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Die Erfindung bezieht sich auf ein eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich.
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In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevanten Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also insbesondere auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
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Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
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Viele Feldgeräte sind als sogenannte 2-Leiter Versionen (Zweileiterfeldgerät) erhältlich. Hierbei erfolgt die Energieversorgung des Feldgeräts über das gleiche Leitungspaar (Zweileiterdraht) über das auch die Kommunikation erfolgt.
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Zweileiterfeldgeräte sind derartig ausgebildet, dass der Messwert analog über die Zweileiterverdrahtung bzw. die Zweidrahtleitung kommuniziert, d.h. übertragen, wird. Die Übertragung basiert hierbei für gewöhnlich auf dem 4 bis 20 mA Standard. Daneben findet sich in den bestehenden Automatisierungsanlagen auch noch eine Vielzahl von busgespeisten Feldgeräten, die über einen in der Automatisierungstechnik gängigen Feldbus miteinander und zu mindestens einer übergeordneten Einheit verbunden sind.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten busgespeisten Feldgeräte sind derartig ausgebildet, dass der Messwert digital über den Feldbus kommuniziert wird. So können die Feldgeräte bspw. gemäß dem Profibus-Standard, insbesondere Profibus PA/FF, Daten kommunizieren.
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Insbesondere in der Prozessindustrie aber auch der Automatisierungstechnik müssen physikalische oder technische Größen durch die Feldgeräte oftmals in Bereichen gemessen bzw. ermittelt werden, in denen potentiell Explosionsgefahr besteht, sogenannte explosionsgefährdete Bereiche. Durch geeignete Maßnahmen in den Feldgeräten und Auswertesystemen (wie z. B. Spannungs- und Strombegrenzung) kann die elektrische Energie in dem zu übermittelnden Signal so begrenzt werden, dass dieses Signal unter keinen Umständen (Kurzschluss, Unterbrechungen, thermische Effekte, ...) eine Explosion auslösen kann. Hierfür sind in der IEC EN DIN 60079-ff entsprechende Schutzprinzipien festgelegt worden.
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Gemäß dieser Norm sind, basierend auf den anzuwendenden Zündschutzarten, konstruktive und schaltungstechnische Maßnahmen für die Feldgeräte zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen definiert. Einer dieser Zündschutzarten stellt die Zündschutzart „Eigensicherheit“ (Kennzeichnung Ex-i, IEC EN DIN 60079-11, veröffentlich Juni 2012) dar.
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Die Zündschutzart „Eigensicherheit“ basiert auf dem Prinzip der Strom- und Spannungsbegrenzung in einem Stromkreis. Die Energie des Stromkreises, die in der Lage sein könnte, eine explosionsfähige Atmosphäre zum Zünden zu bringen, wird dabei so begrenzt, dass weder durch Funken noch durch unzulässige Erwärmung der elektrischen Bauteile die Zündung der umgebenden explosionsfähigen Atmosphäre stattfinden kann.
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Die Zündschutzart „Eigensicherheit“ definiert dabei drei Schutzniveaus: Ex-ia, Ex-ib und Ex-ic. Dabei ist mit Niveau a das höchste Niveau definiert, bei welchem zwei zählbare Fehler in ihrer Kombination nicht zu einer Fehlfunktion führen und somit eine Zündung hervorrufen dürfen (2-Fehler-Sicherheit). Das Niveau b definiert, dass ein zählbarer Fehler nicht zu einer Fehlfunktion führen und somit eine Zündung hervorrufen dürfen (1-Fehler-Sicherheit). Bei dem Niveau c ist entsprechend keine Fehlersicherheit definiert, sodass bei einer Fehlfunktion bereits eine Zündung hervorgerufen werden kann (0-Fehler-Sicherheit).
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Ein kritischer Bereich, in dem eine mögliche Zündung der umgebenden explosionsfähige Atmosphäre auftreten kann, sind die Anschlussklemmen eines Feldgerätes an denen die Zweidrahtleitung angeschlossen wird.
