DE10249846B4

DE10249846B4 - Redundant arrangement of field devices with current output and field device for such an arrangement

Info

Publication number: DE10249846B4
Application number: DE2002149846
Authority: DE
Inventors: Robin Pramanik; Peter Schmith
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2022-10-26
Also published as: DE10249846A1

Abstract

Redundante Anordnung von Feldgeräten mit Stromausgang,
dadurch gekennzeichnet,
– dass zumindest ein erstes Feldgerät (7) und ein zweites Feldgerät (8) vorgesehen sind, die an eine gemeinsame Zweidrahtleitung (9) zur Ausgabe eines Messsignals als in die Zweidrahtleitung eingeprägten Strom (I) anschließbar sind,
– dass Mittel (R2, ADU2) zur Überwachung des ersten Feldgeräts (7) auf korrekte Ausgabe eines vorbestimmten Anteils (I1) des eingeprägten Stroms vorhanden sind und
– dass im zweiten Feldgerät (8) Mittel (Q2, DAU2) zur Korrektur des in die Zweidrahtleitung (9) eingeprägten Stroms vorhanden sind, wenn bei der Überwachung des ersten Feldgeräts (7) ein Fehler festgestellt wurde.Redundant arrangement of field devices with current output,
characterized,
- That at least a first field device (7) and a second field device (8) are provided, which are connectable to a common two-wire line (9) for outputting a measurement signal as impressed in the two-wire line current (I)
- That means (R2, ADU2) for monitoring the first field device (7) for correct output of a predetermined proportion (I1) of the impressed current are present and
- That in the second field device (8) means (Q2, DAU2) for correcting the impressed in the two-wire line (9) current are present when an error was detected in the monitoring of the first field device (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine redundante Anordnung von Feldgeräten mit Stromausgang nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Feldgerät für eine derartige Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The The invention relates to a redundant arrangement of field devices Current output according to the preamble of claim 1 and a field device for such Arrangement according to the preamble of claim 9.

In automatisierungstechnischen Anlagen sind Feldgeräte, beispielsweise Messumformer oder Regelventile, weit verbreitet, die durch eine Zweidrahtleitung an eine zentrale Steuerung angeschlossen werden können. Häufig wird über die Schnittstelle ein 4-20 mA-Signal übertragen, bei welchem der Wertebereich des zu übertragenden Signals auf den Pegelbereich des in die Zweidrahtleitung eingeprägten Stroms abgebildet wird. Für die Feldgeräte steht somit immer die Stromstärke 4 mA zur Versorgung mit Betriebsenergie zur Verfügung. Zusätzlich können über dieselbe Zweidrahtleitung frequenzmodulierte Signale zur digitalen Kommunikation in beiden Richtungen übertragen werden. Eine derartige Schnittstelle ist beispielsweise aus der EP 0 591 926 81 bekannt.In automation systems, field devices, for example transducers or control valves, are widespread, which can be connected to a central controller by a two-wire line. Frequently, a 4-20 mA signal is transmitted via the interface, in which the value range of the signal to be transmitted is mapped to the level range of the current impressed into the two-wire line. For the field devices, therefore, the current intensity 4 mA is always available for the supply with operating energy. In addition, frequency modulated signals can be transmitted for digital communication in both directions over the same two-wire line. Such an interface is for example from the EP 0 591 926 81 known.

Bei einer nicht redundanten Anordnung der Feldgeräte, d. h. einer Anordnung, in welcher nur ein Feldgerät pro Messstelle eingesetzt wird, muss im Fehlerfall das Gerät vom Prozess getrennt und durch ein funktionsfähiges Feldgerät ausgetauscht werden. Unter Umständen ist dies mit einer Stillstandszeit der Anlage oder des jeweils betroffenen Anlagenteils verbunden.at a non-redundant arrangement of the field devices, d. H. an arrangement, in which only one field device per measuring point is used, the device must be removed from the process in the event of a fault separated and replaced by a functional field device become. In certain circumstances this is due to a downtime of the plant or the respective affected Part of the plant connected.

In den Fällen, in denen ein Ausfall eines Feldgeräts schwerwiegende Folgen verursachen könnte, werden Feldgeräte redundant angeordnet. Dazu werden zwei oder mehr Geräte im Wesentlichen an der gleichen Messstelle eingebaut, die jeweils einen Zweidrahtanschluss der zentralen Steuerung belegen. Bei Erkennen eines Fehlers oder eines internen Defekts signalisieren die Feldgeräte ihren Zustand durch Ausgabe eines Fehlerstromsignals. Der Pegel dieses Signals liegt üblicherweise bei 3,6 oder 22,8 mA, also außerhalb des regulären Wertebereichs. Durch dieses Fehlerstromsignal wird der zentralen Steuerung angezeigt, dass das jeweilige Feldgerät nicht mehr imstande ist, über den Stromausgang einen gültigen Messwert zu liefern. Die zentrale Steuerung übernimmt dann den benötigten Messwert von einem anderen, noch funktionierenden Messgerät an derselben Messstelle. Eine entsprechende Fehlermeldung wird erzeugt, damit geeignete Reparaturmaßnahmen eingeleitet werden können.In the cases in which a failure of a field device could cause serious consequences field devices arranged redundantly. This will be two or more devices in essence installed at the same measuring point, each with a two-wire connection occupy the central control. Upon detection of an error or of an internal defect, the field devices signal their state by output a fault current signal. The level of this signal is usually at 3.6 or 22.8 mA, ie outside of the regular Value range. By this fault current signal is the central Control indicated that the respective field device is no longer able, over the Current output a valid To deliver measured value. The central controller then takes over the required measured value from another, still functioning meter at the same measuring point. A corresponding error message is generated, so that suitable repair measures can be initiated.

