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Die
Erfindung betrifft ein dem lösbaren
elektrischen Verbinden eines programmierbaren Feldgeräts mit einem
Feldbus oder mit einem Programmiergerät dienendes Steckkupplungssystem.
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In
der Prozeß-Automatisierungstechnik
werden zur Erzeugung von Prozeß-Meßgrößen repräsentierenden,
analogen oder digitalen Meßsignalen oder
Meßwerten
Feldmeßgeräte, insb.
Zwei- oder Vierdraht-Geräte,
eingesetzt. Bei den zu erfassenden Prozeß-Meßgrößen kann es sich z.B. um einen Massendurchfluß, einen
Füllstand,
einen Druck, eine Temperatur etc., die mittels entsprechender Meßaufnehmer
erfaßt
werden, oder um eine Stellgröße, beispielsweise
einen momentanen Ventilhub oder einen momentanen Drehwinkel, handeln.
Beispielweise sind in der WO-A 98/44 317, der WO-A 98/20 469, der
WO-A 98/14 850, der WO-A 97/94 017, der WO-A 97/07 444, der WO-A
96/41 135, der WO-A 96/05 484, der EP-A 1 207 373, der EP-A 1 108
984, der EP-A 928 974, der EP-A 780 665, der US-A 65 68 279, der
US-A 6330 517, der US-A 58 76 122, der US-A 58 29 876, der US-A
58 25 664, der US-A 58 12 428, der US-A 57 64 928, der US-A 57 64
891, der US-A 57 54 596, der US-A 55 73 032, der US-A 56 39 970,
der US-A 54 95 769, der US-A 54 85 400, der US-A 54 81 200, der
US-A 52 53 511, der US-A 49 26 340 solche Feldgerät beschrieben
mit einer Feldgeräte-Elektronik
zum Erzeugen von eine Prozeßmeßgröße repräsentierenden
Meßsignalen.
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Feldmeßgeräte der beschriebenen
Art weisen üblicherweise
einen Meßaufnehmer
zum Erfassen wenigstens einer Prozeß-Meßgröße und einen zumindest im Betrieb
mit dem Meßaufnehmer
verbundenen Transmitter zum Erzeugen von entsprechender Meßwerten
der erfaßten
Prozeß-Meßgröße auf. Über ein
in entsprechender Weise mit dem Transmitter elektrisch verbundenes Datenübertragungs-System
können
die Meßwerte
dann an ein übergeordnetes
Prozeß-Leitsystem
gesendet werden. Mittels im Prozeß-Leitsystem entsprechend vorgesehenen
Prozeß-Leitrechner
werden die übertragenen
Meßwerte
weiterverarbeitet und in geeigneter Weise als Meßergebnisse ausgegeben, z.B.
auf Monitoren visualisiert, und/oder in Steuersignale für Prozeß-Stellglieder,
wie z.B. Magnet-Ventile, Elektro-Motoren etc., umgewandelt.
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Elementarer
Bestandteil eines jeden Datenübertragungs-Systeme
ist ein entsprechender Feldbus, der mit den eingebundenen Feldgeräten über entsprechende
Bus-Verbindungskabel elektrisch verbunden ist. Als geeignete Feldbus-Systeme
sind beispielhaft PROFIBUS-PA, FOUNDATION FIELDBUS, CAN-BUS oder
dergleichen in Verbindung mit entsprechenden Schnittstellen, wie
z.B. Standard-Schnittstellen RS 232 oder RS 485, zu nennen.
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Zum
lösbaren
elektrischen Verbinden von Feldgeräten mit dem Feldbus haben sich
zahlreiche Steckkupplungssysteme etabliert, beispielsweise mehrpolige
Steckkupplungssysteme mit dem Fachmann geläufigen Kupplungssteckern vom
Typ M 12 x 1 oder auch 7/8".
Steckkupplungssysteme der beschrieben Art sind u.a. in der DE-A
100 20 191, der DE-U- 87 06 150, der DE-U- 87 06 148, der DE-U 86 13
225 oder der DE-U 86 13 221 beschrieben und umfassen zumeist einen
mit einem transmitter-seitigen Ende des Bus-Verbindungskabels verbundenen, beispielsweise
als Steckerteil ausgeführten,
Kupplungskörper
mit zwei oder mehr Kontakt-Elementen, die jeweils mit einem Leitungsdraht
des Bus-Verbindungskabels dauerhaft galvanisch verbunden sind. Darüber hinaus
weisen solche Steckkupplungssysteme einen transmitter-seitig angeordeneten
Kupplungskörper
mit wenigstens zwei oder mehr Kontakt-Elementen auf, die dauherhaft
mit dem Transmitter verbunden sind.
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Die
beiden Kupplungskörper
sind dazu geeignet, miteinander mechanisch lösbar so verbunden zu werden,
daß jedes
der Kontakt-Elemente des einen Kupplungskörpers jeweils eines der Kontakt-Elemente
des anderen Kupplungskörpers
kontaktiert, wodurch die Leitungsdrähte des angeschlossenen Bus-Verbindungskabels
auch jeweils mit einem Kontakt-Element
des transmitter-seitigen Kupplungskörpers galvanisch verbunden
werden. Die Kontakt-Elemente des transmitter-seitigen Kupplungskörpers, der
wie beispielsweise auch in der US-D 471 831 oder US-D 471 829 dargestellt,
als Kupplungsbuchse oder -dose ausgeführt sein kann, sind überwiegend als
Kontakstifte ausgebildet. Dementsprechend sind die Kontakt-Elemente
des mit dem Bus-Verbindungskabel verbundenen Kupplungskörpers Kontaktbuchsen,
von denen jede geeignet ist, jeweils einen der beiden Kontakstifte
des transmitter-seitigen Kupplungskörpers aufzunehmen.
