WO2024079130A1 - Vorrichtung zur überwachung einer bürde - Google Patents

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WO2024079130A1
WO2024079130A1 PCT/EP2023/078077 EP2023078077W WO2024079130A1 WO 2024079130 A1 WO2024079130 A1 WO 2024079130A1 EP 2023078077 W EP2023078077 W EP 2023078077W WO 2024079130 A1 WO2024079130 A1 WO 2024079130A1
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WO
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burden
output
signal
voltage
control unit
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Application number
PCT/EP2023/078077
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English (en)
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Inventor
Wolfgang HÖFT
Original Assignee
Phoenix Contract GmbH & Co. KG
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q9/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/10—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to mechanical injury, e.g. rupture of line, breakage of earth connection

Definitions

  • the invention relates to a device for monitoring a load, in particular at an analog output.
  • a user is provided with a data sheet specification of the permissible load on the analog output in order to correctly select or adjust the output load connected to the analog output of the connected downstream circuit.
  • This is of particular importance for industrial signal converters with an analog output for a voltage signal, i.e. a voltage output in the range 0...10 V, for example, or a current signal, i.e. a current output in the range 0...20 mA, for example, because failure to comply with the data sheet specification may result in measurement errors, faulty control or a complete failure of the output signals, depending on the application.
  • a voltage output can generally be operated from 10 kQ and a current output up to 500 Q or 700 Q.
  • the respective limit of the load is determined by the internal structure of the signal converter. In order to be able to drive the load of 10 kQ with a voltage output at full output of 10 V, the output must be able to drive a current of 1 mA.
  • a current output which has its maximum value of 20 mA, must be able to build up a voltage of 10 V with a load of 500 Q.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a technology for determining and/or monitoring a load connected to an analog output. Alternatively or additionally, the object is to achieve monitoring of the connected load with as little additional effort as possible.
  • a device for monitoring a load of at least one analog output comprises a signal converter having at least one input and at least one analog output.
  • the signal converter is designed to output an output signal at the analog output depending on an input signal present at the input.
  • the output signal is (for example either) a current or a voltage.
  • the device further comprises a control unit which is designed to detect the voltage at the analog output in addition to the current as an output signal or the current at the analog output in addition to the voltage as an output signal.
  • the control unit is designed to determine the load from the output signal in combination with the detected current or the detected voltage, and to output an indication based on the determined load.
  • the control unit's knowledge of the output signal for example as a target value
  • the detection (for example measurement) of the current or voltage as the actual value complementary to the output signal for determining (for example calculation) the load
  • embodiments enable the monitoring of the load connected to the analog output by means of the indication.
  • the detection of the actual value complementary to the output signal is sufficient to determine the load with the existing knowledge of the output signal and the computing capacity of the control, so that embodiments of the device achieve the monitoring of the load with as little additional effort as possible.
  • the signal converter can be a measuring converter, for example according to the DIN 1319 standard.
  • the signal converter can be a measuring transformer (for example a current transformer or a voltage transformer), a measuring amplifier (for example an isolation amplifier), or a measuring converter (for example with a digital input and at least one analog output).
  • the load can be a resistance connected to the analog output (for example a total resistance of connecting cables and circuit connected to the analog output) or correspond to such a resistance. Furthermore, the load can optionally only include an effective component of the connected resistance and/or no apparent resistance.
  • the control unit can comprise a microcontroller, for example for determining (in particular calculating) the burden and/or for outputting the indication. Since the computational effort for determining the burden essentially comprises a division, embodiments of the device can achieve the monitoring of the burden without increasing the performance of the microcontroller.
  • the control unit can be a control unit.
  • the control unit can act as a control unit and regulate the output signal (for example, measure it and correct it in response to a deviation from a target value).
  • the specific burden can also be called connected burden.
  • the control unit (e.g. according to the device aspect) can detect the current or voltage at the analog output in an analog domain and/or as a measured value.
  • the current detected at the analog output or the voltage detected at the analog output can be measured in the analog domain and/or detected as an actual value.
  • An existing analog input of the control unit can advantageously be used for this purpose.
  • the output signal can be available to the control unit in a digital domain and/or as a target value.
  • the output signal can be recorded or provided in a digital domain and/or as a target value of the signal converter (e.g. as a control variable of the control unit or as a reference variable of the output signal as a controlled variable of the control unit).
