WO2007098909A1 - Bidirektionaler, galvanisch getrennter übertragungskanal - Google Patents

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WO2007098909A1
WO2007098909A1 PCT/EP2007/001640 EP2007001640W WO2007098909A1 WO 2007098909 A1 WO2007098909 A1 WO 2007098909A1 EP 2007001640 W EP2007001640 W EP 2007001640W WO 2007098909 A1 WO2007098909 A1 WO 2007098909A1
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PCT/EP2007/001640
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Jörg BLANKE
Heinz-Wilhelm Meier
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Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
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    • 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
    • H02M3/325—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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for the potential-separated transmission of DC and AC signals as measurement signals and as alarm signals between two transmitting and receiving systems.
  • the invention has for its object to provide a bidirectional, galvanically isolated transmission channel, which allows the simultaneous transmission of signals from both transmitting and receiving systems via channel sections with two lines.
  • the object is achieved with an arrangement for potential-controlled transmission of direct and alternating current signals between a first transmitting and receiving system and a second transmitting and receiving system, comprising the following features: sections of transmitting and receiving line pairs, which the two transmitting and receiving systems over connect a single dual-line channel; a DC transformer including a divider with a primary circuit and a secondary circuit, which is used for signal transmission with Short circuit DC signals are operated, the DC transformer DC signals in AC signals, and this converts back into DC signals with galvanic isolation of the line sections; an electronic I / I or I / U converter, on whose input side the signals transmitted via the channel are present and on the output side of which useful signals are delivered as current or voltage signals to the second transmitting and receiving system; and a signal generator, the secondary side to the
  • DC transformer for the transmission of the message signal is connected so that the primary side, a voltage change is detected, which can be evaluated by the first transmitting and receiving system as a transmitted alarm signal.
  • the object is also achieved with a method for electrically isolated transmission of direct and alternating current signals between a first transmitting and receiving system and a second transmitting and receiving system, comprising the following steps: in the first transmitting and receiving system measuring signals are obtained which are for transmission via a two-line channel, which has galvanically separated sections, are processed as DC and AC signals; the DC and AC signals are fed to an electronic I / I or I / U converter via the two-line channel using a DC transformer with a divider; the electronic I / I or I / U converter recovers from the DC and AC signals a current or voltage signal corresponding to the measuring signal and makes it available to the second transmitting and receiving system; in the case of the transmission of a message signal to the first Transmitting and receiving system from the second transmitting and receiving system, the message signal is supplied to the secondary circuit of the DC transformer and fed via the primary circuit to the first transmitting and receiving system.
  • a preferably direct current signal as a measuring signal and a DC / AC return signal as a signaling signal are transmitted via the same galvanically separated channel.
  • a DC transformer with a transformer and an electronic I / I converter or I / U converter.
  • the two electronic devices, the DC transformer and the I / I or I / U converter are connected in series by means of sections of two-wire cables.
  • the isolating transformer is used for galvanic isolation of the circuits of the two terminals.
  • the DC transformer is operated for the one signal direction in the short circuit, so that substantially no power is transmitted.
  • the incoming from the first terminal preferably DC signal is converted into an AC signal.
  • the secondary side is from the incoming there
  • the DC transformer can be formed as a half-bridge current transformer with active switches (transistors, analog switches, etc.), which can be replaced by diodes on the secondary side, on the other hand, the DC transformer can be realized as a full bridge current transformer. It is too possible to construct the DC-DC transformer with a center-tap divider.
  • an I / I converter is used on its secondary side, which decouples the DC transformer from the second terminal.
  • the second terminal is to deliver a return signal to the first terminal, then this can be fed in as a pulse, DC or AC signal at various locations on the secondary side of the DC transformer.
  • a first way of feeding the return signal is to use a controlled voltage source connected in series with the secondary side of the DC transformer. Furthermore, the return signal can be applied to an input of the I / I or I / U converter.
  • the supply of this pulse, DC or AC signal leads to a cancellation of the short circuit of the secondary side of the DC transformer, which means that the preferably transmitted by the first electronic device preferably DC signal can only be driven if the primary side, the voltage by the value of the secondary side fed pulse, DC or AC signal is increased. In this way, on the primary side, the secondary side fed pulse, DC or AC signal can be measured and evaluated as a return signal.
  • the main areas of application for such an arrangement are isolation amplifiers with HART communication in the Ex and non-Ex areas.
  • the electronic device used in the Ex area can be, for example, devices for measuring pressure and / or temperature values or an actuator, for. As a valve act.
  • the electronic device used in the non-hazardous area may, for example, be a control station for monitoring the values measured "in the field".
  • Fig. 1 is a block diagram of a schematic representation of the basic structure of the arrangement according to the invention
  • Fig. 2 in a schematic diagram with respect to
  • FIG. 3 in a schematic diagram with respect to
  • Fig. 4 shows the circuit structure of an embodiment of the inventive arrangement of FIG. 3
  • Fig. 5 shows the circuit structure of an embodiment of the inventive arrangement of FIG. 2, Fig. 6 in a circuit diagram of the invention
  • FIG. 2 Arrangement of FIG. 2 with an exemplary
  • Fig. 7 is a circuit diagram of the invention
  • Fig. 8 is a circuit diagram of the invention
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of the basic structure of the arrangement according to the invention.
  • a first transmitting and receiving system 1 is connected to an isolating transformer or dividing converter 3, which is part of a DC transformer 4, via a single two-wire channel comprising line sections 6a, 6b or 7a, 7b or 8a, 8b.
  • This is in turn connected via an electronic I / I or I / U converter 5 to a second transmitting and receiving system 2.
  • the isolating converter 3 has a primary-side
  • chopped analog DC signals are applied, the chopped signals transmitted by the converter 3 to the secondary side 46 and converted by this again into analog DC signals. Further details will be explained with reference to FIGS. 6 to 10.
  • two areas A and B can be distinguished for the entire arrangement between the first and second transmission and reception systems, which are, for example, for Ex and non-Ex areas. Since there is no conductive connection between primary side 45 and secondary side 46, the two sides are galvanically separated from one another.
  • the secondary side 46 of the DC transformer 4 is connected across the second portion of the dual-line channel, i. via the connecting line pair 7a and 7b, connected to the input side of the electronic I / I or I / V converter 5.
  • the output side of the electronic I / I or I / V converter 5 is connected to the second transmitting and receiving system 2 by means of the third section of the two-line channel which includes an output line pair 8a and 8b.
  • a message signal generator 9 is connected to the electronic I / I or I / U converter 5.
  • the signaling signal generator 9 can output both DC voltage signals and AC voltage signals. For example, To signal switching states of a switch, DC signals of different potentials (e.g., from 0 volts and 0.5 volts) can be generated.
