DE102007062919A1 - Device for diagnosing or determining operating conditions or environmental conditions of field device of process automation technology, comprises voltmeter unit, where effective loop current is determined over voltage drop - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Diagnose und/oder Ermittlung von Betriebsbedingungen und/oder von Umgebungsbedingungen eines Feldgeräts der Prozessautomatisierungstechnik mit einer zumindest einer Feldgeräteelektronik, die mit zumindest einem Sensor zum Erfassen wenigstens einer chemischen und/oder physikalischen Prozessgröße und/oder die mit zumindest einem Aktor zum Beeinflussen wenigstens einer chemischen und/oder physikalischen Prozessgröße verbunden sind/ist, welche Feldgeräteelektronik ferner umfasst, eine Schnittstellenschaltung zur Kommunikation und Energieversorgung mittels zumindest einem Schleifenstrom über zumindest eine Zweidraht-Leitung, eine in der Schnittstellenschaltung integrierte Stromsteuerungsschaltung die den Schleifenstrom entsprechend einem Sensorsignal oder dem Stellsignal variiert, und eine Regel-/Auswerteinheit, die das Sensorsignal des Sensors erfasst und in der Schnittstellenschaltung den entsprechenden Schleifenstrom erzeugt oder die das Stellsignal des Aktor entsprechenden dem in der Schnittstellenschaltung vorliegenden Schleifenstrom einstellt.The The present invention relates to a device for diagnosis and / or Determination of operating conditions and / or environmental conditions a field device of process automation technology with an at least one field device electronics, with at least a sensor for detecting at least one chemical and / or physical Process variable and / or with at least one Actuator for influencing at least one chemical and / or physical Process variable are connected / is what field device electronics Further, an interface circuit for communication and Power supply by means of at least one loop current over at least one two-wire line, one in the interface circuit integrated power control circuit corresponding to the loop current a sensor signal or the control signal varies, and a control / evaluation, the the sensor signal of the sensor detected and in the interface circuit generates the corresponding loop current or the control signal of the actuator corresponding to the present in the interface circuit Loop current sets.
Entsprechende Vorrichtungen werden häufig in Feldgeräten der Automations- und Prozesssteuerungstechnik zur Ermittlung und Überwachung einer Prozessgröße, wie z. B. der Füllstand, der Durchfluss, der Druck, der Temperatur, des pH-Werts und/oder die chemische Zusammensetzung, zumindest eines Mediums in einem Behälter eingesetzt. Von der Anmelderin werden beispielsweise solche Feldgeräte unter dem Namen Promass, Promag, Liquiline, Prosonic, Levelflex und Micropilot produziert und vertrieben, welche dazu dienen, eine entsprechende Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter zu bestimmen und/oder zu überwachen. Diese Füllstandsmessgeräte senden ein periodisches Sendesignal im Mikrowellen- oder Ultraschalbereich mittels eines Sende-/Empfangselementes in Richtung Oberfläche eines Füllguts und empfangen die reflektierten Echosignale nach einer abstandsabhängigen Laufzeit. Handelsübliche mit Mikrowellen arbeitende Füllstandsmessgeräte lassen sich grundlegend in zwei Klassen einteilen; eine erste Klasse, bei der die Mikrowellen mittels einer Antenne in Richtung des Füllguts gesendet, an der Füllgutoberfläche reflektiert und anschließend nach einer abstandsabhängigen Laufzeit wieder empfangen werden und eine zweite Klasse, bei der die Mikrowellen entlang eines Wellenleiters in Richtung des Füllguts geführt werden, an der Füllgutoberfläche aufgrund des dort bestehenden Impedanzsprunges reflektiert werden und die reflektierten Wellen entlang des Wellenleiter wieder zurück geleitet werden.Appropriate Devices are often used in field devices Automation and process control technology for detection and monitoring a process variable, such. B. the level, the flow, the pressure, the temperature, the pH and / or the chemical composition, at least one medium in one Container used. By the applicant, for example such field devices under the name Promass, Promag, Liquiline, Prosonic, Levelflex and Micropilot produced and distributed which serve a corresponding process size of a Determine and / or monitor media in a container. These level gauges send a periodic Transmission signal in the microwave or ultrasonic range by means of a Transmitting / receiving element towards the surface of a medium and receive the reflected echo signals after a distance-dependent transit time. Commercially available fill level measuring devices working with microwaves can be fundamentally divided into two classes; a first class, in which the microwaves by means of an antenna in the direction of the medium sent, reflected on the product surface and then after a distance-dependent Runtime will be received again and a second class, at the the microwaves along a waveguide in the direction of the medium be guided, at the product surface be reflected due to the impedance jump existing there and the reflected waves back along the waveguide be directed.