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Üblicherweise
weisen derartige Steckkupplungssysteme zudem entsprechend geeignete
Mittel auf, die ein ungewolltes Lösen der beiden verbundenen
Kupplungskörper
verhindern sollen, beispielsweise einen Schraubverschluß mit Übennrurfmutter, vgl.
hierzu auch die DE-A 100 20 191 oder die DE-U 86 13 221. Darüberhinaus
sind in solchen Steckkupplungssystem üblicherweise Mittel vorgesehen,
die ein falsches Anschließen
des Bus-Verbindungskabels sicher verhindern. Beispielsweise können an
einem Kupplungskörper
in Steckrichtung gesehen axial verlaufende Nuten eingeformt sein,
die mit in entsprechender Weise am anderen Kupplungskörper angeformten
Nasen korrespondieren.
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Neben
der primären
Funktion, nämlich
der Erzeugung von Meßsignalen,
weisen moderne Feldgeräte
zahlreiche weitere Funktionalitäten
auf, die ein effizientes und sicheres Führen des zu beobachtenden Prozesses
unterstützen.
Dazu zählen
u.a. solche zusätzlichen
Funktionen, wie die Eigenüberwachung
des Feldgerätes,
das Abspeichern von Meßwerten,
das Erzeugen von Steuersignalen für Stellglieder, etc. Aufgrund
dieser hohen Funktionalität
der Feldgeräte
können
in zunehmendem Maße Prozeß leitende
Funktionen in die Feld-Ebene verlagert und somit die Prozeßführungs-Systeme
entsprechend dezentral organisiert werden. Ferner betreffen diese
zusätzlichen
Funktionalitäten
z.B. auch die Inbetriebnahme des Feldgerätes sowie dessen Anbindung
an das Datenübertragungs-System.
Diese und ggf. auch noch weitere Feldgeräteunktionen sind, wie beispielsweise
auch den eingangs erwähnten
WO-A 98/44 317, WO-A 98/20 469, WO-A 98/14 850, WO-A 97/94 017,
WO-A 97/07 444, WO-A 96/41 135, WO-A 96/05 484, EP-A 1 207 373,
EP-A 1 108 984, der EP-A 928 974, EP-A 780 665, der US-A 65 68 279, der
US-A 6330 517, US-A 58 76 122, US-A 58 29 876, US-A 58 25 664, US-A
58 12 428, US-A 57 64 928, US-A 57 64 891, der US-A 57 54 596, US-A
55 73 032, US-A 56 39 970, US-A 54 95 769, US-A 54 85 400, US-A
54 81 200, US-A 52 53 511, US-A 49 26 340 gezeigt, mittels einer
Feldgeräte-Elektronik realisiert,
die einen Mikro-Computer mit entsprechenden Datenspeicherschaltung
und in diese implementierte Software umfaßt.
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Die
Software kann vor oder während
der Inbetriebnahme des Feldgerätes
in einen permanenten Speicher, z.B. einen PROM oder einen nicht-flüchtigen,
persistenten Speicher, z.B. eine EEPROM, des Mikro-Computers einprogrammiert
und ggf. für
den Betrieb des Feldgerätes
in einen flüchtigen
Speicher, z.B. einen RAM, geladen werden. Somit ist können allfällige Rekonfigurationen
der in der Feldgeräte-Elektronik
implementierten Funktionen in überwiegendem
Maße durch
einfache Änderungen
der gespeicherten Software vorgenommen werden. Diese Änderungen
können
dabei z.B. Änderungen
einzelner Medgeräte-Parameter
aber auch das Laden von kompletten Auswerte-Prograummen umfassen.
Bei der Verwendung von nichtflüchtigen
Speicher-Elementen zum Speichern der Software besteht eine Möglichkeit
zur Rekonfiguration der Feldgeräte-Elektronik
beispielsweise darin, die geänderte
Software von einem Massespeicher, z.B. einer Diskette, einer CD-ROM
oder einem Magnetband, und/oder via Download-Bus in einen flüchtigen
Speicher der Signalverarbeitungs-Einheit, z.B. in einen RAM, herunterzuladen.
Daran anschließend
kann die entsprechend zu ändernde
Software wie beispielsweise in der EP-A 1 108 984 beschrieben durch
die im flüchtigen
Speicher befindliche Software ersetzt werden.
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Sowohl
das Laden der Software als auch deren Rekonfigurationen können beispielsweise
mittels eines speziellen Programmiergeräts vor Ort vorgenommen werden,
das über
ein entsprechendes Geräte-Verbindungskabel
zeitweise an das Feldgerät angeschlossen
ist.
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Zum
lösbaren
Verbinden des Programmiergeräts
mit dem Transmitter ist entweder neben dem oben erwähnten Steckkuplungssystem
ein zwischen Transmitter und Programmiergerät eingesetztes, zusätzliches
Steckkuplungssystem vorgesehen, das einen weiteren transmitter-seitigen
Kupplungskörper umfaßt, der
ebenfalls mit einem komplementären,
an einem transmitter-seitigen Ende des Geräte-Verbindungskabels elektrisch
angeschlossenen Kupplungskörper
zusammengeführt
werden kann, oder wird, wie insb. bei Zweidraht-Geräten üblich, das
Geräte-Verbindungskabel
parallel zum Bus-Verbindungskabel, beispielsweise direkt darauf,
geklemmt.
