WO2013110296A1 - 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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WO2013110296A1
WO2013110296A1 PCT/EP2012/000366 EP2012000366W WO2013110296A1 WO 2013110296 A1 WO2013110296 A1 WO 2013110296A1 EP 2012000366 W EP2012000366 W EP 2012000366W WO 2013110296 A1 WO2013110296 A1 WO 2013110296A1
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field
connection
control
signal
field devices
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PCT/EP2012/000366
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Inventor
Werner Bansemir
Friedrich FÜSS
Michael Kessler
Michael Trautmann
Original Assignee
Pepperl + Fuchs Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • 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

Definitions

  • the present 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.
  • Such devices are known and have the following components: a current transformer, in particular with a transmission ratio of 1: 1, for providing a galvanic isolation between a controller and the explosion-proof area, control-side terminals for connection to a controller and a first and a second field-side terminal for connection to field devices to be connected, wherein the second field-side connection is set up to supply, control and / or evaluate field devices with analog functionality together with the first field-side connection.
  • a current transformer in particular with a transmission ratio of 1: 1, for providing a galvanic isolation between a controller and the explosion-proof area
  • control-side terminals for connection to a controller and a first and a second field-side terminal for connection to field devices to be connected
  • the second field-side connection is set up to supply, control and / or evaluate field devices with analog functionality together with the first field-side connection.
  • a device for the intrinsically safe supply, control and / or evaluation of field devices in the explosion-proof area which can be used universally and in which the expenditure of maneuvering is reduced.
  • the device of the type specified above is further developed in that the second field-side connection is set up to supply, control and / or evaluate field devices with digital input functionality together with the first field-side connection, and signal-setting means are present for activating and / or setting a functionality of the second field-side terminal.
  • a third field-side terminal may be provided which may be configured to supply, drive, and / or evaluate field devices with digital output functionality in conjunction with the first field-side terminal.
  • the signal setting means may then be arranged to activate and / or set a functionality of the second and / or the third field-side terminal.
  • a significant advantage of the present invention is that the variety of required input / output modules significantly reduced and storage is therefore simplified. Then, because in principle for a large number of applications identical input / output modules can be used, the wiring can be made much simpler. For example, a shunting level can be omitted.
  • Signaling Agent is intended to be interpreted broadly throughout this description. In particular, these may be hardware resources and software resources.
  • activating and defining a functionality should be understood to mean the setting and configuration of the respective connection for the necessary control technology, for example analog 4 to 20 mA, or binary, respectively as input and / or output, as well as Setting parameters or characteristics of intrinsic safety are understood.
  • the configuration may include the targeted adjustment of voltage offsets and / or current level changes.
  • connection is to be understood to mean that which is provided in principle electrically or electronically with the device, that is to say an analogue or binary input or output with the respective current and voltage characteristics.
  • outwardly guided contacts which may be, for example, connectors.
  • a field device with digital input functionality When a field device with digital input functionality is to be addressed, this means that the corresponding port of the device must have digital output functionality.
  • a solenoid valve or a lamp is a field device with digital input functionality.
  • a field device with digital taler output functionality are, for example, binary switching proximity switch.
  • a connection with digital input functionality is accordingly necessary on the device.
  • the device in a particularly preferred variant of the device according to the invention, there are a plurality of, in particular different, resistors for realizing intrinsically safe pairs of field-side connections with different characteristic values.
  • the device can be adapted particularly flexibly to different types of field devices.
  • a multifunctional module is present, which can also be referred to as an input / output module or module and in which a functional unit is present as an essential component, which has hardware and software means for forming the signal setting means ,
  • a functional unit is present as an essential component, which has hardware and software means for forming the signal setting means
  • the entire electronics for controlling the field-side outputs can be present in this functional unit.
  • a memory for storing a firmware can also be present here.
  • a simple and reliable way to adapt the functionality of the device according to the invention to the respective conditions, is to provide as Signalfestlegungsffen a signal setting box in which hard-wired passive components are provided, through which the functionality of at least one pair of field-side terminals is fixed.
  • This fixing box can in principle be arranged in a separate housing. In principle, however, it is also possible to arrange the corresponding components in the multifunction module.
  • a simple switching function is implemented by the signal setting box, with which the second field tiger connection and the third field-side terminal are guided on the same contact.
  • a changeover switch is provided, with which either the second field-side terminal or the third field-side terminal can be switched to one, in particular outer, contact.
  • the number of contacts on the device according to the invention can be reduced.
  • connection module on which the field-side connections for connecting the field devices and also connections for connecting to the multifunction module are formed.
  • a connection module it may be preferable to provide different resistances hardwired to field-side terminals for providing pairs of intrinsically safe field-side terminals having different characteristics.
  • the signal-fixing box may, for example, have plug connections for connecting to the connection module and / or to the multifunction module. Assembly on site can then be achieved simply by plugging together the necessary components.
  • an embodiment variant is also preferred in which the signal-fixing box can be locked mechanically in two stages, the connections being electrically interrupted in one of the two stages.
  • the Signalfestlegungsbox can then be fixed so to speak first in a parked position and be pressed into the final working position after checking that the plug connections are correct.
  • the effective for a particular intrinsically safe pair of field-side terminals power limiting resistor is divided into several individual resistors.
  • the generated at the respective location of the individual resistance thermal power is then lower and the housing used can be made smaller and less expensive.
  • the device according to the invention makes possible a very great degree of flexibility insofar as the resistors effective for a certain intrinsically safe pair of field-side terminals for power limitation can be accommodated partially or completely in the multifunction module, the connection module and / or the signal-setting box.
