-
Die
Erfindung betrifft ein Feldgerät
und Verfahren zu dessen Inbetriebnahme und dessen Betrieb.
-
In
der Automatisierungs- und Prozesssteuerungstechnik werden vielfach
Feldgeräte
eingesetzt, die im Prozessablauf Prozessvariablen messen (Sensoren)
oder Regelgrößen steuern
(Aktoren).
-
Als
Beispiel für
derartige Sensoren ist die in der Mess- und Regeltechnik üblicherweise
eingesetzte Vielzahl verschiedener Messgeräte, wie z.B. Druck-, Temperatur-,
Durchfluss- und/oder Füllstandsmessgeräte, zu nennen.
Diese Feldgeräte
liefern ein Messsignal, das dem Messwert der erfassten Prozessvariablen
entspricht. Dieses Messsignal wird an eine übergeordnete Einheit, z.B.
eine zentrale Steuereinheit, wie z.B. eine Warte oder ein Prozessleitsystem,
weitergeleitet. In der Regel erfolgt die gesamte Prozesssteuerung
durch die übergeordnete Einheit,
wo die Messsignale verschiedener Feldgeräte ausgewertet werden und aufgrund
der Auswertung Steuersignale für
Aktoren erzeugt werden, die den Prozessablauf steuern.
-
Ein
Beispiel für
einen Aktor ist ein steuerbares Ventil, das den Durchfluss einer
Flüssigkeit
oder eines Gases durch einen Rohrleitungsabschnitt regelt.
-
Die
Signalübertragung
zwischen Feldgerät und übergeordneter
Einheit erfolgt in der Regel in digitaler Form über eine Datenbusleitung. Bekannte
internationale Standards für
diese Signalübertragung sind
PROFIBUS, FOUNDATION FIELDBUS oder CAN Bus.
-
Die
Steuerung der Busanbindung erfolgt bei neueren Feldgeräten beispielsweise
durch Mikroprozessoren, ASIC's
(application-specific intergrated circuits) oder durch frei programmierbare
Logikschaltkreise, wie z.B. FPGA's
(field programmable gate arrays). Das entsprechende Steuerprogramm
ist in einem nichtflüchtigen
Speicher im Feldgerät
abgelegt und wird in einem Mikroprozessor ausgeführt. Es steuert unter anderem
die Bedienungs-, die Mess- bzw. die Steuerfunktionen des Feldgeräts.
-
Häufig werden
Feldgeräte über die
Datenbusleitung mit Strom versorgt. Die Stromaufnahme eines Feldgerätes hängt von
verschiedenen Faktoren ab. Sie ist in der Regel über die Zeit nicht konstant.
Während
der Messwertgewinnung ist ein erhöhter Strombedarf notwendig.
In der Zwischenzeit ist eine geringere Stromaufnahme ausreichend.
Bei herkömmlichen
Feldgeräten
wird der Stromverbrauch hardwaremäßig auf einen vorgegebenen
Verbrauchswert eingestellt, der den Energiebedarf des Feldgeräts abdeckt.
Dieser Verbrauchswert entspricht in der Regel der Spitzenlast, um
zu allen Zeiten eine ausreichende Stromversorgung der Feldgeräte zu gewährleisten.
Während
der Zeiträume,
wo der Bedarf unterhalb des Spitzenbedarfs liegt, wird dabei unnötig viel
Strom verbraucht. Bei Feldgeräten, die
einen Energiespeicher aufweisen, kann ein niedrigerer Verbrauchswert
eingestellt werden, der zwischen der zu erwartenden Grundlast und
der Spitzenlast liegt. Ist der Energiespeicher vollständig gefüllt, so
wird auch hier mehr Strom verbraucht als nötig.
-
Über eine
Datenbusleitung kann nur eine bestimmte Strommenge zur Verfügung gestellt
werden. Hierdurch ist die Anzahl der an eine Datenbusleitung anschließbaren Feldgeräte begrenzt.
Es ist daher wünschenswert,
den Stromverbrauch der einzelnen an die Datenbusleitung angeschlossenen
Feldgeräte zu
optimieren.
