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DE102012009705B3 - Network of autonomous field device has switching device equipped with normally closed contact to interrupt current flow from thermoelectric generator to signal processing unit in response to power control signal to power control unit - Google Patents

Network of autonomous field device has switching device equipped with normally closed contact to interrupt current flow from thermoelectric generator to signal processing unit in response to power control signal to power control unit

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Publication number
DE102012009705B3
DE102012009705B3 DE201210009705 DE102012009705A DE102012009705B3 DE 102012009705 B3 DE102012009705 B3 DE 102012009705B3 DE 201210009705 DE201210009705 DE 201210009705 DE 102012009705 A DE102012009705 A DE 102012009705A DE 102012009705 B3 DE102012009705 B3 DE 102012009705B3
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DE
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Grant
Patent type
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unit
signal
device
processing
control
Prior art date
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Active
Application number
DE201210009705
Other languages
German (de)
Inventor
Manfred Wetzko
Marco Ulrich
Philipp Nenninger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz Holding AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRICAL DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details of data-processing equipment not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00, e.g. cooling, packaging or power supply specially adapted for computer application
    • G06F1/26Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/32Means for saving power
    • G06F1/3203Power Management, i.e. event-based initiation of power-saving mode
    • G06F1/3206Monitoring a parameter, a device or an event triggering a change in power modality
    • G06F1/3209Monitoring remote activity, e.g. over telephone line, network connection

Abstract

The network has filed devices (11-18) that are connected with centrally device (10). A communication unit is connected with signal processing unit. The thermoelectric generator is connected to the signal processing unit over lead lines. The switching device is equipped with a normally closed contact so as to interrupt current flow from the thermoelectric generator to the signal processing unit in response to a power control signal to the power control unit. An independent claim is included for method for operation of network of autonomous field device.

Description

  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft ein Netzwerk autonomer Feldgeräte und ein Verfahren zu deren Betrieb. The invention relates to a network of autonomous field device and a process for their operation. Derartige Netzwerke umfassen eine Mehrzahl von Feldgeräte, die auf drahtlosem Wege miteinander und/oder mit einer zentralen Einrichtung kommunizieren und aus einer örtlichen Energiequelle gespeist werden. Such networks comprise a plurality of field devices that wirelessly with each other and / or communicate with a central device and are fed from a local power source. Typischerweise werden solche Netzwerke in der Prozessautomatisierung eingesetzt. Typically, such networks are used in process automation.
  • [0002] [0002]
    Derartige Feldgeräte sind üblicherweise mit mindestens einem Sensor zur Umwandlung einer physikalischen Größe in eine elektrische Größe und/oder mindestens einem Aktor zur Umwandlung einer elektrischer Größe in eine physikalische Größe ausgerüstet. Such field devices are usually equipped with at least one sensor for converting a physical quantity into an electrical quantity and / or at least one actuator for converting an electric quantity in a physical quantity.
  • [0003] [0003]
    Herkömmliche Feldgeräte sind an eine Leitung – üblicherweise eine Zwei-Draht-Leitung – angeschlossen, die gleichermaßen der Signalübertragung von Messwerten, Sollwerten und/oder Diagnaosedaten und der Energieversorgung des Feldgeräts dient. Conventional field devices are connected to a line - connected, which serves both for signal transmission of measured values, set values ​​and / or Diagnaosedaten and the power supply of the field device - typically a two-wire line.
  • [0004] [0004]
    Drahtlose Feldgeräte, bei denen die Signalübertragung keiner Verbindungsleitung bedarf, sind prinzipiell bekannt und bieten neue Möglichkeiten in der Prozessautomatisierung. Wireless field devices in which the signal transmission line requires no connection, are known in principle and offer new possibilities in process automation. Sie ermöglichen die flexible Installation von Feldgeräten in vielen Situationen die herkömmlichen drahtgebundenen Feldgeräten nicht zugänglich sind, wie beispielsweise rotierenden Maschienen und/oder Teilen davon. They allow flexible installation of field devices in many situations the traditional wired field devices are not accessible, such as rotating Maschienen and / or parts thereof. Zur Energieversorgung derartiger drahtloser Feldgeräte können Batterien vorgesehen sein, die jedoch wegen ihres Wartungsaufwands auf mangelnde Akzeptanz seitens der Betreiber automatisierungstechnischer Anlagen stoßen. For energy supply of such wireless field device batteries can be provided, however, push for their maintenance expenses to lack of acceptance on the part of operators automation engineering systems.
  • [0005] [0005]
    Autonome Feldgeräte weisen darüber hinaus eigene Mittel zu ihrer Stromversorgung durch Umwandlung örtlich verfügbarer nicht-elektrischer Energie in elektrische Energie auf. Autonomous field devices furthermore have their own resources to their power supply by converting locally available non-electric energy into electrical energy. Gegenüber konventionellen Feldgeräten entfällt der Wartungsaufwand zum Austausch der Batterien. Compared to conventional field devices, the maintenance costs for replacement of the batteries is not necessary.
  • [0006] [0006]
    Damit sind autonome Feldgeräte eine flexible und einfach zu installieren Nachrüstlösung vor allem, wenn größere Entfernungen überwunden werden müssen oder der Verkabelungsaufwand die Anwendbarkeit von herkömmlichen, drahtgebundenen Geräten beschränkt. So are autonomous field devices a flexible and easy to install retrofit solution especially when longer distances have to be overcome or the amount of cabling limits the applicability of conventional wired devices.
