DE202004021004U1 - Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten (III) - Google Patents
Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten (III) Download PDFInfo
- Publication number
- DE202004021004U1 DE202004021004U1 DE202004021004U DE202004021004U DE202004021004U1 DE 202004021004 U1 DE202004021004 U1 DE 202004021004U1 DE 202004021004 U DE202004021004 U DE 202004021004U DE 202004021004 U DE202004021004 U DE 202004021004U DE 202004021004 U1 DE202004021004 U1 DE 202004021004U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- cable
- field device
- current transformer
- secondary winding
- transformer arrangement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/14—Inductive couplings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/20—Instruments transformers
- H01F38/22—Instruments transformers for single phase ac
- H01F38/28—Current transformers
- H01F38/30—Constructions
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
Abstract
dadurch gekennzeichnet,
– dass eine mehradrige Leitung (10) in Schlaufe gelegt und zu einem Kabel verdrillt ist,
– dass das Kabel linear in der verfahrenstechnischen Anlage verlegt ist,
– dass die Adern (11 bis 1n) der mehradrigen Leitung (10) gleichsinnig in Reihe geschaltet sind,
– dass die freien Aderenden (11a, 1ne) an eine Wechselspannungsquelle (20) angeschlossen sind,
– dass mindestens eine Stromwandleranordnung (30), deren Magnetkreis eine Leitung (10) des Kabels umschließt, mit mindestens einer Sekundärwicklung (31) vorgesehen ist und
– dass an die Sekundärwicklung (31) mindestens ein Feldgerät (40) angeschlossen ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten in verfahrenstechnischen Anlagen, die zur drahtlosen Kommunikation befähigt sind, nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
- Derartige Feldgeräte wie Sensoren, Aktoren und Messumformer sind prozessnah und dezentral im Feldbereich angeordnet.
- Bekannte Feldgeräte sind mittels einer mehradrigen Verbindungsleitung mit einer zentralen Einrichtung verbunden, wobei jedes Feldgerät über die Verbindungsleitung mit elektrischer Energie zu seinem Betrieb versorgt wird und mit der zentralen Einrichtung Daten austauscht.
- Komplexe verfahrenstechnische Anlagen sind mit einer Vielzahl derartiger Feldgeräte ausgestattet. Dabei ist das Netz der Verbindungsleitungen für den Betreiber der Anlage ein erheblicher Kostenfaktor und darüber hinaus insbesondere im Zuge von Bauarbeiten Störungen durch Leitungsunterbrechungen ausgesetzt. Bei einer Leitungsunterbrechung ist das angeschlossene Feldgerät sowohl von dem Datenaustausch mit der zentralen Einrichtung abgeschnitten als auch von der Energieversorgung zu seinem Betrieb.
- Zwar gelingt es, mit Hilfe von drahtlosen Kommunikationseinrichtungen, die jedem Feldgerät und der zentralen Einrichtung zugeordnet werden, den Datenaustausch unabhängig vom Netz der Verbindungsleitungen aufrechtzuerhalten, soweit die Feldgeräte weiterhin mit Energie versorgt sind.
- Jedoch sind die Feldgeräte bei Leitungsunterbrechungen von der Energiequelle getrennt. Bei galvanisch verbundenen Stromkreisen sind ferner die Vorschriften zum Explosionsschutz zu beachten.
- Es ist allgemein bekannt, Geräte aller Art ohne Anschluss an ein zentralgespeistes Stromversorgungsnetz aus Batterien oder Akkumulatoren zu versorgen. Die Wartung und Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit derart versorgter Feldgeräte ist sehr aufwendig und wird daher von den Anlagenbetreibern darüber hinaus aus Gründen mangelnder Verfügbarkeit grundsätzlich abgelehnt. Dies gilt auch für Feldgeräte mit sehr niedrigem Energieverbrauch, wie sie aus dem Beitrag „Mühelos vernetzen" in ELEKTRONIKPRAXIS Nr.17 – 13.September 2004 bekannt sind.