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In
immer zunehmenderem Maße
sind Feldgeräte
der beschriebenen Art als Zweidraht-Geräte ausgeführt, so daß also sowohl die Energieversorgung
des Feldgeräts
als auch die Signalübertragung hin
zum Feldbus über
ein und dieselbe Zweidraht-Leitung erfolgen kann. Darüber hinaus
ist festzustellen, daß auch
bestehende Anwendungen mit beispielsweise Vierdraht-Geräten, bei
denen also die Energieversorgung des Feldgeräts und die Signalübertragung
zum Feldbus über
zwei voneinander getrennte Zweidraht-Leitungen erfolgt, zunehmend durch
Zweidraht-Geräte
ersetzt werden sollen.
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In
Anbetracht dessen, daß der
Installationsaufwand für
Feldgeräten,
insb. der der elektrischen Verkabelung, durchaus beträchtlich
sein kann – Kosten
in Höhe
des Einkaufspreises von Feldgeräten sind
hier keinesfalls ungewöhnlich – wäre es von
Vorteil, wenn die bereits verlegten Zuleitungen, jedenfalls aber
die Bus-Verbindungskabel,
weiter verwendet werden könnten
und nicht durch völlige
neue ersetzt werden müssen.
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Es
hat sich hierbei jedoch gezeigt, daß bei Verwendung der bereits
verlegten vier- oder mehradrigen Bus-Verbindungskabel für die einzubauenden Zweidraht-Geräte Nachteile
im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit oder auch die Potentialtrennung
erwachsen können.
Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit können z.B. dann auftreten, wenn
die elektrische Verbindung zwischen Programmier- und Feldgerät über denselben transmitter-seitgen
Kupplungskörper
hersgestellt werden soll, wie die elektrische Verbindung zwischen Feldbus
und Feldgerät.
Dies kann insb. auch dann der Fall sein, wenn die Transmitter der
Feldgeräte bzw.
die Steckkupplungssysteme so ausgeführt sind, daß das Anschließen des
Programmiergeräts
erst nach einem Trennen der Bus-Verbindungsleitung vom Transmitter
vorgenommen werden kann.
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Eine
Möglichkeit
zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit solcher Steckkupplungssystem
besteht z.B. darin, direkt im Steckkupplungssystem und/oder im Transmitter
zusätzlich
entsprechende Enstörfilter
oder potentialtrennnende Schaltungen einzubauen, was jedoch zu einem
erhöhten
Schaltungsaufwand und somit zu deutlich erhöhten Kosten führen würde.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, herkömmliche Steckkupplungssysteme
für Feldgeräte dahingehend
zu verbessern, daß auch bei
Verwendung ein und desselben transmitter-seitigen Kupplungskörpers zum
alternativen Anschließen des
Feldbusses oder des Programmiergeräts eine nach wie vor hohe Güte im Hinblick
auf die elektromagnetische Verträglichkeit
und die Potentialtrennung auf sehr einfache Weise sichergestellt
werden kann.
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Zur
Lösung
der Aufgabe besteht die Erfindung in einem dem lösbaren elektrischen Verbinden eines
programmierbaren Feldgeräts
mit einem Feldbus oder mit einem Programmiergerät dienenden Steckkupplungssystem,
- – wobei
das Feldgerät
einen Meßaufnehmer
zum Erfassen wenigstens einer Prozeßgröße und einen zumindest im Betrieb
mit dem Meßaufnehmer verbundenen
Transmitter zum Erzeugen von Meßwerten
von der erfaßten
Prozeßgröße aufweist,
und
- – wobei
der Transmitter zumindest zum Senden erzeugter Meßwerte an
den Feldbus mittels eines mehrere Leitungsdrähte aufweisenden Bus-Verbindungskabel
mit dem Feldbus elektrisch verbunden ist und zumindest zum Empfangen
von seitens des Programmiergeräts
erzeugten Parametrierdaten mittels eines Geräte-Verbindungskabels mit dem
Programmiergerät
elektrisch verbunden ist,
welches Steckkupplungssystem
umfaßt: - – einen
mit einem transmitter-seitigen Ende des Bus-Verbindungskabels verbundenen
ersten Kupplungskörper
mit wenigstens
– einem
ersten Kontakt-Element, das mit einem ersten Leitungsdraht des Bus-Verbindungskabels,
insb. dauerhaft, galvanisch verbunden ist, und
– einem
zweiten Kontakt-Element, das mit einem zweiten Leitungsdraht des
Bus-Verbindungskabels, insb. dauerhaft, galvanisch verbunden ist,
- – einen
mit einem transmitter-seitigen Ende des Geräte-Verbindungskabels verbundenen
zweiten Kupplungskörper
mit wenigstens
– einem
ersten Kontakt-Element, das mit einem ersten Leitungsdraht des Geräte-Verbindungskabels,
insb. dauerhaft, galvanisch verbunden ist, und
– einem
zweiten Kontakt-Element, das mit einem zweiten Leitungsdraht des
Geräte-Verbindungskabels,
insb. dauerhaft, galvanisch verbunden ist, sowie
- – einen
transmitter-seitig angeordeneten dritten Kupplungskörper mit
wenigstens einem ersten, einem zweiten und einem dritten Kontakt-Element, welche
Kontakt-Elemente, insb. dauhehhaft, mit dem Transmitter verbunden
sind,
- – wobei
der dritte Kupplungskörper
dazu geeignet ist, wahlweise mit dem ersten Kupplungskörper oder
dem zweiten Kupplungskörper
mechanisch lösbar
so verbunden zu werden,
– daß jedes
der jeweils wenigstens zwei Kontakt-Elemente des ersten Kupplungskörpers bzw. des
zweiten Kupplungskörpers
jeweils eines der wenigstens drei Kontakt-Elemente des dritten Kupplungskörpers kontaktiert,
und
– daß die wenigstens
zwei Leitungsdrähte
des momentan angeschlossenen Verbindungskabels jeweils mit einem
Kontakt-Element des dritten Kupplungskörpers elektrisch verbunden
sind, und
- – wobei
die Kontakt-Elemente so gestaltet und so in den jeweils zugehörigen Kupplungskörpern angeordnet
sind, daß das
dritte Kontakt-Element des dritten Kupplungskörper zwar mit keinem der Leitungsdrähte des
Bus-Verbindungkabels,
jedoch mit wenigstens einem der Leitungsdrähte des Geräte-Verbindungkabels galvanisch
verbindbar ist.