-
In
der
DE 1001 55 189 ist
hierzu ein Verfahren beschrieben, das eine einfache an den Bedarf angepasste
Einstellung der Verbrauchswerte der einzelnen Feldgeräte ermöglicht,
indem die Stromversorgung der jeweiligen an eine Datenbusleitung
angeschlossenen Feldgeräte
entsprechend der Stromauslastung der Datenbusleitung feldgerät-übergreifend
gesteuert wird. Hierzu wird der Strombedarf der einzelnen angeschlossenen
Feldgeräte
bestimmt, und die Stromauslastung der Datenbusleitung ermittelt.
Anschließend
werden Steuersignale über
die Datenbusleitung versendet, die die Stromaufnahme der jeweiligen
Feldgeräte
in Abhängigkeit
von der Stromauslastung der Datenbusleitung regeln. Dabei liefert
die Datenbusleitung die Stromversorgung jeweils für das gesamte
Feldgerät
und die Stromaufnahme wird im Feldgerät z.B. durch einstellbare Widerstände, Feldeffekttransistoren
oder durch regelbare Strom- und Spannungsquellen auf den aktuellen
Verbrauchswert geregelt. Dabei muss jedoch zu allen Zeiten, ein Mindestbedarf,
der zur Grundversorgung des gesamten Feldgerätes ausreicht über die
Datenbusleitung zur Verfügung
gestellt werden. Bei der Inbetriebnahme von Anlagen, in denen mehrere
Feldgeräte
an eine Datenbusleitung angeschlossen werden und über diese
mit Strom versorgt werden, sind die Feldgeräte in der Regel in einem undefinierten
Betriebszustand. Wenn alle angeschlossenen Feldgeräte gleichzeitig
den Betriebsstrom aufnehmen kann dies im Einschaltmoment gerade
bei in der Leistung begrenzten Speisegeräten zu einem Einbruch der Busspannung
führen.
Hinzu kommt, dass Einschaltströme
häufig
die im Normalbetrieb erforderlichen Verbrauchsströme überschreiten.
Eine Ursache hierfür
sind beispielsweise im Feldgerät
vorhandene Kondensatoren, die bei der Inbetriebnahme geladen werden.
Dieser anfängliche überhöhte Strombedarf
kann beispielsweise dazu führen,
dass Sicherungen in Segmentkopplern oder Speisegeräten ausgelöst werden.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Feldgerät sowie Verfahren zu dessen
Inbetriebnahme und/oder dessen Betrieb anzugeben, das bzw. die eine
Optimierung der Stromaufnahme erlauben.
-
Hierzu
besteht die Erfindung in einem Feldgerät
- – das über eine
Datenbusleitung an eine übergeordnete
Einheit anschließbar
ist,
- – das über die
Datenbusleitung mit Strom versorgt wird,
- – das
eine Eingangsschaltung aufweist,
- – die
unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung in Betrieb
geht,
- – die
ein an die Datenbusleitung anzuschließendes Busterminal aufweist,
und
- – die
eine prozessor-gesteuerte Stromsteuerung aufweist, und
- – das
eine Restschaltung aufweist,
- – die über die
Eingangsschaltung mit Energie versorgt wird, und
- – die
von der Eingangsschaltung in Betrieb genommen wird.
-
Weiter
besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Inbetriebnahme eines
erfindungsgemäßen Feldgeräts, bei
dem
- – die
Eingangsschaltung an die Datenbusleitung angeschlossen wird,
- – die
Eingangschaltung unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung
in
Betrieb geht,
- – die
Eingangsschaltung eine kurze zufällige
Verzögerungszeit
bestimmt, und
- – die
Eingangsschaltung die Restschaltung nach Ablauf dieser Verzögerungszeit
in Betrieb nimmt.
-
Des
Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Inbetriebnahme
eines erfindungsgemäßen Feldgeräts, bei
dem
- – die
Eingangsschaltung an die Datenbusleitung angeschlossen wird,
- – die
Eingangschaltung unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung
in
Betrieb geht, und
- – die
Eingangsschaltung die Restschaltung in Betrieb nimmt, wobei
- – die
prozessor-gesteuerte Stromsteuerung einen hierzu über die
Datenbusleitung zugeführten
Anlaufstrom auf eine vorgegebene Obergrenze begrenzt.
