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Die Erfindung bezieht sich auf ein Feldgerät der Automatisierungstechnik.
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In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von physikalischen Größen dienen. Zur Erfassung von physikalischen Größen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, etc., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten.
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Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
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Gegenwärtig werden in einer Vielzahl der bestehenden Automatisierungsanlagen noch sogenannten Zweileiterfeldgeräte (auch 2-Leiter- oder 2L-Feldgerät genannt) eingesetzt. Diese sind über eine Zweidrahtleitung, d.h. eine Leitung mit zwei separat ausgebildeten Adern, zu einer übergeordneten Einheit, bspw. eine Steuereinheit SPS bzw. einem Leitsystem, verbunden. Die Zweileiterfeldgeräte sind dabei derartig ausgebildet, dass die Mess- bzw. Stellwerte als Haupt-Prozessvariable über die Zweidrahtleitung bzw. das Zweileiterkabel analog in Form eines 4-20 mA Schleifenstroms bzw. Stromsignals kommuniziert, d.h. übertragen, werden. Hierbei repräsentiert ein in einer Stromschleife fließender elektrischer Schleifenstrom zwischen 4 mA und 20 mA den Wert der physikalischen oder technischen Größe. Aufgrund von Driften und Ungenauigkeiten sowie der Erkennung von Bereichsüberläufen wird für die Repräsentation der Größen ein etwas größerer Strombereich zugelassen: 3,8...20,5 mA. Ströme die kleiner als 3,6 mA bzw. größer als 21 mA sind sollten die Auswerteeinheiten nicht mehr als Repräsentation der physikalischen oder technischen Größe, sondern als Fehlerinformation des Sensors interpretieren. Ein Schleifenstrom kleiner als 3,6 mA oder grösser als 21 mA wird daher im Folgenden auch kurz als Fehlerstrom bezeichnet.
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Zur Übertragung aller anderen Daten, insbesondere Parametrierungs- und/oder Konfigurationsdaten, hat sich insbesondere das HART Protokoll bewährt, bei dem analogen Stromsignal von 4-20 mA ein Frequenzsignal als digitales Zweileitersignal zur Datenübertragung überlagert wird. Gemäß des HART Protokolls wird zwischen 1200 Hz und 2400 Hz zur Datenübertragung umgeschaltet, wobei die niedrigere Frequenz für eine logische „0“ und die höhere Frequenz für eine logische „1“ steht. Auf diese Weise bleibt das sich nur langsam veränderliche analoge Stromsignal von der Frequenzüberlagerung unberührt, so dass mittels HART analoge und digitale Kommunikation vereint wird.
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Neben der Datenübertragung dient die Zweidrahtleitung auch zur Energieversorgung des Zweileiterfeldgerätes. Hierbei wird einer Feldgeräteelektronik, die über eine Anschlussklemme an die Zweidrahtleitung angeschlossen ist, eine zum Betrieb benötigte Leistung in Form einer Klemmenspannung, die über der Anschlussklemme anliegt, und eines Schleifenstroms, der über die Anschlussklemme fließt, zur Verfügung gestellt.
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Die NAMUR (Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie) beschreibt in ihrer Empfehlung NE43 (Vereinheitlichung des Signalpegels für die Ausfallinformation von digitalen Messumformern mit analogem Ausgangssignal), welche Bereiche das Stromsignal für Messinformation, Ausfallinformation und Übergangsbereich verwendet. Die Bereiche sind:
- i. 0...<3,6 mA Ausfallinformation
- ii. 3,6 mA ... 3,8 mA Übergangsbereich
- iii. 3,8 mA ... 20,5 mA Messinformation
- iv. 20,5 mA ... 21 mA Übergangsbereich und
- v. >21 mA Ausfallinformation
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Für den Betrieb eines 2-Leiter Feldgerät stehen somit im Extremfall in Abhängigkeit der minimalen Klemmspannung, die an den Anschlussklemmen des Feldgerätes eingestellt wird, und einen im Fehlerfall minimalen Strom von 3,6 mA nur eine begrenzte Betriebsleistung zur Verfügung.
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Damit sichergestellt werden kann, dass das Feldgerät jederzeit funktioniert, wird die Feldgeräteelektronik und alle damit zusammenhängenden Funktionalitäten technisch so ausgelegt, dass diese begrenzte Betriebsleistung oder Minimalleistung zur vollständigen Energieversorgung der Feldgeräteelektronik ausreicht. Aufgrund dessen wird die Feldgeräteelektronik häufig sehr minimalistisch ausgebildet, so dass diese kaum Zusatzfunktionalitäten, die über den reinen Mess- und/oder Stellbetrieb hinausgehen, ausführen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Möglichkeit aufzuzeigen, eine Feldgeräteelektronik so auszulegen, dass diese ein Zusatzmodul zur Ausführung einer Zusatzfunktionalität mit Energie versorgen kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Feldgerät der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 1, das Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 12 sowie dem computerlesbaren Speichermedium gemäß Patentanspruch 13.