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Nach
einer bevorzugten ersten Ausgestaltung der Erfindung sind das erste
Kontakt-Element sowie das zweite Kontakt-Element des dritten Kupplungskörpers als
Kontakstift und das erste Kontakt-Element sowie das zweite Kontakt-Element
des ersten Kupplungskörpers
als Kontaktbuchse ausgebildet, wobei jede der zwei Kontaktbuchsen
des ersten Kupplungskörpers
dazu geeignet ist, jeweils einen der beiden Kontakstifte des dritten
Kupplungskörpers
aufzunehmen.
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Nach
einer bevorzugten zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest
das erste Kontakt-Element des zweiten Kupplungskörpers ebenfalls als Kontaktbuchse
ausgebildet, die dazu geeignet ist, einen der beiden Kontakstifte
des dritten Kupplungskörpers
aufzunehmen.
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Nach
einer bevorzugten dritten Ausgestaltung der Erfindung weist das
dritte Kontakt-Element des dritten Kupplungskörpers in Kupplungsrichtung eine
Länge auf
die kleiner ist als eine jeweilige Länge von dessen ersten und zweiten
Kontakt-Element.
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Nach
einer bevorzugten vierten Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest
das zweite Kontakt-Element des zweiten Kupplungskörpers ebenfalls
als Kontaktstift ausgebildet, der dazu geeignet ist, das dritte
Kontakt-Element des dritten Kupplungskörpers zu kontaktieren.
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Nach
einer bevorzugten fünften
Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest das zweite Kontakt-Element
des zweiten Kupplungskörpers
derart federnd gelagert, daß es
unter Einwirkung des kontaktierenden dritten Kontakt-Element des
dritten Kupplungskörpers
zumindest in Kupplungsrichtung verschiebar ist und bei verbundenem
zweiten und dritten Kupplungskörper
zumindest in einer Endlage gegen das kontaktierende dritte Kontakt-Element
gedrückt
gehalten ist.
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Nach
einer bevorzugten sechsten Ausgestaltung der Erfindung weist der
erste Kupplungskörper wenigstens
ein, insb. zu dessen zweiten Kontakt-Element identisch ausgebildetes,
drittes Kontakt-Element auf.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltung der
Erfindung weist das Bus-Verbindungskabel einen mit dem Kontakt-Element
des ersten Kupplungskörpers
galvanisch verbundenen, insb. stillgelegten, dritten Leitungsdraht auf.
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Nach
einer bevorzugten siebenten Ausgestaltung der Erfindung weist der
zweite Kupplungskörper
wenigstens ein, insb. zu dessen zweiten Kontakt-Element identisch ausgebildetes, drittes
Kontakt-Element auf.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltung der
Erfindung weist das Geräte-Verbindungskabel
einen mit dem Kontakt-Element des zweiten Kupplungskörpers galvanisch
verbundenen dritten Leitungsdraht auf.
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Nach
einer bevorzugten achten Ausgestaltung der Erfindung weist der dritte
Kupplungskörper wenigstens
ein, insb. zu dessen dritten Kontakt-Element identisch ausgebildetes,
viertes Kontakt-Element auf.
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Nach
einer bevorzugten neunten Ausgestaltung der Erfindung sind die Kontakt-Elemente so gestaltet
und so in den jeweils zugehörigen
Kupplungskörpern
angeordnet, daß auch
das vierte Kontakt-Element des dritten Kupplungskörper zwar
mit keinem der Leitungsdrähte
des Bus-Verbindungkabels, jedoch mit wenigstens einem der Leitungsdrähte des
Geräte-Verbindungkabels
galvanisch verbindbar ist.
