DE19825824C2

DE19825824C2 - Intelligenter Zweileiter-Umsetzer

Info

Publication number: DE19825824C2
Application number: DE1998125824
Authority: DE
Inventors: Heinfried Hoffmann
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2000-06-08
Anticipated expiration: 2018-06-10
Also published as: DE19825824A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät gemäß dem Oberbegriff von An spruch 1.

Neben den elektrischen Feldgeräten, die allein die standardisierten elektrischen Einheitssignale, insbesondere das 4 bis 20 mA analoge Stromsignal, verwenden, gibt es heutzutage eine Reihe neuerer Feldgeräte, mit erweiterten Kommunikati onsmöglichkeiten. So haben Feldgeräte eine große Verbreitung gefunden, die in herkömmlicher Weise das 4 bis 20 mA Stromsignal beispielsweise als Zweileiter gerät verwenden und diesem Stromsignal ein hochfrequentes Signal zur Kommu nikation überlagern. Vor allem Geräte nach dem HART-Feld-Kommunikations- Protokoll (HART = Highway Addressable Remote Transducer) zur bidirektiona len Kommunikation über digitale Signale haben sich in diesem Bereich als Quasi standard etabliert. Die schnelle Verbreitung derartiger Feldgeräte ist vor allem in der Möglichkeit eines direkten Austausches bisheriger Feldgeräte nur für 4 bis 20 mA Stromsignale zu erklären. Zusätzlich bietet die neue Generation von Feldge räten eine vereinfachte Parametrisierung und eine verbesserte Überwachung zu den bisherigen Feldgeräten durch den Austausch von Statusmeldungen. Keine Vorteile werden jedoch bei der Installation von Leitungen erzielt. Ferner ist die maximale Geschwindigkeit der Kommunikation im Vergleich zu digitalen Bussy stemen langsam.

Auch rein digitale Feldbusgeräte sind auf dem Markt verfügbar, wobei die Anzahl der verschiedenen Feldbus-Systeme relativ groß ist. Beispielhaft seinen hier nur PROFIBUS DP, PROFIBUS PA, WORLDFIP, INTERBUS S, Control Net und CAN genannt. Alle bekannten Bussysteme haben ihren Einsatzbereich in einem speziellen Aufgaben- und Anwendungsbereich. Es existiert deswegen eine Viel zahl von Feldgeräten für verschiedene Bussysteme, die im allgemeinen nicht ge gen Feldgeräte eines anderen Bussystems ausgetausch werden können und keines falls bisherige Zweileitergeräte im direkten Vorortaustausch ersetzen können. Feldbusgeräte können zwar vergleichsweise schnell über einen Feldbus Daten austauschen und neue Überwachungsmöglichkeiten bieten, ihr Einsatz beschränkt sich jedoch auf meist völlig neu installierte Anlagen, in denen auch ein neues Pro zeßleitsystem aufgebaut wird, so daß die Verbreitung der Feldbusgeräte nur lang sam wächst.

Ein gattungsgemäßes elektronisches Feldgerät ist, beispielsweise, aus der DE 196 39 379 A1 bekannt. Dieses bekannte elektronische Gerät stellt jedoch einen Slave dar, der als Bindeglied zwischen einem Energieversorgungs- und Dateiübertra gungssystem und einem Aktor oder Sensor dient, wozu eine Trennung zwischen einem System- und Geräteanschluß einerseits und einem Versorgungsanschluß andererseits vorliegt, ohne daß jedoch eine bidirektionale Kommunikation zwi schen dem Datenübertragungssystem und dem Aktor oder Sensor über das elek tronische Gerät stattfindet.

Aus der DE 195 39 452 C1 ist ein Sensor-Aktuator-Bussystem bekannt, bei dem Busleitungen zweier Subsysteme über einen Repeater verbunden sind, über den wiederum Daten und Versorgungsspannung in getrennten Übertragungskanälen übertragen werden, ohne daß eine bidirektionale Kommunikation mit unterschied lichen Protokollen zwischen einem Prozeßleitsystem und digitalen Feldbusgeräten möglich ist.

Sowohl die DE 43 23 376 A1 als auch DE 42 36 310 A1 beschreiben Systeme zur Auskoppelung von Daten aus einem Stromversorgungsnetz.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das gattungsgemäße elektroni sche Gerät derart weiterzuentwickeln, daß ein Umsetzer zur Kommunikation zwi schen einem Prozeßleitsystem und einem digitalen Feldbusgerät vorliegt, um so den Einsatz von Feldbusgeräten in direktem Austausch gegen analoge Zweileiter feldgeräte, insbesondere mit überlagerter digitaler Kommunikation, zu ermögli chen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektronisches Gerät gemäß An spruch 1 gelöst.