-
Alternativ
oder zusätzlich
umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines erfindungsgemäßen Feldgeräts, bei
dem
- – die
Eingangsschaltung an die Datenbusleitung angeschlossen wird,
- – die
Eingangschaltung unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung
in
Betrieb geht, und
- – die
Eingangsschaltung die Restschaltung in Betrieb nimmt, wobei
- – die
prozessor-gesteuerte Stromsteuerung einen hierzu über die
Datenbusleitung zugeführten
Anlaufstrom langsam von Null auf einen Sollwert hochfährt.
-
Des
Weiteren besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Inbetriebnahme
und/oder zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Feldgeräts, bei dem die prozessor-gesteuerte
Stromsteuerung die Stromaufnahme des Feldgeräts über die Datenbusleitung auf eine
vorgegebene Obergrenze begrenzt.
-
Zusätzlich umfasst
die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Feldgeräts, bei
dem das Feldgerät
zu vorgegebenen Zeiten in einen Sleep-Modus versetzt wird, in dem
ausschließlich
die Eingangsschaltung in Betrieb ist. Gemäß einer Variante beendet die
Eingangsschaltung den Sleep-Modus nach einer vorgegebenen Zeit,
in dem sie die Restschaltung wieder in Betrieb nimmt.
-
Alternativ
besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Feldgeräts, bei
dem
- – die
Eingangsschaltung eine Kommunikationseinheit umfasst, über die
sie die Datenbusleitung abhört,
und
- – die übergeordnete
Einheit über
die Datenbusleitung Zeiten vorgibt, zu denen das Feldgerät in den Sleep-Modus
versetzt werden soll und Zeiten vorgibt, zu denen der Sleep-Modus
beendet werden soll,
- – die
Eingangschaltung diese Zeiten abhört und das Feldgerät zu diesen
Zeiten in den Sleep-Modus versetzt bzw. den Sleep-Modus beendet.
-
Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Feldgerät eine Eingangsschaltung
und eine davon getrennte Restschaltung aufweist. Hierdurch ist es
möglich
ausschließlich
die Eingangsschaltung in Betrieb zu nehmen und die Zeiten zu denen
zusätzlich
die Restschaltung betrieben wird sehr frei und flexibel zu wählen. Damit
weist das Feldgerät
zu den Zeiten, zu denen ausschließlich die Eingangsschaltung
in Betrieb, ist einen sehr niedrigen Strombedarf auf, der deutlich
unterhalb des Mindeststrombedarfes herkömmlicher Feldgeräte liegt, bei
denen zu allen Zeiten ein Mindeststrombedarf für die Versorgung des gesamten
Feldgerätes über die Datenbusleitung
bereit gestellt werden muss.
-
Die
Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der
Zeichnung, in denen ein Ausführungsbeispiel
dargestellt ist, näher
erläutert. Gleiche
Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt
ein Datenbussystem mit mehreren Feldgeräten; und
-
2 zeigt
ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Feldgeräts;
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Datenbussystems. Es umfasst
eine übergeordnete
Einheit 1, an die mehrere Feldgeräte 3 über eine Datenbusleitung 5 angeschlossen
sind. Die übergeordnete
Einheit 1 ist beispielsweise eine zentrale Steuereinheit,
wie z.B. eine Warte oder ein Prozessleitsystem. Sie ist in der Regel
in einem Kontrollraum angeordnet, von dem aus die gesamte Prozesssteuerung
zentral erfolgt. Die Feldgeräte 3 sind
in der Regel dezentral an ihren Aufgaben entsprechenden Einsatzorten
montiert.
-
Bei
den Feldgeräten 3 handelt
es sich um Sensoren und um Aktoren. Zu den Sensoren zählen insb.
Messgeräte,
wie z.B. Druck-, Temperatur-, Durchfluss- und/oder Füllstandsmessgeräte, die
ein Messsignal liefern, das dem Messwert einer erfassten Prozessvariablen
entspricht. Dieses Messsignal wird über die Datenbusleitung an
die übergeordnete Einheit 1 übertragen.