  • [0007] [0007]
    Netzwerke aus autonomen Feldgeräten können dazu beitragen, Kosten für die Einrichtung der Prozessautomatisierung zu reduzieren. Networks of autonomous field devices can help to reduce costs for the establishment of process automation. Die Installation von mehreren autonomen Feldgeräten kann auch dazu beitragen, die Überwachung eines bestimmten Prozesses zu verbessern, um die Qualität des Hauptproduktes zu erhöhen. The installation of several autonomous field devices can also help to improve the monitoring of a particular process in order to increase the quality of the main product.
  • [0008] [0008]
    In dem Beitrag „Energieautarker drahtloser Temperaturtransmitter”, veröffentlicht in Automatisierungstechnische Praxis 10-11/2011, wird es als vielversprechend angesehen, mit Hilfe von thermoelektrischen Generatoren aus einem thermischen Gradienten durch Umwandlung elektrische Energie zu gewinnen. In the article "Energy-autonomous wireless temperature transmitter," published in Automation Technology in Practice 10-11 / 2011, it is considered promising to generate electrical energy using thermoelectric generators from a thermal gradient through conversion.
  • [0009] [0009]
    Mit einem vorgegebenen Messintervall und/oder Sende-Empfangs-Intervall weist jedes Geräts eine vorbekannte Leistungsaufnahme unter bestimmten Umgebungstemperaturen auf. With a predetermined measurement interval and / or transmission-interval, each device of a prior art power under certain ambient temperatures. Doch die Stromverbräuche der einzelnen Geräte können aufgrund zusätzlicher Belastungen und Aufgaben innerhalb des Sensornetzwerks unterscheiden. But the power consumption of each device can vary due to additional burdens and responsibilities within the sensor network. Einige Geräte fungieren als Router für andere Geräte. Some devices act as a router for other devices. Die Anzahl der Geräte, mit ein bestimmtes Gerät kommuniziert, ist variabel und beeinflusst den Stromverbrauch ziemlich schwerwiegend. The number of devices that communicate with a specific device, is variable and influenced the power consumption quite severe. Insbesondere bei batteriegestützten Geräten sind die Wartungszyklen zum Austausch der Batterien dadurch höchst heterogen und damit teuer. In particular, in battery-assisted devices, the maintenance cycle to replace the batteries are characterized extremely heterogeneous and therefore expensive.
  • [0010] [0010]
    Zwar liefern bekannte thermoelektrischen Generatoren mehr elektrische Energie, als die versorgten Geräte zu ihrem bestimmungsgemäßen Betrieb benötigen. Although known thermoelectric generators provide more electrical energy than that supplied equipment requiring them for their intended use. Jedoch ist die momentan tatsächlich zur Verfügung stehende Leistung der speisenden thermoelektrischen Generatoren unbekannt. However, the currently actually available power of the supply thermoelectric generators is unknown.
  • [0011] [0011]
    Aus der From the US 2011/0216695 A1 US 2011/0216695 A1 ist ein Netzwerk aus einer Mehrzahl von durch thermoelektrische Generatoren mit Energie versorgten Feldgeräten bekannt. discloses a network of a plurality of served by thermoelectric generators with power field devices.
  • [0012] [0012]
    Die The GB 2 479 156 A GB 2479156 A offenbart eine Einrichtung zur Spannungsmessung innerhalb eines Systems zur Energiegewinnung aus der Umgebung, die eine Schaltvorrichtung aufweist. discloses a device for voltage measurement in a system for recovering energy from the environment that includes a switching device.
  • [0013] [0013]
    Aus der From the US 2011/0261738 A1 US 2011/0261738 A1 ist ein adaptives Netzwerk drahtloser Sensoren bekannt, das ausgebildet ist, Daten zwischen einem Sensor und einer Basisstation über weitere Sensoren zu leiten. discloses an adaptive network of wireless sensors which is designed to route data between a sensor and a base station via additional sensors.
  • [0014] [0014]
    Dere Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Netzwerk autonomer Feldgeräte, die mit Hilfe von thermoelektrischen Generatoren gespeist werden, anzugeben sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb. therefore particular invention has the object of providing a network of autonomous field devices, which are fed with the aid of thermoelectric generators specify, as well as a method for its operation.
  • [0015] [0015]
    Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe vorrichtungsmäßig durch ein Feldgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. According to the invention this object is solved by the apparatus, a field device having the features of claim 1. Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. The method, this object is achieved with the features of patent claim 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils rückbezogenen Ansprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention are specified in the respective dependent claims.
  • [0016] [0016]
    Die Erfindung geht aus von einem Netzwerk gattungsbildender Feldgeräte, die über das Netzwerk mit einer übergeordneten Einrichtung und untereinander kommunizieren. The invention is based generic-building of a network field devices over the network to a master device and communicate with each other. Jedes Feldgerät weist mindestens eine Wandlereinrichtung, eine Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Kommunikation sowie Signalverarbeitungsmittel auf und ist durch einen thermoelektrischen Generator zu seiner Energieversorgung gespeist, der über Anschlussleitungen mit den Signalverarbeitungsmitteln verbunden ist. Each field device includes at least one transducer means, a communication device for wireless communications, and signal processing means and is powered by a thermoelectric generator to its power supply, which is connected via connection lines to the signal processing means.