Die Unteransprüche 2 bis 11 beschreiben bevorzugte Ausführungsformen des er findungsgemäßen elektronischen Gerätes.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, in der der Aufbau und die Funktionsweise dreier Ausführungsfor men gemäß der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Re gelkreises mit einem erfindungsgemäßen elektronischen Gerät;

Fig. 2 eine Darstellung gemäß Fig. 1 mit einer alternativen Ausführungs form eines Regelkreises mit einem erfindungsgemäßen elektroni schen Gerät; und

Fig. 3 eine Darstellung gemäß Fig. 1 mit einer weiteren Ausführungs form eines Regelkreises mit einem erfindungsgemäßen elektroni schen Gerät.

In der Anordnung gemäß Fig. 1 ist ein elektronisches Gerät dargestellt, das als ein Umsetzer 14 fungiert, der über ein erstes Leitungspaar 12, das im Betriebsfall ein analoges Stromsignal führt und sowohl zur Energieversorgung des Umsetzers 14 als auch zur Übertragung eines analogen Signals dient, mit einem Prozeßleitsy stem 10 verbunden. Der Umsetzer 14 arbeitet somit in bekannter Art und Weise nach dem Funktionsprinzip eines Zweileitergerätes. Gleichzeitig können über die ses erste Leitungspaar 12 dem Stromsignal überlagerte digitale Signale zur bidi rektionalen Kommunikation zwischen dem Umsetzer 14 und dem Prozeßleitsy stem 10, beispielsweise nach dem HART-Feld-Kommunikations-Protokoll, über mittelt werden. Ebenso günstig ist es, wenn der Umsetzer 14 einen Mikroprozes sor und auch einen Speicher aufweist, damit der Umsetzer 14 verschiedene Daten protokolle verstehen und erzeugen und weiterhin Regler- und/oder Überwa chungsaufgaben für ein digitales Feldgerät 18, 20 übernehmen kann. Der Umset zer 14 ist dabei über ein zweites Leitungspaar mit dem digitalen Feldgerät 18, 20 verbunden, so daß im Betriebsfall ein im wesentlichen konstantes analoges Strom signal zur Energieversorgung des digitalen Feldgeräts 18, 20 führt und gleichzeitig dem Stromsignal überlagerte digitale Signale zur bidirektionalen Kommunikation zwischen dem Umsetzer 14 und dem Feldgerät 18, 20 übermittelbar sind. Das di gitale Feldgerät ist, wie in Fig. 1 gezeigt, entsprechend seinen funktionalen Be standteilen aus einer Kommunikationseinheit 18 und einer Feldeinheit 20 zusam mengesetzt. Dabei kann das Feldgerät 18, 20, mit dem der Umsetzer 14 zusam menwirkt, vorteilhafterweise ein Stellungsregler sein.

In einer weiteren, in Fig. 2 gezeigten, vorteilhaften Ausführungsform zur Ver wendung eines erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes in Form eines Umset zers 14' ist dieses wieder über ein erstes Leitungspaar 12' mit einem Prozeßleitsy stem 10' und über ein zweites Leitungspaar 16' mit einer Kommunikationseinheit 18' verbunden, an die nun ein Regler 28' angeschlossen ist, der wiederum über zwei Leitungen sowohl mit einer Sensoreinheit 22' als auch mit einem Steuergerät 24' für ein Stellglied 26' verbunden ist. Dabei ist es günstig, wenn Hilfsenergie und Signale der Sensoreinheit 22' und dem Steuergerät 24' ebenfalls über jeweils zwei Leitungen gleichzeitig übertragen werden, so daß es vorteilhaft ist, auch hier das gleiche Protokoll wie zwischen dem Umsetzer 14' und der Kommunikations einheit 18' zu verwenden. Das bedeutet, daß die Sensoreinheit 22' und das Steuer gerät 24' im Betriebsfall mit einem im wesentlichen konstanten analogen Stromsi gnal oder konstanten analogen Spannungssignal als Hilfsenergie versorgt werden und gleichzeitig dem Stromsignal überlagerte digitale Signale zur Kommunikation empfangen. Die Kommunikation zwischen dem Regler 28', der Sensoreinheit 22' und dem Steuergerät 24' wird dabei besonders günstig bidirektional ausgeführt. Dies ermöglicht dem Regler 28' Überwachungs- und Diagnoseaufgaben zu über nehmen. Die Kommunikation zwischen dem Regler 28', der Sensoreinheit 22' und dem Steuergerät 24' kann natürlich auch nach einem anderen Protokoll als die zwischen dem Umsetzer 14' und der Kommunikationseinheit 18' erfolgen. Dies kann sowohl ein anderes Feldbusprotokoll als auch das HART-Feld- Kommunikations-Protokoll sein.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere alternative Anordnung mit einem erfindungsgemä ßen elektronischen Gerät, das als Umsetzer 14" fungiert, der wiederum über ein erstes Leitungspaar 12" mit einem Prozeßleitsystem 10" und über ein zweites Leitungspaar 16" mit einem Feldgerät 18", 30" verbunden ist, welches nunmehr einen Regler und ein Steuergerät in sich integriert hat und mit einer Sensoreinheit 22" sowie einem Stellglied 26" verbunden ist. Die Feldeinheit 30" kann durch die Integration von einem Regler und einem Steuergerät vor allem schneller auf das Stellglied 26" einwirken, da keine zusätzliche Umsetzung auf eine digitale Kom munikation zwischen dem Regler und dem Steuergerät notwendig ist.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere in einer Erhöhung der Flexibi lität, einer vereinfachten Lagerhaltung, einer möglichen Kombination von Feld busgeräten verschiedener Bussysteme und einer Möglichkeit, Regler- und Über wachungsaufgaben mit schneller Kommunikation zum Feldgerät in den Umsetzer zu integrieren.

