WO2007077081A1 - Schaltungsanordnung zur versorgung eines feldgerätes der automatisierungstechnik - Google Patents

Schaltungsanordnung zur versorgung eines feldgerätes der automatisierungstechnik Download PDF

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Jiri Karbula
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Endress+Hauser Flowtec Ag
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Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for supplying a field device of automation technology.
  • Capture and / or influencing process variables Capture and / or influencing process variables.
  • field devices are level gauges, mass flow meters, pressure and temperature measuring devices, etc., which detect as sensors the corresponding process variable level, flow, pressure or temperature.
  • actuators z. B. as valves the flow of a liquid in a pipe section or as pumps control the level in a container.
  • Communication systems HART, Profibus, Foundation Fieldbus, etc.
  • higher-level units eg control systems or control units
  • Field devices are generally those devices which are connected directly to a field bus and serve for communication with the higher-level units (eg remote I / Os, gateways, linking devices).
  • the available power is usually subject to certain limitations.
  • the input voltage normally varies between 10 and 36 V.
  • the power available on the input side first has to be determined. This is done by measuring the Terminal voltage and the value of the set loop current.
  • DC-DC converter is used to power a consumer unit, which typically consists of a CPU, a Mes s amplifier and a sensor.
  • the DC-DC converter also serves for galvanic isolation of the load unit from the 2-wire supply voltage. Clocked converters allow a DC voltage conversion with a relatively high efficiency. They are therefore often used in field devices.
  • the object of the invention is to provide a circuit arrangement for field devices, which does not have the above-mentioned disadvantages, which is particularly simple in construction, which allows a simple power adjustment and generates only little power loss.
  • Automation technology consisting of an input circuit with a 2-wire connection, a downstream DC-DC converter and a load circuit, characterized in that the input circuit comprises a modulator unit which is connected to a current control circuit and the DC-DC converter and this drives so that an adjustable total current I s from the 2-wire connection is recorded
  • the essential idea of the invention is to use for supplying a regulated DC-DC converter, which is used for galvanic isolation and with which the current absorbed by the 2-wire can be adjusted.
  • a regulated DC-DC converter which is used for galvanic isolation and with which the current absorbed by the 2-wire can be adjusted.
  • the surplus electricity is measured. It is a direct measure of the power available there. By simply minimizing the excess current, consumption on the consumer side can be optimally adjusted.
  • the power available on the input side can be used optimally.
  • the circuit arrangement has in principle only one controller and generates significantly less losses than the known circuit arrangements.
  • FIG. 1 Block diagram of a field device of the automation technology and a receiving unit
  • FIG. 2a circuit arrangement according to St. d. Technology
  • Fig. 3 waveform of the output signal in the circuit arrangement according to 2.
  • FIG. 1 is a block diagram of a field device Fl of
  • the connection between field device Fl and receiving unit EE takes place via a 2-conductor current loop LS. Via these, a measured value which is recorded by the field device F1 can be transmitted to the receiving unit EE as a 4-20 mA current signal I s .
  • the field device Fl consists essentially of an input circuit ES, a DC voltage converter G and a load circuit VS.
  • the DC-DC converter G ensures the electrical isolation between the primary-side circuit and the load circuit on the secondary side.
  • Fig. 2a the circuit arrangement S according to the invention for the field device Fl is shown in more detail. It has a 2-wire connection A for connection to the 2-wire current loop LS on.
  • Terminal A consists of two input terminals EK1 and EK2.
  • a supply line ZL1 leads from the input terminal EK1 to a DC voltage converter G.
  • a capacitor C1 Also connected to the supply line ZL1 is a capacitor C1.
  • From the input terminal EK2 leads a feed line ZL2 via a measuring resistor R measurement also to the DC-DC converter G.
  • the Mes s resistance R Mess is part of a current control circuit RS, which additionally consists of a resistor Rl and a downstream operational amplifier OP.
  • the z. B may consist of an ASIC or of a microprocessor with memory components and a corresponding periphery.
  • An essential part of the circuit S is a modulator M, which consists of a comparator K, an oscillator O and two AND gates UGl, UG2.