- Basierend auf dieser Erkenntnis wird in der Veröffentlichung „Energie zum Nulltarif", Computer&AUTOMATION 8/04, Seiten 36 bis 39, vorgeschlagen, die Prozessenergie aus der unmittelbaren Umgebung unter Zuhilfenahme unterschiedlicher physikalischer Effekte zu gewinnen. Im einzelnen sind piezoelektrische Wandler, Thermopaar, Solarzelle und Vibrationsgenerator jeweils für Anwendungen unter speziellen Umgebungsbedingungen genannt. Dabei ist offensichtlich und wird in Kauf genommen, dass die Primärenergie nicht kontinuierlich zur Verfügung steht. Die Anforderungen an Feldgeräte der industriellen Automatisierungstechnik lassen aus Verfügbarkeitsgründen eine diskontinuierliche Versorgung nicht zu.
- Ferner ist bereits aus Keinath, „Die Technik elektrischer Messgeräte", Erster Band Messgeräte und Zubehör, Seite 509 f, Oldenbourg, München und Berlin 1928, ein Kabel-Stromwandler zur Messung der Stromverteilung in Mehrfachleitungen bekannt. Der Stromwandler besteht im wesentlichen aus einem Eisenkern mit einem aufklappbaren Schenkel zur unterbrechungsfreien Anschaltung an eine stromführende Leitung und einer Wicklung mit mindestens zwei Anschlüssen zur Anschaltung eines Messinstruments.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten in verfahrenstechnischen Anlagen anzugeben, deren Verfügbarkeit den Anforderungen der industriellen Automatisierungstechnik genügt, die freizügig an die vorgegebene Anlagentopologie anpassbar ist und die in explosionsgefährdeten Anlagen einsetzbar ist.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Schutzanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
- Die Erfindung geht von der Tatsache aus, dass in verfahrenstechnischen Anlagen regelmäßig Wechselspannung führende Versorgungsnetze zur Energieversorgung von Motoren, Pumpen, Beleuchtungsanlagen und dergleichen vorhanden sind.
- Zur Energieversorgung von Feldgeräten in verfahrenstechnischen Anlagen ist ein mehradriges Kabel mit einer geradzahligen Adernzahl linear in der verfahrenstechnischen Anlagen verlegt. Die Adern dieses Kabels sind gleichsinnig in Reihe geschaltet. Die die freien Aderenden sind an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen, die aus dem Versorgungsnetz gespeist ist. Darüber hinaus ist eine Stromwandleranordnung, deren Magnetkreis die Adern des mehradrigen Kabels umschließt, mit mindestens einer Sekundärwicklung vorgesehen. An die Sekundärwicklung ist mindestens ein Feldgerät angeschlossen.
- Das in der Anlage verlegte und in der beschriebenen Weise verschaltete mehradrige Kabel stellt somit die Primärwicklung der Stromwandleranordnung dar. Auf diese Weise wird nach dem für sich bekannten Transformatorprinzip elektrische Energie von dem aus der Wechselspannungsquelle gespeisten Primärstromkreis in den vom Feldgerät belasteten Sekundärstromkreis übertragen. Dabei ist der Sekundärstromkreis galvanisch vom Primärstromkreis getrennt.