Aus der DE 299 17 651 U1 ist ein Messumformer bekannt, bei welchem zur Daten- und Energieübertragung eine Zweidrahtleitung mit 4 bis 20 mA-Schnittstelle verwendet wird. Zusätzlich zum Messwert werden Informationen über den Zustand des Messumformers übertragen.From the DE 299 17 651 U1 a transmitter is known in which a two-wire line with 4 to 20 mA interface is used for data and energy transmission. In addition to the measured value, information about the state of the transmitter is transmitted.

Aus der DE 35 11 208 C2 ist eine Schaltungsanordnung mit redundant ausgeführten Reglern bekannt. Im Normalbetrieb speist ein erster Regler einen eingeprägten Strom in ein Stellglied ein. Im Störfall übernimmt ein Stromausgang eines Hilfsreglers und führt Stellsignale dem Stellglied zu.From the DE 35 11 208 C2 is a circuit arrangement with redundant controllers known. In normal operation, a first controller feeds an impressed current into an actuator. In the event of a fault, a current output of an auxiliary controller takes over and feeds actuating signals to the actuator.

Aus der DE 198 14 096 A1 ist ein hierarchisches Automatisierungssystem mit redundant ausgeführten Baugruppen bekannt. Zum Anschluss eines Signalempfängers an die redundant ausgeführten Baugruppen ist nur eine Zweidrahtleitung erforderlich.From the DE 198 14 096 A1 is a hierarchical automation system with redundant modules known. To connect a signal receiver to the redundant modules, only a two-wire cable is required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine redundante Anordnung von Feldgeräten mit Stromausgang sowie ein Feldgerät für eine derartige Anordnung zu schaffen, die sich insbesondere beim Einsatz in einer automatisierungstechnischen Anlage durch einen geringeren Aufwand auszeichnen.Of the Invention is based on the object, a redundant arrangement of field devices with current output and a field device for such an arrangement to create, in particular, when used in an automation technology Distinguish system with less effort.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die neue redundante Anordnung der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und in Anspruch 9 ein Feldgerät für eine derartige Anordnung beschrieben.to solution This task has the new redundant arrangement of the beginning mentioned type specified in the characterizing part of claim 1 Features on. In the dependent claims are advantageous developments and in claim 9, a field device for such Arrangement described.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass bei redundanter Anordnung von Feldgeräten der Aufwand für die Verkabelung wesentlich verringert wird. Zwischen den redundant angeordneten Feldgeräten und einer zentralen Steuerung muss zur Übertragung der für die Feldgeräte benötigten Betriebsenergie sowie zur Kommunikation lediglich eine Zweidrahtleitung verlegt werden. Es ist nicht mehr erforderlich, für jedes der Feldgeräte eine Zweidrahtleitung vorzusehen. Zudem wird durch die redundante Anordnung in der zentralen Steuerung lediglich ein Eingangskanal belegt. In einem Fehlerfall des ersten Feldgeräts übernimmt das zweite Feldgerät die volle Funktionalität. Es kommt daher nicht zu einem Ausfall des analogen Messsignals. Trotz dem ist es möglich, eine Fehlermeldung beispielsweise über digitale Kommunikation an ein übergeordnetes Leitsystem weiterzuleiten, damit im nächsten Wartungszyklus die erforderlichen Reparaturmaßnahmen ergriffen werden können. Das defekte Feldgerät kann dann ohne Unterbrechung des Prozesses ausgetauscht werden. Trotz der oben angeführten Verringerung des Aufwands werden somit in einer automatisierungstechnischen Anlage sämtliche Vorteile einer redundanten Anordnung von Feldgeräten erzielt. Weiterhin ist dabei vorteilhaft, dass die Redundanzeigenschaften durch Maßnahmen, die im Wesentlichen auf der Seite der Feldgeräte getroffen werden, begründet sind. Eine besondere Programmierung einer Redundanzsteuerung, die bei einer redundanten Anordnung von Feldgeräten mit gesonderten Zweidrahtleitungen für jedes Feldgerät erforderlich wäre, wird in der zentralen Steuerung nicht benötigt.The invention has the advantage that, in the case of a redundant arrangement of field devices, the outlay for the wiring is substantially reduced. Between the redundantly arranged field devices and a central controller, only one two-wire line has to be laid for transmitting the operating energy required for the field devices and for communication. It is no longer necessary to provide a two-wire line for each of the field devices. In addition, only one input channel is occupied by the redundant arrangement in the central control. In the event of a fault of the first field device, the second field device assumes full functionality. There is therefore no failure of the analog measurement signal. Despite this, it is possible to forward an error message, for example, via digital communication to a higher-level control system, so that the necessary repair measures can be taken in the next maintenance cycle. The defective field device can then be replaced without interrupting the process. Despite the above-mentioned reduction of the effort, all advantages of a redundant arrangement of field devices are thus achieved in an automation system. Furthermore, it is advantageous that the redundancy properties are justified by measures that are taken substantially on the side of the field devices. A special programming of a redundancy Control, which would be required for each field device in a redundant arrangement of field devices with separate two-wire lines, is not needed in the central control.

