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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Feldgerät der Messtechnik mit einer Schutzschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zur Sicherstellung eines eigensicheren Betriebs eines Feldgeräts gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7 sowie einen Computerprogrammcode gemäß Patentanspruch 13.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Feldgeräten und Verfahren zum Betreiben von Feldgeräten bekannt. Solche Feldgeräte können bspw. Messgeräte, insbesondere als Füllstand- oder Grenzstandmessgeräte, Druckmessgeräte oder Temperaturmessgeräte ausgebildet sein.
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In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandmessgeräte, Grenzstandmessgeräte und Druckmessgeräte mit Sensoren, die die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Grenzstand oder Druck erfassen. Häufig sind solche Feldgeräte mit übergeordneten Einheiten, zum Beispiel Leitsystemen oder Steuereinheiten, verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung und/oder Prozessüberwachung.
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Aus dem Stand der Technik sind modular aufgebaute Feldgeräte bekannt, bei denen aus einer Mehrzahl von kombinierbaren Sensoren, Gehäusen, Elektronikeinheiten und Bedien- und/oder Anzeigeeinheiten ausgewählt und ein entsprechendes Feldgerät aufgebaut werden kann. Ein solches modulares Feldgerätekonzept wird bspw. von der Firma Vega Grieshaber KG angeboten. Kombinierbar sind in der Regel ein Sensor, ein entsprechendes Elektronikmodul, das eine Messwertverarbeitung und eine Schnittstelle zu einer Steuerung und ggf. einem verwendeten Feldbus bereitstellt, sowie verschiedene Anzeige- und/oder Bedieneinheiten. Die Sensoren, Elektronikmodule und Anzeige- und/oder Bedieneinheiten sind sowohl aneinander als auch an verschiedene verfügbare Gehäuse angepasst.
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Feldgeräte sind häufig als Zweileiterfeldgeräte ausgebildet. Unter einem Zweileiter-Feldgerät gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Feldgerät verstanden, das über zwei Leitungen mit einer übergeordneten Einheit verbunden ist, wobei über diese beiden Leitungen sowohl eine Energieversorgung als auch eine Datenkommunikation, bspw. eine Messwertübermittlung stattfindet.
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Die Energie- und/oder Signalübertragung zwischen Feldgeräten und übergeordneten Einheiten erfolgt häufig nach dem bekannten 4 mA bis 20 mA Standard, bei dem eine 4 mA bis 20 mA Stromschleife beziehungsweise eine Zweidrahtleitung zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Einheit ausgebildet ist, sodass neben der Zweidrahtleitung keine zusätzliche Versorgungsleitung notwendig ist. Zusätzlich zu der analogen Übertragung von Signalen besteht die Möglichkeit, dass die Messgeräte gemäß verschiedenen anderen Protokollen, insbesondere digitalen Protokollen, weitere Informationen an die übergeordnete Einheit übermitteln oder von dieser empfangen. Beispielhaft seien hierfür das HART-Protokoll oder das Profibus-PA-Protokoll genannt.
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Alternativ kann nur die Energieversorgung über die Zweidrahtleitung erfolgen und die Signalübertragung auf einem separaten Weg, bspw. über Funk erfolgen.
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Alternativ kann auch Ethernet-APL zur Verbindung eingesetzt werden. Ethernet-APL ist eine Zweidraht-Ethernetverbindung. Ethernet-APL ermöglicht eine zweileiterbasierte Energieversorgung und Kommunikation der Feldgeräte mit der übergeordneten Einheit aber auch untereinander. Ethernet-APL ermöglicht es außerdem, die Messgeräte eigensicher auszugestalten, sodass diese auch in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden können.
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Die Kommunikation über die Ethernet-APL-Verbindung kann sowohl zwischen den Feldgeräten und der übergeordneten Einheit als auch zwischen Feldgeräten IPbasiert erfolgen. Eine IP-basierte Kommunikation hat den Vorteil, dass die Feldgeräte über die IP-Adresse eindeutig identifizierbar sind und schnell und effektiv miteinander kommunizieren können.
