WO2013110295A1 - Vorrichtung zum eigensicheren versorgen, ansteuern und/oder auswerten von feldgeräten im explosionsgeschützten bereich - Google Patents

Vorrichtung zum eigensicheren versorgen, ansteuern und/oder auswerten von feldgeräten im explosionsgeschützten bereich Download PDF

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WO2013110295A1
WO2013110295A1 PCT/EP2012/000365 EP2012000365W WO2013110295A1 WO 2013110295 A1 WO2013110295 A1 WO 2013110295A1 EP 2012000365 W EP2012000365 W EP 2012000365W WO 2013110295 A1 WO2013110295 A1 WO 2013110295A1
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WO
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signal
field
intrinsically safe
connection
module
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/000365
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English (en)
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Matthias OETTLER
Michael Kessler
Robin SLATER
Gerrit LOHMANN
Markus Zimmer
Horst GALM
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Pepperl + Fuchs Gmbh
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Publication date
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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
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0428—Safety, monitoring
    • 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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    • G05B2219/10—Plc systems
    • G05B2219/14—Plc safety
    • G05B2219/14011—Explosion free control, intrinsically safe
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/24—Pc safety
    • G05B2219/24028—Explosion free control, intrinsically safe

Definitions

  • the invention relates to a device for intrinsically safe supply, control and / or evaluation of field devices in the explosion-proof area according to the preamble of claim 1.
  • control-side terminals for connection to a bus and a power supply are provided.
  • a generic device has field-side connections for connection to the field devices.
  • the state of the art is accordingly specific input / output modules with intrinsically safe field circuits, which are matched to a field device type and have fixed intrinsically safe characteristics.
  • intrinsically safe field circuits For example, there are binary inputs for Namur sensors, analogue inputs for 4 to 20 mA transmitters, analogue outputs for positioners, binary outputs for solenoid valves and so on.
  • the previously known intrinsically safe input-output circuits thus have a fixed immutable function.
  • the device of the abovementioned type is further developed in that signal setting means are provided for determining different functionalities for at least one pair of the field-side connections.
  • the device according to the invention makes it possible to define the functionality of field-side connections with software means, that is, with a firmware. This simplifies the configuration considerably.
  • a firmware may be loaded on the device via the bus or other interfaces.
  • Configuration here means both the function of the connection itself and the characteristic values for the intrinsically safe input or output.
  • the field-side ports can be configured to be binary inputs for Namur sensors, analog inputs for 4 to 20 mA transmitters, such as probes, analog outputs for positioners, and / or binary outputs for solenoids or other actuators.
  • signal conditioning means is intended to be construed broadly throughout the present description, and is to be understood as including both hardware and software means.
  • configuring which concerns both the nature of the port as analog or binary input or output, as well as electrical characteristics such as voltage, current, input and output impedances relevant to intrinsic safety characteristics are.
  • Particularly advantageous is therefore an embodiment which is characterized in that as different functionalities of the pair of field-side terminals, the character of the field-side terminals as analog and / or binary input and / or output can be determined and / or that electrical performance such as voltage, current, Input and output impedances, which may be relevant in particular for the intrinsic safety characteristics, can be defined.
  • a signal setting box is present as a signal setting means, wherein in the signal setting box hard-wired passive components are present, through which the functionality of at least one intrinsically safe pair of field-side connections is fixed.
  • the signal-setting box is also referred to as a signal designer. With such a signal setting box, the user is given a very simple possibility to select the respectively desired configuration from the multiplicity of different available functionalities. The use of hard-wired passive components also achieves particularly high operational reliability.
  • a multifunction module is provided with a functional unit which has hardware and software means for forming the signal setting means.
  • This functional unit which is also referred to as a function selector, is preferably programmable and can contain the entire evaluation electronics of the module.
  • This functional unit can interact in particular with the signal-setting box for configuring the functionalities of the field-side connections.
  • connection module is provided on which the field-side connections for connecting the field devices and also connections for connecting to the multifunction module are formed.
  • the wiring of the field devices, which are then to be connected to the connection module, can then be done separately from the equipping of the multifunction modules or other components of the device.
  • parts of the signal-fixing box, the multifunction module and / or the connection module can be accommodated in the same housings.
  • the multifunction module and / or the connection module formed in separate housings.
  • the signal fixing box has plug connections for connecting to the connection module and / or to the multifunction module. The installation on site is then easy.
  • the signal-fixing box can be locked mechanically in two stages, wherein in one of the two stages the terminals are electrically interrupted.
  • the signal setting box can thus be arranged in a kind of parking position and be pressed from this parking position, for example, after checking the correctness of the configuration made, in the final working position.
  • the signal setting box has an output at which a signal characteristic of the type of signal setting box, in particular a characteristic voltage, is output.
  • This characteristic voltage can interact on the one hand in the multifunction module with the functional unit and on the other hand, this voltage can be fed back via the control-side connections to a controller.
  • An encoding of the signal setting box can be made in principle any way.
