WO2008037517A2 - Field device and method for start up and/or operation thereof - Google Patents

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WO2008037517A2
WO2008037517A2 PCT/EP2007/057291 EP2007057291W WO2008037517A2 WO 2008037517 A2 WO2008037517 A2 WO 2008037517A2 EP 2007057291 W EP2007057291 W EP 2007057291W WO 2008037517 A2 WO2008037517 A2 WO 2008037517A2
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input circuit
data bus
field device
bus line
circuit
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Manfred Hammer
Bernd Strütt
Ralf Armbruster
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Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L12/00—Data switching networks
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25428—Field device

Definitions

  • the invention relates to a field device and method for its commissioning and its operation.
  • field devices are often used which measure process variables in the process sequence (sensors) or control variables (actuators).
  • sensors As an example of such sensors is the variety of different measuring devices commonly used in measurement and control technology, such as. Pressure, temperature, flow and / or level measuring devices to call.
  • Process variable corresponds.
  • This measurement signal is sent to a higher-level unit, e.g. a central control unit, such as e.g. a control room or a process control system, forwarded.
  • a higher-level unit e.g. a central control unit, such as e.g. a control room or a process control system.
  • the entire process control is performed by the higher-level unit, where the measurement signals of various field devices are evaluated and generated due to the evaluation control signals for actuators that control the process flow.
  • An example of an actuator is a controllable valve that regulates the flow of a liquid or gas through a pipe section.
  • the signal transmission between field device and higher-level unit is usually in digital form via a data bus.
  • Known international standards for this signal transmission are PROHBUS, FOUNDATION HELDBUS or CAN bus.
  • the control of the bus connection takes place in newer field devices, for example by microprocessors, ASICs (application-specific intergrated circuits) or by freely programmable logic circuits, such as. FRJA's (field programmable gate arrays).
  • the corresponding control program is stored in a non-volatile memory in the field device and is executed in a microprocessor. Among other things, it controls the operating, measuring and control functions of the field device.
  • field devices are supplied with power via the data bus line.
  • the power consumption of the individual connected field devices is determined, and determines the power utilization of the data bus.
  • control signals are sent via the data bus, which regulate the current consumption of the respective field devices as a function of the current load of the data bus.
  • the data bus line supplies the power supply in each case for the entire field device, and the current consumption is recorded in the field device, e.g. controlled by adjustable resistors, field effect transistors or controllable current and voltage sources to the current consumption value.
  • a minimum requirement that is sufficient for the basic supply of the entire field device must be made available via the data bus.
  • the invention consists in a field device
  • [0022] comprising a bus terminal to be connected to the data bus, and [0022] - having a processor-controlled current control, and [0023] - having a residual circuit,
  • the invention consists in a method for starting up a field device according to the invention, in which
  • the input circuit is connected to the data bus line, [0028] the input circuit goes into operation directly through the connection to the data bus line [0029],
  • the input circuit determines a short random delay time, and [0031] the input circuit activates the residual circuit after this delay time has elapsed. Furthermore, the invention comprises a method for starting up a field device according to the invention, in which
  • the input circuit is connected to the data bus line, [0035] the input circuit goes into operation directly through the connection to the data bus line [0036], and
  • the invention comprises a method for starting up a field device according to the invention, in which
  • the input circuit is connected to the data bus line
  • the input circuit puts the residual circuit into operation, wherein
  • the invention relates to a method for starting up and / or operating a field device according to the invention, in which the processor-controlled current control limits the current consumption of the field device via the data bus to a predetermined upper limit.
  • the invention comprises a method for operating a field device according to the invention, in which the field device is put into a sleep mode at predetermined times, in which only the input circuit is in operation.
  • the input circuit terminates the sleep mode after a predetermined time in which it restarts the residual circuit.
  • the input circuit comprises a communication unit over which it
  • the higher-level unit specifies times over the data bus line, to which
  • the field device is to be put into sleep mode and times, too
  • the input circuit listens to these times and the field device to these
  • the field device at the times, to which only the input circuit in operation, is a very low power consumption, which is well below the minimum power requirements of conventional field devices, in which all times a minimum power requirement for the supply of the entire field device must be provided via the data bus.
  • FIG. 1 shows a data bus system with several field devices
  • FIG. 2 shows a block diagram of a field device according to the invention
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a data bus system. It comprises a higher-level unit 1, to which several field devices 3 are connected via a data bus line 5.
  • the superordinated unit 1 is, for example, a central control unit, such as e.g. a control room or a process control system. It is usually arranged in a control room, from which the entire process control takes place centrally.
  • the field devices 3 are usually mounted decentralized to their tasks corresponding locations.
  • the field devices 3 are sensors and actuators. To the
  • Sensors include, in particular, measuring instruments, such as Pressure, temperature, flow and / or level measuring instruments that deliver a measuring signal that corresponds to the measured value of a detected process variable. This measurement signal is transmitted via the data bus to the higher-level unit 1.
  • the actuators are those field devices that control a controlled variable, e.g. Valves.
  • the communication between the higher-level unit 1 and the field devices 3 takes place via the data bus 5 via internationally standardized transmission interfaces by means of special protocols, such as e.g. PROF1BUS, FOUNDATION HELDBUS or CAN bus.
  • special protocols such as e.g. PROF1BUS, FOUNDATION HELDBUS or CAN bus.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a field device 1 according to the invention, which can be connected via the data bus 5 to the higher-level unit 1, and is supplied with power via the data bus line 5.
  • the illustrated field device 3 is a sensor.
  • the field device 3 consists of an input circuit 7 and a residual circuit 9 connected thereto.
  • the input circuit 7 forms the connection of the field device 3 to the data bus.
  • the residual circuit 9, which is separate from the input circuit 7, forms the functional unit of the field device 1, which, depending on the field device type, serves, for example, to carry out the measurement or control tasks of the field device 3.
  • a sensor it comprises, for example, a sensor element for detecting a physical measured variable and associated measuring electronics, which picks up, processes and / or evaluates the measured variables detected by the sensor element and converts them into a corresponding measuring signal, which is then available to the residual circuit 9 via a corresponding interface 10.
  • the field device 3 is connected via the input circuit 7 to the data bus 5 and supplied with energy.
  • the input circuit 7 has a bus terminal 11, to which the data bus 5 is to be connected.
  • the input circuit 7 has a processor-controlled current control, which serves to control the current consumption of the field device 3.
  • This comprises an intelligent unit 13, for example a microprocessor, an ASIC (application-specific intergrated circuits) or a freely programmable logic circuit, such as e.g. a FIGA (field programmable gate array).
  • the corresponding control program is stored in non-volatile memory in the field device 3 and is executed by the intelligent unit 13.
  • the intelligent unit 13 controls the power consumption via a current control, which in the illustrated embodiment comprises a control unit 15 and a controllable current source 17 connected thereto.
  • the intelligent unit 13 is connected via a control line 18 to the control unit 15.
  • the controllable current source 17 is fed via the bus terminal 11 from the data bus 5.
  • connection lines 19a, 19b connecting the bus terminal 11 to the power source 17.
  • One of the connection lines 19a is connected to the intelligent unit 13 via a connection 21 and corresponding input filters 23.
  • the input circuit 7 goes directly through the connection to the data bus 5 in operation.
  • a concern of the bus voltage is detected at the connection lines 19a, 19b via the connection 21 and the intelligent unit 13 executes a start program, through which only the input circuit 7 goes into operation.
  • the energy to be provided for this via the bus is very small in comparison with the energy requirement of the entire field device 3, since hereby only the input circuit 7 has to be supplied. Accordingly, the current consumption can be controlled by the processor-controlled current control to a very low starting value.
  • the residual circuit 9 is supplied by the input circuit 7 with energy.
  • the intelligent unit 13 of the input circuit 7 and the residual circuit 9 communicates a communication connection via which the input circuit 7 to the residual circuit 9. In the illustrated embodiment, this communication takes place via the interface 10.
  • the start-up of the residual circuit 9 is carried out by the power supply of the residual circuit 9 is provided by the input circuit 7 ready. This is done in the illustrated embodiment via a corresponding control of the switch 27, through which the previously opened switch 27 is closed.
  • corresponding control signals can be transmitted to the residual circuit 9 via the interface 10, which, for example, set in motion a sequence control contained in the residual circuit 9.
  • the operating modes include, for example, a sleep mode in which the residual circuit 9 is inactive, a normal mode in which the residual circuit 9, for example, carries out periodic measurements and has an average energy demand, or a peak operation, carried out in the example, measurements with a very high measurement rate and the residual circuit 9 has a very high energy requirement.
  • the input circuit 7 has a communication unit 29 connected to the intelligent unit 13, e.g. a modem, via which the communication of the input circuit 7 with the superordinated unit 1 takes place.
  • the communication unit 29 is connected in the embodiment shown in FIG. 2 via a transmission controller 31 to the control unit 15 of the current control and connected via the connection 21 and the input filter 23 to the connection line 19 a.