Die Aktoren sind solche Feldgeräte,
die eine Regelgröße steuern,
z.B. Ventile.
-
Die
Kommunikation zwischen der übergeordneten
Einheit 1 und den Feldgeräten 3 erfolgt über die
Datenbusleitung 5 über
international standardisierte Übertragungsschnittstellen
mittels spezieller Protokolle, wie z.B. PROFIBUS, FOUNDATION FIELDBUS
oder CAN Bus.
-
2 zeigt
ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Feldgeräts 1, das über die
Datenbusleitung 5 an die übergeordnete Einheit 1 anschließbar ist,
und über
die Datenbusleitung 5 mit Strom versorgt wird. Bei dem
dargestellten Feldgerät 3 handelt
es sich um einen Sensor.
-
Erfindungsgemäß besteht
das Feldgerät 3 aus
einer Eingangsschaltung 7 und einer daran angeschlossenen
Restschaltung 9. Die Eingangsschaltung 7 bildet die
Verbindung des Feldgeräts 3 zum Datenbus.
Die von der Eingangsschaltung 7 getrennte Restschaltung 9 bildet
die funktionale Einheit des Feldgeräts 1, die je nach
Feldgerättyp
beispielsweise dazu dient die Mess- oder Steueraufgaben des Feldgerätes 3 auszuführen. Bei
einem Sensor umfasst sie beispielsweise ein Sensorelement zur Erfassung
einer physikalischen Messgröße und eine
zugehörige Messelektronik,
die die vom Sensorelement erfassten Messgrößen aufnimmt, aufbereitet und/oder
auswertet, und in ein entsprechendes Messsignal umwandelt, das dann über eine
entsprechende Schnittstelle 10 der Restschaltung 9 zur
Verfügung
steht.
-
Das
Feldgerät 3 wird über die
Eingangsschaltung 7 an die Datenbusleitung 5 angeschlossen und
mit Energieversorgt. Hierzu weist die Eingangsschaltung 7 ein
Busterminal 11 auf, an das die Datenbusleitung 5 anzuschließen ist.
-
Die
Eingangsschaltung 7 weist eine prozessor-gesteuerte Stromsteuerung
auf, die dazu dient, die Stromaufnahme des Feldgeräts 3 zu
steuern. Diese umfasst eine intelligente Einheit 13, beispielsweise
einen Mikroprozessor, ein ASIC's
(application-specific intergrated circuits) oder einen frei programmierbaren
Logikschaltkreis, wie z.B. ein FPGA (field programmable gate array).
Das entsprechende Steuerprogramm ist in einem nichtflüchtigen
Speicher im Feldgerät 3 abgelegt
und wird von der intelligenten Einheit 13 ausgeführt. Die
intelligente Einheit 13 steuert die Stromaufnahme über eine
Stromsteuerung, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Steuereinheit 15 und
eine daran angeschlossene regelbare Stromquelle 17 umfasst.
Hierzu ist die intelligente Einheit 13 über eine Steuerleitung 18 mit der
Steuereinheit 15 verbunden. Die regelbare Stromquelle 17 wird über das
Busterminal 11 von der Datenbusleitung 5 gespeist.
Letzteres erfolgt über zwei
das Busterminal 11 mit der Stromquelle 17 verbindende
Anschlussleitungen 19a, 19b. Eine der Anschlussleitungen 19a über eine
Verbindung 21 und entsprechende Eingangsfilter 23 an
die intelligente Einheit 13 angeschlossen. Die Eingangsschaltung 7 geht
unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung 5 in
Betrieb. Dabei wird ein Anliegen der Busspannung an den Anschlussleitungen 19a, 19b über die
Verbindung 21 erfasst und die intelligente Einheit 13 führt ein
Startprogramm aus, durch das ausschließlich die Eingangsschaltung 7 in
Betrieb geht. Die hierfür über den
Bus zur Verfügung
zu stellende Energie ist im Vergleich zum Energiebedarf des gesamten
Feldgerätes 3 sehr
gering, da hiermit ausschließlich
die Eingangsschaltung 7 versorgt werden muss. Entsprechend
kann die Stromaufnahme durch die prozessor-gesteuerte Stromsteuerung
auf einen sehr niedrigen Startwert geregelt werden.
