ES3035264T3 - Field device, measuring system and method for providing an output signal - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo de campo (1) con una interfaz de alimentación de dos hilos (3) apta para recibir energía a través de un sistema de dos hilos y transmitir señales a través de dicho sistema, con un sensor integrado (6), con al menos una interfaz adicional (5) apta para la recepción de señales, y con una unidad funcional (4) o grupo funcional para el procesamiento de datos y/o señales, acoplada a la interfaz de alimentación de dos hilos (3), a la interfaz adicional (5) y al sensor integrado (6). Según la invención, la unidad funcional (4) o grupo funcional está configurada para realizar las siguientes etapas: recibir al menos una primera señal de entrada del sensor integrado (6), recibir al menos una segunda señal de entrada de la interfaz adicional (5), generar una señal de salida basada en la primera y la segunda señal de entrada, e iniciar la transmisión de la señal de salida a través del sistema de dos hilos mediante la interfaz de alimentación de dos hilos (3). Según otro aspecto de la invención, se propone un sistema de medición que comprende un dispositivo de campo (1) del tipo descrito anteriormente y un generador de señales, donde el dispositivo de campo (1) se conecta al generador de señales a través de la interfaz adicional (5). También se propone un método para proporcionar una señal de salida. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de campo, disposición de medición y método para proporcionar una señal de salida

La invención se refiere a un dispositivo de campo con una interfaz de alimentación de dos hilos, que es adecuado para absorber energía a través de un sistema de dos hilos y para transmitir señales a través del sistema de dos hilos, con un sensor integrado, con al menos una interfaz adicional que es adecuada para la recepción de señales, y con una unidad funcional o grupo funcional para el procesamiento de datos y/o señales, que está acoplado a la interfaz de alimentación de dos hilos, la interfaz adicional y el sensor integrado. La unidad funcional o grupo funcional del dispositivo de campo está configurado para realizar las siguientes etapas: recibir al menos una primera señal de entrada del sensor integrado, recibir al menos una segunda señal de entrada desde la interfaz adicional y generar una señal de salida basada en la al menos una primera señal de entrada y la al menos una segunda señal de entrada. La invención también se refiere a una disposición de medición y a un método para proporcionar una señal de salida.

El término dispositivo de campo incluye varios equipos técnicos que están directamente relacionados con un proceso de producción. «Campo» se refiere al área fuera de las salas de control. Por lo tanto, los dispositivos de campo pueden ser en particular actuadores, sensores y transductores de medida. En la tecnología de automatización de procesos, a menudo se utilizan dispositivos de campo que se utilizan para registrar y/o influir en las variables del proceso. Los ejemplos de tales dispositivos de campo incluyen dispositivos de medición de nivel, dispositivos de medición de nivel límite y dispositivos de medición de presión con sensores que detectan las variables de proceso correspondientes: nivel de llenado, nivel límite o presión. Los escenarios de aplicación típicos para dichos dispositivos de campo incluyen áreas como la previsión de inundaciones, la gestión del inventario u otras tareas de medición descentralizadas.

Se entiende por dispositivo de campo de dos hilos un dispositivo de campo que está conectado a través de dos líneas a una unidad de nivel superior, teniendo lugar un suministro de energía y una transmisión de los valores medidos a través de estas dos líneas. La transmisión de energía y/o señal entre un dispositivo de campo de este tipo y las unidades de nivel superior se lleva a cabo generalmente de acuerdo con el estándar conocido de 4 mA a 20 mA, en el que se forma un bucle de corriente de 4 mA a 20 mA, es decir, una línea de dos hilos, entre el dispositivo de campo y la unidad de nivel superior. Además de la transmisión analógica de señales, es posible que los dispositivos de campo transmitan o reciban más información desde la unidad de orden superior de acuerdo con varios otros protocolos, en particular los protocolos digitales. Los ejemplos incluyen el protocolo HART o el protocolo PROFIBUS PA.

Los dispositivos de campo que solo se alimentan por medio de un sistema de dos hilos presentan un coste significativamente reducido para la instalación y cableado en comparación con los dispositivos de campo de cuatro hilos, por ejemplo. Con estos dispositivos de campo de dos hilos, se omite por completo la instalación y el cableado adicionales de una tensión de alimentación, ya que esto se lleva a cabo a través de la línea de dos hilos, como se describió anteriormente. Esto ofrece ventajas significativas, especialmente en aplicaciones en las que deben respetarse las normas de protección contra explosiones, ya que las líneas separadas para la tensión de alimentación y los componentes adicionales necesarios para ello deben tenerse en cuenta desde la fase de planificación.

Los dispositivos de campo de dos hilos se pueden diseñar para que sean intrínsecamente seguros y, por lo tanto, tengan una amplia gama de aplicaciones en áreas (Ex) a prueba de explosiones. Los trabajos de mantenimiento de los dispositivos de campo en áreas Ex son mucho más fáciles y seguros con dispositivos de campo de dos hilos que, por ejemplo, con dispositivos de campo de cuatro hilos, ya que se puede realizar de forma segura incluso durante una operación de medición continua. En el caso de los dispositivos de cuatro hilos, primero se debe interrumpir la fuente de alimentación y protegerla contra la reconexión. Esto generalmente se hace en las salas de conexión, que a menudo se encuentran a una gran distancia del punto de medición.

