WO2023066618A1 - Eigensicheres feldgerät der automatisierungstechnik - Google Patents

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WO2023066618A1
WO2023066618A1 PCT/EP2022/076763 EP2022076763W WO2023066618A1 WO 2023066618 A1 WO2023066618 A1 WO 2023066618A1 EP 2022076763 W EP2022076763 W EP 2022076763W WO 2023066618 A1 WO2023066618 A1 WO 2023066618A1
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WO
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field device
current
diodes
shunt resistor
intrinsically safe
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Application number
PCT/EP2022/076763
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English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Weidenbruch
Harald SCHÄUBLE
Julian Bockstaller
Original Assignee
Endress+Hauser SE+Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/008—Intrinsically safe circuits

Definitions

  • the invention relates to an intrinsically safe field device in automation technology for use in a potentially explosive area.
  • field devices are often used which are used to record and/or influence process variables.
  • Sensors such as level meters, flow meters, pressure and temperature meters, pH redox potential meters, conductivity meters, etc.
  • process variables which record the corresponding process variables level, flow rate, pressure, temperature, pH value or conductivity.
  • Actuators such as valves or pumps, which can be used to change the flow of a liquid in a pipeline section or the fill level in a container, are used to influence process variables.
  • field devices are also understood to mean, in particular, remote I/Os, radio adapters or devices in general that are arranged at the field level.
  • Endress+Hauser manufactures and sells a large number of such field devices.
  • field devices are available as so-called 2-wire versions (two-wire field device).
  • the field device is supplied with energy via the same pair of wires (two-wire wire) that is also used for communication.
  • Two-wire field devices are designed in such a way that the measured value is communicated, i.e. transmitted, in analog form via the two-wire wiring or the two-wire line.
  • the transmission is usually based on the 4 to 20 mA standard.
  • bus-fed field devices in the existing automation systems, which are connected to one another and to at least one higher-level unit via a field bus that is common in automation technology.
  • the bus-fed field devices known from the prior art are designed in such a way that the measured value is communicated digitally via the fieldbus.
  • the field devices can communicate data according to the Profibus standard, in particular Profibus PA/FF.
  • Profibus PA/FF Profibus PA/FF.
  • potentially explosive areas In the process industry in particular, but also in automation technology, physical or technical variables must often be measured or determined by the field devices in areas in which there is a potential risk of explosion, so-called potentially explosive areas.
  • suitable measures in the field devices and evaluation systems e.g. voltage and current limitation
  • the electrical energy in the signal to be transmitted can be limited in such a way that this signal under no circumstances (short circuit, interruptions, thermal effects, ...) can trigger an explosion.
  • Corresponding protection principles have been defined for this in IEC EN DIN 60079-ff.
  • the "intrinsic safety" type of protection is based on the principle of current and voltage limitation in a circuit.
  • the energy of the circuit which could be able to ignite an explosive atmosphere, is limited in such a way that the surrounding explosive atmosphere cannot be ignited either by sparks or by impermissible heating of the electrical components.
  • the "intrinsic safety" type of protection defines three protection levels: Ex-ia, Ex-ib and Ex-ic.
  • Level a defines the highest level at which the combination of two countable faults must not lead to a malfunction and thus cause an ignition (2-fault safety).
  • Level b defines that a countable error must not lead to a malfunction and thus cause an ignition (1-error security). Accordingly, at level c, no error security is defined, so that an ignition can already be caused in the event of a malfunction (0 error security).
  • a critical area with regard to the intrinsic safety (Ex-i) type of protection for field devices is the shunt resistor, which is used to measure or read back the loop current.
  • the shunt resistor In normal operation, the shunt resistor generally only drops a few mV. This voltage is used as feedback to regulate the current consumption of the device and, if necessary, as an input value for digital communication (HART, Profibus PA, or Foundation Fieldbus FF).
  • the devices form a controllable current sink, whereby the current can also be an analog current interface (4-20mA current interface) or a digital bus signal on this Loop current can be modified (HART or Manchester-Bus-Powered as with Profibus PA or Foundation Fieldbus).
  • the shunt resistor becomes highly resistive or tears off the printed circuit board, the entire terminal voltage of the device is present at the point of the resistor.
  • these shunt resistors must either have a sufficient distance (separation distance according to Table 5 of the standard IEC EN DIN 60079-1 1 ) to the other field device electronics or triple be implemented redundantly in order to prevent an unsafe state (inadmissibly high voltage) of the field device from occurring in the event of a fault.
  • the invention is therefore based on the object of proposing an intrinsically safe field device for automation technology with field device electronics which can be implemented more cost-effectively and which requires even less space on a printed circuit board.
  • the inventive intrinsically safe field device of automation technology for use in a potentially explosive area comprises: a first and a second connection terminal for connecting a two-wire line via which a current can be supplied; a sensor and/or actuator element for detecting and/or setting a process variable; field device electronics connected to the first and second connection terminal, which conducts the current that can be supplied via the two-wire line via a current path from the first to the second connection terminal, the field device electronics being set up to convert the process variable detected via the sensor element, in particular by setting the current to a corresponding value to be transmitted via the two-wire line and/or to receive a process variable to be set by the actuator element, in particular by reading out the current, via the two-wire line and to set the actuator element accordingly, with the field device electronics having a shunt resistance circuit with a current path introduced Has a shunt resistor and two diodes connected in parallel to the shunt resistor, the diodes being connected in such a way that the diodes are placed in the flow direction in the current path
  • two diodes which are connected parallel to the shunt resistor in the flow direction, limit the voltage at the shunt resistor in the event of a fault, so that the requirements of the standard IEC EN DIN 60079-11 are met.
  • the solution according to the invention offers the advantage that it can be implemented in a more space-saving manner and is more cost-effective than a solution that is comparable from the prior art.
  • the shunt resistor (30) has a resistance value in the range of 5-40 ohms, preferably 7-30 ohms, particularly preferably in the range of 10-25 ohms.
  • a further advantageous embodiment of the intrinsically safe field device used in automation technology provides that the diodes are silicon diodes with a forward voltage of approximately 0.6 to 0.7 V.
  • a further advantageous embodiment of the intrinsically safe field device used in automation technology provides that the field device electronics are set up to transmit a value corresponding to the process variable according to the Profibus PA or Foundation Fieldbus FF standard and/or a value corresponding to the process variable for setting the actuator element according to the Profibus PA or Foundation Fieldbus FF standard to receive.