Wenn bei Verwendung einer 4-20 mA-Schnittstelle und zwei Feldgeräten der Stromanteil eines einzelnen Feldgeräts mindestens 2 mA beträgt, so hat dies den Vorteil, dass sich der minimale Versorgungsstrom von 4 mA zu gleichen Teilen auf beide Feldgeräte aufteilt. Gegenüber einer Aufteilung, bei welcher das erste Feldgerät als Stromanteil den gesamten, in die Zweidrahtleitung eingeprägten Strom liefert und sich gleichzeitig das zweite Feldgerät in einem Stand-by-Betrieb befindet, in welchem es keinen Stromanteil liefert, hat die Festlegung eines minimalen Stromanteils von 2 mA den Vorteil, dass für das im Stand-by-Betrieb befindliche Feldgerät keine weitere Energiezuleitung für Betriebsenergie neben der Zweidrahtleitung erforderlich ist.If when using a 4-20 mA interface and two field devices the Current component of a single field device is at least 2 mA, so has this has the advantage that the minimum supply current of 4 Distributes mA equally between both field devices. Opposite one Distribution, in which the first field device as electricity share the entire, in the two-wire line impressed current delivers and at the same time the second field device in a stand-by mode in which it does not supply any power component has the stipulation a minimum current share of 2 mA has the advantage that for the in Stand-by mode field device no further energy supply for operating energy is required in addition to the two-wire line.

Besonders vorteilhaft ist eine redundante Anordnung von Messumformern für dieselbe Messgröße in einer automatisierungstechnischen Anlage, da hier jeder Messumformer das Messsignal kennt und den jeweils redundant angeordneten Messumformer daraufhin überprüfen kann, ob der von diesem ausgegebene Anteil des Stromsignals dem aktuellen Messwert entspricht.Especially advantageous is a redundant arrangement of transducers for the same Measured variable in one automation system, because here each transmitter the Measuring signal knows and the respectively redundantly arranged transmitter can then check whether the proportion of the current signal output by the latter is the current measured value equivalent.

Wenn das erste Feldgerät selbst die Überwachungsmittel enthält und dem zweiten Feldgerät einen Fehler meldet, so hat dies den Vorteil, dass weitere Diagnosemöglichkeiten durch Eigendiagnose zur Verfügung stehen. Insbesondere können bei der Diagnose zudem interne Größen des Feldgeräts berücksichtigt werden.If the first field device even the surveillance equipment contains and the second field device reports an error, this has the advantage that further diagnostic options by self-diagnosis available stand. In particular, you can also takes into account internal variables of the field device during diagnosis become.

Die Übertragung einer Fehlermeldung vom ersten Feldgerät zum zweiten Feldgerät über eine Steuerleitung hat den Vorteil, dass ein Fehler besonders schnell signalisierbar ist und somit auch schnell auf den Fehler durch Korrektur des Stromanteils reagiert werden kann.The transfer an error message from the first field device to the second field device via a control line has the advantage that an error can be signaled very quickly is and therefore quickly on the error by correcting the current component can be reacted.

In vorteilhafter Weise entfällt jedoch der mit einer besonderen Steuerleitung verbundene zusätzliche Leitungsaufwand, wenn die beiden Feldgeräte jeweils eine HART-Schnittstelle besitzen, über welche Meldungen durch digitale Kommunikation übertragbar sind. Über diese digitale Kommunikation kann eine Fehlermeldung als Ergebnis einer Eigendiagnose des ersten Feldgeräts an das zweite Feldgerät gesendet werden. Zudem kann die Fehlermeldung an eine übergeordnete Steuerung weitergegeben werden, damit geeignete Maßnahmen zur Behebung des Fehlers eingeleitet werden können. Weiterhin ist es möglich, Messwerte zwischen den Feldgeräten und einer zentralen Steuerung digital zu übertragen, die somit ebenfalls zur Überwachung des ersten Feldgeräts auf korrekte Ausgabe eines vorbestimmten Anteils des eingeprägten Stroms dienen können. Beispielsweise ist es möglich, durch digitale Kommunikation einen Messwert des ersten Feldgeräts an ein zweites Feldgerät der redundanten Anordnung zu übertragen, welches diesen Messwert zur Ermittlung des Anteils des durch das erste Feldgerät einzuprägenden Stroms auswertet und das erste Feldgerät auf korrekte Ausgabe dieses Anteils überwacht.In advantageously eliminated however, the additional associated with a particular control line Line effort, if the two field devices each have a HART interface own, over which messages can be transmitted by digital communication. About these Digital communication may result in an error message as a result Self-diagnosis of the first field device to the second field device be sent. Additionally, the error message can be sent to a parent Control will be passed to allow appropriate action can be initiated to correct the error. Furthermore, it is possible to take readings between the field devices and digitally transmit to a central controller, which thus also for monitoring of the first field device correct output of a predetermined portion of the impressed current can serve. For example, it is possible by digital communication to a measured value of the first field device on second field device to transmit the redundant array, which uses this measurement to determine the proportion of the energy produced by the first field device to be impressed current evaluates and the first field device monitored for correct output of this share.

Mittel vorzusehen, durch welche eine Stromeinprägung des ersten Feldgeräts bei Auftreten eines Fehlers unterbrechbar ist, hat den Vorteil, dass jegliche Beeinflussung des in eine gemeinsame Zweidrahtleitung eingeprägten Stroms durch ein fehlerhaftes Gerät, die eventuell eine Korrektur unmöglich machen könnte, ausgeschlossen wird.medium to provide, by which a current injection of the first field device when a Error is interruptible, has the advantage that any interference of the impressed in a common two-wire line current through a faulty Device, which may make a correction impossible could make is excluded.