  • a measuring unit for the analog signal can be omitted and/or the load can be determined in the digital domain (for example by calculating a division of voltage and current).
  • the output signal can be available without using an analog-digital converter (technical term: 'analog to digital converter' or ADC) of the control unit to determine the load.
  • the output signal can be provided to the control unit independently of the analog output or (in the signal processing direction) before the analog output (for example transmitted by the signal converter).
  • the control unit can be designed to determine the target value of the output signal based on the input signal.
  • the control unit can further output a limit value of the burden.
  • the output indication can depend on a comparison of the limit value of the burden with the specific burden.
  • the output indication can output a residual value of the burden, for example a difference between the limit value of the burden and the specific burden.
  • the residual value of the burden can also be referred to as a reserve of the burden. Embodiments can thereby reduce the frequency of the output of the indication or only indicate the burden in relevant situations.
  • the burden limit may be an upper limit (i.e., a peak or maximum) when current is the output signal.
  • the alert may be issued when the specified burden exceeds an upper burden threshold.
  • the upper burden threshold may be 75% to 90% of the upper burden limit.
  • the limit of the burden when voltage is the output signal, may be a lower limit (i.e., minimum or minimum).
  • the indication may be issued when the specific burden falls below a lower burden threshold.
  • the lower burden threshold may be 110% to 125% of the lower limit of the burden.
  • the limit value or both limit values or one or both burden threshold values may be stored in a memory (for example in a volatile memory or a read-only memory) of the control unit.
  • a memory for example in a volatile memory or a read-only memory
  • Both the upper and lower limits must be stored (preferably in the case of a signal converter that can switch between current and voltage as the output signal).
  • the signal converter (e.g. according to the device aspect) can output the current as an output signal at the analog output, and the control unit can output the indication when the specific burden is greater than an upper limit of the burden.
  • the upper limit of the burden can correspond to a maximum value of the voltage (e.g. the largest voltage that the signal converter can build up) in order to drive or output a maximum value of the current as an output signal (e.g. an upper limit of a current interval of the output signal).
  • embodiments of the device can output the targeted indication of the burden at this analog output or one of the analog outputs and/or point out a precise fault location in a long or complex chain of control signals.
  • the indication can be issued before the signal converter enters a non-linear region (for example with regard to the output signal as a function of the input signal). For example, the indication can be issued if the voltage for driving the current as an output signal is less than the maximum value of the voltage. For example, the indication can be issued if the voltage for reaching the current as an output signal is less than the maximum value of the voltage and/or greater than a voltage threshold.
  • Embodiments of the device can thus indicate a faulty wiring of the analog output (for example a broken cable or a loose terminal) before a faulty output signal is issued or before damage to the system controlled by the output signal occurs.
  • the voltage threshold can be 75% to 90% of the maximum value of the voltage.
  • the signal converter (eg according to the device aspect) can output the voltage as an output signal at the analog output, and the control unit can output the indication when the determined burden is smaller than a lower limit of the burden.
  • the lower limit of the burden can correspond to a maximum value of the current (e.g., the largest current that the transducer is capable of driving) to establish or output a maximum value of voltage as an output signal (e.g., an upper limit of a voltage interval of the output signal).
  • the indication can be issued before the signal converter enters a non-linear region (for example with regard to the output signal as a function of the input signal). For example, the indication can be issued if the current to reach the voltage as an output signal is less than the maximum value of the current and/or greater than a current threshold value.
  • Embodiments of the device can thus indicate a faulty state of the analog output (for example a short circuit or moisture) before a faulty output signal is issued or before damage to the system controlled by the output signal occurs.
  • the current threshold value can be 75% to 90% of the maximum value of the current.
  • the device can further comprise a switch for disconnecting the connected load from the analog output.
  • the control unit can further be designed to actuate (e.g. control) the switch for disconnection if the specific load violates the limit value of the load, for example falls below the lower limit or exceeds the upper limit.
  • Embodiments of the device can thereby avoid (e.g. thermal) damage to the signal converter and/or the downstream circuit and/or a fire hazard due to a defective electrical connection at the analog output.
  • the switch can comprise at least one field-effect transistor and/or an electromechanical relay.
  • the switch can be arranged electrically between the analog output of the signal converter and a terminal for connecting the load.
  • the switch can be designed to selectively electrically connect and electrically separate the at least one pole of the analog output of the signal converter and a terminal assigned to the respective pole.
