WO2011029699A1 - Device for transmitting a control signal - Google Patents

Device for transmitting a control signal Download PDF

Info

Publication number
WO2011029699A1
WO2011029699A1 PCT/EP2010/061954 EP2010061954W WO2011029699A1 WO 2011029699 A1 WO2011029699 A1 WO 2011029699A1 EP 2010061954 W EP2010061954 W EP 2010061954W WO 2011029699 A1 WO2011029699 A1 WO 2011029699A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
capacitor
switching
switching contact
control signal
signal
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/061954
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stephan Konrad
Rainer Pöllath
Original Assignee
Endress+Hauser Wetzer Gmbh+Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress+Hauser Wetzer Gmbh+Co. Kg filed Critical Endress+Hauser Wetzer Gmbh+Co. Kg
Publication of WO2011029699A1 publication Critical patent/WO2011029699A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/04Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423Input/output
    • G05B19/0425Safety, monitoring
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/04Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts
    • G05B19/054Input/output

Definitions

  • the present invention relates to a device for galvanically isolated
  • the device is integrated, for example, in a field device of process automation, which monitors a process parameter and provides a switching signal at a signal output for transmission to an actuator, for example a valve.
  • the primary unit comprises, for example, a sensor element and a control / evaluation unit and the secondary side represents, for example, the interface to a higher-level control unit.
  • galvanic isolated interface is possible. This is the case, for example, if a high voltage is applied to the primary side, but the secondary side may only have a low voltage, for example because it is in
  • an optocoupler In the case of an optocoupler, a light signal is emitted from the primary side to the secondary side, as a result of which the switching process is activated on the secondary side. With this principle, a signal can be transmitted, but no energy, so that in the event that on the secondary side energy is needed, it must be provided via a separate interface. In addition, an optocoupler requires a lot of energy, so that these systems are only used when the high
  • Control signal is controlled, can not be reliably adjusted. For example, low voltages induced by interfering fields on the capacitor lead to unwanted signals, which cause an undesirable change in the switching state.
  • the object of the invention is to provide a device for galvanically isolated signal transmission, which is inexpensive and robust against electromagnetic interference.
  • the object is achieved by a device for galvanically isolated
  • a control signal Transmission of a control signal from a primary unit to a secondary unit, wherein the primary side generates two complementary control signals S +, S. for controlling a switching contact
  • the secondary unit comprises the switching contact and a control unit, wherein at least a first capacitor and a second capacitor are provided, wherein the first capacitor transmits the control signal S + to close the switch contact to the control unit, wherein the second capacitor, the control signal S to open the switch contact to the
  • control unit Transmits control unit and wherein the control unit in dependence of the applied control signal S +, S. closes or opens the switching contact.
  • control signal S +, S. By concern of a control signal S +, S. is here to be understood that a non-zero voltage value is applied. If the voltage value of the control signal is zero, this is equivalent to the fact that no control signal is present.
  • the device according to the invention consists of a few components, which are also standard components. This makes the device inexpensive and space-saving.
  • Another advantage of the device according to the invention is that it has only a low energy requirement. This leads to the lower costs in addition to
  • Explosive environments can be used.
  • the device offers a further advantage. Due to the capacitors, in addition to the signal transmission, the transmission of energy to the secondary side is possible, so that it does not require a separate power supply. This saves space and is very cost effective.
  • the primary side has a processing unit for generating the control signals S +, S from a primary switching signal Si.
  • the primary switching signal is for example one
  • the conditioning unit inverts the primary switching signal Si and forwards the unchanged primary switching signal Si as the control signal S + to the first capacitor and the inverted primary switching signal Si as the control signal S to the second capacitor.
  • the one capacitor is charged to which a non-zero voltage value is applied, while no voltage is applied to the other capacitor.
  • at least one third capacitor is connected in series with the first capacitor and is at least a fourth
  • Capacitor connected in series with the second capacitor, so that their respective insulation voltages add up to a total voltage U. In this way, a higher electrical isolation can be achieved.
  • a feedback device is provided on the secondary side, which serves to control the switching state of the switching contact.
  • the feedback device transmits the information about the switching state of the switching contact via a capacitive interface to the primary side.
  • the capacitive interface can also be constructed of several capacitors.
  • the capacitors in addition to the control signal S +, S. also transfer energy to the secondary side.
  • control signals S + , S. can be superimposed in this case, for example, a fundamental voltage as modulations.
  • This embodiment is particularly advantageous since no further interface for energy transmission has to be provided.
  • Switching contact has the function of a pulse generator for transmitting the information contained in the primary switching signal Si.
  • the device is part of a measuring device, for example.
  • the switching contact serves, for example, to pass on a measuring signal determined by a measuring instrument to a field device for displaying the measured value.
  • the switching contact is connected to a device which is switched on or off depending on the switching state of the switching contact.
  • an actuator in response to a process variable, which forms the basis of the primary switching signal control.
  • An application example is a limit switch with a valve.
  • the device according to the invention is part of a measuring device for determining and / or monitoring a physical, biological or chemical process variable, a transmitter or a
  • Fig. 1 shows a galvanically isolated switch with two capacitors
  • Fig. 2 shows a galvanically isolated switch with two capacitors and a feedback device.
  • a galvanically isolated switch with two capacitors 51, 52 is shown. This consists of a primary side 1, where a switching signal is generated, and a secondary side 2 with a switching contact 3, whose switching state is regulated according to the switching signal.
  • the switch is part of, for example, a process automation or monitoring field device, such as a transmitter, a display element, or a limit switch.
  • Switching contact 3 on the secondary side 2 its switching state.
  • the switching contact 3 can in this case have the function of an on / off switch or a pulse generator.
  • the current supply of a device connected to the secondary side 2 is regulated by the switching contact 3, so that the device can be switched on and off by the switching contact 3.
  • the switching contact 3 is a pulse generator, which forwards the primary switching signal Si in the form of a pulse to an interface, and thus makes available, for example, a further field device connected to the interface.
  • the primary side 1 is galvanically isolated from the secondary side 2, wherein the
  • Control signal S in the form of a voltage, then the switching contact 3 is opened. Because an active signal is required both for closing and for opening the switching contact 3, the switching device is insensitive to electromagnetic interference fields. An accidental switching of the switching contact 3 is thereby avoided.
  • the separation voltage can be increased by connecting the first capacitor 51 and the second capacitor 52 in series with third and fourth capacitors, respectively.
  • the number of capacitors connected in series can also be further increased in this case.
  • This generates two complementary control signals S +, S. and acts on the capacitors 51, 52 with selbigen.
  • the original primary switching signal Si is a rectangular signal. This is forwarded unchanged or with a certain amplification factor amplified to the first capacitor 51.
  • the second capacitor 52 receives the inverted control signal S ..
  • On the secondary side 2 is a control unit 4, which processes the voltages applied to the two capacitors 51, 52, generates a secondary switching signal S2 therefrom and transmits the secondary switching signal S2 to the switching contact 3.
  • Fig. 2 discloses a feedback device 7 for checking the switching state of the switching contact 3. By such a device, it is possible that
  • a measuring shunt 9 is connected to the switching contact 3.
  • a transmission unit 10 which is connected to the measuring shunt 9 and the control unit 4, reads out the switching state of the switching contact 3 and generates a feedback signal.
  • the feedback signal is preferably transmitted to the primary side 1 via a further capacitive interface 8.
  • On the primary side 1 is a
  • Microcontroller arranged which receives the feedback signal and evaluates, for example by the primary switching signal S1 with the
  • the microcontroller can be the same component which gives the command for switching over the switching contact 3. If it results in the evaluation of the switching state of the switching contact 3, that this is in the wrong state, for example, an error message is generated and output.
  • the measuring device in which the galvanically isolated switch is integrated, additionally converted into a safe state defined by the manufacturer. Particularly advantageous is a redundant configuration of the switching contact 3, so that in case of failure of the first switching contact 3, an identical switching contact 3 'can be switched. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

