DE19910409A1 - Fieldbus arrangement with a fieldbus distributor - Google Patents
Fieldbus arrangement with a fieldbus distributorInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Feldbusanordnung mit einem Feldbusverteiler (11) zur Montage im explosionsgefährdeten Bereich (1) zur Speisung einer Mehrzahl von im explosionsgefährdeten Bereich (1) angeordneten Feldgeräten (121 bis 12n) über eigensichere Stromkreise (13) aus mindestens einer im nichtexplosionsgefährdeten Bereich (2) angeordneten, energiereichen Spannungsquelle (21). Dazu ist im nichtexplosionsgefährdeten Bereich (2) ein Feldbuskoppler (22) mit drei voneinander galvanisch getrennten Stromkreisen vorgesehen. Über den ersten Stromkreis ist der Feldbuskoppler (22) mit einem im nichtexplosionsgefährdeten Bereich (2) geführten Feldbushauptstrang (23) verbunden. Die Spannungsquelle (21) ist über den zweiten Stromkreis mit dem Feldbuskoppler (22) verbunden. Der dritte Stromkreis ist als nichteigensicherer Stromkreis (24) in den explosionsgefährdeten Bereich (1) geführt. Der Feldbusverteiler (11) ist mit einer gehäuseartigen, alle spannungsführenden Bauteile gesamtheitlich umschließenden Kapselung, mit n Anschlüssen (1111 bis 111n) für eigensichere Stromkreise (13) zum Anschluß einer Mehrzahl von Feldgeräten (121 bis 12n), mit mindestens einem gesicherten Anschluß (1121) zum Anschluß des nichteigensicheren Stromkreises (24), mit Strombegrenzungsmitteln (1131 bis 113n), Spannungsbegrenzungsmitteln (114) und einer Sammelschienenanordnung (115) ausgestattet. Jeder der n Anschlüsse (1111 bis 111n) für eigensichere Stromkreise ist jeweils über ein ...The invention relates to a fieldbus arrangement with a fieldbus distributor (11) for mounting in the potentially explosive area (1) for supplying a plurality of field devices (121 to 12n) arranged in the potentially explosive area (1) via intrinsically safe circuits (13) from at least one that is not at risk of explosion Area (2) arranged, high-energy voltage source (21). For this purpose, a fieldbus coupler (22) with three electrically isolated circuits is provided in the non-hazardous area (2). The fieldbus coupler (22) is connected via the first circuit to a main fieldbus line (23) which is guided in the non-explosive area (2). The voltage source (21) is connected to the fieldbus coupler (22) via the second circuit. The third circuit is a non-intrinsically safe circuit (24) in the potentially explosive area (1). The fieldbus distributor (11) has a housing-like encapsulation that completely encompasses all live components, with n connections (1111 to 111n) for intrinsically safe circuits (13) for connecting a plurality of field devices (121 to 12n), with at least one secured connection (1121 ) for connecting the non-intrinsically safe circuit (24), equipped with current limiting means (1131 to 113n), voltage limiting means (114) and a busbar arrangement (115). Each of the n connections (1111 to 111n) for intrinsically safe circuits can be ...
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Feldbusanordnung mit einem Verteiler für Feldbussysteme, welcher vorzugsweise im explosionsgefährdeten Bereich einer verfahrenstechnischen Anlage montierbar ist.The invention relates to a fieldbus arrangement with a distributor for Fieldbus systems, which are preferably used in hazardous areas process plant is mountable.
Feldbusse sind elektrische Einrichtungen zur Kommunikation zwischen im explosionsgefährdeten Bereich, dem sogenannten Feldbereich, angeordneten Feldgeräten wie Sensoren, Aktoren und Meßumformern einerseits und im nicht explosionsgefährdeten Bereich, dem sogenannten Wartenbereich, angeordneten Steuerungs- und Regelungssystemen andererseits. Üblicherweise ist ein Feldbus als Zweidrahtleitung ausgeführt, die gleichzeitig zur Übertragung der Speiseleistung der angeschlossenen Feldgeräte dient. Die Kommunikation erfolgt dabei analog über eine 0/4 . . . 20 mA-Stromschleife oder digital, beispielsweise mittels FSK-Modulation, oder mit einer kombiniert analog/digitalen Signalübertragung.Fieldbuses are electrical devices for communication between the explosive area, the so-called field area Field devices such as sensors, actuators and transmitters on the one hand and not explosive area, the so-called waiting area Control systems on the other hand. A fieldbus is usually used as Two-wire line that is simultaneously used to transmit the power of the connected field devices. Communication takes place analogously via a 0/4. . . 20 mA current loop or digital, for example using FSK modulation, or with one combined analog / digital signal transmission.
Zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen sind an elektrische Betriebsmittel besondere Anforderungen gestellt, um einen möglichen Explosionsunfall auszuschließen. Bei der Installation und Inbetriebnahme von elektrotechnischen Einrichtungen und Ausrüstungen sowie bei Wartungsarbeiten an elektrotechnischen Einrichtungen und Ausrüstungen in verfahrenstechnischen Anlagen, die sich aufgrund ihrer Zweckbestimmung in einer explosionsgefährdeten Atmosphäre befinden, ist die Beachtung einschlägiger Rechtsvorschriften wie die "Verordnung über elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Räumen-ElexV", die auf den europäischen Normen zum Explosionsschutz EN 50 014 ff beruht, verbindlich.Electrical equipment is required for use in hazardous areas special requirements to a possible explosion accident to exclude. When installing and commissioning electrical engineering Facilities and equipment as well as maintenance work on electrical engineering Facilities and equipment in process plants that are due to is intended for use in a potentially explosive atmosphere Compliance with relevant legal regulations such as the "Ordinance on electrical Systems in potentially explosive areas-ElexV "based on European standards for explosion protection based on EN 50 014 ff.
Aufgrund dieser Rechtsvorschriften ist es ausschließlich bei eigensicheren Stromkreisen, die als Zündschutzart "Eigensicherheit" den Regeln der EN 50 020 unterliegen, gestattet, während des laufenden Betriebes elektrische Leitungen bedingungslos ab- und anzuklemmen.Because of this legislation, it is only intrinsically safe Circuits which as type of protection "intrinsic safety" comply with the rules of EN 50 020 subject to electrical lines during operation unconditionally disconnect and connect.
Eigensichere Stromkreise sind jedoch leistungsbegrenzt und somit zum Anschluß von Geräten und Einrichtungen mit einem den vorgegebenen Grenzwert übersteigenden Leistungsbedarf ungeeignet.However, intrinsically safe circuits are limited in power and therefore for connecting Devices and devices with a limit that exceeds the specified limit Power requirement unsuitable.
Bei allen anderen Zündschutzarten ist vor der Manipulation an elektrischen Stromkreisen die gesamte Anlage soweit spannungsfrei zu schalten, daß metallische Bauteile der betreffenden Stromkreise spannungslos sind. Dabei wird der Fortgang des auf der verfahrenstechnischen Anlage ablaufenden Prozesses für die Zeitspanne zwischen Spannungsfreischaltung und Wiederinbetriebnahme unterbrochen. Anschließend ist der Prozeß neu anzufahren. Diese Unterbrechungen werden von Betreibern derartiger verfahrenstechnischer Anlagen als überaus störend empfunden.All other types of protection are prior to manipulation of electrical Circuits to switch the entire system voltage-free so far that metallic Components of the relevant circuits are dead. The progress of the process running on the process plant for the period of time interrupted between disconnection from the power supply and restarting. The process must then be restarted. These interruptions are from Operators of such process engineering systems perceived as extremely disruptive.
Es sind Sicherheitsbarrieren in mehrkanaliger Ausführung z. B. von der Fa. MTL, (Serie 4700) bekannt, bei denen jeder Meßkanal mit einer separaten Strombegrenzung und einer separaten Spannungsbegrenzung ausgestattet ist. Sicherheitsbarrieren sind regelmäßig im nicht-explosionsgefährdeten Bereich angeordnet.There are safety barriers in a multi-channel design, e.g. B. from the company MTL, (series 4700) known, in which each measuring channel with a separate current limit and is equipped with a separate voltage limitation. There are security barriers regularly arranged in the non-hazardous area.
Weiterhin ist der Patentschrift DE 44 03 961 C2 ein Speisesystem für einen eigensicheren Feldbus beschrieben, bei dem die Mittel zur Strom- und Spannungsbegrenzung räumlich getrennt angeordnet sind. Hier ist die Zertifizierung entsprechend den geltenden Rechtsvorschriften infolge der Einbeziehung mehrerer Geräte in die Konformitätsbescheinigung für den Explosionsschutz nachteilig.Furthermore, the patent DE 44 03 961 C2 is a feed system for one intrinsically safe fieldbus described, in which the means for electricity and Voltage limitation are spatially separated. Here is the certification in accordance with current legislation as a result of the involvement of several Devices adversely affected in the certificate of conformity for explosion protection.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Feldbusanordnung mit einem im explosionsgefährdeten Bereich einer verfahrenstechnischen Anlage montierbaren Feldbusverteiler zur Bereitstellung einer Vielzahl von Anschlußklemmen eigensicherer Stromkreise zur Energieversorgung und Datenübertragung für busfähige Feldgeräte anzugeben, wobei der Feldbusverteiler zu einer betriebsmäßig erdfreien Sicherheitsbarriere erweiterbar ist.The invention is therefore based on the object of a fieldbus arrangement with an potentially explosive area of a process plant Fieldbus distributor for providing a variety of connection terminals intrinsically safe Power supply and data transmission circuits for bus-compatible field devices to be specified, whereby the fieldbus distributor is operationally ungrounded Security barrier is expandable.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved with the means of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims specified.