  • the configuration can provide that the shunt resistance circuit also has an inductance (L) connected in series with the shunt resistance to increase the stability of communication in accordance with the Profibus PA or Foundation Fieldbus FF standard, and the diodes being connected in parallel with the shunt Resistance and inductance are connected.
  • a further advantageous embodiment of the intrinsically safe field device used in automation technology provides that the field device electronics have a bridge rectifier, which is connected to the connection terminals on the input side and which is set up to rectify a terminal voltage present on the input side and to make it available on the output side to supply energy to the field device electronics.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a field device 10, which is connected via a first and second connection terminal 30a and 30b to a two-wire line 14 for signal and energy transmission.
  • the two-wire line 14 is in turn connected to a higher-level unit 12 at the other end.
  • the field device 10 is a measuring point in which a measured value or process variable (for example temperature, pressure, humidity, filling level, flow rate) is recorded with the aid of a sensor 16 .
  • a measured value or process variable for example temperature, pressure, humidity, filling level, flow rate
  • the field device could just as well be an actuator point in which a process variable is set with the aid of an actuator.
  • the field device 10 does not contain its own energy source, but draws the supply current required for operation via the two-wire line 14. This can be provided, for example, by a voltage source 18 contained in the superordinate unit 12. A measured value signal representing the measured value just measured is transmitted from the field device 10 to the superordinated unit 12 via the same two-wire line 14 .
  • the transmission of the measured values can take place analogously or digitally via the two-wire line 14 to the superordinate unit.
  • the analog measured value transmission is based on a signal current Is flowing over the two-wire line 14, which can change between two specified values (usually the current values 4 mA and 20 mA), being set according to the measured value.
  • the field device 10 For measured value acquisition, the field device 10 in turn contains the already mentioned sensor 16 and a transducer circuit 20 connected to it, which is connected via a control line 22 controls a controllable current regulator 32 in such a way that the measurement current Is is set to a value (signal current) that represents the measured value measured.
  • the signal current Is is conducted in the field device 10 by means of internal field device electronics through a current path 50 from the first to the second connection terminal 30a, 30b.
  • the current Is can be adjusted via a controllable current regulator or current sink 32 introduced into the current path 50 .
  • the current control is controlled accordingly by a signal emitted by the transducer circuit 20 at the output, which is fed via the control line 22 as a control signal to the current control system 32 .
  • the signal current Is flowing in the two-wire line is thus set by appropriate control of the current regulator or current sink 32 .
  • the current regulation or current sink can comprise a transistor, for example, which is regulated via the control signal from the measuring converter circuit 20 .
  • the field device is designed as an actuator, i.e. has an actuator instead of a sensor, there is no current control.
  • the signal current Is also assumes the lower value of the signal current range.
  • the signal current Is assumes the upper value of the signal current range.
  • the signal current Is assumes the upper value of the signal current range.
  • a value of 20 mA With the usual 4-20 mA technology, a value of 20 mA.
  • the superordinated unit 12 includes an evaluation circuit 26 which obtains the measured value information from the signal current Is transmitted via the two-wire line 14 .
  • a measuring resistor 28 is inserted in the two-wire line, across which a voltage UM is produced which is proportional to the signal current Is transmitted via the two-wire line and which is fed to the evaluation circuit 26 .
  • the voltage source 18 supplies a direct voltage Uv, and the measurement current Is is a direct current.
  • the field device 10 can also be designed for digital measured value transmission, for example according to the Profibus Standard PA or according to the Foundation Fieldbus Standard FF, via the two-wire line.
  • the current control or current sink 32 is set to a fixed/unchangeable basic current value Is in the range from 10 to 40 mA, usually approx , set, to which a digital current signal corresponding to the measured value is then sent is modulated (Manchester coding without mean value, with a current/amplitude modulation of Is ⁇ 9 mA).
  • the higher-level unit includes a segment coupler that is set up to convert the digital Profibus PA signal and to supply the Profibus PA field device with energy.
  • the field device is designed as a Profibus PA field device, it must also have reverse polarity protection 31, whereas if the field device is designed as a two-wire field device or as an FF field device, it can optionally have reverse polarity protection.
  • the reverse polarity protection can be implemented in the form of a bridge rectifier circuit 31 .
  • the bridge rectifier circuit 31 is designed in such a way that the terminal voltage Uk present at the connection terminals is present on the input side and a polarity-independent operating voltage Ub is made available on the output side.
  • the field device also includes a low-impedance shunt resistor circuit 33a, 33b, 33c, via which the set signal current Is is read back through the measuring transducer circuit 20 by means of a readback line 23.
  • the shunt resistor as shown in FIG.
  • Such shunt resistors 33a, 33b, 33c are essential for controlling the current signal according to a measured value determined by the sensor for a field device and typically have a total resistance value in the range of 5-40 ohms, preferably 7-30 ohms, particularly preferably in the range of 10 -25 ohms on.
  • the voltage U_Shunt is therefore proportional to the current Is flowing through the field device.
  • the voltage drop across the shunt resistance circuit 33a, 33b, 33c is fed to the measuring converter circuit in order to control the signal current Is to be set.
  • the shunt resistance circuit is designed with a single resistor and is spaced apart from the other electronic components of the field device electronics in accordance with the specifications from standard 60079-11, Table 5.
  • the field device 10 also contains a voltage regulator 36, for example in the form of a switching or linear regulator, the task of which is to generate an operating voltage for the transducer circuit 20 and the sensor 16 that is as constant as possible.
  • the input voltage for the voltage regulator 36 can be provided, for example, by a voltage source 34, in particular in the form of a capacitor.
  • the voltage source 34 supports the input voltage or terminal voltage Uk, which is provided by the voltage source 18 contained in the superordinate unit 12 .
  • the voltage source 34 thus serves as a "source" for the connected circuit parts, in particular for the voltage regulator 36.
  • the use of the voltage regulator 36 in conjunction with the voltage source 34 enables the transducer circuit 20 and the sensor 16 to always be provided with the highest possible performance.
  • the voltage regulator 36 ensures that, despite an increase in its input voltage Ue, the operating voltage of the transducer circuit 20 and the sensor 16 is kept at a constant value, so that an increase in the input voltage Ue at the voltage regulator 36 means that a higher input power is available, which also enables a higher output power.
