EP2616891A1 - Feldgerät zur bestimmung und/oder überwachung einer chemischen oder physikalischen prozessgrösse in der automatisierungstechnik - Google Patents

Feldgerät zur bestimmung und/oder überwachung einer chemischen oder physikalischen prozessgrösse in der automatisierungstechnik

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Publication number
EP2616891A1
EP2616891A1 EP11763614.2A EP11763614A EP2616891A1 EP 2616891 A1 EP2616891 A1 EP 2616891A1 EP 11763614 A EP11763614 A EP 11763614A EP 2616891 A1 EP2616891 A1 EP 2616891A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
field device
energy
component
sensor module
module
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.)
Withdrawn
Application number
EP11763614.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Grozinger
Peter KLÖFER
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 EP2616891A1 publication Critical patent/EP2616891A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2611—Measuring inductance
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/04—Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0428—Safety, monitoring

Definitions

  • the invention relates to a field device for determining and / or monitoring a chemical or physical process variable in automation technology, wherein the field device has at least one first electronic or electrical component and a second electronic or electrical component.
  • field devices are often used which serve to detect and / or influence process variables.
  • process variables are sensors, such as
  • Temperature measuring devices pH redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc., which record the corresponding process variables level, flow, pressure, temperature, pH or conductivity.
  • Actuators such as valves or pumps, are used to influence process variables
  • field devices are all devices that are used close to the process and that provide or process process-relevant information.
  • field devices are therefore also understood to mean, in particular, remote I / Os, radio adapters or general devices which are arranged on the field level.
  • remote I / Os remote I / Os
  • radio adapters or general devices which are arranged on the field level.
  • a variety of such field devices is provided by the company
  • the communication between at least one higher-level control unit and the field devices usually takes place via a bus system, such as Profibus® PA, Foundation Fieldbus® or HART.
  • the bus systems can be designed both wired and wireless.
  • the higher-level control unit is used for process control, process visualization, process monitoring and commissioning and operation of the field devices and is also referred to as a configuration / management system. Programs based on parent
  • Units run independently, are for example the operating tool
  • Emerson The term 'operation of field devices' in particular the configuration and parameterization of field devices, but also the
  • the invention has for its object to propose a field device in which these disadvantages are avoided.
  • the object is achieved in that the first component of an energy transmitting antenna or transmitting coil and the second component is associated with an energy receiving antenna or receiving coil, wherein between the two components a predetermined distance range consists of the first component and the second component from each other deposited, wherein the distance range is at least partially filled with a dielectric medium, wherein the wireless energy transmission over larger
  • Resonant frequency is be purchasedstalltet, and wherein the energy transmitting antenna is configured and / or arranged so that it supplies the second component continuously or at predetermined time intervals with energy.
  • the embodiment is considered to be particularly advantageous in that the field device is designed so that it is suitable for use in potentially explosive atmospheres.
  • the invention has the advantage that by the spatial separation automatically also a climatic
  • Decoupling can be achieved.
  • the technology underlying the energy transmitting antenna and the energy receiving antenna is the WREL technology "Wireless Resonant Energy Link".
  • the current intensive development work on this wireless energy transmission by resonance actually have the goal over, compared to the dimensions described here significantly longer distances and also significantly higher energy from an energy transmitting antenna or transmitting coil to an energy receiving antenna or transmitting coil to transmit ,
  • the basic principle of the WREL technology is based on the phenomenon of resonance: A WREL receiver can absorb energy from a magnetic field with a wire coil when it is emitted by a transmitter via a wire coil with the appropriate frequency.
  • the WREL determines
  • the resonance frequencies of the resonance resonant circuits of the transmitting antennas and the receiving antennas must be coordinated.
  • the resonance frequencies of the resonance resonant circuits are in the megahertz range in order to radiate as little energy as possible into the environment or to influence this environment. Furthermore, the WREL shines
  • Transmit antenna always only as much energy, as requested by the receiving antenna. Within the response range of the transmit antenna, the position of the receive antenna can be changed without sacrificing the quality of the energy transfer.
  • the first component is an electronic terminal compartment designed according to a first type of protection and that the second component is a sensor module or actuator module designed according to a second type of protection.
  • the sensor module or the actuator module are spaced from the electronics connection space via a dielectric spacer. This spacer is also used for thermal decoupling of electronics connection space and sensor or actuator module.