The invention relates to a device for the metallically isolated transmission of a control signal from a primary unit (1) to a secondary unit (2), wherein the primary side (1) generates two complementary control signals S+, S- for controlling a switching contact (3), wherein the secondary unit (2) comprises the switching contact (3) and a control unit (4), wherein there is at least one first capacitor (51) and one second capacitor (52), wherein the first capacitor (51) transmits the control signal S+ for closing the switching contact (3) to the control unit (4), wherein the second capacitor (52) transmits the control signal S- for opening the switching contact (3) to the control unit (4), and wherein the control unit (4) closes or opens the switch contact (3) depending on the control signal S+, S- that is present.

Description

Vorrichtung zur Übertragung eines Steuersignals  Device for transmitting a control signal
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur galvanisch getrennten The present invention relates to a device for galvanically isolated
Übertragung eines Steuersignals von einer Primäreinheit an eine Sekundäreinheit. Die Vorrichtung ist beispielsweise in ein Feldgerät der Prozessautomatisierung integriert, welches einen Prozessparameter überwacht und an einem Signalausgang ein Schaltsignal zur Weiterleitung an einen Aktor, beispielsweise ein Ventil, bereitstellt. Die Primäreinheit umfasst beispielsweise ein Sensorelement und eine Regel-/Auswerteeinheit und die Sekundärseite stellt beispielsweise die Schnittstelle zu einer übergeordneten Steuereinheit dar. Transmission of a control signal from a primary unit to a secondary unit. The device is integrated, for example, in a field device of process automation, which monitors a process parameter and provides a switching signal at a signal output for transmission to an actuator, for example a valve. The primary unit comprises, for example, a sensor element and a control / evaluation unit and the secondary side represents, for example, the interface to a higher-level control unit.
Oftmals ist es aus sicherheitstechnischen Gründen wünschenswert, dass die Often it is desirable for safety reasons that the
Signalübertragung von einer Primärseite an eine Sekundärseite über eine Signal transmission from a primary side to a secondary side via a
galvanische getrennte Schnittstelle möglich ist. Beispielsweise ist dies der Fall, wenn an der Primärseite eine hohe Spannung anliegt, die Sekundärseite jedoch nur eine geringe Spannung aufweisen darf -beispielsweise weil sie sich in galvanic isolated interface is possible. This is the case, for example, if a high voltage is applied to the primary side, but the secondary side may only have a low voltage, for example because it is in
explosionsgefährdeter Umgebung befindet- und die Gefahr unterbunden werden soll, dass von der Sekundärseite aus Kontakt zur hohen Spannung der Primärseite hergestellt werden kann. explosive environment is located and the danger is to be prevented that from the secondary side contact to the high voltage of the primary side can be made.
Aus dem Stand der Technik sind verschieden Ausgestaltungen galvanisch getrennter Schnittstellen bekannt. Various configurations of galvanically separated interfaces are known from the prior art.
Bei einem Optokoppler wird ein Lichtsignal von der Primärseite zur Sekundärseite ausgesandt, wodurch auf der Sekundärseite der Schaltvorgang aktiviert wird. Mit diesem Prinzip kann ein Signal übertragen werden, jedoch keine Energie, sodass im Falle, dass auf der Sekundärseite Energie benötigt wird, diese über eine separate Schnittstelle bereitgestellt werden muss. Zudem benötigt ein Optokoppler viel Energie, sodass diese Systeme nur dann Verwendung finden, wenn der hohe  In the case of an optocoupler, a light signal is emitted from the primary side to the secondary side, as a result of which the switching process is activated on the secondary side. With this principle, a signal can be transmitted, but no energy, so that in the event that on the secondary side energy is needed, it must be provided via a separate interface. In addition, an optocoupler requires a lot of energy, so that these systems are only used when the high
Energiebedarf des optischen Übertragungssystems keine Rolle spielt. Steht nicht viel Energie zur Verfügung, wird bevorzugt auf alternative Methoden zur galvanisch getrennten Signalübertragung zurückgegriffen. Eine dieser alternativen Realisierungen eines galvanisch getrennten Schalters beinhaltet einen Transformator. Transformatoren oder induktive Schnittstellen benötigen wenig Energie. Sie weisen jedoch einige Nachteile auf. Zum einen sind sie teuer und nehmen relativ viel Platz ein. Letzteres ist in vielen Systemen ein entscheidender Nachteil. Zum anderen sind meist zusätzliche Spannungslimitierende Bauteile notwendig, welche Spannungsspitzen begrenzen, die beim Ausschalten oder im Fehlerfall auftreten. Dies ist vor allem bei Anwendungen in Energy requirement of the optical transmission system plays no role. If not much energy is available, alternative methods for galvanically separated signal transmission are preferred. One of these alternative implementations of a galvanically isolated switch includes a transformer. Transformers or inductive interfaces require little energy. However, they have some disadvantages. For one, they are expensive and take up a relatively large amount of space. The latter is a major disadvantage in many systems. On the other hand, additional voltage-limiting components are usually necessary, which limit voltage peaks that occur when switching off or in the event of a fault. This is especially true in applications in
Explosionsgefährdeten Bereichen unumgänglich. Eine weitere denkbare Methode ist die Verwendung eines Kondensators zur Hazardous areas inevitable. Another conceivable method is the use of a capacitor for
