EP2335025A1 - Feldgerät der prozessautomatisierung - Google Patents

Feldgerät der prozessautomatisierung

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Publication number
EP2335025A1
EP2335025A1 EP09783147A EP09783147A EP2335025A1 EP 2335025 A1 EP2335025 A1 EP 2335025A1 EP 09783147 A EP09783147 A EP 09783147A EP 09783147 A EP09783147 A EP 09783147A EP 2335025 A1 EP2335025 A1 EP 2335025A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current sink
current
controllable current
controllable
sink
Prior art date
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Granted
Application number
EP09783147A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2335025B1 (de
Inventor
Jürgen Meier
Martin Lange
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Publication of EP2335025A1 publication Critical patent/EP2335025A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2335025B1 publication Critical patent/EP2335025B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage

Definitions

  • the invention relates to a field device of process automation technology, with at least one cutting parts for outputting a current signal, with at least one default unit, which specifies at least one value, from which the current signal to be output via the interface is dependent
  • Field devices in particular measuring devices, which output signals and in particular measured values as 4.20 mA signals are known in the prior art. If there is an error in the field device, a so-called Fehiersignal is output, which is usually outside the actual signal range between 4 and 20 mA. The error signal is thus either below 4 mA or above 20 mA.
  • Error acts as a simple solution, therefore, test signals from the field devices correspondingly generate corresponding error signals during these periods, but normal process operation is therefore not possible.
  • the object of the invention is therefore to propose a field device, which allows a review of the error signaling, without this leading to an impairment, in particular the nachgeschaiteten the field device units.
  • the object is achieved by the invention in that at least one first controllable current sink and a second controllable current sink are provided, that the first controllable current sink and the second controllable Current sink are designed such that the first controllable current sink and the second controllable current sink are each adjustable to a predetermined current, and that the first controllable current sink and the second controllable current sink are so connected to the interface, that the current signal, which harbors at the interface , in the
  • the field device is in particular a 4. 20 mA signal field device.
  • An embodiment provides that the field device signals the presence of a fault of the field device by an error signal via the interface, wherein the error signal within an error signal interval Itegt, the error signal interval is in particular between 0 mA and 4 mA or 3.6 mA, if it is the interface is a 4 20 mA interface
  • An embodiment includes that the error signal has a current intensity below a predetermined value, in particular less than 3.6 mA.
  • An embodiment provides that the first controllable current sink and the second controllable current sink are connected in series.
  • An embodiment includes that at least one control unit is provided, and that the control unit is configured such that the control unit sets the first controllable current sink and the second controllable current sink respectively to a predeterminable current intensity starting from the default unit
  • control unit is configured such that the control unit starting from the default unit, the first controllable current sink and the second controllable current sink such controls that the signal applied to the interface varies within a predefined interval
  • the first controllable current sink consists of at least a first current sink, a first regulator, a first resistor and a first measuring resistor, wherein the first measuring resistor is connected in series with the first current sink and is provided for tapping a first measuring voltage
  • the second controllable current sink at least consists of a second current sink, a second regulator, a second resistor and a second measuring resistor, wherein the second measuring resistor is connected in series with the second current sink and is provided for tapping a second measuring voltage
  • An embodiment includes that a capacitor and a diode are incorporated in the first controllable current sink and / or in the second controllable current sink.
  • An embodiment includes that a second switch and a second Uberbruckungswiderstand are provided parallel to the second current sink and the second measuring resistor.
  • control unit has at least two microprocessors which essentially independently of one another control the first controllable current sink and the second controllable current sink.
  • FIG. 1 shows a representation of a schematic shading of a field device according to the invention
  • FIG. 2 shows a representation of the temporal behavior of some currents during a test with the inventive feeder of FIG. 1, FIG.
  • FIG. 1 shows a field device 10 according to the invention.
  • This is, for example, a measuring device for determining and / or monitoring a process variable.
  • the process variable is, for example, level, density, viscosity, flow, pH or temperature
  • the field device 10 has an interface 1 1, via which, for example, the measured values are output as 4 ... 20 mA signals.
  • a Signa! whose current strength is outside this range reserved for normal use.
  • the "fault current" is below 3.6 mA
  • the circuit shown here allows the test of whether this fault current can be generated without the fault signal being sent directly to the interface 11.
  • two controllable current sinks 1, 2 are connected in series.
  • a part of the first controllable current sink 1 is a current sink 11. This is an electronic load whose load current is electronically controllable. An example is a field effect transistor (FET). Furthermore, the first controllable current sink 1 comprises the first regulator RE1, the first measuring resistor R1 and the first resistor R5.
  • the controller RE1 is an operational amplifier, of which an input to the control unit 13 or specifically with the first microprocessor M1 of the control unit 13 and another input to the first resistor R5 or with the voltage drop across the first measuring resistor R1 to which is connected by an operational amplifier and whose output causes the adjustment of the current intensity of the first current sink 11.