  • an electronically evaluable coding of the signal-fixing box takes place via at least one passive component, in particular a resistor. This solution is particularly reliable.
  • an overall effective power-limiting resistor for a particular intrinsically safe pair of field-side terminals can be divided into a plurality of individual resistors.
  • the resistive components In order to be able to arrange the resistive components as a whole in housings which are as small as possible, it is also preferred that the individual resistances effective for a particular intrinsically safe pair of field-side terminals for the power limitation are accommodated in the multifunction module, the connection module and / or the signal-setting box. Overall, a delocalization of the power loss can be achieved in very different ways. In particular, the power loss in the actual multi-function module can be reduced.
  • the total for a particular intrinsically safe pair of field-side terminals effective power limiting resistor may be housed in whole or in part in the multi-function module, the connection module and / or the signal-setting box.
  • a variant in which the relevant resistive components are selected such that multiple input / output modules can be connected in parallel without impairing intrinsic safety and at the same time be active at the same time is particularly preferred. This is done with parallel connection of the input / output modules without doubling the current, ie without compromising intrinsic safety.
  • the signal setting means may be wholly or partly in the multifunction module, the connection module and / or the signal setting box.
  • connection in a signal-fixing box can in particular be a connection matrix.
  • the configuration of a maximum current for the intrinsically safe connection can take place via different resistors, for example in a signal-setting box.
  • the configuration in the signal-fixing box can take place via one or more, also resistive, connections of plug contacts or other releasable connection technology.
  • the voltage can also be switched by a switching matrix.
  • the device according to the invention for connecting several field devices is formed with multiple channels.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a device according to the invention
  • Fig. 3 shows a first embodiment of a Signalfestlegungsbox
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a signal-fixing box for a device according to the invention.
  • a first embodiment of a device 10 according to the invention will be explained with reference to FIG.
  • the device according to the invention shown there schematically has as essential components a multifunction module 40 with a functional unit 30, a connection module 50 and a signal-fixing box 22. Shown is also a field device 92 in the explosion-proof area 90, whose boundary is shown schematically with a vertical dotted line 91.
  • the multifunction module 40 has control-side connections 46, 48, via which a supply voltage can be supplied. Also indicated schematically are control-side terminals 47, which serve to connect to a bus.
  • the multi-function module 40 several intrinsically safe power supplies V1, 72, V2, 73 are formed, which are supplied to the functional unit 30.
  • the blocks 72, 73 represent voltage limits in the exemplary embodiment shown. In principle, however, these can also be current limits.
  • the functional unit 30 has outputs 41, 42, 43, which are supplied via connection lines 51, 52, 53 to the connection module 50 and there via inputs 24, 25, 26 of the signal-fixing box 22.
  • a field device 92 can be attached to the pair of field-side outputs 61, 62 are connected, whereby an intrinsically safe output is formed. The functionality of this output is provided by cooperation of the functional unit 30 and the signal setting box 22 as signal setting means 20.
  • the functional unit 30 is provided via an input 49 via an output 24 of the signal setting box 22 and a line 59, a characteristic voltage which is characteristic of the type of signal setting box 22 used in each case. This voltage is determined in the embodiment shown in particular by a resistor 81. In the functional unit 30, the value of this voltage can be evaluated and taken into account for the configuration of the outputs 41, 42, 43. In principle, this signal can also be returned to the controller and evaluated there, which is not shown in the figure.
  • the detection signal box used 22 is detected via the resistor 81, which forms a voltage divider with a hard-wired between the terminals 24 and 25 connected resistor.
  • a portion of the total power-limiting effective for intrinsic safety resistor is housed in the embodiment shown as a resistor 83 in the connection module 50.
  • the embodiment shown in Fig. 2 differs from the variant of Fig. 1 essentially in that the configuration of the field-side terminals 61, .., 64 completely in the functional unit 30, through which in this embodiment, the signal setting means 20 is formed.
  • the required flexibility is achieved in the exemplary embodiment in FIG. 2 in that the field devices 92,..., 94 can be connected to different pairs of field-side terminals 61, 62 or 61, 63 or 61, 64.
  • the functional unit 30 has a corresponding number of field-side terminals 61, 62, 63, 64.
  • no connection module 50 is shown in FIG. 2.
  • a connection module 50 is also not mandatory.
  • a larger number of intrinsically safe power supplies V1, 72, V2, 73, Vn, 74 are present. Otherwise, however, the functionality corresponds to that of the exemplary embodiment from FIG. 1.
  • the functional unit 30 intrinsically safe pairs of field-side connections, in the case of For example, pairs 61, 62 and / or 61, 63 and / or 61, 64 are suitably configured.
  • the multifunction module 40 may have three field-side terminals 61, 62, 63. Then, a field device can be connected either to the terminals 61 and 62 or to the terminals 61 and 63.
  • FIGS. 3 and 4 examples of a signal-fixing box 22 are shown schematically.
  • a housing 28 there are several connections 24, .., 27 present.