Übertragung eines Steuersignals. Dieser weist jedoch den erheblichen Nachteil auf, dass elektromagnetische Störeinflüsse das Steuersignal bei der Übertragung derart beeinflussen können, dass der Zustand des Schalters, welcher durch das  Transmission of a control signal. However, this has the considerable disadvantage that electromagnetic interference influences the control signal in the transmission such that the state of the switch, which by the
Steuersignal geregelt wird, sich nicht zuverlässig einstellen lässt. Beispielsweise führen geringe durch Störfelder am Kondensator induzierte Spannungen zu unerwünschten Signalen, welche eine unerwünschte Änderung des Schaltzustands hervorrufen. Control signal is controlled, can not be reliably adjusted. For example, low voltages induced by interfering fields on the capacitor lead to unwanted signals, which cause an undesirable change in the switching state.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur galvanisch getrennten Signalübertragung bereit zu stellen, welche kostengünstig und robust gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen ist. The object of the invention is to provide a device for galvanically isolated signal transmission, which is inexpensive and robust against electromagnetic interference.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur galvanisch getrennten The object is achieved by a device for galvanically isolated
Übertragung eines Steuersignals von einer Primäreinheit an eine Sekundäreinheit, wobei die Primärseite zwei komplementäre Steuersignale S+, S. zur Steuerung eines Schaltkontakts erzeugt, wobei die Sekundäreinheit den Schaltkontakt und eine Steuereinheit aufweist, wobei mindestens ein erster Kondensator und ein zweiter Kondensator vorgesehen sind, wobei der erste Kondensator das Steuersignal S+ zum Schließen des Schaltkontakts an die Steuereinheit überträgt, wobei der zweite Kondensator das Steuersignal S. zum Öffnen des Schaltkontakts an die Transmission of a control signal from a primary unit to a secondary unit, wherein the primary side generates two complementary control signals S +, S. for controlling a switching contact, wherein the secondary unit comprises the switching contact and a control unit, wherein at least a first capacitor and a second capacitor are provided, wherein the first capacitor transmits the control signal S + to close the switch contact to the control unit, wherein the second capacitor, the control signal S to open the switch contact to the
Steuereinheit überträgt und wobei die Steuereinheit in Abhängigkeit des anliegenden Steuersignals S+, S. den Schaltkontakt schließt oder öffnet. Unter Anliegen eines Steuersignals S+, S. ist hierbei zu verstehen, dass ein von Null verschiedener Spannungswert anliegt. Ist der Spannungswert des Steuersignals Null, so ist dies gleichbedeutend damit, dass kein Steuersignal anliegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus wenigen Bauteilen, welche zudem Standardbauteile sind. Dies macht die Vorrichtung kostengünstig und Platz sparend. Transmits control unit and wherein the control unit in dependence of the applied control signal S +, S. closes or opens the switching contact. By concern of a control signal S +, S. is here to be understood that a non-zero voltage value is applied. If the voltage value of the control signal is zero, this is equivalent to the fact that no control signal is present. The device according to the invention consists of a few components, which are also standard components. This makes the device inexpensive and space-saving.
Dadurch, dass sowohl das Schließen des Schalters als auch das Öffnen des The fact that both the closing of the switch and the opening of the
Schalters durch ein aktives Signal gesteuert wird, ist die Vorrichtung robust Switch is controlled by an active signal, the device is robust
gegenüber elektromagnetischer Störeinflüsse und funktioniert somit sehr zuverlässig. against electromagnetic interference and thus works very reliable.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass sie nur einen geringen Energiebedarf aufweist. Dies führt neben den geringeren Kosten zur Another advantage of the device according to the invention is that it has only a low energy requirement. This leads to the lower costs in addition to
Energieversorgung der Vorrichtung zu dem Vorteil, dass sie auch in Energy supply of the device to the advantage that they are also in
Explosionsgefährdeten Umgebungen zum Einsatz kommen kann. Explosive environments can be used.
Gegenüber einer optischen Schnittstelle, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, bietet die Vorrichtung einen weiteren Vorteil. Durch die Kondensatoren ist neben der Signalübertragung auch die Übertragung von Energie an die Sekundärseite möglich, sodass diese keine separate Energieversorgung benötigt. Dies spart vor allem Platz und ist sehr kostengünstig. Compared with an optical interface, as known from the prior art, the device offers a further advantage. Due to the capacitors, in addition to the signal transmission, the transmission of energy to the secondary side is possible, so that it does not require a separate power supply. This saves space and is very cost effective.
In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Primärseite eine Aufbereitungseinheit zur Erzeugung der Steuersignale S+, S. aus einem primären Schaltsignal Si auf. Das primäre Schaltsignal ist beispielsweise eine In a first embodiment of the solution according to the invention, the primary side has a processing unit for generating the control signals S +, S from a primary switching signal Si. The primary switching signal is for example one