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Für gewöhnlich wird deshalb ein Kurzschlussstrom, welcher an den Anschlussklemmen wirken kann, mithilfe einer Ex-Schutzeinheit begrenzt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Ex-Schutzeinheiten umfassen üblicherweise drei parallele Dioden, bspw. Z-Dioden. Die Dioden dienen dazu, Spannungen von schaltungstechnisch dahinter liegenden Induktivitäten und/oder anderen Schaltungsteilen, die parallel zu den Anschlussklemmen geschaltet sind, zu begrenzen, so dass keine Spannungsspitzen über die Anschlussklemmen nach außen treten können. Ergänzend oder alternativ sind in Reihe zu den Dioden der Spannungsbegrenzung drei weitere in Reihe zueinander geschaltete Dioden, insbesondere Shottky-Dioden, zur Strombegrenzung vorgesehen, umso die Anforderung an eine 2-Fehler-Sicherheit gewährleisten zu können.
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Diese Maßnahmen zur Ex-Begrenzung benötigen verhältnismäßig viel Platz auf der entsprechenden Leiterplatte.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Feldgerät der Automatisierungstechnik vorzuschlagen, welches eine EX-Schutzeinheit aufweist, die weniger Platz auf einer Leiterplatte benötigt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das eigensichere Feldgerät der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 1.
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Das erfindungsgemäße eigensichere Feldgerät der Automatisierungstechnik zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich umfasst:
- - eine erste und eine zweite Anschlussklemme zum Anschließen einer Zweidrahtleitung über die eine Strom zuführbar ist;
- - ein Sensor- und/oder Aktorelement zum Erfassen und/oder Stellen einer Prozessgröße;
- - eine mit der ersten und zweiten Anschlussklemme verbundene Feldgeräteelektronik, die den über die Zweidrahtleitung zuführbaren Strom über einen Strompfad von der ersten zu der zweiten Anschlussklemme führt, wobei die Feldgeräteelektronik eine Brückengleichrichteschaltung als Verpolungsschutz aufweist, welche derartig ausgebildet und mit den Anschlussklemmen verbunden ist, dass unabhängig von einer Polung einer an den Anschlussklemmen anliegenden Klemmenspannung, eine Betriebsspannung zur Energieversorgung der Feldgeräteelektronik bereitgestellt wird, wobei die Feldgeräteelektronik ferner dazu eingerichtet ist, die über das Sensorelement erfasste Prozessgröße, insbesondere durch Stellen des Stromes auf einen entsprechenden Wert, über die Zweidrahtleitung zu übertragen und/oder eine durch das Aktorelement zu stellende Prozessgröße, insbesondere durch Auslesen des Stromes, über die Zweidrahtleitung zu empfangen und das Aktorelement entsprechend zu stellen, wobei die Feldgeräteelektronik ferner eine Ex-Schutzeinheit mit einer Strombegrenzungsschaltung und einer Spannungsbegrenzungsschaltung aufweist, wobei die Strombegrenzungsschaltung und die Spannungsbegrenzungsschaltung jeweils teilweise aus elektronischen Bauteilen der Brückengleichrichterschaltung und zusätzlich aus jeweils höchstens einem weiteren, der Brückengleichrichterschaltung nicht zugehörigen, elektronischen Bauteil ausgebildet ist, so dass die elektronischen Bauteile des Gleichrichters auch zur Strom- bzw. Spannungsbegrenzung bei der Ex-Schutzeinheit dienen.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, Teile einer Brückengleichrichterschaltung, die als Verpolungsschutz eingesetzt wird, auch zur Spannungs- und Strombegrenzung von schaltungstechnisch dahinter liegenden Induktivitäten und/oder anderen Schaltungsteilen, die parallel zu den Anschlussklemmen geschaltet sind, zu begrenzen, zu verwenden, umso eine Ex-Schutzeinheit realisieren zu können, die weniger Platz auf der Leiterplatte benötigt. Dies bietet, insbesondere bei Profibus PA Feldgeräten, die zwingend einen Verpolschutz und somit eine Brückengleichrichterschaltung aufweisen müssen, den Vorteil, dass ein Platzbedarf der Ex-Schutzeinheit auf der Leiterplatte relativ klein gehalten werden kann.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des eigensicheren Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass die Brückengleichrichterschaltung aus vier Dioden, vorzugsweise vier Shottky-Dioden, die in einer Brückenkonfiguration angeordnet sind, ausgebildet ist und die Strombegrenzungsschaltung sowie die Spannungsbegrenzungsschaltung jeweils höchstens eine Diode als weiteres, der Brückengleichrichterschaltung nicht zugehöriges, elektronisches Bauteil aufweisen, wobei die Brückengleichrichterschaltung und die zusätzlich jeweils höchstens eine Diode der Strom- bzw. Spannungsbegrenzungsschaltung derartig angeordnet und aufeinander abgestimmt sind, dass jeweils zwei Dioden der Brückengleichrichterschaltung und die jeweils höchstens eine Diode als weiteres elektronisches Bauteil die Strom- bzw. Spannungsbegrenzung realisieren.