  • the field device 10 can have a voltage-limiting circuit 35 as part of the explosion protection unit 35 , 38 .
  • the voltage limiting circuit 35 is connected in parallel to the external voltage source 18 between the first and second connection terminals 30a, 30b.
  • the field device can have a current-limiting circuit 38 for current limitation as part of the explosion protection unit.
  • the current-limiting circuit is connected in series with the connection terminals 30a, 30b and the voltage-limiting circuit 35, respectively.
  • the voltage limiting circuit 35 can be formed, for example, from three diodes connected in parallel with one another (in order to be able to ensure 2-fault security), in particular Z diodes.
  • the diodes are arranged in such a way that voltages that can be induced by inductances located behind them in terms of circuitry and/or voltages that can be generated unintentionally by other circuit parts located behind them in terms of circuitry are limited to the connection terminals 30a, 30b.
  • the connection terminals 30a, 30b In the in Fig.
  • the diodes are connected in such a way that the cathodes are each connected to the connection terminal 30a and the anodes are each connected to the connection terminal 30b.
  • the current-limiting circuit 38 can also be formed, for example, from three diodes connected in series with one another, in particular Shottky diodes. The diodes are arranged in such a way that an undesired flow of current out of the field device electronics via the connection terminals 30a, 30b is avoided.
  • the diodes connected in series are connected in such a way that the anodes are each directed towards the connection terminal 30a and the cathodes are each directed away from the connection terminal 30a.
  • the diodes In order to be able to meet the requirements of the "intrinsic safety" type of protection and thus be able to provide an intrinsically safe field device, the diodes must be arranged on a printed circuit board of the field device electronics in accordance with the prior art in such a way that the separation distances according to Table 5 of the standard IEC EN DIN 60079-11, published in June 2012, are fulfilled.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the shunt resistance circuit 39a, 39b, 39c according to the invention.
  • This includes a (single) shunt resistor 39a and two diodes 39b, 39c, in particular two silicon diodes, which are connected in parallel with the shunt resistor 39a.
  • the diodes 39b, 39c are connected in such a way that they are connected in the forward direction for the signal current Is. In the example shown in FIG. 2, therefore, such that the cathodes are each directed towards the second connection terminal 30b and the anodes are each directed away from the second connection terminal 30b.
  • the diodes 39b, 39c are advantageously in the form of SMD (surface-mounted device) components.
  • the shunt resistance circuit 39a, 39b, 39c can also have an inductance L connected in series with the shunt resistance 39a, which is used to increase the stability of a communication. This is necessary, for example, when the field device is set up to transmit and/or receive the process variable in accordance with the Profibus PA or the Foundation Fieldbus FF standard.
  • the (single) shunt resistor 39a has a resistance value in the range of 5-40 ohms, preferably 7-30 ohms, particularly preferably in the range of 10-25 ohms. In normal operation (fault-free operation), a shunt voltage UShunt of only a few mV drops across the shunt resistor 39a.
  • This shunt voltage UShunt is significantly smaller than a forward voltage dropping across the diodes during normal operation, UFIuss, which is typically around 0.6 to 0.7 V for silicon diodes. Therefore, the voltage tapped off at the voltage tapping point 21, which is transmitted to the transducer circuit 20 via the readback line 23 and through which the set signal current Is is read back, is not corrupted by the diodes 39b, 39c connected in parallel.
  • diodes are chosen that have a small forward current to minimize corruption of the current read back by the shunt resistor circuit. This means that depending on the characteristics of the field device, different diodes can be used.
  • diodes can be used that have a higher current in the forward direction than if the field device is designed for analog measured value transmission.
  • diodes can be used which, in the corresponding operating voltage range, typically 40mV - 400 mV, have a current in the forward direction of less than or equal to 1 mA (l D ⁇ 1 mA), preferably less than or equal to 0.8mA (ID ⁇ 0.8 mA), particularly preferably less than or equal to 0.7 mA (ID ⁇ 0.7 mA).
  • diodes can be used, for example, which, in the corresponding operating voltage range, typically 40mV - 400 mV, have a current in the forward direction of less than or equal to 100 pA (ID ⁇ 100 pA), preferably less than equal to 50 pA (ID ⁇ 50 pA), particularly preferably less than or equal to 10 pA (ID ⁇ 10 pA).
  • the voltage drop across the shunt resistor circuit is reduced to the forward voltage of the diodes, i.e. 0.6 to 0.7 V when using silicon diodes, for example. limited by the diodes 39b, 39c.
  • a specified separation distance according to the standard IEC EN DIN 60079-11, Table 5 can be reduced to a minimum.
  • Higher level unit e.g. programmable logic controller

Abstract

Eigensicheres Feldgerät der Äutomatisierungstechnik zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich umfassend: - zwei Anschlussklemmen (30a, 30b) zum Anschließen einer Zweidrahtleitung (14); - ein Sensor- und/oder Aktorelement (16) zum Erfassen und/oder Stellen einer Prozessgröße; - eine mit der ersten und zweiten Anschlussklemme (30a, 30b) verbundene Feldgeräteelektronik, die einen über die Zweidrahtleitung zuführbaren Strom (Is) über einen Strompfad (50) führt, wobei die Feldgeräteelektronik dazu eingerichtet ist, die über das Sensorelement (16) erfasste Prozessgröße über die Zweidrahtleitung zu übertragen und/oder eine durch das Aktorelement (16) zu stellende Prozessgröße über die Zweidrahtleitung zu empfangen und das Aktorelement (16) entsprechend zu stellen, wobei die Feldgeräteelektronik eine Shunt-Widerstandsschaltung (39a, 39b, 39c) mit einem in den Strompfad eingebrachten Shunt-Widerstand (39a) und zwei jeweils zu dem Shunt-Widerstand parallel geschaltete Dioden (39b, 39c) aufweist, wobei die Dioden (39b, 39c) derartig verschaltet sind, dass die Dioden (39b, 39c) in Flussrichtung in den Strompfad (50) eingebracht sind.

Description

Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik
Die Erfindung bezieht sich auf ein eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevanten Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also insbesondere auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
Viele Feldgeräte sind als sogenannte 2-Leiter Versionen (Zweileiterfeldgerät) erhältlich. Hierbei erfolgt die Energieversorgung des Feldgeräts über das gleiche Leitungspaar (Zweileiterdraht) über das auch die Kommunikation erfolgt.