-
Erfindungsgemäß wird die
Restschaltung 9 von der Eingangsschaltung 7 mit
Energie versorgt. Die Energieversorgung erfolgt über die regelbare Stromquelle 17,
die die Restschaltung 9 über einen DC/DC Wandler 25 und
einen diesem nachgeschalteten von der intelligenten Einheit 13 angesteuerten Schalter 27, über den
die Restschaltung 9 gespeist wird.
-
Zusätzlich besteht
zwischen der intelligenten Einheit 13 der Eingangsschaltung 7 und
der Restschaltung 9 eine Kommunikationsverbindung über die
die Eingangsschaltung 7 mit der Restschaltung 9 kommuniziert.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
erfolgt diese Kommunikation über
die Schnittstelle 10.
-
Die
Inbetriebnahme der Restschaltung 9 erfolgt, indem die Energieversorgung
der Restschaltung 9 von der Eingangschaltung 7 bereit
gestellt wird. Dies erfolgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über eine
entsprechende Ansteuerung des Schalters 27, durch die der
zuvor geöffnete
Schalter 27 geschlossen wird. Zusätzlich können über die Schnittstelle 10 entsprechende
Steuersignale an die Restschaltung 9 übertragen werden, die beispielsweise
eine in der Restschaltung 9 enthaltene Ablaufsteuerung
in Gang setzen. Hierdurch ist es möglich die Restschaltung 9 gezielt
in verschiedene Betriebsmoden zu versetzen. Zu den Betriebsmodi
zählen beispielsweise
ein Sleep-Modus, in dem die Restschaltung 9 inaktiv ist,
ein Normalbetrieb, in dem die Restschaltung 9 beispielsweise
periodisch Messungen ausführt
und einen mittleren Energiebedarf aufweist, oder ein Spitzenbetrieb,
in dem beispielsweise Messungen mit einer sehr hohen Messrate ausgeführt werden
und die Restschaltung 9 einen sehr hohen Energiebedarf
aufweist.
-
Vorzugsweise
weist die Eingangschaltung 7 eine an die intelligente Einheit 13 angebundenen Kommunikationseinheit 29,
Z.B. ein Modem, auf, über
die die Kommunikation der Eingangsschaltung 7 mit der übergeordneten
Einheit 1 erfolgt. Die Kommunikationseinheit 29 ist
in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel über eine
Sendeansteuerung 31 mit der Steuereinheit 15 der
Stromsteuerung verbunden und über
die Verbindung 21 und die Eingangsfilter 23 an
die Anschlussleitung 19a angeschlossen. Die Eingangsschaltung 7 ist
damit in der Lage den Bus abzuhören
und Informationen über
den Bus zu senden. Vorzugsweise erfolgt die gesamte Kommunikation
des Feldgeräts 3 mit
der übergeordneten
Einheit 1 über
diese eine Kommunikationseinheit 29. In diesem Fall gehören zu den übertragenden Informationen
sowohl die die Eingangsschaltung betreffenden Informationen, als
auch die gesamte Kommunikation der Restschaltung 9 mit
der übergeordneten
Einheit 1. Letztere erfolgt über die Kommunikationseinheit 29 und
die Schnittstelle 10. Zu den zu sendenden Informationen
gehören
dann insb. die Messergebnisse der Restsschaltung 9, die
im Messbetrieb über
die Schnittstelle 10 an die Eingangsschaltung 7 übertragen
werden.
-
Aufgrund
der Aufteilung des Feldgeräts 1 in eine
Eingangschaltung 7 und eine Restschaltung 9 ist
ein hohes Maß an
Flexibilität
hinsichtlich des Energiebedarfs des Feldgeräts 1 gegeben, deren
Vorteile anhand der nachfolgend beschriebenen Verfahren zur Inbetriebnahme
und zum Betrieb des erfindungsgemäßen Feldgeräts näher erläutert werden.