  • the respective different intrinsically safe pairs of field side terminals may also have different characteristics.
  • the device according to the invention also allows multi-channel designs, which are formed for connecting a plurality of identical or different field devices.
  • variable positioning possibilities of the resistors necessary for intrinsic safety is also that redundant arrangements of the device according to the invention are possible.
  • active devices according to the invention can be connected in parallel at the same time, ie can be connected in parallel to field devices in the explosion-protected area, without the intrinsic safety characteristics being influenced or impaired thereby.
  • a particularly important advantage of the device according to the invention is that with exactly two control-side connections, all operating modes, ie analog input, analog output, digital input and digital output can be represented, that is, the corresponding field devices are supplied in these operating modes , controlled and / or evaluated.
  • 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 exemplary embodiment of a signal-fixing box for a device according to the invention
  • 4 shows a second embodiment of a signal-fixing box for a device according to the invention
  • Fig. 5 shows a third embodiment of 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 shown therein has, as essential components, a current transformer 60 with a transmission ratio of 1: 1, two control-side connections 51, 52 and, in addition, connections 63, 62 on the sides of the feeder. Via the control-side connections 51, 52, the device 10 can be connected to a controller 70. Via the terminals 51, 52 are transmitted bidirectionally current signals or voltage signals. To provide intrinsically safe field side terminals 61, 62, 63, Zener diodes 81, 82 and resistors 71, 72 are provided. Here are also crowbar circuits possible.
  • the third field-side connection 63 In order to adapt the third field-side connection 63 to be used for Namur field devices, electronic means 80 are also present. These electronic means ensure that a binary input or digital input with standard levels according to EN 60947-5-6 (NAMUR) is possible at the third field-side connection 63.
  • the first field-side terminal 61 is a terminal serving as a reference potential.
  • the second feeder-side connection 62 can be configured as analog input 4 to 20 mA, analog output 4 to 20 mA and as digital or binary output for a switching signal. Typical characteristics are 24 V / 45 mA. Signaling agents which are also present according to the invention are not shown in FIG. In the exemplary embodiment shown in FIG.
  • a switch 68 shown schematically, may be provided, with which either the second feeder-side connection 62 or the third feeder-side connection 63 can be switched to an outer contact 67.
  • This outer contact 67 can then be further wired for example by means of a plug connection.
  • signal setting means 20 are shown concretely, which in the exemplary embodiment shown are formed by a functional unit 30 and a signal fixing box 22.
  • the functional unit 30 is arranged together with the transformer 60 and intrinsically safe power supplies V1, 72, V2, 73 in a multifunction module 40, which is preferably accommodated in a separate housing.
  • the terminals of the power supply are supplied to the functional unit 30 via terminals 31, 32, 33.
  • the multifunction module 40 is connected via plug connections to a connection module 50, on which also the signal fixing box 22 is plugged. Outputs of the functional unit 30 are connected to terminals 25, 26 of the signal fixing box 22.
  • first field-side output 61, the second field-side output 62 and the third field-side output 63 are formed on the connection module 50, to which field devices 92, 93 in the explosion-proof area 90 can be connected.
  • a resistor 82 is connected, which is effective for the current or power limitation.
  • the boundary to the explosion-proof area is represented by a dashed vertical line 91.
  • switching functionality can be provided by the signal-fixing box 22 such that only one of the field-side terminals 62 or 63 is actually led to the outside and can be contacted there, for example by means of a plug connection.
  • embodiments as in FIG. 2 are also possible, in which two field devices 92, 93 can in principle be connected to the device 10 according to the invention in the explosion-proof area 90.
  • the essential functionality according to the invention is that the functionality of the field-side terminals 61, 62, 63 is adjusted in a respectively desired manner and with regard to a field device 92, 93 to be connected with the aid of the functional unit 30 and the signal-fixing box 22.
  • a configuration can be made such that between the first field-side terminal 61 and the second field-side terminal 62, an analog input 4 to 20 mA current signal, an analog output 4 to 20 mA current signal or a Digitalausgangs- switching signal with typical characteristics of up to 24 V. / 45 mA or higher or can be received.
  • the third field-side connection 63 can be configured together with the first field-side connection 61 for Namur sensors according to EN 60947-5-6, that is to say with characteristics typically 8 V, 8 mA.
  • the signal setting box 22 can in principle be simple. Examples of these are shown in FIGS. 3 and 4.
  • a resistor 84 is hard-wired between the terminals 26 and 27, which are formed in a housing 28 and in particular may be designed as plug contacts, mounted.
  • Fig. 4 shows a corresponding example in which between the terminals 25 and 27, a resistor 86 is fixedly connected.
  • the resistors 84, 86 are each effective in intrinsic safety with respect to the current or power limitation.
  • FIG. 2 Another embodiment of a device 10 according to the invention will be explained with reference to FIG.
  • the essential differences in comparison to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2 are that a further voltage source V3, 74 is present and that the configuration, that is to say the definition of the functionality of the field-side output terminals 61, 62, 63, is exclusively via the functional unit 30 in FIG Multifunction module 40 is accomplished.
  • the connection module 50 further resistors 87, 88 arranged in a series circuit, which are also effective for the current limitation or power limitation for intrinsic safety.
  • Essential in this embodiment is that necessary for intrinsic safety flow or power limiting resistors are divided into different components.
  • the third voltage source V3, 74 is connected to the functional unit 30 via a connection 34.
  • the functional unit 30 is connected in the direction of the explosion-proof area via connections 56, 57, 58, 59 to the connection module 50.