  • the output of the comparator K and two pulse outputs PAl and PAl of the oscillator O are respectively connected to the corresponding inputs of the AND gates UGl and UG2.
  • the AND gates UG1 and UG2 each control a power transistor T1 or T2. Both power transistors Tl, T2 are provided in the supply line ZL2.
  • the DC-DC converter G is a push-pull converter and typically consists of three coils SPL, SP2, SP3, two rectifier diodes Dl, D2 of a choke coil L and a storage capacitor C2.
  • the output of the DC-DC converter G is connected to the load circuit VS.
  • the load circuit VS consists mainly of the actual consumer unit VE (sensor, amplifier and microprocessor). Parallel to the consumer unit VE a Zener diode Z and a shunt resistor R shunt are connected.
  • a conventional circuit S for the field device Fl is shown in more detail. It also has a 2-wire connection A 'for connection to the 2-wire current loop LS.
  • the connection A ' consists of two input terminals EKl' and EK2 '.
  • a supply line ZLl ' representser from the input terminal EKl' via a DC-DC switching regulator RG3 to a DC-DC converter G '.
  • Also connected to the supply line ZL1 ' is a capacitor CT.
  • a power transistor T3 is arranged, which serves as a current regulator RGl and is controlled via a current control circuit RS'.
  • the measuring resistor R ' Mess is part of the Current control circuit RS ', which additionally consists of a resistor Rl' and a downstream operational amplifier OP '.
  • a pair of switches SP the predetermined by an oscillator O 'with a fixed
  • Oscillator frequency is controlled, is provided in the supply line ZL2.
  • the switch pair SP is followed by the DC-DC converter G ', which provides for a galvanic isolation between the primary-side circuit part and the load unit VE V on the secondary side.
  • the RG2 voltage regulator is a parallel regulator that dissipates excess current.
  • the voltage regulator RG2 is followed by the DC-DC switching regulator RG3.
  • the controller RG3 provides at its output a constant output voltage, which is converted by means of the unregulated DC converter G v in the available on the secondary side of the converter supply voltage of 5.5V.
  • the clocked DC-DC converter G typically consists of three coils SPL, SP2, SP3, which a rectifier diode Dl and a storage capacitor C2 are connected downstream.
  • the circuit arrangement S ' is constructed considerably more complicated than the circuit arrangement SE according to the invention.
  • the power available on the input side must be determined by measuring the terminal voltage and this information must then be transmitted to the consumer unit VE in order to allow energy to be adjusted Power losses given, which are undesirable especially in 2-wire devices.
  • Supply line ZLl and ZL2 flowing total current I s is set via the modulator unit M.
  • the current control circuit RS which as the actual value of the total current I s via the voltage drop AU 1 at Mes s resistance R measurement is used.
  • the output signal Sl of the computer unit RE specifies the setpoint value of the total current I s .
  • About the operational amplifier OP is the Difference between the difference between the setpoint and the actual value amplified and fed to the input El of the comparator K.
  • At the second input of the comparator K is applied to a reference voltage.
  • the output signal of the comparator K is shown in FIG. 3 for two different total current values I s .
  • the pulse width of the output signal S2 of the comparator K becomes relatively narrow for small values of the total current I s and wide for larger values.
  • the pulses at the output of the oscillator O are transmitted to the respective transistors T1 or T2.
  • the excess current I shunt must be dissipated via the shunt resistor Ra unt .
  • the voltage drop ⁇ U 2 at the shunt resistor R shunt is directly proportional to the power available in the load circuit VS. This voltage drop can be evaluated in order, if necessary, to switch on further units or functionalities of the consumer unit VE, which have an increased energy consumption. As a result, the available power can be used optimally. The excess current is dissipated on the consumer side and minimized if necessary.
  • the measured value determined by the sensor is transmitted galvanically separated to the computer unit RE, which determines therefrom the setpoint value S1 for the total current I s .
  • the invention allows in a simple way the current control and
  • the DC-DC converter G With only one controlled unit, the DC-DC converter G, the total current I s recorded by the 2-conductor loop LS is set.