  • the field-effect transistor can enable rapid isolation to avoid thermal damage to the smallest masses in electronic components.
  • the electromechanical relay can ensure galvanic isolation, for example if an overvoltage in the circuit connected downstream of the analog output is the cause of the impermissible load.
  • the device can further comprise a memory for storing the determined burden.
  • the control unit can further be designed to determine the burden at different times (e.g. in a time series) and/or for different output signals, and optionally to store the time series and/or a (weighted and/or temporally moving) mean or median of the determined burdens in the memory.
  • Embodiments of the device can distinguish between gradual aging and a defect that has occurred suddenly by reading the memory during troubleshooting.
  • the control unit (e.g. according to the device aspect) can be designed to output the indication or a further indication if the determined burden deviates from the stored burden and/or changes over time (e.g. changes in the time series).
  • Embodiments can thus apply a relative and/or self-adaptive criterion for monitoring the burden (e.g. for outputting the indication) and/or enable (e.g. long-term) monitoring of the burden, for example without predetermination or without input or without adjustment of the (upper and/or lower) burden threshold value of the burden (exceeding or falling below which triggers the output of the indication).
  • the control unit may be configured to output the indication or a further indication of a short circuit or moisture at the analog output if the determined burden is less than a predetermined minimum value (eg the lower burden threshold) and/or is less than the stored burden (eg by at least 10% or 25%) and/or decreases in the time series (eg by at least 50% in a predetermined time, eg one second).
  • a predetermined minimum value eg the lower burden threshold
  • the stored burden eg by at least 10% or 25%
  • the time series eg by at least 50% in a predetermined time, eg one second
  • control unit eg according to the device aspect
  • the control unit can be designed to output the indication or a further indication of a cable break or a loose electrical connection (eg a faulty terminal point) at the analog output if the specific burden is greater than a predetermined maximum value (eg the upper burden threshold value) and/or is greater than the stored burden (eg by at least 10% or 25%) and/or increases in the time series (eg by at least 50% in a predetermined time, eg one second) or alternates (eg periodically and/or between two different burden values).
  • a predetermined maximum value eg the upper burden threshold value
  • the stored burden eg by at least 10% or 25%
  • time series eg by at least 50% in a predetermined time, eg one second
  • alternates eg periodically and/or between two different burden values
  • the device may further comprise a user interface for outputting the determined burden, the limit or limits (e.g. the upper limit and/or the lower limit), the indication, the further indication and/or the residual value of the burden.
  • the limit or limits e.g. the upper limit and/or the lower limit
  • the user interface for outputting the information can output the information locally or via a network interface.
  • the user interface can comprise a signal lamp (for example an LED), an acoustic signal generator (for example a loudspeaker) and/or a graphic display (for example for text-based output of the information).
  • the network interface can comprise a wired network connection (for example Ethernet) or a wireless network connection.
  • the wireless network connection (for example for a radio network) can be designed in accordance with the IEEE 802.11 (Wi-Fi) standard or a radio access technology of the "Third Generation Partnership Project” (3GPP), for example in accordance with “Long Term Evolution” (LTE) or the fourth mobile radio generation (4G) or in accordance with “New Radio” (NR) or the fifth mobile radio generation (5G).
  • Wi-Fi IEEE 802.11
  • 3GPP Third Generation Partnership Project
  • LTE Long Term Evolution
  • 4G fourth mobile radio generation
  • NR New Radio
  • control unit may comprise a web server.
  • the user interface may comprise a web-based management system.
  • the control unit may further be configured to output the determined burden and/or an allowable interval for the burden, optionally by means of a graphical display and/or a web server of the device.
  • the allowable interval may be the lower limit of the burden and/or the upper limit of the burden.
  • the determined burden and/or the residual value of the determined burden may be displayed in the interval.
  • control unit can include an analog input that is electrically connected to a measuring point of the signal converter.
  • a digital input of the control unit can be coupled to the measuring point via an analog-digital converter (DAC) of the control unit or the signal converter.
  • DAC analog-digital converter
  • the signal converter (e.g. according to the device aspect) can have a selection signal input.
  • the signal converter can be designed to output either the current or the voltage as the output signal at the analog output depending on a selection signal present at the selection signal input (e.g. detected).
  • the signal converter can be controllable (e.g. switchable) according to the selection signal, so that the analog output of the signal converter is either a voltage output or a current output.
  • the selection signal can be output to the selection signal input of the control unit (for example a digital output of the control unit).