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Die Eigensicherheit (engl. Intrinsic safety) ist eine technische Eigenschaft eines Gerätes oder Systems, die aufgrund spezieller Konstruktionsprinzipien sicherstellt, dass selbst im Fehlerfall kein unsicherer Zustand auftritt. Dies kann durch Sollbruchstellen, besondere Stromquellen oder andere Maßnahmen erreicht werden, sodass eine gefährliche Situation nicht entstehen kann. Der Fehlerfall beschreibt Situationen, für die ein Risiko besteht. Bedeutung hat die Eigensicherheit überall dort, wo zündfähige Stoffgemische auftreten können, zum Beispiel in der chemischen und petrochemischen Industrie, aber auch in anderen Bereichen, in der die Möglichkeit der Bildung explosionsfähiger Staub-/Luftgemische besteht.
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Der Vorteil eigensicherer Geräte liegt darin, dass aufwendige Gehäusekonstruktionen entfallen, Wartungsarbeiten auch bei laufendem Betrieb getätigt werden können und wegen der kleinen Spannungen und Ströme gefahrloses Arbeiten, z. B. bei der Fehlersuche, möglich ist.
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In explosionsgefährdeten Bereichen werden für Aufgaben der Mess- und Regeltechnik eigensichere elektrische bzw. elektronische Geräte eingesetzt. In diesen Geräten werden eine Stromstärke und eine Spannung auf Werte begrenzt, die eine Entzündung von explosionsfähigen Brennstoff-Luft-Gemischen sowohl durch Funken als auch durch Erwärmung nicht ermöglichen. Die Eigensicherheit muss im normalen Betrieb, z. B. beim An- und Abklemmen von Bauteilen, als auch im Störungsfall, z. B. bei einem Drahtbruch oder einem Kurzschluss, gegeben sein.
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Die Eigensicherheit wird dadurch erreicht, dass nur solche Funken entstehen dürfen, die keine Zündung von explosionsfähigen Gemischen bewirken. Im einfachsten Fall lässt sich dieses über eine Begrenzung von Strom und bzw. oder Spannung durch einen Widerstand erreichen. Weitere Lösungen sind die Begrenzung der Spannung mit Zenerbarrieren oder die Anwendung elektronischer Strombegrenzungs-Einrichtungen.
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Für den sicheren Betrieb eigensicherer Feldgerät ist es wichtig, dass die Vorkehrungen zur Sicherstellung der Eigensicherheit tatsächlich funktionsfähig sind.
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Beispielsweise wird in den Bedienungsanleitungen von eigensicheren Feldgeräten, die eine eigensichere Versorgung benötigen, beschrieben, dass das Feldgerät nur an eigensicheren Spannungsversorgungen betrieben werden darf. Eine Überprüfung ob dies auch wirklich so umgesetzt ist, findet nicht statt. Oftmals werden Sensoren auch vor dem Einbau in einer Werkstatt überprüft. Oft werden die Sensoren dort an nicht eigensichere Versorgungen angeschlossen und dürfte dann so nicht mehr betrieben werden, da sie ihre Eigensicherheit verloren haben. Dies wird als Nachteil empfunden, da es so häufig zum Einsatz von Feldgeräten in Umgebungen kommt, für die sie nicht mehr zugelassen sind.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Feldgerät mit einer in dem Feldgerät angeordneten Feldgeräteelektronik und mit wenigstens einer Schutzschaltung für einen eigensicheren Betrieb des Feldgeräts dahingehend weiterzubilden, dass die Eigensicherheit bei der Inbetriebnahme und/oder im laufenden Betrieb gewährleistet ist. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Inbetriebnahme und zum Betreiben eines Feldgeräts anzugeben, das die Eigensicherheit bei der Inbetriebnahme und/oder im laufenden Betrieb gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch ein Feldgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Feldgerät mit einer in dem Feldgerät angeordneten Feldgeräteelektronik und mit wenigstens einer Schutzschaltung für einen eigensicheren Betrieb des Feldgeräts, zeichnet sich dadurch aus, dass das Feldgerät wenigstens eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung und/Überprüfung der Schutzschaltung aufweist.
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Das erfindungsgemäße Feldgerät zeichnet sich also durch eine Überwachungseinrichtung aus, die es ermöglicht, die Schutzschaltung für den eigensicheren Betrieb des Feldgeräts zu überwachen und/oder zu überprüfen.