-
Ein
großer
Vorteil des erfindungsgemäßen Feldgerätes 3 besteht
darin, dass durch den Anschluss des Feldgeräts 3 an die Datenbusleitung 5 zunächst ausschließlich die
Eingangsschaltung 7 in Betrieb geht. Der Energiebedarf
der Eingangsschaltung 7 ist verglichen mit dem Energiebedarf
des gesamten Feldgerätes 1 sehr
gering. Entsprechend wird die Energiequelle aus der die Datenbusleitung 5 gespeist
wird auch dann nicht überlastet,
wenn sehr viele Feldgeräte 1 zeitgleich
an die Datenbusleitung 5 angeschlossen werden. Ein Ansprechen
von entsprechenden Sicherungen in den eingangs beschriebenen Segmentkopplern
oder Speisegeräten
wird hierdurch vermieden.
-
Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die Zeitpunkte, zu denen die
zugehörigen
Restschaltungen 9 der angeschlossenen Feldgeräte 3 über die entsprechenden
Eingangsschaltungen 7 zugeschaltet werden sehr frei und
flexibel wählbar
ist. Damit sind sowohl automatisierte Verfahren zur Inbetriebnahme
als auch über
die übergeordnete
Einheit 1 oder die Eingangsschaltungen 7 gesteuerte
Verfahren zur Inbetriebnahme realisierbar.
-
Ein
Beispiel für
ein automatisiertes Verfahren zur Inbetriebnahme besteht darin,
dass die jeweilige Eingangsschaltung 7 an die Datenbusleitung 5 angeschlossen
wird, und die jeweiligen Eingangsschaltungen 7 durch die
damit anliegende Betriebsspannung ihren Betrieb selbsttätig aufnehmen.
Anschließend bestimmt
jede an die Datenbusleitung 5 angeschlossene Eingangsschaltung 7 eine
kurze zufällige
Verzögerungszeit
und nimmt die zugehörige
Restschaltung 9 nach Ablauf dieser Verzögerungszeit in Betrieb. Hierdurch
wird erreicht, dass die einzelnen Restschaltungen 9 automatisch,
d.h. ohne dass eine entsprechende Kommunikation über den Bus erforderlich ist,
und zu unterschiedlichen Zeiten in Betrieb gehen. Hierdurch wird
die Energieversorgung für
die Datenbusleitung 5 während
der Inbetriebnahme entlastet. Außerdem ist sichergestellt,
dass auch dann keine Überlastung
auftritt, wenn die einzelnen Restschaltungen 9 während des
Einschaltvorganges einen überhöhten Stromverbrauch
aufweisen, da diese erhöhten
Verbrauchswerte die Energieversorgung zu unterschiedlichen Zeiten
belasten. Bei diesem Verfahren muss jedoch sichergestellt sein,
dass die Energieversorgung zu allen Zeiten ausreicht um den erhöhten Stromverbrauch
mindestens eines Feldgeräts 1 auch
dann aufzufangen, wenn alle übrigen
Feldgeräte 1 bereits
vollständig
in Betrieb sind. Es muss also ein, wenn auch geringer, Energiepuffer
bei der Auslegung der Versorgung berücksichtigt werden.
-
Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Feldgeräts besteht darin, dass die
Eingangsschaltung 7 eine prozessor-gesteuerte Stromsteuerung aufweist.
Hierdurch ist es möglich,
den für
die Inbetriebnahme der Restschaltung 9 benötigten Anlaufstrom,
der über
die Datenbusleitung 5 bereit gestellt werden muss zu begrenzen.
Ein überhöhter Energieverbrauch
der Feldgeräte 3 während des
Einschaltvorganges tritt dementsprechend nicht mehr auf, und der
zuvor beschriebene Energiepuffer wird überflüssig.
-
Zusätzlich oder
alternativ zu dem zuvor beschriebenen Verfahren kann dabei bei der
Inbetriebnahme derart verfahren werden, dass die jeweiligen Eingangsschaltungen 7 an
die Datenbusleitung 5 angeschlossen werden, und zunächst die
Eingangschaltungen 7 durch die über die Datenbusleitung 5 zugeführte Betriebsspannung
in Betrieb gehen. Nachfolgend werden die jeweiligen Restschaltungen 9 durch
die zugehörigen
Eingangsschaltungen 7 in Betrieb genommnen wobei die prozessor-gesteuerten
Stromsteuerungen der einzelnen Eingangsschaltungen 7 einen
hierzu über
die Datenbusleitung 5 dem jeweiligen Feldgerät 3 zugeführten Anlaufstrom auf
eine vorgegebene Obergrenze begrenzen. Das gleiche gilt natürlich auch
für den
Betrieb der Feldgeräte 3.