  • a resistor 84 is hard-wired between the terminals 26 and 27 and, in addition, a resistor 82 is hard-wired between the terminals 24 and 25.
  • connection 25 is connected to the connection 27 via a resistor 85
  • connection 24 is connected to the connection 27 via the resistors 82 and 85.
  • the resistor 82 only plays a role for the coding, that is to say the definition of a signal characteristic of the signal-setting box 22.
  • the resistor 84 represents at least a part of the total power limiting resistor for the field-side terminal 27.
  • the resistor 82 again serves to identify the signal setting box 22.
  • the resistor 85 is effective for power limiting the intrinsically safe field side terminal 27.
  • connection 26 instead of the connection 26, the connection 25 is used to supply the voltage. Therefore, in FIG. 4, instead of the resistor 84, the power limiting resistor 85 operates. In principle, many variants are possible here.
  • a device is provided with a multifunctional input / output module, which allows the connection of different analog or binary sensors or actuators to a pair of terminals.
  • the connection has, in particular, the ignition protection safety according to IEC 60-079-11.
  • plug-in components which were referred to above as a signal-setting box, can be used to define both the function and the characteristic values of the terminal that are relevant for intrinsic safety.
  • a suitable voltage limitation U0 can be selected by means of a circuit in the signal-fixing box and, on the other hand, a necessary current limitation can be set by suitably selected resistors. This allows intrinsically safe characteristic values to be selected.
  • the signal definition box can either be plugged into a connection module, which is also referred to as terminal base, in addition to the multifunction module, or the signal determination box itself has terminals or plug connections and is connected directly to the multifunction module. Furthermore, the multifunction module can recognize a signal setting box used in each case. This can be done for example via individual resistors.
  • a significant advantage of the invention is that the power loss is delocalized to provide intrinsic safety, in other words spatially divided.
  • the present invention makes it possible in a particularly advantageous manner to combine "soft-marshaling", that is to say defining the functionality of the field-side connections with software means, with simple hard-wired passive components, in the form of, for example, the signal-fixing box.
  • This signal-setting box can be a separate component in a separate housing or integrated in the multifunction module or on the connection module. On the connection module, essentially only mechanics and wiring are included.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum eigensicheren Versorgen, Ansteuern und/oder Auswerten von Feldgeräten im explosionsgeschützten Bereich mit steuerungsseitigen Anschlüssen zum Verbinden mit einem Bus und einer Spannungsversorgung, mit feldseitigen Anschlüssen zum Verbinden mit den Feldgeräten und mit mehreren eigensicheren Spannungsversorgungen mit jeweils unterschiedlichen Kennwerten. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass Signalfestlegungsmittel vorhanden sind zum Festlegen von unterschiedlichen Funktionalitäten für mindestens ein eigensicheres Paar der feldseitigen Anschlüsse.

Description

Vorrichtung zum eigensicheren Versorgen, Ansteuern und/oder Auswerten von Feld- geräten im explosionsgeschützten Bereich
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum eigensicheren Versorgen, Ansteuern und/oder Auswerten von Feldgeräten im explosionsgeschützten Bereich nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung sind steuerungsseitige Anschlüsse zum Verbinden mit einem Bus und einer Spannungsversorgung vorhanden. Außerdem weist eine gattungsgemäße Vorrichtung feldseitige Anschlüsse auf zum Verbinden mit den Feldgeräten. Schließlich sind mehrere eigensichere Spannungsversorgungen für die Feldgeräte vorhanden, wobei diese Spannungsversorgungen jeweils unterschiedliche Kennwerte aufweisen können.
In der Prozessautomatisierung ist es, insbesondere im Bereich„remote-l/O" bisher üblich, für jeden Typ eines Feldgeräts, beispielsweise eines Sensors oder eines Aktors, ein typspezifisches Eingangs- und/oder Ausgangsmodul zur Ankopplung an den Bus vorzusehen. Dieses Modul ist mit seinen Übertragereigenschaften auf die jeweilige Mess- oder Ansteuermethode, beispielsweise also analog, 4 bis 20 mA, oder binär, und auch auf die Erfordernisse der jeweils gewünschten Schutzklasse zugeschnitten.
Deshalb ist eine große Anzahl von Modulvarianten notwendig und beim Verdrahten, also beim Anschließen der einzelnen Geräte ist man vergleichsweise wenig flexibel, weil die Module mit verschiedenen Arten von Versorgungen aufwändig verdrahtet und die Feldgeräte an die dazu passenden Module angeschlossen werden müssen. Diese Verdrahtungsarbeiten werden auch Rangieren genannt.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Über die in den Modulen verbauten Schutzwiderstände wird außerdem eine nicht unerhebliche Leistung erzeugt, die zu unerwünschter Erwärmung führt.