  • [0017] [0017]
    Je nach regelungstechnischer Aufgabe des Feldgeräts ist die Wandlereinrichtung ein Sensor zur Umwandlung einer physikalischen Größe in eine elektrische Größe und/oder ein Aktor zur Umwandlung einer elektrischer Größe in eine physikalische Größe. Depending on control engineering task of the field device, the converter means is a sensor for converting a physical quantity into an electrical quantity and / or an actuator for converting an electric quantity in a physical quantity.
  • [0018] [0018]
    Erfindungsgemäß ist das Feldgerät mit einer Energiesteuereinheit ausgestattet, die eine Schaltvorrichtung, eine Schaltsteuereinrichtung, eine Energiespeicheinheit und eine Spannungsmesseinrichtung umfasst und die mit der Kommunikationseinrichtung verbunden ist. According to the invention the field device is equipped with a power control unit which comprises a switching device, a switching controller, a Energiespeicheinheit and a voltage measuring device and which is connected to the communication device. Im Einzelnen ist die Schaltvorrichtung mit einem Öffnerkontakt ausgestattet. Specifically, the switching device is equipped with a normally closed contact. Der Öffnerkontakt ist in eine der Anschlussleitungen eingeschaltet, den Stromfluß vom thermoelektrischen Generator zu den Signalverarbeitungsmitteln in Abhängigkeit von einem Energiesteuersignal der Energiesteuereinheit zu unterbrechen. The normally closed contact is switched in one of the connection lines to interrupt the flow of current from the thermoelectric generator to the signal processing means in response to a power control signal, the power control unit. Zwischen der Schaltvorrichtung und den Signalverarbeitungsmitteln sind die Anschlussleitungen mit der Energiespeicheinheit verbunden, die geeignet ist, die Energieversorgung der Signalverarbeitungsmittel während der Zeit der Arbeitsstellung des Öffnerkontakts aufrechtzuerhalten. Between the switching device and the signal processing means, the connecting lines are connected to the Energiespeicheinheit that is suitable to maintain the power supply to the signal processing means during the time of the working position of the break contact. Der thermoelektrische Generator ist mit der Spannungsmesseinrichtung verbunden. The thermoelectric generator is connected to the voltage measuring device.
  • [0019] [0019]
    Während des bestimmungsgemäßen Betriebs ist der Öffnerkontakt der Schaltvorrichtung in Ruhestellung. During normal operation the NC contact of the switching device is at rest. Dabei ist der Stromkreis zwischen dem thermoelektrischen Generator und den Signalverarbeitungsmitteln geschlossen und die Energiespeicheinheit befindet sich im Ladezustand. In this case, the circuit between the thermoelectric generator and the signal processing means is closed and the Energiespeicheinheit is located in the loading state. Die Spannungsmesseinrichtung ist spannungsfrei. The voltage measuring device is without power.
  • [0020] [0020]
    Zur Ermittlung der aktuellen Leistung des thermoelektrischen Generators wird auf ein Energiesteuersignal der Energiesteuereinheit kurzzeitig der Öffnerkontakt der Schaltvorrichtung von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung verbracht. To determine the current performance of the thermoelectric generator of the normally closed contact of the switching device from the rest position is brought into the working position for a short time to a power control signal, the power control unit. Während dieser Messphase ist der Stromkreis zwischen dem thermoelektrischen Generator und den Signalverarbeitungsmitteln geöffnet. During this measurement phase, the circuit between the thermoelectric generator and the signal processing means is open. Die Signalverarbeitungsmittel werden aus der Energiespeicheinheit gespeist. The signal processing means are fed from the Energiespeicheinheit. Der Stromkreis zwischen dem thermoelektrischen Generator und der Spannungsmesseinrichtung ist geschlossen. The circuit between the thermoelectric generator, and the voltage measuring device is closed.
  • [0021] [0021]
    Während der Arbeitsstellung des Öffnerkontakts der Schaltvorrichtung wird mit der Spannungsmesseinrichtung die Leerlaufspannung der lastfreien Spannungsquelle des thermoelektrischen Generators gemessen. During the working position of the normally closed contact of the switching device, the open circuit voltage of no-load voltage source of the thermoelectric generator is measured by the voltage measuring device.
  • [0022] [0022]
    Die Leerlaufspannung U L ist über die Beziehung The open circuit voltage U L is the relationship U L = N·S·ΔT, U L = N * S * .DELTA.T wobei in which
    N N
    die Anzahl der Thermoelemente des thermoelektrischen Generators, the number of the thermocouples of the thermoelectric generator,
    S S
    der Seebeck-Koeffizient und the Seebeck coefficient and
    ΔT .DELTA.T
    die Temperaturdifferenz zwischen dem heißen und dem kalten Ende des thermoelektrischen Generators sind, ein Maß für die aktuelle Leistung des thermoelektrischen Generators. the temperature difference between the hot and the cold end of the thermoelectric generator are a measure of the current performance of the thermoelectric generator.