  • the sensor module or the actuator module has a sensor or an actuator.
  • the power transmitting antenna is associated with the electronics terminal compartment while the power receiving antenna is associated with the sensor module.
  • the power transmission antenna supplies the
  • the second component may be a mainboard, that is, a motherboard following the terminal board.
  • the principle and advantage of wireless energy transfer can also be applied between all printed circuit boards of a complex overall electronics.
  • the dielectric material may also be air.
  • Another embodiment relates to the use of the inventive solution in products of the E + H group, which use the Memosens technology.
  • a transmitting antenna is assigned to the sensor cable, while the receiving antenna is arranged in the sensor head.
  • the electronics connection space is pressure-resistant, in particular Ex-d, configured while the sensor module is intrinsically safe, in particular Ex-i.
  • ExBarriers are usually provided which limit the power supply from the terminal compartment to the sensor or actuator module in such a way that, in the event of a fault, no sparking occurs which could lead to an explosion in the outer space.
  • the power supply is limited, which is usually reflected in a lower measuring rate of the field device. Since continue the
  • Wireless energy transmission according to the invention eliminates these disadvantages.
  • only the power required by the second component, that is to say the sensor or actuator module is always transmitted. It is therefore sufficient to design the sensor module or the actuator module such that it only subtracts the maximum permissible power in the potentially explosive area from the energy transmitting antenna.
  • a preferred embodiment of the field device according to the invention proposes that, in addition, the communication between the electronics terminal compartment and the sensor module takes place galvanically separated, e.g. via radio or via a fiber optic. This is already possible and customary today, since virtually no energy is transmitted with pure data communication.
  • the field device is a radar measuring device for determining the filling level of a filling material in a container.
  • the electronic terminal compartment sensor electronics for processing / evaluation of the supplied from the sensor element
  • Measurement data arranged.
  • the sensor module itself is a
  • High-frequency module the high-frequency measurement signals, in particular Microwaves, generated.
  • the high-frequency measurement signals are located in the GHz range.
  • Corresponding level gauges are used by the
  • An embodiment of the field device provides that a plurality of second components are provided, which are supplied with power simultaneously or in series via the energy transmitting antenna.
  • the wireless energy transmission is two or more coupled resonance coils.
  • One of the coils is the energy source or energy transmitter, while the other coil (s) is / are the energy sink (s) or energy receiver (s).
  • the transmitter coil is preferably fed with a high-frequency AC voltage in the order of 10 MHz.
  • Receiver coils that are at a suitable distance from the transmit coil and that have the proper resonant frequency can receive energy from the transmit coil. In this case, only as much energy is transmitted as is currently required by the receiver coil.
  • An advantageous embodiment of the field device provides that the field device is assigned a higher-level control unit and that the communication between the field device and the higher-level control unit via at least one adapted to the respective hazardous area connection line is wired.
  • the data transmission can also be inductive, capacitive, optical or wireless.
  • the higher-level control unit is a PLC, a programmable logic controller, or a PCS, a process control system. Corresponding examples are already mentioned in the introduction to the description. It is also proposed that the energy supply of the
  • Control unit also takes place wirelessly.
  • an energy receiving antenna must be provided in the first component.
  • an energy store is associated with this, which is able to store the energy received by the energy receiving antenna. This has the advantage that even in the case of a short-term disturbance of the energy transmission, the correct function of the field device is guaranteed.
  • FIG. 1 shows a field device 1 configured as a level measuring device.
  • Level gauge determines the level of a product in a container via a transit time method.
  • Corresponding level gauges have become well known in various embodiments. In general, however, the field device 1 according to the invention serves - as already explained in the introduction to the description - for the determination and / or monitoring of any chemical or physical process variable in the field
  • the preferred field of application of the field device 1 is the potentially explosive area.
  • the field device 1 has as first component 2 an electronic Connection space and as a second component 3, a sensor module.
  • the electronics connection space 2 contains the sensor electronics 10 for processing and evaluation of the measurement data supplied by the sensor.
  • Sensor module 3 is an RF module 1 1, which is used to generate high-frequency measurement signals.
  • an energy transmission antenna 4 is further arranged.
  • the energy transmission antenna 4 is configured and / or arranged such that it supplies the second component 3 with energy continuously or at predetermined time intervals.
  • the sensor module 3 is associated with an energy receiving antenna 5 for this purpose.