Stand der Technik sind demgemäß spezifische Ein-/Ausgabemodule mit eigensicheren Feldstromkreisen, die auf einen Feldgerätetyp abgestimmt sind und feste eigensichere Kennwerte haben. So gibt es zum Beispiel binäre Eingänge für Namur- Sensoren, analoge Eingänge für 4 bis 20 mA-Transmitter, analoge Ausgänge für Stellungsregler, binäre Ausgänge für Magnetventile und so weiter. Die bisher bekannten eigensicheren Ein-Ausgabe-Kreise haben also eine feste unveränderliche Funktion.
Als eine A u f g a b e der Erfindung kann angesehen werden, eine Vorrichtung zum eigensicheren Versorgen, Ansteuern und/oder Auswerten im explosionsgeschützten Bereich anzugeben, bei der der Aufwand beim Anschließen der Geräte reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Vorrichtung der oben genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass Signalfestlegungsmittel vorhanden sind zum Festlegen von unterschiedlichen Funktionalitäten für mindestens ein Paar der feldseitigen Anschlüsse.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden außerdem in der folgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, beschrieben.
Als ein erster Kerngedanke der vorliegenden Erfindung kann erachtet werden, Funktionalitäten, die bisher mit unterschiedlichen Ein-/Ausgangsmodulen realisiert wurden, in ein und dasselbe Gerät zu integrieren. Hierzu ist gemäß einer weiteren grundlegenden Idee der Erfindung vorgesehen, mithilfe von geeigneten Signalfestlegungsmitteln, wozu Hardwaremittel und Softwaremittel zählen, die zur Verfügung stehenden Eingänge und Ausgänge mit unterschiedlichen Funktionalitäten zu belegen.
Als ein erster wesentlicher Vorteil der Erfindung kann angesehen werden, dass wegen der höheren und jeweils konfigurierbaren Funktionalität die Zahl der unterschied- liehen vorzuhaltenden Geräte deutlich reduziert und die Lagerhaltung deshalb insgesamt vereinfacht wird.
Prinzipiell ist es für viele Anwendungen deshalb möglich, statt mit vielen unterschiedlichen Ein-/Ausgabemodulen, mit einer großen Zahl von identischen Modulen zu arbeiten. Hierdurch wird auch das Verdrahten oder Rangieren deutlich vereinfacht. Für viele Anwendungen kann eine ganze Rangierebene entfallen. Dieser Sachverhalt wird auch als„Soft-Marshalling" bezeichnet.
Sodann kann für mehrkanalige Module, also Module, bei denen mehrere Feldgeräte angeschlossen werden können, eine hervorragende Anpassbarkeit an die unterschiedlichen Feldgeräte erzielt werden.
Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung, die Funktionalität von feld- seitigen Anschlüssen mit Softwaremitteln, also mit einer Firmware, zu definieren. Das vereinfacht die Konfiguration erheblich. Beispielsweise kann eine Firmware auf die Vorrichtung über den Bus oder sonstige Schnittstellen geladen werden. Mit der Erfindung wird demgemäß eine Multifunktionsvorrichtung mit eigensicheren Ein-/ Ausgangs-Kreisen bereitgestellt, bei welcher eine Konfiguration der feldseitigen Anschlüsse variabel erfolgen kann. Unter Konfiguration werden hier sowohl die Funktion des Anschlusses selbst, als auch die Kennwerte für den eigensicheren Ein- beziehungsweise Ausgang verstanden.
Beispielsweise können die feldseitigen Anschlüsse so konfiguriert werden, dass sie binäre Eingänge für Namur-Sensoren, analoge Eingänge für 4 bis 20 mA- Transmitter, wie beispielsweise Messfühler, analoge Ausgänge für Stellungsregler und/oder binäre Ausgänge für Magnetventile oder sonstige Stellglieder darstellen.
Der Begriff der Signalfestlegungsmittel soll für die vorliegende Beschreibung weit ausgelegt werden, insbesondere sind darunter sowohl Hardware- als auch Softwaremittel zu verstehen. Mit dem Begriff des Festlegens von unterschiedlichen Funktionalitäten soll ein Konfigurieren gemeint sein, was sowohl den Charakter des Anschlusses als analoger oder binärer Eingang oder Ausgang betrifft als auch elektrische Leistungsmerkmale, wie Spannung, Strom, Eingangs- und Ausgangsimpedanzen, die für die Kennwerte der Eigensicherheit relevant sind. Besonders vorteilhaft ist deshalb ein Ausführungsbeispiel, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass als unterschiedliche Funktionalitäten des Paars von feldseitigen Anschlüssen der Charakter der feldseitigen Anschlüsse als analoger und/oder binärer Eingang und/oder Ausgang festlegbar ist und/oder dass elektrische Leistungsmerkmale wie Spannung, Strom, Eingangs- und Ausgangsimpedanzen, die insbesondere für die Kennwerte der Eigensicherheit relevant sein können, festlegbar sind.