  • [0023] [0023]
    Die maximale Leistung P max des thermoelektrischen Generators ergibt sich aus der Beziehung The maximum power P max of the thermoelectric generator is given by the relationship P max = (U L /2) 2 /R i , P max = (U L / 2) 2 / R i, wobei in which
    R 1 R 1
    der Innenwiderstand des thermoelektrischen Generators ist. is the internal resistance of the thermoelectric generator.
  • [0024] [0024]
    Die tatsächlich verfügbare elektrische Leistung des thermoelektrischen Generators des jeweiligen Feldgeräts wird an die übergeordnete Einrichtung im Netzwerk gemeldet. The actual available electrical power of the thermoelectric generator of the respective field device is reported to the higher-order device on the network.
  • [0025] [0025]
    Die übergeordnete Einrichtung sammelt die tatsächlich verfügbaren elektrischen Leistungen der einzelnen Feldgeräte ermittelt aus dem Datenbestand diejenigen Feldgeräte, deren thermoelektrischen Generatoren aktuell ausreichend Leistung bereitstellen, um neben der bestimmungsgemäßen Funktion des jeweiligen Feldgeräts darüberhinausgehende kommunikationstechnische Aufgaben übernehmen zu können. The parent institution collects the actual available electrical power of the individual field devices determined from the database those field devices whose thermoelectric generators provide current sufficient power to be able to take in addition to the intended function of the respective field device beyond communication tasks. Zu diesen kommunikationstechnischen Aufgaben gehört beispielsweise aber nicht abschließend die Entgegennahme und Weiterleitung von Nachrichten zum Datenaustausch zwischen anderen Feldgeräten und der übergeordneten Einrichtung. One of these communication-related tasks, for example, but not limited to the receipt and forwarding of messages to exchange data between different field devices and the higher-level device.
  • [0026] [0026]
    Vorteilhafterweise ist ein derart ausgebildetes Netzwerk in der Lage, Daten zwischen der übergeordneten Einrichtung und Feldgeräten zu übertragen, die außerhalb der Reichweite der drahtlosen Kommunikationsschnittstelle des Feldgeräts oder der übergeordneten Einrichtung liegen. Advantageously, such a trained network is able to transmit data between the master device and the field devices that are outside the range of the wireless communication interface of the field device or the superordinate device. Ein derartiges Netzwerk ist bezüglich des konkreten Weges der Daten über die verschiedenen Netzknoten selbstorganisierend. Such a network with respect to the actual path of the data about the different network node self-organizing. Dabei wird stets ein Weg über diejenigen Netzknoten ausgewählt, die über ausreichende Energiereserven zur Behandlung weiterzuleitender Nachrichten verfügen. Here, a path across those nodes is always selected have sufficient energy reserves for the treatment to be forwarded messages.
  • [0027] [0027]
    Vorteilhafterweise können in einem derartigen Netzwerk auch Feldgeräte an Orten einer Prozessanlage angeordnet und in den Datenaustausch eingebunden sein, die in Abschattungsbereichen der drahtlosen Kommunikation liegen. Advantageously, field devices may be disposed at locations a process plant and involved in the exchange of data in such a network that are in Abschattungsbereichen of wireless communication.
  • [0028] [0028]
    Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen: show the necessary drawings:
  • [0029] [0029]
    1 1 eine schematische Darstellung eines Kommunikationsnetzes, a schematic representation of a communications network,
  • [0030] [0030]
    2 2 eine Prinzipdarstellung des Aufbaus eines Feldgeräts a schematic representation of the structure of a field device
  • [0031] [0031]
    In der In the 1 1 ein für sich bekanntes Kommunikationsnetz schematisch dargestellt, das aus einer Mehrzahl von Feldgeräten a known by itself communication network shown schematically, which consists of a plurality of field devices, 11 11 bis to 18 18 besteht, die über eine Mehrzahl von Kommunikationsverbindungen is, via a plurality of communication links 20 20 miteinander und mit einer übergeordneten Einrichtung together and to a higher-level device 10 10 drahtlos kommunizieren. communicate wirelessly. Bedingt durch ein mindestens ein Hindernis Due at least one obstacle 30 30 und die begrenzte Reichweite der einzelnen Kommunikationsverbindungen and the limited range of the individual communication links 20 20 besteht ausgehend von der übergeordneten Einrichtung is from the parent device 10 10 eine direkte Kommunikationsverbindung a direct communication link 20 20 nur mit den Feldgeräten only with the field devices 11 11 und and 12 12 . , Alle weiteren Feldgeräte All other field devices 13 13 bis to 18 18 liegen räumlich entweder außerhalb der Reichweite der Kommunikationsverbindung either outside are spatially the range of the communication link 20 20 oder sind durch ein die Strahlung der drahtlosen Kommunikationsverbindung or by the radiation of the wireless communication link 20 20 dämfendes Hindernis dämfendes obstacle 30 30 abgeschattet. shadowed. Diese Feldgeräte These field devices 13 13 bis to 18 18 sind nur über die Feldgeräte are just across the field devices 11 11 und and 12 12 , die somit neben ihrer regelungstechnischen Aufgabe in einer nicht dargestellten Prozessanlage auch noch als Netzknoten zur Durchleitung von Informationen zwischen der übergeordneten Einrichtung Which thus in addition to their technical control task in a non-illustrated process plant also as a hub for the passage of information between the parent device 10 10 und den weiteren Feldgeräte and the other field devices 13 13 bis to 18 18 beansprucht sind. are claimed.