Claims

1. Elektronisches Gerät (14, 14', 14"), das
über ein erstes Leitungspaar (12, 12', 12") mit einem Prozeßleitsystem (10, 10', 10") verbunden ist, wobei das erste Leitungspaar (12, 12', 12") im Betriebsfall analoge Stromsignale führt, die sowohl zur Energieversorgung des elektronischen Gerätes (14, 14', 14") als auch zur Kommunikation mit demselben dienen, und
über ein zweites Leitungspaar (16, 16', 16") mit einem Feldgerät (18, 20; 18', 28'; 18", 30") verbunden ist, wobei das zweite Leitungspaar (16, 16', 16") im Be triebsfall im wesentlichen konstante analoge Stromsignale zur Energieversorgung des Feldgeräts (18, 20; 18', 28'; 18", 30") führt,
dadurch gekennzeichnet, daß
das elektronische Gerät (14, 14', 14") als Zweileitergerät zur Kommunikation zwi schen dem Prozeßleitsystem (10, 10', 10") und dem digitalen Feldgerät (18, 20; 18', 28'; 18", 30") ausgelegt ist, und
über das erste und das zweite Leitungspaar (12, 12', 12", 16, 16', 16") jeweils gleichzeitig den analogen Stromsignalen überlagerte digitale Signale zur bidirek tionalen Kommunikation zwischen dem elektronischen Gerät (14, 14', 14") und einerseits dem Prozeßleitsystem (10, 10', 10") und andererseits dem Feldgerät (18, 20; 18', 28'; 18", 30") übermittelbar sind, so daß das elektronische Gerät als Um setzer (14, 14', 14") fungiert.

2. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldgerät (18, 20; 18', 28'; 18", 30") aus einer mit dem zweiten Leitungspaar (16, 16', 16") verbundenen Kommunikationseinheit (18, 18', 18") und einer Feld einheit (20, 28', 30") besteht.

3. Elektronisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldgerät einen Stellungsregler enthält.

4. Elektronisches Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldeinheit einen Regler (28') enthält, der vorzugsweise über zwei Leitungen sowohl mit einer Sensoreinheit (22', 22") als auch mit einem Steuergerät (24') für ein Stellglied (26', 26") verbunden ist.

5. Elektronisches Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfsenergie und die Signale der Sensoreinheit (22', 22") und der Steuereinheit (24') über jeweils zwei Leitungen gleichzeitig übertragbar sind.

6. Elektronisches Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler und das Steuergerät in die Feldeinheit (30") integriert sind.

7. Elektronisches Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Mikroprozessor und/oder einen Speicher.

8. Elektronisches Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß über das elektronische Gerät als Umsetzer Regler- und/oder Überwachungsaufga ben für das Feldgerät realisierbar sind.

9. Elektronisches Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kommunikation des elektronisches Geräts mit dem Prozeßleitsystem durch ein dem analogen Signal überlagertes mittelwertfreies digitales Signal realisierbar ist.

10. Elektronisches Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kommunikation des elektronisches Geräts mit dem Prozeßleitsystem nach dem HART-Feld-Kommunikations-Protokoll durchgeführt wird.

11. Elektronisches Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kommunikation zwischen dem Regler (28'), der Sensoreinheit (22', 22") und dem Steuergerät (24') nach dem HART-Feld-Kommunikations-Protokoll durchge führt wird.