  • the input of the regulator RE1 not connected to the control unit 13 is connected to a contact point of the interface 11 via the first resistor R5. This contact point is also connected to ground.
  • the first measuring resistor R1 also allows the tapping of a first measuring voltage U1.
  • the first current sink 11 is connected to the other contact point of the interface 1 1 and to ground.
  • a zener diode Vz and, in parallel thereto, a capacitor C are also provided between the first current sink 11 and ground.
  • the second controllable current sink 2 is constructed analogously to the first 1. It consists of the second current sink 12, the second regulator RE2, the second resistor R6 and the second measuring resistor R2. The first current sink 11 and the second current sink 2 are connected in series.
  • the second controller RE2 is controlled here via the second microprocessor M2 of the control unit 13.
  • the two microprocessors MI 1 M2 operate independently of each other and also independently of one another via the regulators RE1, RE2, the current levels of the two current sinks 11, 12 a.
  • the respective nominal value for the current at the cut parts is specified by the default unit 12. This is in particular the evaluation unit of the sensor component of the field device 10.
  • the current at the interface is thus set such that it corresponds, for example, to a determined measured value for a process variable or that it represents, for example, the reaching of a limit value.
  • the current signal is varied within a predetermined interval, ie it fidgets around the desired value of the presetting unit 12 and is thus a life signal!
  • a setpoint value of 19 mA which alternates between two current values, ie, for example, there results an output signal of 19 mA + 0.25 mA. This alternation thus means for the receiving unit 15 that the field device 10 is still alive
  • the circuit according to the invention still has the following
  • the first controllable current sink 1 has one in series with the first
  • Measuring voltage U1 is tapped. Parallel to the first current sink i1 and to the first measuring resistor R1, a first switch S1 and ⁇ are first
  • the timing or the currents occurring are shown are shown from top to bottom: the output current at the interface 11, the current at the first sense resistor R1, the current at the first bypass resistor R3, the Current at the second measuring resistor R2 and the current flow at the second bridging resistor R4.
  • switches S1 and S2 are open.
  • the control of the switches takes place, for example, via the control unit 13, or individually via the provided microprocessors M1 and M 2, which are assigned to the first controllable current sink 1 or the second controllable current sink 12.
  • the first current sink 11 is set to 19.25 mA and the second current sink 2 is set to 18.75 mA.
  • the output current at the interface 11 is determined by the second current sink 12.
  • the flowing current is measured via the two measuring resistors R1 and R2 and converted in each case via an operational amplifier in a current proportional voltage IM or U2 and the microprocessors M1 and M2 for control supplied (these compounds are not shown here for clarity).
  • test 11 the test of the first current sink 11 (test 11 in FIG. 2):
  • the switch S1 is closed.
  • the current of 18.75 mA is split across the branch 11 and R1 and the branches R3 and S1.
  • both branches substantially the same current flows when the resistors R1 and R3 are equal in size and the resistance of the switch S1 and the internal resistance of 11 are very small
  • the voltage drop across the measuring resistor R1 voltage U1 is measured and compared with a reference value
  • the default value of the current for the first current sink 11 from the first microprocessor M1 and the first controller RE1 from the above set 19.25 mA to a test value smaller 18.75 mA, z, B. set to 3 mA.
  • the first regulator RE1 adjusts the first current sink 11 so that the voltage across the resistor R5, which is measured via the first measuring resistor Ri, corresponds to the desired value specification by the first microprocessor M1, ie equal to 3 mA mA
  • the remaining current of 18.75 mA - 3 mA flows through the parallel branch of the resistor R3 and the switch S1.
  • the default value for the first current sink 11 is set to a value of large 19.25 mA via the first microprocessor M1 and the first regulator RE1 of 3 mA.
  • Partial current 18.75 ⁇ 2 mA flows again via the first current sink 11 and the first measuring resistor R1.
  • This partial current can be measured as voltage U1 and compared with a reference value. With these voltage measurements, the correct closing of the switch S1 and the capability of the first current sink can thus be achieved 11, to set a current of 3.0 mA, be checked
  • the partial current Itotal - 3 mA flows through the resistor R3 and the switch S1 to the terminals and thus to the outside flow constantly 18.75 mA. Subsequently, the switch S1 is opened. The current is still held by the second current sink 12 to 18.75 mA.
  • the default value for the second current sink 12 is set to 19.25 mA via the second microprocessor M2 and the second regulator RE2. Since the first current sink was set to a current greater than 19.25, the second current sink 12 determines the output current at the interface, which thus amounts to 19.25 mA The toastsigna! therefore varies between the two values 18.75 mA and 19.25 mA. Thus, the field device 10 shows that it is still alive.
  • the default value for the first current sink H is reduced from the value of large 19.25 mA to 18.75 mA.