Zweileiterfeldgeräte sind derartig ausgebildet, dass der Messwert analog über die Zweileiterverdrahtung bzw. die Zweidrahtleitung kommuniziert, d.h. übertragen, wird. Die Übertragung basiert hierbei für gewöhnlich auf dem 4 bis 20 mA Standard. Daneben findet sich in den bestehenden Automatisierungsanlagen auch noch eine Vielzahl von busgespeisten Feldgeräten, die über einen in der Automatisierungstechnik gängigen Feldbus miteinander und zu mindestens einer übergeordneten Einheit verbunden sind.
Die aus dem Stand der Technik bekannten busgespeisten Feldgeräte sind derartig ausgebildet, dass der Messwert digital über den Feldbus kommuniziert wird. So können die Feldgeräte bspw. gemäß dem Profibus-Standard, insbesondere Profibus PA/FF, Daten kommunizieren. Insbesondere in der Prozessindustrie aber auch der Automatisierungstechnik müssen physikalische oder technische Größen durch die Feldgeräte oftmals in Bereichen gemessen bzw. ermittelt werden, in denen potentiell Explosionsgefahr besteht, sogenannte explosionsgefährdete Bereiche. Durch geeignete Maßnahmen in den Feldgeräten und Auswertesystemen (wie z. B. Spannungs- und Strombegrenzung) kann die elektrische Energie in dem zu übermittelnden Signal so begrenzt werden, dass dieses Signal unter keinen Umständen (Kurzschluss, Unterbrechungen, thermische Effekte, ...) eine Explosion auslösen kann. Hierfür sind in der lEC EN DIN 60079-ff entsprechende Schutzprinzipien festgelegt worden.
Gemäß dieser Norm sind, basierend auf den anzuwendenden Zündschutzarten, konstruktive und schaltungstechnische Maßnahmen für die Feldgeräte zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen definiert. Einer dieser Zündschutzarten stellt die Zündschutzart „Eigensicherheit“ (Kennzeichnung Ex-i, IEC EN DIN 60079-11 , veröffentlicht Juni 2012) dar.
Die Zündschutzart „Eigensicherheit“ basiert auf dem Prinzip der Strom- und Spannungsbegrenzung in einem Stromkreis. Die Energie des Stromkreises, die in der Lage sein könnte, eine explosionsfähige Atmosphäre zum Zünden zu bringen, wird dabei so begrenzt, dass weder durch Funken noch durch unzulässige Erwärmung der elektrischen Bauteile die Zündung der umgebenden explosionsfähigen Atmosphäre stattfinden kann.
Die Zündschutzart „Eigensicherheit“ definiert dabei drei Schutzniveaus: Ex-ia, Ex-ib und Ex-ic. Dabei ist mit Niveau a das höchste Niveau definiert, bei welchem zwei zählbare Fehler in ihrer Kombination nicht zu einer Fehlfunktion führen und somit eine Zündung hervorrufen dürfen (2-Fehler-Sicherheit). Das Niveau b definiert, dass ein zählbarer Fehler nicht zu einer Fehlfunktion führen und somit eine Zündung hervorrufen dürfen (1- Fehler-Sicherheit). Bei dem Niveau c ist entsprechend keine Fehlersicherheit definiert, sodass bei einer Fehlfunktion bereits eine Zündung hervorgerufen werden kann (0- Fehler-Sicherheit).
Ein kritischer Bereich hinsichtlich der Zündschutzart Eigensicherheit (Ex-i) bei Feldgeräten ist der Shunt-Widerstand, der zum Messen bzw. Rücklesen des Schleifenstroms verwendet wird. Im normalen Betrieb fallen am Shunt-Widerstand in der Regel nur wenige mV ab. Diese Spannung wird als Rückkoppelung zur Regelung des Aufnahmestroms des Gerätes und ggf. als Eingangswert für eine digitale Kommunikation (HART, Profibus PA, oder Foundation Fieldbus FF) verwendet. Die Geräte bilden dabei eine regelbare Stromsenke, wobei der Strom zugleich eine analoge Stromschnittstelle sein kann (4-20mA-Stromschnittstelle) oder ein digitales Bussignal auf diesen Schieifenstrom aufmoduhert sein kann (HART oder Manchester-Bus-Powered wie bei Profibus PA oder Foundation Fieldbus).
Wenn der Shunt-Widerstand im Fehlerfall nun hochohmig wird oder von der Leiterplatte abreißt liegt die gesamte Klemmenspannung des Gerätes an der Stelle des Widerstandes an.
Für eigensichere Geräte nach der zuvor genannten Norm IEC EN DIN 60079-11 (Ex-i) müssen diese Shunt- Widerstände damit entweder einen ausreichenden Abstand (Trennabstand gemäß Tabelle 5 der Norm IEC EN DIN 60079-1 1 ) zur übrigen Feldgeräteelektronik aufweisen oder dreifach redundant ausgeführt werden, um im Fehlerfall zu verhindern, dass ein unsicherer Zustand (unzulässig hohe Spannung) des Feldgerätes auftritt.
Eine redundante Ausführung der Widerstände kann jedoch unter Umständen nicht möglich sein, wenn in Reihe zum Shunt-Widerstand Induktivitäten notwendig sein sollten. Das ist häufig bei Manchester-Bus-Powered Feldgeräten, wie Profibus PA und Foundation Fieldbus FF Feldgeräten, der Fall. In diesem Fall bleibt somit nur eine ausreichende Isolation des Shunt-Wderstands zur übrigen Geräteelektronik mittels entsprechend ausgelegten Trennabständen (Tabelle 5 der Norm IEC EN DIN 60079-1 1) sicher zu stellen.
Diese Maßnahme benötigt jedoch verhältnismäßig viel Platz auf der entsprechenden Leiterplatte, da zusätzlich Platz für die Trennabstände zur Verfügung gestellt werden muss. Ferner sind Shunt-Widerstände in der Regel als Präzisionswiderstände ausgeführt und somit relativ teuer.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik mit einer Feldgerätelektronik vorzuschlagen, die kostengünstiger realisiert werden kann und zu dem noch weniger Platz auf einer Leiterplatte benötigt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das eigensichere Feldgerät der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 1 .