Rechteckspannung. Im einfachsten Fall invertiert die Aufbereitungseinheit das primäre Schaltsignal Siund leitet das unveränderte primäre Schaltsignal Si als Steuersignal S+ an den ersten Kondensator und das invertierte primäre Schaltsignal Si als Steuersignal S. an den zweiten Kondensator weiter. Hierdurch wird derjenige Kondensator geladen, an welchem ein von Null verschiedener Spannungswert anliegt, während am jeweils anderen Kondensator keine Spannung anliegt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein dritter Kondensator mit dem ersten Kondensator in Reihe geschaltet und ist mindestens ein vierter Square-wave voltage. In the simplest case, the conditioning unit inverts the primary switching signal Si and forwards the unchanged primary switching signal Si as the control signal S + to the first capacitor and the inverted primary switching signal Si as the control signal S to the second capacitor. As a result, the one capacitor is charged to which a non-zero voltage value is applied, while no voltage is applied to the other capacitor. According to one embodiment of the invention, at least one third capacitor is connected in series with the first capacitor and is at least a fourth
Kondensator mit dem zweiten Kondensator in Reihe geschaltet, sodass sich deren Isolierspannungen jeweils zu einer Gesamtspannung U addieren. Auf diese Weise lässt sich eine höhere galvanische Trennung erreichen. Capacitor connected in series with the second capacitor, so that their respective insulation voltages add up to a total voltage U. In this way, a higher electrical isolation can be achieved.
Bei einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist auf der Sekundärseite eine Rückmeldevorrichtung vorgesehen, welche zur Kontrolle des Schaltzustands des Schaltkontakts dient. Auf diese Weise ist eine Diagnosefunktion realisierbar, was für Geräte, die bestimmten Sicherheitsspezifikationen genügen müssen, von großem Vorteil ist. In a further development of the invention, a feedback device is provided on the secondary side, which serves to control the switching state of the switching contact. In this way, a diagnostic function is feasible, which is for devices that must meet certain safety specifications, a great advantage.
In einem Ausführungsbeispiel übermittelt die Rückmeldevorrichtung die Information über den Schaltzustand des Schaltkontakts über eine kapazitive Schnittstelle an die Primärseite. Hierdurch erfolgt die Informationsübertragung der Rückmeldevorrichtung ebenfalls galvanisch getrennt. Die kapazitive Schnittstelle kann hierbei ebenfalls aus mehreren Kondensatoren aufgebaut sein. In one embodiment, the feedback device transmits the information about the switching state of the switching contact via a capacitive interface to the primary side. As a result, the information transmission of the feedback device is also galvanically separated. The capacitive interface can also be constructed of several capacitors.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung übertragen die Kondensatoren neben dem Steuersignal S+, S. auch Energie an die Sekundärseite. In an advantageous embodiment of the invention, the capacitors in addition to the control signal S +, S. also transfer energy to the secondary side.
Die Steuersignale S+, S. können in diesem Fall beispielsweise einer Grundspannung als Modulationen überlagert werden. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da keine weitere Schnittstelle zur Energieübertragung bereitgestellt werden muss. Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass der The control signals S + , S. can be superimposed in this case, for example, a fundamental voltage as modulations. This embodiment is particularly advantageous since no further interface for energy transmission has to be provided. A development of the solution according to the invention is that of
Schaltkontakt die Funktion eines Impulsgebers zur Übertragung der im primären Schaltsignal Si enthaltenen Information besitzt.  Switching contact has the function of a pulse generator for transmitting the information contained in the primary switching signal Si.
Die Vorrichtung ist beispielsweise Teil eines Messgeräts. Der Schaltkontakt dient in diesem Fall beispielsweise der Weitergabe eines mit einem Messgerät bestimmten Messsignals an ein Feldgerät zur Anzeige des Messwertes. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Schaltkontakt mit einer Vorrichtung verbunden, welche in Abhängigkeit des Schaltzustands des Schaltkontakts eingeschaltet oder ausgeschaltet ist. The device is part of a measuring device, for example. In this case, the switching contact serves, for example, to pass on a measuring signal determined by a measuring instrument to a field device for displaying the measured value. According to one embodiment, the switching contact is connected to a device which is switched on or off depending on the switching state of the switching contact.
Auf diese Weise lässt sich z.B. ein Aktor in Abhängigkeit einer Prozessgröße, welche die Basis des primären Schaltsignals bildet, steuern. Ein Anwendungsbeispiel ist ein Grenzwertschalter mit einem Ventil.  In this way, e.g. an actuator in response to a process variable, which forms the basis of the primary switching signal control. An application example is a limit switch with a valve.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung Teil eines Messgeräts zur Bestimmung und/oder Überwachung einer physikalischen, biologischen oder chemischen Prozessgröße, eines Transmitters oder eines In an advantageous embodiment, the device according to the invention is part of a measuring device for determining and / or monitoring a physical, biological or chemical process variable, a transmitter or a
Feldanzeigers. Derartige Mess- und Feldgeräte werden von der Anmelderin in einer großen Vielfalt angeboten und vertrieben.  Field scoreboard. Such measuring and field devices are offered and distributed by the applicant in a wide variety.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to the following figures.