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des eigensicheren Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass die Feldgeräteelektronik dazu eingerichtet ist, einen der Prozessgröße entsprechenden Wert gemäß dem Profibus PA oder Foundation Fieldbus FF Standard zu übertragen und/oder einen der Prozessgröße entsprechenden Wert zum Stellen des Aktorelements gemäß dem Profibus PA oder Foundation Fieldbus FF Standard zu empfangen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des eigensicheren Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass die Feldgeräteelektronik einen in den Strompfad eingebrachten Spannungsregler aufweist, der dazu eingerichtet ist, anhand des zugeführten Stromes sowie der Betriebsspannung eine Energieversorgung zumindest für das Sensor- und/oder Aktorelement bereitzustellen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des eigensicheren Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass die Feldgeräteelektronik ferner einen in den Strompfad eingebrachten Shunt-Widerstand aufweist.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung eines Feldgerätes, welches über eine Zweidrahtleitung zur Signal- und Energieübertragung an eine übergeordnete Einheit angeschlossen ist,
- 2: eine gemäß dem Stand der Technik ausgebildete Ex-Schutzeinheit mit einer Spannungs- und Strombegrenzung, und
- 3: eine erfindungsgemäß ausgebildete Ex-Schutzeinheit.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Feldgerätes 10, welches über eine erste und zweite Anschlussklemme 30a und 30b an eine Zweidrahtleitung 14 zur Signal- und Energieübertragung angeschlossen ist. Die Zweidrahtleitung 14 ist wiederum an dem anderen Ende an eine übergeordnete Einheit 12 angeschlossen. Das Feldgerät 10 ist bei dem dargestellten Beispiel eine Messstelle, in der mit Hilfe eines Sensors 16 ein Messwert bzw. Prozessgröße (beispielsweise Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Füllstand, Durchfluss) erfasst wird. Genauso gut könnte das Feldgerät aber auch eine Aktorstelle sein, in der mit Hilfe eines Aktors eine Prozessgröße gestellt wird.
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Das Feldgerät 10 enthält keine eigene Energiequelle, sondern bezieht den für den Betrieb erforderlichen Versorgungsstrom über die Zweidrahtleitung 14. Dieser kann beispielsweise von einer in der übergeordneten Einheit 12 enthaltenen Spannungsquelle 18 bereitgestellt werden. Über die gleiche Zweidrahtleitung 14 wird ein jeweils den gerade gemessenen Messwert darstellendes Messwertsignal von dem Feldgerät 10 zur übergeordneten Einheit 12 übertragen.
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Je nach Ausprägung des Feldgerätes 10 kann die Messwertübertragung analog oder digital über die Zweidrahtleitung 14 zu der übergeordneten Einheit erfolgen.
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Einer üblichen Technik entsprechend basiert die analoge Messwertübertragung darauf, dass ein über die Zweidrahtleitung 14 fließender Signalstrom Is, der sich zwischen zwei vorgegebenen Werten (üblicherweise den Stromwerten 4 mA und 20 mA) ändern kann, entsprechend dem Messwert gestellt wird.
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Zur Messwerterfassung enthält das Feldgerät 10 wiederum den bereits erwähnten Sensor 16 und eine mit ihm verbundene Messwandlerschaltung 20, die über ein Steuerleitung 22 eine steuerbare Stromregelung 32 derartig ansteuert, dass der Messstrom Is auf einen den erfassten Messwert repräsentierenden Wert (Signalstrom) gestellt wird.
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Der Signalstrom Is wird in dem Feldgerät 10 mittels einer internen Feldgerätelektronik durch einen Strompfad 50 von der ersten zu der zweiten Anschlussklemme 30a, 30b geführt. Über eine in den Strompfad 50 eingebrachte steuerbare Stromregelung bzw. Stromsenke 32 kann der Strom Is eingestellt werden. Die Stromregelung wird durch ein von der Messwandlerschaltung 20 am Ausgang abgegebenes Signal, welches über die Steuerleitung 22 als Steuersignal der Stromregelegung 32 zugeführt ist, entsprechend angesteuert. Abhängig vom jeweils erfassten Messwert wird somit der in der Zweidrahtleitung fließende Signalstrom Is durch eine entsprechende Steuerung der Stromregelung bzw. Stromsenke 32 gestellt.