Grundgedanke der Erfindung ist dabei die Umsetzung und Verteilung einer großen elektrischen Leistung zur Energieversorgung von Feldgeräten sowie deren Reduzierung und Begrenzung auf Ströme und Spannungen, die den Anschluß von bescheinigten explosionsgeschützten Betriebsmitteln ermöglicht.The basic idea of the invention is the implementation and distribution of a large one electrical power for the energy supply of field devices and their Reduction and limitation to currents and voltages that connect the certified explosion-protected equipment.
Dazu ist im explosionsgefährdeten Bereich einer verfahrenstechnischen Anlage ein Feldbusverteiler angeordnet, der die Reduzierung von Strom und Spannung auf eigensichere Werte realisiert, wobei die Anzahl der anschließbaren Feldgeräte möglichst hoch ist.For this purpose, a process engineering system is located in the potentially explosive area Fieldbus distributor arranged to reduce the current and voltage intrinsically safe values realized, the number of connectable field devices is as high as possible.
Im einzelnen ist im nicht-explosionsgefährdeten Bereich eine energiereiche Spannungsquelle angeordnet, deren Ausgangsleistung unabhängig von durch Zündschutzarten vorgegebenen Limitierungen entsprechend der Anzahl anzuschließender Feldgeräte und deren Leitungsbedarf bemeßbar ist.In particular, there is an energy-rich area in the non-hazardous area Voltage source arranged, the output power regardless of by Types of protection specified limits according to the number field devices to be connected and their line requirements can be measured.
Im nicht-explosionsgefährdeten Bereich ist darüber hinaus der ausschließlich Kommunikationssignale der Datenübertragung führende Feldbushauptstrang verlegt.In the non-hazardous area, the is also exclusive Field bus main line leading communication signals laid.
Der Feldbushauptstrang und die Spannungsquelle sind an einen vorzugsweise im nicht-explosionsgefährdeten Bereich angeordneten Feldbuskoppler angeschlossen. Der Feldbuskoppler weist drei voneinander galvanisch getrennte Stromkreise auf, von denen ein erster Stromkreis mit dem Feldbushauptstrang verbunden ist. Über einen zweiten Stromkreis ist der Feldbuskoppler mit der Spannungsquelle verbunden. Der dritte Stromkreis ist als nichteigensicherer Stromkreis in den explosionsgefährdeten Bereich geführt und mit der Speisespannung der Spannungsquelle und den Kommunikationssignalen der Datenübertragung beaufschlagt.The main fieldbus line and the voltage source are preferably connected to one Fieldbus coupler arranged in a non-hazardous area. The fieldbus coupler has three electrically isolated circuits, from which a first circuit is connected to the main fieldbus line. About one second circuit, the fieldbus coupler is connected to the voltage source. Of the third circuit is a non-intrinsically safe circuit in the potentially explosive atmosphere Range led and with the supply voltage of the voltage source and the Communication signals applied to the data transmission.
Die Leiter des nichteigensicheren Stromkreises sind an Klemmen eines gesicherten Anschlusses zum Anschluß eines nichteigensicheren Stromkreises eines im explosionsgefährdeten Bereich angeordneten Feldbusverteilers angeschlossen. Dieser Feldbusverteiler ist mit n Anschlüssen für eigensichere Stromkreise zum Anschluß einer Mehrzahl von Feldgeräten ausgestattet. Jeder der n Anschlüsse für eigensichere Stromkreise ist über ein Strombegrenzungsmittel mit einer Sammelschienenanordnung verbunden. Die gesicherten Anschlüsse zum Anschluß eines nichteigensicheren Stromkreises sind über Spannungsbegrenzungsmittel mit der Sammelschienenanordnung verbunden.The conductors of the non-intrinsically safe circuit are secured to the terminals of a Connection for connecting a non-intrinsically safe circuit in an Fieldbus distributor connected to the hazardous area. This Fieldbus distributor has n connections for intrinsically safe circuits for connection a plurality of field devices. Each of the n connections for intrinsically safe Circuits is through a current limiting means with a busbar arrangement connected. The secured connections for connecting a non-intrinsically safe Circuit are via voltage limiting means with the Busbar arrangement connected.
Der Feldbusverteiler weist eine gehäuseartige, alle spannungsführenden Bauteile gesamtheitlich umschließende Kapselung auf.The fieldbus distributor has a housing-like, all live components holistic encapsulation.
Jeder von dem Feldbusverteiler ausgehende eigensichere Stromkreis führt eine in der Spannung und der Stromstärke begrenzte Speiseleistung für die angeschlossenen Feldgeräte und überlagerte Kommunikationssignale der Datenübertragung.Each intrinsically safe circuit originating from the fieldbus distributor carries one in the Voltage and current limited supply power for the connected Field devices and superimposed communication signals for data transmission.