  • [0032] [0032]
    Stellvertretend für die im wesentlichen gleichartigen Feldgeräte Representing the essentially identical field devices 11 11 bis to 18 18 ist in is in 2 2 der Aufbau des Feldgeräts the structure of the field device 11 11 prinzipiell dargestellt. illustrated in principle. Das Feldgerät The field device 11 11 weist mindestens eine Wandlereinrichtung at least has a transducer means 115 115 , eine Kommunikationseinrichtung , A communication device 111 111 zur drahtlosen Kommunikation sowie Signalverarbeitungsmittel for wireless communication and signal processing means 114 114 auf. on.
  • [0033] [0033]
    Je nach regelungstechnischer Aufgabe des jeweiligen Feldgeräts Depending on control engineering task of the respective field device 11 11 bis to 18 18 ist die Wandlereinrichtung is the conversion means 115 115 als Sensor zur Umwandlung einer physikalischen Größe in eine elektrische Größe und/oder einen Aktor zur Umwandlung einer elektrischer Größe in eine physikalische Größe ausgebildet. designed as a sensor for converting a physical quantity into an electrical quantity and / or an actuator for converting an electric quantity in a physical quantity.
  • [0034] [0034]
    Das Feldgerät The field device 11 11 ist durch einen thermoelektrischen Generator is characterized by a thermoelectric generator 117 117 zu seiner Energieversorgung gespeist, der über Anschlussleitungen mit den Signalverarbeitungsmitteln supplied to its power supply, the via connection lines to the signal processing means 114 114 verbunden ist. connected is. Die Signalverarbeitungsmittel The signal processing means 114 114 sind ferner mit der Kommunikationseinrichtung are further connected to the communication device 111 111 zum Datenaustausch mit der übergeordneten Einrichtung for data exchange with the higher-level device 10 10 und der Wandlereinrichtung and said transducer means 115 115 als Schnittstelle zum verfahrenstechnischen Prozess verbunden. connected to interface to the technical process.
  • [0035] [0035]
    Darüber hinaus ist das Feldgerät In addition, the field device 11 11 mit einer Energiesteuereinheit with a power control unit 116 116 ausgestattet, die eine Schaltvorrichtung provided that a switching device 118 118 , eine Schaltsteuereinrichtung A shift controller 119 119 , eine Energiespeicheinheit A Energiespeicheinheit 113 113 und eine Spannungsmesseinrichtung and a voltage measuring device 112 112 umfasst. includes.
  • [0036] [0036]
    Die Schaltvorrichtung The switching device 118 118 ist mit einem Öffnerkontakt is provided with a normally closed contact 1181 1181 ausgestattet. fitted. Der Öffnerkontakt the normally closed contact 1181 1181 ist in eine der Anschlussleitungen eingeschaltet, den Stromfluß vom thermoelektrischen Generator is turned on in one of the connecting lines, the current flow from the thermoelectric generator 117 117 zu den Signalverarbeitungsmitteln to the signal processing means 114 114 in Abhängigkeit von einem Energiesteuersignal der Schaltsteuereinrichtung in response to a power control signal of the switching control means 119 119 zu unterbrechen. to interrupt.
  • [0037] [0037]
    Zwischen der Schaltvorrichtung Between the switching device 118 118 und den Signalverarbeitungsmitteln and the signal processing means 114 114 sind die Anschlussleitungen mit der Energiespeicheinheit are the connection cables with the Energiespeicheinheit 113 113 verbunden, die geeignet ist, die Energieversorgung der Signalverarbeitungsmittel connected, which is suitable for the power supply of signal processing means 114 114 während der Zeit der Arbeitsstellung des Öffnerkontakts during the time of the operating position of the NC contact 1181 1181 aufrechtzuerhalten. maintain.
  • [0038] [0038]
    Der thermoelektrischen Generator The thermoelectric generator 117 117 ist mit der Spannungsmesseinrichtung is connected to the voltage measuring device 112 112 verbunden, die Klemmenspannung des thermoelektrischen Generator connected to the terminal voltage of the thermoelectric generator 117 117 in Abhängigkeit von einem Energiesteuersignal der Schaltsteuereinrichtung in response to a power control signal of the switching control means 119 119 zu erlauben. to allow. Die Spannungsmesseinrichtung The voltage measuring device 112 112 ist mit der Kommunikationseinrichtung is connected to the communication device 111 111 verbunden. connected.
  • [0039] [0039]
    In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Spannungsmesseinrichtung In an advantageous embodiment of the invention, the voltage measuring device 112 112 ein Bestandteil der Signalverarbeitungsmittel a part of the signal processing means 114 114 des Feldgeräts the field device 11 11 . , Dabei werden vorhandene Mittel der Signalverarbeitungsmittel In this case, existing means of the signal processing means 114 114 wie etwa Analog-Digital-Wandler auch für die Spannungsmessung mitbenutzt. such as analog-to-digital converter shared for voltage measurement. Die redundante Vorhaltung dieser Mittel ist damit verzichtbar. The redundant provision of these funds is thus unnecessary.