  • Additional voltage regulators may be omitted. There is no expensive power management necessary. The available power can be determined directly in the consumer circuit VS and optionally adjusted there.
  • the invention is also suitable for field devices that are connected to a fieldbus system (eg Profibus, Foundation Fieldbus) or that have a HART Have interface.
  • the recorded total current I s can also be set via the modulator unit M here.
  • additional components in the circuit arrangement S are necessary, which the person skilled in the art knows and which are easy to integrate.
  • the total current I s is usually constant, it is still advantageous if it is adjustable.
  • the input voltage can also be optimally utilized in these field devices.

Abstract

Eine Schaltungsanordnung (S) zur Versorgung eines Feldgerätes (F1) der Automatisierungstechnik besteht aus einer Verbraucherschaltung (VS), einem Gleichspannungswandler (G) und einer Eingangsschaltung (ES) mit einem 2- Leiter-Anschluss (A). Die Eingangsschaltung (ES) weist eine Modulatoreinheit (M) auf, die mit einer Strom regelschaltung (RS) und dem Gleichspannungswandler (G) verbunden ist. Die Modulatoreinheit (M) steuert den Gleichspannungswandler (G) so an, dass ein einstellbarer Gesamtstrom (ls) vom 2-üter-Anschluß A aufgenommen wird. Durch den geregelten Gleichspannungswandler G ist eine optimale Leistungsübertragung an die Verbraucherschaltung VS möglich.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung zur Versorgung eines Feldgerätes der
Automatisierungstechnik
[0001] Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Versorgung eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik.
[0002] In der Automatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur
Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massedurchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte etc., die als Sensoren die entsprechenden Prozess variablen Füllstand, Durchfluss, Druck bzw. Temperatur erfassen.
[0003] Zur Beeinflussung von Prozess variablen dienen Aktoren, die z. B. als Ventile den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungs abschnitt oder als Pumpen den Füllstand in einem Behälter steuern.
[0004] Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Fa. Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
[0005] In der Regel sind Feldgeräte in modernen Fabrikations anlagen über
Kommunikationssysteme (HART, Profibus, Foundation Fieldbus, etc.), mit übergeordneten Einheiten (z. B. Leitsysteme oder Steuereinheiten) verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Als Feldgeräte werden allgemein solche Einheiten bezeichnet, die direkt an einen Feldbus angeschlossen sind und zur Kommunikation mit den übergeordneten Einheiten dienen (z. B. Remote I/Os, Gateways, Linking Devices).
[0006] Viele Feldgeräte sind 2-Leiter Versionen erhältlich. Hierbei erfolgt die
Energieversorgung des Feldgeräts über das gleiche Leitungspaar über das die Kommunikation erfolgt. Im Gegensatz zu 2-Leiter-Geräten benötigen 4-Leiter-Geräte ein zusätzliches Leitungspaar für die Energieversorgung, dadurch erhöht sich natürlich der Verkabelungs aufwand.
[0007] Bei 2-Leiter-Geräten unterliegt die zur Verfügung stehende Leistung meist gewissen Einschränkungen. Die Eingangsspannung variiert normalerweise zwischen 10 und 36 V. Bei einer 4-20 mA Stromschleife stehen z. B. typischerweise minimal 4 mA bei einer Eingangsspannung von ca. 12 V zur Verfügung. Um eine Leistungsanpassung im Feldgerät vornehmen zu können, muss die eingangsseitig zur Verfügung stehende Leistung erst bestimmt werden. Dies erfolgt über die Messung der Klemmenspannung und dem Wert des eingestellten Schleifenstroms.
[0008] Über einen parallelen Spannungsregler muss der überschüssige Schleifenstrom abgeleitet werden. Außerdem ist ein DC-DC-Schaltregler notwendig, um die Eingangsspannung an einem ungeregelten Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler) konstant zu halten. Der Gleichspannungswandler dient zur Versorgung einer Verbrauchereinheit, die typischerweise aus einer CPU, einem Mes s Verstärker und einem Sensor besteht. Der Gleichspannungswandler dient gleichzeitig auch zur galvanischen Trennung der Verbrauchereinheit von der 2-Leiter-Verorgungsspannung. Getaktete Wandler erlauben eine Gleichspannungswandlung mit einem relativ hohen Wirkungsgrad. Sie werden deshalb bei Feldgeräten häufig eingesetzt.