Vorteilhafterweise ist der Verkabelungsaufwand zwischen Einrichtungen im nicht explosionsgefährdeten Bereich und Einrichtungen im explosionsgefährdeten Bereich sehr gering. Dabei vermeidet der Gegenstand der vorliegenden Erfindung sowohl die Spannungsbegrenzung je Meßkanal bei mehrkanaligen Sicherheitsbarrieren wie auch die Einbeziehung mehrerer Geräte in eine Konformitätsbescheinigung, da im Rahmen der erfindungsgegenständlichen Feldbusanordnung lediglich der Feldbusverteiler für sich Gegenstand behördlicher Zertifizierung ist. Folglich ist der technische Aufwand zur Erlangung der zur Verwendung von elektrischen Betriebsmitteln im explosionsgefährdeten Bereich vorgeschriebenen Zertifizierung auf das technisch erforderliche Minimum begrenzt.Advantageously, the cabling effort between devices is not potentially explosive area and facilities in potentially explosive areas very low. The object of the present invention avoids both Voltage limitation per measuring channel with multi-channel safety barriers as well the inclusion of several devices in a certificate of conformity, as part of the fieldbus arrangement according to the invention only the fieldbus distributor for is subject to official certification. Consequently, the technical effort is Acquisition of the use of electrical equipment in the Hazardous area prescribed certification on the technical required minimum.
Die Spannungsbegrenzungsmittel sind aus redundant antiseriell geschalteten Zenerdioden aufgebaut, die dem nichteigensicheren Stromkreis parallel geschaltet sind und denen mindestens eine Sicherung speiseseitig vorgeschaltet ist. Durch Erdung des Knotens der Zusammenschaltung der Zenerdioden ist das Spannungsbegrenzungsmittel auf einfache und vorteilhafte Weise und unter Verzicht auf zusätzliche Bauteile zu einer betriebsmäßig erdfreien Sicherheitsbarriere erweiterbar.The voltage limiting means are made of redundant anti-serial switching Zener diodes constructed, which are connected in parallel to the non-intrinsically safe circuit and upstream of which at least one fuse is connected. By grounding this is the node of the interconnection of the Zener diodes Voltage limiting means in a simple and advantageous way and without on additional components to create an operationally ungrounded safety barrier expandable.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments.
Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:The necessary drawings show:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Feldbusanordnung Fig. 1 shows a schematic diagram of a fieldbus arrangement
Fig. 2 eine detaillierte Darstellung eines Feldbusverteilers Fig. 2 is a detailed illustration of a Feldbusverteilers
Fig. 3 eine detaillierte Darstellung eines zu einer betriebsmäßig erdfreien Sicherheitsbarriere erweiterten Feldbusverteilers. Fig. 3 is a detailed representation of an extended to a operationally ungrounded safety barrier Feldbusverteilers.
Das Funktionsprinzip ist aus Fig. 1 ersichtlich. Der Feldbus wird über einen Feldbuskoppler 22 ausgehend von einem im nicht-explosionsgefährdeten Bereich 2 geführten Feldbushauptstrang 23 dem Feldbusverteiler 11 im explosionsgefährdeten Bereich 1 zugeführt. Der Feldbuskoppler 22 ist dabei im nicht-explosionsgefährdeten Bereich 2 angeordnet und umfaßt eine genormte physikalische Schnittstelle zur Ankoppelung des in den explosionsgefährdeten Bereich 1 geführten Feldbusses. Über den Feldbuskoppler 22 wird auch die notwendige Energieversorgung über den Feldbus bereitgestellt.The principle of operation can be seen in FIG. 1. The fieldbus is fed via a fieldbus coupler 22 to the fieldbus distributor 11 in the potentially explosive area 1, starting from a main fieldbus line 23 conducted in the non-hazardous area 2. The fieldbus coupler 22 is arranged in the non-hazardous area 2 and comprises a standardized physical interface for coupling the fieldbus led into the hazardous area 1. The necessary power supply via the fieldbus is also provided via the fieldbus coupler 22 .
Der Feldbushauptstrang 23 ist mit einem Prozeßleitsystem oder einer speicherprogrammierbaren Steuerung verbunden, in der über den Feldbus empfangene Meßdaten ausgewertet und verarbeitet werden und von der ausgehend Stellwerte und Konfigurationseinstellungen über den Feldbus versendbar sind. Der hierfür notwendige Übertragungsmechanismus ist in unterschiedlichsten nationalen und internationalen Normen definiert. Die derzeit weit verbreitete Anwendung einer physikalischen Übertragungsebene für explosionsgefährdete Anlagen ist die Schnittstelle nach IEC 1158 Teil 2 bei der die Daten über eine Manchester-Kodierung übertragen werden.The main fieldbus line 23 is connected to a process control system or a programmable logic controller in which measured data received via the fieldbus are evaluated and processed and from which control values and configuration settings can be sent via the fieldbus. The transmission mechanism required for this is defined in a wide variety of national and international standards. The currently widespread use of a physical transmission level for potentially explosive systems is the interface according to IEC 1158 Part 2, in which the data is transmitted via Manchester coding.