  • FSK signals Frequency Shift Keying
  • the first transmitting and receiving system 1 leads to the DC transformer 4 via the input line pair 6a, 6b the analog primary current signal too.
  • This primary current signal may be a standard current signal I N i in the range of 0 to 20 mA or 4 to 20 mA), as defined in DIN IEC 60 381 Part 1. These standard current signals can be transmitted over long distances.
  • a measurement signal with respect to temperature can be, for example, for a temperature range of 0 to 100 0 C on a standard current signal of 0 to 20 mA are shown.
  • a current value of 10 A then corresponds to a temperature of 50 0 C.
  • In the signal direction for measurement signals from the system 1 from the secondary side of the DC transformer 4 is operated in a short circuit.
  • the secondary-side current I N2 is proportional to the primary current I N i and to the ratio of primary winding 31 to secondary winding 32. If the winding numbers of these windings 31, 32 are the same, the primary current I N i is equal to the secondary current I N2 , but the current directions opposed. Signal direction and current direction do not match. If the DC transformer 4 drive the second transmitting and receiving system itself, it would no longer be operated in a short circuit, with the result that would leave too much power transmission of the linear power transmission area.
  • the electronic I / I or I / U converter 5 is used, which is designed as an operational amplifier arrangement.
  • This operational amplifier arrangement 5 through its wiring as an inverting amplifier, ensures that the connection with the feedback through the control process reaches virtual ground, whereby the two inputs P and N come to the same potential, so that the secondary side Short circuit of Gleichstromwubersetzers 4 is ensured. This is a so-called virtual short circuit.
  • the message signal generator 9 is to be regarded as short-circuited. Its voltage U 2 is equal to zero.
  • the operational amplifier arrangement 5 comprises an operational amplifier 51 with a P input, an N input and an output.
  • the operational amplifier 51 is connected to its P input to ground potential, its N input is to the secondary 46 of the
  • Operationsverstarkeran Aunt 5 is supplied with the voltage U v .
  • Both the base point of the DC subcarrier 4 and the P input of the operational amplifier 51 of the operational amplifier arrangement 5 are at the same potential, since they are both connected to ground potential.
  • the signal generator 9 is to be regarded as short-circuited.
  • the DC subcarrier 4 is operated in the short circuit. Due to the high resistance of the operational amplifier input, it is ensured that the current through the second transmitting and receiving system 2 is exactly equal to the secondary current I N2 of the DC subcarrier 4.
  • the current flowing through the second transmitting and receiving system 2 is supplied from the operational amplifier 51.
  • the power for this purpose, the operational amplifier 51 receives from its supply voltage U v .
  • the message signal generator 9 which is a controlled Voltage source with the voltage U 2 , in the secondary circuit 46 of the DC-4 in series.
  • the signaling signal generator 9 as a voltage source eliminates the short circuit of the DC transformer 4 in the secondary circuit 46, but not the virtual
  • the standard current signal I N i can no longer flow with its original value. If this signal continues to flow in spite of the voltage U 2 applied to the secondary side, then the primary transmitting and receiving system 1 serving as an input current source must increase its voltage Ui by exactly the value corresponding to the value of the voltage U 2 applied to the secondary side. As a result of this voltage increase being carried out, the voltage U 2 fed in on the secondary side can be measured on the primary side 45. The signal transmission of the message signal thus takes place with the measurement of the voltage increase on the primary side.
  • Fig. 3 shows in a second embodiment, a further possibility for transmitting the secondary side fed voltage U 2 in the primary circuit 45.
  • the serving as a signal generator 9 controlled voltage source is in this embodiment to the high-impedance input of the operational amplifier 51, which was in Fig. 2 ground terminal , connected.
  • the voltage source 9 is operatively connected in series with the output of the DC transformer 46. Therefore, the primary voltage Ui must be increased by the value of the secondary side voltage U 2 , so that the standard current signal I Ni can continue to flow.
  • the message signal is measurable in this way on the primary side and determined in the manner described.
  • FIG 4 shows an exemplary embodiment of the arrangement according to the invention, in which the P input of the operational amplifier 51 of the operational amplifier arrangement 5 is connected to ground potential via a resistor R.
  • the N input is on the secondary side 46 of the DC transformer 4.
  • a transistor T In the output of the operational amplifier 51 is a transistor T for amplifying the output signal of the operational amplifier 51 and for returning this output signal to the N input.
  • the AC voltage signal generator 11 from the second transmitting and receiving system 2, which can be configured as a field device with a burden 15.
  • the output line pair 8a, 8b forms the current over the field two-line channel.
  • the alternating voltage signal U w is modulated onto the standard current signal I N2 in order to transmit process data opposite to the signal direction of the standard current signal I N i.
  • the alternating voltage signal U w is coupled out of the output line 8a by means of a capacitor C ⁇ and, taking into account that the operating voltage U B of an operating voltage source 10 for AC voltage is to be regarded as a short circuit, via the resistor R at the high-impedance input of the operational amplifier 51, which with Mass is connected.
  • the AC voltage U w is across the virtual short circuit of the operational amplifier 51 in series with the output of the DC transformer 4 and is transmitted to the primary side 45 of the DC transformer 4 and there measurable.
  • the measurement is synonymous with the signal determination.
  • a signal is indirectly transmitted from system 2 to system 1.
  • Fig. 5 shows a similar arrangement in principle as FIG. 4, but with the difference that the feed of the
  • FIGS. 6 to 10 show different ones
  • FIG. 6 shows the DC transformer 4 as a half-bridge current transformer with active switches 35, 36.
  • a primary-side clock 43 and a secondary-side clock 44 ensure that the primary-side switch 35 and the secondary-side switch 36 between the wires of the input line pair 6a, 6b and Connecting line pair 7a, 7b synchronously switched back and forth.
  • the frequency of the switching (about 100-200 kHz) is adapted to the inductance of the windings 31, 32 and the capacitance of the capacitors 33a, 33b, 34a, 34b.
  • the standard current signal I N i which is an analogue DC current signal, changes the current direction depending on the clock predetermined by the primary-side clock generator 43.
  • To form a suitable AC signal via the
  • Isolating transformer or divider 3 can be transmitted, two capacitors 33a and 33b are provided on the primary side 45, which are alternately acted upon. The same happens on the secondary side 46 by means of two capacitors 34a and 34b and the synchronous Switching of the wires of the connecting line pair 7a, 7b, to the leads 7al, 7bl of the winding 32.
  • a standard current signal I N2 generated on the secondary side, whose current directions are reversed.
  • the AC voltage U w of the signal signal generator 9 is fed at the base of the secondary side 46 of the DC transformer 4.
  • Fig. 7 shows the DC transformer 4 as a half-bridge current transformer with active switches in the same embodiment as in Fig. 6.