- Die induktive Energieauskopplung geschieht sowohl beim Hinzufügen als auch beim Entfernen eines Feldgeräts ohne dediziertes Abschalten desselben funkenfrei. Damit ist eine fundamentale Forderung für die Zulassung der erfindungsgemäßen Einrichtung in explosionsgefährdeten Anlagen erfüllt.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand eines Ausführungsbeospiels näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:
-
1 eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur Energieversorgung eines Feldgeräts -
2 eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur Energieversorgung einer Mehrzahl von in einer Anlage verteilten Feldgeräten - In
1 ist eine Einrichtung zur Energieversorgung prinzipiell dargestellt. Dazu ist eine mehradrige Leitung10 mit einer Mehrzahl von Adern11 bis1n linear in einer verfahrenstechnischen Anlage verlegt. Dabei ist die mehradrige Leitung10 in Schlaufe gelegt und zu einem einseitig kurzgeschlossenen Kabel verdrillt. - Vorteilhafterweise ist durch diese Leitungsführung die elektromagnetische Abstrahlung durch die mehradrige Leitung
10 so gering, dass sie praktisch bedeutungslos ist. - Die Adern
11 bis1n der mehradrigen Leitung10 sind gleichsinnig in Reihe geschaltet. Dabei ist jeweils ein Adernende11e mit einem Adernanfang12a der nächsten Ader11 bis1n verbunden. Die freien Aderenden11a und1ne sind an eine Wechselspannungsquelle20 angeschlossen. Die Stromflussrichtung ist in allen Adern der mehradrigen Leitung10 gleich. Die Stromflussrichtung in den beiden Leitungen des Kabels ist jeweils entgegengesetzt. - In bevorzugter Ausführungsform ist die Wechselspannungsquelle
20 durch einen direkten Anschluss an das Wechselspannung führende Versorgungsnetz zur Energieversorgung von Motoren, Pumpen, Beleuchtungsanlagen und dergleichen gebildet. In einer alternativen Ausführungsform kann ein untersetzender Transformator vorgesehen sein, dessen Primärwicklung an das Wechselspannung führende Versorgungsnetz angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung mit den freien Aderenden11a und1ne verbunden sind. Vorteilhafterweise wird die mehradrige Leitung10 dadurch mit Niederspannung beaufschlagt. Dementsprechend sinken die Anforderungen an den Berührungsschutz für die mehradrige Leitung10 . Die mehradrige Leitung10 kommt mit einer geringeren Isolation aus und ist flexibler in der Anlage verlegbar. - Darüber hinaus kommt die mehradrige Leitung
10 bei niedriger Speisespannung und bei gleichem Adernwiderstand mit einer geringeren Adernanzahl aus. - Weiterhin ist eine Stromwandleranordnung
30 mit einer Sekundärwicklung31 vorgesehen, die eine aufklappbare Jochanordnung umfaßt. Dadurch wird erreicht, dass der Stromwandleranordnung30 an beliebiger Stelle entlang der mehradrigen Leitung10 angeordnet werden kann. Die Jochanordnung der Stromwandleranordnung30 umschliesst genau eine Leitung10 des Kabels. Dazu wird am Einbauort der Stromwandleranordnung30 der Drill des Kabels aufgeweitet und die beiden mehradrigen Leitungen10 entsprechend der Dimension der Stromwandleranordnung30 voneinander separiert. - Aus einem der beiden mehradrigen Leitungen
10 wird über die Jochanordnung und die Sekundärwicklung31 die Speiseleistung ausgekoppelt. Die Sekundärwicklung31 ist über eine Stichleitung mit mindestens einem Feldgerät40 verbunden. - Das Feldgerät
40 ist mit einer Antenne41 zur drahtlosen Kommunikation mit einer zentralen Einrichtung und Mitteln zur Erfassung einer Prozessgröße50 sowie deren umsetzung in ein elektrisches Signal ausgestattet. - Dabei kann kann vorgesehen sein, dass die freien Aderenden
11a und1ne über eine Sicherung16 an eine Wechselspannungsquelle20 angeschlossen sind. Vorteilhafterweise ist somit jede Speiseeinrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten jeweils separat abgesichert. Dadurch wird erreicht, dass Störungen in einer Speiseeinrichtung auf diese gestörte Speiseeinrichtung begrenzt bleiben und Störungen benachbarter Speiseeinrichtungen vermieden werden. - Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die freien Aderenden