  • the selection signal can be output to the selection signal input of the control unit (for example a digital output of the control unit).
  • the control unit can thus be designed to use the measurement voltage detected at the measuring point as either the current or the voltage at the analog output to determine the burden, complementary to the output signal (according to the selection signal).
  • the control unit can be designed to detect, at the same measuring point, depending on the selection signal, either the voltage as an output signal in addition to the current or the current as an output signal in addition to the voltage.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of a device for monitoring a load of at least one analog output according to a first embodiment
  • Fig. 2 is a schematic circuit diagram of a signal generator according to a second embodiment, which can be used in any embodiment of the device for monitoring a burden;
  • Fig. 3 is a schematic block diagram of the burden monitoring device according to a third embodiment with input and output terminals that can be used in any embodiment of the burden monitoring device;
  • Fig. 4 schematically shows a display for outputting the determined burden and a reserve according to a fourth embodiment, which can be used in any embodiment of the device for monitoring a burden for a current signal;
  • Fig. 5 schematically shows a display for outputting the determined burden and a reserve according to a fifth embodiment, which can be used in any embodiment of the device for monitoring a burden for a voltage signal.
  • Fig. 1 shows a schematic block diagram of a device for monitoring a load of at least one analog output.
  • the device is generally designated by reference numeral 100.
  • the device 100 comprises a signal converter 110 which has at least one input 112.
  • the input 112 can detect (for example receive) input signals from an input device 116.
  • the input devices 116 can be sensors or isolation transformers. Examples of the sensors 116 are voltage sensors for monitoring the function of a power supply and current sensors for monitoring the load of a consumer (for example an actuator).
  • the input signal can be an analog signal or a digital signal.
  • the signal converter 110 can comprise the at least one analog output 114 or can be electrically connected to the at least one analog output 114 on the output side. The signal converter 110 can output an output signal at the analog output 114 depending on an input signal present at the input 112.
  • the signal converter 110 can comprise an analog-to-digital converter 206 (also: analog-to-digital converter or in technical terms: 'analog to digital convertor' or ADC), which converts the input signal for further processing in a digital domain by a processing unit 208 of the signal converter 110.
  • the signal converter 110 can further comprise a digital-to-analog converter (in technical terms: 'digital to analog convertor' or DAC) 202, which generates a control signal 201 for controlling a signal generator 200.
  • the signal generator 200 generates the output signal for the analog output 114.
  • the output signal can be a current signal or a voltage signal.
  • Each analog output 114 outputs the respective output signal to an output device 118.
  • Examples of the output devices 118 which are also referred to as subsequent circuits, are actuators, isolation transformers, impedance adjustments and controllers or their inputs.
  • a typical example of a controller is a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the load is a property of the output device 118 electrically connected to the respective output 114 of the device 100 and/or the wiring between the output 114 and the output device 118.
  • FIG. 1 shows the operation of the analog output 114 as a voltage output
  • the same or corresponding features of the device 100 can be provided for the (e.g. switchable) operation of the analog output as a current output 114.
  • the signal converter 110 can also be communicatively connected to a control unit 120.
  • the control unit 120 detects the target value of the output signal (here: the voltage Usoii). Alternatively or additionally, the control unit 120 specifies the target value of the output signal.
  • the control unit transmits the control signal corresponding to the output signal to the DAC 202 of the signal converter 110 or to the signal generator 200.
  • the control unit 120 detects the voltage (for example in a switchable state for the current signal) at the analog output 114 in addition to the current as an output signal or the current (for example in a switchable state for the voltage signal) in addition to the voltage as an output signal.
  • control unit 120 calculates the burden from the output signal in combination with the detected current (Imess, e.g. as shown in Fig. 1) or the detected voltage (U mess)-
  • the control unit 120 may further include or be in communication with a user interface 140 (e.g., a display) such that the control unit 120 may output an indication via the user interface 140 based on the determined burden.
  • the user interface 140 may include, for example, a graphical user interface (e.g., a display) or a web interface to display the determined burden 102 and/or the indication 104, 106 (e.g., a message) to a user.
  • the user interface 140 may further receive an instruction from the user indicating whether current or voltage should be selected as the output signal.
  • the control unit 120 may switch between current and voltage as the output signal.
  • the signal converter 110 can comprise a signal generator 200, which optionally generates the voltage U or the current I as an output signal.