  • the difference between Fig. 7 and Fig. 6 is that in Fig. 7, the supply of the AC signal ü w of the signal generator 9 am P input of the operational amplifier 51 takes place, as described with Fig. 3.
  • Fig. 8 shows the DC transformer 4 as
  • a primary-side clock generator 43 switches both primary-side switches 37a and 37b between two positions for connecting the line conductors 6a, 6b to alternating terminals of the winding 31 and the
  • a secondary-side clock 44 switches the two secondary-side switches 38a and 38b also between two positions.
  • the cyclic position change of the two secondary side switches 38a and 38b converts the input on the secondary side 46 incoming pulse signal or AC signal into a DC signal I N 2.
  • Fig. 9 shows the DC transformer 4 in the design with center tap.
  • a primary-side clock 43 switches two primary-side switches 43a and 43b alternately to the connecting lines 6bi and 6b 2.
  • the cyclic position change of the two primary-side switches 43a and 43b converts the incoming direct current signal I N i into a pulse signal or
  • a secondary-side clock generator 44 switches two secondary-side switches 44a and 44b alternately to the connection lines 7bi and 7b 2 .
  • the cyclic position change of the two secondary-side switches 44a and 44b converts the incoming on the secondary side 46 pulse or AC signal into a DC signal
  • Fig. 10 shows the current transformer 4 as
  • Half-bridge current transformer with diodes 47, 48 On the primary side, the DC signal I N i is converted in the manner already shown in Fig. 6 and Fig. 7 in a pulse signal or AC signal. On the secondary side, the incoming pulse signal or alternating current signal is converted into a direct current signal I N2 by means of the diodes 47 and 48 and two capacitors 34a and 34b.
  • the first transmitting and receiving system 1 is, for example, a stored-program system SPS which generates the standard-current signal I N i.
  • This actor can For example, be a valve that changes its state depending on the standard current signal I N i. The valve can return the actual state of the valve position to the primary side 45 via the return signal.
  • complex electronics such as, for example, a bus subscriber could also represent the second transmitting and receiving system 2.
  • the first transmission and reception system 1 includes a temperature sensor which generates the standard current signal I N i.
  • the second transmitting and receiving system 2 is then, for example, an evaluation circuit. In this way, a temperature measured by the sensor can be displayed and / or used for Steueurungsauf synthetic.
  • the sensor can be parameterized via the return signal.
  • first transmitting and receiving system 1 and / or the second transmitting and receiving system 2 as
  • Field device may be formed, after which the line section 6a, 6b and / or 8a, 8b represents the over-field transmission path that can transmit the signals in both directions.
  • the DC transformer 4 and the operational amplifier arrangement 5 can be regarded as a "control center.” This control center has only a few components and can be accommodated in a small space, as desired.

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Abstract

Anordnung und Verfahren zur potentialgetrennten Übertragung von Gleich- und Wechselstromsignalen. Die Signale können in beide Richtungen über den gleichen und einzig vorhandenen galvanisch getrennten Kanal übertragen werden. Die Anordnung umfasst ein erstes Sende- und Empfangssystem (1), einen Gleichstromübertrager (4) im Kurzschlussbetrieb, eine Operationsverstärkeranordnung (5) und ein zweites Sende- und Empfangssystem (2) mit Meldesignalgeber (9).

Description

Bidirektionaler, galvanisch getrennter Übertragungskanal
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zur potentialgetrennten Übertragung von Gleich- und Wechselstromsignalen als Messsignale und als Meldesignale zwischen zwei Sende- und Empfangssystemen.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartige Anordnung wird z.B. in DE 297 18 405 Ul, DE 298 16 659 Ul und EP 0 658 866 Bl beschrieben. In diesen Dokumenten werden Verfahren offenbart, bei denen in einem ersten Kanal das Messsignal und in einem zweiten Kanal das Meldesignal übertragen werden. Der erste Kanal umfasst eine Koppelstufe und der zweite Kanal einen Übertrager oder eine weitere Koppelstufe. Insgesamt werden also zwei galvanisch getrennte Kanäle benötigt. Die Verwendung von zwei galvanisch getrennten Kanälen ist aber kostenintensiv und erfordert einen hohen Platzbedarf.
Bei einem Signal-Speisetrenner für Messsignale
(DE 103 22 262 Al) wird zwar nur ein Zweileitungskanal für die Übertragung der Signale benötigt, bei denen ein Spannungswandler für die galvanische Trennung in der Übertragungstrecke benutzt wird, jedoch benötigt man eine Hilfsenergie-Einspeiseschaltung, um die empfangenen Spannungssignale je nach aktuellem Leistungsbedarf aufzubereiten. Bei dieser Schaltung können jedoch keine Sende- und Empfangssysteme mit aktiven Stromausgängen angeschlossen werden, weil die Energie von der Einspeiseschaltung zur Verfügung gestellt wird und so zwei Spannungsquellen gegeneinander arbeiten würden.
Es ist auch eine Schaltungsanordnung zur potentialfreien Signalübertragung zwischen zwei elektronischen Einheiten mittels eines Transformators bekannt (DE 35 33 278 C2), bei der die Sekundärwicklung des Transformators beim Vorliegen eines Rückmeldesignals kurzgeschlossen wird. Ansteuersignal und Rückmeldesignal müssen jedoch nacheinander erfolgen, d.h. das gleichzeitige Übertragen eines Stromsignals von der einen Einheit und eines Spannungssignals von der anderen Einheit über einen einzigen Zweileitungskanal ist nicht möglich.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bidirektionalen, galvanisch getrennten Übertragungskanal zu schaffen, der die gleichzeitige Übertragung von Signalen ausgehend von beiden Sende- und Empfangsssystemen über Kanalabschnitte mit je zwei Leitungen ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit einer Anordnung zur potentialgesteuerten Übertragung von Gleich- und Wechselstromsignalen zwischen einem ersten Sende- und Empfangssystem und einen zweiten Sende- und Empfangssystem gelöst, das folgende Merkmale aufweist: Abschnitte von Sende- und Empfangsleitungspaaren, welche die beiden Sende- und Empfangssysteme über einen einzigen Zweileitungskanal verbinden; ein Gleichstromübertrager unter Einschluss eines Trennwandlers mit einem Primärkreis und einem Sekundarkreis, der für die Signalübertragung mit Gleichstromsignalen im Kurzschluss betrieben wird, wobei der Gleichstromübertrager Gleichstromsignale in Wechselstromsignale, und diese zurück in Gleichstromsignale bei galvanischer Trennung der Leitungsabschnitte wandelt; ein elektronischer I/I- oder I/U-Wandler, an dessen Eingangsseite die über den Kanal übertragenen Signale anliegen und an dessen Ausgangsseite Nutzsignale als Stromoder Spannungssignale an das zweite Sende- und Empfangssystem abgegeben werden; und ein Meldesignalgeber, der sekundärseitig an den
Gleichstromübertrager für die Übertragung des Meldesignals angeschlossen wird, so dass primärseitig eine Spannungsänderung feststellbar ist, die von dem ersten Sende- und Empfangssystem als übertragendes Meldesignal auswertbar ist.