  • the input circuit 7 is thus able to listen to the bus and to send information via the bus.
  • the entire communication of the field device 3 with the higher-level unit 1 via this one communication unit 29.
  • the transferring information includes both the information concerning the input circuit, as well as the entire communication of the residual circuit 9 with the parent unit 1.
  • the latter takes place via the communication unit 29 and the interface 10.
  • the information to be sent then in particular includes the measurement results of the rest of the circuit 9, which are transmitted in the measurement mode via the interface 10 to the input circuit 7.
  • Residual circuit 9 is given a high degree of flexibility with regard to the energy requirement of the field device 1, the advantages of which are based on the methods described below for commissioning and operation of the field device according to the invention will be explained in more detail.
  • a major advantage of the field device 3 according to the invention is that by connecting the field device 3 to the data bus line 5, initially only the input circuit 7 goes into operation.
  • the energy requirement of the input circuit 7 is very low compared to the energy requirement of the entire field device 1. Accordingly, the power source from which the data bus 5 is fed is not overloaded even when a large number of field devices 1 are connected to the data bus 5 at the same time. A response of corresponding fuses in the segment couplers or power supply devices described above is thereby avoided.
  • a further advantage is that the times at which the associated residual circuits 9 of the connected field devices 3 are switched on via the corresponding input circuits 7 are very freely and flexibly selectable. Thus, both automated methods for commissioning and via the higher-level unit 1 or the input circuits 7 controlled method for commissioning can be realized.
  • An example of an automated method for commissioning is that the respective input circuit 7 is connected to the data bus 5, and the respective input circuits 7 automatically start their operation by the operating voltage applied thereto. Subsequently, each connected to the data bus 5 input circuit 7 determines a short random delay time and takes the associated residual circuit 9 after this delay time in operation. This ensures that the individual residual circuits 9 automatically, ie without a corresponding communication via the bus is required, and at different times in operation. As a result, the power supply for the data bus 5 is relieved during commissioning. In addition, it is ensured that no overload occurs even if the individual residual circuits 9 have an excessive power consumption during the switch-on, since these increased consumption values burden the power supply at different times.
  • the input circuit 7 has a processor-controlled current control.
  • the respective input circuits 7 are connected to the data bus line 5, and initially the input circuits 7 go into operation via the operating voltage supplied via the data bus line 5. Subsequently, the respective residual circuits 9 are taken in operation by the associated input circuits 7 wherein the processor-controlled current controls of the individual input circuits 7 limit this a start over the data bus 5 to the respective field device 3 start-up ström to a predetermined upper limit.
  • the power consumption of the respective field device 3 is preferably limited by the processor-controlled current consumption to a predetermined upper limit.
  • Input circuit 7 is connected to the data bus at startup of the field device 3 and put into operation by applying the operating voltage, and then take the residual circuit 9 in operation, the processor-controlled current control for this purpose via the data bus 5 supplied starting current slowly from zero to a predetermined setpoint boots up.
  • Residual circuit 9 the power requirements of each connected to the data bus 5 field devices 3 can make very flexible and energy-saving even after startup. In particular, it is possible to reduce the energy consumption of each field device 3 at given times or, if necessary, to the very low energy requirement of the respective input circuit 7.
  • Field device 3 is temporarily put into a sleep mode in which only the input circuit 7 is in operation.
  • corresponding time window are defined, which are stored in the context of commissioning in corresponding memories in the respective field devices 3.
  • the start times at which the respective field devices 3 are put into sleep mode by the input circuit 7 are predetermined within the framework of the commissioning by the superordinate unit 1, and the respective input circuits 7 each time the sleep modes terminate fixed time implemented in the device in which they take the associated residual circuit 9 back into operation. This makes it possible to reduce the power requirement of the field devices 3, which corresponds to the sum of the power consumptions of the individual connected field devices 3.
  • more field devices 3 can be connected to a single data bus 5, as is the case with conventional field devices.
  • conventional field devices a minimum power requirement of each individual field device must be covered at all times, which must be sufficient for the energy supply of the entire field device.
  • the energy savings achieved by the targeted displacement of individual field devices in the sleep mode can also be used to cover the peak demand of another field device 3 connected to the same data bus line 5.
  • the input circuit 7 of the field device 3 has the above-described communication unit 29, via which the input circuit 7 listens to the data bus line 5.
  • the procedure is such that the higher-level unit 1 predetermines times via the data bus line 5 at which the field device 3 is to be put into sleep mode and specifies times at which the sleep mode is to be ended.
  • the input circuit 7 listens to these times via the data bus 5 and puts the field device into sleep mode at these times or terminates the sleep mode accordingly.
  • the provision of the communication unit 29 means in comparison to conventional field devices no additional overhead, since even in conventional field devices communication between field device and higher-level unit is provided to transmit, for example, recorded by the field device measurement results from the parent unit or control signals to receive over the data bus.
  • the special feature of the field device according to the invention is to arrange the communication unit 29 in the input circuit 7. As a result, the input circuit 7 can communicate with the higher-order unit 1 even when the residual circuit 9 is not in operation.
  • the residual circuit 9 is preferably placed in the illustrated embodiment by the opening of the switch 27 in the sleep mode.
  • This sleep mode corresponds to a shutdown of the residual circuit 9. This ensures that the residual circuit 9 consumes no energy in sleep mode.
  • the residual circuit 9 could be put into a sleep mode by appropriate hardware and software, which corresponds to a classic stand-by mode. In that case, the residual circuit 9 needs a power supply, albeit very small, during the stand-by mode, and methods must be implemented in the input circuit 7 by which the residual circuit 9 is put into this state or by which this state is terminated becomes.

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Abstract

The invention relates to a field device and method for start up and/or operation thereof, permitting an optimising of power draw, wherein the field device (3) may be connected to a superior unit (1) by means of a data bus line (5), may be powered by means of the data bus line (5), has an input circuit (7) and a separate remaining circuit (9), the input circuit (7) operating directly via the connection to the data bus line (5), has a bus terminal (11), for connecting to the data bus line (5) and a processor controlled power supply. The remaining circuit (9) is supplied with power by means of the input circuit (7), and started up by the input circuit (7).

Description

Beschreibung description
Feldgerät und Verfahren zu dessen Inbetriebnahme und/oderField device and method for its commissioning and / or
Betriebbusiness
[0001] Die Erfindung betrifft ein Feldgerät und Verfahren zu dessen Inbetriebnahme und dessen Betrieb.The invention relates to a field device and method for its commissioning and its operation.
[0002] In der Automatisierungs- und Prozesssteuerungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die im Prozessablauf Prozessvariablen messen (Sensoren) oder Regelgrößen steuern (Aktoren).In the field of automation and process control technology, field devices are often used which measure process variables in the process sequence (sensors) or control variables (actuators).
[0003] Als Beispiel für derartige Sensoren ist die in der Mess- und Regeltechnik üblicherweise eingesetzte Vielzahl verschiedener Messgeräte, wie z.B. Druck-, Temperatur-, Durchfluss- und/oder Füllstandsmessgeräte, zu nennen.As an example of such sensors is the variety of different measuring devices commonly used in measurement and control technology, such as. Pressure, temperature, flow and / or level measuring devices to call.
[0004] Diese Feldgeräte liefern ein Messsignal, das dem Messwert der erfasstenThese field devices deliver a measurement signal that matches the measured value of the detected
Prozes s variablen entspricht. Dieses Messsignal wird an eine übergeordnete Einheit, z.B. eine zentrale Steuereinheit, wie z.B. eine Warte oder ein Prozessleitsystem, weitergeleitet. In der Regel erfolgt die gesamte Prozesssteuerung durch die übergeordnete Einheit, wo die Messsignale verschiedener Feldgeräte ausgewertet werden und aufgrund der Auswertung Steuersignale für Aktoren erzeugt werden, die den Prozessablauf steuern.Process variable corresponds. This measurement signal is sent to a higher-level unit, e.g. a central control unit, such as e.g. a control room or a process control system, forwarded. In general, the entire process control is performed by the higher-level unit, where the measurement signals of various field devices are evaluated and generated due to the evaluation control signals for actuators that control the process flow.
[0005] Ein Beispiel für einen Aktor ist ein steuerbares Ventil, das den Durchfluss einer Flüssigkeit oder eines Gases durch einen Rohrleitungsabschnitt regelt.An example of an actuator is a controllable valve that regulates the flow of a liquid or gas through a pipe section.
[0006] Die Signalübertragung zwischen Feldgerät und übergeordneter Einheit erfolgt in der Regel in digitaler Form über eine Datenbusleitung. Bekannte internationale Standards für diese Signalübertragung sind PROHBUS, FOUNDATION HELDBUS oder CAN Bus.The signal transmission between field device and higher-level unit is usually in digital form via a data bus. Known international standards for this signal transmission are PROHBUS, FOUNDATION HELDBUS or CAN bus.