Die Erfindung ist jedoch prinzipiell für alle Feldbussysteme anwendbar, die die Übertragung über ein Adernpaar ermöglichen. Hierzu gehört auch die für analoge Meßumformer übliche HART-Schnittstelle in Multidrop-Schaltung, wobei hier auf die gleichzeitige Übertragung des analogen Meßwertes verzichtet wird.In principle, however, the invention can be used for all fieldbus systems which Enable transmission over a pair of wires. This also includes that for analog Transmitter usual HART interface in multidrop circuit, whereby here on the simultaneous transmission of the analog measured value is dispensed with.
Im einzelnen ist im nicht-explosionsgefährdeten Bereich 2 eine energiereiche Spannungsquelle 21 angeordnet, deren Ausgangsleistung unabhängig von durch Zündschutzarten vorgegebenen Limitierungen entsprechend der Anzahl anzuschließender Feldgeräte 121 bis 12n und deren Leitungsbedarf bemeßbar ist.Specifically, an energy-rich voltage source 21 is arranged in the non-hazardous area 2, the output power of which can be measured independently of the limitations specified by types of protection in accordance with the number of field devices 121 to 12 n to be connected and their line requirements.
Im nicht-explosionsgefährdeten Bereich 2 ist darüber hinaus der ausschließlich Kommunikationssignale der Datenübertragung führende Feldbushauptstrang 23 verlegt.In the non-hazardous area 2, the field bus main line 23 , which exclusively carries communication signals for data transmission, is also laid.
Der Feldbushauptstrang 23 und die Spannungsquelle 21 sind an einen im nicht explosionsgefährdeten Bereich 2 angeordneten Feldbuskoppler 22 angeschlossen. Der Feldbuskoppler 22 weist drei voneinander galvanisch getrennte Stromkreise auf, von denen ein erster Stromkreis mit dem Feldbushauptstrang 23 verbunden ist. Über einen zweiten Stromkreis ist der Feldbuskoppler 22 mit der Spannungsquelle 21 verbunden. Der dritte Stromkreis ist als nichteigensicherer Stromkreis 24 in den explosionsgefährdeten Bereich 1 geführt und mit der Speisespannung der Spannungsquelle 21 und den Kommunikationssignalen der Datenübertragung beaufschlagt.The main fieldbus branch 23 and the voltage source 21 are connected to a fieldbus coupler 22 arranged in the non-hazardous area 2. The fieldbus coupler 22 has three circuits which are electrically isolated from one another, of which a first circuit is connected to the main fieldbus branch 23 . The fieldbus coupler 22 is connected to the voltage source 21 via a second circuit. The third circuit is conducted as a non-intrinsically safe circuit 24 in the hazardous area 1 and is supplied with the supply voltage of the voltage source 21 and the communication signals for data transmission.
Die Leiter des nichteigensicheren Stromkreises 24 sind gemäß den Fig. 2 und 3 an Klemmen 1122 und 1123 eines gesicherten Anschlusses 1121 zum Anschluß eines nichteigensicheren Stromkreises 24 des im explosionsgefährdeten Bereich 1 angeordneten Feldbusverteilers 11 angeschlossen. Die Klemmen 1122 und 1123 des gesicherten Anschlusses 1121 weisen einen mechanischen Schutz vor unzulässiger Manipulation der Verbindung zwischen den Leitern des nichteigensicheren Stromkreises 24 und der jeweiligen Klemme 1122 und 1123 im spannungsführenden Zustand der Klemmen 1122 und 1123 auf. Derartige Klemmen sind für sich bekannt und beispielsweise in der DE 195 13 645 beschrieben.The conductors of the non-intrinsically safe circuit 24 are connected for connecting a non-intrinsically safe circuit 24 of which is arranged in the hazardous area 1 Feldbusverteilers 11 shown in FIGS. 2 and 3 at terminals 1122 and 1123 of a secured terminal 1121st The terminals 1122 and 1123 of the secured connection 1121 have mechanical protection against inadmissible manipulation of the connection between the conductors of the non-intrinsically safe circuit 24 and the respective terminals 1122 and 1123 in the live state of the terminals 1122 and 1123 . Such clamps are known per se and are described, for example, in DE 195 13 645.
Der Feldbusverteiler 11 ist mit n Anschlüssen 1111 bis 111n für eigensichere Stromkreise zum Anschluß einer Mehrzahl von Feldgeräten 121 bis 12n ausgestattet. Jeder der n Anschlüsse 1111 bis 111n für eigensichere Stromkreise ist über ein Strombegrenzungsmittel 1131 bis 113n mit einer Sammelschienenanordnung 115 verbunden. Die Klemmen 1122 und 1123 des gesicherten Anschlusses 1121 zum Anschluß eines nichteigensicheren Stromkreises 24 sind über Spannungsbegrenzungsmittel 114 mit der Sammelschienenanordnung 115 verbunden.The field bus distributor 11 is equipped with n connections 1111 to 111 n for intrinsically safe circuits for connecting a plurality of field devices 121 to 12 n. Each of the n connections 1111 to 111 n for intrinsically safe circuits is connected to a busbar arrangement 115 via a current limiting means 1131 to 113 n. The terminals 1122 and 1123 of the secured connection 1121 for connecting a non-intrinsically safe circuit 24 are connected to the busbar arrangement 115 via voltage limiting means 114 .