Por el documento US 2018/0203135 A1 se conoce un sistema de medición modular para mediciones radiométricas. El sistema de medición modular tiene una interfaz de dos hilos. Un sensor radiométrico está dispuesto en un módulo básico del sistema de medición. Un módulo de extensión del sistema de medición está equipado con interfaces adicionales, a través de las cuales el sistema de medición modular recibe, por ejemplo, los valores de medición o se alimenta de energía.

El documento DE 102020 110025 A1 describe una disposición de medición con un dispositivo de campo de dos hilos. El dispositivo de campo de dos hilos está conectado a otro dispositivo de campo de dos hilos. El dispositivo de campo de dos hilos puede recibir datos del dispositivo de campo de dos hilos adicional. Para la comunicación con el dispositivo de campo de dos hilos adicional, el dispositivo de campo de dos hilos tiene una interfaz de dos hilos. El dispositivo de campo de dos hilos puede recibir datos o valores de medición del dispositivo de campo de dos hilos adicional y procesarlos durante su propia determinación del valor de medición y/o cálculo del valor de medición.

Por otro lado, no se conoce por el estado de la técnica que un dispositivo de campo funcione junto con diferentes dispositivos de campo o sensores. Por el contrario, un objeto de la invención es proporcionar un dispositivo de campo que pueda procesar datos o valores de medición de diferentes generadores de señales. Otro objeto de la invención es proporcionar una disposición de medición con un dispositivo de campo de este tipo. También es un objeto de la invención proporcionar un método que sea adecuado para procesar información de sensores de diferentes generadores de señales con el fin de generar una señal de salida.

Los objetos se logran especificando el dispositivo de campo según la reivindicación 1, la disposición de medición según la reivindicación 12 y el método para proporcionar una señal de salida según la reivindicación 15. Las reivindicaciones subordinadas se refieren a varios desarrollos ventajosos e independientes entre sí de la presente invención, cuyas características pueden ser combinadas libremente entre sí por un experto en la materia dentro del alcance de lo que sea técnicamente razonable. Esto se aplica en particular más allá de los límites de las diversas categorías de reivindicaciones.

Según un aspecto de la invención, se propone un dispositivo de campo del tipo mencionado anteriormente, almacenándose en el dispositivo de campo más de un método de cálculo según la invención, que puede ejecutarse para generar la señal de salida, proporcionándose diferentes métodos de cálculo para generadores de señales externos de diferentes tipos que están conectados a la interfaz adicional.

Una señal es un símbolo con un significado específico que la señal adquiere por acuerdo o por prescripción. La información puede ser transportada por una señal. Según la invención, la al menos una primera señal de entrada, la al menos una segunda señal de entrada y la señal de salida pueden ser señales digitales y/o analógicas. Por ejemplo, una densidad medida por el sensor integrado puede representarse mediante una tensión eléctrica o transmitirse en forma de un paquete de datos digital. La primera señal de entrada y la segunda señal de entrada reproducen preferentemente los valores de medición. La señal de salida también representa preferiblemente un valor de medición, por ejemplo, un valor de medición corregido, compensado o designado o procesado de otro modo por el dispositivo de campo.

El sensor integrado es preferiblemente un sensor que está dispuesto en o sobre una carcasa del dispositivo de campo. En principio, el sensor integrado puede ser cualquier tipo de sensor. La generación de la señal de salida se lleva a cabo de tal manera que tanto la primera señal de entrada como la segunda señal de entrada se utilizan para generar o calcular la señal de salida. Es particularmente ventajoso, por ejemplo, si la segunda señal de entrada se usa para corregir la primera señal de entrada. Según las formas de realización de la invención, es posible procesar, convertir o procesar de otro modo la primera señal de entrada y/o la segunda señal de entrada para generar la señal de salida a partir de la primera señal de entrada y la segunda señal de entrada. Una interfaz en el sentido de la presente invención puede ser una unidad para transmitir energía y/o datos, tal como un transceptor o similar, pero una interfaz también puede diseñarse de una manera mucho más simple de acuerdo con la invención y estar formada solo por una conexión o conexiones, terminales o similares.