  • the essential advantage of the invention is that a software-based routing can be performed and that a shunting level can be omitted. In addition, dividing the resistances effective for current limitation or power limitation into tion at the individual locations in the device can be reduced. Finally, a redundant operation is possible in principle, that is, several devices of the invention, which can also be referred to as input-output modules can be connected in parallel to field devices, without causing a current doubling for the characteristics of the intrinsically safe interface.
  • the present invention accordingly provides a device which may also be referred to as an input-output module having intrinsically safe input-output circuits and in which the signal transmission in all modes takes place in exactly one current transformer.
  • 4 to 20 mA sensors, 4 to 20 mA actuators, binary valves and binary sensors in accordance with EN 60947-5-6 can be connected to one and the same module.
  • the binary input according to EN 60947-5-6 inevitably operates with currents lower than 20 mA and can preferably be adjusted via a special circuit for adaptation to the downstream control system in the current level. This concerns the application for Namur sensors.
  • the scope of functionality may be enhanced by a replaceable signal designator, also referred to as a signal designation box.
  • the signal fixing box can be part of the multifunction module or can also be located on a connection module, which is also referred to as a termination board.
  • the inventive device has for contacting the control system uniformly two ports for all modes.
  • the current transformer can preferably be set up to operate well above the value of the usual 4 to 20 mA control circuits, for example up to 40 mA or more.
  • the current transformer is preferably driven with 24 V DC signal on the maintenance side.
  • the device according to the invention preferably contains several intrinsically safe power supplies.
  • the overall effective resistance for providing intrinsic safety may be partially or entirely in the multifunction module and / or in the connection module. Line faults, short circuits or line breaks in the field circuit in the explosion-proof area can be evaluated by current changes in the output circuit by the connected control system and determined in principle.
  • the device according to the invention which can also be referred to as a multifunctional interface module, can also transmit SMART signals, for example HART, bidirectionally in addition to the analog measured value.
  • SMART signals for example HART
  • the device according to the invention which can also be referred to as a multifunctional input / output module, allows the connection of different analog and binary sensors or actuators to a terminal pair, that is to an intrinsically safe pair of field-side terminals.
  • Only the binary input which is present according to the invention for field devices with binary or digital output functionality, requires a separate connection in the event that no signal-setting box and no switch is used.
  • the connections are preferably set up for the intrinsic safety type of protection according to IEC 60-079-11.
  • the intrinsically safe voltage limits are preferably located in a multifunction module.
  • the intrinsically safe currents or power limiting resistors may be wholly or partly arranged in the multifunction module or on a, in particular separate, connection module.
  • connection points On the control side, two connection points, ie two control-side connections, are sufficient for all operating modes. As a result, the prerequisite for the use of currently used control systems with a so-called software routing is given.
  • the power limiting resistors for intrinsic safety on a connection module, it is also possible to implement redundant signal transmissions without influencing the characteristic values of the intrinsic safety.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum eigensicheren Versorgen, Ansteuern und/oder Auswerten von Feldgeräten im explosionsgeschützten Bereich mit einem Stromübertrager zum Bereitstellen einer galvanischen Trennung zwischen einer Steuerung und dem explosionsgeschützten Bereich, mit steuerseitigen Anschlüssen zum Verbinden mit der Steuerung und mit einem ersten und einem zweiten feldseitigen Anschluss zum Verbinden mit anzuschlie¬ ßenden Feldgeräten, wobei der zweite feldseitige Anschluss dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem ersten feldseitigen Anschluss Feldgeräte mit analoger Funktionalität zu versorgen, anzusteuern und/oder auszuwerten. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite feldseitige Anschluss dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem ersten feldseitigen Anschluss Feldgeräte mit digitaler Eingangsfunktionalität zu versorgen, anzusteuern und/oder auszuwerten, dass ein dritter feldseitiger Anschluss vorhanden ist, der dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem ersten feldseitigen Anschluss Feldgeräte mit digitaler Ausgangsfunktionalität zu versorgen, anzusteuern und/oder auszuwerten, und dass Signalfestlegungsmittel vorhanden sind zum Aktivieren und/oder Festlegen einer Funktionalität des zweiten und/oder des dritten feldseitigen Anschlusses.

Description

Vorrichtung zum eiqensicheren Versorgen. Ansteuern und/oder Auswerten von Feldgeräten im explosionsqeschützten Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum eigensicheren Versorgen, Ansteuern und/oder Auswerten von Feldgeräten im explosionsgeschützten Bereich nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Vorrichtungen sind bekannt und weisen folgende Komponenten auf: einen Strom-übertrager, insbesondere mit Übertragungsverhältnis 1 :1 , zum Bereitstellen einer galvanischen Trennung zwischen einer Steuerung und dem explosionsgeschützten Bereich, steuerseitige Anschlüsse zum Verbinden mit einer Steuerung und einen ersten und einen zweiten feldseitigen Anschluss zum Verbinden mit anzuschließenden Feldgeräten, wobei der zweite feldseitige Anschluss dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem ersten feldseitigen Anschluss Feldgeräte mit analoger Funktionalität zu versorgen, anzusteuern und/oder auszuwerten.
In der Prozessautomatisierung ist es im Bereich der Interfacetechnik bisher üblich, für jeden Typ eines Sensors oder eines Aktors ein typspezifisches Eingangsund/oder Ausgangsmodul zur Verbindung mit einer Steuerung vorzusehen. Diese Module sind mit ihren Übertragereigenschaften auf die jeweils eingesetzte Messoder Ansteuermethode, beispielsweise also analog 4 bis 20 mA oder binär, sowie auf die Erfordernisse der jeweils gewünschten Schutzklassen zugeschnitten.