[0007] Die Steuerung der Busanbindung erfolgt bei neueren Feldgeräten beispielsweise durch Mikroprozessoren, ASICs (application-specific intergrated circuits) oder durch frei programmierbare Logikschaltkreise, wie z.B. FRJA' s (field programmable gate arrays). Das entsprechende Steuerprogramm ist in einem nichtflüchtigen Speicher im Feldgerät abgelegt und wird in einem Mikroprozessor ausgeführt. Es steuert unter anderem die Bedienungs-, die Mess- bzw. die Steuerfunktionen des Feldgeräts.The control of the bus connection takes place in newer field devices, for example by microprocessors, ASICs (application-specific intergrated circuits) or by freely programmable logic circuits, such as. FRJA's (field programmable gate arrays). The corresponding control program is stored in a non-volatile memory in the field device and is executed in a microprocessor. Among other things, it controls the operating, measuring and control functions of the field device.
[0008] Häufig werden Feldgeräte über die Datenbusleitung mit Strom versorgt. DieFrequently, field devices are supplied with power via the data bus line. The
Stromaufnahme eines Feldgerätes hängt von verschiedenen Faktoren ab. Sie ist in der Regel über die Zeit nicht konstant. Während der Messwertgewinnung ist ein erhöhter Strombedarf notwendig. In der Zwischenzeit ist eine geringere Stromaufnahme ausreichend. Bei herkömmlichen Feldgeräten wird der Stromverbrauch hardwaremäßig auf einen vorgegebenen Verbrauchswert eingestellt, der den Energiebedarf des Feldgeräts abdeckt. Dieser Verbrauchswert entspricht in der Regel der Spitzenlast, um zu allen Zeiten eine ausreichende Stromversorgung der Feldgeräte zu gewährleisten. Während der Zeiträume, wo der Bedarf unterhalb des Spitzenbedarfs liegt, wird dabei unnötig viel Strom verbraucht. Bei Feldgeräten, die einen Energiespeicher aufweisen, kann ein niedrigerer Verbrauchswert eingestellt werden, der zwischen der zu erwartenden Grundlast und der Spitzenlast liegt. Ist der Energiespeicher vollständig gefüllt, so wird auch hier mehr Strom verbraucht als nötig.Current consumption of a field device depends on various factors. It is usually not constant over time. During the acquisition of the measured value, an increased power requirement is necessary. In the meantime, there is a lower power consumption sufficient. In conventional field devices, the power consumption is set to a predetermined consumption value in terms of hardware, which covers the energy requirement of the field device. This consumption value usually corresponds to the peak load in order to ensure sufficient power supply to the field devices at all times. During the periods when the demand is below peak demand, unnecessarily much power is consumed. In the case of field devices which have an energy store, a lower consumption value can be set which lies between the expected base load and the peak load. If the energy storage is completely filled, then more power is consumed here than necessary.
[0009] Über eine Datenbusleitung kann nur eine bestimmte Strommenge zur Verfügung gestellt werden. Hierdurch ist die Anzahl der an eine Datenbusleitung anschließbaren Feldgeräte begrenzt. Es ist daher wünschenswert, den Stromverbrauch der einzelnen an die Datenbusleitung angeschlossenen Feldgeräte zu optimieren.About a data bus only a certain amount of electricity can be made available. This limits the number of field devices that can be connected to a data bus line. It is therefore desirable to optimize the power consumption of the individual field devices connected to the data bus line.
[0010] In der DE 1001 55 189 ist hierzu ein Verfahren beschrieben, das eine einfache an den Bedarf angepasste Einstellung der Verbrauchswerte der einzelnen Feldgeräte ermöglicht, indem die Stromversorgung der jeweiligen an eine Datenbusleitung angeschlossenen Feldgeräte entsprechend der Stromauslastung der Datenbusleitung feldgerät-übergreifend gesteuert wird.In DE 1001 55 189 a method is described for this purpose, which allows a simple adapted to the needs adjustment of the consumption values of the individual field devices by the power supply of the respective connected to a data bus field devices corresponding to the power utilization of the data bus line is controlled across field devices ,
[0011] Hierzu wird der Strombedarf der einzelnen angeschlossenen Feldgeräte bestimmt, und die Stromauslastung der Datenbusleitung ermittelt. Anschließend werden Steuersignale über die Datenbusleitung versendet, die die Stromaufnahme der jeweiligen Feldgeräte in Abhängigkeit von der Stromauslastung der Datenbusleitung regeln. Dabei liefert die Datenbusleitung die Stromversorgung jeweils für das gesamte Feldgerät und die Stromaufnahme wird im Feldgerät z.B. durch einstellbare Widerstände, Feldeffekttransistoren oder durch regelbare Strom- und Spannungsquellen auf den aktuellen Verbrauchswert geregelt. Dabei muss jedoch zu allen Zeiten, ein Mindestbedarf, der zur Grundversorgung des gesamten Feldgerätes ausreicht über die Datenbusleitung zur Verfügung gestellt werden.For this purpose, the power consumption of the individual connected field devices is determined, and determines the power utilization of the data bus. Subsequently, control signals are sent via the data bus, which regulate the current consumption of the respective field devices as a function of the current load of the data bus. In this case, the data bus line supplies the power supply in each case for the entire field device, and the current consumption is recorded in the field device, e.g. controlled by adjustable resistors, field effect transistors or controllable current and voltage sources to the current consumption value. However, at all times, a minimum requirement that is sufficient for the basic supply of the entire field device must be made available via the data bus.
[0012] Bei der Inbetriebnahme von Anlagen, in denen mehrere Feldgeräte an eineWhen commissioning systems in which multiple field devices to a
Datenbusleitung angeschlossen werden und über diese mit Strom versorgt werden, sind die Feldgeräte in der Regel in einem Undefinierten Betriebszustand. Wenn alle angeschlossenen Feldgeräte gleichzeitig den Betriebsstrom aufnehmen kann dies im Einschaltmoment gerade bei in der Leistung begrenzten Speisegeräten zu einem Einbruch der Busspannung führen. Hinzu kommt, dass Einschaltströme häufig die im Normalbetrieb erforderlichen Verbrauchs ströme überschreiten. Eine Ursache hierfür sind beispielsweise im Feldgerät vorhandene Kondensatoren, die bei derData bus are connected and powered by these, the field devices are usually in an undefined operating condition. If all connected field devices simultaneously record the operating current, this can lead to a break in the bus voltage at the moment of switch-on, especially in the case of power supply units limited in power. In addition, inrush currents often exceed the consumption currents required in normal operation. A cause for this are, for example, in the field device existing capacitors, in the field
Inbetriebnahme geladen werden. Dieser anfängliche überhöhte Strombedarf kann beispielsweise dazu führen, dass Sicherungen in Segmentkopplern oder Speisegeräten ausgelöst werden. [0013] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Feldgerät sowie Verfahren zu dessenCommissioning be loaded. For example, this initial excessive power demand may cause fuses to blow in segment couplers or power supplies. It is an object of the invention to provide a field device and method for its
Inbetriebnahme und/oder dessen Betrieb anzugeben, das bzw. die eine Optimierung der Stromaufnahme erlauben.Specify commissioning and / or its operation, which allow an optimization of power consumption.
[0014] Hierzu besteht die Erfindung in einem FeldgerätFor this purpose, the invention consists in a field device
[0015] - das über eine Datenbusleitung an eine übergeordnete Einheit anschließbar [0016] ist,[0016] which can be connected to a higher-level unit via a data bus line [0016]
[0017] - das über die Datenbusleitung mit Strom versorgt wird, [0018] - das eine Eingangsschaltung aufweist, ,- Which is supplied via the Datenbusleitung with power, [0018] - having an input circuit,,
[0019] — die unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung in Betrieb [0020] geht,- which goes directly through the connection to the data bus in operation [0020],
[0021] — die ein an die Datenbusleitung anzuschließendes Busterminal aufweist, und [0022] — die eine prozessor-gesteuerte Stromsteuerung aufweist, und [0023] - das eine Restschaltung aufweist,[0022] comprising a bus terminal to be connected to the data bus, and [0022] - having a processor-controlled current control, and [0023] - having a residual circuit,
[0024] — die über die Eingangsschaltung mit Energie versorgt wird, und [0025] — die von der Eingangsschaltung in Betrieb genommen wird. [0026] Weiter besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Inbetriebnahme eines erfindungsgemäßen Feldgeräts, bei dem- Which is supplied via the input circuit with energy, and [0025] - which is put into operation by the input circuit. Furthermore, the invention consists in a method for starting up a field device according to the invention, in which
[0027] - die Eingangsschaltung an die Datenbusleitung angeschlossen wird, [0028] - die Eingangschaltung unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung [0029] in Betrieb geht,[0027] the input circuit is connected to the data bus line, [0028] the input circuit goes into operation directly through the connection to the data bus line [0029],
[0030] - die Eingangsschaltung eine kurze zufällige Verzögerungszeit bestimmt, und [0031] - die Eingangsschaltung die Restschaltung nach Ablauf dieser [0032] Verzögerungszeit in Betrieb nimmt. [0033] Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines erfindungsgemäßen Feldgeräts, bei dem[0030] the input circuit determines a short random delay time, and [0031] the input circuit activates the residual circuit after this delay time has elapsed. Furthermore, the invention comprises a method for starting up a field device according to the invention, in which
[0034] - die Eingangsschaltung an die Datenbusleitung angeschlossen wird, [0035] - die Eingangschaltung unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung [0036] in Betrieb geht, und[0035] the input circuit is connected to the data bus line, [0035] the input circuit goes into operation directly through the connection to the data bus line [0036], and
[0037] - die Eingangsschaltung die Restschaltung in Betrieb nimmt, wobei [0038] — die prozessor-gesteuerte Stromsteuerung einen hierzu über die [0039] Datenbusleitung zugeführten Anlaufstrom auf eine vorgegebene Obergrenze [0040] begrenzt.[0037] - the input circuit puts the residual circuit into operation, wherein [0038] the processor-controlled current control has a starting current supplied thereto via the [0039] data bus line to a predetermined upper limit Limited.