Bei einer besonders bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist als Signalfestlegungsmittel eine Signalfestlegungsbox vorhanden, wobei in der Signalfestlegungsbox fest verdrahtete passive Bauelemente vorhanden sind, durch welche die Funktionalität mindestens eines eigensicheren Paars der feldseitigen Anschlüsse festgelegt ist. Die Signalfestlegungsbox wird auch als Signaldesignator bezeichnet. Mit einer solchen Signalfestlegungsbox wird dem Anwender eine sehr einfache Möglichkeit an die Hand gegeben, aus der Vielzahl von unterschiedlichen zur Verfügung stehenden Funktionalitäten die jeweils gewünschte Konfiguration auszuwählen. Durch den Einsatz von fest verdrahteten passiven Bauelementen wird außerdem eine besonders hohe Betriebssicherheit erzielt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Multifunktionsmodul vorhanden mit einer Funktionseinheit, die zum Bilden der Signalfestlegungsmittel Hardware- und Softwaremittel aufweist. Diese Funktionseinheit, die auch als Function Selector bezeichnet wird, ist bevorzugt programmierbar und kann die gesamte Auswerteelektronik des Moduls enthalten. Diese Funktionseinheit kann zum Konfigurieren der Funktionalitäten der feldseitigen Anschlüsse insbesondere mit der Signalfestlegungsbox zusammenwirken.
Der Komfort beim Installieren der Komponenten am Einsatzort kann gesteigert werden, wenn ein Anschlussmodul vorhanden ist, an dem die feldseitigen Anschlüsse zum Anschließen der Feldgeräte und außerdem Anschlüsse zum Verbinden mit dem Multifunktionsmodul gebildet sind. Das Verdrahten der Feldgeräte, welche dann mit dem Anschlussmodul zu verbinden sind, kann dann getrennt vom Bestücken der Multifunktionsmodule oder sonstiger Komponenten der Vorrichtung erfolgen.
Grundsätzlich können Teile der Signalfestlegungsbox, des Multifunktionsmoduls und/oder des Anschlussmoduls in denselben Gehäusen untergebracht sein. Bei einer besonders bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind aber die Signalfestlegungsbox, das Multifunktionsmodul und/oder das Anschlussmodul in jeweils separaten Gehäusen gebildet.
Bei besonders einfachen Varianten weist die Signalfestlegungsbox Steckverbindungen zum Verbinden mit dem Anschlussmodul und/oder mit dem Multifunktionsmodul auf. Die Installation am Einsatzort ist dann einfach.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht in diesem Zusammenhang außerdem darin, dass die Signalfestlegungsbox in zwei Stufen mechanisch arretierbar ist, wobei in einer der beiden Stufen die Anschlüsse elektrisch unterbrochen sind. Die Signalfestlegungsbox kann also in einer Art Parkposition angeordnet werden und von dieser Parkposition, beispielsweise nach Überprüfung der Richtigkeit der vorgenommenen Konfiguration, in die endgültige Arbeitsposition gedrückt werden.
Um steuerungsseitig eine Information über eine mithilfe einer Signalfestlegungsbox vorgenommene Konfiguration zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn die Signalfestlegungsbox einen Ausgang aufweist, an dem ein für den Typ der Signalfestlegungsbox charakteristisches Signal, insbesondere eine charakteristische Spannung ausgegeben wird. Diese charakteristische Spannung kann einerseits im Multifunktionsmodul mit der Funktionseinheit zusammenwirken und andererseits kann diese Spannung über die steuerseitigen Anschlüsse an eine Steuerung zurückgeführt werden.
Eine Codierung der Signalfestlegungsbox kann dabei auf prinzipiell beliebige Weise vorgenommen werden. Besonders bevorzugt erfolgt eine elektronisch auswertbare Codierung der Signalfestlegungsbox über mindestens ein passives Bauelement, insbesondere einen Widerstand. Diese Lösung ist besonders betriebssicher.
Im Hinblick auf das Bereitstellen von unterschiedlichen eigensicheren Paaren von feldseitigen Anschlüssen ist es bevorzugt, dass mehrere, insbesondere verschiedene, Widerstände vorhanden sind. Dabei kann ein für ein bestimmtes eigensicheres Paar von feldseitigen Anschlüssen insgesamt wirksamer leistungsbegrenzender Widerstand auf mehrere Einzelwiderstände aufgeteilt sein.
Zum eigensicheren Versorgen, Ansteuern und/oder Auswerten von unterschiedlichen Feldgeräten der oben bezeichneten Art sind außerdem Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, bei der unterschiedliche eigensichere Paare von feldseitigen Anschlüssen jeweils unterschiedliche, nämlich für die anzuschließenden Feldgeräte angepasste, Kennwerte aufweisen.
Um die resistiven Komponenten insgesamt in möglichst kleinen Gehäusen anordnen zu können, ist außerdem bevorzugt, dass die für ein bestimmtes eigensicheres Paar von feldseitigen Anschlüssen für die Leistungsbegrenzung wirksamen Einzelwiderstände in dem Multifunktionsmodul, dem Anschlussmodul und/oder der Signalfestlegungsbox untergebracht sind. Insgesamt kann dadurch auf sehr unterschiedliche Weise eine Delokalisierung der Verlustleistung erreicht werden. Insbesondere kann die Verlustleistung im eigentlichen Multifunktionsmodul reduziert werden. Der für ein bestimmtes eigensicheres Paar von feldseitigen Anschlüssen insgesamt wirksame leistungsbegrenzende Widerstand kann demgemäß ganz oder teilweise in dem Multifunktionsmodul, dem Anschlussmodul und/oder oder der Signalfestlegungsbox untergebracht sein.