  • a predetermined distance range 6 is provided, which separates the first component 2 and the second component 3 from each other.
  • This distance region 6 is at least partially filled with a dielectric medium.
  • the dielectric material is preferably a plastic, glass or ceramic. However, the dielectric material may simply be air.
  • the purpose of the distance range 6 or the spacer 6 is to thermally decouple the two components 2, 3 from each other.
  • a typical distance between the electronics connection compartment 2 and the sensor module is 5 mm to 20 cm for level gauges.
  • the electronics connection compartment 2 is pressure-resistant, in particular Ex-d, configured while the sensor module 3 is intrinsically safe, in particular Ex-i.
  • the communication between the electronics terminal compartment 2 and the sensor module 3 is carried out either via radio or via a fiber optic 9.
  • a power transmission antenna can also supply power to a plurality of different second components 3 - including those of other field devices arranged in the vicinity.
  • the field devices are connected to a higher-level control unit 7 via a bus system.
  • the system according to the invention is not restricted to a field device 1 and a higher-level control unit 7, but usually with the control unit 7 a plurality of identical or different field devices 1, which are used to control a process plant.
  • the communication between the at least one field device 1 and the higher-level control unit 7 via at least one adapted to the respective hazardous area connection line 8 is wired.
  • Known bus protocols are known in the introduction to the description.
  • the compound is an elevated one
  • an energy store 12 is provided which stores the energy received by the energy receiving antenna 4 in the sensor module 3 and, if necessary, stores it for

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer chemischen oder physikalischen Prozessgröße in der Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät zumindest eine erste elektronische oder elektrische Komponente (2) und eine zweite elektronische oder elektrische Komponente (3) aufweist, wobei der ersten Komponente (2) eine Energie-Sendeantenne (4) und wobei der zweiten Komponente (3) eine Energie-Empfangsantenne (5) zugeordnet ist, wobei zwischen den beiden Komponenten (2, 3) ein vorgegebener Distanzbereich (6) besteht, der die erste Komponente (2) und die zweite Komponente (3) voneinander absetzt, wobei der Distanzbereich (6) zumindest teilweise mit einem dielektrischen Medium ausgefüllt ist, und wobei die Energie-Sendeantenne (4) so ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass sie die zweite Komponente (3) kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitintervallen mit Energie versorgt.

Description

Feldgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer chemischen oder physikalischen Prozessgröße in der Automatisierungstechnik
Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer chemischen oder physikalischen Prozessgröße in der Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät zumindest eine erste elektronische oder elektrische Komponente und eine zweite elektronische oder elektrische Komponente aufweist. In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessauto- matisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise
Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und
Temperaturmessgeräte, pH- Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der
Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der
Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also insbesondere auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma
Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
In modernen Prozessanlagen erfolgt die Kommunikation zwischen zumindest einer übergeordneten Steuereinheit und den Feldgeräten in der Regel über ein Bussystem, wie beispielsweise Profibus® PA, Foundation Fieldbus® oder HART®. Die Bussysteme können sowohl drahtgebunden als auch drahtlos ausgestaltet sein. Die übergeordnete Steuereinheit dient zur Prozesssteuerung, zur Prozessvisualisierung, zur Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme und Bedienung der Feldgeräte und wird auch als Konfigurier- /Managementsystem bezeichnet. Programme, die auf übergeordneten
Einheiten eigenständig ablaufen, sind beispielsweise das Bedientool
FieldCare der Firmengruppe Endress+Hauser, das Bedientool Pactware, das Bedientool AMS von Fisher-Rosemount oder das Bedientool PDM von
Siemens. Bedientools, die in Leitsystem-Anwendungen integriert sind, sind das PCS7 von Siemens, das Symphony von ABB und das Delta V von
Emerson. Unter dem Begriff 'Bedienen von Feldgeräten' wird insbesondere das Konfigurieren und Parametrieren von Feldgeräten, aber auch die
Diagnose zwecks frühzeitiger Erkennung von Fehlern an den Feldgeräten oder im Prozess verstanden.