  • the first current sink H determines the current to the outside (18.75 mA)
  • the voltage measurements at R1 and R2 give in the error-free case the correct current value
  • the test of the second current sink 12 For this purpose, the second switch S2 is closed. The current of currently 18.75 mA is split across branch 12 and R2 and branch R4 and S2. In both branches flows approximately the same current when the resistors R2 and R4 are equal and the resistance of the switch S2 and the internal resistance of the second current sink 12 are very small At this time, the voltage U2 is measured and compared with a reference value Then the default value the second current sink! 2 via the microprocessor M2 and the second regulator RE2 of 19.25 mA to a value less than 18.75 mA, z set to 3 mA. The second regulator RE2 sets the second current sink 12 so that the voltage across the resistor R6, which is measured via the second measuring resistor R2, the
  • the default value for the second current sink 12 becomes 3 mA is set to a value of greater than 19.25 mA.
  • the partial current 18.75 / 2 mA flows again, which can be measured via the voltage U2 and is comparable to a reference value
  • the default value for the first current sink H is set to 19.25 mA via the first microprocessor M1 and the first regulator RE1.
  • the first current sink 11 sets the current at the cutting part 11 to 19.25 mA.
  • the default value for the current value of the second current sink 12 is reduced from the value of large 19.25 mA to 18.75 mA, so that the second current sink 12 determines the current via the interface 11 to the outside at the two measuring resistors R1 and R2 the voltages U1 and U2 are measured to monitor the presence of the respective required current U2 the reference values, so the switch S2 has opened and the second current sink 12 is OK.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Feldgerät (10) der Prozessautomatisierungstechnik, mit einer Schnittstelle (11) zur Ausgabe eines Stromsignals, mit einer Vorgabeeinheit (12), welche einen Wert vorgibt, von welchem ein über die Schnittstelle (11) auszugebendes Stromsignal abhängig ist. Die Erfindung beinhaltet, dass eine erste steuerbare Stromsenke (1) und eine zweite steuerbare Stromsenke (2) vorgesehen sind, dass die erste steuerbare Stromsenke (1) und die zweite steuerbare Stromsenke (2) jeweils auf eine vorgebbare Stromstärke einstellbar sind, und dass die erste steuerbare Stromsenke (1) und die zweite steuerbare Stromsenke (2) derartig mit der Schnittstelle (11) verbunden sind, dass das Stromsignai, welches an der Schnittstelle anliegt, im Wesentlichen von der niedrigeren Stromstärke der vorgebbaren Stromstärken, auf weiche die erste steuerbare Stromsenke (1) und die zweite steuerbare Stromsenke (2) eingestellt sind, abhängig ist.

Description

Feldgerät der Prozessautomatisierung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik, mit mindestens einer Schnittsteile zur Ausgabe eines Stromsignals, mit mindestens einer Vorgabeeinheit, welche zumindest einen Wert vorgibt, von welchem das über die Schnittstelle auszugebende Stromsignal abhängig ist
Im Stand der Technik sind Feldgeräte, insbesondere Messgeräte bekannt, welche Signale und insbesondere Messwerte ais 4. 20 mA-Signale ausgeben. Wenn ein Fehler im Feldgerat vorliegt, so wird ein sog Fehiersignal ausgegeben, welches üblicherweise außerhalb des eigentlichen Signalbereichs zwischen 4 und 20 mA liegt. Das Fehlersignal liegt somit entweder unterhalb von 4 mA oder oberhalb von 20 mA.
Im Rahmen des Konzepts der Selbstύberprufung der Fefdgerate ist es dabei auch erforderlich, dass das Gerät dazu in der Lage sein sollte, einen solchen Fehlerstrom zu signalisieren. Dabei besteht jedoch die Problematik darin, dass dieses Fehlersignal selbst nicht an den Ausgang des Gerätes gelangen sollte, da es sich nur um einen Test und nicht um das Vorliegen eines solchen
Fehlers handelt Als einfache Lösung werden daher in Testzeitraumen von den Feldgeräten entsprechende Fehlersignale absichtlich erzeugt In diesen Zeiträumen ist daher jedoch ein normaler Prozessbetrieb nicht möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher dann, ein Feldgerät vorzuschlagen, welches eine Überprüfung der Fehlersignalisierung erlaubt, ohne dass dies zu einer Beeinträchtigung, insbesondere der dem Feldgerät nachgeschaiteten Einheiten kommt.