Fig. 1 zeigt einen galvanisch getrennten Schalter mit zwei Kondensatoren; Fig. 1 shows a galvanically isolated switch with two capacitors;
Fig. 2 zeigt einen galvanisch getrennten Schalter mit zwei Kondensatoren und einer Rückmeldevorrichtung. Fig. 2 shows a galvanically isolated switch with two capacitors and a feedback device.
In Fig. 1 ist ein galvanisch getrennter Schalter mit zwei Kondensatoren 51 , 52 dargestellt. Dieser besteht aus einer Primärseite 1 , wo ein Schaltsignal erzeugt wird, und einer Sekundärseite 2 mit einem Schaltkontakt 3, dessen Schaltzustand entsprechend dem Schaltsignal geregelt ist. Der Schalter ist beispielsweise Teil eines Feldgeräts der Prozessautomatisierung oder -Überwachung, wie einem Messumformer, einem Anzeigeelement, oder einem Grenzwertschalter. In Fig. 1, a galvanically isolated switch with two capacitors 51, 52 is shown. This consists of a primary side 1, where a switching signal is generated, and a secondary side 2 with a switching contact 3, whose switching state is regulated according to the switching signal. The switch is part of, for example, a process automation or monitoring field device, such as a transmitter, a display element, or a limit switch.
Auf der Primärseite 1 befinden sich beispielsweise ein Sensor zur Bestimmung einer Prozessgröße und eine Auswerteeinheit, welche die bestimmte Prozessgröße mit einem Sollwert vergleicht und in Abhängigkeit davon ein primäres Schaltsignal Si erzeugt. In Abhängigkeit dieses primären Schaltsignals Si wechselt der On the primary side 1 there are, for example, a sensor for determining a process variable and an evaluation unit which compares the determined process variable with a desired value and generates a primary switching signal Si in dependence thereon. In response to this primary switching signal Si changes
Schaltkontakt 3 auf der Sekundärseite 2 seinen Schaltzustand. Der Schaltkontakt 3 kann hierbei die Funktion eines Ein-/Aus-Schalters oder eines Impulsgebers haben. In einem Ausführungsbeispiel wird durch den Schaltkontakt 3 die Stromzufuhr eines an die Sekundärseite 2 angeschossenen Geräts geregelt, sodass das Gerät durch den Schaltkontakt 3 ein- und ausschaltbar ist. In einem alternativen Switching contact 3 on the secondary side 2 its switching state. The switching contact 3 can in this case have the function of an on / off switch or a pulse generator. In one exemplary embodiment, the current supply of a device connected to the secondary side 2 is regulated by the switching contact 3, so that the device can be switched on and off by the switching contact 3. In an alternative
Ausführungsbeispiel stellt der Schaltkontakt 3 einen Impulsgeber dar, welcher das primäre Schaltsignal Si in Form eines Impulses an eine Schnittstelle weiterleitet, und somit beispielsweise einem an die Schnittstelle angeschlossenen weiteren Feldgerät zugänglich macht. Embodiment, the switching contact 3 is a pulse generator, which forwards the primary switching signal Si in the form of a pulse to an interface, and thus makes available, for example, a further field device connected to the interface.
Die Primärseite 1 ist galvanisch von der Sekundärseite 2 getrennt, wobei die The primary side 1 is galvanically isolated from the secondary side 2, wherein the
Schnittstelle zur Übertragung des primären Schaltsignals Si von der Primärseite 1 zu der Sekundärseite 2 durch zwei Kondensatoren 51 , 52 realisiert wird. Interface for transmitting the primary switching signal Si from the primary side 1 to the secondary side 2 by two capacitors 51, 52 is realized.
Liegt am ersten Kondensator 51 ein Steuersignal S+ in Form einer Spannung an, so wird der Schaltkontakt 3 geschlossen. Liegt am zweiten Kondensator 52 ein If a control signal S + is present in the form of a voltage at the first capacitor 51, then the switching contact 3 is closed. Is located on the second capacitor 52 a
Steuersignal S. in Form einer Spannung an, dann wird der Schaltkontakt 3 geöffnet. Dadurch, dass sowohl zum Schließen als auch zum Öffnen des Schaltkontakts 3 ein aktives Signal erforderlich ist, ist die Schaltvorrichtung unempfindlich gegenüber elektromagnetischer Störfelder. Ein zufälliges Umschalten des Schaltkontakts 3 wird hierdurch vermieden. Control signal S. in the form of a voltage, then the switching contact 3 is opened. Because an active signal is required both for closing and for opening the switching contact 3, the switching device is insensitive to electromagnetic interference fields. An accidental switching of the switching contact 3 is thereby avoided.
Um die galvanische Trennung zu erhöhen kann die Trennspannung erhöht werden, indem der erste Kondensator 51 bzw. der zweite Kondensator 52 jeweils mit einem dritten bzw. vierten Kondensator in Reihe geschaltet werden. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Kondensatoren kann hierbei auch weiter erhöht werden.  In order to increase the galvanic isolation, the separation voltage can be increased by connecting the first capacitor 51 and the second capacitor 52 in series with third and fourth capacitors, respectively. The number of capacitors connected in series can also be further increased in this case.
Um das Schaltsignal so an die Schnittstellen anzupassen, dass ein aktives To adapt the switching signal to the interfaces so that an active