Standardmäßig sind einzelne Komponenten von Feldgeräten in der
Automatisierungstechnik über Leitungen miteinander verbunden und werden über die Leitungen mit Energie versorgt. Die Energieübertragung über Kabel bzw. über drahtgebundene Verbindungsleitungen hat folgende Nachteile:
- Leitungsgebundene EMV-Störungen (leitungsgebundene
elektromagnetische Verträglichkeit-Störungen) gelangen über das Kabel bzw. die Verbindungsleitung direkt zu den einzelnen
Komponenten;
- Um im Fehlerfall die Verschleppung von Überspannungen zwischen den Komponenten zu verhindern, müssen diese durch entsprechende Leistungsbegrenzungsmaßnahmen abgesichert werden. Diese sog. ExBegrenzungen haben jedoch den Nachteil, dass sie im normalen Betriebsfall einen großen Teil der ohnehin knappen Leistung
verbrauchen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldgerät vorzuschlagen, beim dem diese Nachteile umgangen werden.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der ersten Komponente eine Energie- Sendeantenne bzw. Sendespule und der zweiten Komponente eine Energie- Empfangsantenne bzw. Empfangsspule zugeordnet ist, wobei zwischen den beiden Komponenten ein vorgegebener Distanzbereich besteht, der die erste Komponente und die zweite Komponente voneinander absetzt, wobei der Distanzbereich zumindest teilweise mit einem dielektrischen Medium ausgefüllt ist, wobei die drahtlose Energieübertragung über größere
Distanzen von einer Energie-Sendeantenne zu einer Energie- Empfangsantenne mittels Resonanz-Schwingkreisen mit gleicher
Resonanzfrequenz ausgestalltet ist, und wobei die Energie-Sendeantenne so ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass sie die zweite Komponente kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitintervallen mit Energie versorgt.
Als besonders vorteilhaft wird die Ausgestaltung angesehen, dass das Feldgerät so ausgestaltet ist, dass es für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich geeignet ist.
Die zuvor genannten Nachteile einer leitungsgebundenen
Energieübertragung werden durch die erfindungsgemäße Lösung umgangen. Insbesondere werden erfindungsgemäß leitungsgebundene EMV-Störungen komplett ausgeschaltet. Dies ist mit der bekannten galvanischen Entkopplung aufgrund von z.B. herkömmlichen Transformatoren mit Kern nicht komplett möglich. Hingegen weisen erfindungsgemäße Feldgeräte hinsichtlich der Leistungsversorgung eine komplette EMV sowie eine galvanische Trennung auf. Dies erleichtert und vereinfacht auch den Einsatz im
explosionsgefährdeten Bereich, da leistungsverbrauchende Ex-Begrenzungen eingespart werden können. Weiterhin hat die Erfindung den Vorteil, dass durch die räumliche Trennung automatisch auch eine klimatische
Entkopplung erreicht werden kann.
Bevorzugt kommt als die der Energie-Sendeantenne und der Energie- Empfangsantenne zugrunde liegende Technologie die WREL Technik "Wireless Resonant Energy Link" zum Einsatz. Die aktuellen intensiven Entwicklungsarbeiten zu dieser drahtlosen Energieübertragung per Resonanz haben eigentlich das Ziel, über, im Vergleich zu den hier beschriebenen Dimensionen deutlich größere Distanzen und auch deutlich höhere Energien von einer Energie-Sendeantenne bzw. Sendespule zu einer Energie- Empfangsantenne bzw. Sendespule zu übertragen. Das Grundprinzip der WREL Technologie beruht auf dem Phänomen der Resonanz: Ein WREL Empfänger kann mit einer Drahtspule aus einem Magnetfeld Energie aufnehmen, wenn sie von einem Sender über eine Drahtspule mit der entsprechenden Frequenz ausgestrahlt wird. Hierbei bestimmt der WREL
Empfänger durch seine Ausgestaltung exakt die gewünschte Stromstärke und Spannung. Mittels einer induktive Ankopplung zweier Resonanz- Schwingkreise aus einer Antennenkapazität und einer Koppelspule über ein gemeinsames Magnetfeld kann sehr effizient Energie übertragen werden. Hierzu müssen die Resonanzfrequenzen der Resonanz-Schwingkreise der Sendeantennen und der Empfangsantennen aufeinander abgestimmt sein. Die Resonanzfrequenzen der Resonanz-Schwingkreise liegen im Mega- Hertz-Bereich um möglichst wenig Energie in die Umgebung abzustrahlen oder diese Umgebung zu beeinflussen. Weiterhin strahlt die WREL