[0009] Die bekannten Schaltungsanordnungen für Feldgeräte, die auch eine Leistungsanpassung erlauben, weisen mehrere Regler auf, die jeweils zu unerwünschten Verlusten führen. Außerdem sind die einzelnen Reglerschaltungen relativ aufwendig. Für eine Leistungsanpassung muss die eingangsseitig verfügbare Leistung zuerst aufwendig bestimmt werden. Anschließend muss diese Information an die Verbraucherschaltung übermittelt werden. Erst daraufhin kann eine Änderung des Energieverbrauchs eingeleitet werden.
[0010] Aufgabe der Erfindung ist es eine Schaltungsanordnung für Feldgeräte anzugeben, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist, die insbesondere einfach aufgebaut ist, die eine einfache Leistungsanpassung ermöglicht und die nur wenig Verlustleistung erzeugt.
[0011] Gelöst wird diese Aufgabe durch folgende im Anspruch 1 angegebenen Merkmale:
[0012] Schaltungsanordnung zur Versorgung eines Feldgerätes der
Automatisierungstechnik, bestehend aus einer Eingangsschaltung mit einem 2-Leiter-Anschluss, einem nachgeschalteten Gleichspannungswandler und einer Verbraucherschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschaltung eine Modulatoreinheit aufweist, die mit einer Stromregelschaltung und dem Gleichspannungswandler verbunden ist und diesen so ansteuert, dass ein einstellbarer Gesamtstrom Is vom 2-Leiter- Anschluß aufgenommen wird
[0013] Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0014] Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, zur Versorgung einen geregelten Gleichspannungswandler einzusetzen, der zur galvanischen Trennung dient und mit dem der von dem 2-Leiter aufgenommene Strom eingestellt werden kann. Auf der Verbraucherseite wird der überschüssige Strom gemessen. Er ist ein unmittelbares Maß für die dort zur Verfügung stehende Leistung. Durch einfache Minimierung des überschüssigen Stroms kann der Verbrauch auf der Verbraucherseite optimal angepasst werden.
[0015] Durch die Schaltungsanordnung kann die eingangsseitig zur Verfügung stehende Leistung optimal eingesetzt werden.
[0016]
[0017] Zur Signalübertragung (z. B. 4-20 mA-Signal) muss nur der Messwert von der Verbrauchereinheit an die Primärseite des Gleichspannungswandlers übertragen werden. Die Messung der eingangsseitig zur Verfügung stehenden Leistung ist nicht notwendig. Dadurch entfällt auch die Übertragung dieser Information von der Primärseite zur Verbraucherseite.
[0018] Die Schaltungsanordnung weist im Prinzip nur einen Regler auf und erzeugt erheblich weniger Verluste als die bekannten Schaltungsanordnungen.
[0019] Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
[0020] Es zeigen:
[0021] Fig. 1 Blockschaltbild eines Feldgeräts der Automatisierungstechnik und einer Empfangseinheit;
[0022] Fig. 2a Schaltungsanordnung gemäß St. d. Technik;
[0023] Fig. 2b Erfindungsgemäße Schaltungsanordnung;
[0024] Fig. 3 Signalverlauf des Ausgangssignals eines in der Schaltungsanordnung gemäß 2. vorgesehenen
[0025] Komparators; In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Feldgeräts Fl der
Automatisierungstechnik, und einer Empfangseinheit EE, näher dargestellt. Im vorliegenden Fall erfolgt die Verbindung zwischen Feldgerät Fl und Empfangseinheit EE über eine 2-Leiter-Stromschleife LS. Über diese kann ein Messwert, der von dem Feldgerät Fl aufgenommen wird, als 4- 20 mA Stromsignal Is an die Empfangseinheit EE übertragen werden.