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Das erfindungsgemäße Feldgerät der Automatisierungstechnik umfasst wenigstens:
- - eine erste und eine zweite Anschlussklemme zum Anschließen einer Zweidrahtleitung über die eine Strom zuführbar ist;
- - ein Sensorelement zum Erfassen einer Prozessgröße;
- - zumindest ein Zusatzmodul zum Ausführen einer Zusatzfunktionalität;
- - 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 dazu eingerichtet ist, die erfasste Prozessgröße durch Stellen des Stromes auf einen entsprechenden Wert zu übertragen, wobei die Feldgerätelektronik ferner dazu eingerichtet ist, das Stellen des Stromes in einem im Vergleich zu dem Übertragungsbereich von 4 bis 20 mA gemäß dem Standard DIN IEC 60381 -1:1985-11 kleineren Übertragungsbereich durchzuführen und mit einer aufgrund des kleineren Übertragungsbereichs zusätzlich zur Verfügung stehenden Energie das zumindest eine Zusatzmodul zu versorgen, welches beim Stellen in dem Übertragungsbereich von 4 bis 20 mA gemäß dem Standard DIN IEC 60381-1:1985-11 nicht mit Energie versorgbar wäre.
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Erfindungsgemäß wird ein Feldgerät der Automatisierungstechnik vorgeschlagen, bei dem eine Erhöhung der Minimalleistung, die für das Feldgerät zur Verfügung steht, dadurch realisiert wird, dass der Übertragungsbereich bewusst gegenüber dem Übertragungsbereich gemäß dem Standard DIN IEC 60381-1:1985-11 reduziert wird. Auf diese Weise steht dauerhaft eine zusätzliche Energie zur Verfügung. Durch die zusätzlich zur Verfügung stehende Energie kann dann ein Zusatzmodul, welches eine Zusatzfunktionalität ausführen kann, betrieben werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes der Automatisierungstechnik kann vorsehen, dass die Feldgeräteelektronik dazu eingerichtet ist, das Stellen des Stromes in einem Übertragungsbereich zu übermitteln, dessen minimaler Stromwert größer als 4 mA, vorzugsweise größer als 4,5 mA, besonders bevorzugt größer gleich 5 mA ist.
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Im Gegensatz, zu dem aus dem Stand der Technik bekannten vorgehen, kann eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes der Automatisierungstechnik vorsehen, dass die Feldgerätelektronik ferner dazu eingerichtet ist, das Stellen des Stromes dauerhaft in dem kleineren Übertragungsbereich durchzuführen. Dies bedeutet, dass das Zusatzmodul nicht dynamisch während des eigentlichen Mess- und/oder Stellbetriebes mit Energie versorgt wird, wenn der aktuelle Stell- und/oder Messwert so hoch ist, dass genügend Energie zur Verfügung steht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes der Automatisierungstechnik kann vorsehen, dass die Feldgerätelektronik ferner dazu eingerichtet ist, dass der kleinere Übertragungsbereich durch Eingabe, insbesondere durch Eingabe durch einen Benutzer, einstellbar und/oder veränderbar ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes der Automatisierungstechnik kann vorsehen, dass die Feldgeräteelektronik ferner dazu eingerichtet ist, einen Fehlerstrom zum Signalisieren einer Fehlerinformation nur mit einem Stromwert größer gleich 21 mA und insbesondere nicht mit einem Stromwert kleiner gleich 3,6 mA zu signalisieren.