Sendeantenne stets nur so viel Energie aus, wie von der Empfangsantenne angefordert wird. Innerhalb des Ansprechbereichs der Sendeantenne kann die Position der Empfangsantenne geändert werden, ohne dass die Güte der Energieübertragung hierdurch leidet. Eine ähnliche Technik der
Energieübertragung ist beispielsweise in der Veröffentlichung„Witricity- Drahtlose Energieübertragung"; Rico Zanchetti & Luca Costa; HTW Chur, Schweiz, gezeigt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts sieht vor, dass es sich bei der ersten Komponente um einen gemäß einer ersten Zündschutzart ausgestalteten Elektronik-Anschlussraum handelt und dass es sich bei der zweiten Komponente um ein gemäß einer zweiten Zündschutzart ausgestaltetes Sensormodul bzw. Aktormodul handelt. Hierbei sind das Sensormodul bzw. das Aktormodul von dem Elektronik-Anschlussraum über ein dielektrisches Distanzstück beabstandet. Dieses Distanzstück dient auch der thermischen Entkopplung von Elektronik-Anschlussraum und Sensor- bzw. Aktormodul. Das Sensormodul bzw. das Aktormodul weist einen Sensor oder einen Aktor auf. Die Energie-Sendeantenne ist dem Elektronik- Anschlussraum zugeordnet, während die Energie-Empfangsantenne dem Sensormodul zugeordnet ist. Die Energie-Sendeantenne versorgt das
Sensormodul bzw. das Aktormodul drahtlos mit Energie. Beispiele für
Sensoren und Aktoren sind in der Beschreibungseinleitung bereits
hinreichend beschrieben, so dass an dieser Stelle auf eine Wiederholung verzichtet wird. Aufgrund der beiden getrennten Gehäusekammern kann eine komplette klimatische Entkopplung sichergestellt werden. Alternativ kann es sich bei der zweiten Komponente um ein Mainboard, also eine Hauptplatine, handeln, die auf die Anschluss-Leiterplatte folgt. Weiterhin kann das Prinzip und der Vorteil der drahtlosen Energieübertragung auch zwischen allen Leiterplatten einer komplexen Gesamtelektronik angewandt werden. Selbstverständlich kann es sich bei dem dielektrischen Material auch um Luft handeln.
Eine weitere Ausgestaltung betrifft den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung bei Produkten der E+H Gruppe, die die Memosens-Technologie verwenden. Zwecks Energieversorgung ist hier z.B. eine Sendeantenne dem Sensorkabel zugeordnet, während die Empfangsantenne im Sensorkopf angeordnet ist. Bei einer in der Automatisierungstechnik üblichen Ausgestaltung eines Feldgeräts ist der Elektronik-Anschlussraum druckfest, insbesondere Ex-d, ausgestaltet, während das Sensormodul eigensicher, insbesondere Ex-i, ausgebildet ist. Um die Ex-i Sicherheit zu garantieren, sind üblicherweise ExBarrieren vorgesehen, die die Leistungszufuhr von dem Anschlussraum her zum Sensor- bzw. Aktormodul so einschränken, dass im Fehlerfall keine Funkenbildung auftritt, die zu einer Explosion im Außenraum führen könnte. Somit ist die Leistungszufuhr begrenzt, was sich üblicherweise in einer geringeren Messrate des Feldgeräts widerspiegelt. Da weiterhin die
Leistungszufuhr über Leitungen erfolgt, unterliegen diese den bereits beschriebenen leitungsgebundenen EMV-Störungen. Durch die
erfindungsgemäße drahtlose Energieübertragung werden diese Nachteile beseitigt. Zudem wird stets nur die von der zweiten Komponente, sprich dem Sensor- oder Aktormodul benötigte Leistung übertragen. Es genügt somit, das Sensormodul bzw. das Aktormodul so auszulegen, dass dieses nur die im explosionsgefährdeten Bereich maximal zulässige Leistung von der Energie- Sendeantenne abzieht. Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts schlägt vor, dass zusätzlich auch die Kommunikation zwischen dem Elektronik- Anschlussraum und dem Sensormodul galvanisch getrennt erfolgt, z.B. über Funk oder über eine Fiber Optik. Dies ist, da bei reiner Daten-Kommunikation quasi keine Energie übertragen wird, bereits heute möglich und üblich.