Das bedeutet, dass eine große Zahl von unterschiedlichen Ein-/Ausgangsmodulen vorgehalten werden muss und man im Hinblick auf die Verdrahtung relativ unflexibel ist, weil die jeweiligen Module mit den verschiedenen Arten von Versorgungen jeweils aufwändig verdrahtet werden müssen. Das Verdrahten, bei dem die Feldgeräte
BESTÄTIGUNGSKOPIE an die jeweils passenden Module angeschlossen werden, wird auch Rangieren oder Englisch„Marshalling" genannt.
Außerdem wird über die in den Modulen verbauten Schutzwiderstände eine nicht unerhebliche thermische Leistung erzeugt, die zu unerwünschter Erwärmung führen kann.
Als eine A u f g a b e der Erfindung kann angesehen werden, eine Vorrichtung zum eigensicheren Versorgen, Ansteuern und/oder Auswerten von Feldgeräten im explosionsgeschützten Bereich anzugeben, welche universell einsetzbar ist und bei der der Aufwand an Rangierarbeiten reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden außerdem im Folgenden insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren beschrieben.
Die Vorrichtung der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass der zweite feldseitige Anschluss dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem ersten feldseitigen Anschluss Feldgeräte mit digitaler Eingangsfunktionalität zu versorgen, anzusteuern und/oder auszuwerten, und dass Signalfestlegungsmittel vorhanden sind zum Aktivieren und/oder Festlegen einer Funktionalität des zweiten feldseitigen Anschlusses.
Optional kann ein dritter feldseitiger Anschluss vorhanden sein, der dazu eingerichtet sein kann, zusammen mit dem ersten feldseitigen Anschluss Feldgeräte mit digitaler Ausgangsfunktionalität zu versorgen, anzusteuern und/oder auszuwerten. Das Signalfestlegungsmittel kann dann zum Aktivieren und/oder Festlegen einer Funktionalität des zweiten und/oder des dritten feldseitigen Anschlusses eingerichtet sein.
Als ein erster Kerngedanke der Erfindung kann angesehen werden, die Funktionalitäten für verschiedene Mess- und Ansteuermethoden für Feldgeräte im explosionsgeschützten Bereich in ein und demselben Ein-/Ausgabemodul zu vereinigen und hierzu insbesondere vorhandene Anschlüsse zu nutzen. Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Vielfalt der notwendigen Ein-/Ausgabemodule deutlich reduziert und die Lagerhaltung deshalb vereinfacht wird. Sodann können, weil prinzipiell für eine große Zahl von Anwendungen identische Ein-/Ausgangsmodule verwendet werden können, die Verdrahtungsarbeiten deutlich einfacher gestaltet werden. Beispielsweise kann eine Rangierebene entfallen.
Insgesamt ist also ein der Erfindung zugrunde liegender Gedanke, die eingesetzten Schnittstellen nach Möglichkeit zu vereinheitlichen.
Der Begriff der Signalfestlegungsmittel soll für die vorliegende Beschreibung weit ausgelegt werden. Insbesondere kann es sich hier um Hardwaremittel und um Softwaremittel handeln. Unter dem Begriff des Aktivierens und des Festlegens einer Funktionalität soll für die vorliegende Beschreibung sowohl das Festlegen und Konfigurieren des jeweiligen Anschlusses für die notwendige Ansteuertechnik, beispielsweise also analog 4 bis 20 mA, oder binär, jeweils als Eingang und/oder Ausgang, als auch das Festlegen von Parametern oder Kennwerten der Eigensicherheit verstanden werden.
Insbesondere kann die Konfiguration die gezielte Einstellung von Spannungsoffsets und/oder Strompegeländerungen beinhalten.
Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung soll unter dem Begriff Anschluss das verstanden werden, was mit der Vorrichtung prinzipiell elektrisch oder elektronisch bereitgestellt wird, also ein analoger oder binärer Eingang oder Ausgang mit den jeweiligen Strom- und Spannungskennwerten. Davon begrifflich zu unterscheiden sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach außen geführte Kontakte, die beispielsweise Steckverbindungen sein können. Prinzipiell ist es möglich und kann auch bevorzugt sein, beispielsweise den zweiten und den dritten feldseitigen Anschluss über einen Umschalter auf ein und denselben Kontakt, insbesondere nach außen, zu führen.
Wenn ein Feldgerät mit digitaler Eingangsfunktionalität anzusteuern ist, bedeutet das, dass der entsprechende Anschluss der Vorrichtung eine digitale Ausgangsfunktionalität aufweisen muss. In diesem Sinn ist beispielsweise ein Magnetventil oder eine Lampe ein Feldgerät mit digitaler Eingangsfunktionalität. Ein Feldgerät mit digi- taler Ausgangsfunktionalität sind beispielsweise binär schaltende Nährungsschalter. Um Feldgeräte mit digitaler Ausgangsfunktionalität zu versorgen und/oder auszuwerten ist dementsprechend an der Vorrichtung ein Anschluss mit digitaler Eingangsfunktionalität notwendig.
Bei einer besonders bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere, insbesondere verschiedene, Widerstände zum Verwirklichen von eigensicheren Paaren von feldseitigen Anschlüssen mit unterschiedlichen Kennwerten vorhanden. Dadurch kann die Vorrichtung besonders flexibel an unterschiedliche Typen von Feldgeräten angepasst werden.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Multifunktionsmodul vorhanden, welches auch als Ein-/Ausgabemodul oder -baustein bezeichnet werden kann und in welchem als wesentliche Komponente eine Funktionseinheit vorhanden ist, die zum Bilden der Signalfestlegungsmittel Hardware- und Software-Mittel aufweist. In dieser Funktionseinheit kann prinzipiell die gesamte Elektronik zur Ansteuerung der feldseitigen Ausgänge vorhanden sein. Insbesondere kann hier auch ein Speicher zum Speichern einer Firmware vorhanden sein.