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Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes der Automatisierungstechnik kann vorsehen, dass die Feldgeräteelektronik dazu eingerichtet ist, einen Fehlerstrom zum Signalisieren einer Fehlerinformation mit einem Stromwert kleiner gleich 3,6 mA zu signalisieren. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die Feldgeräteelektronik ferner dazu eingerichtet ist, im Fehlerfall das mindestens eine Zusatzmodul zu deaktivieren, so dass es nicht mehr mit Energie versorgt ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes der Automatisierungstechnik kann vorsehen, dass die Feldgeräteelektronik ferner dazu eingerichtet ist, das Stellen des Stromes in dem im Vergleich zu dem Übertragungsbereich von 4 bis 20 mA gemäß dem Standard DIN IEC 60381-1:1985-11 kleineren Übertragungsbereich durch eine Messbereichsreduzierung zu realisieren, in dem nur noch ein Teil der Mess- bzw. Stellwerte im Vergleich zu dem Übertragungsbereich von 4 bis 20 mA gemäß dem Standard DIN IEC 60381-1:1985-11 übertragen werden. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass das zumindest eine Zusatzmodul ein Funkmodul darstellt, welches dazu eingerichtet ist, die Prozessgröße und/oder andere Daten, insbesondere Parametrierungs- und/oder Konfigurationsdaten drahtlos zu kommunizieren und/oder dass das Funkmodul dazu eingerichtet ist, die Prozessgröße und/oder die anderen Daten gemäß dem Bluetooth Standard, insbesondere gemäß dem Bluetooth Standard 5.0 Long Range drahtlos zu kommunizieren.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Recheneinheit, insbesondere einen Mikroprozessor als Teil einer Feldgeräteelektronik eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik die Feldgeräteelektronik dazu veranlassen, das Stellen des Stromes in einem im Vergleich zu dem Übertragungsbereich von 4 bis 20 mA gemäß dem Standard DIN IEC 60381 - 1: 1985-11 kleineren Übertragungsbereich durchzuführen und mit einer aufgrund des kleineren Übertragungsbereichs zusätzlich zur Verfügung stehenden Energie zumindest ein Zusatzmodul zu versorgen, welches beim Stellen des Stromes in dem Übertragungsbereich von 4 bis 20 mA gemäß dem Standard DIN IEC 60381-1:1985-11 nicht mit Energie versorgbar wäre.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1: ein System der Automatisierungstechnik bestehend aus einer Spannungsquelle, einem Feldgerät der Automatisierungstechnik und einer Zweidrahtleitung, die die Spannungsquelle und das Feldgerät miteinander verbindet, und
- 2: eine exemplarische Darstellung des Strommess- bzw. Stellbereiches (Übertragungsbereich) zur Verdeutlichung der Erfindung.
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1 zeigt ein System der Automatisierungstechnik bestehend aus einer Spannungsquelle 30, einem Feldgerät der Automatisierungstechnik 10 und einer Zweidrahtleitung 20, die die Spannungsquelle 20 und das Feldgerät 10 miteinander verbindet, sowie einen optional in die Zweidrahtleitung 20 eingebrachten Shunt-Widerstand RShunt.
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Das Feldgerät 10 umfasst eine Feldgeräteelektronik mit zwei Eingangsklemmen 14a, 14b an der die Zweidrahtleitung 20 angeschlossen ist, einer Stromstelleinheit 15 zum Stellen eines Stromwertes I, einer Recheneinheit 17, bspw. einen Mikroprozessor, zur Steuerung und/oder Auswertung, sowie einem Sensorelement 19 zum Erfassen einer physikalischen Größe.
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Über die Zweidrahtleitung 12 sind die Eingangsklemmen 14a, 14b und somit das Feldgerät 1 mit einer Spannungsquelle 30 verbunden und bilden eine so genannte Stromschleife. Durch die Spannungsquelle 30 wird die Feldgeräteelektronik über 11-19 die Zweidrahtleitung 20 mit Energie versorgt. Hierfür wird, in Abhängigkeit der Klemmenspannung UT, die an den Anschlussklemmen 14a, 14b anliegt, und dem Strom I, der durch die Zweidrahtleitung fliest, dem Feldgerät 10 eine Betriebsleistung zur Verfügung gestellt.
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Erfindungsgemäß ist die Feldgeräteelektronik 11-19 dazu eingerichtet, einen dem Mess- und/oder Stellwert entsprechenden Stromwert in einem im Vergleich zu dem Übertragungsbereich von 4 bis 20 mA gemäß dem Standard DIN IEC 60381-1:1985-11 kleineren Übertragungsbereich durchzuführen. Dies kann beispielsweise, wie in 2 dargestellt, dadurch realisiert sein, dass das Stellen des Stromes in einem Übertragungsbereich erfolgt, der einen größeren minimalen Stromwert X als der gemäß dem Standard DIN IEC 60381-1:1985-11 vorgesehene minimale Stromwert von 4mA aufweist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Feldgeräteelektronik dazu eingerichtet ist, in einem Übertragungsbereich von X mA bis 20 mA das Stellen des Stromes durchzuführen, wobei X ein minimaler vorgebbarer Stromwert größer 4 mA ist. Somit wird der Übertragungsbereich von 4 bis 20 mA auf einen Bereich X bis 20 mA verkleinert und der Feldgeräteelektronik 11-19 steht dauerhaft eine höhere minimale Betriebsleistung zur Verfügung. Der minimale Stromwert X kann bspw. durch einen Bediener/Operator des Feldgerätes vorgegeben werden. Die Verkleinerung des Übertragungsbereichs kann bspw. durch eine Reduzierung der Auflösung des Messbereichs und/oder durch eine Messbereichsreduzierung, in dem nur noch ein Teil der Mess- bzw. Stellwerte im Vergleich zu dem Übertragungsbereich von 4 bis 20 mA gemäß dem Standard DIN IEC 60381-1:1985-11 übertragen werden, realisiert werden. So würde bspw. in dem Fall, dass der minimal vorgebbare Stromwert 5 mA wäre, im ersten Fall, die Auflösung des Messbereichs von 16mA gemäß dem Standard DIN IEC 60381-1:1985-11 auf 15 mA (entspricht 6,25% weniger Auflösung) reduziert werden und im zweiten Fall dazu führen, dass nur noch Mess- und/oder Stellwerte übertragen werden, die gemäß dem Standard DIN IEC 60381-1:1985-11 im Übertragungsbereich von 5 bis 20mA liegen würden.