Besonders bevorzugt ist außerdem eine Variante, bei welcher die relevanten resistiven Komponenten so gewählt sind, dass ohne Beeinträchtigung der Eigensicherheit mehrere Ein-/Ausgangsmodule parallel angeschlossen werden können und dabei gleichzeitig aktiv sein können. Dies erfolgt bei Parallelschaltung der Ein-/Ausgangs- Module ohne Stromverdopplung, das heißt ohne Beeinträchtigung der Eigensicherheit.
Die Signalfestlegungsmittel können sich ganz oder teilweise in dem Multifunktionsmodul, dem Anschlussmodul und/oder oder der Signalfestlegungsbox befinden.
Prinzipiell können auch mehrere Signalfestlegungsboxen vorhanden sein. Die Ver- schaltung in einer Signalfestlegungsbox kann insbesondere eine Anschlussmatrix sein.
Die Konfiguration eines maximalen Stroms für den eigensicheren Anschluss kann über unterschiedliche Widerstände, beispielsweise in einer Signalfestlegungsbox, erfolgen.
Die Konfiguration in der Signalfestlegungsbox kann über eine oder mehrere, auch resistive, Verbindungen von Steckkontakten oder einer sonstigen lösbaren Verbindungstechnik erfolgen. Beispielsweise kann auch die Spannung durch eine Schaltmatrix umgeschaltet werden. Prinzipiell ist es auch möglich und vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Anschließen von mehreren Feldgeräten mehrkanalig gebildet ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die Figuren erläutert.
Hierin zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Signalfestlegungsbox und
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Signalfestlegungsbox für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Gleiche und gleichwirkende Komponenten sind in den Figuren in der Regel mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 wird mit Bezug auf Fig. 1 erläutert. Die dort schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung weist als wesentliche Komponenten ein Multifunktionsmodul 40 mit einer Funktionseinheit 30, einem Anschlussmodul 50 und einer Signalfestlegungsbox 22 auf. Dargestellt ist außerdem ein Feldgerät 92 im explosionsgeschützten Bereich 90, dessen Grenze schematisch mit einer vertikalen gepunkteten Linie 91 dargestellt ist.
In Richtung einer Steuerung weist das Multifunktionsmodul 40 steuerungsseitige Anschlüsse 46, 48 auf, über welche eine Versorgungsspannung zugeführt werden kann. Schematisch angedeutet sind außerdem steuerungsseitige Anschlüsse 47, die zum Verbinden mit einem Bus dienen.
In dem Multifunktionsmodul 40 sind mehrere eigensichere Spannungsversorgungen V1 , 72, V2, 73 gebildet, die der Funktionseinheit 30 zugeführt sind. Die Blöcke 72, 73 stellen im gezeigten Ausführungsbeispiel Spannungsbegrenzungen dar. Prinzipiell kann es sich dabei aber auch um Strombegrenzungen handeln. Die Funktionseinheit 30 weist Ausgänge 41 , 42, 43 auf, die über Verbindungsleitungen 51 , 52, 53 dem Anschlussmodul 50 und dort über Eingänge 24, 25, 26 der Signalfestlegungsbox 22 zugeführt sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann ein Feldgerät 92 an das Paar von feldseitigen Ausgängen 61 , 62 angeschlossen werden, wodurch ein eigensicherer Ausgang gebildet ist. Die Funktionalität dieses Ausgangs wird durch Zusammenwirken der Funktionseinheit 30 und der Signalfestlegungsbox 22 als Signalfestlegungsmittel 20 bereitgestellt.
Der Funktionseinheit 30 wird über einen Eingang 49 über einen Ausgang 24 der Signalfestlegungsbox 22 und eine Leitung 59 eine charakteristische Spannung bereitgestellt, welche für den jeweils verwendeten Typ der Signalfestlegungsbox 22 charakteristisch ist. Diese Spannung wird im gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere durch einen Widerstand 81 festgelegt. In der Funktionseinheit 30 kann der Wert dieser Spannung ausgewertet werden und für die Konfiguration der Ausgänge 41 , 42, 43 berücksichtigt werden. Prinzipiell kann dieses Signal auch, was in der Figur aber nicht dargestellt ist, an die Steuerung zurückgeführt und dort ausgewertet werden.
In Fig. 1 erfolgt das Erkennen der verwendeten Signalfestlegungsbox 22 über den Widerstand 81 , der mit einem zwischen den Anschlüssen 24 und 25 fest verdrahtet geschalteten Widerstand einen Spannungsteiler bildet.