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Eigensichere Feldgeräte weisen in der Regel Schutzschaltungen auf, die schaltungstechnisch die Bildung eines Zündfunken verhindern. Neben einer Kapselung der bspw. der Feldgeräteelektronik und der Einhaltung für eine bestimmte Zündschutzart vorgegebener Spaltmaße, sind solche Schutzschaltungen ein wichtiger Bestandteil für die Zertifizierung eines Feldgeräts für eine entsprechende Zündschutzklasse sowie deren Erhalt im laufenden Betrieb des Feldgeräts.
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Die Schutzschaltung kann alle gängigen Schutzschaltungen zur Erlangung einer Zündschutzklasse umfassen. Insbesondere können Schutzschaltungen gemäß der vorliegenden Anmeldung Blitzschutzschaltungen, Zener-Barrieren, Widerstände, Thyristoren, Gas-Ableiter, Dioden und dergleichen sowie Kombinationen daraus, sein. Ferner umfassen Schutzschaltungen gemäß der vorliegenden Anmeldung auch eigensichere Energieversorgungen des Feldgeräts.
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Die Überwachungseinrichtung kann in der Feldgeräteelektronik selbst, aber auch z.B. als Zusatzelektronik in einer zweiten Kammer eines Gehäuses des Feldgeräts ausgebildet sein.
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Unter einer Überwachung wird die dauerhafte Überprüfung einer Komponente, vorliegend einer Schutzschaltung, verstanden. Die Überwachung kann auch nur für eine vorgegebenen Zeitdauer, bspw. einige Sekunden, oder Minuten erfolgen. Überprüfung meint die einmalige Überprüfung der Funktionsfähigkeit oder der korrekten Funktion einer Komponente, vorliegend als Schutzschaltung. Die Überwachung kann dabei auch die zyklische Überprüfung der Komponente in Zeitabständen umfassen.
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Die Überwachung und die Überprüfung umfassen dabei die Überprüfung einer korrekten, d.h. vorliegend die Zündschutzklasse erhaltenden Funktionalität der jeweiligen Komponente.
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Durch die Erfindung kann die Schutzschaltung überprüft und/ oder zyklisch oder ständig überwacht werden. Der Anwender profitiert von einer besseren Anlagenverfügbarkeit, einer überprüften Sicherheitseinrichtung und der Möglichkeit einer vorrausschauenden Wartung.
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Die Überwachungseinrichtung ist bevorzugt derart ausgebildet, dass eine Überprüfung der Schutzschaltung oder eine Überwachung für einen vorgegebenen Zeitraum zyklisch und/oder ereignisorientiert erfolgt.
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Eine zyklische Überprüfung oder Überwachung bedeutet, dass in vorzugsweise regelmäßigen Zeitabständen eine Überprüfung oder Überwachung erfolgt. Bspw. kann die Funktionalität einer Schutzschaltung alle 5 Minuten oder alle 30 Sekunden überprüft werden. Eine zyklische Überwachung wäre bspw. eine Überwachung der Funktionalität einer Schutzschaltung für einen Zeitraum von 30 Sekunden, die alle 5 Minuten durchgeführt wird.
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Ereignisorientiert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Überprüfung und/oder eine Überwachung durch ein Ereignis ausgelöst wird. Ein solches Ereignis kann bspw. eine Nutzereingabe sein, aber auch ein Ereignis innerhalb des Feldgeräts, bspw. eine Messwerterfassung oder das Überschreiten eines Grenzwertes einer erfassten Größe, eine Erschütterung oder der Beginn oder ein Ereignis während des Vorgangs der Inbetriebnahme. Die Nutzereingabe kann am Feldgerät selbst erfolgen, aber auch über einen Fernzugang, bspw. eine Fernwartung, ein entferntes Bediengerät oder eine Leitwarte. Dies kann beispielsweise bei einer regelmäßigen, bspw. jährlichen Sicherheitsüberprüfung des Feldgeräts erfolgen.