[0026] Das Feldgerät Fl besteht im Wesentlichen aus einer Eingangsschaltung ES, einem Gleichspannungs wandler G und einer Verbraucherschaltung VS.
[0027] Der Gleichspannungswandler G sorgt für die galvanische Trennung zwischen dem primärseitigen Stromkreis und dem Verbraucherstromkreis auf der Sekundärseite.
[0028] In Fig. 2a ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung S für das Feldgerät Fl näher dargestellt. Sie weist einen 2-Leiter-Anschluss A für die Verbindung mit der 2-Leiter-Stromschleife LS auf. Der Anschluss A besteht aus zwei Eingangsklemmen EKl und EK2. Eine Zuführleitung ZLl führt von der Eingangsklemme EKl zu einem Gleichspannungswandler G. Ebenfalls mit der Zuführleitung ZLl ist ein Kondensator Cl verbunden. Von der Eingangsklemme EK2 führt eine Zuführleitung ZL2 über einen Messwiderstand RMess ebenfalls zum Gleichspannungswandler G. Der Mes s widerstand RMess ist Teil einer Stromregelschaltung RS, die zusätzlich aus einem Widerstand Rl und einem nach geschalteten Operationsverstärker OP besteht.
[0029] Mit der Zuführleitung ZLl ist außerdem einer Rechnereinheit RE verbunden, die z. B aus einem ASIC oder aber aus einem Mikroprozessor mit Speicherkomponenten und einer entsprechenden Peripherie bestehen kann.
[0030] Ein wesentlicher Bestandteil der Schaltungsanordnung S ist eine Modulatoreinheit M, der im aus einem Komparator K, einem Oszillator O und zwei Und-Gattern UGl, UG2 besteht. Der Ausgang des Komparators K und zwei Pulsausgänge PAl und PAl des Oszillators O sind jeweils mit den entsprechenden Eingängen der Und-Gatter UGl bzw. UG2 verbunden. Die Und-Gatter UGl und UG2 steuern jeweils einen Leistungstransistor Tl bzw. T2 an. Beide Leistungstransistoren Tl, T2 sind in der Zuführleitung ZL2 vorgesehen.
[0031] Der Gleichspannungswandler G ist ein Gegentaktwandler und besteht typischerweise aus drei Spulen SPl, SP2, SP3, zwei Gleichrichterdioden Dl, D2 einer Drosselspule L und einem Speicherkondensator C2. Der Ausgang des Gleichspannungswandlers G ist mit der Verbraucherschaltung VS verbunden. Die Verbraucherschaltung VS besteht hauptsächlich aus der eigentlichen Verbrauchereinheit VE (Sensor, Messverstärker und Mikroprozessor). Parallel zur Verbrauchereinheit VE sind eine Zenerdiode Z und ein Shuntwiderstand R Shunt geschaltet.
[0032] In Fig. 2b ist eine herkömmliche Schaltungsanordnung S für das Feldgerät Fl näher dargestellt. Sie weist ebenfalls einen 2-Leiter- Anschluss A' für die Verbindung mit der 2-Leiter-Stromschleife LS auf. Der Anschluss A' besteht aus zwei Eingangsklemmen EKl ' und EK2'. Eine Zuführleitung ZLl ' füher von der Eingangsklemme EKl ' über einen DC-DC-Schaltregler RG3 zu einem Gleichspannungswandler G'. Ebenfalls mit der Zuführleitung ZLl' ist ein Kondensator CT verbunden. Vor dem Kondensator Cl' ist ein Leistungstransitor T3 angeordnet, der als Stromregler RGl dient und über eine Stromregelschaltung RS' angesteuert wird. Von der Eingangsklemme EK2' führt eine Zuführleitung ZL2' über einen Messwiderstand R 'Mess ebenfalls zum Gleichspannungswandler G'. Der Messwiderstand R'Mess ist Teil der Stromregelschaltung RS', die zusätzlich aus einem Widerstand Rl' und einem nachgeschalteten Operationsverstärker OP' besteht.