Steuersignal S+ zum Öffnen und ein zweites aktives Steuersignal S. zum Schließen erzeugt wird, welche geeignet sind, um von den beiden Kondensatoren 51 , 52 übertragen zu werden, ist den Kondensatoren 51 , 52 eine Aufbereitungseinheit 6 vorangestellt. Diese erzeugt zwei komplementäre Steuersignale S+, S. und beaufschlagt die Kondensatoren 51 , 52 mit selbigen. Beispielsweise handelt es sich bei dem ursprünglichen primären Schaltsignal Si um ein Rechtecksignal. Dieses wird unverändert oder mit einem bestimmten Verstärkungsfaktor verstärkt an den ersten Kondensator 51 weitergeleitet. Der zweite Kondensator 52 erhält das invertierte Steuersignal S.. Auf der Sekundärseite 2 befindet sich eine Steuereinheit 4, welche die an den beiden Kondensatoren 51 , 52 anliegenden Spannungen verarbeitet, daraus ein sekundäres Schaltsignal S2 erzeugt und das sekundäre Schaltsignal S2 an den Schaltkontakt 3 überträgt. Fig. 2 offenbart eine Rückmeldevorrichtung 7 zur Überprüfung des Schaltzustands des Schaltkontakts 3. Durch eine derartige Vorrichtung ist es möglich, der Control signal S + for opening and a second active control signal S is generated for closing, which are suitable to be transmitted by the two capacitors 51, 52, the capacitors 51, 52 is preceded by a conditioning unit 6. This generates two complementary control signals S +, S. and acts on the capacitors 51, 52 with selbigen. By way of example, the original primary switching signal Si is a rectangular signal. This is forwarded unchanged or with a certain amplification factor amplified to the first capacitor 51. The second capacitor 52 receives the inverted control signal S .. On the secondary side 2 is a control unit 4, which processes the voltages applied to the two capacitors 51, 52, generates a secondary switching signal S2 therefrom and transmits the secondary switching signal S2 to the switching contact 3. Fig. 2 discloses a feedback device 7 for checking the switching state of the switching contact 3. By such a device, it is possible that
Primärseite 1 die Information über den Schaltzustand des Schaltkontakts 3 zugänglich zu machen, sodass überprüft werden kann, ob die Steuersignale S+, S. korrekt von der Primärseite 1 an die Sekundärseite 2 übertragen wurden. Dieser Funktionstest ist beispielsweise von Vorteil, wenn die Vorrichtung Teil eines Geräts, welches bestimmten Sicherheitsanforderungen genügen muss, ist. Ein Beispiel hierfür ist die Einhaltung der Spezifikationen einer Sicherheitsstufe nach der Norm IEC 61508 oder IEC 62061 , einem so genannten SIL (Safety Integrity Level). Primary page 1 to make the information about the switching state of the switch contact 3, so that it can be checked whether the control signals S +, S. were correctly transmitted from the primary side 1 to the secondary side 2. This functional test is advantageous, for example, if the device is part of a device which has to meet certain safety requirements. An example of this is compliance with the specifications of a safety level according to the standard IEC 61508 or IEC 62061, a so-called SIL (Safety Integrity Level).
Zum Auslesen des Schaltzustands des Schaltkontakts 3 ist ein Messshunt 9 mit dem Schaltkontakt 3 verbunden. For reading out the switching state of the switching contact 3, a measuring shunt 9 is connected to the switching contact 3.
Eine Übertragungseinheit 10, welche mit dem Messshunt 9 und der Steuereinheit 4 verbunden ist, liest den Schaltzustand des Schaltkontakts 3 aus und erzeugt ein Rückmeldesignal. Das Rückmeldesignal wird bevorzugt über eine weitere kapazitive Schnittstelle 8 an die Primärseite 1 übertragen. Auf der Primärseite 1 ist ein A transmission unit 10, which is connected to the measuring shunt 9 and the control unit 4, reads out the switching state of the switching contact 3 and generates a feedback signal. The feedback signal is preferably transmitted to the primary side 1 via a further capacitive interface 8. On the primary side 1 is a
Mikrocontroller angeordnet, welcher das Rückmeldesignal empfängt und auswertet, beispielsweise indem er das primäre Schaltsignal S1 mit dem Microcontroller arranged which receives the feedback signal and evaluates, for example by the primary switching signal S1 with the
Rückmeldesignal vergleicht. Bei dem Mikrocontroller kann es sich hierbei um dasselbe Bauteil handeln, welches den Befehl zum Umschalten des Schaltkontakts 3 gibt. Ergibt sich bei der Auswertung des Schaltzustands des Schaltkontakts 3, dass sich dieser im falschen Zustand befindet, wird beispielsweise eine Fehlermeldung erzeugt und ausgegeben. Bevorzugt wird das Messgerät, in welches der galvanisch getrennte Schalter integriert ist, zusätzlich in einen vom Hersteller definierten sicheren Zustand überführt. Besonders vorteilhaft ist eine redundante Ausgestaltung des Schaltkontakts 3, sodass bei Versagen des ersten Schaltkontakts 3 ein identischer Schaltkontakt 3' geschaltet werden kann. Bezugszeichenliste Feedback signal compares. In this case, the microcontroller can be the same component which gives the command for switching over the switching contact 3. If it results in the evaluation of the switching state of the switching contact 3, that this is in the wrong state, for example, an error message is generated and output. Preferably, the measuring device, in which the galvanically isolated switch is integrated, additionally converted into a safe state defined by the manufacturer. Particularly advantageous is a redundant configuration of the switching contact 3, so that in case of failure of the first switching contact 3, an identical switching contact 3 'can be switched. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Primärseite 1 primary page
2 Sekundärseite  2 secondary side
3 Schaltkontakt  3 switching contact
4 Steuereinheit  4 control unit
51 Erster Kondensator  51 First capacitor
52 Zweiter Kondensator  52 second capacitor
53 Dritter Kondensator  53 Third capacitor
54 Vierter Kondensator  54 fourth capacitor
6 Aufbereitungseinheit  6 processing unit
7 Rückmeldevorrichtung  7 feedback device
8 kapazitive Schnittstelle  8 capacitive interface
9 Messshunt  9 measuring shunt
10 Übertragungseinheit  10 transmission unit
1 1 Mikrocontroller  1 1 microcontroller