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Die Überwachungseinrichtung kann in einer Ausgestaltungsform derart ausgebildet sein, dass eine vollständige Inbetriebnahme der Feldgerätelektronik nur möglich ist, wenn eine Überprüfung der wenigstens einen Schutzschaltung erfolgreich erfolgt ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann verhindert werden, dass ein Feldgerät in Betrieb genommen wird, obwohl es die vorgegebene Zündschutzklasse nicht erfüllt. Es wird also beim Vorgang der Inbetriebsetzung des Feldgeräts überprüft, ob sämtliche Schutzschaltungen vorschriftsgemäß funktionieren, um die vorgegebene Zündschutzklasse zu erfüllen. Sind sämtliche Schutzschaltungen erfolgreich überprüft und funktionieren vorschriftsgemäß, so kann die Inbetriebnahme des Feldgeräts abgeschlossen und das Feldgerät verwendet werden. Wird bei der Überprüfung der Schutzschaltungen festgestellt, dass eine oder mehrere nicht vorschriftsgemäß funktionieren, so kann die Inbetriebnahme bspw. mit Ausgabe einer Fehlermeldung abgebrochen und ein Betrieb des Feldgeräts verhindert werden. Alternativ kann im Prozess der Inbetriebnahme auch eine Warnung ausgegeben werden, die eine Bedienperson auf eine mangelnde Funktionalität einer Schutzschaltung hinweist. Dies kann bspw. abhängig davon erfolgen, ob eine überprüfte Komponente ausgefallen ist, oder bspw. ein bei der Überprüfung oder Überwachung ermittelter Wert nahe an einem vorgegebenen Grenzwert liegt.
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Beispielsweise kann ein Kontaktwiderstand von elektrischen Anschlüssen, ein Leitungswiderstand von elektrischen Leitungen regelmäßig überprüft werden.
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Die Überwachungseinrichtung kann auch derart ausgebildet sein, eine Energieversorgung, insbesondere eine externe Energieversorgung des Feldgeräts hinsichtlich einer maximal zulässigen Spannung und/oder eines maximal zulässigen Stroms und/oder einer maximal zulässigen Leistung zu überprüfen.
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Beispielsweise kann die Überwachungseinrichtung als Stromsenke ausgebildet sein und/oder Teile der Feldgeräteelektronik als Stromsenke schalten, sodass eine externe Strombegrenzung überprüfbar ist.
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Zur Überprüfung der eigensicheren Spannungsversorgung können also Teile des Feldgeräts als Stromsenke verwendet werden und so überprüft werden, ob die maximal zulässigen Höchstwerte von Spannung, Strom und Leistung eingehalten werden. Es kann bspw. bei einer Versorgung gemäß dem 4-20 mA Standard durch gezieltes Absenken eines Schleifenwiderstandes des Feldgerätes überprüft werden, ob ein maximal zulässiger Strom von 22 mA, der von der Energieversorgung zur Verfügung gestellt wird, zuverlässig eingehalten, d.h. nicht überschritten wird. Bei einer Überprüfung durch das Feldgerät, ob beispielsweiße 25 mA zur Verfügung stehen, dürfen maximal 22 mA fließen. Ansonsten wird eine Fehlermeldung ausgegeben und/ oder das Feldgerät lässt sich nicht in Betrieb nehmen.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Überwachungseinrichtung derart ausgebildet sein, dass die Schutzschaltung durch Aussenden eines Fehler- und/oder Überwachungstroms überprüfbar ist. Durch das Aussenden eines Fehlerstroms kann bspw. die Durchgängigkeit bzw. Durchlässigkeit von Schutzschaltungen überprüft und/oder deren Widerstand überprüft werden. Bspw. kann die Durchlässigkeit einer Diode oder deren Sperrwirkung in der Gegenrichtung so überprüft und damit sichergestellt werden, dass die Diode auch im Fall eines tatsächlichen Fehlers funktionsfähig ist.
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Die Überwachungsvorrichtung kann insbesondere derart ausgestaltet und mit der Feldgeräteelektronik verbunden sein, dass das Feldgerät bei Erkennen eines Fehlers in einen sicheren Zustand überführt wird.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Sicherstellung eines eigensicheren Betriebs eines Feldgeräts gemäß der obigen Beschreibung zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer Inbetriebnahme und/oder im Betrieb des Feldgeräts einer Überwachung und/oder Überprüfung einer Schutzschaltung für einen eigensicheren Betrieb des Feldgeräts erfolgt.
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Im Betrieb des Feldgerätes schließt dabei insbesondere auch Zeitpunkte mit ein, die keinen regulären Betriebszustand des Feldgerätes darstellen, sondern bspw. während einer Wartung oder einer Systemüberprüfung stattfinden.
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Durch die Erfindung kann die Schutzschaltung überprüft und/ oder zyklisch oder ständig überwacht werden. Der Anwender profitiert von einer besseren Anlagenverfügbarkeit, einer überprüften Sicherheitseinrichtung und der Möglichkeit einer vorrausschauenden Wartung, d.h. dass eine Wartung schon vor Auftreten eines Fehlers erfolgen kann.