  • the signal converter 110 comprises a selection signal input for a selection signal that specifies whether the control signal 201 is interpreted as a specification for the voltage U and the current I and is output at the analog output 114.
  • the limit value of the load R for example the upper limit Rmax of the load for a current output or the lower limit Rmin of the load for a voltage output, can be determined by design for the device 100 or in the manufacture of the device 100. During operation and/or for the operation of the device 100, a corresponding limit value of the control signal 201 or the output signal can be derived from the limit value of the load. Alternatively or additionally, the limit value for the measured current can be derived directly from the voltage as a target value or output signal.
  • Fig. 2 shows a schematic circuit diagram of a signal generator 200 that can be switched between a current signal and a voltage signal, according to a second embodiment. The signal generator 200 can be used in any embodiment of the device 100.
  • the selection transistors 155 are switched to conduction (i.e. closed) in accordance with the selection signal at the selection signal input 154.
  • the lower pole 114-2 of the analog output 114 is electrically connected to ground.
  • the voltage at pole 114-1 of the analog output 114 is the output signal and is regulated via the feedback 156 to the second input of the operational amplifier in accordance with the control signal present at the first input 201 of the operational amplifier.
  • the selection transistors 155 are switched to blocking (i.e. open) in accordance with the selection signal at the selection signal input 154.
  • the current flowing between the poles 114-1 and 114-2 of the current output 114 leads to a proportional voltage drop with respect to ground at the measuring resistors 152 (and thus at the lower pole 114-2 of the analog output 114), which as feedback 158 to the second input of the operational amplifier regulates the current as an output signal in accordance with the control signal 201 present at the first input 201 of the operational amplifier.
  • the control unit 120 uses the selection signal to determine whether either a current signal or a voltage signal is output as an output signal at the analog output 114. For example, with a selection signal of 0 V at the selection signal input 154, the output signal is a current signal (because the bipolar NPN transistor pulls the common gate voltage of the two selection transistors 155 as self-blocking field effect transistors to ground and thus blocks them). With a positive selection signal (for example of 5 V) at the selection signal input 154, the output signal is a voltage signal because the selection transistors are switched to conduct.
  • the second embodiment of the device 100 for monitoring a load may comprise the signal generator 200 shown schematically in Fig. 2.
  • the signal generator 200 may provide a Control voltage 201 received (for example, a PWM command) from DAC 202 of device 100.
  • the signal generator 200 includes measuring resistors 152 for measuring the current as an output signal, i.e. for measuring the current at the analog output 114 in its function as a current output.
  • measuring resistors 152 for measuring the current as an output signal, i.e. for measuring the current at the analog output 114 in its function as a current output.
  • a measuring resistor of 50 ohms can result in a voltage drop of 1 V at a current of 20 mA.
  • the control unit 120 uses the selection signal to select the analog output 114 as the current output, ie the current l so ii as the output signal.
  • the current l S0 n is predetermined (ie guided and regulated) by the control voltage at the input 201.
  • the measuring point 160 can be connected to an analog input of the control unit 120.
  • the control unit 120 or the signal converter 110 can comprise an additional analog-digital converter (ADC) 204, which is connected on the input side to the measuring point 160 and on the output side to a digital input of the control unit 120.
  • the ADC 204 converts the voltage Umess of the analog output 114 into a digital value and transmits it to the control unit 120 (e.g. a microcontroller).
  • the output signal may correspond to the (for example pulse width modulated, PWM) control signal 201 as a specification.
  • PWM pulse width modulated
  • the current that flows internally for feedback to the operational amplifier may be known to the control unit 120 and calculated out by it.
  • the analog output 114 is a current output, for example with the value range (or interval) of 0...20 mA.
  • the control unit 120 controls the analog output 110 to output a current with the maximum value of the interval (e.g. 20 mA) to determine the burden.
  • Table I below shows an example of the output signal as a current signal (for example of 20 mA), the voltage measured at measuring point 160 and the burden calculated based on Ohm's law.
  • a circuit-related offset of the burden is, for example, 50 to 60 ⁇ .
  • the internal resistance of 50 to 60 ⁇ (for example, a large part of 50 ⁇ of the internal resistance of 60 ⁇ ) is dropped across the measuring resistor 152 to determine the current as an output signal.
  • the circuit-related offset of the device 100 can be measured by test experiments or calculated directly or by simulation software (eg LT-Spice).