[0041] Alternativ oder zusätzlich umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines erfindungsgemäßen Feldgeräts, bei demAlternatively or additionally, the invention comprises a method for starting up a field device according to the invention, in which
[0042] - die Eingangsschaltung an die Datenbusleitung angeschlossen wird,[0042] the input circuit is connected to the data bus line,
[0043] - die Eingangschaltung unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung[0043] the input circuit directly through the connection to the data bus line
[0044] in Betrieb geht, und[0044] goes into operation, and
[0045] - die Eingangsschaltung die Restschaltung in Betrieb nimmt, wobei[0045] the input circuit puts the residual circuit into operation, wherein
[0046] — die prozessor-gesteuerte Stromsteuerung einen hierzu über die[0046] The processor-controlled current control for this purpose via the
[0047] Datenbusleitung zugeführten Anlaufstrom langsam von Null auf einenData bus line supplied starting current slowly from zero to one
[0048] Sollwert hochfährt.[0048] Setpoint starts up.
[0049] Des Weiteren besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Inbetriebnahme und/oder zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Feldgeräts, bei dem die prozessor-gesteuerte Stromsteuerung die Stromaufnahme des Feldgeräts über die Datenbusleitung auf eine vorgegebene Obergrenze begrenzt.Furthermore, the invention relates to a method for starting up and / or operating a field device according to the invention, in which the processor-controlled current control limits the current consumption of the field device via the data bus to a predetermined upper limit.
[0050] Zusätzlich umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Feldgeräts, bei dem das Feldgerät zu vorgegebenen Zeiten in einen Sleep-Modus versetzt wird, in dem ausschließlich die Eingangsschaltung in Betrieb ist. Gemäß einer Variante beendet die Eingangsschaltung den Sleep-Modus nach einer vorgegebenen Zeit, in dem sie die Restschaltung wieder in Betrieb nimmt.In addition, the invention comprises a method for operating a field device according to the invention, in which the field device is put into a sleep mode at predetermined times, in which only the input circuit is in operation. According to a variant, the input circuit terminates the sleep mode after a predetermined time in which it restarts the residual circuit.
[0051] Alternativ besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Feldgeräts, bei demAlternatively, the invention in a method for operating a field device according to the invention, in which
[0052] - die Eingangsschaltung eine Kommunikationseinheit umfasst, über die sie[0052] the input circuit comprises a communication unit over which it
[0053] die Datenbusleitung abhört, und[0053] Listening to the data bus, and
[0054] - die übergeordnete Einheit über die Datenbusleitung Zeiten vorgibt, zu denen[0054] the higher-level unit specifies times over the data bus line, to which
[0055] das Feldgerät in den Sleep-Modus versetzt werden soll und Zeiten vorgibt, zuThe field device is to be put into sleep mode and times, too
[0056] denen der Sleep-Modus beendet werden soll,Which the sleep mode should be ended,
[0057] - die Eingangschaltung diese Zeiten abhört und das Feldgerät zu diesen[0057] the input circuit listens to these times and the field device to these
[0058] Zeiten in den Sleep-Modus versetzt bzw. den Sleep-Modus beendet.Times put into sleep mode or sleep mode ends.
[0059] Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Feldgerät eineAn essential advantage of the invention is that the field device a
Eingangsschaltung und eine davon getrennte Restschaltung aufweist. Hierdurch ist es möglich ausschließlich die Eingangsschaltung in Betrieb zu nehmen und die Zeiten zu denen zusätzlich die Restschaltung betrieben wird sehr frei und flexibel zu wählen. Damit weist das Feldgerät zu den Zeiten, zu denen ausschließlich die Eingangsschaltung in Betrieb, ist einen sehr niedrigen Strombedarf auf, der deutlich unterhalb des Mindeststrombedarfes herkömmlicher Feldgeräte liegt, bei denen zu allen Zeiten ein Mindeststrombedarf für die Versorgung des gesamten Feldgerätes über die Datenbusleitung bereit gestellt werden muss.Having input circuit and a separate circuit residual. This makes it possible to take only the input circuit in operation and to choose the times in addition to the residual circuit is very free and flexible. Thus, the field device at the times, to which only the input circuit in operation, is a very low power consumption, which is well below the minimum power requirements of conventional field devices, in which all times a minimum power requirement for the supply of the entire field device must be provided via the data bus.
[0060] Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.The invention and further advantages will now be explained in more detail with reference to the figures of the drawing, in which an embodiment is shown. Identical elements are provided in the figures with the same reference numerals.
[0061] Fig. 1 zeigt ein Datenbussystem mit mehreren Feldgeräten; undFIG. 1 shows a data bus system with several field devices; FIG. and
[0062] Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Feldgeräts;FIG. 2 shows a block diagram of a field device according to the invention; FIG.
[0063] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Datenbussystems. Es umfasst eine übergeordnete Einheit 1, an die mehrere Feldgeräte 3 über eine Datenbusleitung 5 angeschlossen sind. Die übergeordnete Einheit 1 ist beispielsweise eine zentrale Steuereinheit, wie z.B. eine Warte oder ein Prozessleitsystem. Sie ist in der Regel in einem Kontrollraum angeordnet, von dem aus die gesamte Prozesssteuerung zentral erfolgt. Die Feldgeräte 3 sind in der Regel dezentral an ihren Aufgaben entsprechenden Einsatzorten montiert.Fig. 1 shows a schematic representation of a data bus system. It comprises a higher-level unit 1, to which several field devices 3 are connected via a data bus line 5. The superordinated unit 1 is, for example, a central control unit, such as e.g. a control room or a process control system. It is usually arranged in a control room, from which the entire process control takes place centrally. The field devices 3 are usually mounted decentralized to their tasks corresponding locations.
[0064] Bei den Feldgeräten 3 handelt es sich um Sensoren und um Aktoren. Zu denThe field devices 3 are sensors and actuators. To the
Sensoren zählen insb. Messgeräte, wie z.B. Druck-, Temperatur-, Durchfluss- und/oder Füllstandsmessgeräte, die ein Messsignal liefern, das dem Messwert einer erfassten Prozes s variablen entspricht. Dieses Messsignal wird über die Datenbusleitung an die übergeordnete Einheit 1 übertragen. Die Aktoren sind solche Feldgeräte, die eine Regelgröße steuern, z.B. Ventile.Sensors include, in particular, measuring instruments, such as Pressure, temperature, flow and / or level measuring instruments that deliver a measuring signal that corresponds to the measured value of a detected process variable. This measurement signal is transmitted via the data bus to the higher-level unit 1. The actuators are those field devices that control a controlled variable, e.g. Valves.
[0065] Die Kommunikation zwischen der übergeordneten Einheit 1 und den Feldgeräten 3 erfolgt über die Datenbusleitung 5 über international standardisierte Übertragungsschnittstellen mittels spezieller Protokolle, wie z.B. PROF1BUS, FOUNDATION HELDBUS oder CAN Bus.The communication between the higher-level unit 1 and the field devices 3 takes place via the data bus 5 via internationally standardized transmission interfaces by means of special protocols, such as e.g. PROF1BUS, FOUNDATION HELDBUS or CAN bus.
[0066] Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Feldgeräts 1, das über die Datenbusleitung 5 an die übergeordnete Einheit 1 anschließbar ist, und über die Datenbusleitung 5 mit Strom versorgt wird. Bei dem dargestellten Feldgerät 3 handelt es sich um einen Sensor.2 shows a block diagram of a field device 1 according to the invention, which can be connected via the data bus 5 to the higher-level unit 1, and is supplied with power via the data bus line 5. The illustrated field device 3 is a sensor.