Auch während
des Betriebs der Feldgeräte 3 wird
die Stromaufnahme des jeweiligen Feldgeräts 3 vorzugsweise
durch die prozessor-gesteuerte
Stromaufnahme auf eine vorgegebene Obergrenze begrenzt.
-
Zusätzlich oder
alternativ zu den zuvor beschriebenen Verfahren kann die Eingangsschaltung 7 bei
der Inbetriebnahme des Feldgeräts 3 an
die Datenbusleitung angeschlossen und durch Anlegen der Betriebsspannung
in Betrieb genommen werden, und nachfolgend die Restschaltung 9 in
Betrieb nehmen, wobei die prozessor-gesteuerte Stromsteuerung einen
hierzu über
die Datenbusleitung 5 zugeführten Anlaufstrom langsam von
Null auf einen vorgegebenen Sollwert hochfährt.
-
Aufgrund
der Unterteilung des Feldgeräts 3 in
Eingangsschaltung 7 und Restschaltung 9 lässt sich
der Energiebedarf der einzelnen an die Datenbusleitung 5 angeschlossenen
Feldgeräte 3 auch nach
der Inbetriebnahme sehr flexibel und energiesparend gestalten. Insbesondere
ist es möglich,
den Energieverbrauch jedes Feldgeräts 3 zu vorgegebenen
Zeiten oder bei Bedarf auf den sehr niedrigen Energiebedarf der
jeweiligen Eingangsschaltung 7 zu reduzieren.
-
Dies
erfolgt vorzugsweise mittels eines Verfahrens, durch das das jeweilige
Feldgerät 3 zeitweilig
in einen Sleep-Modus versetzt wird, in dem ausschließlich die
Eingangsschaltung 7 in Betrieb ist. Hierzu können beispielsweise
für jedes
an die Datenbusleitung 5 angeschlossene Feldgerät 3 entsprechende
Zeitfenster definiert werden, die im Rahmen der Inbetriebnahme in
entsprechenden Speichern in den jeweiligen Feldgeräten 3 abgelegt
werden. Dabei kann beispielsweise derart verfahren werden, das die Startzeitpunkte
zu denen die jeweiligen Feldgeräte 3 von
der Eingangsschaltung 7 in den Sleep-Modus versetzt werden im Rahmen der
Inbetriebnahme durch die übergeordnete
Einheit 1 vorgegeben werden und die jeweiligen Eingangsschaltungen 7 die Sleep-Modi
jeweils nach einer vorgegebenen fest im Gerät implementierten Zeit beenden,
in dem sie die zughörige
Restschaltung 9 wieder in Betrieb nehmen. Hierdurch lässt sich
der Strombedarf der Feldgeräte 3,
der der Summe der Stromaufnahmen der einzelnen angeschlossenen Feldgeräte 3 entspricht, reduzieren.
Entsprechend können
mehr Feldgeräte 3 an
eine einzige Datenbusleitung 5 angeschlossen werden, als
dies bei herkömmlichen
Feldgeräten
der Fall ist. Bei herkömmlichen
Feldgeräten
muss zu allen Zeiten ein Mindeststrombedarf jedes einzelnen Feldgeräts abgedeckt
werden, der für
die Energieversorgung des gesamten Feldgerätes ausreichen muss. Alternativ
kann die durch die gezielte Versetzung einzelner Feldgeräte in den
Sleep-Modus erzielte Energieersparnis aber auch zur Abdeckung des
Spitzenbedarfs eines anderen an die selbe Datenbusleitung 5 angeschlossenen
Feldgeräts 3 verwendet
werden. Hierdurch lässt
sich z.B. ein gezielte zeitlich begrenzte Erhöhung der Messrate einzelnen Feldgeräte 3 ausführen, ohne
dass Energieengpässe auftreten,
oder die Anzahl der an den Datenbus anschließbaren Feldgeräte 3 reduziert
werden muss.