Um den erfindungsgemäß vorgesehenen dritten feldseitigen Anschluss für den Betrieb von NAMUR-Sensoren gemäß der Norm EN 60947-5-6 tauglich zu machen, sind bevorzugt Elektronikmittel zum Anpassen eines Strompegels des dritten feldseitigen Anschlusses vorhanden.
Eine einfache und betriebssichere Möglichkeit, die Funktionalität der erfindungsgemäßen Vorrichtung an die jeweiligen Verhältnisse anzupassen, besteht darin, als Signalfestlegungsmittel eine Signalfestlegungsbox vorzusehen, in der festverdrahtete passive Bauelemente vorhanden sind, durch welche die Funktionalität mindestens eines Paars von feldseitigen Anschlüssen festgelegt ist. Diese Festlegungsbox kann prinzipiell in einem separaten Gehäuse angeordnet sein. Prinzipiell ist aber auch möglich, die entsprechenden Komponenten in dem Multifunktionsmodul anzuordnen.
Bei einer besonders einfachen Ausführungsvariante wird durch die Signalfestlegungsbox eine einfache Umschaltfunktion verwirklicht, mit welcher der zweite feldsei- tige Anschluss und der dritte feldseitige Anschluss auf ein und denselben Kontakt geführt werden.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Umschalter vorgesehen, mit welchem entweder der zweite feldseitige Anschluss oder der dritte feldseitige Anschluss auf einen, insbesondere äußeren, Kontakt schaltbar ist. Bei dieser Variante kann die Anzahl der Kontakte an der erfindungsgemäßen Vorrichtung reduziert werden.
Die Zusammenstellung und Montage der Komponenten am Einsatzort wird erleichtert, wenn ein Anschlussmodul vorhanden ist, an dem die feldseitigen Anschlüsse zum Anschließen der Feldgeräte und außerdem Anschlüsse zum Verbinden mit dem Multifunktionsmodul gebildet sind. In einem solchen Anschlussmodul können bevorzugt zum Bereitstellen von Paaren von eigensicheren feldseitigen Anschlüssen mit unterschiedlichen Kennwerten unterschiedliche Widerstände vorhanden sein, die mit feldseitigen Anschlüssen fest verdrahtet sind.
Die Signalfestlegungsbox kann beispielsweise Steckverbindungen zum Verbinden mit dem Anschlussmodul und/oder mit dem Multifunktionsmodul aufweisen. Die Montage am Einsatzort ist dann einfach durch Zusammenstecken der notwendigen Komponenten zu verwirklichen.
In diesem Zusammenhang ist außerdem eine Ausführungsvariante bevorzugt, bei der die Signalfestlegungsbox in zwei Stufen mechanisch arretierbar ist, wobei in einer der beiden Stufen die Anschlüsse elektrisch unterbrochen sind. Die Signalfestlegungsbox kann dann sozusagen zunächst in einer Parkposition fixiert werden und nach Kontrolle, dass die vorgenommenen Steckverbindungen richtig sind, in die endgültige Arbeitsposition hereingedrückt werden.
Besondere Vorteile ergeben sich außerdem, wenn der für ein bestimmtes eigensicheres Paar von feldseitigen Anschlüssen wirksame leistungsbegrenzende Widerstand auf mehrere Einzelwiderstände aufgeteilt ist. Die am jeweiligen Ort des Einzelwiderstands generierte thermische Leistung ist dann geringer und die verwendeten Gehäuse können kleiner und weniger aufwendig gebildet sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglich in diesem Zusammenhang eine sehr große Flexibilität insoweit, als die für ein bestimmtes eigensicheres Paar von feldsei- tigen Anschlüssen für die Leistungsbegrenzung wirksamen Widerstände teilweise oder vollständig in dem Multifunktionsmodul, dem Anschlussmodul und/oder der Signalfestlegungsbox untergebracht sein können. Die jeweiligen unterschiedlichen eigensicheren Paare von feldseitigen Anschlüssen können außerdem unterschiedliche Kennwerte aufweisen.
Schließlich ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mehrkanalige Ausführungen, die zum Anschließen von mehreren identischen oder unterschiedlichen Feldgeräten gebildet sind.
Ein besonderer Vorteil der variablen Positionierungsmöglichkeiten der für die für Eigensicherheit notwendigen Widerstände besteht außerdem darin, dass auch redundante Anordnungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich sind. Das bedeutet, dass gleichzeitig aktive erfindungsgemäße Vorrichtungen parallel geschaltet werden können, also parallel an Feldgeräte im explosionsgeschützten Bereich angeschlossen werden können, ohne dass die Kennwerte der Eigensicherheit dadurch beein- flusst oder beeinträchtigt werden.