[0067] Erfindungsgemäß besteht das Feldgerät 3 aus einer Eingangsschaltung 7 und einer daran angeschlossenen Restschaltung 9. Die Eingangsschaltung 7 bildet die Verbindung des Feldgeräts 3 zum Datenbus. Die von der Eingangsschaltung 7 getrennte Restschaltung 9 bildet die funktionale Einheit des Feldgeräts 1, die je nach Feldgerättyp beispielsweise dazu dient die Mess- oder Steueraufgaben des Feldgerätes 3 auszuführen. Bei einem Sensor umfasst sie beispielsweise ein Sensorelement zur Erfassung einer physikalischen Messgröße und eine zugehörige Messelektronik, die die vom Sensorelement erfassten Messgrößen aufnimmt, aufbereitet und/oder auswertet, und in ein entsprechendes Messsignal umwandelt, das dann über eine entsprechende Schnittstelle 10 der Restschaltung 9 zur Verfügung steht.According to the invention, the field device 3 consists of an input circuit 7 and a residual circuit 9 connected thereto. The input circuit 7 forms the connection of the field device 3 to the data bus. The residual circuit 9, which is separate from the input circuit 7, forms the functional unit of the field device 1, which, depending on the field device type, serves, for example, to carry out the measurement or control tasks of the field device 3. In the case of a sensor, it comprises, for example, a sensor element for detecting a physical measured variable and associated measuring electronics, which picks up, processes and / or evaluates the measured variables detected by the sensor element and converts them into a corresponding measuring signal, which is then available to the residual circuit 9 via a corresponding interface 10.
[0068] Das Feldgerät 3 wird über die Eingangsschaltung 7 an die Datenbusleitung 5 angeschlossen und mit Energie versorgt. Hierzu weist die Eingangsschaltung 7 ein Busterminal 11 auf, an das die Datenbusleitung 5 anzuschließen ist.The field device 3 is connected via the input circuit 7 to the data bus 5 and supplied with energy. For this purpose, the input circuit 7 has a bus terminal 11, to which the data bus 5 is to be connected.
[0069] Die Eingangsschaltung 7 weist eine prozessor-gesteuerte Stromsteuerung auf, die dazu dient, die Stromaufnahme des Feldgeräts 3 zu steuern. Diese umfasst eine intelligente Einheit 13, beispielsweise einen Mikroprozessor, ein ASICs (application-specific intergrated circuits) oder einen frei programmierbaren Logikschaltkreis, wie z.B. ein FIGA (field programmable gate array). Das entsprechende Steuerprogramm ist in einem nichtflüchtigen Speicher im Feldgerät 3 abgelegt und wird von der intelligenten Einheit 13 ausgeführt. Die intelligente Einheit 13 steuert die Stromaufnahme über eine Stromsteuerung, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Steuereinheit 15 und eine daran angeschlossene regelbare Stromquelle 17 umfasst. Hierzu ist die intelligente Einheit 13 über eine Steuerleitung 18 mit der Steuereinheit 15 verbunden. Die regelbare Stromquelle 17 wird über das Busterminal 11 von der Datenbusleitung 5 gespeist. Letzteres erfolgt über zwei das Busterminal 11 mit der Stromquelle 17 verbindende Anschlussleitungen 19a, 19b. Eine der Anschlussleitungen 19a über eine Verbindung 21 und entsprechende Eingangsfilter 23 an die intelligente Einheit 13 angeschlossen. Die Eingangsschaltung 7 geht unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung 5 in Betrieb. Dabei wird ein Anliegen der Busspannung an den Anschlussleitungen 19a, 19b über die Verbindung 21 erfasst und die intelligente Einheit 13 führt ein Startprogramm aus, durch das ausschließlich die Eingangsschaltung 7 in Betrieb geht. Die hierfür über den Bus zur Verfügung zu stellende Energie ist im Vergleich zum Energiebedarf des gesamten Feldgerätes 3 sehr gering, da hiermit ausschließlich die Eingangsschaltung 7 versorgt werden muss. Entsprechend kann die Stromaufnahme durch die prozessor-gesteuerte Stromsteuerung auf einen sehr niedrigen Startwert geregelt werden.The input circuit 7 has a processor-controlled current control, which serves to control the current consumption of the field device 3. This comprises an intelligent unit 13, for example a microprocessor, an ASIC (application-specific intergrated circuits) or a freely programmable logic circuit, such as e.g. a FIGA (field programmable gate array). The corresponding control program is stored in non-volatile memory in the field device 3 and is executed by the intelligent unit 13. The intelligent unit 13 controls the power consumption via a current control, which in the illustrated embodiment comprises a control unit 15 and a controllable current source 17 connected thereto. For this purpose, the intelligent unit 13 is connected via a control line 18 to the control unit 15. The controllable current source 17 is fed via the bus terminal 11 from the data bus 5. The latter takes place via two connection lines 19a, 19b connecting the bus terminal 11 to the power source 17. One of the connection lines 19a is connected to the intelligent unit 13 via a connection 21 and corresponding input filters 23. The input circuit 7 goes directly through the connection to the data bus 5 in operation. In this case, a concern of the bus voltage is detected at the connection lines 19a, 19b via the connection 21 and the intelligent unit 13 executes a start program, through which only the input circuit 7 goes into operation. The energy to be provided for this via the bus is very small in comparison with the energy requirement of the entire field device 3, since hereby only the input circuit 7 has to be supplied. Accordingly, the current consumption can be controlled by the processor-controlled current control to a very low starting value.
[0070] Erfindungsgemäß wird die Restschaltung 9 von der Eingangsschaltung 7 mit Energie versorgt. Die Energieversorgung erfolgt über die regelbare Stromquelle 17, die die Restschaltung 9 über einen DC/DC Wandler 25 und einen diesem nachgeschalteten von der intelligenten Einheit 13 angesteuerten Schalter 27, über den die Restschaltung 9 gespeist wird.According to the invention, the residual circuit 9 is supplied by the input circuit 7 with energy. The power supply via the controllable current source 17, the residual circuit 9 via a DC / DC converter 25 and a downstream of this controlled by the intelligent unit 13 switch 27 through which the residual circuit 9 is fed.
[0071] Zusätzlich besteht zwischen der intelligenten Einheit 13 der Eingangsschaltung 7 und der Restschaltung 9 eine Kommunikationsverbindung über die die Eingangsschaltung 7 mit der Restschaltung 9 kommuniziert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt diese Kommunikation über die Schnittstelle 10.In addition, between the intelligent unit 13 of the input circuit 7 and the residual circuit 9 communicates a communication connection via which the input circuit 7 to the residual circuit 9. In the illustrated embodiment, this communication takes place via the interface 10.
[0072] Die Inbetriebnahme der Restschaltung 9 erfolgt, indem die Energieversorgung der Restschaltung 9 von der Eingangschaltung 7 bereit gestellt wird. Dies erfolgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über eine entsprechende Ansteuerung des Schalters 27, durch die der zuvor geöffnete Schalter 27 geschlossen wird. Zusätzlich können über die Schnittstelle 10 entsprechende Steuersignale an die Restschaltung 9 übertragen werden, die beispielsweise eine in der Restschaltung 9 enthaltene Ablaufsteuerung in Gang setzen. Hierdurch ist es möglich die Restschaltung 9 gezielt in verschiedene Betriebsmoden zu versetzen. Zu den Betriebsmodi zählen beispielsweise ein Sleep-Modus, in dem die Restschaltung 9 inaktiv ist, ein Normalbetrieb, in dem die Restschaltung 9 beispielsweise periodisch Messungen ausführt und einen mittleren Energiebedarf aufweist, oder ein Spitzenbetrieb, in dem beispielsweise Messungen mit einer sehr hohen Messrate ausgeführt werden und die Restschaltung 9 einen sehr hohen Energiebedarf aufweist.The start-up of the residual circuit 9 is carried out by the power supply of the residual circuit 9 is provided by the input circuit 7 ready. This is done in the illustrated embodiment via a corresponding control of the switch 27, through which the previously opened switch 27 is closed. In addition, corresponding control signals can be transmitted to the residual circuit 9 via the interface 10, which, for example, set in motion a sequence control contained in the residual circuit 9. This makes it possible to put the residual circuit 9 targeted in different modes of operation. The operating modes include, for example, a sleep mode in which the residual circuit 9 is inactive, a normal mode in which the residual circuit 9, for example, carries out periodic measurements and has an average energy demand, or a peak operation, carried out in the example, measurements with a very high measurement rate and the residual circuit 9 has a very high energy requirement.