-
Diese
Optimierung des Strombedarfs lässt sich
besonders flexibel und bedarfsangepasst gestalten, wenn die Eingangsschaltung 7 des
erfindungsgemäßen Feldgerät 3 die
oben beschriebene Kommunikationseinheit 29 aufweist, über die
die Eingangschaltung 7 die Datenbusleitung 5 abhört. In diesem
Fall wird beispielsweise derart verfahren, dass die übergeordnete
Einheit 1 über
die Datenbusleitung 5 Zeiten vorgibt, zu der das Feldgerät 3 in
den Sleep-Modus versetzt werden soll und Zeiten vorgibt, zu denen
der Sleep-Modus
beendet werden soll. Die Eingangsschaltung 7 hört diese
Zeiten über
die Datenbusleitung 5 ab und versetzt das Feldgerät zu diesen
Zeiten in den Sleep-Modus bzw. beendet den Sleep-Modus entsprechend.
-
Zusätzlich besteht über die
Kommunikationseinheit 29 die Möglichkeit, Zeitfenster für weitere Betriebsmodi
der Restschaltung 9, z.B. einen Normalbetrieb oder einen
Spitzenbetrieb mit erhöhter Messrate,
vorzugeben und die Obergrenzen für
die durch die prozessor-gesteuerte Stromsteuerung einzustellende
Stromaufnahme des Feldgeräts 3 über die
Datenbusleitung 5 flexibel, bedarfsangepasst und gegebenenfalls
zeitabhängig
vorzugeben. Die Vorsehung der Kommunikationseinheit 29 bedeutet
im Vergleich zu herkömmlichen
Feldgeräten
keinen zusätzlichen
Mehraufwand, da auch bei herkömmlichen Feldgeräten eine
Kommunikation zwischen Feldgerät
und übergeordneter
Einheit vorzusehen ist, um beispielsweise vom Feldgerät aufgenommene
Messergebnisse vom an die übergeordnete
Einheit zu übertragen
bzw. um Steuersignale über
den Datenbus zu empfangen. Die Besonderheit besteht bei dem erfindungsgemäßen Feldgerät darin,
die Kommunikationseinheit 29 in der Eingangsschaltung 7 anzuordnen.
Hierdurch kann die Eingangsschaltung 7 auch dann mit der übergeordneten
Einheit 1 kommunizieren, wenn die Restschaltung 9 nicht
in Betrieb ist.
-
Die
Restschaltung 9 wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
vorzugsweise durch das Öffnen
des Schalters 27 in den Sleep-Modus versetzt. Dieser Sleep-Modus
entspricht einem Abschalten der Restschaltung 9. Hierdurch
ist sicher gestellt, dass die Restschaltung 9 im Sleep-Modus
keine Energie verbraucht. Alternativ hierzu könnte die Restschaltung 9 durch
entsprechende Hardware und Software in einen Sleep-Modus versetzt
werden, der einem klassischen Stand-By Betrieb entspricht. In dem
Fall benötigt
die Restschaltung 9 während
des Stand-By Betriebes eine, wenn auch sehr geringe, Energieversorgung
und es müssen
in der Eingangsschaltung 7 Verfahren implementiert werden,
durch die die Restschaltung 9 in diesen Zustand versetzt wird,
bzw. durch die dieser Zustand beendet wird.
-
- 1
- übergeordnete
Einheit
- 3
- Feldgerät
- 5
- Datenbusleitung
- 7
- Eingangsschaltung
- 9
- Restschaltung
- 10
- Schnittstelle
- 11
- Busterminal
- 13
- intelligente
Einheit
- 15
- Steuereinheit
- 17
- Stromquelle
- 18
- Steuerleitung
- 19a
- Anschlussleitung
- 19b
- Anschlussleitung
- 21
- Verbindung
- 23
- Eingangsfilter
- 25
- DC/DC
Wandler
- 27
- Schalter
- 29
- Kommunikationseinheit
- 31
- Sendeansteuerung