Das erfindungsgemäße eigensichere Feldgerät der Automatisierungstechnik zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich umfasst: eine erste und eine zweite Anschlussklemme zum Anschließen einer Zweidrahtleitung über die ein Strom zuführbar ist; ein Sensor- und/oder Aktorelement zum Erfassen und/oder Stellen einer Prozessgröße; eine mit der ersten und zweiten Anschlussklemme verbundene Feldgeräteelektronik, die den über die Zweidrahtleitung zuführbare Strom über einen Strompfad von der ersten zu der zweiten Anschlussklemme führt, wobei die Feldgeräteelektronik dazu eingerichtet ist, die über das Sensorelement erfasste Prozessgröße, insbesondere durch Stellen des Stromes auf einen entsprechenden Wert, über die Zweidrahtleitung zu übertragen und/oder eine durch das Aktorelement zu stellende Prozessgröße, insbesondere durch Auslesen des Stromes, über die Zweidrahtleitung zu empfangen und das Aktorelement entsprechend zu stellen, wobei die Feldgeräteelektronik eine Shunt- Widerstandsschaltung mit einem in den Strompfad eingebrachten Shunt- Widerstand und zwei jeweils zu dem Shunt-Widerstand parallel geschaltete Dioden aufweist, wobei die Dioden derartig verschaltet sind, dass die Dioden in Flussrichtung in den Strompfad eingebracht sind.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zwei Dioden, die in Flussrichtung parallel zu dem Shunt-Widerstand geschaltet sind, im Fehlerfall die Spannung am Shunt-Widerstand begrenzen, so dass die Anforderungen an die Norm IEC EN DIN 60079-11 erfüllt sind.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass sie platzsparender realisierbar und kostengünstiger ist als eine aus dem Stand der Technik vergleichbare Lösung.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des eigensicheren Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass der Shunt-Widerstand (30) einen Widerstandswert im Bereich von 5-40 Ohm, vorzugsweise 7-30 Ohm, besonders bevorzugt im Bereich von 10-25 Ohm aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des eigensicheren Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass die Dioden Silizium-Dioden mit einer Flussspannung von ca. 0,6 bis 0,7 V sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des eigensicheren Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass die Feldgeräteelektronik dazu eingerichtet ist, einen der Prozessgröße entsprechenden Wert gemäß dem Profibus PA oder Foundation Fieldbus FF Standard zu übertragen und/oder einen der Prozessgröße entsprechenden Wert zum Stellen des Aktorelements gemäß dem Profibus PA oder Foundation Fieldbus FF Standard zu empfangen. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die Shunt-Widerstandsschaltung ferner eine in Reihe zu dem Shunt-Widerstand geschaltete Induktivität (L) zur Erhöhung der Stabilität einer Kommunikation gemäß dem Profibus PA oder Foundation Fieldbus FF Standard aufweist und wobei die Dioden parallel zu dem Shunt-Widerstand und der Induktivität geschaltet sind. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des eigensicheren Feldgeräts der Automatisierungstechnik sieht vor, dass die Feldgeräteelektronik einen Brückengleichrichter aufweist, weicher eingangsseitig mit den Anschlussklemmen verbunden ist und welcher dazu eingerichtet ist, eine eingangsseitig anliegende Klemmenspannung gleichzurichten und ausgangsseitig zur Energieversorgung der Feldgeräteelektronik bereit zu stellen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Feldgerätes mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Shunt-Widerstandsschaltung, und
Fig. 2:eine erfindungsgemäße Ausführung der Shunt-Widerstandsschaltung.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Feldgerätes 10, welches über eine erste und zweite Anschlussklemme 30a und 30b an eine Zweidrahtleitung 14 zur Signal- und Energieübertragung angeschlossen ist. Die Zweidrahtleitung 14 ist wiederum an dem anderen Ende an eine übergeordnete Einheit 12 angeschlossen. Das Feldgerät 10 ist bei dem dargestellten Beispiel eine Messstelle, in der mit Hilfe eines Sensors 16 ein Messwert bzw. Prozessgröße (beispielsweise Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Füllstand, Durchfluss) erfasst wird. Genauso gut könnte das Feldgerät aber auch eine Aktorstelle sein, in der mit Hilfe eines Aktors eine Prozessgröße gestellt wird.
Das Feldgerät 10 enthält keine eigene Energiequelle, sondern bezieht den für den Betrieb erforderlichen Versorgungsstrom über die Zweidrahtleitung 14. Dieser kann beispielsweise von einer in der übergeordneten Einheit 12 enthaltenen Spannungsquelle 18 bereitgestellt werden. Über die gleiche Zweidrahtleitung 14 wird ein jeweils den gerade gemessenen Messwert darstellendes Messwertsignal von dem Feldgerät 10 zur übergeordneten Einheit 12 übertragen.
Je nach Ausprägung des Feldgerätes 10 kann die Messwertübertragung analog oder digital über die Zweidrahtleitung 14 zu der übergeordneten Einheit erfolgen.
Einer üblichen Technik entsprechend basiert die analoge Messwertübertragung darauf, dass ein über die Zweidrahtleitung 14 fließender Signalstrom Is, der sich zwischen zwei vorgegebenen Werten (üblicherweise den Stromwerten 4 mA und 20 mA) ändern kann, entsprechend dem Messwert gestellt wird.
Zur Messwerterfassung enthält das Feldgerät 10 wiederum den bereits erwähnten Sensor 16 und eine mit ihm verbundene Messwandlerschaltung 20, die über ein Steuerleitung 22 eine steuerbare Stromregelung 32 derartig ansteuert, dass der Messstrom Is auf einen den erfassten Messwert repräsentierenden Wert (Signalstrom) gestellt wird.