Als besonders geeignet erweist es sich, wenn es sich bei dem Feldgerät um ein Radarmessgerät zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter handelt. Hier ist im Elektronik- Anschlussraum eine Sensorelektronik zur Bearbeitung/Auswertung der von dem Sensorelement gelieferten
Messdaten angeordnet. Im Sensormodul selbst befindet sich ein
Hochfrequenz-Modul, das hochfrequente Messsignale, insbesondere Mikrowellen, erzeugt. Die hochfrequenten Messsignale sind im GHz Bereich angesiedelt. Entsprechende Füllstandsmessgeräte werden von der
Anmelderin in unterschiedlichen Ausgestaltungen angeboten und vertrieben. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts sieht vor, dass mehrere zweite Komponenten vorgesehen sind, die gleichzeitig oder in Serie über die Energie-Sendeantenne mit Energie versorgt werden. Hierbei kommt folgende Funktionsweise zum Tragen: Bei der drahtlosen Energieübertragung handelt es sich um zwei oder um mehrere gekoppelte Resonanzspulen. Eine der Spulen ist die Energiequelle bzw. der Energiesender, während die andere Spule bzw. die anderen Spulen die Energiesenke / die Energiesenken bzw. den Energieempfänger / die Energieempfänger ist / sind. Die Sendespule wird bevorzugt mit einer hochfrequenten Wechselspannung in der Größenordnung von 10 MHz gespeist. Empfängerspulen, die sich in einer geeigneten Distanz zu der Sendespule befinden und die die passende Resonanzfrequenz haben, können Energie aus der Sendespule empfangen. Hierbei wird stets nur soviel Energie übertragen, wie von der Empfängerspule aktuell benötigt wird.
Hingegen wird an Empfängerspulen, deren Resonanzfrequenz nicht zur Sendefrequenz der Sendespule passt, keine Energie übertragen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts sieht vor, dass dem Feldgerät eine übergeordnete Steuereinheit zugeordnet ist und dass die Kommunikation zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Steuereinheit über zumindest eine dem jeweiligen explosionsgefährdeten Bereich angepasste Verbindungsleitung drahtgebunden erfolgt. Alternativ kann die Datenübertragung auch induktiv, kapazitiv, optisch oder drahtlos erfolgen. Bei der übergeordneten Steuereinheit handelt es sich um eine SPS, eine speicherprogrammierbare Steuerung, oder eine PCS, ein Prozess- leitsystem. Entsprechende Beispiele sind in der Beschreibungseinleitung bereits genannt. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgung von der
Steuereinheit her gleichfalls drahtlos erfolgt. Hierzu muss in der ersten Komponente neben der Energie-Sendeantenne auch eine Energie- Empfangsantenne vorgesehen sein. Eine entsprechende Lösung ist in der am gleichen Tag mit der vorliegenden Anmeldung beim Deutschen Patentamt unter dem Titel " System mit zumindest einer Energie-Sendeantenne und zumindest einem Feldgerät" hinterlegten Patentanmeldung beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser parallelen Patentanmeldung wird hiermit ausdrücklich dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung zugerechnet, da beide auch in Kombination arbeiten können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts ist diesem ein Energiespeicher zugeordnet, der in der Lage ist, die von der Energie-Empfangsantenne empfangene Energie zu speichern. Dies hat den Vorteil, dass selbst im Falle einer kurzfristigen Störung der Energieübertragung die korrekte Funktion des Feldgeräts garantiert ist.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur Fig. 1 näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein als Füllstandsmessgerät ausgestaltetes Feldgerät 1 . Das
Füllstandsmessgerät bestimmt den Füllstand eines Füllguts in einem Behälter über ein Laufzeitverfahren. Entsprechende Füllstandsmessgeräte sind hinlänglich in unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt geworden. Generell dient das erfindungsgemäße Feldgerät 1 jedoch - wie bereits in der Beschreibungseinleitung dargelegt - zur Bestimmung und/oder Überwachung irgendeiner chemischen oder physikalischen Prozessgröße in der
Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungs- technik. Der bevorzugte Einsatzbereich des Feldgeräts 1 ist der explosionsgefährdete Bereich. Das Feldgerät 1 weist als erste Komponente 2 einen Elektronik- Anschlussraum und als zweite Komponente 3 ein Sensormodul auf. Der Elektronik- Anschlussraum 2 enthält die Sensorelektronik 10 zur Bearbeitung und Auswertung der von dem Sensor gelieferten Messdaten. In dem
Sensormodul 3 befindet sich ein HF-Modul 1 1 , das zur Erzeugung von hochfrequenten Messsignalen dient. In dem Elektronik-Anschlussraum 2 ist weiterhin eine Energie-Sendeantenne 4 angeordnet. Die Energie- Sendeantenne 4 ist so ausgestaltet und/oder angeordnet, dass sie die zweite Komponente 3 kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitintervallen mit Energie versorgt.