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In einer Ausgestaltungsform des Verfahrens wird Überwachung und/oder die Überprüfung zyklisch und/oder ereignisorientiert durchgeführt. Eine Überprüfung der Schutzschaltung oder eine Überwachung für einen vorgegebenen Zeitraum können also zyklisch und/oder ereignisorientiert erfolgen.
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Eine zyklische Überprüfung oder Überwachung bedeutet, dass in vorzugsweise regelmäßigen Zeitabständen eine Überprüfung oder Überwachung erfolgt. Bspw. kann die Funktionalität einer Schutzschaltung alle 5 Minuten oder alle 30 Sekunden überprüft werden. Eine zyklische Überwachung wäre bspw. eine Überwachung der Funktionalität einer Schutzschaltung für einen Zeitraum von 30 Sekunden, die alle 5 Minuten durchgeführt wird.
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Ereignisorientiert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Überprüfung und/oder eine Überwachung durch ein Ereignis ausgelöst wird. Ein solches Ereignis kann bspw. eine Nutzereingabe sein, aber auch ein Ereignis innerhalb des Feldgeräts, bspw. eine Messwerterfassung oder das Überschreiten eines Grenzwertes einer erfassten Größe, eine Erschütterung oder der Beginn oder ein Ereignis während des Vorgangs der Inbetriebnahme. Die Nutzereingabe kann am Feldgerät selbst erfolgen, aber auch über einen Fernzugang, bspw. eine Fernwartung, ein entferntes Bediengerät oder eine Leitwarte. Dies kann beispielsweise bei einer regelmäßigen, bspw. jährlichen Sicherheitsüberprüfung des Feldgeräts erfolgen.
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Gemäß einer Ausgestaltungsform wird die Überprüfung im Rahmen einer Inbetriebnahmeroutine durchgeführt und eine vollständige Inbetriebnahme des Feldgeräts ist nur nach erfolgreicher Überprüfung der Schutzschaltung möglich. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass nur ein Feldgerät in Betrieb benommen wird, bei dem die Eigensicherheit des Geräts überprüft wurde und damit sichergestellt ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Überprüfung der Schutzschaltung während des Betriebs des Feldgeräts durchgeführt werden und, wenn ein Fehler festgestellt wird, eine Fehlermeldung oder eine Warnung ausgegeben und/oder das Feldgerät in einen sicheren Betriebszustand überführt werden. Während des Betriebs des Feldgerätes kann damit sichergestellt werden, dass nur Feldgeräte betrieben werden, die tatsächlich die Voraussetzungen der Eigensicherheit erfüllen. Sofern eine der Voraussetzungen nicht mehr erfüllt wird, kann eine Warnung oder eine Fehlermeldung ausgeben und/oder das Feldgerät in einen sicheren Zustand überführt werden. Mit der Warnung oder Fehlermeldung kann ein Nutzer informiert werden, dass ggf. eine Annäherung an einen Grenzwert erfolgt, oder ein Grenzwert überschritten wurde.
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Insbesondere, wenn bereits die Annäherung an einen Grenzwert signalisiert wird, d.h. wenn der Nutzer bereits informiert wird, bevor ein Fehler auftritt, kann eine vorausschauende Wartung erfolgen, sodass gerade ein Fehlerfall vermieden wird.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Überprüfung der Schutzschaltung diese mit einem Fehlerstrom und/oder einer Fehlerspannung beaufschlagt und so die Funktionalität der Schutzschaltung überprüft.
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Zusätzlich oder alternativ kann zur Überprüfung der Schutzschaltung ein Strom und/oder eine Spannung und/oder einer Leistung über einem zulässigen Wert von dieser abgerufen werden und so die Funktionalität der Schutzschaltung überprüft werden. Es kann damit auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass die Schutzschaltung funktioniert.
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Ein erfindungsgemäßer Computerprogrammcode veranlasst, wenn er von einem Prozessor eines Feldgeräts ausgeführt wird, dieses dazu, ein Verfahren gemäß der vorherigen Beschreibung auszuführen. Auf diese Weise kann eine entsprechende Überprüfung und/oder Überwachung auf Basis der Software implementieren und so einen Mehrwert für den Anwender bereitstellen.