Der Signalstrom Is wird in dem Feldgerät 10 mittels einer internen Feldgerätelektronik durch einen Strompfad 50 von der ersten zu der zweiten Anschlussklemme 30a, 30b geführt. Über eine in den Strompfad 50 eingebrachte steuerbare Stromregelung bzw. Stromsenke 32 kann der Strom Is eingestellt werden. Die Stromregelung wird durch ein von der Messwandlerschaltung 20 am Ausgang abgegebenes Signal, welches über die Steuerleitung 22 als Steuersignal der Stromregelegung 32 zugeführt ist, entsprechend angesteuert. Abhängig vom jeweils erfassten Messwert wird somit der in der Zweidrahtleitung fließende Signalstrom Is durch eine entsprechende Steuerung der Stromregelung bzw. Stromsenke 32 gestellt. Die Stromregelung bzw. Stromsenke kann beispielsweise einen Transistor umfassen, der über das Steuersignal von der Messwandlerschaltung 20 geregelt wird. In dem Fall, dass das Feldgerät als Aktor ausgebildet ist, d.h. statt einem Sensor ein Aktor aufweist, entfällt die Stromregelung. Bei einem vom Sensor 16 erfassten Messwert, der am unteren Ende des Messwertbereichs liegt, nimmt der Signalstrom Is ebenfalls den unteren Wert des Signalstrombereichs an. Bei der üblichen 4-20 mA Technik also einen Wert von 4 mA. Entsprechend nimmt bei einem vom Sensor 16 erfassten Messwert, der am oberen Ende des Messwertbereichs liegt, der Signalstrom Is den oberen Wert des Signalstrombereichs an. Bei der üblichen 4-20 mA Technik also einen Wert von 20 mA.
Bei der analogen Messwertübertragung umfasst die übergeordnete Einheit 12 eine Auswertungsschaltung 26, die aus dem über die Zweidrahtleitung 14 übertragenen Signalstrom Is die Messwertinformation gewinnt. Zu diesem Zweck ist in die Zweidrahtleitung ein Messwiderstand 28 eingefügt, an dem eine Spannung UM entsteht, die dem über die Zweidrahtleitung übertragenen Signalstrom Is proportional ist und die der Auswertungsschaltung 26 zugeführt wird. Die Spannungsquelle 18 liefert eine Gleichspannung Uv, und der Messstrom Is ist ein Gleichstrom.
Neben der analogen Messwertübertragung kann das Feldgerät 10 aber auch zur digitalen Messwertübertragung, bspw. gemäß dem Profibus Standard PA oder gemäß dem Foundation Fieldbus Standard FF, über die Zweidrahtleitung ausgebildet sein.
Hierbei wird die Stromregelung bzw. Stromsenke 32 durch ein von der Messwandlerschaltung 20 am Ausgang abgegebenes Signal, welches über die Steuerleitung 22 als Steuersignal der Stromregelegung 32 zugeführt ist, auf einen fixen/unveränderlichen Grundstromwert Is im Bereich von 10 bis 40mA, üblicherweise ca. 12mA, eingestellt, auf den dann ein dem Messwert entsprechendes digitales Stromsignal aufmoduhert wird (Manchester-Kodierung ohne Mittelwert, mit einer Strom/Amphtuden Modulation von Is ± 9 mA).
In dem Fall, dass die Messwertübertragung digital erfolgt, umfasst die übergeordnete Einheit einen Segmentkoppler, der dazu eingerichtet ist, das digitale Profibus PA Signal umzusetzen und das Profibus PA Feldgerät mit Energie zu versorgen.
In dem Fall, dass das Feldgerät als Profibus PA Feldgerät ausgebildet ist, muss es ferner einen Verpolungsschutz 31 aufweisen, wohingegen in dem Fall, dass das Feldgerät als Zweileiterfeldgerät oder als FF Feldgerät ausgebildet ist, kann es optional einen Verpolungsschutz aufweisen. Der Verpolungsschutz kann in Form einer Brückengleichrichterschaltung 31 realisiert sein. Die Brückengleichrichterschaltung 31 ist dabei derartig ausgebildet, dass eingangsseitig die an den Anschlussklemmen anliegende Klemmenspannung Uk anliegt und ausgangsseitig eine polungsunabhängige Betriebsspannung Ub zur Verfügung gestellt wird.
Unabhängig davon, ob das Feldgerät 10 zur analogen oder digitalen Messwertübertragung ausgebildet ist, umfasst das Feldgerät ferner eine niederohmige Shunt-Widerstandsschaltung 33a, 33b, 33c, über die der gestellte Signalstrom Is mittels einer Rückleseleitung 23 durch die Messwandlerschaltung 20 zurückgelesen wird. Um die eingangs genannten Anforderungen an die Eigensicherheit (Ex-ia) des Feldgerätes zu erfüllen, ist, zumindest bei Feldgeräten mit analoger Messwertübertragung, der Shunt- Widerstand, wie in Fig. 1 dargestellt, dreifach redundant ausgeführt. Derartige Shunt- Widerstande 33a, 33b, 33c sind zur Regelung des Stromsignals entsprechend eines durch den Sensor ermittelten Messwertes für ein Feldgerät unerlässlich und weisen typischerweise einen Gesamtwiderstandswert im Bereich von 5-40 Ohm, vorzugsweise 7- 30 Ohm, besonders bevorzugt im Bereich von 10-25 Ohm auf. Entsprechend dem Ohmschen Gesetz fällt an der Shunt-Widerstandsschaltung 33a, 33b, 33c eine Spannung U_Shunt = R_Shunt_gesamt Is ab. Die Spannung U_Shunt ist somit proportional zu dem durch das Feldgerät fließenden Strom Is. Zur Regelung des zu stellenden Signalstroms Is ist die über der Shunt-Widerstandsschaltung 33a, 33b, 33c abfallende Spannung der Messwandlerschaltung zugeführt.
Eine redundante Ausführung des Shunt-Widerstandes ist jedoch nicht immer möglich, bspw. ist diese nicht möglich, wenn in Reihe zum Shunt-Widerstand eine Induktivität, bspw. zur Erhöhung der Stabilität einer digitalen Kommunikation, notwendig sein sollte. In diesem Fall ist die Shunt-Widerstandsschaltung mit einem einzelnen Widerstand ausgeführt und entsprechend den Vorgaben aus der Norm 60079-11 , Tabelle 5 von den übrigen elektronischen Bauteilen der Feldgeräteelektronik beabstandet. Darüber hinaus enthält das Feldgerät 10 ferner einen Spannungsregler 36, bspw. in Form eines Schalt- oder Linearreglers, dessen Aufgabe darin besteht, eine möglichst konstante Betriebsspannung für die Messwandlerschaltung 20 und den Sensor 16 zu erzeugen. Die Eingangsspannung für den Spannungsregler 36 kann beispielsweise von einer Spannungsquelle 34, insbesondere in Form eines Kondensators, bereitgestellt werden. Durch die Spannungsquelle 34 wird die Eingangsspannung bzw. Klemmenspannung Uk, welche von der in der übergeordneten Einheit 12 enthaltenen Spannungsquelle 18 bereitgestellt wird, gestützt. Die Spannungsquelle 34 dient somit als „Quelle“ für die daran anschließenden Schaltungsteile, insbesondere für den Spannungsregler 36.