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß oftmals die Transmitter der
Feldgeräte
so ausgeführt sind,
daß das
Feldgerät
erst nachdem es "off-line" geschaltet, also
zumindest außer
Sende-Betrieb, vorzugsweise aber auch außer Meß-Betrieb, genommen worden
ist, umprogrammiert werden kann. Infolgedessen ist es möglich, zum
Anschließen
des Programmiergeräts
zunächst
eine Trennung des Transmittes vom Feldbus vorzunehemen und somit
den Steckplatz für
das Programmiergerät
frei zu machen. Ein Grundgedanke der Erfindung ist es daher, den transmitter-seitigen
Kupplungskörper
und den Kupplungskörper
des Geräte-Verbindungskabels
so auszubilden, daß sie
miteiander verbunden werden können,
wenn das Bus-Verbindungskable
vom Transmitter entfernt worden ist. Somit kann der Transmitter, insb.
zum Senden erzeugter Meßwerte
an den Feldbus, entweder mittels Bus-Verbindungskabel mit dem Feldbus
oder, insb. zum Empfangen von seitens des Programmiergeräts erzeugten
Parametrierdaten, mittels des Geräte-Verbindungskabels mit dem
Programmiergerät
elektrisch verbunden werden.
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Nachfolgend
werden die Erfindung sowie weitere Vorteile anhand von in den Figuren
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
erläutert. Gleiche
Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen;
falls es der Übersichtlichkeit
dienlich ist, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden
Figuren verzichtet.
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1 zeigt schematisch ein
Steckkupplungssystem zum lösbaren
elektrischen Verbinden eines programmierbaren Feldgeräts wahlweise
mit einem Feldbus oder mit einem Programmiergerät,
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2 zeigt schematisch ein
Ausführungsbeispiel
eines programmierbaren Feldgerät
mit einer Feldgeräte-Elektronik
und
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3a, 3b zeigen schematisch einen Kupplungskörper des
Steckkupplungssystem gemäß 1 in einer geschittenen
ersten und einer zweiten Seitenansicht.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiels
für Steckkupplungssystem 5 zum
lösbaren
elektrischen Verbinden eines programmierbaren Feldgeräts mit einem
Feldbus 2 oder mit einem Programmiergerät gezeigt. Der Transmitter 1 ist
zumindest zum Senden erzeugter Meßwerte an den Feldbus 2 mittels
eines mehrere Leitungsdrähte
aufweisenden Bus-Verbindungskabel 21 mit dem Feldbus 2 elektrisch
verbunden, während
er zumindest zum Empfangen von seitens des Programmiergeräts 6 erzeugten
Parametrierdaten mittels eines Geräte-Verbindungskabels 61 mit dem
Programmiergerät 6 elektrisch
verbunden ist. Sowohl beim Bus-Verbindungskabel 21 als
auch beim Geräte-Verbindungskabel 61 kann
es sich beispielsweise um herkömmlicher
Weise verwendete mehradrige Kupferkabel handeln.
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In
der 2 ist nach der Art
eines Blockschaltbildes ein Ausführungsbeispiel
eines Feldgerätes,
hier eines Feldmeßgeräts, dargestellt,
das dazu dient, wenigstens ein eine Prozeßmeßgröße x11, z.B. einen Füllstand
in einem Behälter,
einen Volumen- und/oder Massedurchfluß eines strömenden Fluids oder einen Druck,
einen pH-Wert und/oder eine Temperatur eines Mediums etc., repräsentierendes,
analoges oder digitales Meßsignal
x12 zu erzeugen.
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Zum
Senden von Daten, z.B. des Meßsignals
x12, an andere Verfahrens-Prozeß beobachtende
und/oder führende
Informations-Systeme, z.B. eine speicher-programmierbaren Steuerung und/oder
einen Prozeß-Leitrechner,
und/oder zum Empfangen von Daten, z.B. zum Empfangen von Einstellwerten,
umfaßt
der Transmitter 1 eine Feldgeräte-Elektronik, die mittels
einer entsprechenden Kommunikations-Schnittstelle 11 mit
dem externen Feldbus 2 gekoppelt ist. Derartige Bus-Systeme,
z.B. PROFIBUS-PA, FIELDBUS, CAN-BUS
etc., realisieren neben der erwähnten
Datenübertragung üblicherweise
auch die Energieversorgung der angeschlossenen Feldgeräte. Als
Kommunikations-Schnittstelle 11 können sowohl eine Zweileiter-Schnittstelle,
z.B. die Standard-Schnittstelle RS-485 oder eine (4 mA bis 20 mA)-Stromschleife, als
auch eine Mehrleiter-Schnittstelle, z.B. die Standard-Schnittstellen RS-422,
TTY etc., sowie die entsprechenden Übertragungsprotokolle dienen.
Je nach Ausführung
der Kommunikations-Schnittstelle 11 ist
das Feldgerät
entweder direkt oder via Remote-I/O-Module an Bus-System 2 anschließbar.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist an den Transmitter 1 zumindest
im Betrieb ferner ein auf die Prozeßgröße x11 reagierender Meßaufnehmer 3 angeschlossen.
Dieser Meßaufnehmer 3 dient
dazu, die Prozeßmeßgröße x11 zu erfassen und in ein diese repräsentierendes,
insb. analoges, Aufnehmer-Signal x31, z.B. einen Signalstrom, eine
Signalspannung oder in ein Frequenz-Signal, umzuwandeln. Meßaufnehmer 3 kann
z.B. ein Coriolis-Massedurchfluß-Aufnehmer,
ein magnetisch-induktiver Volumendurchfluß-Aufnehmer, ein Druck-Transmitter,
eine pH-Elektrodenanordnung, ein
Temperatur-Aufnehmer, ein Füllstands-Aufnehmer
etc. sein. Anstelle des Meßaufnehmers
kann das Feldgerät
beispielsweise aber auch einen vom Transmitter gesteuerten Aktor,
wie z.B. ein Stellventil oder einen Elektromotor, sowie entsprechende
Stellwertgeber zum Erzeugen eines entsprechenden Stell-Signal aufweisen.