Dem Sensormodul 3 ist hierzu eine Energie-Empfangsantenne 5 zugeordnet. Zwischen den beiden Komponenten 2, 3 ist ein vorgegebener Distanzbereich 6 vorgesehen, der die erste Komponente 2 und die zweite Komponente 3 voneinander absetzt. Dieser Distanzbereich 6 ist zumindest teilweise mit einem dielektrischen Medium ausgefüllt. Bevorzugt handelt es sich bei dem dielektrischen Material um einen Kunststoff, Glas oder Keramik. Allerdings kann es sich bei dem dielektrischen Material auch einfach um Luft handeln. Zweck des Distanzbereichs 6 bzw. des Distanzstücks 6 ist es, die beiden Komponenten 2, 3 thermisch voneinander zu entkoppeln. Eine typische Entfernung zwischen dem Elektronik-Anschlussraum 2 und dem Sensormodul beträgt bei Füllstandsmessgeräten übrigens 5 mm bis 20cm.
In einer be vorzugten Ausgestaltung ist der Elektronik-Anschlussraum 2 druckfest, insbesondere Ex-d, ausgestaltet, während das Sensormodul 3 eigensicher, insbesondere Ex-i, ausgebildet ist.
Die Kommunikation zwischen dem Elektronik-Anschlussraum 2 und dem Sensormodul 3 erfolgt entweder über Funk oder über eine Fiber Optik 9.
Prinzipiell ist es jedoch auch eine kapazitive, optische oder induktive
Datenübertragung möglich. Es versteht sich von selbst, dass eine Energie-Sendeantenne auch mehrere unterschiedliche zweite Komponenten 3 - auch diejenigen anderer in der Nachbarschaft angeordneter Feldgeräte mit Energie versorgen kann. Üblicherweise stehen die Feldgeräte über ein Bussystem in Verbindung mit einer übergeordneten Steuereinheit 7. In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße System also nicht auf ein Feldgerät 1 und eine übergeordnete Steuereinheit 7 beschränkt, sondern üblicherweise sind mit der Steuereinheit 7 eine Vielzahl von gleichen oder unterschiedlichen Feldgeräten 1 verbunden, die zur Steuerung einer Prozessanlage dienen. Die Kommunikation zwischen dem zumindest einen Feldgerät 1 und der übergeordneten Steuereinheit 7 erfolgt über zumindest eine dem jeweiligen explosionsgefährdeten Bereich angepasste Verbindungsleitung 8 drahtgebunden. Bekannte Busprotokolle sind in der Beschreibungseinleitung bekannt.
Beispielsweise handelt es sich bei der Verbindung um eine erhöhten
Sicherheitsanforderungen angepasste Verrohrung. Selbstverständlich kann die Kommunikation aber auch drahtlos erfolgen. Ebenso ist es möglich, die Energie über die zuvor beschriebene z.B. WREL Technologie von der übergeordneten Steuereinheit 7 zu den Feldgeräten 1 zu übertragen. Ein entsprechendes System ist in der zur vorliegenden Patentanmeldungen parallelen Deutschen Patentanmeldung mit gleichem Anmeldetag
beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser parallelen Patentanmeldung ist der vorliegenden Patentanmeldung zuzurechnen.