  • [0040] [0040]
    Die Energiespeicheinheit the Energiespeicheinheit 113 113 ist in einfachster Ausgestaltung der Erfindung als Kondensator, insbesondere als hochkapazitiver Kondensator, ausgeführt. is in einfachster embodiment of the invention as a capacitor, especially as a high-capacity capacitor is executed. in alternativen Ausgestaltungen der Erfindung können Akkumulatoren oder Batterien als Energiespeicheinheit in alternative embodiments of the invention may be used as accumulators or batteries Energiespeicheinheit 113 113 vorgesehen sein. be provided.
  • [0041] [0041]
    Während des bestimmungsgemäßen Betriebs ist der Öffnerkontakt During normal operation, the normally closed contact 1181 1181 der Schaltvorrichtung the switching device 118 118 in Ruhestellung, so wie in in the rest position, as shown in 2 2 darsgestellt. darsgestellt. Dabei ist der Stromkreis zwischen dem thermoelektrischen Generator Here, the circuit between the thermoelectric generator 117 117 und den Signalverarbeitungsmitteln and the signal processing means 114 114 geschlossen und die Energiespeicheinheit closed and the Energiespeicheinheit 113 113 befindet sich im Ladezustand. located in the state of charge. Die Spannungsmesseinrichtung The voltage measuring device 112 112 ist spannungsfrei. is not live.
  • [0042] [0042]
    Zur Ermittlung der aktuellen Leistung des thermoelektrischen Generators wird auf ein Energiesteuersignal der Schaltsteuereinrichtung To determine the current performance of the thermoelectric generator is applied to a power control signal of the switching control means 119 119 kurzzeitig der Öffnerkontakt briefly the break contact 1181 1181 der Schaltvorrichtung the switching device 118 118 von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung verbracht. spent from the rest position into the working position. Während dieser Messphase ist der Stromkreis zwischen dem thermoelektrischen Generator During this measurement phase, the circuit between the thermoelectric generator 117 117 und den Signalverarbeitungsmitteln and the signal processing means 114 114 geöffnet. open. Die Signalverarbeitungsmittel The signal processing means 114 114 werden aus der Energiespeicheinheit are from the Energiespeicheinheit 113 113 gespeist. fed. Dabei befindet sich die Energiespeicheinheit Here, the Energiespeicheinheit is 113 113 im Entladezustand. in the discharge. Der Stromkreis zwischen dem thermoelektrischen Generator The circuit between the thermoelectric generator 117 117 und der Spannungsmesseinrichtung and the voltage measuring device 112 112 ist geschlossen. is closed.
  • [0043] [0043]
    Während der Arbeitsstellung des Öffnerkontakts During the working position of the NC contact 1181 1181 der Schaltvorrichtung the switching device 118 118 wird mit der Spannungsmesseinrichtung is connected to the voltage measuring device 112 112 die Leerlaufspannung U L der lastfreien Spannungsquelle des thermoelektrischen Generators the open circuit voltage U L of the load-free voltage source of the thermoelectric generator 117 117 gemessen und dessen tatsächlich verfügbare elektrische Leistung bestimmt. measured and its actual available electrical power.
  • [0044] [0044]
    Die tatsächlich verfügbare elektrische Leistung des thermoelektrischen Generators The actual available electrical power of the thermoelectric generator 117 117 des jeweiligen Feldgeräts the respective field device 11 11 bis to 18 18 wird über die drahtlose Kommunikationsverbindung is via the wireless communication link 20 20 an die übergeordnete Einrichtung to the parent device 10 10 im Netzwerk gemeldet. reported on the network.
  • [0045] [0045]
    Die übergeordnete Einrichtung The overarching body 10 10 sammelt die tatsächlich verfügbaren elektrischen Leistungen der einzelnen Feldgeräte collects the actual available electrical power of the individual field devices 11 11 bis to 18 18 , ermittelt aus dem Datenbestand diejenigen Feldgeräte Determined from the data base those field devices 11 11 bis to 18 18 , deren thermoelektrischen Generatoren Whose thermoelectric generators 117 117 aktuell ausreichend Leistung bereitstellen, um neben der bestimmungsgemäßen Funktion des jeweiligen Feldgeräts provide current sufficient power in addition to the intended function of the respective field device 11 11 bis to 18 18 darüberhinausgehende kommunikationstechnische Aufgaben übernehmen zu können. to take over beyond communication tasks. Zu diesen kommunikationstechnischen Aufgaben gehört beispielsweise aber nicht abschließend die Entgegennahme und Weiterleitung von Nachrichten zum Datenaustausch zwischen anderen Feldgeräten One of these communication-related tasks, for example, but not limited to the receipt and forwarding of messages for data exchange between other field devices 11 11 bis to 18 18 und der übergeordneten Einrichtung and the master means 10 10 . ,
  • [0046] [0046]
    Im Einzelnen wird unter Bezugnahme auf Specifically, with reference to 1 1 der Kommunikationspfad zwischen der übergeordneten Einrichtung the communication path between the master means 10 10 und dem nicht direkt erreichbaren Feldgerät and not directly accessible field device 18 18 bei unzureichender Leistungsbereitstellung im Feldgeräte Insufficient power supply in the field devices 11 11 beispielsweise über die Feldgeräte for example on the field devices 12 12 , . 13 13 , . 14 14 und and 17 17 geleitet. directed.