Die Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zur potentialgetrennten Übertragung von Gleich- und Wechselstromsignalen zwischen einem ersten Sende- und Empfangssystem und einem zweiten Sende- und Empfangssystem gelöst, das folgende Schritte umfasst: in dem ersten Sende- und Empfangssystem werden Messsignale gewonnen, die zur Übertragung über einen Zweileitungskanal, der galvanisch voneinander getrennte Abschnitte aufweist, als Gleich- und Wechselstromsignale aufbereitet werden; die Gleich- und Wechselstromsignale werden unter Benutzung eines Gleichstromübertragers mit Trennwandler über den Zweileitungskanal einem elektronischen I/I- oder I/U- Wandler zugeführt; der elektronische I/I- oder I/U-Wandler gewinnt aus den Gleich- und Wechselstromsignalen ein dem Messsignal korrespondierendes Strom- oder Spannungssignal zurück und stellt es dem zweiten Sende- und Empfangssystem zur Verfügung; im Falle der Übertragung eines Meldesignals an das erste Sende- und Empfangssystem vom zweiten Sende- und Empfangssystem aus wird das Meldesignal dem Sekundärkreis des Gleichstromübertragers zugeführt und über den Primärkreis dem ersten Sende- und Empfangssystem zugeleitet.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden über den gleichen galvanisch getrennten Kanal ein vorzugsweise Gleichstromsignal als Messsignal und ein Gleich- /Wechselspannungsrücksignal als Meldesignal übertragen.
Hierzu befinden sich zwischen zwei elektronischen Geräten ein Gleichstromübertrager mit Trennwandler und ein elektronischer I/I-Wandler oder I/U-Wandler. Die beiden elektronischen Geräte, der Gleichstromübertrager und der I/I- oder I/U-Wandler sind hintereinander mittels Abschnitten von Zweidrahtleitungen verbunden. Der Trennwandler dient der galvanischen Trennung der Stromkreise der beiden Endgeräte. Der Gleichstromübertrager wird für die eine Signalrichtung im Kurzschluss betrieben, so dass im wesentlichen keine Leistung übertragen wird.
Auf der Primärseite des Gleichstromübertragers wird das vom ersten Endgerät ankommende, vorzugsweise Gleichstromsignal, in ein Wechselstromsignal umgewandelt. Auf der Sekundärseite wird aus dem dort eintreffenden
Wechselstromsignal wieder ein Gleichstromsignal gemacht.
Zur schaltungstechnischen Realisierung des Gleichstromübertragers bieten sich mehrere Möglichkeiten an. Zum einen kann der Gleichstromübertrager als Halbbrückenstromwandler mit aktiven Schaltern (Transistoren, Analogschaltern, etc.) gebildet werden, die auf der Sekundärseite auch durch Dioden ersetzt werden können, zum anderen kann der Gleichstromübertrager als Vollbrückenstromwandler realisiert werden. Auch ist es möglich, den Gleichstromwübertrager mit einem Trennwandler mit Mittelanzapfung zu konstruieren.
Um sicherzustellen, dass der Gleichstromübertrager im Kurzschluss betrieben wird, wird auf seiner Sekundärseite ein I/I-Wandler eingesetzt, der den Gleichstromübertrager vom zweiten Endgerät entkoppelt.
Soll dass zweite Endgerät ein Rücksignal an das erste Endgerät abgeben, so kann dieses als Impuls-, Gleich- oder Wechselspannungssignal an verschiedenen Stellen auf der Sekundärseite des Gleichstromübertragers eingespeist werden .
Ein erste Möglichkeit zur Einspeisung des Rücksignals besteht darin, ein mit der Sekundärseite des Gleichstromübertragers in Reihe geschaltete gesteuerte Spannungsquelle zu verwenden. Ferner kann das Rücksignal an einem Eingang des I/I-oder I/U-Wandlers angelegt werden.
Die Einspeisung dieses Impuls-, Gleich- oder Wechselspannungssignals führt zu einer Aufhebung des Kurzschlusses der Sekundärseite des Gleichstromübertragers, was dazu führt, dass das vom ersten elektronischen Gerät ausgesandte vorzugsweise Gleichstromsignal nur dann weiterhin getrieben werden kann, wenn primärseitig die Spannung um den Wert des sekundärseitig eingespeisten Impuls-, Gleich- oder Wechselspannungssignals erhöht wird. Auf diese Weise kann primärseitig das sekundärseitig eingespeiste Impuls-, Gleich- oder Wechselspannungssignal gemessen und als Rücksignal bewertet werden.
Im Ergebnis ist kein zweiter galvanisch getrennter Übertragungskanal notwendig, um entgegen der Richtung des vorzugsweise Gleichstromsignals ein Rücksignal zu übertragen .
Haupteinsatzbereiche für eine derartige Anordnung sind Trennverstärker mit HART-Kommunikation im Ex- und Nicht-ExBereich. Bei dem im Ex-Bereich verwendeten elektronischen Gerät kann es sich beispielsweise um Vorrichtungen zur Messung von Druck- und/oder Temperaturwerten oder einem Aktor, z. B. einem Ventil, handeln. Bei dem im Nicht-Ex- Bereich eingesetzten elektronischen Gerät kann es sich beispielsweise um einen Leitstand zur Überwachung der „im Feld" gemessenen Werte handeln.
Weiterhin ist es denkbar, die erfindungsgemäße Anordnung zur Rückmeldung von Melde- und Statussignalen, z.B. „Drahtbruch", „Kurzschluss" etc., zu verwenden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen.
Dabei zeigt:
Fig. 1 in einem Blockschaltbild eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 2 in einem Prinzipschaltbild hinsichtlich der
Einkoppelung der Meldesignale den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 3 in einem Prinzipschaltbild hinsichtlich der
Einkoppelung der Meldesignale den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 4 den Schaltungsaufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 3, Fig. 5 den Schaltungsaufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 2, Fig. 6 in einem Schaltbild die erfindungsgemäße
Anordnung nach Fig. 2 mit einem beispielhaften
Halbbrückenstromwandler, Fig. 7 in einem Schaltbild die erfindungsgemäße
Anordnung nach Fig. 3 mit einem beispielhaften Halbbrückenstromwandler,
Fig. 8 in einem Schaltbild die erfindungsgemäße
Anordnung mit einem Vollbrückenstromwandler, Fig. 9 in einem Schaltbild die erfindungsgemäße
Anordnung mit einem Übertrager mit Mittelanzapfung als Stromwandler, und
Fig. 10 in einem Schaltbild die erfindungsgemäße
Anordnung nach Fig. 3 mit einem weiteren beispielhaften Halbbrückenstromwandler .