Ein Teil des für die Eigensicherheit insgesamt leistungsbegrenzend wirksamen Widerstands ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Widerstand 83 in dem Anschlussmodul 50 untergebracht.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Variante aus Fig. 1 im Wesentlichen dadurch, dass die Konfiguration der feldseitigen Anschlüsse 61 ,..,64 vollständig in der Funktionseinheit 30 erfolgt, durch welche in diesem Ausführungsbeispiel das Signalfestlegungsmittel 20 gebildet ist. Die geforderte Flexibilität wird bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 dadurch erreicht, dass die Feldgeräte 92, ..,94 an unterschiedliche Paare von feldseitigen Anschlüssen 61 , 62 oder 61 , 63 oder 61 , 64 angeschlossen werden können. Hierzu weist die Funktionseinheit 30 eine entsprechende Anzahl von feldseitigen Anschlüssen 61 , 62, 63, 64 auf. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist in Fig. 2 kein Anschlussmodul 50 dargestellt. Ein Anschlussmodul 50 ist auch nicht zwingend erforderlich. Außerdem ist bei dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 eine größere Anzahl von eigensicheren Spannungsversorgungen V1 , 72, V2, 73, Vn, 74 vorhanden. Im Übrigen entspricht die Funktionalität aber derjenigen des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1. Das bedeutet, dass mit- hilfe der Funktionseinheit 30 eigensichere Paare von feldseitigen Anschlüssen, bei- spielsweise also Paare 61 , 62 und/oder 61 , 63 und/oder 61 , 64 geeignet konfiguriert werden. Im einfachsten Fall kann das Multifunktionsmodul 40 drei feldseitige Anschlüsse 61 , 62, 63 aufweisen. Dann kann ein Feldgerät entweder an die Anschlüsse 61 und 62 oder an die Anschlüsse 61 und 63 angeschlossen werden.
In den Figuren 3 und 4 sind jeweils Beispiele für eine Signalfestlegungsbox 22 schematisch dargestellt. In einem Gehäuse 28 sind dort mehrere Anschlüsse 24, ..,27 vorhanden. Im Beispiel aus Fig. 3 ist zwischen den Anschlüssen 26 und 27 ein Widerstand 84 fest verdrahtet und außerdem ist zwischen den Anschlüssen 24 und 25 ein Widerstand 82 fest verdrahtet.
Im Beispiel aus Fig. 4 ist der Anschluss 25 über einen Widerstand 85 mit dem An- schluss 27 verbunden und Anschluss 24 ist über die Widerstände 82 und 85 mit dem Anschluss 27 verbunden.
Im Beispiel aus Fig. 3 spielt der Widerstand 82 nur eine Rolle für die Codierung, also die Festlegung eines für die Signalfestlegungsbox 22 charakteristischen Signals. Der Widerstand 84 hingegen stellt mindestens einen Teil des insgesamt leistungsbegren- zenden Widerstands für den feldseitigen Anschluss 27 dar.
In dem Beispiel aus Fig. 4 dient der Widerstand 82 wiederum der Identifizierung der Signalfestlegungsbox 22. Der Widerstand 85 ist für die Leistungsbegrenzung für den eigensicheren feldseitigen Anschluss 27 wirksam.
Der wesentliche funktionelle Unterschied zwischen den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Varianten ist, dass in Fig. 4 statt des Anschlusses 26 der Anschluss 25 zum Zuführen der Spannung genutzt wird. Deshalb ist in Fig. 4 statt des Widerstands 84 der Widerstand 85 zur Leistungsbegrenzung wirksam. Prinzipiell sind hier viele Varianten möglich.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt mit einem multifunktionalen Ein-/Ausgangs-Modul, das den Anschluss unterschiedlicher analoger oder binärer Sensoren beziehungsweise Aktoren an ein Klemmenpaar ermöglicht. Der Anschluss hat insbesondere die Zündschutzarteigensicherheit nach IEC 60-079-11. Beispielsweise können über steckbare Komponenten, die vorstehend als Signalfestlegungsbox bezeichnet wurden, sowohl die Funktion als auch die für die Eigensicherheit relevanten Kennwerte der Klemme festgelegt werden. Durch eine Schaltung in der Signalfestlegungsbox kann einerseits eine passende Spannungsbegrenzung U0 ausgewählt werden und andererseits kann durch geeignet gewählte Widerstände eine notwendige Strombegrenzung eingestellt werden. Damit können eigensichere Kennwerte ausgewählt werden.
Die Signalfestlegungsbox kann entweder zusätzlich zum Multifunktionsmodul auf ein Anschlussmodul, welches auch als Terminalbase bezeichnet wird, gesteckt werden oder die Signalfestlegungsbox weist selbst Klemmen oder Steckverbindungen auf und wird direkt an das Multifunktionsmodul angeschlossen. Weiterhin kann das Multifunktionsmodul eine jeweils verwendete Signalfestlegungsbox erkennen. Das kann beispielsweise über individuelle Widerstände erfolgen.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Verlustleistung zum Bereitstellen der Eigensicherheit delokalisiert wird, mit anderen Worten also räumlich aufgeteilt wird.