Según la invención, también es posible que el dispositivo de campo tenga al menos otra interfaz además de la interfaz adicional. Opcionalmente, se puede registrar al menos un valor de medición adicional a través de la al menos una interfaz adicional y usarlo como base para generar la señal de salida. Según otras formas de realización, la interfaz adicional se usa para emitir un valor, por ejemplo, una señal que se emite cuando se produce un valor de medición específico. Por ejemplo, se puede emitir una señal si la primera señal de entrada, la segunda señal de entrada y/o la señal de salida asumen o superan un valor específico. También es posible almacenar al menos un valor predefinido en el dispositivo de campo, al que se recurre para generar la señal de salida. El valor predefinido puede ser, por ejemplo, una constante natural o una propiedad aproximadamente constante de un medio u objeto examinado por medio del dispositivo de campo. La unidad funcional o grupo funcional del dispositivo de campo es preferentemente una CPU, un microcontrolador, otra unidad informática o un grupo de componentes informáticos y/o de procesamiento de señales. La unidad funcional o grupo funcional puede, pero no tiene que incluir, componentes periféricos, por ejemplo convertidores analógicodigitales o convertidores digital-analógicos. En particular, un grupo funcional del dispositivo de campo también puede implementarse mediante un sistema en chip. Según la invención, la unidad funcional o el grupo funcional pueden conectarse directa o indirectamente a la interfaz de suministro de dos hilos, la interfaz adicional y/o el sensor integrado.

Es ventajoso que la unidad funcional o el grupo funcional estén configurados para realizar la siguiente etapa: iniciar una transmisión de la señal de salida a través del sistema de dos hilos mediante la interfaz de alimentación de dos hilos. De esta manera, se pueden omitir las interfaces adicionales para emitir la señal de salida y la interfaz de suministro de dos hilos existente también se puede utilizar para la transmisión de la señal.

Es ventajoso si la interfaz adicional es una interfaz de dos hilos. Las ventajas de conectar un dispositivo de campo a través de una interfaz de dos hilos ya se han mencionado al principio. El dispositivo de campo se configura preferiblemente de tal manera que pueda recibir la al menos una segunda señal de entrada a través de la interfaz adicional. Según la invención, también es posible que el dispositivo de campo pueda emitir datos a través de la interfaz adicional, por ejemplo, para configurar un dispositivo que esté conectado al dispositivo de campo a través de la interfaz adicional.

La interfaz adicional es preferiblemente adecuada para suministrar energía. De esta manera, un dispositivo conectado al dispositivo de campo, tal como, por ejemplo un sensor, puede recibir tensión o corriente. Según una forma de realización de la invención, el dispositivo de campo puede recibir la energía proporcionada al dispositivo conectado a través de la interfaz de suministro de dos hilos. Alternativa o adicionalmente, el dispositivo de campo puede incluir un dispositivo de almacenamiento de energía, tal como una batería o similar, que está destinado a suministrar energía al dispositivo conectado. Según otras formas de realización, el propio dispositivo conectado está equipado o conectado a un dispositivo de almacenamiento de energía que no está asociado con el dispositivo de campo.

La interfaz de alimentación de dos hilos y/o la al menos una interfaz adicional son preferentemente adecuadas para recibir y/o transmitir señales de acuerdo con la norma DIN IEC 60381-1, la norma DIN IEC 60381-2, el protocolo<p>R<o>FIBUS PA o el protocolo HART. La norma DIN IEC 60381-1 define la transmisión de datos a través de señales de corriente continua analógicas, que también se utilizan para el suministro de energía. En particular, la versión DIN IEC 60381-1:1985-11 de la norma es ventajosa. La norma DIN IEC 60381-2 define la transmisión de datos a través de señales de tensión analógicas. En particular, la versión DIN IEC 60381-21980 06 de la norma es ventajosa. PROFIBUS (Process Field Bus) es un protocolo de bus de campo. El protocolo PROFIBUS PA permite la transmisión de señales digitales. El protocolo HART se basa en el estándar de 4/20 mA y también es adecuado para la transmisión de señales digitales. Sin embargo, según otras variantes de la invención, la transmisión de señal y/o energía a través de la interfaz de alimentación de dos hilos también puede tener lugar de acuerdo con otras normas o protocolos.

En el dispositivo de campo se almacena más de un método de cálculo que se puede llevar a cabo para generar la señal de salida, estando previstos diferentes métodos de cálculo para los generadores de señales externos de diferentes tipos que están conectados a la interfaz adicional. Por lo tanto, es posible conectar diferentes generadores de señales externos al dispositivo de campo según sea necesario y generar la señal de salida sobre esta base. Según la invención, debe entenderse que el generador de señales externo significa un dispositivo de medición externo o un sensor externo, por ejemplo, también otro dispositivo de campo. Sin embargo, esto también puede entenderse como cualquier otro aparato que suministre un valor de medición o de datos o genere una señal procesable que pueda usarse para generar la señal de salida. Según una forma de realización, el generador de señales podría ser, por ejemplo, una unidad de regulación o control de una cinta transportadora, que proporciona al dispositivo de campo una velocidad de recorrido de la cinta transportadora.

La interfaz adicional preferiblemente tiene exactamente un par de conexiones, configurándose el dispositivo de campo para captar la segunda señal de entrada del par de conexiones. Por lo tanto, el dispositivo de campo está realizado compacto y se pueden conectar varios generadores de señales externos al par de conexiones según sea necesario. El par de conexiones está formado preferentemente por dos terminales. Como se explicó anteriormente, el dispositivo de campo puede usar diferentes métodos de cálculo o algoritmos para generar la señal de salida dependiendo del generador de señales externo conectado.