11a und1ne über einen Widerstand15 an eine Wechselspannungsquelle20 angeschlossen sind. Vorteilhafterweise wird dadurch in Abhängigkeit vom Adernwiderstand der Leitung10 und der Spannung der Wechselspannungsquelle20 der Stromfluss durch die Adern11 bis1n der mehradrigen Leitung10 wirksam begrenzt. - In
2 ist unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel eine Einrichtung zur Energieversorgung einer Mehrzahl von in einer Anlage verteilten Feldgeräten40 dargestellt. - Die Leitung
10 ist n-adrig ausgeführt, in Schlaufe gelegt und zu einem Kabel mit insgesamt n + n Adern verdrillt. Das Kabel ist linear in der Anlage verlegt. Der Kabelanfang ist an einen Verteiler17 angeschlossen. Das Kabelende ist durch die Schlaufe gebildet. Der Verteiler17 umfaßt soweit vorgesehen die Sicherung16 , den Widerstand15 und die Verschaltung der Adern11 bis1n in Reihe. - Entlang des Kabels sind eine Mehrzahl von Feldgeräten
40 in der Anlage angeordnet und über stilisiert dargestellte Stromwandleranordnungen30 induktiv an die Leitung10 angeschaltet. Jedes Feldgerät40 ist über eine zweiadrige Stichleitung mit der Sekundärwicklung31 der Stromwandleranordnung30 verbunden. Dabei kann vorgesehen sein, an dieselbe Stichleitung mehrere Feldgeräte40 anzuschalten. - Die induktive Energieauskopplung erfolgt auch ohne Abschaltung beim Hinzufügen und Entfernen von Feldgeräten funkenfrei. Das Kabel und die Stichleitungen sind den Vorschriften über nichteigensichere Leitungen entsprechend ausgeführt. Der Verteiler
17 ist nach den Vorschriften über Einrichtungen in erhöhter Sicherheit „EEx e" nach EN 50019 ausgeführt. Die Stromwandleranordnung30 ist vorteilhafterweise in Vergusskapselung „EEx m" nach EN 50028 ausgeführt. - In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Feldgeräten
40 , die in einem funktionalen Zusammenhang stehen, jeweils durch eine Verkettungsleitung42 miteinander verbunden sind. Über diese Verkettungsleitung42 werden unabhängig von und parallel zu der drahtlosen Kommunikation Signale zwischen den funktional verbundenen Feldgeräten40 übertragen. Diese funktional verbundenen Feldgeräten40 sind im einfachsten Fall Elemente einer Steuerkette bestehend aus einem Messwertaufnehmer, einer Steuerung und einem Aktor. Anstelle der Steuerung kann auch eine Regelung vorgesehen sein. - Die Signalübertragung zwischen den funktional verbundenen Feldgeräten
40 erfolgt redundant über die drahtlose Kommunikation und über die Verkettungsleitungen42 und gilt damit als besonders ausfallsicher. Vorteilhafterweise unterstützt diese Ausgestaltung die Zertifizierung der Feldgeräte40 in Sicherheitsstufen des SIL (Safety Integrity Level) gemäß IEC 61508/IEC 61511. -
- 10
- Leitung
- 11 bis 1n
- Adern
- 11a bis 1na
- Aderanfang
- 11e bis 1ne
- Aderende
- 15
- Widerstand
- 16
- Sicherung
- 17
- Verteiler
- 20
- Wechselspannungsquelle
- 30
- Stromwandleranordnung
- 31
- Sekundärwicklung
- 40
- Feldgerät
- 41
- Antenne
- 42
- Verkettungsleitung
- 50
- Prozessgröße
Claims (4)
- Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten in verfahrenstechnischen Anlagen, die zur drahtlosen Kommunikation befähigt sind, dadurch gekennzeichnet, – dass eine mehradrige Leitung (
10 ) in Schlaufe gelegt und zu einem Kabel verdrillt ist, – dass das Kabel linear in der verfahrenstechnischen Anlage verlegt ist, – dass die Adern (11 bis1n ) der mehradrigen Leitung (10 ) gleichsinnig in Reihe geschaltet sind, – dass die freien Aderenden (11a ,1ne ) an eine Wechselspannungsquelle (20 ) angeschlossen sind, – dass mindestens eine Stromwandleranordnung (30 ), deren Magnetkreis eine Leitung (10 ) des Kabels umschließt, mit mindestens einer Sekundärwicklung (31 ) vorgesehen ist und – dass an die Sekundärwicklung (31 ) mindestens ein Feldgerät (40 ) angeschlossen ist. - Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die freien Aderenden (
11a ,1ne ) über einen Widerstand (15 ) an die Wechselspannungsquelle (20 ) angeschlossen sind. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die freien Aderenden (
11a ,1ne ) über eine Sicherung (16 ) an die Wechselspannungsquelle (20 ) angeschlossen sind. - Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Stromwandleranordnung (