[0073] Vorzugsweise weist die Eingangschaltung 7 eine an die intelligente Einheit 13 angebundenen Kommunikationseinheit 29, z.B. ein Modem, auf, über die die Kommunikation der Eingangsschaltung 7 mit der übergeordneten Einheit 1 erfolgt. Die Kommunikationseinheit 29 ist in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Sendeansteuerung 31 mit der Steuereinheit 15 der Stroms teuerung verbunden und über die Verbindung 21 und die Eingangsfilter 23 an die Anschlussleitung 19a angeschlossen. Die Eingangsschaltung 7 ist damit in der Lage den Bus abzuhören und Informationen über den Bus zu senden. Vorzugsweise erfolgt die gesamte Kommunikation des Feldgeräts 3 mit der übergeordneten Einheit 1 über diese eine Kommunikationseinheit 29. In diesem Fall gehören zu den übertragenden Informationen sowohl die die Eingangsschaltung betreffenden Informationen, als auch die gesamte Kommunikation der Restschaltung 9 mit der übergeordneten Einheit 1. Letztere erfolgt über die Kommunikationseinheit 29 und die Schnittstelle 10. Zu den zu sendenden Informationen gehören dann insb. die Messergebnisse der Rests Schaltung 9, die im Messbetrieb über die Schnittstelle 10 an die Eingangsschaltung 7 übertragen werden.Preferably, the input circuit 7 has a communication unit 29 connected to the intelligent unit 13, e.g. a modem, via which the communication of the input circuit 7 with the superordinated unit 1 takes place. The communication unit 29 is connected in the embodiment shown in FIG. 2 via a transmission controller 31 to the control unit 15 of the current control and connected via the connection 21 and the input filter 23 to the connection line 19 a. The input circuit 7 is thus able to listen to the bus and to send information via the bus. Preferably, the entire communication of the field device 3 with the higher-level unit 1 via this one communication unit 29. In this case, the transferring information includes both the information concerning the input circuit, as well as the entire communication of the residual circuit 9 with the parent unit 1. The latter takes place via the communication unit 29 and the interface 10. The information to be sent then in particular includes the measurement results of the rest of the circuit 9, which are transmitted in the measurement mode via the interface 10 to the input circuit 7.
[0074] Aufgrund der Aufteilung des Feldgeräts 1 in eine Eingangschaltung 7 und eineDue to the division of the field device 1 in an input circuit 7 and a
Restschaltung 9 ist ein hohes Maß an Flexibilität hinsichtlich des Energiebedarfs des Feldgeräts 1 gegeben, deren Vorteile anhand der nachfolgend beschriebenen Verfahren zur Inbetriebnahme und zum Betrieb des erfindungsgemäßen Feldgeräts näher erläutert werden.Residual circuit 9 is given a high degree of flexibility with regard to the energy requirement of the field device 1, the advantages of which are based on the methods described below for commissioning and operation of the field device according to the invention will be explained in more detail.
[0075] Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Feldgerätes 3 besteht darin, dass durch den Anschluss des Feldgeräts 3 an die Datenbusleitung 5 zunächst ausschließlich die Eingangsschaltung 7 in Betrieb geht. Der Energiebedarf der Eingangsschaltung 7 ist verglichen mit dem Energiebedarf des gesamten Feldgerätes 1 sehr gering. Entsprechend wird die Energiequelle aus der die Datenbusleitung 5 gespeist wird auch dann nicht überlastet, wenn sehr viele Feldgeräte 1 zeitgleich an die Datenbusleitung 5 angeschlossen werden. Ein Ansprechen von entsprechenden Sicherungen in den eingangs beschriebenen Segmentkopplern oder Speisegeräten wird hierdurch vermieden.A major advantage of the field device 3 according to the invention is that by connecting the field device 3 to the data bus line 5, initially only the input circuit 7 goes into operation. The energy requirement of the input circuit 7 is very low compared to the energy requirement of the entire field device 1. Accordingly, the power source from which the data bus 5 is fed is not overloaded even when a large number of field devices 1 are connected to the data bus 5 at the same time. A response of corresponding fuses in the segment couplers or power supply devices described above is thereby avoided.
[0076] Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Zeitpunkte, zu denen die zugehörigen Restschaltungen 9 der angeschlossenen Feldgeräte 3 über die entsprechenden Eingangsschaltungen 7 zugeschaltet werden sehr frei und flexibel wählbar ist. Damit sind sowohl automatisierte Verfahren zur Inbetriebnahme als auch über die übergeordnete Einheit 1 oder die Eingangsschaltungen 7 gesteuerte Verfahren zur Inbetriebnahme realisierbar.A further advantage is that the times at which the associated residual circuits 9 of the connected field devices 3 are switched on via the corresponding input circuits 7 are very freely and flexibly selectable. Thus, both automated methods for commissioning and via the higher-level unit 1 or the input circuits 7 controlled method for commissioning can be realized.
[0077] Ein Beispiel für ein automatisiertes Verfahren zur Inbetriebnahme besteht darin, dass die jeweilige Eingangsschaltung 7 an die Datenbusleitung 5 angeschlossen wird, und die jeweiligen Eingangsschaltungen 7 durch die damit anliegende Betriebsspannung ihren Betrieb selbsttätig aufnehmen. Anschließend bestimmt jede an die Datenbusleitung 5 angeschlossene Eingangsschaltung 7 eine kurze zufällige Verzögerungszeit und nimmt die zugehörige Restschaltung 9 nach Ablauf dieser Verzögerungszeit in Betrieb. Hierdurch wird erreicht, dass die einzelnen Restschaltungen 9 automatisch, d.h. ohne dass eine entsprechende Kommunikation über den Bus erforderlich ist, und zu unterschiedlichen Zeiten in Betrieb gehen. Hierdurch wird die Energieversorgung für die Datenbusleitung 5 während der Inbetriebnahme entlastet. Außerdem ist sichergestellt, dass auch dann keine Überlastung auftritt, wenn die einzelnen Restschaltungen 9 während des Einschaltvorganges einen überhöhten Stromverbrauch aufweisen, da diese erhöhten Verbrauchswerte die Energieversorgung zu unterschiedlichen Zeiten belasten. Bei diesem Verfahren muss jedoch sichergestellt sein, dass die Energieversorgung zu allen Zeiten ausreicht um den erhöhten Stromverbrauch mindestens eines Feldgeräts 1 auch dann aufzufangen, wenn alle übrigen Feldgeräte 1 bereits vollständig in Betrieb sind. Es muss also ein, wenn auch geringer, Energiepuffer bei der Auslegung der Versorgung berücksichtigt werden.An example of an automated method for commissioning is that the respective input circuit 7 is connected to the data bus 5, and the respective input circuits 7 automatically start their operation by the operating voltage applied thereto. Subsequently, each connected to the data bus 5 input circuit 7 determines a short random delay time and takes the associated residual circuit 9 after this delay time in operation. This ensures that the individual residual circuits 9 automatically, ie without a corresponding communication via the bus is required, and at different times in operation. As a result, the power supply for the data bus 5 is relieved during commissioning. In addition, it is ensured that no overload occurs even if the individual residual circuits 9 have an excessive power consumption during the switch-on, since these increased consumption values burden the power supply at different times. In this method, however, it must be ensured that the power supply is sufficient at all times to absorb the increased power consumption of at least one field device 1 even when all other field devices 1 are already fully in operation. So there must be a, albeit small, energy buffer in the design of the Supply be considered.
[0078] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Feldgeräts besteht darin, dass die Eingangsschaltung 7 eine prozessorgesteuerte Stromsteuerung aufweist.Another advantage of the field device according to the invention is that the input circuit 7 has a processor-controlled current control.
[0079] Hierdurch ist es möglich, den für die Inbetriebnahme der Restschaltung 9 benötigten Anlaufstrom, der über die Datenbusleitung 5 bereit gestellt werden muss zu begrenzen. Ein überhöhter Energieverbrauch der Feldgeräte 3 während des Einschaltvorganges tritt dementsprechend nicht mehr auf, und der zuvor beschriebene Energiepuffer wird überflüssig.As a result, it is possible to limit the starting current required for starting the residual circuit 9, which must be provided via the data bus 5. An excessive energy consumption of the field devices 3 during the switch-on process accordingly no longer occurs, and the energy buffer described above becomes superfluous.
[0080] Zusätzlich oder alternativ zu dem zuvor beschriebenen Verfahren kann dabei bei der Inbetriebnahme derart verfahren werden, dass die jeweiligen Eingangsschaltungen 7 an die Datenbusleitung 5 angeschlossen werden, und zunächst die Eingangschaltungen 7 durch die über die Datenbusleitung 5 zugeführte Betriebsspannung in Betrieb gehen. Nachfolgend werden die jeweiligen Restschaltungen 9 durch die zugehörigen Eingangsschaltungen 7 in Betrieb genommnen wobei die prozessor-gesteuerten Stromsteuerungen der einzelnen Eingangsschaltungen 7 einen hierzu über die Datenbusleitung 5 dem jeweiligen Feldgerät 3 zugeführten Anlauf ström auf eine vorgegebene Obergrenze begrenzen. Das gleiche gilt natürlich auch für den Betrieb der Feldgeräte 3. Auch während des Betriebs der Feldgeräte 3 wird die Stromaufnahme des jeweiligen Feldgeräts 3 vorzugsweise durch die prozessor-gesteuerte Stromaufnahme auf eine vorgegebene Obergrenze begrenzt.In addition or as an alternative to the method described above, it is possible during commissioning to proceed in such a way that the respective input circuits 7 are connected to the data bus line 5, and initially the input circuits 7 go into operation via the operating voltage supplied via the data bus line 5. Subsequently, the respective residual circuits 9 are taken in operation by the associated input circuits 7 wherein the processor-controlled current controls of the individual input circuits 7 limit this a start over the data bus 5 to the respective field device 3 start-up ström to a predetermined upper limit. The same naturally also applies to the operation of the field devices 3. Also during operation of the field devices 3, the power consumption of the respective field device 3 is preferably limited by the processor-controlled current consumption to a predetermined upper limit.