Die Fortschritte der Mikroelektronik in den letzten Jahren haben zu einer Miniaturisierung von Geräten und Integration der Funktionalitäten geführt, die in der Automatisierungstechnik eine effektive und kostengünstige Anwendung von integrierten dezentralen Systemen bewirkte. So werden in den Sensoren und Aktoren nicht nur die Messwerte ermittelt, sondern schon die Messwerte vorverarbeitet, linearisiert und sogar eine Selbstdiagnosen des Sensors oder Aktors implementiert. Die Vorraussetzung für das Einbringen dieser dezentralen Funktionalitäten in ein geschlossenes Automatisierungskonzept mit „intelligenten" Sensoren und Aktoren ist ein erhöhter Informations- und Datenaustausch dieser dezentralen Einheiten untereinander und mit einem Leitsystem. In der Automatisierungstechnik sind aus diesem Grund in den letzten Jahren eine Fülle von Feldbussystemen entstanden, die entweder firmenspezifische Anwendungsbereiche (z. B. BITBUS, CAN, MODBUS, RACKBUS) abdecken oder solche, die einer intenationalen Normung (z. B. HART, PROFIBUS-PA, Foundation FIELDBUS, Ethernet) unterliegen.The Advances in microelectronics in recent years have too miniaturization of devices and integration of the Functionalities led in the automation technology an effective and cost-effective application of integrated decentralized systems. So be in the sensors and actuators not only determines the measured values, but also preprocesses the measured values, linearized and even a self-diagnosis of the sensor or actuator implemented. The prerequisite for the introduction of this decentralized functionalities in a closed automation concept with "intelligent" sensors and actuators is a heightened Information and data exchange between these decentralized units and with a control system. In automation technology are off For this reason in recent years a wealth of fieldbus systems originating either company-specific application areas (eg. B. BITBUS, CAN, MODBUS, RACKBUS) or those that a international standardization (eg HART, PROFIBUS-PA, Foundation FIELDBUS, Ethernet).
Die üblichen Feldgeräte sind netzgespeiste Vierleiter-Messgeräte und müssen hierfür mindestens zwei elektrische Zuleitungen bzw. Leiter zur Energieversorgung des Feldgerätes haben. Des Weiteren sind zwei weitere Signalleitungen erforderlich, die das Messwert abbildende Messsignal oder sonstige Kommunikationsdatensignale zwischen den dezentralen Einheiten und der Leitstelle übertragen.The usual Field devices are mains-powered four-wire measuring devices and must have at least two electrical Supply lines or conductors for the power supply of the field device to have. Furthermore, two more signal lines are required, the measuring signal representing the measured value or other communication data signals transferred between the decentralized units and the control center.
Darüber hinaus ist es in der Automatisierungstechnik auch üblich, die Feldgeräte in einer so genannten Zweileiter-Technik aufzubauen und miteinander zu verbinden, so dass die Energiespeisung und die Kommunikation des Messsignals zwischen den Feldgeräten über ein einziges Paar Leitungen erfolgen kann, wodurch der Verdrahtungsaufwand und somit die Verdrahtungskosten von vernetzten dezentralen Automatisierungssystemen verringert werden kann.About that It is also common in automation technology the field devices in a so-called two-wire technology to build and connect with each other, so that the energy supply and the communication of the measuring signal between the field devices via a single pair of wires can be made, reducing the wiring effort and thus the wiring costs of networked decentralized automation systems can be reduced.