Alternativamente, es posible que la interfaz adicional tenga varios pares de conexiones, configurándose el aparato de campo para captar la segunda señal de entrada de uno de los pares de conexiones. Por lo tanto, la interfaz adicional tiene varios pares de conexiones y, según sea necesario, la segunda señal de entrada se puede captar de forma selectiva desde uno de los pares de conexiones. Para este propósito, el dispositivo de campo puede tener un multiplexor, por ejemplo, o la unidad funcional o el grupo funcional pueden tener una serie de entradas cuyas señales de entrada pueden procesarse selectivamente. Según la invención, los pares de conexión pueden ser pares de terminales.

Según la invención, es posible que la primera señal de entrada refleje una densidad. La densidad se puede medir por medio de un sensor de densidad, como, por ejemplo, un oscilador de flexión, que determina una frecuencia propia de un medio a examinar. La densidad del medio se puede derivar de la frecuencia propia. Sin embargo, también se pueden usar sensores de densidad de otros tipos. Sin embargo, para determinar correctamente la densidad, además de muchos métodos de medición, es necesario conocer la temperatura del medio a examinar.

Según una forma de realización particular, la segunda señal de entrada representa un valor de medición de temperatura, y la unidad funcional o grupo funcional está configurado para llevar a cabo la compensación de temperatura de la primera señal de entrada por medio de la segunda señal de entrada cuando se genera la señal de salida. Esto es particularmente ventajoso si la primera señal de entrada representa una densidad. Sin embargo, también puede ser ventajoso llevar a cabo una compensación de temperatura al determinar otras propiedades del material. Esto significa que incluso con primeras señales de entrada de un tipo diferente, es ventajosa la compensación de temperatura por medio de una segunda señal de entrada, que representa un valor de medición de temperatura.

Es ventajoso que la primera señal de entrada representa al menos una dimensión de un objeto observado o la al menos una dimensión del objeto puede derivarse de la primera señal de entrada. La dimensión del objeto observado debe entenderse como su extensión espacial; puede ser, por ejemplo, su altura, anchura o profundidad. Si, por ejemplo, un material a granel se transporta en una cinta transportadora, la altura del material a granel se puede determinar cuando se observa desde un lado utilizando un sensor óptico. También es posible que se pueda derivar una dimensión del objeto a partir del valor de medición. Por ejemplo, la altura del objeto puede derivarse de señales de entrada que representan una reproducción óptica del objeto observado, tal como una imagen de cámara, por medio de etapas de procesamiento de datos adecuadas. Según la invención, es posible que la unidad funcional o el grupo funcional lleven a cabo los procesos de evaluación y/o cálculos correspondientes. Por lo tanto, el dispositivo de campo es preferiblemente adecuado para derivar la al menos una dimensión del objeto a partir de la al menos una primera señal de entrada.

Es particularmente ventajoso si la segunda señal de entrada representa una velocidad de caudal o una velocidad de transporte de un material, configurándose la unidad funcional o el grupo funcional para determinar una masa del material o un flujo másico basándose en la primera señal de entrada y la segunda señal de entrada como señal de salida. Con frecuencia se debe determinar la masa transportada. También es posible determinar un flujo másico, es decir, la masa transportada por unidad de tiempo. Esto no se puede determinar simplemente sobre la base del conocimiento de la densidad del material o la altura de un objeto. También es necesario saber cómo de rápido se transporta el material. El material puede ser, por ejemplo, material a granel en una cinta transportadora cuya velocidad de transporte se va a determinar. Alternativamente, puede ser la velocidad de caudal de un material a través de una tubería. Para determinar la masa del material, según las formas de realización, puede ser necesario en ambos casos que algunos parámetros se conozcan de antemano o se estimen para el cálculo.

Se considera el caso en el que una masa transportada en una tubería se estima sobre la base de una densidad medida y sobre la base de una velocidad de caudal. En este caso, se debe conocer de antemano una superficie de sección transversal A de la tubería. Con una velocidad de caudal v y una densidad p, el flujo másico qm se calcula entonces comoq<m>=p *A * v.Si el material a granel se transporta en una cinta transportadora y se mide su altura h, entonces su extensión promedio en la dirección de la anchura w en la cinta transportadora y su densidad promediop deben estimarse de antemano. Si se proporciona una velocidad de transporte v al dispositivo de campo como segunda señal de entrada, entoncesse puede calcular un flujo másico qm de acuerdo conq<m>=p *w * h * v.En ambos casos, la masa transportada se determina integrando el flujo másico a lo largo del tiempo. Sin embargo, en otras formas de realización de la invención, se pueden conocer previamente otros parámetros, o también es posible que los generadores de señales externos suministren parámetros adicionales y se usen además para generar la señal de salida.