[0081] Zusätzlich oder alternativ zu den zuvor beschriebenen Verfahren kann dieIn addition or as an alternative to the previously described methods, the
Eingangsschaltung 7 bei der Inbetriebnahme des Feldgeräts 3 an die Datenbusleitung angeschlossen und durch Anlegen der Betriebsspannung in Betrieb genommen werden, und nachfolgend die Restschaltung 9 in Betrieb nehmen, wobei die prozessorgesteuerte Stromsteuerung einen hierzu über die Datenbusleitung 5 zugeführten Anlaufstrom langsam von Null auf einen vorgegebenen Sollwert hochfährt.Input circuit 7 is connected to the data bus at startup of the field device 3 and put into operation by applying the operating voltage, and then take the residual circuit 9 in operation, the processor-controlled current control for this purpose via the data bus 5 supplied starting current slowly from zero to a predetermined setpoint boots up.
[0082] Aufgrund der Unterteilung des Feldgeräts 3 in Eingangsschaltung 7 undDue to the subdivision of the field device 3 in the input circuit 7 and
Restschaltung 9 lässt sich der Energiebedarf der einzelnen an die Datenbusleitung 5 angeschlossenen Feldgeräte 3 auch nach der Inbetriebnahme sehr flexibel und energiesparend gestalten. Insbesondere ist es möglich, den Energieverbrauch jedes Feldgeräts 3 zu vorgegebenen Zeiten oder bei Bedarf auf den sehr niedrigen Energiebedarf der jeweiligen Eingangsschaltung 7 zu reduzieren.Residual circuit 9, the power requirements of each connected to the data bus 5 field devices 3 can make very flexible and energy-saving even after startup. In particular, it is possible to reduce the energy consumption of each field device 3 at given times or, if necessary, to the very low energy requirement of the respective input circuit 7.
[0083] Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines Verfahrens, durch das das jeweiligeThis is preferably done by means of a method by which the respective
Feldgerät 3 zeitweilig in einen Sleep-Modus versetzt wird, in dem ausschließlich die Eingangsschaltung 7 in Betrieb ist. Hierzu können beispielsweise für jedes an die Datenbusleitung 5 angeschlossene Feldgerät 3 entsprechende Zeitfenster definiert werden, die im Rahmen der Inbetriebnahme in entsprechenden Speichern in den jeweiligen Feldgeräten 3 abgelegt werden. Dabei kann beispielsweise derart verfahren werden, das die Startzeitpunkte zu denen die jeweiligen Feldgeräte 3 von der Eingangsschaltung 7 in den Sleep-Modus versetzt werden im Rahmen der Inbetriebnahme durch die übergeordnete Einheit 1 vorgegeben werden und die jeweiligen Eingangsschaltungen 7 die Sleep-Modi jeweils nach einer vorgegebenen fest im Gerät implementierten Zeit beenden, in dem sie die zughörige Restschaltung 9 wieder in Betrieb nehmen. Hierdurch lässt sich der Strombedarf der Feldgeräte 3, der der Summe der Stromaufnahmen der einzelnen angeschlossenen Feldgeräte 3 entspricht, reduzieren. Entsprechend können mehr Feldgeräte 3 an eine einzige Datenbusleitung 5 angeschlossen werden, als dies bei herkömmlichen Feldgeräten der Fall ist. Bei herkömmlichen Feldgeräten muss zu allen Zeiten ein Mindeststrombedarf jedes einzelnen Feldgeräts abgedeckt werden, der für die Energieversorgung des gesamten Feldgerätes ausreichen muss. Alternativ kann die durch die gezielte Versetzung einzelner Feldgeräte in den Sleep-Modus erzielte Energieersparnis aber auch zur Abdeckung des Spitzenbedarfs eines anderen an die selbe Datenbusleitung 5 angeschlossenen Feldgeräts 3 verwendet werden. Hierdurch lässt sich z.B. ein gezielte zeitlich begrenzte Erhöhung der Messrate einzelnen Feldgeräte 3 ausführen, ohne dass Energieengpässe auftreten, oder die Anzahl der an den Datenbus anschließbaren Feldgeräte 3 reduziert werden muss.Field device 3 is temporarily put into a sleep mode in which only the input circuit 7 is in operation. For this example, for each of the Data bus 5 connected field device 3 corresponding time window are defined, which are stored in the context of commissioning in corresponding memories in the respective field devices 3. In this case, it is possible to proceed in such a way, for example, that the start times at which the respective field devices 3 are put into sleep mode by the input circuit 7 are predetermined within the framework of the commissioning by the superordinate unit 1, and the respective input circuits 7 each time the sleep modes terminate fixed time implemented in the device in which they take the associated residual circuit 9 back into operation. This makes it possible to reduce the power requirement of the field devices 3, which corresponds to the sum of the power consumptions of the individual connected field devices 3. Accordingly, more field devices 3 can be connected to a single data bus 5, as is the case with conventional field devices. With conventional field devices, a minimum power requirement of each individual field device must be covered at all times, which must be sufficient for the energy supply of the entire field device. Alternatively, the energy savings achieved by the targeted displacement of individual field devices in the sleep mode can also be used to cover the peak demand of another field device 3 connected to the same data bus line 5. As a result, it is possible, for example, to carry out a targeted, time-limited increase in the measuring rate of individual field devices 3 without energy bottlenecks occurring or the number of field devices 3 that can be connected to the data bus has to be reduced.
[0084][0084]
[0085] Diese Optimierung des Strombedarfs lässt sich besonders flexibel und bedarfsangepasst gestalten, wenn die Eingangsschaltung 7 des erfindungsgemäßen Feldgerät 3 die oben beschriebene Kommunikationseinheit 29 aufweist, über die die Eingangschaltung 7 die Datenbusleitung 5 abhört. In diesem Fall wird beispielsweise derart verfahren, dass die übergeordnete Einheit 1 über die Datenbusleitung 5 Zeiten vorgibt, zu der das Feldgerät 3 in den Sleep-Modus versetzt werden soll und Zeiten vorgibt, zu denen der Sleep-Modus beendet werden soll. Die Eingangsschaltung 7 hört diese Zeiten über die Datenbusleitung 5 ab und versetzt das Feldgerät zu diesen Zeiten in den Sleep-Modus bzw. beendet den Sleep-Modus entsprechend.This optimization of the power requirement can be made particularly flexible and needs-adapted if the input circuit 7 of the field device 3 according to the invention has the above-described communication unit 29, via which the input circuit 7 listens to the data bus line 5. In this case, for example, the procedure is such that the higher-level unit 1 predetermines times via the data bus line 5 at which the field device 3 is to be put into sleep mode and specifies times at which the sleep mode is to be ended. The input circuit 7 listens to these times via the data bus 5 and puts the field device into sleep mode at these times or terminates the sleep mode accordingly.
[0086] Zusätzlich besteht über die Kommunikationseinheit 29 die Möglichkeit, Zeitfenster für weitere Betriebsmodi der Restschaltung 9, z.B. einen Normalbetrieb oder einen Spitzenbetrieb mit erhöhter Messrate, vorzugeben und die Obergrenzen für die durch die prozessor-gesteuerte Stromsteuerung einzustellende Stromaufnahme des Feldgeräts 3 über die Datenbusleitung 5In addition, via the communication unit 29, it is possible to specify time windows for further operating modes of the residual circuit 9, for example a normal mode or a peak mode with an increased measuring rate, and the upper limits for the current consumption of the field device to be set by the processor-controlled current controller 3 via the data bus 5
[0087] flexibel, bedarfsangepasst und gegebenenfalls zeitabhängig vorzugeben.Flexible, customized and possibly time-dependent pretend.
[0088] Die Vorsehung der Kommunikationseinheit 29 bedeutet im Vergleich zu herkömmlichen Feldgeräten keinen zusätzlichen Mehraufwand, da auch bei herkömmlichen Feldgeräten eine Kommunikation zwischen Feldgerät und übergeordneter Einheit vorzusehen ist, um beispielsweise vom Feldgerät aufgenommene Messergebnisse vom an die übergeordnete Einheit zu übertragen bzw. um Steuersignale über den Datenbus zu empfangen. Die Besonderheit besteht bei dem erfindungsgemäßen Feldgerät darin, die Kommunikationseinheit 29 in der Eingangsschaltung 7 anzuordnen. Hierdurch kann die Eingangsschaltung 7 auch dann mit der übergeordneten Einheit 1 kommunizieren, wenn die Restschaltung 9 nicht in Betrieb ist.The provision of the communication unit 29 means in comparison to conventional field devices no additional overhead, since even in conventional field devices communication between field device and higher-level unit is provided to transmit, for example, recorded by the field device measurement results from the parent unit or control signals to receive over the data bus. The special feature of the field device according to the invention is to arrange the communication unit 29 in the input circuit 7. As a result, the input circuit 7 can communicate with the higher-order unit 1 even when the residual circuit 9 is not in operation.