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Im realen Betrieb des Feldgeräts können die so erhaltenen Daten ständig mit den Referenzwerten über einen Server / Cloud oder eine lokale Speichereinheit verglichen werden. Falls Messwerte die Grenzvorgabe überschreiten, kann gezielt eine Meldung ausgegeben werden, noch bevor das Feldgerät in einen Störungszustand (sicheren Zustand) geht. Diese Erfindung kann insbesondere für kontinuierlich messende Füllstandsensoren oder Grenzschalter eingesetzt werden.
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Bei der Inbetriebnahme, in der Einschaltphase (Bootphase) des Feldgeräts, werden schon vor der ersten Messung fehlerhafte Schutzbeschaltungs-Teile oder fehlende eigensichere Versorgung erkannt und gemeldet.
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Das Feldgerät wird nur freigeschaltet, wenn die Schutzbeschaltung fehlerfrei ist und/ oder eine eigensichere Versorgung vorliegt.
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Ein Fehler kann direkt am Gerät visuell und/ oder akustisch und/ oder als Meldung an Auswerteinheiten oder übergeordnete Systeme wie Leitstelle oder Cloud gemeldet werden. Die Meldung kann drahtgebunden und/ oder drahtlos über Funk übertragen werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen, Merkmale und Eigenschaften des vorschlagsgemäßen Feldgeräts entsprechen denjenigen des vorschlagsgemäßen Verfahrens und umgekehrt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Die in den Unteransprüchen einzeln aufgeführten Merkmale können in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander als auch mit den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuterten Merkmale kombiniert werden und andere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines eigensicheren Feldgeräts gemäß der vorliegenden Anmeldung und
- 2 ein Verfahren zur Überwachung einer Schutzschaltung und einer eigensicheren Energieversorgung.
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In den Figuren bezeichnen - soweit nicht anders angegeben - gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Komponenten mit gleicher Funktion.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines eigensicheren Feldgeräts 1 gemäß der vorliegenden Anmeldung.
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Das in 1 nur schematisch dargestellte Feldgerät 1 weist im Wesentlichen eine Feldgeräteelektronik 3 sowie einen mit der Feldgeräteelektronik 3 verbundenen Sensor 4 zur Erfassung eines durch den Sensor 4 zu überwachenden Messwerts auf. Das Feldgerät 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eigensicher ausgestaltet, d.h. dass es beispielsweise in explosionsgefährdeten Umgebungen mit der Zulassung für Geräte der Zündschutzart Ex-iA verwendet werden darf. Das bedeutet, dass das Feldgerät 1 selbst derart ausgestaltet sein muss, dass selbst in einem Fehlerfall keine Situation eintritt, in der eine Zündung eines explosionsfähigen Stoffgemischs erfolgt. Neben weiterer konstruktiver Maßnahmen, wie beispielsweise der Einhaltung maximal zulässiger Spaltmaße wird dies im vorliegenden Fall durch eine Schutzschaltung 5 zur Begrenzung einer maximal an dem Feldgerät 1 anliegenden Versorgungsspannung sowie durch eine eigensichere Energieversorgung 9 erreicht.
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Die Schutzschaltung 5 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R und einer Zenerdiode Z, symbolisch dargestellt. Zenerdioden oder Zenerbarrieren werden typischerweise zur Begrenzung von in Sperrrichtung an der Zenerdiode Z anliegenden Spannungen eingesetzt. Übersteigt eine anliegende Spannung U1 eine durch den Widerstand R und die Zenerspannung definierten Wert in Sperrrichtung der Zenerdiode, so wird diese leitend und begrenzt damit die maximal anliegende Spannung.
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Ferner ist das Feldgerät 1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels der eigensicheren Energieversorgung 9 mit Energie versorgt wobei diese geeignet ausgebildet ist, eine maximal zulässigen Spannung U sowie einen maximal zulässigen Strom I damit die dem Feldgerät 1 zur Verfügung gestellte Leistung P zu begrenzen.