Según otro aspecto de la invención, se propone una disposición de medición que comprende un dispositivo de campo del tipo descrito anteriormente y con un generador de señales, conectándose el dispositivo de campo al generador de señales a través de la interfaz adicional del dispositivo de campo. Debe entenderse por generador de señales cualquier instrumento que pueda enviar una señal al dispositivo de campo, por ejemplo, un sensor o una unidad de control. El generador de señales genera preferiblemente la segunda señal de entrada, que es evaluada por el dispositivo de campo. El generador de señales está conectado preferiblemente al dispositivo de campo a través de un sistema de dos hilos. El generador de señales preferiblemente no forma parte del dispositivo de campo y/o el generador de señales está dispuesto preferiblemente fuera de una carcasa del dispositivo de campo.

Según una posible forma de realización de la invención, el generador de señales es un sensor de temperatura. En particular, el sensor de temperatura puede ser un sensor RTD. Con la ayuda del sensor de temperatura, se puede llevar a cabo una corrección de temperatura de un valor en el que se basa la primera señal de entrada, que el dispositivo de campo determina por medio de su sensor integrado. Por lo tanto, el dispositivo de campo puede generar una señal de salida con corrección de temperatura.

Es ventajoso que el generador de señales sea un sensor de caudal o un dispositivo de control de un sistema de transporte. En una forma de realización correspondiente, el generador de señales es adecuado para medir o especificar cómo de rápido fluye un líquido a través de una tubería, por ejemplo, o cómo de rápido se transporta un material a granel mediante una cinta transportadora. Si el sensor integrado de la disposición de medición determina una densidad o determina al menos una dimensión de un objeto observado, entonces se puede calcular sobre esta base un flujo másico en la tubería o en la cinta transportadora.

Según un aspecto adicional de la invención, se propone un método para proporcionar una señal de salida, que comprende las etapas de: generar al menos una primera señal de entrada mediante un sensor integrado de un dispositivo de campo, recibir al menos una segunda señal de entrada por el dispositivo de campo desde un generador de señales externo al dispositivo de campo, generar la señal de salida por el dispositivo de campo en función de la al menos una primera señal de entrada y la al menos una segunda señal de entrada e iniciar una transmisión de la señal de salida mediante un sistema de dos hilos por medio de una interfaz de alimentación de dos hilos del dispositivo de campo. Según la invención, para generar la señal de salida, se lleva a cabo uno de los varios métodos de cálculo que se almacenan en el dispositivo de campo, proporcionándose diferentes métodos de cálculo para generadores de señales externos de diferentes tipos. Según la invención, el generador de señales externo puede generar la al menos una segunda señal de entrada. No hace falta decir que el dispositivo de campo descrito anteriormente o la disposición de medición descrita anteriormente pueden usarse para generar la señal de salida. Sin embargo, el método no se limita a la implementación utilizando un dispositivo de campo de este tipo o una disposición de medición de este tipo.

Una variante del método es particularmente ventajosa en la que la al menos una primera señal de entrada representa una densidad y la al menos una segunda señal de entrada representa una temperatura, y en la que, cuando se genera la señal de salida, se lleva a cabo una compensación de temperatura de la al menos una primera señal de entrada con la ayuda de al menos una segunda señal de entrada. La señal de salida es, por lo tanto, una densidad compensada. Según otra forma de realización ventajosa, la al menos una primera señal de entrada representa una densidad y la al menos una segunda señal de entrada representa una velocidad de caudal o una velocidad de transporte de un material, determinándose una masa o un flujo másico del material al generar la señal de salida. Según otra forma de realización ventajosa, la al menos una primera señal de entrada representa al menos una dimensión de un objeto o la al menos una dimensión del objeto puede derivarse de la al menos una primera señal de entrada, y la al menos una segunda señal de entrada es una velocidad de caudal o una velocidad de transporte del objeto, determinándose una masa o un flujo másico del objeto al generar la señal de salida. Para determinar la masa o el flujo másico del material o del objeto, son necesarios eventualmente parámetros o valores de entrada adicionales. Según las formas de realización de la invención, estos valores pueden definirse o determinarse de antemano. Según otras formas de realización de la invención, al llevar a cabo el método, estos valores pueden generarse por medio de generadores de valores de medición adicionales y ponerse a disposición del dispositivo de campo para que estos valores puedan tenerse en cuenta al generar la señal de salida.

Los dibujos representan formas de realización ventajosas de la invención. Se muestra:

La figura 1 una ilustración esquemática de un dispositivo de campo según la invención en una vista interior,

La figura 2 una ilustración esquemática de un primer escenario de aplicación con una primera disposición de medición,

La figura 3 un diagrama de conexión de la primera disposición de medición,

La figura 4 una ilustración esquemática de un segundo escenario de aplicación con una segunda disposición de medición.

La figura 5 un diagrama de conexión de la segunda disposición de medición.

La figura 6 una ilustración esquemática de un tercer escenario de aplicación con una tercera disposición de medición, y

La figura 7 es un diagrama de flujo del método según la invención.