Ein besonders wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht schließlich darin, dass mit genau zwei steuerseitigen Anschlüssen alle Betriebsarten, also Analog-Eingang, Analog-Ausgang, Digital-Eingang und Digital-Ausgang darstellbar sind, das heißt, dass die entsprechenden Feldgeräte in diesen Betriebsarten versorgt, angesteuert und/oder ausgewertet werden können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
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 für eine erfindungsgemäße Vorrichtung; Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Signalfestlegungsbox für eine erfindungsgemäße Vorrichtung; und
Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Gleiche und gleich wirkende Komponenten sind in den Figuren in der Regel mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 wird mit Bezug auf Fig. 1 erläutert. Die darin dargestellte Vorrichtung weist als wesentliche Bestandteile einen Stromübertrager 60 mit Übertragungsverhältnis 1 :1 , zwei steuer- seitige Anschlüsse 51 , 52 und außerdem feidseitige Anschlüsse 61 , 62, 63 auf. Über die steuerseitigen Anschlüsse 51 , 52 kann die Vorrichtung 10 an eine Steuerung 70 angeschlossen werden. Über die Anschlüsse 51 , 52 werden bidirektional Stromsignale oder Spannungssignale übermittelt. Zum Bereitstellen von eigensicheren feldseitigen Anschlüssen 61 , 62, 63 sind Zenerdioden 81 , 82 und Widerstände 71 , 72 vorhanden. Hier sind auch Crowbar-Schaltungen möglich.
Um den dritten feldseitigen Anschluss 63 zum Einsatz für Namur-Feldgeräte anzupassen, sind außerdem Elektronikmittel 80 vorhanden. Mit diesen Elektronikmitteln wird sichergestellt, dass am dritten feldseitigen Anschluss 63 ein Binäreingang oder Digitaleingang mit Standardpegeln gemäß der Norm EN 60947-5-6 (NAMUR) möglich ist. Bei dem ersten feldseitigen Anschluss 61 handelt es sich um einen Anschluss, der als Bezugspotential dient. Der zweite feidseitige Anschluss 62 kann konfiguriert werden als Analogeingang 4 bis 20 mA, Analogausgang 4 bis 20 mA und als Digital- oder Binärausgang für ein Schaltsignal. Typische Kennwerte sind hierbei 24 V/45 mA. Erfindungsgemäß außerdem vorhandene Signalfestlegungsmittel sind in Figur 1 nicht dargestellt. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann optional ein schematisch dargestellter Umschalter 68 vorgesehen sein, mit welchem entweder der zweite feidseitige Anschluss 62 oder der dritte feidseitige Anschluss 63 auf einen äußeren Kontakt 67 schaltbar ist. Dieser äußere Kontakt 67 kann dann beispielsweise mit Hilfe einer Steckverbindung weiter verdrahtet werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit Bezug auf die Fig. 2 erläutert. Der wesentliche Unterschied des Beispiels aus Fig. 2 im Vergleich zu Fig. 1 besteht darin, dass Signalfestlegungsmittel 20 konkret dargestellt sind, die im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Funktionseinheit 30 und eine Signalfestlegungsbox 22 gebildet sind. Die Funktionseinheit 30 ist dabei zusammen mit dem Übertrager 60 und eigensicheren Spannungsversorgungen V1 , 72, V2, 73 in einem Multifunktionsmodul 40, welches bevorzugt in einem separaten Gehäuse untergebracht ist, angeordnet. Die Anschlüsse der Spannungsversorgung sind dabei der Funktionseinheit 30 über Anschlüsse 31 , 32, 33 zugeführt. Das Multifunktionsmodul 40 ist über Steckverbindungen mit einem Anschlussmodul 50 verbunden, auf welches außerdem die Signalfestlegungsbox 22 aufgesteckt ist. Ausgänge der Funktionseinheit 30 sind dabei mit Anschlüssen 25, 26 der Signalfestlegungsbox 22 verbunden. Außerdem sind an dem Anschlussmodul 50 der erste feldseitige Ausgang 61 , der zweite feldseitige Ausgang 62 und der dritte feldseitige Ausgang 63 gebildet, an welchen Feldgeräte 92, 93 im explosionsgeschützten Bereich 90 angeschlossen werden können. Zwischen der Funktionseinheit 30 und dem feldseitigen Anschluss 61 ist ein Widerstand 82 geschaltet, der für die Strom- oder Leistungsbegrenzung wirksam ist. Die Grenze zum explosionsgeschützten Bereich ist durch eine gestrichelte vertikale Linie 91 dargestellt.
Prinzipiell kann bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Signalfestlegungsbox 22 eine Umschaltfunktionalität bereitgestellt werden dergestalt, dass nur einer der feldseitigen Anschlüsse 62 oder 63 tatsächlich nach außen geführt und dort, beispielsweise mit Hilfe einer Steckverbindung, kontaktierbar ist. Prinzipiell sind aber auch Ausgestaltungen wie in Fig. 2 möglich, bei denen prinzipiell auch zwei Feldgeräte 92, 93 im explosionsgeschützten Bereich 90 an die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 angeschlossen werden können.
Die wesentliche erfindungsgemäße Funktionalität besteht darin, dass mit Hilfe der Funktionseinheit 30 und der Signalfestlegungsbox 22 die Funktionalität der feldseitigen Anschlüsse 61 , 62, 63 in einer jeweils gewünschten Weise und im Hinblick auf ein anzuschließendes Feldgerät 92, 93 angepasst wird. Beispielsweise kann eine Konfiguration so vorgenommen werden, dass zwischen dem ersten feldseitigen Anschluss 61 und dem zweiten feldseitigen Anschluss 62 ein Analoginput 4 bis 20 mA- Stromsignal, ein Analogausgang 4 bis 20 mA-Stromsignal oder ein Digitalausgangs- schaltsignal mit typischen Kennwerten von bis 24 V/45 mA oder höher bereitgestellt oder empfangen werden kann. Der dritte feldseitige Anschluss 63 kann zusammen mit dem ersten feldseitigen Anschluss 61 für Namur-Sensoren gemäß EN 60947-5-6, also mit Kennwerten mit typisch 8 V, 8 mA konfiguriert werden.