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Das
vom Meßaufnehmer 3 erzeugte
Aufnehmer-Signal x31 wird gemäß 2 einer Konverter-Schaltung 13 der
Feldgeräte-Elektronik 1 eingangsseits
angelegt, welche Konverter-Schaltung 13 dazu dient, das
Aufnehmer-Signal x31 in ein digitales Aufnehmer-Signal x32 umzuwandeln.
Dazu wird das Aufnehmer-Signal x31 ggf. in der dem Fachmann bekannte
Weise anti-aliasinggefiltert, abgetastet, gehalten und mittels entsprechender
A/D-Umsetzer digitalisiert. Das digitale Aufnehmer-Signal x32 ist
ausgangsseits der Konverter-Schaltung 13 über einen adressierbaren
Signal-Port an einen Daten-Bus eines internen Bus-Systems 12 der
Feldgeräte-Elektronik 1 angelegt.
Selbstverständlich
kann neben dem via Konverter-Schaltung 13 an das interne Bus-System 12 angeschlossenen
Meßaufnehmer 3 oder
anstelle desselben auch ein weiteres, insb. Meßdaten sendendes, Feldgerät über eine
entsprechende Schnittstelle an das interne Bus-System 12 angeschlossen
sein.
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Neben
der Digitalsierung des Aufnehmer-Signals x31 dient die Feldgeräte-Elektronik ferner
dazu, das digitale Aufnehmer-Signal x32 in das Meßsignal
x12 umzuwandeln sowie dem Daten-Austausch dienende Übertragungs-Protokolle
zu generieren. Ferner liefert die Feldgeräte-Elektronik ggf. auch der Ansteuerung,
insb. der elektrischen oder elektro-mechanischen Anregung, des Meßaufnehmers 3 dienendene
Steuer-Signale.
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Die
Feldgeräte-Elektronik
ist bevorzugt in einem einzigen Transmitter-Gehäuse 10 untergebracht;
sie kann z.B. auch bei modular ausgeführten Feldgeräten mit
einem Meßaufnehmer-Modul
und mit einem Signal-Auswerte-Modul, auf beide Module verteilt angeordnet
sein.
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Während der
Betriebszeit von Feldgeräten der
beschriebenen Art werden üblicherweise
seitens des Anwenders und/oder seitens des Herstellers ein oder
mehrere Änderungen
von dem Betreiben des Feldgerätes
dienenden, in der Feldgeräte-Elektronik implementierten
Signalverarbeitungs-Routinen veranlaßt. Die Änderungen köpnnen z.B. Rekalibrierungen
der Feldgeräte-Elektronik,
Verbesserungen implementierter Auswerte-Verfahren und/oder Modifikationen
von Übertragungs-Protokollen
umfassen. In modernen Feldgeräten
sind daher solche Signalverarbeitungs-Routinen, für die entsprechende Änderungen
zu erwarten sind, üblicherweise
als Software persistent abgespeichert. Persistent bedeutet, daß die Software
einerseits, insb. auch nach einem durch einen Ausfall der Energieversorgung
bedingten Neustart der Feldgeräte-Elektronik,
gelesen und somit ausgeführt
werden kann; andererseits kann die Software auch, insb. zum Rekonfigurieren
der Feldgeräte-Elektronik,
umprogrammiert werden.
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Gemäß 2 umfaßt die Feldgeräte-Elektronik
daher des weiteren eine Steuer-Schaltung 14 mit
wenigstens einem Mikroprozessor 141, der bevorzugt via
Bus-System 12 Zugriff
auf das digitale Aufnehmer-Signal x32 sowie auf in einer nicht-flüchtigen
Datenspeicher-Schaltung 15 der Feldgeräte-Elektronik persistent gespeicherte
Software hat. Ferner können
auch extern ablaufende, via Feldbus 2 mit der Feldgeräte-Elektronik
kommunizierenden Prozesse auf die Datenspeicher-Schaltung 15 Daten schreibend
und/oder Daten lesend und somit auch auf die gespeicherte Software
zugreifen.
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Die
Datenspeicher-Schaltung 15 kann z.B. mittels eines einzigen
EEPROM-Schaltkreises
oder mittels mehrerer EEPROM-Schaltkreise realisiert sein. Selbstverständlich können auch
andere dem Fachmann bekannte nichtflüchtige Speicher-Schaltkreise
wie z.B. FlashEEPROM-, EPROM- und/oder CMOS-Schaltkreise für die Datenspeicher-Schaltung 15 verwendet
werden.
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Zur
Realisierung von schnellen, insb. in Echt-Zeit ablaufenden, Signalverabeitungs-Routinen umfaßt die Feldgeräte-Elektronik
bevorzugt eine als Arbeitsspeicher dienende flüchtige Datenspeicher-Schaltung 16 von
geringer Zugriffszeit, in die häufig
auszuführende
Programm-Codes der Software z.B. aus der Datenspeicher-Schaltung 15 geladen werden
können.
Die Datenspeicher-Schaltung 16 kann z.B. über das
interne Bus-System 12 an die Steuer-Schaltung 14 angekoppelt
und/oder als Cachspeicher direkt in die Steuer-Schaltung 14 integriert sein.