Claims

Patentansprüche Patent claims
Vorrichtung zur galvanisch getrennten Übertragung eines Steuersignals von einer Primäreinheit (1 ) an eine Sekundäreinheit (2), Device for the galvanically isolated transmission of a control signal from a primary unit (1) to a secondary unit (2),
wobei die Primärseite (1 ) zwei komplementäre Steuersignale S+, S. zur Steuerung eines Schaltkontakts (3) erzeugt, wherein the primary side (1) generates two complementary control signals S+, S. for controlling a switching contact (3),
wobei die Sekundäreinheit where the secondary unit
(2) den Schaltkontakt (3) und eine Steuereinheit (4) aufweist, (2) has the switching contact (3) and a control unit (4),
wobei mindestens ein erster Kondensator (51 ) und ein zweiter Kondensator (52) vorgesehen sind, wherein at least a first capacitor (51) and a second capacitor (52) are provided,
wobei der erste Kondensator (51 ) das Steuersignal S+ zum Schließen des wherein the first capacitor (51) receives the control signal S+ to close the
Schaltkontakts (3) an die Steuereinheit (4) überträgt, Switch contact (3) transmits to the control unit (4),
wobei der zweite Kondensator (52) das Steuersignal S. zum Öffnen des wherein the second capacitor (52) receives the control signal S. to open the
Schaltkontakts switching contact
(3) an die Steuereinheit (4) überträgt und (3) transmits to the control unit (4) and
wobei die Steuereinheit where the control unit
(4) in Abhängigkeit des anliegenden Steuersignals S+,(4) depending on the applied control signal S+,
S- den Schaltkontakt (3) schließt oder öffnet. S- the switching contact (3) closes or opens.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , Device according to claim 1,
wobei die Primärseite eine Aufbereitungseinheit (6) zur Erzeugung der wherein the primary side has a processing unit (6) for generating the
Steuersignale S+, S. aus einem primären Schaltsignal Si aufweist. Control signals S+, S. from a primary switching signal Si.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, Device according to claim 1 or 2,
wobei mindestens ein dritter Kondensator (53) mit dem ersten Kondensator (51 ) in Reihe geschaltet ist und wobei mindestens ein vierter Kondensator (54) mit dem zweiten Kondensator (52) in Reihe geschaltet ist, sodass sich deren Isolierspannungen jeweils zu einer Gesamtspannung U addieren. wherein at least a third capacitor (53) is connected in series with the first capacitor (51) and at least a fourth capacitor (54) is connected in series with the second capacitor (52), so that their insulation voltages each add up to a total voltage U .
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei auf der Sekundärseite (2) eine Rückmeldevorrichtung (7) vorgesehen ist, welche zur Kontrolle des Schaltzustands des Schaltkontakts (3) dient. Device according to at least one of the preceding claims, wherein a feedback device (7) is provided on the secondary side (2), which serves to control the switching state of the switching contact (3).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Rückmeldevorrichtung (7) die Information über den Schaltzustand des Schaltkontakts (3) über eine kapazitive Schnittstelle (8) an die Primärseite (1 ) übermittelt. 5. Device according to claim 4, wherein the feedback device (7) transmits the information about the switching state of the switching contact (3) to the primary side (1) via a capacitive interface (8).
6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, 6. Device according to at least one of the preceding claims,
wobei die Kondensatoren (51 , 52) neben dem Steuersignal S+, S. auch Energie an die Sekundärseite (2) übertragen. wherein the capacitors (51, 52) also transmit energy to the secondary side (2) in addition to the control signal S+, S.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, 7. Device according to at least one of the preceding claims,
wobei der Schaltkontakt (3) die Funktion eines Impulsgebers zur Übertragung der im primären Schaltsignal Si enthaltenen Information besitzt. wherein the switching contact (3) has the function of a pulse generator for transmitting the information contained in the primary switching signal Si.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, 8. Device according to at least one of the preceding claims,
wobei der Schaltkontakt (3) mit einer Vorrichtung verbunden ist, welche in Abhängigkeit des Schaltzustands des Schaltkontakts (3) eingeschaltet oder ausgeschaltet ist. wherein the switching contact (3) is connected to a device which is switched on or off depending on the switching state of the switching contact (3).
9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, 9. Device according to at least one of the preceding claims,
wobei die Vorrichtung Teil eines Messgeräts zur Bestimmung und/oder Überwachung einer physikalischen, biologischen oder chemischen wherein the device is part of a measuring device for determining and/or monitoring a physical, biological or chemical
Prozessgröße, eines Transmitters oder eines Feldanzeigers ist. process variable, a transmitter or a field indicator.
PCT/EP2010/061954 2009-09-09 2010-08-17 Device for transmitting a control signal WO2011029699A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910029307 DE102009029307A1 (en) 2009-09-09 2009-09-09 Device for transmitting a control signal
DE102009029307.8 2009-09-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011029699A1 true WO2011029699A1 (en) 2011-03-17