Die Signalfestlegungsbox 22 kann prinzipiell einfach aufgebaut sein. Beispiele hierfür sind in den Figuren 3 und 4 gezeigt. In Fig. 3 ist zwischen den Anschlüssen 26 und 27, die in einem Gehäuse 28 gebildet sind und die insbesondere als Steckkontakte ausgeführt sein können, ein Widerstand 84 fest verdrahtet montiert. Fig. 4 zeigt ein entsprechendes Beispiel, bei dem zwischen den Anschlüssen 25 und 27 ein Widerstand 86 fest verbunden ist.
Die Widerstände 84, 86 sind jeweils im Hinblick auf die Strom- oder Leistungsbegrenzung für die Eigensicherheit wirksam.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 wird mit Bezug auf Fig. 5 erläutert. Die wesentlichen Unterschiede im Vergleich zu dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen darin, dass eine weitere Spannungsquelle V3, 74 vorhanden ist und dass die Konfigurierung, also die Festlegung der Funktionalität der feldseitigen Ausgangsanschlüsse 61 , 62, 63 ausschließlich über die Funktionseinheit 30 in dem Multifunktionsmodul 40 bewerkstelligt wird. Wie ersichtlich, sind außerdem in dem Anschlussmodul 50 weitere Widerstände 87, 88 in einer Reihenschaltung angeordnet, welche ebenfalls für die Strombegrenzung oder Leistungsbegrenzung für die Eigensicherheit wirksam sind. Wesentlich bei diesem Ausführungsbeispiel ist, dass die für die Eigensicherheit notwendigen ström- oder leistungsbegrenzenden Widerstände auf unterschiedliche Komponenten aufgeteilt sind.
Die dritte Spannungsquelle V3, 74 ist dabei mit der Funktionseinheit 30 über einen Anschluss 34 verbunden. Die Funktionseinheit 30 ist in Richtung des explosionsgeschützten Bereichs über Anschlüsse 56, 57, 58, 59 mit dem Anschlussmodul 50 verbunden.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine softwaremäßige Rangierung durchgeführt werden kann und dass eine Rangierebene entfallen kann. Außerdem kann durch die Aufteilung der für die Strombegrenzung oder Leistungsbegrenzung wirksamen Widerstände auf unterschiedliche Komponenten die Verlustleis- tung an den einzelnen Orten in der Vorrichtung reduziert werden. Schließlich ist prinzipiell auch ein redundanter Betrieb möglich, das heißt, mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen, die auch als Ein-Ausgabemodule bezeichnet werden können, können parallel an Feldgeräte angeschlossen werden, ohne dass es zu einer Stromverdoppelung für die Kennwerte der eigensicheren Schnittstelle kommt.
Mit der vorliegenden Erfindung wird demgemäß eine Vorrichtung bereitgestellt, die auch als Ein-Ausgabemodul bezeichnet werden kann, welche eigensichere Ein- Ausgabekreise aufweist, und bei dem die Signalübertragung in allen Betriebsarten in genau einem Stromübertrager erfolgt. Bei ein und demselben Modul können 4 bis 20 mA-Sensoren, 4 bis 20 mA-Aktuatoren, Binärventile und Binärsensoren gemäß EN 60947-5-6 angeschlossen werden. Der binäre Eingang nach EN 60947-5-6 arbeitet zwangsläufig mit geringeren Strömen als 20 mA und kann bevorzugt über eine spezielle Schaltung zur Adaption an das nachgeschaltete Steuerungssystem im Strompegel angepasst werden. Das betrifft die Anwendung für Namur-Sensoren. Alternativ kann der Umfang der Funktionalität durch einen auswechselbaren Signal- Designator, der auch als Signalfestlegungsbox bezeichnet wird, erweitert werden. Hierbei kann die Signalfestlegungsbox Teil des Multifunktionsmoduls sein oder sich auch auf einem Anschlussmodul, das auch als Terminationboard bezeichnet wird, befinden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zur Kontaktierung des Steuerungssystems einheitlich zwei Anschlüsse für alle Betriebsarten auf.
Um leistungsstarke Binärventile im explosionsgeschützten Bereich ansteuern zu können, kann der Stromübertrager bevorzugt so eingerichtet sein, dass er deutlich über dem Wert der üblichen 4 bis 20 mA Steuerkreise hinaus, beispielsweise also bis 40 mA oder mehr, arbeitet.