Als Datenspeicher-Schaltung 16 können z.B. statische und/oder
dynamische RAM-Schaltkreise verwendet werden. Ferner umfaßt die Feldgeräte-Elektronik
eine Energiespeicher-Elektronik 17. Diese dient bevorzugt
dazu, eine für
wenigstens einen Daten schreibenden Zugriff auf die Datenspeicher-Schaltung 15 erforderliche
Energie, insb. auch während
eines Ausfalls der via Bus-System 2 realisierten Energieversorgung,
vorzuhalten.
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Die
in der Datenspeicher-Schaltung 15 abgelegte Software umfaßt wenigstens
einen Programm-Code, der eine aktuelle Konfiguration der Feldgeräte-Elektronik 1 repräsentiert
und einen Speicherbereich 151 der Datenspeicher-Schaltung 15 belegt.
Als Programm-Code können
vollständige Programme,
z.B. das Meßsignal
x12 erzeugende Signalverarbeitungs-Routinen,
einzelnen Programm-Schritte, und/oder als Programm-Parameter codierte
Kalibrier-Daten für
das Feldgerät
dienen. Des weiteren können
auch zur Realisierung von Kommunikations-Schnittstellen und/oder
zum Treiben peripherer Anzeige- und Bedienelemente dienende Routinen
als Programm-Code in der Datenspeicher-Schaltung 15 abgelegt sein.
Programm-Codes der beschriebenen Art können sowohl seitens des Herstellers
als auch seitens des Anwenders, insb. während oder nach der Inbetriebnahme
des Feldgerätes,
generiert und in die Datenspeicher-Schaltung 15 implementiert
worden sein.
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Wie
in der 1 gezeigt umfaßt das Steckkupplungssystem 5 einen
mit einem transmitter-seitigen Ende des Bus-Verbindungskabels 21 verbundenen
ersten Kupplungskörper 51 mit
wenigstens einem ersten Kontakt-Element 511, das mit einem
ersten Leitungsdraht 211 des Bus-Verbindungskabels 21,
insb. dauerhaft, galvanisch verbunden ist, und mit wenigstens einem
zweiten Kontakt-Element 512, das mit einem zweiten Leitungsdraht 212 des
Bus-Verbindungskabels 21,
insb. dauerhaft, galvanisch verbunden ist. Als Kupplungskörper 51 kann
beispielsweise ein herkömmlicher
Kupplungssteckern vom Typ M 12 x 1 oder auch 7/8" dienen. Als Kupplungskörper 51 kann
aber auch eine Steckverbindung, wie beispielsweise sie auch in der
DE-A 100 20 191 gezeigt ist, oder aber auch ein Kupplungsstecker
verwendet werden, wie er beispielsweise auch in der DE-U 87 06 150
oder der DE-U 87 06 148 beschrieben worden ist.
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Weiters
umfaßt
das Steckkupplungssystem 5 einen mit einem transmitterseitigen
Ende des Geräte-Verbindungskabels 61 verbundenen
zweiten Kupplungskörper 52 mit
wenigstens einem ersten Kontakt-Element 521, das mit einem
ersten Leitungsdraht 611 des Geräte-Verbindungskabels 61,
insb. dauerhaft, galvanisch verbunden ist, und mit wenigstens einem
zweiten Kontakt-Element 522, das mit einem zweiten Leitungsdraht 612 des
Geräte-Verbindungskabels 61,
insb. dauerhaft, galvanisch verbunden ist. Schließlich ist
beim erfindungsgemäßen Steckkupplungssystem 5 transmitter-seitig
ein dritter Kupplungskörper 53 mit
wenigstens einem ersten, einem zweiten und einem dritten Kontakt-Element 531, 532 und 533 vorgesehen,
wobei die Kontakt-Elemente 531, 532, 533,
insb. dauhehhaft, mit dem Transmitter 1 verbunden sind.
Der Kupplungskörper 53 kann, wie
auch in der 1 dargestellt,
direkt am Transmitter-Gehäuse 10 angebracht
oder auch in dieses eingelassen sein.
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Der
transmitter-seitige Kupplungskörper 53 ist
erfindungsgemäß dazu geeignet,
wahlweise mit dem feldbus-seitigen Kupplungskörper 51 oder dem Kupplungskörper 52 mechanisch
lösbar
verbunden zu werden, und zwar so, daß jedes der jeweils wenigstens
zwei Kontakt-Elemente 511, 512 bzw. 521, 522
des Kupplungskörpers 51 bzw.
des Kupplungskörpers 52 jeweils
eines der wenigstens drei Kontakt-Elemente 531, 532 bzw. 533 des
transmitter-seitige Kupplungskörpers 53 kontaktiert,
und daß die wenigstens
zwei Leitungsdrähte 211, 212 bzw. 611, 612 des
momentan angeschlossenen Verbindungskabels 21 bzw. 61 jeweils
mit einem Kontakt-Element des transmitter-seitige Kupplungskörpers 53 elektrisch
verbunden sind. Zudem sind die Kontakt-Elemente so gestaltet und so in den
jeweils zugehörigen Kupplungskörpern angeordnet,
daß das
dritte Kontakt-Element 533 des transmitter-seitigen Kupplungskörper 53 zwar
mit keinem der Leitungsdrähte 211, 212 des
Bus-Verbindungskabels 21,
jedoch mit wenigstens einem der Leitungsdrähte 611, 612 des Geräte-Verbindungskabels 61 galvanisch
verbindbar ist.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das dritte Kontakt-Element 533 des transmitter-seitigen
Kupplungskörpers 53 dafür, wie in 1 und 3b dargestellt, axial in Steckrichtung
gesehen eine Länge
auf, die kleiner ist als eine jeweilige Länge von dessen ersten und zweiten
Kontakt-Element 531, 532.