  • [0047] [0047]
    In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, die tatsächlich verfügbaren elektrischen Leistungen der Feldgeräte In a further embodiment of the invention may be provided, the electrical performance of the field devices actually available 11 11 bis to 18 18 periodisch zu ermitteln und an die übergeordnete Einrichtung periodically to determine and to the parent institution 10 10 zu übermitteln. to convey.
  • [0048] [0048]
    Die Veränderungen der tatsächlich verfügbaren elektrischen Leistungen der Feldgeräte The changes in the actual available electrical power to the field devices 11 11 bis to 18 18 werden mit der übergeordneten Einrichtung be the master means 10 10 kontinuierlich bewertet. continuously assessed. Sobald die Leistungsbereitstellung eines Feldgeräts Once the power supply of a field device 11 11 bis to 18 18 den Anforderungen zur Erfüllung der über die regelungstechnischen Aufgaben hinausgehenden kommunikationstechnischen Aufgaben nicht mehr genügt oder andere Feldgeräte no longer satisfies the requirements or to meet beyond the control engineering tasks communication technical tasks other field devices 11 11 bis to 18 18 diese mit höherer Reserve erfüllen können, werden die Kommunikationspfade zwischen der übergeordneten Einrichtung can meet these higher reserve the communication paths between the master means are 10 10 und den Feldgeräten and the field devices 11 11 bis to 18 18 entsprechend angepasst. adjusted accordingly.
  • [0049] [0049]
    Für den Fall, dass im oben genannten Kommunikationspfad zwischen der übergeordneten Einrichtung In the event that communication path in the above between the master means 10 10 und dem nicht direkt erreichbaren Feldgerät and not directly accessible field device 18 18 über die Feldgeräte on the field devices 12 12 , . 13 13 , . 14 14 und and 17 17 die Leistungsbereitstellung des Feldgeräts the power provisioning of the field device 17 17 abnimmt, wird der Kommunikationspfad zwischen der übergeordneten Einrichtung decreases, the communication path between the higher-level device 10 10 und dem Feldgerät and the field device 18 18 beispielsweise über die Feldgeräte for example on the field devices 12 12 , . 13 13 , . 14 14 und and 16 16 geleitet. directed.
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 10 10
    übergeordnete Einrichtung overarching body
    11 bis 18 11 to 18
    Feldgerät field device
    20 20
    Kommunikationsverbindung communication link
    30 30
    Hindernis obstacle
    111 111
    Kommunikationseinrichtung communicator
    112 112
    Spannungsmesseinrichtung Voltage measuring device
    113 113
    Energiespeicheinheit Energiespeicheinheit
    114 114
    Signalverarbeitungsmittel Signal processing means
    115 115
    Wandlereinrichtung transducer means
    116 116
    Energiesteuereinheit Power control unit
    117 117
    thermoelektrischer Generator thermoelectric generator
    118 118
    Schaltvorrichtung switching device
    1181 1181
    Öffnerkontakt NC
    119 119
    Schaltsteuereinrichtung Shift controller

Claims (9)

  1. Netzwerk autonomer Feldgeräte ( Network of autonomous field devices ( 11 11 bis to 18 18 ) bestehend aus einer Mehrzahl von Feldgeräten ( ) Consisting (of a plurality of field devices, 11 11 bis to 18 18 ), die auf drahtlosem Wege miteinander und/oder mit einer zentralen Einrichtung ( ) Interconnected wirelessly and / or (with a central facility 10 10 ) kommunizieren und aus einer örtlichen Energiequelle gespeist werden, wobei jedes Feldgerät ( ) Communicate and are fed from a local power source, wherein each field device ( 11 11 bis to 18 18 ) mindestens eine Wandlereinrichtung ( ) At least one transducer means ( 115 115 ), eine Kommunikationseinrichtung ( (), A communication device 111 111 ) zur drahtlosen Kommunikation sowie Signalverarbeitungsmittel ( ) (For wireless communication and signal processing means 114 114 ) aufweist und durch einen thermoelektrischen Generator ( ) And (by a thermoelectric generator 117 117 ) zu seiner Energieversorgung gespeist ist, der über Anschlussleitungen mit den Signalverarbeitungsmitteln ( ) Is supplied to its power supply, (via connection lines to the signal processing means 114 114 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , dass jedes Feldgerät ( ) Is connected characterized in that each field device ( 11 11 bis to 18 18 ) mit einer Energiesteuereinheit ( ) (With a power control unit 116 116 ) ausgestattet ist, die eine Schaltvorrichtung ( is equipped), the (a switching device 118 118 ), eine Schaltsteuereinrichtung ( (), A switch control means 119 119 ), eine Energiespeichereinheit ( (), An energy storage unit 113 113 ) und eine Spannungsmesseinrichtung ( ) And a voltage measuring device ( 112 112 ) umfasst und die mit der Kommunikationseinrichtung ( ), And the (with the communication device 111 111 ) verbunden ist und dass die Schaltvorrichtung ( ) And that the switching device ( 118 118 ) mit einem Öffnerkontakt ( ) (With a normally closed contact 1181 1181 ) ausgestattet ist, um den Stromfluß vom thermoelektrischen Generator ( is provided) to the current flow (from the thermoelectric generator 117 117 ) zu den Signalverarbeitungsmitteln ( ) (To the signal processing means 114 114 ) in Abhängigkeit von einem Energiesteuersignal der Energiesteuereinheit ( ) As a function (of a power control signal, the power control unit 116 116 ) zu unterbrechen. ) to interrupt.