Die Absicherung der Verfügbarkeit kann weiter erhöht werden, wenn zyklisch die Funktion des ersten und des zweiten Feldgeräts vertauscht wird und somit auch das zweite Feldgerät auf korrekte Ausgabe eines vorbestimmten Anteils des eingeprägten Stroms überwacht wird.The Securing the availability can be increased further when the function of the first and the second field device is cyclically reversed and thus also the second field device to correct output of a monitored predetermined portion of the impressed current becomes.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.Based of the drawings, in which an embodiment of the invention are shown below, the invention and embodiments and Advantages closer explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Füllstandsregelung mit redundanter Anordnung von Druckmessumformern und 1 a level control with redundant arrangement of pressure transmitters and

2 ein Blockschaltbild zweier Messumformer in redundanter Anordnung. 2 a block diagram of two transmitters in redundant arrangement.

1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Regelungseinrichtung für den Füllstand eines Mediums 1 in einem Tank 2. An einem Ablauf 3 können zur Verwendung in einem nicht näher dargestellten Prozess Teile des im Tank 2 gehaltenen Vorrats entnommen werden. Durch ein Regelventil 4 wird ein Zulauf 5 derart eingestellt, dass die Vorratsmenge möglichst konstant bleibt. In Abhängigkeit der im Tank 2 gehaltenen Vorratsmenge ändert sich der an einem Tankboden 6 herrschende Mediendruck. Dieser wird durch zwei Druckmessumformer 7 und 8 erfasst. Die beiden Messumformer sind zur Erhöhung der Verfügbarkeit Teile einer redundanten Anordnung. Der Istwert des Drucks wird über eine Zweidrahtleitung 9 auf einen Eingangskanal einer Analogeingabebaugruppe AE1 einer zentralen Steuerung 10 geführt. Ein Stellungsregler 11 des Regelventils 4 erhält über eine Zweidrahtleitung 12 eine Sollwertvorgabe von einem Ausgabekanal einer Analogausgabebaugruppe AA, die ebenfalls in der zentralen Steuerung 10 angeordnet ist. Entspre chend einem in einem Verarbeitungsprogramm hinterlegten Regelungsalgorithmus berechnet eine Zentraleinheit ZE der zentralen Steuerung 10 die jeweilige Stellung des Regelventils 4 in Abhängigkeit von dem durch die beiden Messumformer 7 und 8 übertragenen Messwert. In der redundanten Anordnung mit einem ersten Messumformer 7 und einem zweiten Messumformer 8 sind drei zusätzliche Leitungen 13, 14 und 15 zwischen den beiden Messumformern vorgesehen. Die beiden Messumformer 7 und 8 sind an die gemeinsame Zweidrahtleitung 9 zur Ausgabe eines Messsignals als in die Zweidrahtleitung eingeprägten Strom I nach Art einer 4-20 mA-Schnittstelle angeschlossen. Über die Leitung 13 wird der durch den ersten Messumformer 7 gelieferte Stromanteil durch den zweiten Messumformer 8 hindurchgeführt, damit dieser den ersten Messumformer 7 auf korrekte Ausgabe eines dem jeweiligen Druck entsprechenden, vorab festgelegten Anteils des eingeprägten Stroms I überwachen kann. Andererseits ist über die Leitung 14 der durch den zweiten Messumformer 8 in die Zweidrahtleitung 9 einzuprägende Strom durch den ersten Messumformer 7 hindurchgeführt, damit auch dieser die korrekte Stromausgabe des zweiten Messumformers 8 überwachen kann. Die Leitung 15 ist eine bidirektionale Steuerleitung, durch welche sowohl der erste Messumformer 7 dem zweiten Messumformer 8 als auch der zweite Messumformer 8 dem ersten Messumformer 7 das Auftreten eines durch Eigendiagnose festgestellten Fehlers mitteilen kann. Wenn beispielsweise im ersten Messumformer 7 durch Eigendiagnose ein Fehler festgestellt wurde, meldet dieser Messumformer 7 den Fehler über die Leitung 15 dem zweiten Messumformer 8. Durch entsprechende Einstellung seines Stromausgangs korrigiert der zweite Messumformer 8 daraufhin den in die Zweidrahtleitung 9 eingeprägten Strom derart, dass die im ersten Messumformer 7 aufgetretene Stromabweichung ausgeglichen wird. Dadurch ist sichergestellt, dass auch bei Auftreten eines Fehlers ein korrekter Messwert an die zentrale Steuerung 10 weitergegeben wird. Eine in 1 mit durchbrochenen Linien dargestellte zusätzliche Zweidrahtleitung 16 und zusätzliche Analogeingabebaugruppe AE2, die bei einer redundanten Anordnung von Messumformern nach herkömmlicher Art mit einer gesonderten Zweidrahtleitung je Messumformer erforderlich wären, können daher entfallen. 1 shows the basic structure of a control device for the level of a medium 1 in a tank 2 , At a process 3 can be used in a non-illustrated process parts of the tank 2 be removed stored stock. By a control valve 4 becomes an inflow 5 adjusted so that the stock quantity remains as constant as possible. Depending on the tank 2 held stock quantity changes at a tank bottom 6 prevailing media pressure. This is done by two pressure transmitters 7 and 8th detected. The two transmitters are parts of a redundant arrangement to increase availability. The actual value of the pressure is over a two-wire line 9 to an input channel of an analog input module AE1 a central controller 10 guided. A positioner 11 of the control valve 4 receives over a two-wire line 12 a setpoint input from an output channel of an analog output module AA, which also in the central controller 10 is arranged. According to one in a verar control program calculates a central unit ZE of the central control 10 the respective position of the control valve 4 depending on which through the two transducers 7 and 8th transmitted measured value. In the redundant arrangement with a first transmitter 7 and a second transmitter 8th are three additional lines 13 . 14 and 15 provided between the two transducers. The two transducers 7 and 8th are to the common two-wire line 9 connected to the output of a measurement signal as impressed in the two-wire line current I in the manner of a 4-20 mA interface. About the line 13 becomes the one through the first transmitter 7 delivered power share through the second transmitter 8th passed to make this the first transmitter 7 can monitor correct output of a predetermined proportion of the impressed current I corresponding to the respective pressure. On the other hand is over the line 14 by the second transmitter 8th in the two-wire line 9 current to be impressed by the first transmitter 7 so that this too the correct current output of the second transmitter 8th can monitor. The administration 15 is a bidirectional control line through which both the first transmitter 7 the second transmitter 8th as well as the second transmitter 8th the first transmitter 7 can report the occurrence of an error detected by self-diagnosis. For example, if in the first transmitter 7 by self-diagnosis, an error has been detected, reports this transmitter 7 the error over the line 15 the second transmitter 8th , By adjusting its current output, the second transmitter corrects 8th then the in the two-wire line 9 impressed current such that in the first transmitter 7 occurring current deviation is compensated. This ensures that even if an error occurs, a correct measured value is sent to the central controller 10 is passed on. An in 1 with broken lines shown additional two-wire line 16 and additional analog input module AE2, which would be required in a redundant arrangement of transducers in a conventional manner with a separate two-wire per transmitter, can therefore be omitted.

