessautomatisierungstechnik das zur Energieversorgung eines Messumformers und zur Weiterleitung von Stromsignalen, die zwischen dem Messumformer und einer übergeordneten Einheit über eine Signalleitung übertragen werden, dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Messumformerspeisegerät SG einen über ein Modem an die Signalleitung L angeschlossenen Mikrocontroller μC und eine vom Mikrocontroller μC angesteuerte Signalisierungseinrichtung SE aufweist, wobei die Signalisierungseinrichtung SE zur Signalisierung von Zusatzinformationen, die vom Messumformer MU geliefert und an den Mikrocontroller μC über die Signalleitung L übertragen werden, dient.
2. Messumformerspeisegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Speisegerät SG eine Trenneinheit T vorgesehen ist, die zur galvanischen Trennung der über die Signalleitung L übertragenen Stromsignale dient.
3. Messumformerspeisegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalisierungsvorrichtung SE einen Schaltkontakt SK und/oder ein Anzeigeelement AE aufweist.
4. Messumformerspeisegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsignale über 4–20 mA Stromschleifen übertragen werden.
5. Messumformerspeisegerät nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzinformation in digitaler Form als HART-Signal über die Signalleitung übertragen wird