Um sicherzustellen, dass das Feldgerät auch bei einem kurzfristigen Ausfall der Leistungsübertragung noch betriebsbereit ist, ist ein Energiespeicher 12 vorgesehen, der die von der Energie-Empfangsantenne 4 empfangene Energie in dem Sensormodul 3 speichert und bei Bedarf diesem zur
Verfügung stellt. Bezugszeichenliste
Feldgerät
Anschlussraum / erste Komponente
Sensormodul/Aktormodul / zweite Komponente
Energie-Sendeantenne
Energie-Empfangsantenne
Distanzbereich / Distanzstück
übergeordnete Steuereinheit
Verbindungsleitung
Leitung
Sensorelektronik
HF-Modul
Energiespeicher

Claims

Patentansprüche
1 . Feldgerät (1 ) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer chemischen oder physikalischen Prozessgröße in der Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät zumindest eine erste elektronische oder elektrische Komponente (2) und eine zweite elektronische oder elektrische Komponente (3) aufweist, wobei der ersten Komponente (2) eine Energie-Sendeantenne (4) und wobei der zweiten Komponente (3) eine Energie-Empfangsantenne (5) zugeordnet ist, wobei zwischen den beiden Komponenten (2, 3) ein vorgegebener
Distanzbereich (6) besteht, der die erste Komponente (2) und die zweite
Komponente (3) voneinander absetzt, wobei der Distanzbereich (6) zumindest teilweise mit einem dielektrischen Medium ausgefüllt ist, , wobei eine drahtlosen Energieübertragung mittels Resonanz-Schwingkreisen über größere Distanzen von einer Energie-Sendeantenne (3) zu einer Energie- Empfangsantenne (4) ausgestaltet ist, wobei der Resonanz-Schwingkreis der Empfangsantenne (4) und der Resonanz-Schwingkreis der Sendeantenne (3) so ausgestaltet und angeordnet sind, dass beide die gleiche
Resonanzfrequenz aufweisen, und wobei die Energie-Sendeantenne (4) so ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass sie die zweite Komponente (3) kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitintervallen mit Energie versorgt.
2. Feldgerät nach Anspruch 1 ,
wobei das Feldgerät (1 ) so ausgestaltet ist, dass es für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich geeignet ist.
3. Feldgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der ersten
Komponente (2) um einen gemäß einer ersten Zündschutzart ausgestalteten Elektronik-Anschlussraum handelt und wobei es sich bei der zweiten
Komponente (3) um ein gemäß einer zweiten Zündschutzart ausgestalteten Sensormodul bzw. ein Aktormodul handelt, wobei das Sensormodul (3) bzw. das Aktormodul von dem Elektronik-Anschlussraum (2) beabstandet ist, wobei das Sensormodul (3) bzw. das Aktormodul einen Sensor oder einen Aktor aufweist, wobei die Energie-Sendeantenne (4) dem Elektronik-Anschlussraum zugeordnet ist, wobei die Energie-Empfangsantenne (5) dem Sensormodul (3) zugeordnet ist und wobei die Energie-Sendeantenne (4) das Sensormodul (3) bzw. das Aktormodul drahtlos mit Energie versorgt.
4. Feldgerät nach Anspruch 3,
wobei der Elektronik-Anschlussraum (2) druckfest, insbesondere Ex-d, ausgestaltet ist und wobei das Sensormodul (3) eigensicher, insbesondere Ex-i, ausgebildet ist.
5. Feldgerät nach Anspruch 2, 3 oder 4,
wobei die Kommunikation zwischen dem Elektronik-Anschlussraum (2) und dem Sensormodul (3) galvanisch getrennt erfolgt, insbesondere über Funk oder eine Fiber Optik (9).
6. Feldgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Feldgerät (1 ) um ein Radarmessgerät zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter handelt, wobei im Elektronik- Anschlussraum (2) eine Sensorelektronik (10) zur Bearbeitung/Auswertung der von dem Sensor gelieferten Messdaten angeordnet ist und wobei im Sensormodul (3) ein HF-Modul (1 1 ) zur Erzeugung von hochfrequenten Messsignalen angeordnet ist.
7. Feldgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf die zweite Komponente (3) weitere folgende Komponenten vorgesehen sind, die entweder gleichzeitig über die Energie-Sendeantenne (4) oder in Serie über weitere auf den Zusatzkomponenten vorhandene Sendeantennen mit Energie versorgt werden.
8. Feldgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 -7, wobei dem Feldgerät (1 ) eine übergeordnete Steuereinheit (7) zugeordnet ist und wobei die Kommunikation zwischen dem Feldgerät (1 ) und der übergeordneten Steuereinheit (7) über zumindest eine dem jeweiligen explosionsgefährdeten Bereich angepasste Verbindungsleitung (8) drahtgebunden erfolgt.
9. Feldgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Energiespeicher (12) vorgesehen ist, der die von der Energie- Empfangsantenne (4) empfangene Energie in dem Sensormodul (3) speichert.
10. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der übergeordneten Steuereinheit (7) um eine SPS, eine speicherprogrammierbare Steuerung, oder eine PCS, ein Prozessleitsystem, handelt.
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