Family

ID=43086242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/061954 WO2011029699A1 (en) 2009-09-09 2010-08-17 Device for transmitting a control signal

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102009029307A1 (en)
WO (1) WO2011029699A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010046964A1 (en) * 2010-09-29 2012-03-29 Infineon Technologies Austria Ag charge pump
DE102012220213B3 (en) * 2012-11-07 2014-05-22 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Drive circuit with transmission circuit and method of operation
FR3086072B1 (en) * 2018-09-13 2020-08-14 Liebherr-Aerospace Toulouse Sas ELECTRICAL SYSTEM OF TWO ELECTRICAL EQUIPMENT EQUIPPED WITH A MODULE FOR CONSERVING THE STATUS PARAMETERS OF ONE OF THE TWO EQUIPMENT

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050195093A1 (en) * 2000-05-12 2005-09-08 Rosemount Inc. Field-mounted process device with programmable digital/analog interface
EP1850467A2 (en) * 2006-04-26 2007-10-31 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for transformerless safety isolation in a power supply
US20080180226A1 (en) * 2007-01-26 2008-07-31 Schmidt Glen E Intrinsically safe galvanically isolated barrier device and method thereof
US20080285186A1 (en) * 2004-03-16 2008-11-20 Azonix Intrinsically Safe Ethernet-Based Communication

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3716799A (en) * 1970-04-24 1973-02-13 G Haass Circuit arrangement for interference-free recognition of the zero crossings of sine-like signals
SI22566A (en) * 2007-06-21 2008-12-31 Vinko Kunc Insulated interface with a capacitance barrier including a differentiating circuit and signal transmission procedure by way of such an insulated interface

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050195093A1 (en) * 2000-05-12 2005-09-08 Rosemount Inc. Field-mounted process device with programmable digital/analog interface
US20080285186A1 (en) * 2004-03-16 2008-11-20 Azonix Intrinsically Safe Ethernet-Based Communication
EP1850467A2 (en) * 2006-04-26 2007-10-31 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for transformerless safety isolation in a power supply
US20080180226A1 (en) * 2007-01-26 2008-07-31 Schmidt Glen E Intrinsically safe galvanically isolated barrier device and method thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.W.POULTON,S.TELL,R.PALMER: "Multiwire Differential Signalling", 6 August 2003 (2003-08-06), pages - 20, XP002610849, Retrieved from the Internet <URL:http://www.cs.unc.edu/~jp/mwire.pdf> [retrieved on 20101123] *
WIKIPEDIA: "Differential Signalling", 23 November 2010 (2010-11-23), pages 1 - 4, XP002610848, Retrieved from the Internet <URL:http://en.wikipedia.org/wiki/Differential_signaling> [retrieved on 20101123] *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009029307A1 (en) 2011-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1058093B1 (en) Method and circuit for powering and monitoring the functioning of at least one sensor
EP3069202B1 (en) Safety control system having configurable inputs
DE2941831A1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE STATE OF SEVERAL BISTABLE DEVICES LOCATED FROM A CENTRAL STATION
DE102012000187B4 (en) Method for monitoring a transmitter and corresponding transmitters
DE19909968B4 (en) Safety switching device for electrically controlled machines
WO2011029699A1 (en) Device for transmitting a control signal
WO2008061933A1 (en) Method and device for monitoring a switch unit
EP0525345B1 (en) Device and method for monitoring a flame
DE112018006271T5 (en) Signal output device
DE212012000249U1 (en) Device for intrinsically safe supply, control and / or evaluation of field devices in the explosion-proof area
DE3930091A1 (en) Polarity sensitive load reverse voltage protection circuit - has power MOSFET and bistable comparator for efficient monitoring and control of directional current flow to load
DE102012016403A1 (en) Method for parameterizing a field device and corresponding field device and system for parameterization
DE10138342A1 (en) Contactless door contact switch has Hall element signal evaluated via window comparator for provision of output signal
EP1814273B1 (en) Circuit arrangement for galvanic isolation of signal lines
DE102016214263A1 (en) Isolation amplifiers
WO1999027552A1 (en) Circuit for monitoring an alternative current power switch
DE102010062310A1 (en) Circuit arrangement for transmitting a digital signal with an optocoupler
DE102014101502A1 (en) Electronic circuit and method for transmitting an ASK signal
DE102020112985A1 (en) IO-Link adapter
DE10334061B4 (en) Circuit arrangement and method for the diagnosis of an antenna circuit
DE3342710C1 (en) Proximity switch having monitoring of the operation and serviceability
EP1444782B1 (en) Device for controlling an electrical load and control unit
DE102018108009A1 (en) Electronic input / output device for signal, data and / or energy transmission with galvanic isolation
DE102019101186A1 (en) Actuating arrangement of a motor vehicle and method for detecting a change in location of a metallic actuating element
EP0660044A1 (en) Control device for controlling switching devices

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10751852

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10751852

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1