Die Aufgabe lost die Erfindung dadurch, dass mindestens eine erste steuerbare Stromsenke und eine zweite steuerbare Stromsenke vorgesehen sind, dass die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke derartig ausgestaltet sind, dass die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke jeweils auf eine vorgebbare Stromstärke einstellbar sind, und dass die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke derartig mit der Schnittstelle verbunden sind, dass das Stromsignal, welches an der Schnittstelle anhegt, im
Wesentlichen von der niedrigeren Stromstarke der vorgebbaren Stromstärken, auf welche die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke eingestellt sind, abhängig ist. Bei dem Feldgerät handelt es sich insbesondere um ein 4 . 20 mA-Sιgnal-Feldgerät.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Feldgerat das Vorliegen eines Fehlers des Feldgerates durch ein Fehlersignal über die Schnittstelle signalisiert, wobei das Fehlersignal innerhalb eines Fehlersignalintervalls Itegt, Das Fehlersignalintervall liegt dabei insbesondere zwischen 0 mA und 4 mA bzw. 3.6 mA, wenn es sich bei der Schnittstelle um eine 4 20 mA-Schnittste!le handelt
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass das Fehlersignal eine Stromstärke unterhalb eines vorgegebenen Wertes, insbesondere kleiner 3,6 mA, aufweist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke in Reihe geschaltet sind.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens eine Steuereinheit vorgesehen ist, und dass die Steuereinheit derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit ausgehend von der Vorgabeeinheit die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke jeweils auf eine vorgebbare Stromstärke einstellt
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit ausgehend von der Vorgabeeinheit die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke derartig steuert, dass das an der Schnittstelle anhegende Signal in einem vorgebbaren Intervall variiert
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die erste steuerbare Stromsenke mindestens aus einer ersten Stromsenke, einem ersten Regler, einem ersten Widerstand und einem ersten Messwiderstand besteht, wobei der erste Messwiderstand in Reihe zur ersten Stromsenke geschaltet ist und zum Abgreifen einer ersten Messspannung vorgesehen ist
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite steuerbare Stromsenke mindestens aus einer zweiten Stromsenke, einem zweiten Regler, einem zweiten Widerstand und einem zweiten Messwiderstand besteht, wobei der zweite Messwiderstand in Reihe zur zweiten Stromsenke geschaltet ist und zum Abgreifen einer zweiten Messspannung vorgesehen ist
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass ein Kondensator und eine Diode in die erste steuerbare Stromsenke und/oder in die zweite steuerbare Stromsenke eingebaut sind.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass parallel zur ersten Stromsenke und zum ersten Messwiderstand ein erster Schalter und ein erster Uberbruckungswiderstand vorgesehen sind
Eine Ausgestaltung beinhattet, dass parallel zur zweiten Stromsenke und zum zweiten Messwiderstand ein zweiter Schalter und ein zweiter Uberbruckungswiderstand vorgesehen sind.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit mindestens zwei Mikroprozessoren aufweist, welche im Wesentlichen unabhängig voneinander die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke steuern. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig 1 eine Darstellung einer schematischen Beschattung eines erfindungsgemäßen Feldgerätes und
Fig 2: eine Darstellung des zeitlichen Verhaltens einiger Strome während eines Tests mit dem erfindungsgemaßen Feidgerät der Figur 1 ,
In der Fig 1 ist ein erfindungsgemäßes Feldgerät 10 dargestellt. Dabei handelt es sich beispielsweise um ein Messgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgroße. Die Prozessgroße ist beispielsweise Füllstand, Dichte, Viskosität, Durchfluss, pH-Wert oder Temperatur
Das Feldgerät 10 verfügt über eine Schnittstelle 1 1 , über welche beispielsweise die Messwerte als 4...20 mA-Signale ausgegeben werden. In dem Fall, dass ein Fehler des Feldgerätes 10 vorliegt, wird ein Signa! ausgegeben, dessen Stromstarke außerhalb dieses für die normale Anwendung reservierten Bereichs liegt. In einer Ausgestaltung liegt der .Fehlerstrom" unterhalb von 3,6 mA
Die hier gezeigte Schaltung erlaubt den Test, ob dieser Fehlerstrom erzeugt werden kann, ohne dass das Fehlersignal direkt an die Schnittstelle 1 1 gelangt In dem Feldgerät 10 sind zwei steuerbare Stromsenken 1 , 2 in Reihe geschaltet.
Ein Teil der ersten steuerbaren Stromsenke 1 ist eine Stromsenke 11 . Dies ist eine elektronische Last, deren Laststrom elektronisch regelbar ist Als Beispiel sind ein Feldeffekttransistor (FET) zu nennen. Weiterhin umfasst die erste steuerbare Stromsenke 1 den ersten Regler RE1 , den ersten Messwiderstand R1 und den ersten Widerstand R5. Bei dem Regler RE1 handelt es sich um einen Operationsverstärker, von dem ein Eingang mit der Steuereinheit 13 bzw. speziell mit dem ersten Mikroprozessor M1 der Steuereinheit 13 und ein andere Eingang mit dem ersten Widerstand R5 bzw. mit dem Spannungsabfall über den ersten Messwiderstand R1 mit dem durch einen Operationsverstärker verbunden ist und dessen Ausgang die Einstellung der Stromstärke der ersten Stromsenke 11 bewirkt. Der nicht mit der Steuereinheit 13 verbundene Eingang des Reglers RE1 ist über den ersten Widerstand R5 mit einer Kontaktstelle der Schnittstelle 11 verbunden. Diese Kontaktstelle ist ebenfalls mit Masse verbunden. Der erste Messwiderstand R1 erlaubt auch den Abgriff einer ersten Messspannung U1 .