2 zeigt eine redundante Anordnung zweier Messumformer, die an eine gemeinsame Zweidrahtleitung mit Anschlüssen 20 und 21 anschließbar ist. Der Anschluss 20 ist auf einen Pluseingang 22 des ersten Messumformers 23 sowie auf einen Pluseingang 24 des zweiten Messumformers 25 geführt. Der Anschluss 21 ist mit einem Minuseingang 26 und einem Minuseingang 27 des ersten Messumformers 23 bzw. des zweiten Messumformers 25 verbunden. Die Strompfade sind jeweils intern über Stromversorgungseinheiten V1 bzw. V2 zur Versorgung der Messumformer 23 bzw. 25 mit der erforderlichen Betriebsenergie und über Stromquellen Q1 bzw. Q2 zur Einstellung des jeweiligen Anteils I1 bzw. I2 des in die Zweidrahtleitung einzuprägenden Stromes I geführt. Zur Überwachung des ersten Feldgeräts 23 auf korrekte Ausgabe des vorbestimmten Anteils I1 des in die gemeinsame Zweidrahtleitung eingeprägten Stroms I ist der Ausgang der Stromquelle Q1 über eine Leitung 30 und einen Widerstand R2 mit dem Anschluss 21 der gemeinsamen Zweidrahtleitung verbunden. Eine an dem Widerstand R2 aufgrund des Stromflusses abfallende Spannung U2 wird einem Analog-Digital-Umsetzer ADU2 zugeführt, der diese in einen durch einen Mikroprozessor P2 verarbeitbaren Wert wandelt. Hinter dem Widerstand R2 ist im Strompfad ein Schalter S2 angeordnet, durch welchen die Stromquelle Q1 des Messumformers 23 bei Auftreten eines Fehlers vollständig von der gemeinsamen Zweidrahtleitung abgekoppelt werden kann. Dieser Schalter S2 wird durch den Mikroprozessor P2 angesteuert, wie es in 2 durch eine Steuerleitung ST2 angedeutet ist. Zur Bedienung des zweiten Messumformers 25 sind an den Prozessor P2 eine LCD-Anzeige A2 sowie eine Eingabetastatur E2 angeschlossen. Durch eine Kommunikationseinheit K2 kann dem in die Zweidrahtleitung eingeprägten Strom I ein frequenzmoduliertes Spannungssignal zur digitalen Kommunikation überlagert werden. Ein für den Mikroprozessor P2 erforderliches Applikationsprogramm ist in einem Festspeicher F2 hinterlegt. Durch einen Digital-Analog-Umsetzer DAU2 wird ein von dem Mikroprozessor P2 berechneter Wert des in die Zweidrahtleitung einzuprägenden Stroms in einen für die Steuerung der Stromquelle Q2 geeigneten Analogwert gewandelt. Der erste Messumformer 23 entspricht in seinem Aufbau dem zweiten Messumformer 25 und ist in entsprechender Weise mit einem Widerstand R1, einem Analog-Digital-Umsetzer ADU1, einem Mikroprozessor P1, einer Anzeige A1, einer Eingabetastatur E1, einer Kommunikationseinheit K1, einem Festspeicher F1, einem Schalter S1, einer Steuerleitung ST1 und einem Digital-Analog-Umsetzer DAU1 versehen. Einen durch Eigendiagnose aufgefundenen Fehler können sich die beiden Messumformer 23 und 25 über eine bidirektionale Steuerleitung 32 gegenseitig melden. Einem Druck und einer Temperatur entsprechende Signale P bzw. T sind den Analog-Digital-Umsetzern ADU1 und ADU2 gleichermaßen zur Weiterverarbeitung zugeführt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den beiden Messumformern 23 und 25 um Druckmessumformer, in denen die Temperatur lediglich zur Kompensation von Temperatureinflüssen auf den Messwert herangezogen wird. 2 shows a redundant arrangement of two transducers connected to a common two-wire line with connections 20 and 21 is connectable. The connection 20 is on a Pluseingang 22 of the first transmitter 23 as well as on a Pluseingang 24 of the second transmitter 25 guided. The connection 21 is with a mini entrance 26 and a mini entrance 27 of the first transmitter 23 or the second transmitter 25 connected. The current paths are each internally via power supply units V1 and V2 to supply the transmitter 23 respectively. 25 with the required operating power and current sources Q1 and Q2 to set the respective proportion I1 or I2 of einzuprägenden in the two-wire line current I. For monitoring the first field device 23 for correct output of the predetermined portion I1 of the impressed in the common two-wire line current I is the output of the current source Q1 via a line 30 and a resistor R2 to the terminal 21 connected to the common two-wire line. A voltage U2 dropping across the resistor R2 due to the current flow is supplied to an analog-to-digital converter ADU2, which converts it into a value processable by a microprocessor P2. Behind the resistor R2, a switch S2 is arranged in the current path, through which the current source Q1 of the transmitter 23 can be completely disconnected from the common two-wire line when an error occurs. This switch S2 is driven by the microprocessor P2 as shown in FIG 2 is indicated by a control line ST2. For operation of the second transmitter 25 are connected to the processor P2, an LCD display A2 and an input keyboard E2. By means of a communication unit K2, a frequency-modulated voltage signal for digital communication can be superimposed on the current I injected in the two-wire line. An application program required for the microprocessor P2 is stored in a read-only memory F2. By means of a digital-to-analog converter DAU2, a value calculated by the microprocessor P2 of the current to be impressed into the two-wire line is converted into an analog value suitable for controlling the current source Q2. The first transmitter 23 corresponds in its construction to the second transmitter 25 and is correspondingly connected to a resistor R1, an analog-to-digital converter ADU1, a microprocessor P1, a display A1, an input keyboard E1, a communication unit K1, a read-only memory F1, a switch S1, a control line ST1 and a digital-analog -Transducer DAU1 provided. An error found by self-diagnosis can be detected by the two transducers 23 and 25 via a bidirectional control line 32 sign each other. A pressure and a temperature corresponding signals P and T are the analog-to-digital converters ADU1 and ADU2 equally supplied for further processing. In the exemplary embodiment shown, the two transducers are 23 and 25 to pressure transmitters, in which the temperature is used only to compensate for temperature influences on the measured value.