Detaillierte Beschreibung
Fig. 1 zeigt in einem Schaltbild den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung. Ein erstes Sende- und Empfangssystem 1 ist über einen einzigen Zweileitungskanal, der Leitungsabschnitte 6a, 6b bzw. 7a, 7b bzw. 8a, 8b umfasst, mit einem Trenntransformator oder Trennwandler 3 verbunden, der Teil eines Gleichstromübertragers 4 ist. Dieser ist wiederum über einen elektronischen I/I- oder I/U-Wandler 5 mit einem zweiten Sende- und Empfangssystem 2 verbunden. Der Trennwandler 3 weist eine primärseitige
Wicklung 31 und eine sekundärseitige Wicklung 32 auf. Diese primär- bzw. sekundärseitigen Wicklungen 31 und 32 definieren eine Primärseite 45 (= Primärkreis) und eine Sekundärseite 46 (= Sekundärkreis) des Gleichstromübertragers 4. In der Primärseite 45 des Gleichstromübertragers 4 werden anliegende analoge Gleichstromsignale zerhackt, die zerhackten Signale mittels des Trennwandlers 3 auf die Sekundärseite 46 übertragen und von dieser wieder in analoge Gleichstromsignale umgewandelt. Nähere Einzelheiten hierzu werden anhand der Fig. 6 bis 10 erläutert.
Mit der Primärseite 45 und der Sekundärseite 46 können für die gesamte Anordnung zwischen erstem und zweitem Sende- und Empfangssystem zwei Bereiche A und B unterschieden werden, die beispielsweise für Ex- und Nicht-Ex-Bereich stehen. Da zwischen Primärseite 45 und Sekundärseite 46 keine leitende Verbindung besteht, sind die beiden Seiten galvanisch voneinander getrennt.
Die Sekundärseite 46 des Gleichstromübertragers 4 ist über den zweiten Abschnitt des Zweileitungskanals, d.h. über das Verbindungsleitungspaar 7a und 7b, mit der Eingangsseite des elektronischen I/I- oder I/U-Wandlers 5 verbunden. Die Ausgangsseite des elektronischen I/I- oder I/U-Wandlers 5 ist mittels des dritten Abschnitts des Zweileitungskanals, der ein Ausgangsleitungspaar 8a und 8b enthält, mit dem zweiten Sende- und Empfangssystem 2 verbunden. Ferner ist ein Meldesignalgeber 9 an dem elektronische I/I- oder I/U- Wandler 5 angeschlossen. Der Meldesignalgeber 9 kann sowohl Gleichspannungssignale als auch Wechselspannungssignale ausgeben. Um z.B. Schaltzustände eines Schalters zu melden, können Gleichspannungssignale unterschiedlichen Potentials (z.B. von 0 Volt und 0,5 Volt) generiert werden. Als Wechselspannungssignale können FSK-Signale (Frequency Shift Keying) benutzt werden, beispielsweise solche nach dem HART-Protokoll.
Das erste Sende- und Empfangssystem 1 führt dem Gleichstromübertrager 4 über das Eingangsleitungspaar 6a, 6b das analoge Primärstromsignal zu. Bei diesem Primärstromsignal kann es sich um ein Normstromsignal INi im Bereich von 0 bis 20 mA bzw. 4 bis 20 mA) handeln, wie es in der DIN IEC 60 381 Teil 1 definiert ist. Diese Normstromsignale können über große Entfernungen übertragen werden. Ein Messsignal hinsichtlich Temperatur kann z.B. für einen Temperaturbereich von 0 bis 1000C auf ein Normstromsignal von 0 bis 20 mA abgebildet werden. Ein Stromwert von 10 A entspricht dann einer Temperatur von 500C. Bei der Signalrichtung für Messsignale vom System 1 aus wird die Sekundärseite des Gleichstromübertragers 4 im Kurzschluss betrieben. Dies bedeutet, dass die Sekundärspannung gleich Null ist, so dass praktisch keine Leistung übertragen wird. Der sekundärseitig fließende Strom IN2 ist proportional zum Primärstrom INi und zum Übersetzungsverhältnis von Primärwicklung 31 zu Sekundärwicklung 32. Sind die Wicklungszahlen dieser Wicklungen 31, 32 gleich, so ist der Primärstrom INi gleich dem Sekundärstrom IN2, jedoch sind die Stromrichtungen entgegengesetzt. Signalrichtung und Stromrichtung stimmen somit nicht überein. Würde der Gleichstromübertrager 4 das zweite Sende- und Empfangssystem selbst treiben, würde er nicht mehr im Kurzschluss betrieben, was zur Folge hätte, dass bei zu großer Leistungsübertragung der lineare Stromübertragungsbereich verlassen würde.
Zur Entkopplung des Gleichstromübertragers 4 von dem zweiten Sende- und Empfangssystem 2 wird der elektronische I/I- oder I/U-Wandler 5 verwendet, der als Operationsverstärkeranordnung ausgebildet ist. Diese Operationsverstärkeranordnung 5 sorgt durch ihre Beschaltung als invertierender Verstärker dafür, dass der Anschluss mit der Rückführung durch den Regelvorgang auf virtuelle Masse gelangt, womit die beiden Eingänge P und N auf gleiches Potential kommen, so dass der sekundärseitige Kurzschluss des Gleichstromwubersetzers 4 sichergestellt ist. Es handelt sich hierbei um einen sog. virtuellen Kurzschluss. Der Meldesignalgeber 9 ist dabei als kurzgeschlossen zu betrachten. Seine Spannung U2 ist gleich Null.
Dies wird in Fig. 2 verdeutlicht. Die Operationsverstarkeranordnung 5 umfasst einen Operationsverstärker 51 mit einem P-Eingang, einem N- Eingang und einem Ausgang. Der Operationsverstärker 51 ist an seinem P-Eingang mit Massepotential verbunden, sein N- Eingang ist an die Sekundarseite 46 des
Gleichstromubertragrs 4 angeschlossen. Der Ausgang ist über das zweite Sende- und Empfangssystem 2 auf den N-Eingang ruckgefuhrt. Der Operationsverstärker 51 der
Operationsverstarkeranordnung 5 wird mit der Spannung Uv versorgt. Sowohl der Fußpunkt des Gleichstromubertragers 4 als auch der P-Eingang des Operationsverstärkers 51 der Operationsverstarkeranordnung 5 liegen auf gleichem Potential, da sie beide mit Massepotential verbunden sind. Auch hier ist der Meldesignalgeber 9 als kurzgeschlossen zu betrachten. In Verbindung mit dem virtuellen Kurzschluss des Operationsverstärkers 51 wird der Gleichstromubetrager 4 im Kurzschluss betrieben. Durch die Hochohmigkeit der Operationsverstarkereingange ist gewahrleistet, dass der Strom durch das zweite Sende- und Empfangssystem 2 exakt gleich dem Sekundarstrom IN2 des Gleichstromubertragers 4 ist. Der durch das zweite Sende- und Empfangssystem 2 fließende Strom wird vom Operationsverstärker 51 geliefert. Die Energie hierfür erhalt der Operationsverstärker 51 von seiner Versorgungsspannung Uv.