[0089] Die Restschaltung 9 wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorzugsweise durch das Öffnen des Schalters 27 in den Sleep-Modus versetzt. Dieser Sleep-Modus entspricht einem Abschalten der Restschaltung 9. Hierdurch ist sicher gestellt, dass die Restschaltung 9 im Sleep-Modus keine Energie verbraucht. Alternativ hierzu könnte die Restschaltung 9 durch entsprechende Hardware und Software in einen Sleep- Modus versetzt werden, der einem klassischen Stand-By Betrieb entspricht. In dem Fall benötigt die Restschaltung 9 während des Stand-By Betriebes eine, wenn auch sehr geringe, Energieversorgung und es müssen in der Eingangsschaltung 7 Verfahren implementiert werden, durch die die Restschaltung 9 in diesen Zustand versetzt wird, bzw. durch die dieser Zustand beendet wird. The residual circuit 9 is preferably placed in the illustrated embodiment by the opening of the switch 27 in the sleep mode. This sleep mode corresponds to a shutdown of the residual circuit 9. This ensures that the residual circuit 9 consumes no energy in sleep mode. Alternatively, the residual circuit 9 could be put into a sleep mode by appropriate hardware and software, which corresponds to a classic stand-by mode. In that case, the residual circuit 9 needs a power supply, albeit very small, during the stand-by mode, and methods must be implemented in the input circuit 7 by which the residual circuit 9 is put into this state or by which this state is terminated becomes.
[0090] Tabelle 1Table 1
Zeichen BezeichnungSign label
1 übergeordnete Einheit1 parent unit
3 Feldgerät3 field device
5 Datenbusleitung5 data bus line
7 Eingangsschaltung7 input circuit
9 Restschaltung9 residual circuit
10 Schnittstelle10 interface
11 Busterminal11 bus terminal
13 intelligente Einheit13 intelligent unit
15 Steuereinheit15 control unit
17 Stromquelle17 power source
18 Steuerleitung18 control line
19a Anschlus sleitung19a Connection line
19b Anschlus sleitung19b connection line
21 Verbindung21 connection
23 Eingangsfilter23 input filters
25 DC/DC Wandler25 DC / DC converters
27 Schalter27 switches
29 Kommunikationseinheit29 communication unit
31 Sendeansteuerung31 transmission control
[0091] [0091]

Claims

Ansprücheclaims
[0001] 1. Feldgerät (3) - das über eine Datenbusleitung (5) an eine übergeordnete1. Field device (3) - via a data bus line (5) to a parent
Einheit (1) anschließbar ist,- das über die Datenbusleitung (5) mit Strom versorgt wird, - das eine Eingangsschaltung (7) aufweist, - die unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung (5) in Betrieb geht,- die ein an die Datenbusleitung (5) anzuschließendes Busterminal (11) aufweist, und - die eine prozessor-gesteuerte Stromsteuerung aufweist, und- das eine Restschaltung (9) aufweist, - die über die Eingangsschaltung (7) mit Energie versorgt wird, und- die von der Eingangsschaltung (7) in Betrieb genommen wird.Unit (1) can be connected, - which is supplied with power via the data bus line (5), - which has an input circuit (7), - which goes into operation directly through the connection to the data bus line (5), - which is connected to the Data bus line (5) to be connected Busterminal (11), and - having a processor-controlled current control, and- having a residual circuit (9), - which is supplied via the input circuit (7) with energy and that of the input circuit (7) is put into operation.
[0002] 2. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Feldgeräts (3) gemäß Anspruch 1, bei dem - die Eingangsschaltung (7) an die Datenbusleitung (5) angeschlossen wird,2. A method for commissioning a field device (3) according to claim 1, wherein - the input circuit (7) is connected to the data bus line (5),
- die Eingangschaltung (7) unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung (5) in Betrieb geht, - die Eingangsschaltung (7) eine kurze zufallige Verzögerungszeit bestimmt, und - die Eingangsschaltung (7) die Restschaltung (9) nach Ablauf dieser Verzögerungszeit in Betrieb nimmt.- The input circuit (7) directly by the connection to the data bus line (5) goes into operation - the input circuit (7) determines a short random delay time, and - the input circuit (7) the residual circuit (9) after this delay time in operation takes.
[0003] 3. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Feldgeräts (3) gemäß Anspruch 1, bei dem - die Eingangsschaltung (7) an die Datenbusleitung (5) angeschlossen wird,3. A method for starting up a field device (3) according to claim 1, wherein - the input circuit (7) is connected to the data bus line (5),
- die Eingangschaltung (7) unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung (5) in Betrieb geht, und- die Eingangsschaltung (7) die Restschaltung (9) in Betrieb nimmt, wobei - die prozessor-gesteuerte Stromsteuerung einen hierzu über die Datenbusleitung (5) zugeführten Anlaufstrom auf eine vorgegebene Obergrenze begrenzt.- the input circuit (7) goes directly into operation by the connection to the data bus line (5), and - the input circuit (7) takes the residual circuit (9) into operation, wherein - the processor-controlled current control via the Datenbusleitung (5 ) limited starting current to a predetermined upper limit.
[0004] 4. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Feldgeräts (3) gemäß Anspruch 1, bei dem - die Eingangsschaltung (7) an die Datenbusleitung (5) angeschlossen wird,4. A method for commissioning a field device (3) according to claim 1, wherein - the input circuit (7) is connected to the data bus line (5),
- die Eingangschaltung (7) unmittelbar durch den Anschluss an die Datenbusleitung (5) in Betrieb geht, und- die Eingangsschaltung (7) die Restschaltung (9) in Betrieb nimmt, wobei - die prozessor-gesteuerte Stromsteuerung einen hierzu über die Datenbusleitung (5) zugeführten Anlaufstrom langsam von Null auf einen Sollwert hochfährt.- the input circuit (7) goes directly into operation by the connection to the data bus line (5), and - the input circuit (7) takes the residual circuit (9) into operation, wherein - the processor-controlled current control via the Datenbusleitung (5 ) slowly ramps up from zero to a setpoint.
[0005] 5. Verfahren zur Inbetriebnahme und/oder zum Betrieb eines Feldgeräts (3) gemäß Anspruch 1, bei dem die prozessor-gesteuerte Stromsteuerung die Stromaufnahme des Feldgeräts (3) über die Datenbusleitung (5) auf eine vorgegebene Obergrenze begrenzt.5. A method for commissioning and / or operation of a field device (3) according to claim 1, wherein the processor-controlled current control limits the power consumption of the field device (3) via the data bus (5) to a predetermined upper limit.
[0006] 6. Verfahren zum Betrieb eines Feldgeräts (3) gemäß Anspruch 1, bei dem das Feldgerät (3) zu vorgegebenen Zeiten in einen Sleep-Modus versetzt wird, in dem ausschließlich die Eingangsschaltung (7) in Betrieb ist.6. A method for operating a field device (3) according to claim 1, wherein the Field device (3) is set at predetermined times in a sleep mode in which only the input circuit (7) is in operation.
[0007] 7. Verfahren zum Betrieb eines Feldgeräts gemäß Anspruch 6, bei dem die7. A method of operating a field device according to claim 6, wherein the
Eingangsschaltung (7) den Sleep-Modus nach einer vorgegebenen Zeit beendet, in dem sie die Restschaltung (9) wieder in Betrieb nimmt.Input circuit (7) the sleep mode after a predetermined time ended, in which it resumes the residual circuit (9).
[0008] 8. Verfahren zum Betrieb eines Feldgeräts (3) gemäß Anspruch 6, bei dem - die8. A method for operating a field device (3) according to claim 6, wherein - the
Eingangsschaltung (7) eine Kommunikationseinheit (29) umfasst, über die sie die Datenbusleitung (5) abhört, und - die übergeordnete Einheit (1) über die Datenbusleitung (5) Zeiten vorgibt, zu denen das Feldgerät (3) in den Sleep- Modus versetzt werden soll und Zeiten vorgibt, zu denen der Sleep-Modus beendet werden soll, - die Eingangschaltung (7) diese Zeiten abhört und das Feldgerät (3) zu diesen Zeiten in den Sleep-Modus versetzt bzw. den Sleep- Modus beendet. Input circuit (7) comprises a communication unit (29) over which it listens the data bus line (5), and - the parent unit (1) via the data bus line (5) times specifies, to which the field device (3) in the sleep mode is to be offset and times specified at which the sleep mode is to be terminated, - the input circuit (7) listens to these times and the field device (3) at these times put into sleep mode or the sleep mode ends.
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