[0033] An der Zuführleitung ZLl ' ist ebenfalls eine Rechnereinheit RE' angeschlossen. Die am 2-Leiter-Anschluss A anliegende Klemmenspannung U1n wird über einen Spannungsteiler UT der Rechnereinheit REV zugeführt.
[0034] Ein Schalterpaar SP, das von einem Oszillator O' mit einer fest vorgegebenen
Oszillatorfrequenz angesteuert wird, ist in der Zuführleitung ZL2 vorgesehen. Dem Schalterpaar SP ist der Gleichspannungswandler G' nachgeschaltet, der für eine galvanische Trennung zwischen dem primärseitigen Schaltungsteil und der Verbrauchereinheit VEV auf der Sekundärseite sorgt.
[0035] Mit der Zuführleitung ZLl ' ist noch ein Spannungsregler RG2 verbunden. Der Spannungsregler RG2 ist ein Parallelregler, der überschüssigen Strom ableitet. Dem Spannungsregler RG2 ist der DC-DC-Schaltregler RG3 nachgeschaltet. Der Regler RG3 liefert an seinem Ausgang eine konstante Ausgangsspannung, die mit Hilfe des ungeregelten Gleichstromwandlers Gv in die auf der Sekundärseite des Wandlers zur Verfügung stehende Versorgungsspannung von 5.5 V gewandelt wird.
[0036] Der getaktete Gleichspannungswandler G' besteht typischerweise aus drei Spulen SPl, SP2, SP3, dem eine Gleichrichterdiode Dl und ein Speicherkondensator C2 nachgeschaltet sind.
[0037] Wie aus Fig. 2b ersichtlich ist, sind zur Energieversorgung der
Verbraucherschaltung VS' zwei zusätzliche Regler RG2 und RG3 notwendig. Die Schaltungsanordnung S' ist erheblich aufwendiger aufgebaut als die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung SE. Hier ist ein erheblich umfangreicheres „Powermanagement" notwendig. Außerdem muss die eingangsseitig zur Verfügung stehende Leistung über die Messung der Klemmenspannung ermittelt werden. Diese Information muss dann noch an die Verbrauchereinheit VE übermittelt werden, um dort eine Energieanpassung zu ermöglichen. Aufgrund der zusätzlichen Regler sind Leistungsverluste gegeben, die insbesondere bei 2-Leiter-Geräten unerwünscht sind.
[0038] Diese Nachteile werden durch die Erfindung überwunden.
[0039] Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung näher dargestellt. Der in der
Zuführleitung ZLl und ZL2 fließende Gesamtstrom Is wird über die Modulatoreinheit M eingestellt. Zur Ansteuerung der Modulatoreinheit M dient die Stromregelschaltung RS, die als Istwert den Gesamtstrom Is über den Spannungsabfall AU1 am Mes s widerstand RMess bestimmt. Das Ausgangssignal Sl der Rechnereinheit RE gibt den Sollwert des Gesamtstroms I s vor. Über den Operationsverstärker OP wird die Differenz zwischen Differenz zwischen Sollwert und Istwert verstärkt und dem Eingang El des Komparators K zugeführt. Am zweiten Eingang des Komparators K liegt eine Referenzspannung an. Das Ausgangssignal des Komparators K ist in Fig. 3 für zwei unterschiedliche Gesamtstromwerte Is dargestellt. Die Pulsbreite des Ausgangssignals S2 des Komparators K wird für kleine Werte des Gesamtstroms Is relativ schmal und für größere Werte breit. Entsprechend der Pulsbreite des Ausgangssignals S2 des Komparators K werden die Pulse am Ausgang des Oszillators O zu den jeweiligen Transistoren Tl bzw. T2 durchgelassen.
[0040] Über die Stromregelschaltung RS und die Modulatoreinheit M kann in einfacher Weise der vom Feldgerät Fl über den 2-Leiter-Anschluss A aufgenommene Gesamtstrom Is eingestellt werden. Es sind keine weiteren zusätzlichen Schaltungselemente notwendig. Die am 2-Leiter-Anschluss A zur Verfügung stehende Energie wird abgesehen von den Verlusten am Messwiderstand RMess quasi verlustlos zur Verbraucherschaltung VS übertragen.