Die Strombegrenzungsmittel 1131 bis 113n sind im einfachsten Fall kanalweise für jeden eigensicheren Stromkreis 13 als Serienwiderstände ausgeführt. Alternativ kann eine elektronische Strombegrenzung vorgesehen sein.In the simplest case, the current limiting means 1131 to 113 n are designed as series resistors for each intrinsically safe circuit 13 . Alternatively, an electronic current limitation can be provided.
Der Feldbusverteiler 11 weist eine gehäuseartige, alle spannungsführenden Bauteile gesamtheitlich umschließende Kapselung auf. Dabei kann vorgesehen sein, die Kapselung durch Verguß mit einer geeigneten, für sich bekannten Vergußmasse zu realisieren. Alternativ kann vorgesehen sein, die Kapselung durch ein den Feldbusverteiler 11 umschließendes, mit Sand gefülltes Gehäuse zu realisieren.The fieldbus distributor 11 has a housing-like encapsulation that completely encompasses all live components. It can be provided that the encapsulation is achieved by casting with a suitable casting compound known per se. Alternatively, provision can be made for the encapsulation to be realized by a housing filled with sand and enclosing the field bus distributor 11 .
Jeder von dem Feldbusverteiler 11 ausgehende eigensichere Stromkreis 1111 bis 111n führt eine in der Spannung und der Stromstärke begrenzte Speiseleistung für die angeschlossenen Feldgeräte 121 bis 12n und überlagerte Kommunikationssignale der Datenübertragung.Each intrinsically safe circuit 1111 to 111 n emanating from the field bus distributor 11 has a voltage and current-limited supply power for the connected field devices 121 to 12 n and superimposed communication signals for data transmission.
In Abhängigkeit vom Leistungsbedarf eines jeden Feldgerätes 121 bis 12n kann in besonderer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, eine Mehrzahl von Feldgeräten 121 bis 12n an denselben eigensicheren Stromkreis 13 anzuschalten.Depending on the power requirement of each field device 121 to 12 n, it can be provided in a special embodiment of the invention to connect a plurality of field devices 121 to 12 n to the same intrinsically safe circuit 13 .
Die Spannungsbegrenzungsmittel 114 sind aus redundant antiseriell geschalteten Zenerdioden aufgebaut, die dem nichteigensicheren Stromkreis 24 parallel geschaltet sind und denen mindestens eine Sicherung speiseseitig vorgeschaltet ist. Dadurch werden Spannungsüberhöhungen im nichteigensicheren Stromkreis 24 unabhängig von ihrer Polarität wirkungsvoll auf zulässige Werte begrenzt.The voltage limiting means 114 are constructed from redundantly anti-serial Zener diodes which are connected in parallel to the non-intrinsically safe circuit 24 and which have at least one fuse connected upstream on the supply side. As a result, voltage spikes in the non-intrinsically safe circuit 24 are effectively limited to permissible values regardless of their polarity.
Die Mittel zur Spannungsbegrenzung 114 sind in jedem Feldbusverteiler 11 für alle von dem Feldbusverteiler 11 ausgehenden eigensicheren Stromkreise 13 einmalig ausgeführt.The means for voltage limitation 114 are implemented once in each fieldbus distributor 11 for all intrinsically safe circuits 13 originating from the fieldbus distributor 11 .
Durch Erdung des Knotens der Zusammenschaltung der Zenerdioden gemäß Fig. 3 ist das Spannungsbegrenzungsmittel 114 auf einfache und vorteilhafte Weise und unter Verzicht auf zusätzliche Bauteile zu einer betriebsmäßig erdfreien Sicherheitsbarriere erweiterbar. Dadurch wird die sichere und vollständige Trennung des Feldbusses von dem Versorgungsnetz bewirkt.By grounding the node of the interconnection of the Zener diodes according to FIG. 3, the voltage limiting means 114 can be expanded in a simple and advantageous manner and without additional components to form an operationally ungrounded safety barrier. This ensures the safe and complete separation of the fieldbus from the supply network.
Zur einfachen Spannungsbegrenzung gemäß Fig. 2 kann alternativ vorgesehen sein, zwei bipolare Zenerdioden parallelzuschalten. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, die Spannungsbegrenzung durch andere geeignete Mittel wie integrierte Spannungsregler oder Tyristorschaltungen zu realisieren.Alternatively, for simple voltage limitation according to FIG. 2, two bipolar zener diodes can be connected in parallel. In addition, it can be provided that the voltage limitation is implemented by other suitable means such as integrated voltage regulators or thyristor circuits.
Solche Feldbuskoppler 22 sind für sich bekannt und als Zubehör für Feld bus-Instrumentierungen lieferbar.Such fieldbus couplers 22 are known per se and can be supplied as accessories for fieldbus instrumentation.