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Die zusätzlich dauerhaft zur Verfügung stehende Energie kann erfindungsgemäß dazu verwendet werden, zumindest ein Zusatzmodul 11, 12, 13 mit Energie zu versorgen, dass bei einer Auslegung der Feldgeräteelektronik zum Stellen des Stromes in dem Übertragungsbereich von 4 bis 20 mA gemäß dem Standard DIN IEC 60381-1:1985-11 nicht dauerhaft mit Energie versorgt werden könnte.
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Hierzu umfasst das Feldgerät 10 zumindest ein Zusatzmodul. In 1 sind exemplarisch mehrere Zusatzmodule 11, 12, 13 dargestellt, von denen jedes dazu eingerichtet ist, eine Zusatzfunktionalität auszuführen. Die Zusatzmodule 11, 12, 13 sind separat aktivierbar. Beispielsweise können die Zusatzmodule 11, 12, 13 durch die Recheneinheit 17 aktiviert werden. Durch das Aktivieren eines Zusatzmodules 11, 12, 13 kann das Feldgerät 10 eine Zusatzfunktionalität ausführen, die nicht ausführbar wäre, wenn die Feldgeräteelektronik 11-19 das Stellen des Stromes gemäß dem Standard DIN IEC 60381-1:1985-11 im Übertragungsbereich von 4 bis 20 mA vornehmen würde, da nicht sichergestellt werden kann, dass dauerhaft genügend Energie zur Verfügung steht. Als Zusatzfunktionalitäten, die durch das entsprechende Zusatzmodul ausgeführt werden, kommen insbesondere in Betracht: (i) das Aktivieren eines Displays am Feldgerät 11, (ii) das Aktivieren eines Funkmoduls als Zusatzmodul bzw. die Erhöhung der Datenrate oder der Reichweite eines Funkmoduls 12, und/oder (iii) das Aktivieren einer Hintergrundbeleuchtung an dem Display 13, wobei sich das Aktivieren eines Funkmoduls als Zusatzmodul als besonders vorteilhaft erwiesen hat. Das Funkmodul kann beispielswiese dazu eingerichtet sein, die Prozessgröße und/oder die anderen Daten gemäß dem Bluetooth Standard, insbesondere gemäß dem Bluetooth Standard 5.0 Long Range drahtlos zu kommunizieren. Insofern kann durch das Funkmodul ein neben der Zweidrahtkommunikation zweiter Kommunikationspfad („Second Channel“) realisiert werden.
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Ergänzend kann die Feldgeräteelektronik 11-19 auch dazu eingerichtet sein, einen Fehlerstrom zum Signalisieren einer Fehlerinformation nur mit einem Stromwert größer gleich 21 mA und insbesondere nicht mit einem Stromwert kleiner gleich 3,6 mA zu signalisieren. Alternativ kann die Feldgeräteelektronik 11-19 auch dazu eingerichtet sein, einen Fehlerstrom zum Signalisieren einer Fehlerinformation mit einem Stromwert kleiner gleich 3,6 mA zu signalisieren, wobei in diesem Fall ferner vorgesehen sein kann, dass die Feldgeräteelektronik das zumindest eine Zusatzmodul deaktiviert, so dass es nicht mehr mit Energie versorgt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Feldgerät der Automatisierungstechnik
- 11
- Zusatzmodul, bspw. Display
- 12
- Zusatzmodul, bspw. Funkmodul
- 13
- Zusatzmodul, bspw. Hintergrundbeleuchtung für Display
- 14a, 14b
- Eingangsklemmen
- 15
- Stromregler
- 17
- Recheneinheit, bspw. Mikroprozessor
- 18
- Speicherelement
- 19
- Sensor- und/oder Aktorelement
- 20
- Zweidrahtleitung
- 30
- Externe Spannungsquelle, bspw. SPS
- RShunt
- Shunt-Widerstand
- Ri
- Innenwiderstand der Spannungsquelle
- I
- Stromwert bzw. Schleifenstrom
- UT
- Klemmspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN IEC 60381 -1:1985-11 [0012, 0013, 0019, 0020, 0025, 0026, 0027]