Allgemein wird dieses Messsignal der Feldgeräte oder Datensignal entsprechend einem hierfür üblichen Standard, z. B. entsprechend dem zwischen 4 mA und 20 mA liegenden Stromschleifen-Standard, einem üblichen Frequenz-Standard, so genannter Hart-Standard, oder einem digitalen Standard, erzeugt und übermittelt. Beispielsweise lassen sich mit Hilfe der Hart-Kommunikation die Feldgeräte sehr flexibel parametrieren und in Betrieb nehmen oder zusätzliche ermittelte und gespeicherte Messwerte bzw. Daten auslesen. Das Hart-Protokoll ermöglicht eine bidirektionale Kommunikation auch in einer Explosionsgefährdeten Umgebung über eine Punkt-zu-Punkt Übertragung von zumindest zwei Teilnehmern. Die diskretisierten und digitalisierten Daten werden einem speziellen Modem das in jedem Teilnehmer vorhanden sein muss, in ein Hart-Protokoll mittels des FSK-Verfahrens übertragen und empfangen. Das FSK-Verfahren (Frequency Shift Keying) nutzt zur Unterscheidung der binären Zustände unterschiedliche Frequenzen eines sinusförmigen Signals (z. B. Bell 202-Standard: „0" 2200 Hz, „1" 1200 Hz). Da dieses Verfahren weitgehend pegelunabhängig arbeitet, bietet es auch bei Signaldämpfungen und sich ändernden Lasten eine hohe Störsicherheit. Selbstverständlich muss jedoch sichergestellt sein, dass das Übertragungsmedium in der Lage ist, die zur Kodierung verwendeten Frequenzen zu übertragen.In general, this measurement signal of the field devices or data signal according to a standard for this purpose, z. B. according to the lying between 4 mA and 20 mA current loop standard, a standard frequency standard, so-called Hart standard, or a digital standard, generated and transmitted. For example, the field devices can be very flexibly parameterized and put into operation with the aid of hard communication, or additional measured and stored measured values or data can be read out. The Hart protocol allows bidirectional communication even in an explosive environment via a point-to-point transmission of at least two subscribers. The discretized and digitized data is transmitted to a special modem which must be present in each subscriber in a hard protocol by means of the FSK method and emp to catch. The FSK (Frequency Shift Keying) method uses different frequencies of a sinusoidal signal to differentiate the binary states (eg Bell 202 standard: "0" 2200 Hz, "1" 1200 Hz). Since this method operates largely level-independent, it also offers high interference immunity for signal attenuation and changing loads. Of course, however, it must be ensured that the transmission medium is able to transmit the frequencies used for coding.
Solche
Zweileiter-Feldgeräte sind unter anderem den Schriften
Bei allen bekannten physikalischen Messprinzipien, mit denen die Feldgeräte in Prozessanlagen arbeiten, muss meist ein Kompromiss hinsichtlich der Genauigkeit der Messung und der Zuverlässigkeit der Messung eingegangen werden. Deshalb wird anhand der Umgebungsbedingungen und Mediumseigenschaften der entsprechenden Anwendung das zweckdienlichste physikalische Messprinzip ausgewählt, dessen Vorteile gegenüber den Nachteilen überwiegen. Ändern sich diese Betriebsbedingungen oder Umgebungsbedingungen verändert sich auch meist die Genauigkeit der Messung und der Zuverlässigkeit der Messung.at All known physical measuring principles with which the field devices Working in process equipment usually requires a tradeoff regarding accuracy of measurement and reliability of Measurement will be received. Therefore, based on the environmental conditions and medium properties of the corresponding application the most expedient selected physical measuring principle, its advantages over outweigh the disadvantages. Change these operating conditions or Ambient conditions also change the accuracy the measurement and the reliability of the measurement.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung für ein Feldgerät anzugeben, die eine einfache Diagnose der Betriebs- und Umgebungsbedingungen des Feldgerätes ermöglicht.It The object of the invention is a device for a Field device indicating a simple diagnosis of the operational and environmental conditions of the field device allows.