Die erste Stromsenke 11 ist mit der anderen Kontaktstelle der Schnittstelle 1 1 und mit Masse verbunden. In diesem Bereich der Schaltung sind auch zwischen der ersten Stromsenke 11 und Masse noch eine Zenerdiode Vz und parallel dazu ein Kondensator C vorgesehen. Überdies besteht auch eine Verbindung zwischen den beiden in Reihe geschalteten Stromsenken M und 12 und dem zweiten Mikroprozessor M2 der Steuereinheit 13.
Die zweite steuerbare Stromsenke 2 ist analog der ersten 1 aufgebaut. Sie besteht aus der zweiten Stromsenke 12, dem zweiten Regler RE2, dem zweiten Widerstand R6 und dem zweiten Messwiderstand R2. Dabei sind die erste Stromsenke 11 und die zweite Stromsenke !2 in Reihe geschaltet. Der zweite Regler RE2 wird hier über den zweiten Mikroprozessor M2 der Steuereinheit 13 gesteuert. Die beiden Mikroprozessoren MI 1 M2 arbeiten unabhängig voneinander und stellen auch unabhängig voneinander über die Regler RE1 , RE2 die Stromstärken der beiden Stromsenken 11 , 12 ein. Der jeweilige Sollwert für den Strom an der Schnittsteile wird von der Vorgabeeinheit 12 vorgegeben. Dabei handelt es sich insbesondere um die Auswerteeinheit der Sensorikkomponente des Feldgerätes 10. Der Strom an der Schnittstelle wird somit derartig eingestellt, dass er beispielsweise einem ermittelten Messwert für eine Prozessgröße entspricht oder dass er beispielsweise das Erreichen eines Grenzwertes repräsentiert. Um der hier stilisiert dargestellten Empfangseinheit 15 des an der Schnittstelle 11 anliegenden Signals mitzuteilen, dass das Feldgerät 11 noch lebt, wird das Stromsignal innerhalb eines vorgegebenen Intervalls variiert, d.h. es zappelt um den Sollwert der Vorgabeeinheit 12 und ist somit ein Lebenssigna! für das Feldgerat 10 Als Beispiel sei ein Sollwert von 19 mA angenommen, welches zwischen zwei Stromwerten abwechselt, d.h. es ergibt sich beispielsweise etn Ausgangssignal 19 mA + 0,25 mA. Dieses Alternieren bedeutet damit für die Empfangseinheit 15, dass das Feldgerat 10 noch lebt
Werden bei der ersten Stromsenke 11 und der zweiten Stromsenke 12 unterschiedliche Stromstärken eingestellt, so liegt jeweils der niedrigere Stromwert an der Schnittstelle 11 an
Für den Test, ob das Fehlersignal (hier ein Strom kleiner 3,6 mA) erzeugt werden kann, sind in der erfindungsgemäßen Schaltung noch folgende
Komponenten vorgesehen:
Die erste steuerbare Stromsenke 1 verfugt über einen in Reihe zur ersten
Stromsenke 11 geschalteten ersten Messwiderstand R1 , über den eine erste
Messspannung U1 abgegriffen wird. Parallel zur ersten Stromsenke i1 und zum ersten Messwiderstand R1 sind ein erster Schalter S1 und ©in erster
Uberbrückungswiderstand R3 vorgesehen
Analog sind ein zweiter Messwiderstand R2 für eine zweite Messspannung
U2, ein zweiter Schalter S2 und ein zweiter Uberbrückungswiderstand R4 bei der zweiten steuerbaren Stromsenke 2 vorgesehen Wie zu sehen, sind die beiden steuerbaren Stromsenken 1 , 2 voneinander
„entkoppelt" und erlauben eine Regelung im Wesentlichen unabhängig voneinander.
Für das Funktionieren der Schaltung sind in der Fig. 2 die zeitlichen Ablaufe bzw. die auftretenden Strome dargestellt Dargestellt sind von oben nach unten: der Ausgangsstrom an der Schnittstelle 11 , der Strom am ersten Messwiderstand R1 , der Strom am ersten Uberbrückungswiderstand R3, der Strom am zweiten Messwiderstand R2 und der Stromverlauf am zweiten Überbrückungswiderstand R4.