Um die Übertragung eines Signals entgegen der Signalrichtung des Normstromsignals INi zu ermöglichen, wird der Meldesignalgeber 9, der eine gesteuerte Spannungsquelle mit der Spannung U2 darstellt, im Sekundärkreis 46 des Gleichstromübertragers 4 in Reihe eingeschaltet. Der Meldesignalgeber 9 als Spannungsquelle hebt den Kurzschluss des Gleichstromübertragers 4 im Sekundärkreis 46 auf, nicht jedoch den virtuellen
Kurzschluss des Operationsverstärkers 51. Jedoch kann das Normstromsignal INi nicht mehr mit seinem ursprünglichen Wert weiter fließen. Soll dieses Signal trotz der sekundärseitig eingespeisten Spannung U2 weiterhin fließen, so muss primärseitig das als Eingangsstromquelle dienende erste Sende- und Empfangssystem 1 seine Spannung Ui um genau den Wert erhöhen, der dem Wert der sekundärseitig eingespeisten Spannung U2 entspricht. Indem diese Spannungserhöhung durchgeführt wird, wird im Ergebnis die sekundärseitig eingespeiste Spannung U2 auf der Primärseite 45 messbar. Die Signalübertragung des Meldesignals erfolgt somit mit der Messung der Spannungserhöhung auf der Primärseite .
Fig. 3 zeigt in einem zweiten Ausführungsbeispiel eine weitere Möglichkeit zur Übertragung der sekundärseitig eingespeisten Spannung U2 in den Primärkreis 45. Die als Meldesignalgeber 9 dienende gesteuerte Spannungsquelle wird in diesem Ausführungsbeispiel an den hochohmigen Eingang des Operationsverstärkers 51, der in Fig. 2 Masseanschluss war, angeschlossen. Durch dieses Einschalten wird der sekundärseitige Kurzschluss des Gleichstromübertragers 4 aufgehoben, da die Spannungsquelle 9 wirkungsmäßig in Reihe mit dem Ausgang des Gleichstromübertragers 46 liegt. Daher muss die Primärspannung Ui um den Wert der sekundärseitig eingespeisten Spannung U2 erhöht werden, damit das Normstromsignal INi weiterhin fließen kann. Das Meldesignal wird auf diese Weise auf der Primärseite messbar und in der beschriebenen Weise bestimmt. Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der der P-Eingang des Operationsverstärkers 51 der Operationsverstärkeranordnung 5 über einen Widerstand R mit Massepotential verbunden ist. Der N- Eingang liegt an der Sekundärseiteseite 46 des Gleichstromübertragers 4. Im Ausgang des Operationsverstärkers 51 liegt ein Transistor T zur Verstärkung des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 51 und zur Rückführung dieses Ausgangssignals auf den N- Eingang .
Besonders vorteilhaft ist diese Anordnung für die galvanisch getrennte Übertragung eines Wechselspannungssignals Uw eines
Wechselspannungssignalgebers 11 von dem zweiten Sende- und Empfangssystem 2 aus, das als Feldgerät mit einer Bürde 15 ausgestaltet sein kann. Dabei bildet das Ausgangsleitungspaar 8a, 8b den über das Feld laufenden Zweileitungskanal. Das Wechselspannungssignal Uw wird auf das Normstromsignal IN2 aufmoduliert, um Prozessdaten entgegengesetzt zur Signalrichtung des Normstromsignals INi zu übertragen. Das Wechselspannungssignal Uw wird aus der Ausgangsleitung 8a mittels eines Kondensator Cκ ausgekoppelt und liegt unter Berücksichtigung, dass die Betriebsspannung UB einer Betriebsspannungsquelle 10 für Wechselspannung als Kurzschluss zu betrachten ist, über den Widerstand R am hochohmigen Eingang des Operationsverstärkers 51 an, der mit Masse verbunden ist. Somit liegt das Wechselspannungssignal Uw über den virtuellen Kurzschluss des Operationsverstärkers 51 in Reihe mit dem Ausgang des Gleichstromübertragers 4 und wird auf die Primärseite 45 des Gleichstromübertragers 4 übertragen und dort messbar. Die Messung ist gleichbedeutend mit der Signalbestimmung. Somit wird indirekt ein Signal vom System 2 auf System 1 übertragen.
Fig. 5 zeigt eine im Prinzip gleiche Anordnung wie Fig. 4, allerdings mit dem Unterschied, dass die Einspeisung des
Wechselspannungssignals Uw am Fusspunkt des Sekundärkreises 46 des Gleichstromübertragers 4 mittels eines Operationsverstärkers 52 erfolgt, der als niederohmige Spannungsquelle 92 betrieben wird.
Die Fig. 6 bis Fig. 10 zeigen verschiedene
Ausführungsformen des Gleichstromübertrageranordnung 4, wie sie in die Schaltungsanordnung der Erfindung eingefügt sind.
Fig. 6 zeigt den Gleichstromübertrager 4 als Halbbrückenstromwandler mit aktiven Schaltern 35, 36. Hierbei sorgen ein primärseitiger Taktgeber 43 und ein sekundärseitiger Taktgeber 44 dafür, dass der primärseitige Schalter 35 und der sekundärseitige Schalter 36 zwischen den Adern des Eingangsleitungspaars 6a, 6b bzw. des Verbindungsleitungspaars 7a, 7b synchron hin- und hergeschaltet werden. Die Frequenz der Umschaltung (etwa 100 - 200 kHz) ist an die Induktivität der Wicklungen 31, 32 und die Kapazität der Kondensatoren 33a, 33b, 34a, 34b angepasst. Auf der Primärseite 45 ändert das Normstromsignal INi, welches ein analoges Gleichstromsignal ist, abhängig von dem durch den primärseitigen Taktgeber 43 vorgegebenen Takt, die Stromrichtung. Zur Bildung eines geeigneten Wechselstromsignals, das über den
Trenntransformator oder Trennwandler 3 übertragen werden kann, sind auf der Primärseite 45 zwei Kondensatoren 33a und 33b vorgesehen, die abwechselnd beaufschlagt werden. Entsprechendes geschieht auf der Sekundärseite 46 mittels zweier Kondensatoren 34a und 34b und der synchronen Umschaltung der Adern des Verbindungsleitungspaares 7a, 7b, zu den Zuleitungen 7al, 7bl der Wicklung 32. Somit wird, symmetrisch zu dem Normstromsignal INi, auf der Primärseite ein Normstromsignal IN2 auf der Sekundärseite erzeugt, deren Stromrichtungen umgekehrt sind.