La figura 1 una ilustración esquemática de un dispositivo de campo 1 según la invención en una vista interior. El dispositivo de campo 1 tiene una carcasa 2. Está equipado con una interfaz de suministro de dos hilos 3. El dispositivo de campo 1 puede alimentarse con energía eléctrica desde una unidad de nivel superior a través de la interfaz de suministro de dos hilos 3 y el dispositivo de campo 1 puede emitir una señal de salida a la unidad de nivel superior a través de la interfaz de suministro de dos hilos 3. Esto se hace de acuerdo con la norma DIN IEC 60381 -1. El dispositivo de campo 1 tiene una unidad funcional 4, que es un microcontrolador. El microcontrolador está conectado a la interfaz de suministro de dos hilos 3 y a una interfaz adicional 5 del dispositivo de campo 1. La interfaz adicional 5 está destinada a establecer una conexión con un sensor de temperatura.

El dispositivo de campo 1 también tiene un sensor integrado 6, que es un sensor de densidad que funciona según el principio del oscilador de flexión. En este caso, se excita una horquilla oscilante 7 del sensor integrado 6 y, de esta manera, se determina la frecuencia propia de un medio circundante. De esta manera, se puede determinar la densidad del medio circundante. La unidad funcional 4 también está conectada al sensor integrado 6. Cuando el dispositivo de campo 1 está funcionando, la unidad funcional 4 recibe una primera señal de entrada del sensor integrado 6 y una segunda señal de entrada a través de la interfaz adicional 5. Genera una señal de salida basada en la primera señal de entrada y la segunda señal de entrada y, a continuación, hace que la señal de salida se transmita por medio de la interfaz de alimentación de dos hilos 3. La primera señal de entrada es una densidad del medio circundante, que se compensa en función de la temperatura mediante la segunda señal de entrada, que es una temperatura del medio circundante. Por lo tanto, se puede determinar una densidad con compensación de temperatura y emitirla a través de la interfaz de suministro de dos hilos 3 del dispositivo de campo 1.

La figura 2 muestra una ilustración esquemática de un primer escenario de aplicación con una primera disposición de medición 8. La primera disposición de medición 8 comprende un dispositivo de campo 1 cuyo sensor integrado 6 es un sensor de densidad. Un sensor de temperatura 9 está conectado a una interfaz adicional del dispositivo de campo 1. Tanto el dispositivo de campo 1 como el sensor de temperatura 9 están dispuestos en un recipiente 10 en el que se encuentra un medio 11. Una unidad de orden superior 12, que es un sistema de control y suministro, está conectada al dispositivo de campo 1 a través de un sistema de dos hilos 13 (en este caso, ambos conductores del sistema de dos hilos 13 son guiados entre sí), y la unidad de orden superior 12 suministra energía eléctrica al dispositivo de campo 1 a través del sistema de dos hilos 13. Para determinar la densidad del medio 11, el dispositivo de campo 1 lleva a cabo una medición de densidad por medio del sensor integrado 6 y una medición de temperatura por medio del sensor de temperatura 9. El dispositivo de campo 1 realiza una compensación de temperatura de un resultado de la medición de densidad por medio de una temperatura medida del medio. La densidad compensada resultante se transmite como una señal de salida a través de una interfaz de suministro de dos hilos del dispositivo de campo 1 a través del sistema de dos hilos 13 a la unidad de orden superior 12.

La figura 3 muestra un diagrama de conexión de la primera disposición de medición 8. El dispositivo de campo 1 tiene los primeros terminales 14, a través de los cuales se conecta a la unidad de nivel superior 12 a través del sistema de dos hilos 13. Tanto la comunicación como el suministro de energía del dispositivo de campo 1 a través del sistema de dos hilos 13 se llevan a cabo de acuerdo con la norma DIN IEC 60381-1. El dispositivo de campo 1 también tiene segundos terminales 15, a los que está conectado el sensor de temperatura 9. El sensor de temperatura 9 es un sensor RTD. La resistencia dependiente de la temperatura en el sensor RTD se mide haciendo que el dispositivo de campo 1 envíe una corriente de medición definida al sensor de temperatura 9 y determinando internamente una caída de tensión en el sensor RTD. Sobre la base de la tensión, se puede determinar indirectamente la temperatura del medio, de modo que pueda tener lugar la compensación de temperatura descrita anteriormente. Una densidad determinada por el sensor integrado representa una primera señal de entrada y la caída de tensión en el sensor RTD representa una segunda señal de entrada. La señal de salida se determina sobre la base de la primera señal de entrada y la segunda señal de entrada.