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Die Stromregelung bzw. Stromsenke kann beispielsweise einen Transistor umfassen, der über das Steuersignal von der Messwandlerschaltung 20 geregelt wird. In dem Fall, dass das Feldgerät als Aktor ausgebildet ist, d.h. statt einem Sensor ein Aktor aufweist, entfällt die Stromregelung.
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Bei einem vom Sensor 16 erfassten Messwert, der am unteren Ende des Messwertbereichs liegt, nimmt der Signalstrom Is ebenfalls den unteren Wert des Signalstrombereichs an. Bei der üblichen 4-20 mA Technik also einen Wert von 4 mA. Entsprechend nimmt bei einem vom Sensor 16 erfassten Messwert, der am oberen Ende des Messwertbereichs liegt, der Signalstrom Is den oberen Wert des Signalstrombereichs an. Bei der üblichen 4-20 mA Technik also einen Wert von 20 mA.
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Bei der analogen Messwertübertragung umfasst die übergeordnete Einheit 12 eine Auswertungsschaltung 26, die aus dem über die Zweidrahtleitung 14 übertragenen Signalstrom Is die Messwertinformation gewinnt. Zu diesem Zweck ist in die Zweidrahtleitung ein Messwiderstand 28 eingefügt, an dem eine Spannung UM entsteht, die dem über die Zweidrahtleitung übertragenen Signalstrom Is proportional ist und die der Auswertungsschaltung 26 zugeführt wird. Die Spannungsquelle 18 liefert eine Gleichspannung Uv, und der Messstrom Is ist ein Gleichstrom.
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Neben der analogen Messwertübertragung kann das Feldgerät 10 aber auch zur digitalen Messwertübertragung, bspw. gemäß dem Profibus Standard PA oder gemäß dem Foundation Fieldbus Standard FF, über die Zweidrahtleitung ausgebildet sein.
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Hierbei wird die Stromregelung bzw. Stromsenke 32 durch ein von der Messwandlerschaltung 20 am Ausgang abgegebenes Signal, welches über die Steuerleitung 22 als Steuersignal der Stromregelegung 32 zugeführt ist, auf einen fixen/unveränderlichen Grundstromwert Is im Bereich von 10 bis 40mA, üblicherweise ca. 12mA, eingestellt, auf den dann ein dem Messwert entsprechendes digitales Stromsignal aufmoduliert wird (Manchester-Kodierung ohne Mittelwert, mit einer Strom/Amplituden Modulation von Is ± 9 mA).
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In dem Fall, dass die Messwertübertragung digital erfolgt, umfasst die übergeordnete Einheit einen Segmentkoppler, der dazu eingerichtet ist, das digitale Profibus PA Signal umzusetzen und das Profibus PA Feldgerät mit Energie zu versorgen.
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In dem Fall, dass das Feldgerät als Profibus PA Feldgerät ausgebildet ist, muss es ferner einen Verpolungsschutz 31 aufweisen, wohingegen in dem Fall, dass das Feldgerät als Zweileiterfeldgerät oder als FF Feldgerät ausgebildet ist, kann es optional einen Verpolungsschutz aufweisen. Der Verpolungsschutz kann in Form einer Brückengleichrichterschaltung 31 realisiert sein. Die Brückengleichrichterschaltung 31 ist dabei derartig ausgebildet, dass eingangsseitig die an den Anschlussklemmen anliegende Klemmenspannung Uk anliegt und ausgangsseitig eine polungsunabhängige Betriebsspannung Ub zur Verfügung gestellt wird.