Für den Normalbetrieb sind die Schalter S1 und S2 offen. Die Steuerung der Schalter erfolgt dabei beispielsweise über die Steuereinheit 13, bzw. einzeln über die vorgesehenen Mikroprozessoren M1 und M 2, die der ersten steuerbaren Stromsenke !1 bzw. der zweiten steuerbaren Stromsenke 12 zugeordnet sind.
Zum Zeitpunkt t1 sei die erste Stromsenke 11 auf 19,25 mA und die zweite Stromsenke !2 auf 18,75 mA eingestellt. Der Ausgangsstrom an der Schnittstelle 11 wird von der zweiten Stromsenke 12 bestimmt. Der fließende Strom wird über die beiden Messwiderstände R1 und R2 gemessen und über jeweils einen Operationsverstärker in eine dem Strom proportionale Spannung IM bzw. U2 umgewandelt und den Mikroprozessoren M1 und M2 zur Kontrolle zugeführt (diese Verbindungen sind für die Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt).
Würde über einen Parallelpfad - z.B. seien die beiden Schalter S1 , S2 offen, aber niederohmig - ein Strom von z.B. 5 mA fließen, so regelt der Regler, welcher für den fließenden Strom bestimmend ist, trotzdem auf den unteren Wert von 18,75 mA, aber in den Messwiderständen R1 bzw. R2 fließt nur der Differenzstrom von 18,75 mA - 5 mA = 13,75 mA. Somit liegt ein Fehler im Feldgerät 10 vor und die jeweilige Stromsenke 11 bzw. 12 würde den Fehlerstrom kleiner 3,6mA einstellen.
Nun zur Testphase, ob das Feldgerät 10 den Fehlerstrom auch zuverlässig einstellen kann. Der hier gezeigte Abiauf ist dabei rein beispielhaft. Die gestrichelten senkrechten Striche geben immer den Zeitraum an, für welchen jeweils ein Schalter geschiossen ist.
Zunächst der Test der ersten Stromsenke 11 (Test 11 in der Fig. 2): Der Schalter S1 wird geschlossen. Der Strom von 18,75 mA teilt sich über den Zweig 11 und R1 und den Zweig R3 und S1 auf In beiden Zweigen fließt im Wesentlichen der gleiche Strom, wenn die Widerstände R1 und R3 gleich groß und der Widerstand des Schalters S1 und der Innenwiderstand von 11 sehr klein sind Die am Messwiderstand R1 abfallende Spannung U1 wird gemessen und mit einem Referenzwert verglichen Dann wird der Vorgabewert der Stromstarke für die erste Stromsenke 11 vom ersten Mikroprozessor M1 und den ersten Regler RE1 von den oben eingestellten 19,25 mA auf einen Testwert kleiner 18,75 mA, z, B. auf 3 mA gesetzt. Der erste Regler RE1 stellt die erste Stromsenke 11 so ein, dass die Spannung am Widerstand R5, welche über den ersten Messwiderstand Ri gemessen wird, der Sollwertvorgabe vom ersten Mikroprozessor M1 , d h gleich 3 mA, entspricht Durch den Zweig R1 , 11 fließt damit 3 mA Der restliche Strom von 18,75 mA - 3 mA fließt über den Parallelzweig aus dem Widerstand R3 und den Schalter S1. Bei dieser Schaitungsanordnung sind Testströme zwischen 0 mA und einem Wert Itestmaxi bei der ersten Stromsenke 11 einstellbar. Der Wert Itestmaxi ist abhangig von dem Verhältnis zwischen den Widerstanden R3 und R1. Seien die Werte R3 = 100 Ohm und R1 = 10 Ohm, so kann der Teststrom in 11 zwischen 0 mA und R3 * Igesamt/(R3+R1 ) = 100 Ohm * 18,75 mA / (100 Ohm + 10 Ohm) =17,05 mA eingestellt werden
Dann wird der Vorgabewert für die erste Stromsenke 11 über den ersten Mikroprozessor M1 und den ersten Regler RE1 von 3 mA auf einen Wert großer 19,25 mA gesetzt. Über die erste Stromsenke 11 und den ersten Mesεwiderstand R1 fließt wieder dar Teilstrom 18,75^2 mA Dieser Teilstrom kann ais Spannung U1 gemessen und mit einem Referenzwert verglichen werden Mit diesen Spannungsmessungen kann somit das korrekte Schließen des Schalters S1 und die Fähigkeit der ersten Stromsenke 11 , einen Strom von 3,0 mA einzustellen, Oberprüft werden
In der Testzeit fließt der Teilstrom Igesamt - 3 mA über den Widerstand R3 und den Schalter S1 Zu den Klemmen und somit nach außen fließen konstant 18,75 mA. Anschließend wird der Schalter S1 geöffnet Der Strom wird immer noch von der zweiten Stromsenke 12 auf 18,75 mA gehalten.