La figura 4 muestra una ilustración esquemática de un segundo escenario de aplicación con una segunda disposición de medición 16. En la segunda disposición de medición 16, un dispositivo de campo 1 y un sensor de caudal 18 están dispuestos en una tubería 17 a través de la cual fluye un medio 11. El sensor de caudal 18 está conectado a una interfaz adicional del dispositivo de campo 1 y conectado en serie con una fuente de tensión 19. La fuente de tensión 19 está dispuesta fuera de la tubería 17. El dispositivo de campo 1 tiene un sensor integrado 6, que es un sensor de densidad. El sensor integrado 6 determina la densidad del medio 1 como primera señal de entrada. El sensor de caudal 18 determina una velocidad de caudal del medio 11 como una segunda señal de entrada. Como se conoce la superficie en sección transversal de la tubería 17, una unidad informática del dispositivo de campo 1 puede calcular un flujo másico en la tubería a partir de la primera señal de entrada y la segunda señal de entrada. Una unidad de orden superior 12 está conectada comunicativamente al dispositivo de campo 1 a través de un sistema de dos hilos 13, de modo que el dispositivo de campo 1 puede transmitir el flujo másico a la unidad de orden superior en forma de una señal de salida. La conexión del sistema de dos hilos 13 al dispositivo de campo 1 se realiza a través de una interfaz de suministro de dos hilos. Además, la unidad de nivel superior 12 suministra energía eléctrica al dispositivo de campo 1 a través del sistema de dos hilos 13.

La figura 5 muestra un diagrama de conexión de la segunda disposición de medición 16. El dispositivo de campo 1 tiene unos primeros terminales 14, a través de los cuales el dispositivo de campo 1 se conecta a la unidad de orden superior 12. La comunicación a través del sistema de dos hilos 13 se realiza de acuerdo con la norma DIN IEC 60381-1. El dispositivo de campo 1 también tiene segundos terminales 15 a los que está conectado el sensor de caudal 18. La fuente de tensión 19 conectada en serie con el sensor de caudal 18 suministra al sensor de caudal 18 una tensión de funcionamiento necesaria para este. Los segundos terminales 15 funcionan como una entrada de corriente pasiva. Sin embargo, el sensor integrado del dispositivo de campo 1 no es alimentado por la fuente de tensión 19; su suministro de energía se realiza exclusivamente a través del sistema de dos hilos 13 por la unidad de orden superior 12.

La figura 6 muestra una ilustración esquemática de un tercer escenario de aplicación con una tercera disposición de medición 20. Un dispositivo de campo 1 está conectado mediante un primer sistema de dos hilos 13 a una unidad de orden superior 12 que suministra energía eléctrica al dispositivo de campo 1. El dispositivo de campo 1 está conectado a través de un segundo sistema de dos hilos 13 a un dispositivo de control 21 de una cinta transportadora 22. La conexión a través de ambos sistemas de dos hilos 13 se lleva a cabo de acuerdo con la norma DIN IEC 60381-1. El dispositivo de campo 1 tiene un sensor integrado 6, que es una cámara. Un microcontrolador dentro del dispositivo de campo 1 recibe las primeras señales de entrada del sensor integrado 6, que reproduce imágenes del material a granel 23 en la cinta transportadora 22. El dispositivo de control 21 conoce la velocidad de desplazamiento de la cinta transportadora 22 y la transmite al dispositivo de campo 1. La velocidad de desplazamiento de la cinta es recibida por el microcontrolador en forma de segundas señales de entrada. El microcontrolador deriva una altura respectiva del material a granel 23 a partir de las primeras señales de entrada. Basándose en la velocidad de la cinta, una densidad promedio supuesta del material a granel y una expansión promedio supuesta del material a granel 23 en anchura, el microcontrolador calcula una masa transportada por la cinta transportadora 22 y la envía en forma de una señal de salida a través del primer sistema de dos hilos 13 a la unidad de orden superior 12.

La figura 7 es un diagrama de flujo del método según la invención. En una etapa de medición 24, un sensor integrado de un dispositivo de campo genera una primera señal de entrada durante una medición, por ejemplo, cuando se mide una densidad. En una etapa de recepción 25, el dispositivo de campo recibe una segunda señal de entrada desde un generador de señales externo al dispositivo de campo. El generador de señales externo puede ser un sensor externo, por ejemplo. En una etapa de generación 26, el dispositivo de campo genera una señal de salida basándose en la primera señal de entrada y la segunda señal de entrada. Según la invención, la etapa de generación puede llevarse a cabo mediante un microcontrolador u otra unidad funcional o grupo funcional para el procesamiento de datos y/o señales del dispositivo de campo. En una etapa de salida 27, el dispositivo de campo transmite la señal de salida a través de un sistema de dos hilos utilizando una interfaz de suministro de dos hilos del dispositivo de campo. Una unidad de nivel superior, como, por ejemplo, un ordenador de control, puede recibir la señal de salida a través de la interfaz de dos hilos.

Lista de símbolos de referencia

1 Dispositivo de campo

2 Carcasa

3 Interfaz de suministro de dos hilos

4 Unidad funcional

5 Interfaz adicional

6 Sensor integrado

7 Horquilla vibratoria

8 Primera disposición de medición

9 Sensor de temperatura

10 Recipiente

11 Medio

12 Unidad de orden superior

13 Sistema de dos hilos

14 Primeros terminales

15 Segundos terminales

16 Segunda disposición de medición

17 Tubería

18 Sensor de caudal

19 Fuente de tensión

20 Tercera disposición de medición

21 Dispositivo de control

22 Cinta transportadora

23 Material a granel

24 Etapa de medición

25 Etapa de recepción

Etapa de generación

Etapa de salida

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de campo (1) con una interfaz de alimentación de dos hilos (3) que es adecuada para absorber energía a través de un sistema de dos hilos (13) y para transmitir señales a través del sistema de dos hilos (13), con un sensor integrado (6), con al menos una interfaz adicional (5) que es adecuada para la recepción de señales y con una unidad funcional (4) o grupo funcional para el procesamiento de datos y/o señales que está acoplado a la interfaz de alimentación de dos hilos (3), la interfaz adicional (5) y el sensor integrado (6), en donde la unidad funcional (4) o grupo funcional está configurado para realizar las siguientes etapas: recibir al menos una primera señal de entrada desde el sensor integrado (6),