Bei dieser Ausführungsform der Fig. 6 wird das Wechselspannungssignal Uw des Meldesignalgebers 9 am Fußpunkt der Sekundärseite 46 des Gleichstromübertragers 4 eingespeist.
Fig. 7 zeigt den Gleichstromübertrager 4 als Halbbrückenstromwandler mit aktiven Schaltern in der gleichen Ausführungsform wie in Fig. 6. Der Unterschied zwischen Fig. 7 und Fig. 6 besteht darin, dass in Fig. 7 die Einspeisung des Wechselspannungssignals üw des Meldesignalgebers 9 am P-Eingang des Operationsverstärkers 51 erfolgt, wie dies mit Fig. 3 beschrieben ist.
Fig. 8 zeigt den Gleichstromübertrager 4 als
Vollbrückenstromwandler mit aktiven Schaltern 37a, 37b, 38a, 38b. Hierbei schaltet ein primärseitiger Taktgeber 43 beiden primärseitigen Schalter 37a und 37b zwischen zwei Positionen zur Verbindung der Leitungsadern 6a, 6b mit wechselnden Anschlüssen der Wicklung 31 und der
Leitungsadern 7a, 7b mit wechselnden Anschlüssen der Wiclung 32. Der zyklische Positionswechsel der beiden primärseitigen Schalter 37a und 37b wandelt das eingehende Gleichstromsignal INi in ein Impulssignal oder Wechselstromsignal um. Synchron zum primärseitigen
Taktgeber 43 schaltet ein sekundärseitiger Taktgeber 44 die beiden sekundärseitigenSchalter 38a und 38b ebenfalls zwischen zwei Positionen. Der zyklische Positionswechsel der beiden sekundärseitigen Schalter 38a und 38b wandelt das auf der Sekundärseite 46 eingehende Impulssignal oder Wechselstromsignal in ein Gleichstromsignal IN2 um.
Fig. 9 zeigt den Gleichstromübertrager 4 in der Bauform mit Mittelanzapfung. Hierbei schaltet ein primärseitiger Taktgeber 43 zwei primärseitige Schalter 43a und 43b abwechselnd an die Anschlussleitungen 6bi und 6b2 • Der zyklische Positionswechsel der beiden primärseitigen Schalter 43a und 43b wandelt das eingehende Gleichstromsignal INi in ein Impulssignal oder
Wechselstromsignal um. Synchron zum primärseitigen Taktgeber 43 schaltet ein sekundärseitiger Taktgeber 44 zwei sekundärseitige Schalter 44a und 44b abwechselnd an die Anschlussleitungen 7bi und 7b2. Der zyklische Positionswechsel der beiden sekundärseitigen Schalter 44a und 44b wandelt das auf der Sekundärseite 46 eingehende Impuls- oder Wechselstromsignal in ein Gleichstromsignal
Fig. 10 zeigt den Stromwandler 4 als
Halbbrückenstromwandler mit Dioden 47, 48. Primärseitig wird das Gleichstromsignal INi in der bereits in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellten Weise in ein Impulssignal oder Wechselstromsignal umgewandelt. Sekundärseitig wird das eintreffende Impulssignal oder Wechselstromsignal mittels der Dioden 47 und 48 und zweier Kondensatoren 34a und 34b in ein Gleichstromsignal IN2 umgewandelt.
Ein möglicher Anwendungsfall für die vorstehend beschriebenen Anordnungen besteht darin, dass das erste Sende- und Empfangssystem 1 beispielsweise ein Speicherprogrammiertes System SPS ist, das das Normstromsignal INi erzeugt. Dieses Normstromsignal INi führt auf der Sekundärseite 46 dazu, dass ein Aktor (= Bürde 15 als Teil eines Feldgerätes) seinen Zustand ändert. Dieser Aktor kann z.B. ein Ventil sein, das in Abhängigkeit von dem Normstromsignal INi seinen Zustand ändert. Über das Rücksignal kann das Ventil den Ist-Zustand der Ventilstellung auf die Primärseite 45 zurückmelden. Sekundärseitig könnte aber auch eine komplexe Elektronik wie beispielsweise ein Busteilnehmer das zweite Sende- und Empfangssystem 2 darstellen.
Ein weiterer möglicher Anwendungsfall für die erfindungsgemäße Anordnung besteht darin, dass auf der
Primärseite 45 das erste Sende- und Empfangssystem 1 einen Temperatursensor beinhaltet, der das Normstromsignal INi erzeugt. Das zweite Sende- und Empfangssystem 2 ist dann beispielsweise eine Auswerteschaltung. Auf diese Weise kann eine vom Sensor gemessene Temperatur angezeigt und/oder für Steueurungsaufgaben verwendet werden. Über das Rücksignal kann der Sensor parametriert werden.