Die beiden gleichen Messumformer 23 und 25 überwachen sich also gegenseitig und nutzen als Kommunikationsmedium im Betrieb die gemeinsame Zweidrahtleitung, die an den Anschlüssen 20 und 21 angeschlossen ist. Wie bei Verwendung einer 4-20 mA-Schnittstelle der Strom I auf die beiden Messumformer im fehlerfreien Betrieb aufgeteilt wird, ist dabei weitgehend beliebig, aber vorbestimmt. In einer möglichen Ausführungsform wird der Strom I zu gleichen Anteilen I1 und I2 von beiden Messumformern 23 und 25 in die gemeinsame Zweidrahtleitung eingespeist. In einer anderen Ausführungsform, die im Folgenden näher erläutert wird, befindet sich ein Messumformer, beispielsweise der Messumformer 25, im Stand-by-Betrieb und wird lediglich mit einem Strom I2 von 2 mA versorgt. Der andere Messumformer 23 ist aktiv und gibt einen dem Messsignal entsprechenden Strom, allerdings verringert um den 2 mA-Versorgungsstrom des Messumformers 25, aus. Durch Überprüfen des jeweiligen Spannungsabfalls über den Widerstand R2 mit Hilfe des Analog-Digital-Umsetzers ADU2 überwacht der im Stand-by-Betrieb befindliche Messumformer 25 den aktiven Messumformer 23 auf korrekte Ausgabe seines vorbestimmten Stromanteils I1. Gleichzeitig erfasst der Messumformer 25 ebenfalls die Messgröße und kann somit überprüfen, ob der durch den aktiven Messumformer 23 ausgegebene Stromanteil I1 dem jeweils auszugebenden Messsignal entspricht. Weicht der durch den aktiven Messumformer 23 ausgegebene Stromanteil I1 in unzulässiger Weise von dem in Abhängigkeit des jeweiligen Werts der Messgröße vorbestimmten Anteil ab, so wird dies vom Messumformer 25, der eine korrekte Ausgabe überwacht, erkannt und korrigiert. Zum Ausgleich der festgestellten Abweichung wird der durch die Stromquelle Q2 in die gemeinsame Zweidrahtleitung eingeprägte Strom I2 entsprechend angepasst. Fällt der bisher aktive Messumformer 23 in einen Zustand „Fehlerstrom", d. h. gibt er einen Strom aus, der geringer als der Minimalwert 2 mA ist, so erkennt dies ebenfalls der Messumformer 25 und wechselt vom Stand-by-Betrieb in den aktiven Betrieb, übernimmt also die Funktion der Messwertübermittlung, die bisher der Messumformer 23 innehatte. Auf der gemeinsamen Zweidrahtleitung steht wiederum sofort ein korrekter Messwert zur Verfügung. Über eine digitale Kommunikation mit Hilfe der Kommunikationseinheit K2 teilt der Messumformer 25 daraufhin einer zentralen Steuerung mit, dass im Messumformer 23 ein Fehler aufgetreten ist.The two same transducers 23 and 25 So monitor each other and use as a communication medium in the operation of the common two-wire line, at the terminals 20 and 21 connected. Like when using a 4-20 mA interface of the current I is divided to the two transducers in error-free operation, it is largely arbitrary, but predetermined. In one possible embodiment, the current I becomes equal proportions I1 and I2 of both transducers 23 and 25 fed into the common two-wire line. In another embodiment, which is explained in more detail below, there is a transmitter, for example, the transmitter 25 , in stand-by mode and is only supplied with a current I2 of 2 mA. The other transmitter 23 is active and gives a current corresponding to the measurement signal, but reduced by the 2 mA supply current of the transmitter 25 , out. By checking the respective voltage drop across the resistor R2 with the aid of the analog-to-digital converter ADU2, the transmitter in stand-by mode monitors 25 the active transmitter 23 correct output of its predetermined current component I1. At the same time the transmitter detects 25 also the measurand and can thus check if the through the active transmitter 23 output current component I1 corresponds to the respectively output measurement signal. Dodges through the active transmitter 23 output current component I1 in an impermissible manner from the predefined depending on the respective value of the measured variable portion, this is the transmitter 25 that monitors, detects and corrects a correct output. To compensate for the detected deviation of the impressed by the current source Q2 in the common two-wire line current I2 is adjusted accordingly. Falls the previously active transmitter 23 in a state "fault current", ie it outputs a current that is less than the minimum value 2 mA, so also recognizes the transmitter 25 and changes from stand-by mode to active mode, thus taking over the function of the measured value transmission that was previously the transmitter 23 held. In turn, a correct measured value is immediately available on the common two-wire cable. The transmitter communicates via digital communication using the K2 communication unit 25 then a central controller with that in the transmitter 23 an error has occurred.