  2. Netzwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsmesseinrichtung ( The network of claim 1, characterized in that the voltage measuring device ( 112 112 ) ein Bestandteil der Signalverarbeitungsmittel ( ) Is a component of the signal processing means ( 114 114 ) des Feldgeräts ( () Of the field device 11 11 ) ist. ) Is.
  3. Netzwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit ( The network of claim 1, characterized in that the energy storage unit ( 113 113 ) als Kondensator ausgebildet ist. ) Is formed as a capacitor.
  4. Netzwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit ( The network of claim 1, characterized in that the energy storage unit ( 113 113 ) als Akkumulator ausgebildet ist. ) Is constructed as an accumulator.
  5. Netzwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit ( The network of claim 1, characterized in that the energy storage unit ( 113 113 ) als Batterie ausgebildet ist. ) Is formed as a battery.
  6. Verfahren zum Betrieb eines Netzwerk autonomer Feldgeräte ( Method for operating a network of autonomous field devices ( 11 11 bis to 18 18 ) bestehend aus einer Mehrzahl von Feldgeräten ( ) Consisting (of a plurality of field devices, 11 11 bis to 18 18 ), die auf drahtlosem Wege miteinander und/oder mit einer zentralen Einrichtung ( ) Interconnected wirelessly and / or (with a central facility 10 10 ) kommunizieren und aus einer örtlichen Energiequelle gespeist werden, wobei jedes Feldgerät ( ) Communicate and are fed from a local power source, wherein each field device ( 11 11 bis to 18 18 ) mindestens eine Wandlereinrichtung ( ) At least one transducer means ( 115 115 ), eine Kommunikationseinrichtung ( (), A communication device 111 111 ) zur drahtlosen Kommunikation sowie Signalverarbeitungsmittel ( ) (For wireless communication and signal processing means 114 114 ) aufweist und durch einen thermoelektrischen Generator ( ) And (by a thermoelectric generator 117 117 ) zu seiner Energieversorgung gespeist ist, der über Anschlussleitungen mit den Signalverarbeitungsmitteln ( ) Is supplied to its power supply, (via connection lines to the signal processing means 114 114 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, – dass der thermoelektrische Generator ( ) Is connected characterized in that - the thermoelectric generator ( 117 117 ) zur Ermittlung seiner aktuellen Leistung kurzzeitig lastfrei geschaltet wird, – dass die Leerlaufspannung U L der lastfreien Spannungsquelle des thermoelektrischen Generators ( ) Is switched briefly under no load to determine its current power, - that the load voltage U L (the load voltage source of the thermoelectric generator 117 117 ) gemessen wird, – dass aus der Leerlaufspannung U L die maximale Leistung P max des thermoelektrischen Generators ( ) Is measured, - that from the no-load voltage U L, the maximum power P max of the thermoelectric generator ( 117 117 ) bestimmt wird und – dass die maximale Leistung P max des thermoelektrischen Generators ( ) Is determined and - in that the maximum power P max of the thermoelectric generator ( 117 117 ) an die zentrale Einrichtung ( ) (To the central facility 10 10 ) gemeldet wird. ) Is reported.
  7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte zur Ermittlung der aktuellen Leistung des thermoelektrischen Generators ( A method according to claim 6 characterized in that the steps for determining the actual performance of the thermoelectric generator ( 117 117 ) regelmäßig wiederholt werden. ) Are repeated regularly.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass aus den maximalen Leistungen P max der thermoelektrischen Generatoren ( A method according to claim 6 characterized in that (from the maximum power P max of the thermoelectric generators 117 117 ) der Feldgeräte ( () Of the field devices 11 11 bis to 18 18 ) diejenigen Feldgeräte ( ) Those field devices ( 11 11 bis to 18 18 ) ausgewählt werden, deren thermoelektrische Generatoren ( are selected), the thermoelectric generators ( 117 117 ) aktuell ausreichend Leistung bereitstellen, um neben der bestimmungsgemäßen Funktion des jeweiligen Feldgeräts ( ) Currently provide sufficient power (in addition to the intended function of the respective field device 11 11 bis to 18 18 ) darüberhinausgehende kommunikationstechnische Aufgaben übernehmen zu können. to take over) beyond communication tasks.
  9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte zur Auswahl der geeigneten Feldgeräte ( A method according to claim 8 characterized in that the steps for selecting the appropriate field devices ( 11 11 bis to 18 18 ), deren thermoelektrische Generatoren ( ), The thermoelectric generators ( 117 117 ) aktuell ausreichend Leistung bereitstellen, um neben der bestimmungsgemäßen Funktion des jeweiligen Feldgeräts ( ) Currently provide sufficient power (in addition to the intended function of the respective field device 11 11 bis to 18 18 ) darüberhinausgehende kommunikationstechnische Aufgaben übernehmen zu können, regelmäßig wiederholt werden. to take over) beyond communication technology tasks to be repeated regularly.
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Citations (3)

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US20110261738A1 (en) * 2010-04-27 2011-10-27 International Business Machines Corporation Adaptive wireless sensor network and method of routing data in a wireless sensor network

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