Die Verwendung des Spannungsreglers 36 in Verbindung mit der Spannungsquelle 34 ermöglicht es, der Messwandlerschaltung 20 und dem Sensor 16 stets die höchstmögliche Leistung zur Verfügung zu stellen. Der Spannungsregler 36 sorgt dabei dafür, dass trotz einer Erhöhung seiner Eingangsspannung Ue die Betriebsspannung der Messwandlerschaltung 20 und des Sensors 16 auf einem konstanten Wert gehalten wird, so dass durch eine Erhöhung der Eingangsspannung Ue am Spannungsregler 36 eine höhere Eingangsleistung zur Verfügung steht, die somit auch eine höhere Ausgangsleistung ermöglicht.
Zur Spannungsbegrenzung kann das Feldgerät 10 als Teil der Ex-Schutzeinheit 35, 38 eine Spannungsbegrenzungsschaltung 35 aufweisen. Die Spannungsbegrenzungsschaltung 35 ist parallel zu der externen Spannungsquelle 18 zwischen die erste und zweite Anschlussklemme 30a, 30b geschaltet.
Alternativ oder ergänzend kann das Feldgerät als Teil der Ex-Schutzeinheit eine Strombegrenzungsschaltung 38 zur Strombegrenzung aufweisen. Die Strombegrenzungsschaltung ist in Reihe zu den Anschlussklemmen 30a, 30b bzw. der Spannungsbegrenzungsschaltung 35 geschaltet.
Die Spannungsbegrenzungsschaltung 35 kann, gemäß dem Stand der Technik, beispielsweise aus drei (um eine 2-Fehler-Sicherheit gewährleisten zu können) parallel zueinander geschalteten Dioden, insbesondere Z-Dioden, ausgebildet sein. Die Dioden sind derartig angeordnet, dass Spannungen, die durch schaltungstechnisch dahinterliegende Induktivitäten induziert werden können, und/oder Spannungen, die von anderen schaltungstechnisch dahinterliegenden Schaltungsteilen ungewollt erzeugte werden können, zu den Anschlussklemmen 30a, 30b hin begrenzt werden. In dem in Fig.
1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Dioden derartig verschaltet, dass die Kathoden jeweils zu der Anschlussklemme 30a und die Anoden jeweils zu der Anschlussklemme 30b verbunden sind. Die Strombegrenzungsschaltung 38 kann, gemäß dem Stand der Technik, beispielsweise ebenfalls aus drei in Reihe zueinander geschaltete Dioden, insbesondere Shottky-Dioden, ausgebildet sein. Die Dioden sind derartig angeordnet, dass ein ungewollter Stromfluss über die Anschlussklemmen 30a, 30b aus der Feldgeräteelektronik heraus vermieden wird. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die in Reihe geschalten Dioden derartig verschaltet, dass die Anoden jeweils zu der Anschlussklemme 30a hin gerichtet sind und die Kathoden jeweils von der Anschlussklemme 30a weg gerichtet sind.
Um die Anforderungen der Zündschutzart „Eigensicherheit“ und somit ein eigensicheres Feldgerät bereitstellen zu können, müssen die Dioden gemäß dem Stand der Technik derartig auf einer Leiterplatte der Feldgeräteelektronik angeordnet sein, dass die Trennabstände gemäß Tabelle 5 der Norm IEC EN DIN 60079-11 , veröffentlich im Juni 2012, erfüllt sind.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung der Shunt-Widerstandsschaltung 39a, 39b, 39c. Dies umfasst einen (einzigen) Shunt-Widerstand 39a sowie zwei Dioden 39b, 39c, insbesondere zwei Silizum-Dioden, die parallel zu dem Shunt-Widerstand 39a geschaltet sind. Die Dioden 39b, 39c sind dabei derartig verschaltet, dass für den Signalstrom Is in Durchlassrichtung geschaltet sind. In dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel also derartig, dass die Kathoden jeweils zu der zweiten Anschlussklemme 30b gerichtet sind und die Anoden jeweils von der zweiten Anschlussklemme 30b weggerichtet sind. Vorteilhafterweise sind die Dioden 39b, 39c als SMD (Surfacemounted device) Bauteile ausgeführt. Optional kann die Shunt-Widerstandsschaltung 39a, 39b, 39c auch eine in Reihe zu dem Shunt-Widerstand 39a geschaltete Induktivität L aufweisen, die zur Erhöhung der Stabilität einer Kommunikation dient. Dies ist beispielsweise dann notwendig, wenn das Feldgerät dazu eingerichtet ist, die Prozessgröße gemäß dem Profibus PA oder dem Foundation Fieldbus FF Standard zu übertragen und/oder zu empfangen. Der (einzige) Shunt-Widerstand 39a weist einen Widerstandswert im Bereich von 5-40 Ohm, vorzugsweise 7-30 Ohm, besonders bevorzugt im Bereich von 10-25 Ohm auf. Im Normalbetrieb (fehlerfreier Betrieb) fällt somit eine Shuntspannung UShunt von nur wenige mV über dem Shunt-Widerstand 39a ab. Diese Shuntspannung UShunt ist deutlich kleiner als eine über den Dioden im Normalbetrieb abfallende Flusspannung, UFIuss, die typischerweise bei Silizium-Dioden bei ca. 0,6 bis 0,7 V liegt. Daher wird die am Spannungsabgriffspunkt 21 abgegriffene Spannung, die mittels der Rückleseleitung 23 zur Messwandlerschaltung 20 übertragen wird und durch die der gestellte Signalstrom Is zurückgelesen wird, nicht durch die parallel geschalteten Dioden 39b, 39c verfälscht. Vorzugsweise werden Dioden gewählt, die einen kleinen Strom in Durchlassrichtung haben, umso eine Verfälschung des mittels der Shunt-Widerstandsschaltung rückgelesenen Strom zu minimieren. Dies bedeutet, dass je nach Ausprägung des Feldgerätes unterschiedliche Dioden eingesetzt werden können. In dem Fall, dass das Feldgerät als Profibus PA Feldgerät ausgebildet ist, können dabei Dioden eingesetzt werden, die einen höheren Strom in Durchlassrichtung aufweisen als in dem Fall, dass das Feldgerät zur analogen Messwertübertragung ausgebildet ist. Bei einem PA Feldgerät können bspw. Dioden eingesetzt werden, die, in dem entsprechenden Betriebsspannungsbereich typ. 40mV - 400 mV, einen Strom in Durchlassrichtung kleiner-gleich 1 mA (lD ^ 1 mA), vorzugsweise kleiner-gleich 0,8mA (ID ^ 0,8 mA), besonders bevorzug kleiner-gleich 0,7mA (ID ^ 0,7 mA), aufweisen. In dem Fall, dass das Feldgerät zur analogen Messwertübertragung ausgebildet ist, können bspw. Dioden eingesetzt werden, die, in dem entsprechenden Betriebsspannungsbereich typ. 40mV - 400 mV, einen Strom in Durchlassrichtung kleinergleich 100 pA (ID ^ 100 pA), vorzugsweise kleiner-gleich 50 pA (ID ^ 50 pA), besonders bevorzug kleiner-gleich 10 pA (ID ^ 10 pA), aufweisen.