Alternativ oder ergänzend zu der beschriebenen Überwachung des aktiven Messumformers 23 durch den Messumformer 25, der sich im Stand-by-Betrieb befindet, anhand einer Strommessung mit Hilfe des Widerstands R2 und des Analog-Digital-Umsetzers ADU2 kann die Überwachung des Messumformers 23 auf korrekte Ausgabe eines dem jeweiligen Messwert entsprechenden, vorbestimmten Anteils des eingeprägten Stroms durch in den Messumformer 23 integrierte Mittel zur Eigendiagnose erfolgen. Wird bei dieser Eigendiagnose ein Fehler im Messumformer 23 festgestellt, so wird eine Fehlermeldung durch digitale Kommunikation mit der Kommunikationseinheit K1 über die gemeinsame Zweidrahtleitung an eine zentrale Steuerung sowie an den bisher im Stand-by-Betrieb befindlichen Messumformer 25 ausgegeben. Daraufhin übernimmt der Messumformer 25 die Funktion des aktiven Messumformers der redundanten Anordnung, die bisher der Messumformer 23 innehatte. Alternativ zur digitalen Kommunikation über die gemeinsame Zweidrahtleitung kann selbstverständlich eine bidirektionale Steuerleitung 32 zwischen den beiden Messumformern 23 und 25 zur gegenseitigen Mitteilung eines Fehlers vorgesehen werden. Eine derartige Steuerleitung ist in 1 als Steuerleitung 15 dargestellt.Alternatively or in addition to the described monitoring of the active transmitter 23 through the transmitter 25 , which is in stand-by mode, using a current measurement with the aid of the resistor R2 and the analog-to-digital converter ADU2 can monitor the transmitter 23 for correct output of a predetermined proportion of the impressed current corresponding to the respective measured value into the measuring transducer 23 integrated self-diagnosis means. Becomes an error in the transmitter with this self-diagnosis 23 determined, so an error message by digital communication with the communication unit K1 via the common two-wire line to a central controller and to the previously in standby mode transmitter 25 output. Then the transmitter takes over 25 the function of the active transmitter of the redundant arrangement that was previously the transmitter 23 held. As an alternative to digital communication via the common two-wire line, it goes without saying that a bidirectional control line can be used 32 between the two transmitters 23 and 25 be provided for mutual communication of a mistake. Such a control line is in 1 as a control line 15 shown.

Werden die Messwerte zusätzlich durch digitale Kommunikation über die Zweidrahtleitung übertragen, so können selbstverständlich auch diese auf ihre Korrektheit überwacht werden.Become the readings in addition through digital communication over transmit the two-wire line, so can Of course these too are monitored for their correctness become.