recibir al menos una segunda señal de entrada desde la interfaz adicional (5), y

generar una señal de salida en base a la al menos una primera señal de entrada y la al menos una segunda señal de entrada,

caracterizado por que

en el dispositivo de campo (1) se almacena más de un método de cálculo que se puede llevar a cabo para generar la señal de salida, estando previstos diferentes métodos de cálculo para los generadores de señales externos de diferentes tipos que están conectados a la interfaz adicional (5).

2. Dispositivo de campo (1) según la reivindicación 1,

caracterizado por que

la unidad funcional (4) o grupo funcional está configurado para llevar a cabo la siguiente etapa: provocar una transmisión de la señal de salida a través del sistema de dos hilos (13) mediante la interfaz de alimentación de dos hilos (3).

3. Dispositivo de campo (1) según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

la interfaz adicional (5) es una interfaz de dos hilos.

4. Dispositivo de campo (1) según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

la interfaz adicional (5) es adecuada para suministrar energía.

5. Dispositivo de campo (1) según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

la interfaz de alimentación de dos hilos (3) y/o la al menos una interfaz adicional (5) son preferentemente adecuadas para recibir y/o transmitir señales de acuerdo con la norma DIN IEC 60381-1, la norma DIN IEC 60381-2, el protocolo p Ro FIBUS PA y/o el protocolo HART.

6. Dispositivo de campo (1) según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

la interfaz adicional (5) tiene exactamente un par de conexiones, configurándose el dispositivo de campo (1) para captar la segunda señal de entrada del par de conexiones.

7. Dispositivo de campo (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5,

caracterizado por que

la interfaz adicional (5) tiene varios pares de conexiones, configurándose el dispositivo de campo (1) para captar la segunda señal de entrada de uno de los pares de conexiones.

8. Dispositivo de campo (1) según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

la primera señal de entrada representa una densidad.

9. Dispositivo de campo (1) según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

la segunda señal de entrada representa un valor de medición de temperatura, y la unidad funcional (4) o grupo funcional está configurado para llevar a cabo una compensación de temperatura de la primera señal de entrada por medio de la segunda señal de entrada cuando se genera la señal de salida.

10. Dispositivo de campo (1) según una de las reivindicaciones 1 a 7,

caracterizado por que

la primera señal de entrada representa al menos una dimensión de un objeto observado o la al menos una dimensión del objeto observado puede derivarse de la primera señal de entrada.

11. Dispositivo de campo (1) según la reivindicación 8 o la reivindicación 10,

caracterizado por que

la segunda señal de entrada representa una velocidad de caudal o una velocidad de transporte de un material, configurándose la unidad funcional (4) o el grupo funcional para determinar como señal de salida una masa del material o un flujo másico basándose en la primera señal de entrada y la segunda señal de entrada.

12. Disposición de medición (8, 16, 20) con un dispositivo de campo (1) y con un generador de señales, estando conectado el dispositivo de campo (1) al generador de señales a través de una interfaz adicional (5), caracterizada por que

el dispositivo de campo (1) está diseñado según una de las reivindicaciones 1 a 8.

13. Disposición de medición (8, 16, 20) según la reivindicación 12,

caracterizada por que

el dispositivo de campo (1) está diseñado según la reivindicación 9 y el generador de señales es un sensor de temperatura (9).

14. Disposición de medición (8, 16, 20) según la reivindicación 12,

caracterizada por que

el dispositivo de campo (1) está diseñado según la reivindicación 11 y el generador de señales es un sensor de caudal (18) o un dispositivo de control (21) de un sistema de transporte.

15. Método para proporcionar una señal de salida, que comprende las etapas de:

- generar al menos una primera señal de entrada mediante un sensor integrado (6) de un dispositivo de campo (1), - recibir al menos una segunda señal de entrada por medio del dispositivo de campo (1) desde un generador de señales externo al dispositivo de campo (1),

- generar la señal de salida a través del dispositivo de campo (1) en base a la al menos una primera señal de entrada y la al menos una segunda señal de entrada,

- provocar una transmisión de la señal de salida a través de un sistema de dos hilos (13) mediante la interfaz de alimentación de dos hilos (3) del dispositivo de campo (1),

caracterizado por que

para generar la señal de salida, se lleva a cabo uno de los varios métodos de cálculo que se almacenan en el dispositivo de campo (1), proporcionándose diferentes métodos de cálculo para generadores de señales externos de diferentes tipos.