[0041] Steht der Verbraucherschaltung VS mehr Energie zur Verfügung als verbraucht wird, so muss der überschüssige Strom I Shunt über den Shuntwiderstand Raunt abgeführt werden. Der Spannungsabfall ΔU2 am Shuntwiderstand RShunt ist dabei direkt proportional zu der in der Verbraucherschaltung VS zur Verfügung stehenden Leistung. Dieser Spannungsabfall kann ausgewertet werden, um ggfs. weitere Einheiten oder Funktionalitäten der Verbrauchereinheit VE einzuschalten, die einen erhöhten Energieverbrauch besitzen. Dadurch kann die zur Verfügung stehende Leistung optimal genutzt werden. Der überschüssige Strom wird verbraucherseitig abgeführt und wenn notwendig minimiert.
[0042] Der vom Sensor ermittelte Messwert wird galvanisch getrennt zur Rechnereinheit RE übertragen, die daraus den Sollwert Sl für den Gesamtstrom I s ermittelt.
[0043] Die Erfindung erlaubt in einfacher Weise die Stromregelung und
Leistungsanpassung eines Feldgeräts das über einer 2-Leiter-Stromschleife versorgt wird.
[0044] Mit nur einer geregelten Einheit, dem Gleichspannungswandler G, wird der von der 2-Leiter-Schleife LS aufgenommenen Gesamtstrom Is eingestellt.
[0045] Zusätzliche Spannungsregler können entfallen. Es ist kein aufwendiges Powermanagement notwendig. Die verfügbare Leistung kann direkt in der Verbraucherschaltung VS bestimmt und gegebenenfalls dort angepasst werden.
[0046] Die Erfindung eignet sich auch für Feldgeräte, die an ein Feldbussystem (z. B. Profibus, Foundation Fieldbus) angeschlossen werden oder die eine HART- Schnittstelle aufweisen. Über die Modulatoreinheit M kann auch hier der aufgenommene Gesamtstrom Is eingestellt werden. Für die digitale Kommunikation sind zusätzliche Komponenten in der Schaltungsanordnung S notwendig, die der Fachmann kennt und die einfach zu integrieren sind. Bei Feldgeräten für Feldbus Systeme ist zwar der Gesamtstrom Is normalerweise konstant, trotzdem ist es vorteilhaft wenn er einstellbar ist. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann auch bei diesen Feldgeräten die Eingangsspannung optimal verwertet werden.
Tabelle 1
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Claims

Ansprüche
[0001] Schaltungsanoirinung zur Versorgung eines Feldgerätes der
Automatisierungstechnik, bestehend aus einer Eingangsschaltung mit einem 2-Leiter-Anschluss, einem nachgeschalteten Gleichspannungswandler und einer Verbraucherschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschaltung ES eine Modulatoreinheit M aufweist, die mit einer Stromregelschaltung RS und dsm Gleichspannungswandler G verbunden ist und diesen so ansteuert, dass ein einstellbarer Gesamtstrom Is vom 2-Leiter- Anschluß A aufgenommen wüd.
[0002] Schaltungsanorclnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Gleichspannungswandler G ein Gegentaktwandler ist.
[0003] Schaltungsanorclnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulatoreinheit M einen Oszillator O mit zwei Pulsausgängen PAl und PA2 aufweist, deren Pulse entsprechend dsm Ausgangssignal eines Komparators K ausgeblendet weiden und dadurch die Einstellung dss Gesamtstroms Is bewirken.
[0004] Schaltungsanorclnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtstrom I s ein 4-2OmA Signalstrom ist.
[0005] Schaltungsanodnung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Feldgerät verwendet wüd, das nach dem Profibus, Foundation Fielbus oder HART Standanl arbeitet.
PCT/EP2006/069346 2005-12-29 2006-12-05 Schaltungsanordnung zur versorgung eines feldgerätes der automatisierungstechnik WO2007077081A1 (de)

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