Zur Gewährleistung der Verfügbarkeit des Messumformers 25, der sich im Stand-by-Betrieb befindet, ist es vorteilhaft, wenn dieser Messumformer 25 in bestimmten Zeitabständen in den aktiven Zustand wechselt und gleichzeitig der Messumformer 23 in den Stand-by-Betrieb übergeht, d. h. die Funktion der beiden Messumformer 23 und 25 zyklisch getauscht wird. Durch digitale Kommunikation, die beispielsweise nach der HART-Spezifikation erfolgen kann, zeigt der jeweils aktive Messumformer, hier der Messumformer 23, dem im Standby-Betrieb befindlichen Messumformer, also dem Messumformer 25, den bevorstehenden Wechsel der Funktion an. Danach geht der bisher aktive Messumformer 23 in den Stand-by-Betrieb über und überwacht, ob der zuvor im Stand-by-Betrieb arbeitende Messumformer 25 in den aktiven Zustand wechselt. Selbstverständlich kann dieser Wechsel alternativ vom jeweils im Stand-by-Betrieb befindlichen Messumformer initiiert werden. Es ist zusätzlich sinnvoll, einen bestimmten Zyklus festzulegen, innerhalb dessen ein derartiger Funktionswechsel stattfinden soll, vorzugsweise ein Zeitraum von 24 Stunden mit einer Toleranz von 5 Minuten. Wenn der Wechsel nicht im vorgegebenen Zeitraum erfolgt, kann der jeweils im Stand-by-Betrieb befindliche Messumformer in den aktiven Betrieb umschalten, einen Fehler an eine zentrale Steuerung melden und selbst die Ausgabe eines dem jeweiligen Messwert entsprechenden Stroms in die gemeinsame Zweidrahtleitung übernehmen. Auch ein fehlerhafter Zeitgeber in einem aktiven Messumformer bleibt damit ohne Folgen, da gewährleistet werden kann, dass ein Funktionswechsel erfolgt und der Fehler erkannt und gemeldet wird, ohne dass die Messwertausgabe unterbrochen wird.To ensure the availability of the transmitter 25 who is in stand-by mode, it is beneficial if this transmitter 25 at certain intervals in the active state changes and at the same time the transmitter 23 goes into stand-by mode, ie the function of the two transducers 23 and 25 cyclically exchanged. Through digital communication, which can be done according to the HART specification, shows the active transmitter, here the transmitter 23 , the transmitter in standby mode, ie the transmitter 25 , the upcoming change of function. Then the previously active transmitter goes 23 in the standby mode and monitors whether the previously operating in standby mode transmitter 25 changes to the active state. Of course, this change can be initiated alternatively by each located in standby mode transmitter. In addition, it makes sense to specify a specific cycle within which such a function change should take place, preferably a period of 24 hours with a tolerance of 5 minutes. If the change does not occur in the specified time period, the transmitter in stand-by mode can switch to active mode, report an error to a central controller and even take over the output of a current corresponding to the respective measured value in the common two-wire line. Even a faulty timer in an active transmitter remains without consequences, since it can be ensured that a change of function takes place and the error is detected and reported without the measured value output being interrupted.

Durch die aktive Umschaltung zwischen den beiden Messumformern einer redundanten Anordnung kann mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass im Fall des Versagens eines Messumformers der jeweils andere Messumformer funktionsfähig ist.By the active switching between the two transmitters of a redundant Arrangement can be assumed with high probability that in case of failure of one transmitter the other one Transmitter functional is.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wurde eine redundante Anordnung mit zwei Messumformern ausführlich beschrieben. Die Erfindung ist selbstverständlich in entsprechender Weise bei redundanten Anordnungen mit Feldgeräten anderen Typs, die einen Stromausgang aufweisen, anwendbar.In the embodiment shown A redundant arrangement with two transmitters has been described in detail. The invention is self-evident in a similar way in redundant arrangements with field devices of another type, which have a current output applicable.

Claims

Redundant arrangement of field devices with current output, characterized in that - at least a first field device ( 7 ) and a second field device ( 8th ) are provided, which are connected to a common two-wire line ( 9 ) can be connected to output a measurement signal as current impressed into the two-wire line (I), - that means (R2, ADU2) for monitoring the first field device ( 7 ) are present for correct output of a predetermined portion (I1) of the impressed current and - that in the second field device ( 8th ) Means (Q2, DAU2) for correcting the in the two-wire line ( 9 ) are present when, when monitoring the first field device ( 7 ) an error has been detected.

Redundant arrangement according to claim 1, characterized that the impressed in the two-wire line current to the 4-20 mA standard corresponds and that the current portion of the field devices in error-free operation is at least 2 mA.

Redundant arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the two field devices transmitter ( 23 . 25 ) are for the same measurand (P; T) and that the means (R2, ADU2) for monitoring the first field device ( 23 ) are configured for correct output of the predetermined current component (I1) for checking whether the respectively output component (I1) of the current signal (I) corresponds to the current measured value.

Redundant arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first field device ( 23 ) itself contains the monitoring means and the second field device ( 25 ) reports an error when appearing.

Redundant arrangement according to claim 4, characterized in that the two field devices ( 7 . 8th ) by at least one control line ( 15 ) and that the first field device ( 7 ) the second field device ( 8th ) the error by a signal on the control line ( 15 ) reports.

Redundant arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the two field devices ( 7 . 8th ) each have a HART interface over which messages can be transmitted by digital communication.

Redundant arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that means (S2) are present, by which a current injection of the first field device ( 23 ) is interruptible when an error occurs.

Redundant arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the functions of the first field device ( 23 ) and the second field device ( 25 ) are cyclically interchangeable.

Field device for a redundant arrangement of field devices with power supply, in which at least a first field device ( 7 ) and a second field device ( 8th ) to a common two-wire line ( 9 ) for outputting a measurement signal as in the two-wire line ( 9 ) impressed current (I) are connected, characterized in that the field device ( 7 . 8th ) with means for monitoring the first field device ( 7 ) on correct output of a predetermined portion of the impressed current and with means for correcting the in the two-wire line ( 9 ) is provided when an error has been detected during the monitoring of the first field device.