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine erste Spannungsmesseinheit vorgesehen ist, die einen aktuellen Schleifenstrom über den Spannungsabfall an einem internen Messwiderstand ermittelt, und dass eine Eingabe-/Ausgabeeinheit am Feldgerät vorgesehen ist, auf der die Regel-Auswerteinheit diesen aktuell ermittelten Schleifenstrom als eine erste Betriebsbedingung des Feldgeräts zumindest auf Anfrage anzeigt.These The object is achieved according to the invention a first voltage measuring unit is provided, which is a current voltage measuring unit Loop current across the voltage drop at an internal Measuring resistance determined and that an input / output unit is provided on the field device on which the rule evaluation unit this currently determined loop current as a first operating condition of the field device displays at least on request.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass eine zweite Spannungsmesseinheit vorgesehen ist, die eine aktuell gemessene Bürdenspannung ermittelt und dass die Eingabe-/Ausgabeeinheit diese aktuell ermittelte Bürdenspannung als eine zweite Betriebsbedienung des Feldgeräts zumindest auf Anfrage anzeigt.A advantageous embodiment of the invention Solution is to be seen in that a second voltage measuring unit is provided, which is a currently measured load voltage determined and that the input / output unit this currently determined Burden voltage as a second operating operation of the field device at least on request.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass zumindest ein Drucksensor als weiterer Sensoren in dem Feldgerät vorgesehen ist, der zur Ermittlung von Umgebungsdrücken als eine erste Umgebungsbedingung dient.A further advantageous embodiment of the invention Solution is to be seen in that at least one pressure sensor is provided as further sensors in the field device, the one for determining ambient pressures as a first Ambient condition is used.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Temperatursensor als weiterer Sensoren in dem Feldgerät vorgesehen ist, der zur Ermittlung von Umgebungstemperaturen als eine zweite Umgebungsbedingung dient.In a particularly preferred embodiment of the invention is provided that at least one temperature sensor as another Sensors in the field device is provided for the purpose of detection of ambient temperatures serves as a second environmental condition.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass zumindest ein Feuchtesensor als weiterer Sensoren in dem Feldgerät vorgesehen ist, der zur Ermittlung von Feuchten als eine dritte Umgebungsbedingung dient.According to one advantageous embodiment of the invention Device is provided that at least one humidity sensor as further sensors is provided in the field device, the to detect moisture as a third environmental condition.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass zumindest ein Vibrationssensor als weiterer Sensoren in dem Feldgerät vorgesehen ist, der zur Ermittlung von Vibrationen als eine vierte Umgebungsbedingung dient.A advantageous embodiment of the invention Device is to be seen in that at least one vibration sensor is provided as further sensors in the field device, for detecting vibrations as a fourth environmental condition serves.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein E-Feld- und/oder B-Feld-Sensor als weiterer Sensoren in dem Feldgerät vorgesehen ist, die zur Ermittlung von elektromagnetischen Felder als eine fünfte Umgebungsbedingung dient.In a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that at least one E-field and / or B-field sensor is provided as further sensors in the field device, for determining electromagnetic fields as a fifth Ambient condition is used.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Eingabe-/Ausgabeeinheit die erste, zweite, dritte, vierte und/oder fünfte Umgebungsbedingung des Feldgeräts zumindest auf Anfrage anzeigt.A advantageous embodiment of the invention Solution is that the input / output unit the first, second, third, fourth and / or fifth environmental conditions of the field device displays at least on request.