Zum Zeitpunkt t2 wird der Vorgabewert für die zweite Stromsenke 12 über den zweiten Mikroprozessor M2 und den zweiten Regler RE2 auf 19,25 mA gesetzt. Da die erste Stromsenke auf einen Strom größer 19,25 eingestellt wurde, bestimmt die zweite Stromsenke 12 den Ausgangsstrom an der Schnittstelle, welcher somit 19,25 mA betragt Das Ausgangssigna! variiert daher zwischen den beiden Werten 18,75 mA und 19,25 mA. Somit zeigt das Feldgerät 10, dass es noch lebt.
Zum Zeitpunkt t3 wird der Vorgabewert für die erste Stromsenke H vom Wert großer 19,25 mA auf 18,75 mA herabgesetzt. Damit bestimmt die erste Stromsenke H den Strom nach Außen (18,75 mA) Die Spannungsmessungen an R1 und R2 ergeben im fehlerfreien Fall den jeweils richtigen Stromwert
Stimmt der Wert, so hat der Schalter S1 geöffnet und die erste Stromsenke H ist in Ordnung
Der Test der zweiten Stromsenke 12: Hierfür wird der zweite Schalter S2 geschlossen. Der Strom von momentan 18,75 mA teilt sich über den Zweig 12 und R2 und den Zweig R4 und S2 auf. In beiden Zweigen fließt ungefähr der gleiche Strom, wenn die Widerstände R2 und R4 gleich groß und der Widerstand des Schalters S2 und der Innenwiderstand der zweiten Stromsenke 12 sehr klein sind Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung U2 gemessen und mit einem Referenzwert verglichen Anschließend wird der Vorgabewert der zweiten Stromsenke !2 über den Mikroprozessor M2 und den zweiten Regler RE2 von 19,25 mA auf einen Wert kleiner 18,75 mA, z B auf 3 mA gesetzt. Der zweite Regler RE2 stellt die zweite Stromsenke 12 so ein, dass die Spannung am Widerstand R6, welche über den zweiten Messwiderstand R2 gemessen wird, der
Sollwertvorgabe vom zweiten Mikroprozessor M2, d h gleich 3 mA, entspricht. Durch den Zweig R2, 12 fließt damit 3 mA Der restliche Strom von 18,75 mA - 3 mA fließt über den Parallelzweig aus dem Widerstand R4 und den Schalter S2 Bei dieser Schaltungsanordnung sind Teststrome zwischen 0 mA und einem Wert Itestmax2 bei der zweiten Stromsenke 12 einstellbar Der Wert Itestmax2 ist abhangig von dem Verhältnis zwischen den Widerstanden R4 und R2 Seien die Werte R4 = 100 Ohm und R2 = 10 Ohm, so kann der
Teststrom in 12 zwischen 0 mA und R4 * Igesamt/(R4+R2) = 100 Ohm * 18,75 mA / (100 Ohm + 10 Ohm) =17,05 mA eingestellt werden Dann wird der Vorgabewert für die zweite Stromsenke 12 von 3 mA auf einen Wert großer 19,25 mA gesetzt Über die zweite Stromsenke 12 und den Messwiderstand R2 fließt wieder der Teilstrom 18,75/2 mA, welcher über die Spannung U2 messbar und mit einem Referenzwert vergleichbar ist
Mit diesen Spannungsmessungen kann das korrekte Schließen des Schalters S2 und die Fähigkeit der zweiten Stromsenke, einen Strom kleiner 3,6 mA einzustellen d h zu sperren, überprüft werden In der Testzeit fließt der Teilstrom Igesamt abzüglich 3 mA über den
Uberbruckungswiderstand R4 und den Schalter S2 An der Schnittstelle 11 liegt konstant ein Stromsignal von 18,75 mA an
Anschließend wird der Schalter S2 geöffnet, wobei der Strom immer noch von der ersten Stromsenke H auf 18,75 mA gehalten wird
Zum Zeitpunkt t4 wird der Vorgabewert für die erste Stromsenke H über den ersten Mikroprozessor M1 und den ersten Regler RE1 auf 19,25 mA gesetzt Damit stellt die erste Stromsenke 11 den Strom an der Schnittsteile 1 1 auf 19,25 mA ein.
Zum Zeitpunkt t5 wird der Vorgabewert für den Stromwert der zweiten Stromsenke 12 von dem Wert großer 19,25 mA auf 18,75 mA herabgesetzt, so dass die zweite Stromsenke 12 den Strom über die Schnittstelle 11 nach Außen bestimmt An den beiden Messwiderstanden R1 und R2 werden die Spannungen U1 und U2 gemessen, um das Vorliegen des jeweils erforderlichen Stromes zu überwachen Entsprechen die Spannungen 111 und U2 den Referenzwerten, so hat der Schalter S2 geöffnet und die zweite Stromsenke 12 ist in Ordnung.