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Unabhängig davon, ob das Feldgerät 10 zur analogen oder digitalen Messwertübertragung ausgebildet ist, umfasst das Feldgerät ferner einen niederohmigen Shuntwiderstand 33, über den der gestellte Signalstrom Is mittels einer Rückleseleitung 23 durch die Messwandlerschaltung 20 zurückgelesen wird. Entsprechend dem Ohmschen Gesetz fällt an dem Shuntwiderstand 33 eine Spannung U_Shunt = R_Shunt . Is ab. Die Spannung U_Shunt ist somit proportional zu dem durch das Feldgerät fließenden Strom Is. Zur Regelung des zu stellenden Signalstroms Is ist die über dem Shuntwiderstand 33 abfallende Spannung der Messwandlerschaltung zugeführt. Derartige Shunt-Widerstande 33 sind zur Regelung des Stromsignals entsprechend eines durch den Sensor ermittelten Messwertes für ein Feldgerät unerlässlich und weisen typischerweise einen Widerstandswert im Bereich von 5-40 Ohm, vorzugsweise 7-30 Ohm, besonders bevorzugt im Bereich von 10-25 Ohm auf.
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Darüber hinaus enthält das Feldgerät 10 ferner einen Spannungsregler 36, bspw. in Form eines Schalt- oder Linearreglers, dessen Aufgabe darin besteht, eine möglichst konstante Betriebsspannung für die Messwandlerschaltung 20 und den Sensor 16 zu erzeugen. Die Eingangsspannung für den Spannungsregler 36 kann beispielsweise von einer Spannungsquelle 34, insbesondere in Form eines Kondensators, bereitgestellt werden. Durch die Spannungsquelle 34 wird die Eingangsspannung bzw. Klemmenspannung Uk, welche von der in der übergeordneten Einheit 12 enthaltenen Spannungsquelle 18 bereitgestellt wird, gestützt. Die Spannungsquelle 34 dient somit als „Quelle“ für die daran anschließenden Schaltungsteile, insbesondere für den Spannungsregler 36.
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Die Verwendung des Spannungsreglers 36 in Verbindung mit der Spannungsquelle 34 ermöglicht es, der Messwandlerschaltung 20 und dem Sensor 16 stets die höchstmögliche Leistung zur Verfügung zu stellen. Der Spannungsregler 36 sorgt dabei dafür, dass trotz einer Erhöhung seiner Eingangsspannung Ue die Betriebsspannung der Messwandlerschaltung 20 und des Sensors 16 auf einem konstanten Wert gehalten wird, so dass durch eine Erhöhung der Eingangsspannung Ue am Spannungsregler 36 eine höhere Eingangsleistung zur Verfügung steht, die somit auch eine höhere Ausgangsleistung ermöglicht.
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Zur Spannungsbegrenzung kann das Feldgerät 10 als Teil der Ex-Schutzeinheit 35, 38 eine Spannungsbegrenzungsschaltung 35 aufweisen. Die Spannungsbegrenzungsschaltung 35 ist parallel zu der externen Spannungsquelle 18 zwischen die erste und zweite Anschlussklemme 30a, 30b geschaltet.
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Alternativ oder ergänzend kann das Feldgerät als Teil der Ex-Schutzeinheit eine Strombegrenzungsschaltung 38 zur Strombegrenzung aufweisen. Die Strombegrenzungsschaltung ist in Reihe zu den Anschlussklemmen 30a, 30b bzw. der Spannungsbegrenzungsschaltung 35 geschaltet.
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2 zeigt wie Spannungs- und Strombegrenzungsschaltungen üblicherweise gemäß dem Stand der Technik ausgebildet sind. Die Spannungsbegrenzungsschaltung 35 kann, gemäß dem Stand der Technik, beispielsweise aus drei (um eine 2-Fehler-Sicherheit gewährleisten zu können) parallel zueinander geschalteten Dioden, insbesondere Z-Dioden, ausgebildet sein. Die Dioden sind derartig angeordnet, dass Spannungen, die durch schaltungstechnisch dahinterliegende Induktivitäten induziert werden, und/oder Spannungen, die von anderen schaltungstechnisch dahinterliegenden Schaltungsteilen ungewollt erzeugte werden, zu den Anschlussklemmen 30a, 30b hin begrenzt werden. Exemplarisch ist in 2 die Messwandlerschaltung 20 als schaltungstechnisch dahinter liegender Schaltungsteil dargestellt. Gleichwohl betrifft es die anderen Schaltungsteile, wie bspw. die steuerbare Stromregelung 32, die Spannungsquelle 34, den Spannungsregler 36 und/oder das Sensorelement 16 ebenfalls.