Um Binärventile ansteuern zu können, wird der Stromübertrager bevorzugt mit 24 V Gleichspannungssignal auf der Wartenseite angesteuert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält bevorzugt mehrere eigensichere Spannungsversorgungen. Der für die Bereitstellung der Eigensicherheit insgesamt wirksame Widerstand kann sich teilweise oder ganz im Multifunktionsmodul und/oder in dem Anschlussmodul befinden. Leitungsfehler, Kurzschluss- oder Leitungsbruch im Feldstromkreis im explosionsgeschützten Bereich können durch Stromänderungen im Ausgangskreis durch das angeschlossene Steuerungssystem ausgewertet und im Prinzip festgestellt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die auch als multifunktionales Interfacemodul bezeichnet werden kann, kann neben dem analogen Messwert auch SMART- Signale, zum Beispiel HART, bidirektional übertragen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die auch als multifunktionales Ein-/ Ausgangsmodul bezeichnet werden kann, ermöglicht den Anschluss von unterschiedlichen analogen und binären Sensoren beziehungsweise Aktuatoren an ein Klemmenpaar, also an ein eigensicheres Paar von feldseitigen Anschlüssen. Nur der binäre Eingang, der für Feldgeräte mit binärer oder digitaler Ausgangsfunktionalität erfindungsgemäß vorhanden ist, benötigt für den Fall, dass keine Signalfestlegungsbox und kein Umschalter verwendet wird, einen separaten Anschluss. Die Anschlüsse sind bevorzugt für die Zündschutzart Eigensicherheit nach IEC 60-079-11 eingerichtet. Die eigensicheren Spannungsbegrenzungen befinden sich bevorzugt in einem Multifunktionsmodul. Die eigensicheren ström- oder leistungsbegrenzenden Widerstände können ganz oder teilweise in dem Multifunktionsmodul oder auf einem, insbesondere separaten, Anschlussmodul angeordnet sein. Auf der Steuerungsseite sind für alle Betriebsarten zwei Anschlusspunkte, also zwei steuerseitige Anschlüsse ausreichend. Hierdurch ist die Voraussetzung für die Nutzung von aktuell verwendeten Steuerungssystemen mit einer sogenannten Software-Rangierung gegeben. Durch eine Anordnung der für die Eigensicherheit leistungsbegrenzenden Widerstände auf einem Anschlussmodul können auch redundante Signalübertragungen ohne Einfluss auf die Kennwerte der Eigensicherheit verwirklicht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum eigensicheren Versorgen, Ansteuern und/oder Auswerten von Feldgeräten im explosionsgeschützten Bereich
mit einem Stromübertrager (60) zum Bereitstellen einer galvanischen Trennung zwischen einer Steuerung (70) und dem explosionsgeschützten Bereich (90),
mit steuerseitigen Anschlüssen (51 , 52) zum Verbinden mit der Steuerung (70) und
mit einem ersten und einem zweiten feldseitigen Anschluss (61 , 62) zum Verbinden mit anzuschließenden Feldgeräten (92, 93), wobei der zweite feldseitige Anschluss (62) dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem ersten feldseitigen Anschluss (61) Feldgeräte mit analoger Funktionalität zu versorgen, anzusteuern und/oder auszuwerten,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der zweite feldseitige Anschluss (62) dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem ersten feldseitigen Anschluss (61) Feldgeräte mit digitaler Eingangsfunktionalität zu versorgen, anzusteuern und/oder auszuwerten,
dass ein dritter feldseitiger Anschluss (63) vorhanden ist, der dazu eingerichtet ist, zusammen mit dem ersten feldseitigen Anschluss (61) Feldgeräte (92, 93) mit digitaler Ausgangsfunktionalität zu versorgen, anzusteuern und/oder auszuwerten, und
dass Signalfestlegungsmittel (20) vorhanden sind zum Aktivieren und/oder Festlegen einer Funktionalität des zweiten und/oder des dritten feldseitigen Anschlusses.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere, insbesondere verschiedene, Widerstände zum Verwirklichen von eigensicheren Paaren von feldseitigen Anschlüssen mit unterschiedlichen Kennwerten vorhanden 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 Elektronikmittel (40) zum Anpassen eines Strompegels des dritten feldseitigen Anschlusses (63) vorhanden sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Signalfestlegungsmittel (20) eine Signalfestlegungsbox (22) vorhanden ist und
dass in der Signalfestlegungsbox (22) fest verdrahtete passive Bauelemente (84, 86) vorhanden sind, durch welche die Funktionalität mindestens eines Paars von feldseitigen Ausgängen (61, 62; 61, 63) festgelegt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Anschlussmodul (50) vorhanden ist, an dem die feldseitigen Anschlüsse (61, 62, 63) zum Anschließen der Feldgeräte (92, 93) und Anschlüsse (56, ..,59) zum Verbinden mit dem Multifunktionsmodul (40) gebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Anschlussmodul (50) zum Bereitstellen von Paaren von eigensicheren feldseitigen Anschlüssen (61, 62; 61, 63) mit unterschiedlichen Kennwerten unterschiedliche Widerstände vorhanden sind, die mit feldseitigen Anschlüssen fest verdrahtet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalfestlegungsbox (22) Steckverbindungen zum Verbinden mit dem Anschlussmodul (50) und/oder dem Multifunktionsmodul (40) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalfestlegungsbox (22) in zwei Stufen mechanisch arretierbar ist, wobei in einer der beiden Stufen die Anschlüsse elektrisch unterbrochen sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der für ein bestimmtes eigensicheres Paar (61, 62; 61, 63) von feldseitigen Anschlüssen wirksame leistungsbegrenzende Widerstand auf mehrere Einzelwiderstände aufgeteilt ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die für ein bestimmtes eigensicheres Paar von feldseitigen Anschlüssen für die Leistungsbegrenzung wirksamen Widerstände teilweise oder vollständig in dem Multifunktionsmodul (40), dem Anschlussmodul (50) und/oder der Signalfestlegungsbox (22) untergebracht sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass unterschiedliche eigensichere Paare von feldseitigen Anschlüssen unterschiedliche Kennwerte aufweisen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
die mehrkanalig zum Anschließen von mehreren Feldgeräten (92, 93) gebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Umschalter (68) vorhanden ist, mit welchem entweder der zweite feldseitige Anschluss (62) oder der dritte feldseitige Anschluss (63) auf einen Kontakt (67) schaltbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass genau zwei steuerseitige Anschlüsse (51, 52) vorhanden sind, mit welchen Feldgeräte in den Betriebsarten Analog-Eingang, Analog-Ausgang, Digi- tal-Eingang und Digital-Ausgang versorgt, angesteuert und/oder ausgewertet werden können.
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