In dem hier gezeigten Diagramm der Fig. 2 wird das Testen mit dem nächsten Test der ersten Stromsenke 11 weitergeführt
Durch das zeitabhängige Schalten der Stomsenken 11 , 12 mit entsprechender Sollwertvorgabe des jeweiligen Stromwertes wird erreicht, dass durch das Öffnen und Schließen der Schalter S1 und S2 keine ungewollten Stromspitzen auf dem 4...20 mA-Signa! an der Schnittsteile 1 1 erzeugt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Feidgerät (10) der Prozessautomatisierungstechnik, mit mindestens einer Schnittstelle (11 ) zur Ausgabe etnes Stromsignals, mit mindestens einer Vorgabeeinheit (12), welche zumindest einen Wert vorgibt, von welchem das über die Schnittstelle (11 ) auszugebende Stromsignal abhangig ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste steuerbare Stromsenke (1 ) und eine zweite steuerbare Stromsenke (2) vorgesehen ssnd, dass die erste steuerbare Stromsenke (1 ) und die zweite steuerbare Stromsenke (2) derartig ausgestaltet sind, dass die erste steuerbare Stromsenke (1 ) und die zweite steuerbare Stromsenke (2) jeweils auf eine vorgebbare Stromstarke einstellbar sind, und dass die erste steuerbare Stromsenke (1 ) und die zweite steuerbare Stromsenke (2) derartig mit der Schnittstelle (1 1 ) verbunden sind, dass das Stromsignal, welches an der Schnittstelle (1 1 ) anhegt, im Wesentlichen von der niedrigeren Stromstärke der vorgebbaren Stromstarken, auf weiche die erste steuerbare Stromsenke (1 ) und die zweite steuerbare Stromsenke (2) eingestellt sind, abhangig ist.
2 Feldgerät (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Feidgerät (10) das Vorliegen eines Fehlers des Feldgerätes (10) durch ein Fehlersignai über die Schnittstelle (11 ) signalisiert, wobei das Fehlersignal innerhalb eines Fehlersignalintervalls liegt
3. Fβldgerat (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlersignai eine Stromstarke unterhalb eines vorgegebenen Wertes, insbesondere kleiner 3,6 mA, aufweist.
4. Feldgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste steuerbare Stromsenke (1 ) und die zweite steuerbare Stromsenke (2) in Reihe geschaltet sind.
5. Fefdgerat (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Steuereinheit (13) vorgesehen ist, und dass die Steuereinheit (13) derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit (13) ausgehend von der Vorgabeeinheit (12) die erste steuerbare Stromsenke (1 ) und die zweite steuerbare Strornsenke (12) jeweils auf eine vorgebbare Stromstarke einstellt.
6 Feldgerät (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit (13) ausgehend von der Vorgabeeinheit (12) die erste steuerbare Stromsenke (1 ) und die zweite steuerbare Stromsenke (12) derartig steuert, dass das an der Schnittstelle (11 ) anliegende Signal in einem vorgebbaren Intervall variiert
7 Feldgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste steuerbare Stromsenke (1 ) mindestens aus einer ersten
Stromsenke (11 ), emem ersten Regler (RE1 ), einem ersten Widerstand (R5) und einem ersten Messwiderstand (R1 ) besteht, wobei der erste Messwiderstand (R1 ) in Reihe zur ersten Stromsenke (11 ) geschaltet ist und zum Abgreifen einer ersten Messspannung (U1 ) vorgesehen ist
8. Feldgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, class die zweite steuerbare Stromsenke (2) mindestens aus einer zweiten Stromsenke (12), einem zweiten Regler (RE2), einem zweiten Widerstand (R6) und einem zweiten Messwiderstand (R2) besteht, wobei der zweite Messwiderstand (R2) in Reihe zur zweiten Stromsenke (12) geschaltet ist und zum Abgreifen einer zweiten Messspannung (U2) vorgesehen ist
9 Feldgerat (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (C) und eine Diode (VZ) in die erste steuerbare Stromsenke (1 ) und/oder in die zweite steuerbare Stromsenke (2) eingebaut sind
10 Fetdgerat (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur ersten Stromsenke (11 ) und zum ersten Messwiderstand (R1 ) ein erster Schalter (S1 ) und ein erster Uberbruckungswiderstand (R3) vorgesehen sind
11 Feldgerat (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur zweiten Stromsenke (12) und zum zweiten Messwiderstand (R2) ein zweiter Schalter (S2) und ein zweiter Uberbruckungswiderstand (R4) vorgesehen sind
12 Feldgerat (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) mindestens zwei Mikroprozessoren (M1 , M2) aufweist welche im Wesentlichen unabhängig voneinander die erste steuerbare Stromsenke (H ) und die zweite steuerbare Stromsenke (12) steuern
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