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Für den Fall,
daß es
sich beim Bus-Verbindungskabel 21 um ein mehradriges Kabel und beim Kupplungskörper, wie
bereits erwähnt,
um einen dementsprechend angeschlossenen mehrpoligen Kupplungsstecker,
beispielsweise vom Typ M 12 x 1 oder 7/8", handelt, kann somit auf sehr einfache
Weise trotzdem vermieden werden, daß Potentiale in unerwünschter
Weise über
still gelegte, also betriebsgemäß potentialfreie,
Kontakt-Elemente oder still gelegte Leitungsdrähte des Steckkupplungssystem 5 geführt werden.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der demgemäß der feldbus-seitige Kupplungskörper 51 wenigstens
ein, insb. zu dessen Kontakt-Element 512 identisch
ausgebildetes, drittes Kontakt-Element 513 auf, das ggf.
mit einem dritten Leitungsdraht 213 des Bus-Verbindungskabels 21 verbunden
sein kann.
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Nach
einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist auch
zweite Kupplungskörper 52 wenigstens
ein, insb. zu dessen Kontakt-Element 523 identisch ausgebildetes,
drittes Kontakt-Element 523 auf, das ggf. mit einem dritten
Leitungsdraht 613 des Geräte-Verbindungskabels 61 verbunden
sein kann. Ferner weist der transmitter-seitige Kupplungskörper 53,
wie auch in 3a schematisch
dargestellt, wenigstens ein, insb. zu dessen Kontakt-Element 533 identisch
ausgebildetes, viertes Kontakt-Element 534 auf, wobei die
Kontakt-Elemente des Steckkupplungssystems 5 so gestaltet
und so in den jeweils zugehörigen
Kupplungskörpern 51, 52, 53 angeordnet
sind, daß auch
das vierte Kontakt-Element 534 des transmitter-seitigen Kupplungskörpers 53 zwar
mit keinem der Leitungsdrähte 211, 212, 213 des
Bus-Verbindungskabels 21, jedoch mit wenigstens einem der
Leitungsdrähte 611, 612, 613 des
Geräte-Verbindungkabels 61 galvanisch
verbindbar ist.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind, wie in 1 dargestellt, das erste
sowie auch das zweite Kontakt-Element 531, 532 des
transmitterseitigen Kupplungskörpers 53 als
Kontakstift und das erste sowie auch das zweite Kontakt-Element 511, 512 des
feldbus-seitigen Kupplungskörpers 51 als
Kontaktbuchse ausgebildet, wobei jede der zwei Kontaktbuchsen des
feldbusseitigen Kupplungskörpers 51 dazu
geeignet ist, jeweils einen der beiden Kontakstifte des transmitter-seitigen
Kupplungskörpers 53 aufzunehmen.
Darüber
hinaus ist zumindest das erste Kontakt-Element 521 des
Kupplungskörpers 52 nach
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ebenfalls als Kontaktbuchse
ausgebildet, die dazu geeignet ist, einen der beiden Kontakstifte
des transmitter-seitigen Kupplungskörpers 53 aufzunehmen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung
ist überdies
zumindest das zweite Kontakt-Element 522 des Kupplungskörpers 52 ebenfalls
als Kontaktstift ausgebildet, der dazu geeignet ist, das dritte
Kontakt-Element 533 des transmitter-seitigen Kupplungskörpers 53 zu
kontaktieren.
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Zur
Verbesserung der Kontaktgabe zwischen dem zweiten Kontakt-Element 522 des
Kupplungskörpers 52 und
dem dritten Kontakt-Element 533 des transmitter-seitigen
Kupplungskörpers 53 ist zumindest
das Kontakt-Element 522 derart federnd gelagert, daß es unter
Einwirkung des kontaktierenden Kontakt-Elements 533 zumindest
in Kupplungsrichtung axial verschiebar ist und bei miteiander verbundenen
Kupplungskörpern 52, 53 zumindest
in einer Endlage, beispielsweise durch ein am distalen Ende des
zweite Kontakt-Elements 522 angeordnetes
Federelement, gegen das kontaktierende dritte Kontakt-Element 533 gedrückt gehalten
ist. In gleicher Weise kann zudem auch das Kontakt-Element 521 des
Kupplungskörpers 52 federnd
gelagert sein um gegen das kontaktierende Kontakt-Element 531 gedrückt zu werden.
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Zur
Vermeidung von ungewolltem Lösen zweier
miteinander verbundener Kupplungskörper kann am Steckkupplungssystem 5 z.B.
in der dem Fachmann bekannten Weise des weiteren ein Schraubverschluß mit jeweils
einer Überwurfmutter an
den Kupplungskörper 51, 52 vorgesehen
sein, vgl. hierzu auch die bereits erwähnten die DE-A 100 20 191 oder
die DE-U 86 13 221. Darüber
hinaus können
am Steckkupplungssystem 5 Mittel vorgesehen sein, die dem
Verhindern allfälliger
Verpolungen beim Zusammenstecken zweier Kupplungskörper dienen sollen.