Wenn der Shunt-Widerstand 39a im Fehlerfall nun hochohmig wird oder von der Leiterplatte abreißt, wird die über die Shunt-Widerstandsschaltung abfallende Spannung auf die Flussspannung der Dioden, also bspw. 0,6 bis 0,7 V beim Einsatz von Silizium- Dioden, durch die Dioden 39b, 39c begrenzt. Insofern kann ein gemäß der Norm IEC EN DIN 60079-11 , Tabelle 5 vorgegebener Trennabstand auf ein Minimum reduziert werden.
Bezugszeichenliste
10 Feldgerät
12 Übergeordnete Einheit, z.B. Steuerprogrammierbare Steuerung
(SPS)
14 Zweidrahtleitung
16 Sensor bzw. Sensorelement
20 Messwandlerschaltung
21 Spannungsabgriff
22 Steuerleitung
23 Rückleseleitung
24 Ausgang der Messwandlerschaltung
30a, 30b Anschlussklemmen
31 Brückengleichrichterschaltung
32 Steuerbare Stromregelung
33a, 33b, 33c Shunt-Widerstände gemäß einer Shunt-Widerstandsschaltung aus dem Stand der Technik
34 Spannungsquelle, bspw. Kondensator
35 Spannungsbegrenzungsschaltung
36 Spannungsregler, bspw. Schaltregler oder Linearregler
38 Strombegrenzungsschaltung
39a Einzelner Shunt-Widerstand der erfindungsgemäßen Shunt-
Widerstandsschaltung
39b, 39c Dioden der erfindungsgemäßen Shunt-Widerstandsschaltung
50 Strompfad
Is Messstrom
L Induktivität
Uk Klemmenspannung
Ub Betriebsspannung
U_Shunt Spannung über dem Shunt-Widerstand

Claims

Patentansprüche
1 . Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich umfassend: eine erste und eine zweite Anschlussklemme (30a, 30b) zum Anschließen einer Zweidrahtleitung (14) über die eine Strom zuführbar ist; ein Sensor- und/oder Aktorelement (16) zum Erfassen und/oder Stellen einer Prozessgröße; eine mit der ersten und zweiten Anschlussklemme (30a, 30b) verbundene Feldgeräteelektronik (20, 31 , 32, 33, 34, 35, 36, 38), die den über die Zweidrahtleitung zuführbare Strom (Is) über einen Strompfad (50) von der ersten zu der zweiten Anschlussklemme (30a, 30b) führt, wobei die Feldgeräteelektronik dazu eingerichtet ist, die über das Sensorelement (16) erfasste Prozessgröße, insbesondere durch Stellen des Stromes (Is) auf einen entsprechenden Wert, über die Zweidrahtleitung zu übertragen und/oder eine durch das Aktorelement (16) zu stellende Prozessgröße, insbesondere durch Auslesen des Stromes (Is), über die Zweidrahtleitung zu empfangen und das Aktorelement (16) entsprechend zu stellen, wobei die Feldgeräteelektronik eine Shunt-Widerstandsschaltung (39a, 39b, 39c) mit einem in den Strompfad eingebrachten Shunt-Widerstand (39a) und zwei jeweils zu dem Shunt-Widerstand parallel geschaltete Dioden (39b, 39c) aufweist, wobei die Dioden (39b, 39c) derartig verschaltet sind, dass die Dioden (39b, 39c) in Flussrichtung in den Strompfad (50) eingebracht sind.
2. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik nach Anspruch 1 , wobei der Shunt-Widerstand (39a) einen Widerstandswert im Bereich von 5-40 Ohm, vorzugsweise 7-30 Ohm, besonders bevorzugt im Bereich von 10-25 Ohm aufweist.
3. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dioden (39b, 39c) Silizium-Dioden mit einer Flussspannung von ca. 0,6 bis 0,7V sind.
4. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Feldgeräteelektronik (20, 31 , 32, 33, 34, 35, 36, 38) dazu eingerichtet ist, einen der Prozessgröße entsprechenden Wert gemäß dem Profibus PA oder Foundation Fieldbus FF Standard zu übertragen und/oder einen der Prozessgröße entsprechenden Wert zum Stellen des Aktorelements (16) gemäß dem Profibus PA oder Foundation Fieldbus FF Standard zu empfangen.
5. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Shunt-Widerstandsschaltung (39a, 39b, 29c) ferner eine in Reihe zu dem Shunt-Widerstand geschaltete Induktivität (L) zur Erhöhung der Stabilität einer Kommunikation gemäß dem Profibus PA oder Foundation Fieldbus FF Standard aufweist und wobei die Dioden (39b, 39c) parallel zu dem Shunt-Widerstand (39a) und der Induktivität (I) geschaltet sind.
6. Eigensicheres Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Feldgeräteelektronik (20, 31 , 32, 33, 34, 35, 36, 38) einen Brückengleichrichter (31) aufweist, welcher eingangsseitig mit den Anschlussklemmen (30a, 30b) verbunden ist und welcher dazu eingerichtet ist, eine eingangsseitig anliegende Klemmenspannung (UK) gleichzurichten und ausgangsseitig zur Energieversorgung der Feldgeräteelektronik bereit zu stellen.
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