30 ) eine aufklappbare Jochanordnung umfasst.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202004021004U DE202004021004U1 (de) | 2004-12-08 | 2004-12-08 | Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten (III) |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202004021004U DE202004021004U1 (de) | 2004-12-08 | 2004-12-08 | Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten (III) |
DE102004059108 | 2004-12-08 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202004021004U1 true DE202004021004U1 (de) | 2006-07-06 |
Family
ID=36710043
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202004021004U Expired - Lifetime DE202004021004U1 (de) | 2004-12-08 | 2004-12-08 | Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten (III) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202004021004U1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009041033A1 (de) * | 2009-09-14 | 2011-03-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Geschlossener Magnetkreis für einen Wandler |
EP2709231A1 (de) | 2012-09-12 | 2014-03-19 | VEGA Grieshaber KG | Energieversorgungssystem für ein Feldgerät mit einem Funkmodul |
-
2004
- 2004-12-08 DE DE202004021004U patent/DE202004021004U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009041033A1 (de) * | 2009-09-14 | 2011-03-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Geschlossener Magnetkreis für einen Wandler |
EP2709231A1 (de) | 2012-09-12 | 2014-03-19 | VEGA Grieshaber KG | Energieversorgungssystem für ein Feldgerät mit einem Funkmodul |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0666631B1 (de) | Speisesystem für einen Feldbus | |
EP1965482B1 (de) | ASI-Netzwerk für explosionsgefährdete Bereiche | |
DE102006019555B3 (de) | Messumformer | |
DE102010043254A1 (de) | Messsystem zur Überwachung mindestens einer Phase eines Systems | |
EP1060552B1 (de) | Feldbusanordnung mit einem feldbusverteiler | |
EP1835264A2 (de) | Nichteigensicher gespeistes Messgerät | |
DE19640367A1 (de) | Leitungslose Energie- und Datenübertragung für ein modulares Peripherie-System | |
DE102004059106B4 (de) | Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten (I) | |
DE19910409A1 (de) | Feldbusanordnung mit einem Feldbusverteiler | |
DE202004021004U1 (de) | Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten (III) | |
DE102005008158A1 (de) | Schaltungsanordnung zur Korrosionsschutzstromeinspeisung und Leitungstest für Zweidrahtleitungen | |
EP1169762B1 (de) | Bussystem mit einer datenbusleitung und einer energiebusleitung | |
DE202004021009U1 (de) | Einrichtung zur Energieversorgung von Feldgeräten (II) | |
EP0807999A1 (de) | Energieverteilungssystem | |
DE19922467B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Spannungsquelle und Datenentkopplung bei AS-Interface | |
DE102016112362B4 (de) | Konzept zur Reichweitenverlängerung für eine kombinierte Daten- und Energieleitung | |
DE102008007145A1 (de) | Stromeinspeisungsvorrichtung | |
DE102004059109A1 (de) | Einrichtung zur potentialfreien Energieversorgung von steckbaren Baugruppen | |
EP0891008A1 (de) | Energieverteilungssystem | |
DE10328532B3 (de) | Speisegerät zur eigensicheren Energieversorung und Verfahren zur elektrischen DC-Versorgung von Verbrauchern mit einem solchen Speisegerät | |
DE9116243U1 (de) | Elektronische Schaltungskette mit Schaltrelais | |
DE19803543B4 (de) | Elektrische Einrichtung für die Energie- und Datenübertragung in explosionsgefärdeten Bereichen | |
DE10220708B4 (de) | Speisesystem für einen eigensicheren Feldbus | |
WO2011047855A1 (de) | Schaltungsanordnung zur galvanischen trennung | |
EP3066733A1 (de) | Eingangsschaltung zur bereitstellung einer versorgungsspannung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20060810 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20080124 |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: WESTERFELD, PETER, DIPL.-ING., DE Free format text: FORMER OWNER: ABB PATENT GMBH, 68526 LADENBURG, DE Effective date: 20080612 |
|
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20110113 |
|
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20130109 |
|
R082 | Change of representative | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: WESTERFELD, PETER, DIPL.-ING., DE Free format text: FORMER OWNER: ABB AG, 68309 MANNHEIM, DE Effective date: 20130718 |
|
R071 | Expiry of right | ||
R071 | Expiry of right |