Gemäß einer weiterführenden Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung die ermittelten Umgebungsbedingungen und die ermittelten Betriebsbedingungen in einer im Feldgerät integrierten Speichereinheit in einem vorgegebenen Messzyklus als Historienwerte abspeichert und die Eingabe-/Ausgabeeinheit auf Anfrage diese Historienwerte der Umgebungs- und Betriebsbedingungen in einer Kurve anzeigt. Durch die Darstellung der Historienwerte in einer Kurve kann der zeitliche Verlauf der Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen leicht von dem Bediener über das Display visuell erfasste werden und bewertet werden.According to one further embodiment of the invention it is provided that the device the detected environmental conditions and the determined operating conditions in a field device integrated memory unit in a given measurement cycle as History values are stored and the input / output unit on request These history values of the ambient and operating conditions in one Shows curve. By displaying the history values in one Curve, the time history of operating and / or environmental conditions can be easily be visually detected by the operator via the display and be evaluated.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung schlägt vor, dass das Feldgerät die ermittelten Umgebungsbedingungen und die ermittelten Betriebsbedingungen zumindest auf Anfrage über die Zweidrahtleitung an einen entfernte Leitstelle oder weitere Feldgeräte kommuniziert.A particularly advantageous embodiment of the invention Solution suggests that the field device the determined ambient conditions and the determined operating conditions at least on request via the two-wire line to a remote Control center or other field devices communicates.
Ein weiterführendes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass in dem Feldgerät Grenzwerte für die ermittelten Umgebungsbedingungen und die ermittelten Betriebsbedingungen vorgegeben sind und beim Unter-/Überschreiten dieser Grenzwerte der ermittelten Umgebungsbedingungen und/oder der ermittelten Betriebsbedingungen das Feldgerät eine Fehlermeldung auf der Eingabe-/Ausgabeeinheit ausgibt und/oder über die Zweidrahtleitung an einen entfernte Leitstelle oder weitere Feldgeräte kommuniziert.One continuing embodiment of the invention Device is that in the field device limits for the determined environmental conditions and the determined Operating conditions are given and under / over these limits of the determined environmental conditions and / or the determined operating conditions, the field device a Issues error message on the input / output unit and / or over the two-wire line to a remote control center or more Field devices communicates.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konzept für eine Vorrichtung zur Überwachung und Diagnose der Funktionalität von Feldgeräten aufgezeigt.object The present invention is a concept for a Device for monitoring and diagnosing functionality indicated by field devices.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. In den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind zur besseren Übersicht und zur Vereinfachung die Elemente, die sich in ihrem Aufbau und/oder in ihrer Funktion entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further Details, features and advantages of the subject matter of the invention result from the following description with the accompanying drawings, in which preferred embodiments of the invention are shown. Embodiments illustrated in the figures the invention are for better clarity and simplification the Elements that correspond in their structure and / or function provided with the same reference numerals.
Es zeigen:It demonstrate:
In
In
In
Alle
erfassten physikalischen Größen, die für die
Einsatzbedingungen des Feldgerätes
Um
die Betriebsbedingungen eines Feldgerätes
Um
die Umgebungsbedingungen eines Feldgerätes
- 11
- Feldgerät, MessgerätField device, gauge
- 22
- FeldgeräteelektronikField device electronics
- 33
- Eingabe-/AusgabeeinheitInput / output unit
- 3a3a
- Displaydisplay
- 44
- Interlock-Diode, DiodeInterlock diode, diode
- 55
- Anschlussklemmenterminals
- 66
- Zweidrahtleitung, Zweileiter-StromschleifeTwo-wire line, Two-wire current loop
- 77
- Innenwiderstand, interner MesswiderstandInternal resistance, internal measuring resistor
- 88th
- Externes Messgerätexternal gauge
- 99
- Sensorsensor
- 1010
- Aktoractuator
- 1111
- SchnittstellenschaltungInterface circuit
- 1212
- Regel-/AuswerteeinheitControl / evaluation unit
- 1313
- Erster Spannungsmesseinheitfirst Voltage measuring unit
- 1414
- Zweite SpannungsmesseinheitSecond Voltage measuring unit
- 1515
- zusätzliche Sensorenadditional sensors
- 1616
- Steuerschaltungcontrol circuit
- 1717
- Speichereinheitstorage unit
- 1818
- Abgriffleitungtap
- IS I S
- Schleifenstromloop current
- UB U B
- Bürdenspannungburden voltage
- SensSens
- Sensorsignalsensor signal
- Stellparking
- Stellsignalactuating signal
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - EP 0895209 A1 [0007] EP 0895209 A1 [0007]
- - EP 1158274 A1 [0007] EP 1158274 A1 [0007]
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