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Die Strombegrenzungsschaltung 38 kann, gemäß dem Stand der Technik, beispielsweise ebenfalls aus drei in Reihe zueinander geschaltete Dioden, insbesondere Shottky-Dioden, ausgebildet sein. Die Dioden 38a, 38b, 38c sind derartig angeordnet, dass ein ungewollter Stromfluss über die Anschlussklemmen 30a, 30b aus der Feldgeräteelektronik heraus vermieden wird.
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Um die Anforderungen der Zündschutzart „Eigensicherheit“ und somit ein eigensicheres Feldgerät bereitstellen zu können, müssen die Dioden gemäß dem Stand der Technik derartig auf einer Leiterplatte der Feldgeräteelektronik angeordnet sein, dass die Trennabstände gemäß Tabelle 5 der Norm IEC EN DIN 60079-11, veröffentlich im Juni 2012, erfüllt sind.
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3 zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Ex-Schutzeinheit, mit der ebenfalls die Anforderungen an die Eigensicherheit für eine 2-Fehler-Sicherheit erfüllt werden, die aber, im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen und aus dem Stand der Technik bekannten Ex-Schutzeinheit, weniger Platz auf der Leiterplatte benötigt. Hierzu sieht die Erfindung vor, dass die Spannungs- und Strombegrenzungsschaltung 35, 38 Teile der Brückengleichrichterschaltung 31, die zumindest bei Profibus PA Feldgeräten vorhanden sein muss, mit nutzt. Ergänzend weist sowohl die Spannungs- als auch die Strombegrenzungsschaltung 35, 38 jeweils noch ein weiteres elektronisches Bauteil 35c, 38c, wie bspw. eine Diode, auf. Die Spannungssowie die Strombegrenzungsschaltung 35, 38 umfassen somit jeweils drei Dioden 35a, 35b, 35c bzw. 38a, 38b, 38c, wovon jeweils zwei Dioden 35a, 35b bzw. 38a, 38b der als Verpolungsschutz eingesetzten Brückengleichrichterschaltung 31 verwendet werden. Somit werden mittels der Brückengleichrichterschaltung 31 und der zusätzlichen Diode 35c, 38c die Spannungen von Induktivitäten sowie der Strom begrenzt. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Spannungen, die durch schaltungstechnisch dahinterliegende Induktivitäten induziert werden können, und/oder Spannungen, die durch von anderen schaltungstechnisch dahinterliegenden Schaltungsteilen ungewollt erzeugt werden, zu den Anschlussklemmen 30a, 30b hin mit den Dioden 35a, 35b und 35c begrenzt. Der ungewollte Stromfluss über die Anschlussklemmen 30a, 30b aus der Feldgeräteelektronik heraus wird durch die Dioden 38a, 38b und 38c vermieden. Auf diese Weise ist eine 3-fache Absicherung (2-Fehler-Sicherheit) gegeben und es werden zusätzlich zu der Brückengleichrichterschaltung, die insbesondere bei Profibus PA Feldgeräten zwingend vorhanden sein muss, nur zwei zusätzliche Dioden 35c und 38c statt der sonst notwendigen sechs Dioden benötigt, so dass Platz auf der Leiterplatte eingespart werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Feldgerät
- 12
- Übergeordnete Einheit, z.B. Steuerprogrammierbare Steuerung (SPS)
- 14
- Zweidrahtleitung
- 16
- Sensor bzw. Sensorelement
- 20
- Messwandlerschaltung
- 21
- Spannungsabgriff
- 22
- Steuerleitung
- 23
- Rückleseleitung
- 24
- Ausgang der Messwandlerschaltung
- 30a, 30b
- Anschlussklemmen
- 31
- Brückengleichrichterschaltung
- 32
- Steuerbare Stromregelung
- 33
- Shuntwiderstand
- 34
- Spannungsquelle, bspw. Kondensator
- 35
- Spannungsbegrenzungsschaltung
- 35a, 35b, 35c
- Dioden zur Spannungsbegrenzung
- 36
- Spannungsregler, bspw. Schaltregler oder Linearregler
- 38
- Strombegrenzungsschaltung
- 38a, 38b, 38c
- Dioden zur Strombegrenzung
- 50
- Strom pfad
- Is
- Messstrom
- Uk
- Klemmenspannung
- Ub
- Betriebsspannung
- U_Shunt
- Spannung über dem Shuntwiderstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm IEC EN DIN 60079-11 [0043]