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Um bei der Inbetriebnahme und im Betrieb des Feldgeräts 1 sicherzustellen, dass sowohl die Schutzschaltung 5 als auch die eigensichere Energieversorgung 9 ordnungsgemäß funktionieren, weist das Feldgerät 1 eine Überwachungseinrichtung 7 auf. Die Überwachungseinrichtung 7 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweierlei Funktionalität auf. Zum einen ist die Überwachungseinrichtung 7 geeignet ausgebildet, an die Schutzschaltung 5 zu deren Überprüfung einen den maximalen Wert der zulässigen Spannung U übersteigenden Spannungswert anzulegen, um so zu überprüfen, dass die Schutzschaltung 5 zuverlässig eine Spannungsbegrenzung implementiert. Zum anderen weist die Überwachungseinrichtung 7 eine steuerbare Stromsenke 73 sich auf, die derart ansteuerbar ist, dass von der eigensicheren Energieversorgung 9 ein Strom I abgerufen wird, der den maximal zulässigen Strom übersteigt. Die Überwachungseinrichtung 7 weist zu diesem Zweck eine Strommesseinrichtung 71 und eine Spannungsmesseinrichtung 72 auf, die geeignet angeordnet und verschaltet sind, einen durch die steuerbare Stromsenke 73 tatsächlich fließenden Strom sowie eine an den Anschlussklemmen des Feldgeräts 1 anliegende Spannung zu messen. Auf diese Weise kann überprüft werden, dass die eingesetzte Energieversorgung 9 tatsächlich eigensicher ist und den zur Verfügung gestellten Strom I wirksam begrenzt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Überwachungseinrichtung 7 so ausgebildet, dass eine Überprüfung der Schutzschaltung 5 sowie der eigensicheren Energieversorgung 9 sowohl bei der Inbetriebnahme des Feldgeräts 1 als auch in regelmäßigen Abständen erfolgt. Auf diese Weise wird die Eigensicherheit der gezeigten Anordnung zyklisch überprüft und damit überwacht.
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2 zeigt ein Verfahren zur Überwachung einer Schutzschaltung 5 sowie einer eigensicheren Energieversorgung 9 eines Feldgeräts 1, wie dies in 1 beispielhaft dargestellt ist.
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In einem ersten Schritt 201 wird das Feldgerät 1 aktiviert und damit eine erste Überprüfung der Schutzschaltung 5 sowie der eigensicheren Energieversorgung 9 initiiert. In einem zweiten Schritt 202 erfolgt die Überprüfung der Schutzschaltung 5 sowie der eigensicheren Energieversorgung 9 durch die Überprüfungseinrichtung 7 gemäß der oben beschriebenen Maßgaben. In einem dritten Schritt 203 wird das Ergebnis der Überprüfung aus Schritt 202 beurteilt und ein normaler Betrieb des Feldgeräts 1 in einem vierten Schritt 204 nur zugelassen, wenn sowohl die Schutzschaltung 5 als auch die eigensichere Energieversorgung 9 ordnungsgemäß funktionieren.
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Fällt die Beurteilung der Überprüfung aus dem zweiten Schritt 202 im dritten Schritt 203 negativ aus, so wird gemäß dem in 2 dargestellten Verfahren das Feldgerät 1 in einem sechsten Schritt 206 in einen sicheren Zustand überführt und eine Fehlermeldung an einer Anzeigeeinheit des Feldgeräts 1 ausgegeben und/oder an eine übergeordnete Einheit übermittelt.
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Im normalen Betrieb des Feldgeräts 1 in Schritt 204 kann zyklisch oder ereignisorientiert in einem fünften Schritt 205 eine erneute Überprüfung aktiviert werden. Erfolgt dies nicht, so durchläuft das Verfahren in einer andauernden Schleife den Schritt 204 und das Feldgerät 1 befindet sich im normalen Messbetrieb. Wird eine erneute Überprüfung, sei es zyklisch, beispielsweise durch Zeitablauf, oder ereignisorientiert, beispielsweise durch eine manuelle Aktivierung, initiiert, so springt das Verfahren zurück zum zweiten Schritt 202 und die Schutzschaltung 5 und die eigensichere Energieversorgung 9 werden erneut überprüft.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Feldgerät
- 3
- Feldgeräteelektronik
- 4
- Sensor
- 5
- Schutzschaltung
- 7
- Überwachungseinrichtung
- 9
- Energieversorgung
- 71
- Strommesseinrichtung
- 72
- Spannungsmesseinrichtung
- 73
- Stromsenke
- U
- Spannung
- I
- Strom
- P
- Leistung
- R
- Widerstand
- Z
- Zenerdiode
- 201-206
- Verfahrensschritte