Damit eine möglichst große Anzahl von Feldgeräten an den Feldbuskoppler angeschlossen werden kann, muß eine große elektrische Leistung in den explosionsgefährdeten Bereich geführt werden. Beispielsweise ist die Bereitstellung einer Nutzleistung von ca. 320 mA.16 V = 5,12 W wünschenswert, wenn bei Anschluß von n = 32 Feldgeräten je Feldgerät ein Strom von ca. 10 mA erforderlich wird. Derartige Leistungen und Nutzströme sind mit der Schutzart "Eigensicherheit" unvereinbar und daher in erhöhter Sicherheit in den explosionsgefährdeten Bereich geführt.So that as large a number of field devices as possible are connected to the fieldbus coupler a large electrical power must be in the hazardous area be performed. For example, the provision of a useful power of approx. 320 mA. 16 V = 5.12 W desirable if one when connecting n = 32 field devices per field device Current of approx. 10 mA is required. Such services and useful flows are with the Protection type "intrinsic safety" incompatible and therefore increased safety in the explosive area.
Praktisch ist ein Adern paar als Busleitung zu dem Feldbusverteiler 11, der im explosionsgefährdeten Bereich 1 einer verfahrenstechnischen Anlage montiert ist, verlegt. Die Busleitung überträgt über einen nichteigensicheren Stromkreis 24 die erforderliche Energie zur Versorgung der Meßumformer, Sensoren und Aktoren 121 bis 12n und sie überträgt die digital kodierten Meßdaten vom im explosionsgefährdeten Bereich 1 ablaufenden Prozeß in die im nicht-explosionsgefährdeten Bereich 2 angeordneten Warte, wo eine speicherprogrammierbare Steuerung oder ein Prozeßleitsystem die Auswertung und Verarbeitung der Meßdaten vornimmt. Über den Feldbus können auch unterschiedliche Betriebsarten der Meßumformer, Sensoren und Aktoren 121 bis 12n eingestellt werden.In practice, a pair of wires is laid as a bus line to the fieldbus distributor 11 , which is installed in the hazardous area 1 of a process engineering system. The bus line transmits the energy required to supply the measuring transducers, sensors and actuators 121 to 12 n via a non-intrinsically safe circuit 24 and it transmits the digitally coded measurement data from the process running in the hazardous area 1 to the control room arranged in the non-hazardous area 2, where a Programmable logic controller or a process control system that evaluates and processes the measurement data. Different operating modes of the transmitters, sensors and actuators 121 to 12 n can also be set via the fieldbus.
Die auf dem Feldbus geführte sicherheitsrelevante Spannung, Strom und Leistung ist zunächst nach oben hin nicht begrenzt. Daher ist diese Doppelleitung im Sinne des Explosionsschutzes in der Zündschutzart "Erhöhte Sicherheit" ausgeführt. Dies gilt ebenso für den Anschluß und die Kapselung des Feldbusses im explosionsgefährdeten Bereich 1 innerhalb des Feldbusverteilers beziehungsweise des Verteilergehäuses. Erst nach vollständiger vorschriftsmäßiger Begrenzung von Strom und Spannung ist die "Eigensicherheit" gewährleistet. Nur bei Eigensicherheit ist der Austausch und Service von Feldgeräten für den Anwender ohne Gefahr im laufenden Betrieb einer Anlage möglich.The safety-relevant voltage, current and power carried on the fieldbus is initially not capped. Therefore, this double line in the sense of Explosion protection in the "increased safety" type of protection. this applies also for the connection and encapsulation of the fieldbus in potentially explosive atmospheres Area 1 within the fieldbus distributor or the distributor housing. Only after the current and voltage limits have been fully complied with the "intrinsic safety" guaranteed. The exchange and is only with intrinsic safety Service of field devices for the user without danger during the ongoing operation of a Plant possible.
Der Feldbusverteiler nach Fig. 2 ist autark zertifizierbar. Es ist hier lediglich ein Nachweis derart notwendig, daß das Feldbuspotential durch das vorgeschaltete Netzteil sicher vom Versorgungsnetz getrennt ist. Alle Bauteile in dem Verteilergehäuse sind derart dimensioniert, daß die Anforderungen der Normen erfüllt werden.The fieldbus distributor according to FIG. 2 can be certified independently. It is only necessary to provide evidence that the fieldbus potential is safely separated from the supply network by the upstream power supply. All components in the distributor housing are dimensioned such that the requirements of the standards are met.