Allgemein kann das erste Sende- und Empfangssystem 1 und/oder das zweite Sende- und Empfangssystem 2 als
Feldgerät ausgebildet sein, wonach der Leitungsabschnitt 6a, 6b und/oder 8a, 8b die über Feld laufende Übertragungsstrecke darstellt, die die Signale in beide Richtungen übermitteln kann. Der Gleichstromübertrager 4 und die Operationsverstärkeranordnung 5 können in diesem Zusammenhang als „Zentrale" betrachtet werden. Diese Zentrale weist nur wenig Baugruppen auf und kann auf kleinem Raum untergebracht werden, wie es erwünscht ist.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur potentialgetrennten Übertragung von Gleich- und Wechselstromsignalen zwischen einem ersten Sende- und Empfangssystem (1) und einem zweiten Sende- und Empfangssystem (2), umfassend:
Abschnitte von Sende- und Empfangsleitungspaaren (6a, 6b; 7a, 7b; 8a, 8b) , welche die beiden Sende- und Empfangssysteme (1, 2) über einen einzigen Zweileitungskanal verbinden, ein Gleichstromübertrager (4) unter Einschluss eines Trennwandlers (3) mit einem Primärkreis (45) und einem Sekundärkreis (46), der für die Signalübertragung mit Gleichstromsignalen (INIΛ IN2) im Kurzschluss betrieben wird, wobei der Gleichstromübertrager (4) Gleichstromsignale (INi) in Wechselstromsignale, und diese zurück in Gleichstromsignale (IN2) bei galvanischer Trennung der Leitungsabschnitte wandelt; ein elektronischer I/I- oder I/U-Wandler (5) , an dessen Eingangsseite die über den Kanal übertragenen Signale anliegen und an dessen Ausgangsseite Nutzsignale als Strom- oder Spannungssignale an das zweite Sende- und Empfangssystem (2) abgegeben werden; und ein Meldesignalgeber (9), der sekundärseitig an den Gleichstromübertrager (4) für die Übertragung des Meldesignals (U2) angeschlossen wird, so dass primärseitig eine Spannungsänderung feststellbar ist, die von dem ersten Sende- und Empfangssystem (1) als übertragendes Meldesignal auswertbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Meldesignalgeber (9) eine gesteuerte Spannungsquelle in Reihe mit dem Sekundärkreis (46) des Gleichstromübertragers (4) darstellt, und dass das erste Sende- und Empfangssystem (1) ein Normstromsignal (Im) dem Primärkreis (45) des Gleichstromübertragers (4) zuführt und bei Eintreffen einer Spannungsänderung infolge eines Meldesignals die Einspeisespannung (Ui) um einen solchen Wert erhöht, wie es dem Wert (U2) der sekundärseitig eingespeisten Spannung des Meldesignalgebers (9) entspricht, um aus der gemessenen Einspeisespannung an dem Primärkreis (45) den Wert des Meldesignals zu ermitteln.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Meldesignalgeber (9) an einem ersten Eingang eines Operationsverstärkers (51) des elektronischen I/I- oder I/U-Wandlers (5) angeschlossen ist, an dessen anderem zweiten Eingang der Sekundärkreis (46) des Gleichstromübertragers (4) anliegt, und dass der Ausgang des Operationsverstärkers (51) auf dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers (51) rückgeführt ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sende- und Empfangssystem (2) eine Wechselspannungssignalguelle (11) aufweist, deren Wechselspannungssignal (Uw) auf das empfangene Gleichstromsignal (IN2) aufmoduliert wird, und zwar über einen Kondensator (Cκ) auf einen
Widerstand (R) im Eingang des I/I- oder I/U-Wandlers
(5) gekoppelt wird, wobei das Wechselspannungssignal den direkten Massebezug des elektronischen I/I- oder I/U-Wandlers (5) aufhebt und der elektronische I/I- oder I/U-Wandler (5) durch seine Regeleigenschaften das Wechselspannungssignal (Uw) auf den sekundärseitigen Strom (IN2) des Normstromsignals (Im) aufmoduliert und das erste Sende- und Empfangssystem (1) somit gezwungen wird, die gleiche Spannung als Einspeisespannung (Ui) zur Verfügung zu stellen.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Meldesignalgeber (9) durch eine niederohmige Spannungsquelle (92) gebildet wird, die einerseits an der Sekundärseite (46) des Gleichstromübertragers (4) angeschlossen ist und andererseits über einen Kondensator (Cκ) an ein Feldgerät mit einer Bürde (15) und einem Wechselspannungssignalgeber (11) angeschlossen ist, wobei das Meldesignal, als Wechselspannungssignal auf den sekundärseitigen Strom (IN2) des Normstromsignals (INI) aufmoduliert, zum ersten Sende- und Empfangssystem (1) übertragen wird.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitungen der Primärseite (45) des Trennwandlers (3) und die Anschlussleitungen der Sekundärseite (46) des Trennwandlers (3) zur Bildung eines
Halbbrückenstromwandlers synchron umschaltbar sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass zur Umschaltung im Primärkreis (45) aktive Schalter (35, 37a, 37b, 43a, 43b) und im Sekundärkreis (46) entweder aktive Schalter (36, 38a, 38b, 44a, 44b) oder Dioden (47, 48 ) vorgesehen sind.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleitungen der
Primärseite (45) des Trennwandlers (3) und die Anschlussleitungen der Sekundärseite (46) des Trennwanders (3) zur Bildung eines
Vollbrückenstromwandlers mit aktiven Schaltern (37a, 37b; 38a, 38b) synchron umschaltbar sind.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennwandler (3) in seiner Primärseite (45) und seiner Sekundärseite (46) mitten- angezapft ist, und dass die Anschlussleitungen (6bi, 6b2; 7bi, Ib2) des Trennwandlers (3) synchron umschaltbar sind.
10. Verfahren zur potentialgetrennten Übertragung von Gleich- und Wechselstromsignalen zwischen einem ersten Sende- und Empfangssystem (1) und einem zweiten Sende- und Empfangssystem (2) mit folgenden Schritten:
a) in dem ersten Sende- und Empfangssystem (1) werden Messsignale gewonnen, die zur Übertragung über einen
Zweileitungskanal, der galvanisch voneinander getrennte Abschnitte aufweist, als Gleich- und Wechselstromsignale aufbereitet werden; b) die Gleich- und Wechselstromsignale werden unter Benutzung eines Gleichstromübertragers (4) mit
Trennwandler (3) über den Zweileitungskanal einem elektronischen I/I- oder I/U-Wandler (5) zugeführt; c) der elektronische I/I- oder I/U-Wandler (5) gewinnt aus den Gleich- und Wechselstromsignalen ein dem Messsignal korrespondierendes Strom- oder
Spannungssignal zurück und stellt es dem zweiten Sende- und Empfangssystem (2) zur Verfügung; d) im Falle der Übertragung eines Meldesignals an das erste Sende- und Empfangssystem (1) vom zweiten Sende- und Empfangssystem (2) aus wird das Meldesignal dem Sekundärkreis (46) des Gleichstromübertragers (4) zugeführt und über den Primärkreis (45) dem ersten Sende- und Empfangssystem (1) zugeleitet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale Gleichstromsignale eines Messsignalgebers darstellen und zur Übertragung über den Trennwandler (3) zerhackt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstrommesssignale Normsignale (INI) mit jeweils vorgegebenen Stromstärken darstellen.
13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Meldesignale auf der Sekundärseite (46) eingespeiste Spannungssignale (U2) darstellen, die auf der Primärseite (45) durch Kompensation der Spannungsänderung an der Primärseite (45) nachweisbar sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sende- und Empfangssystem (1) ein Speicher-programmierbares System darstellt und dass das zweite Sende- und Empfangssystem (2) eine gesteuerte Einrichtung beinhaltet, die aufgrund des Messsignals reagiert und gegebenenfalls die Rücksendung eines Meldesignals veranlasst .
15. Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuerte Einrichtung einen Aktor darstellt, der in Abhängigkeit von dem Messsignal seinen Zustand oder seine Stellung ändert.
16. Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuerte Einrichtung ein Busteilnehmer darstellt .
17. Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuerte Einrichtung eine Auswerteschaltung darstellt .
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sende- und Empfangssystem (1) eine Sensoreinrichtung darstellt.
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