Für den Explosionsschutz ist eine rein softwaremäßige Konfigurierung der Schnittstellen nicht zulässig. Das bedeutet, dass die in dem Multifunktionsmodul vorhandenen Spannungsquellen bereits für sich genommen eigensicher sind.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise die Kombination von„Soft-Marshalling", das heißt einer Festlegung der Funktionalität der feldsei- tigen Anschlüsse mit Softwaremitteln, mit einfachen festverdrahteten passiven Komponenten, in Form beispielsweise der Signalfestlegungsbox.
Diese Signalfestlegungsbox kann eine separate Komponente in einem separaten Gehäuse sein oder auch in dem Multifunktionsmodul oder auf dem Anschlussmodul integriert sein. Auf dem Anschlussmodul sind ansonsten im Wesentlichen nur Mechanik und Verdrahtung enthalten.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum eigensicheren Versorgen, Ansteuern und/oder Auswerten von Feldgeräten im explosionsgeschützten Bereich
mit steuerungsseitigen Anschlüssen (46, 47, 48) zum Verbinden mit einem Bus und einer Spannungsversorgung,
mit feldseitigen Anschlüssen (61, ..,64) zum Verbinden mit den Feldgeräten (92, 93, 94) und
mit mehreren eigensicheren Spannungsversorgungen (V1, 72; Vn, 74) mit insbesondere jeweils unterschiedlichen Kennwerten,
dadurch gekennzeichnet,
dass Signalfestlegungsmittel (20, 22, 30) vorhanden sind zum Festlegen von unterschiedlichen Funktionalitäten für mindestens ein eigensicheres Paar der feldseitigen Anschlüsse (61,.., 64).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als unterschiedliche Funktionalitäten für ein eigensicheres Paar der feldseitigen Anschlüsse (61, ..,64) der Charakter des Paars von feldseitigen Anschlüssen als analoger und/oder binärer Eingang und/oder Ausgang festlegbar ist und/oder
dass elektrische Leistungsmerkmale, wie Spannung, Strom, Eingangs- und Ausgangsimpedanzen, die insbesondere für die Kennwerte der Eigensicherheit relevant sind, festlegbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Multifunktionsmodul (40) vorhanden ist mit einer Funktionseinheit (30), die zum Bilden der Signalfestlegungsmittel (20) Hardware- und Software- Mittel aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Signalfestlegungsmittel (20) eine Signalfestlegungsbox (22) vorhanden ist und
dass in der Signalfestlegungsbox (22) fest verdrahtete passive Bauelemente (83, ..,86) vorhanden sind, durch welche die Funktionalität mindestens eines eigensicheren Paars der feldseitigen Anschlüsse (61, ..,64) festgelegt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Anschlussmodul (50) vorhanden ist, an dem die feldseitigen Anschlüsse (61, 62) zum Anschließen der Feldgeräte (92, 93, 94) und Anschlüsse (41, ..,44) zum Verbinden mit dem Multifunktionsmodul (40) gebildet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalfestlegungsbox (22), das Multifunktionsmodul (40) und/oder das Anschlussmodul (50) jeweils in separaten Gehäusen gebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalfestlegungsbox (22) Steckverbindungen zum Verbinden mit dem Anschlussmodul (50) und/oder mit dem Multifunktionsmodul (40) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalfestlegungsbox (22) einen Ausgang (24) aufweist, an welchem ein für den Typ der Signalfestlegungsbox (22) charakteristisches Signal, insbesondere eine charakteristische Spannung, ausgegeben wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine elektronisch auswertbare Kodierung der Signalfestlegungsbox (22) über mindestens ein passives Bauelement, insbesondere einen Widerstand (81, 82), erfolgt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalfestlegungsbox (22) in zwei Stufen mechanisch arretierbar ist, wobei in einer der beiden Stufen die Anschlüsse elektrisch unterbrochen sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere, insbesondere verschiedene, Widerstände (83,.., 85) zum Verwirklichen von mehreren eigensicheren Paaren von feldseitigen Anschlüssen (61, ..,64) vorhanden sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein für ein bestimmtes eigensicheres Paar von feldseitigen Anschlüssen (61, ..,64) insgesamt wirksamer leistungsbegrenzender Widerstand auf mehrere Einzelwiderstände aufgeteilt ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die für ein bestimmtes eigensicheres Paar von feldseitigen Anschlüssen (61, ..,64) für die Leistungsbegrenzung wirksamen Einzelwiderstände in dem Multifunktionsmodul (40), dem Anschlussmodul (50) und/oder der Signalfestlegungsbox (22) untergebracht sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass unterschiedliche eigensichere Paare von feldseitigen Anschlüssen (61, ..,64) unterschiedliche Kennwerte aufweisen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
die zum Anschließen von mehreren Feldgeräten (92, 93, 94) mehrkanalig ist.
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