Der Feldbusverteiler gemäß Fig. 3 stellt eine Sicherheitsbarriere für Feldbussysteme dar, deren Montage im explosionsgefährdeten Bereich 1 zulässig ist und die eine gemeinsame Spannungsbegrenzung für alle Meßkanäle aufweist. Der dazu erforderliche Anschluß an den Potentialausgleich (Symbol "Erde") ist vorhanden. Damit entfällt die Anforderung, daß das Feldbuspotential durch das vorgeschaltete Netzteil sicher vom Versorgungsnetz getrennt ist. The fieldbus distributor according to FIG. 3 represents a safety barrier for fieldbus systems, the installation of which is permitted in the hazardous area 1 and which has a common voltage limitation for all measuring channels. The necessary connection to the equipotential bonding (symbol "earth") is available. This eliminates the requirement that the fieldbus potential is safely separated from the supply network by the upstream power supply.
Die Anforderungen an die galvanische Trennung des Feldbusses sind hier nicht durch den Explosionsschutz bestimmt sondern beschränken sich auf Werte, die nur für die Funktion notwendig sind. The requirements for the electrical isolation of the fieldbus are not met here the explosion protection is determined but limited to values that are only for the Function are necessary.
11
explosionsgefährdeter Bereich
hazardous area
1111
Feldbusverteiler
Fieldbus distributor
11111111
bis to
111111
n Anschluß für einen eigensicheren Stromkreis
n Connection for an intrinsically safe circuit
11211121
gesicherter Anschluß
secured connection
11221122
, ,
11231123
Klemmen
Clamps
11311131
bis to
113113
n Strombegrenzungsmittel
n current limiting means
114114
Spannungsbegrenzungsmittel
Voltage limiting means
115115
Sammelschiene
Busbar
121121
bis to
1212th
n Feldgeräte
n field devices
1313
eigensicherer Stromkreis
intrinsically safe circuit
22nd
nicht-explosionsgefährdeter Bereich
non-hazardous area
2121
Spannungsquelle
Voltage source
2222
Feldbuskoppler
Fieldbus coupler
2323
Feldbushauptstrang
Main fieldbus line
2424th
nichteigensicherer Stromkreis
non-intrinsically safe circuit
Claims (6)
- a) ein im nicht-explosionsgefährdeten Bereich (2) angeordneter Feldbuskoppler
(22) mit drei voneinander galvanisch getrennten Stromkreisen vorgesehen ist,
- - wobei der Feldbuskoppler (22) über den ersten Stromkreis mit einem im nicht-explosionsgefährdeten Bereich (2) geführten Feldbushauptstrang (23) verbunden ist,
- - die Spannungsquelle (21) über den zweiten Stromkreis mit dem Feldbuskoppler (22) verbunden ist und
- - der dritte Stromkreis als nichteigensicherer Stromkreis (24) in den explosionsgefährdeten Bereich (1) geführt ist,
- b) der Feldbusverteiler (11) ausgestattet ist
- - mit einer gehäuseartigen, alle spannungsführenden Bauteile gesamtheitlich umschließenden Kapselung,
- - mit n Anschlüssen (1111 bis 111n) für eigensichere Stromkreise (13) zum Anschluß einer Mehrzahl von Feldgeräten (121 bis 12n),
- - mit mindestens einem gesicherten Anschluß (1121) zum Anschluß des nichteigensicheren Stromkreises (24),
- - mit Strombegrenzungsmitteln (1131 bis 113n), Spannungsbegrenzungsmitteln (114) und einer Sammelschienenanordnung (115),
- - wobei jeder der n Anschlüsse (1111 bis 111n) für eigensichere Stromkreise jeweils über ein Strombegrenzungsmittel (1131 bis 113n) mit der Sammelschienenanordnung (115) verbunden ist und
- - wobei der gesicherte Anschluß (1121) zum Anschluß eines nichteigensicheren Stromkreises (24) über die Spannungsbegrenzungs mittel (114) mit der Sammelschienenanordnung (115) verbunden ist.
- a) a fieldbus coupler ( 22 ) is provided in the non-hazardous area (2) with three galvanically isolated circuits,
- - The fieldbus coupler ( 22 ) is connected via the first circuit to a fieldbus main line ( 23 ) which is guided in the non-hazardous area (2),
- - The voltage source ( 21 ) is connected to the fieldbus coupler ( 22 ) via the second circuit and
- - The third circuit is a non-intrinsically safe circuit ( 24 ) in the hazardous area (1),
- b) the fieldbus distributor ( 11 ) is equipped
- - with a housing-like encapsulation that completely encompasses all live components,
- - With n connections ( 1111 to 111 n) for intrinsically safe circuits ( 13 ) for connecting a plurality of field devices ( 121 to 12 n),
- - With at least one secured connection ( 1121 ) for connecting the non-intrinsically safe circuit ( 24 ),
- - With current limiting means ( 1131 to 113 n), voltage limiting means ( 114 ) and a busbar arrangement ( 115 ),
- - Each of the n connections ( 1111 to 111 n) for intrinsically safe circuits is each connected to the busbar arrangement ( 115 ) via a current limiting means ( 1131 to 113 n) and
- - The secured connection ( 1121 ) for connecting a non-intrinsically safe circuit ( 24 ) via the voltage limiting means ( 114 ) to the busbar arrangement ( 115 ).
Priority Applications (5)
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