  • U is the voltage at the measuring point 160, / the current signal according to the control signal 201 (e.g. PWM signal) as specification 201 which is to be output as an output signal.
  • the value of 60 Q mentioned in the formula F1 is an example of the circuit-related offset.
  • the relationship according to formula F1 only applies up to a limiting voltage (i.e. the maximum value of the voltage) of 12.8 V at the measuring point 160. From then on, a valid output of the current signal (e.g. for a measurement or control) is no longer possible and the control unit 120 issues the information (e.g. an alarm message) via the user interface 140 (e.g. a web-based management, WBM).
  • a limiting voltage i.e. the maximum value of the voltage
  • WBM web-based management
  • the device 100 (or the analog output 114 as a function of the input 112) can operate linearly up to a voltage of 12.6 V at the analog output 114. This results in a maximum load of 570 Q. From the upper limit of 570 O, the device 100 behaves non-linearly for the maximum value of the current signal (for example for 20 mA) and outputs incorrect measured values or control currents from this limit. Since the current is specified as an output signal (ie as a target value) or is regulated by means of the signal generator (for example by means of the operational amplifier as a controller), the load connected to the outside of the device 100 (ie the load), as already mentioned above, is calculated from the voltage U at the measuring point 160. The maximum value of the load (ie the upper limit of the load) can be determined in production. The upper limit can possibly be derived directly from the voltage U.
  • Table II shows another example of the calculated burden based on Ohm's law, the measured voltage at the first measuring point 160 and the output signal as a current (here: 10 mA).
  • the device 100 can operate linearly up to 12.9 V. This results in an upper limit of the burden of 1230 ⁇ . From the limit of 1230 ⁇ for the 10 mA current, the device behaves non-linearly and outputs incorrect measured values or too low current signals from this limit.
  • the device 100 may display the determined value of the burden or a residual value (also: reserve) of the burden for the user in the user interface 140, e.g., in web-based management (WBM), and/or compare or offset it with the upper limit of the device 100.
  • WBM web-based management
  • the externally connected load is determined as described above (preferably by outputting the maximum value of the current as an output signal in the interval) and stored in a memory for further Use (for example, during operation of the device 100) until the next calculation.
  • Example 1 The control unit 120 can perform at least one of the following steps.
  • the control unit 120 outputs the selection signal for a power signal, for example in response to a user input.
  • the analog output 114 is a current output and is set (for example via the control signal 201 as a PWM stage) so that 20 mA should flow.
  • the control unit 120 determines an internal voltage drop (e.g. by simulation software or reading from a memory).
  • the voltage required for this at terminals 114-1 and 114-2 of the analog output 114 is 9.2 V. This value can be made up of 8 V and an internal voltage drop of 1.2 V (which is calculated out in an equation, for example).
  • the control unit 120 determines that the determined load is in the range marked OK in Table I.
  • the control unit 120 issues an indication on the user interface 140 that the determined load is permissible (i.e., OK).
  • Example 2 The control unit 120 can perform at least one of the following steps.
  • the control unit 120 outputs the selection signal for a power signal, for example in response to a user input.
  • the analog output 114 is set as a current output so that 20 mA should flow.
  • the control unit 120 determines an internal voltage drop (e.g. through simulation software or reading from a memory).
  • the control unit 120 determines that the determined burden is within the limit range according to Table I.
  • the control unit 120 outputs to the user interface 140 the indication that the determined load is in the limit range.
  • the analog output as a current output is set so that 20.0 mA should flow (actually only 19.7 mA flows).
  • the control unit 120 sends an indication that the determined load is too large or inadmissible to the user interface 140.
  • the device 100 can apply up to 12.8 V to the terminals 114-1 and 114-2 to drive the current of 20 mA. It should be noted that this is already the impermissible range of the device 100 (and should be avoided at all costs, for example).
  • the device 100 should issue a message from a voltage of 12.6 V to signal that the load is impermissibly high.
  • the device can display this to the user on the user interface 140 (for example via the WBM), optionally together with a calculated remaining load (residual value or reserve), which would also be possible (i.e. connectable).
  • the user interface 140 (e.g., the WBM) also provides an acknowledgement that or whether the device 100 is within its intended operating range. If the user has connected a load that is too large (for I-Out, ie current signal as output signal) or too small (for ll-Out, ie voltage signal as output signal), the user now receives a corresponding message via user interface 140, e.g. by a fault LED lighting up or as an alarm message of a faulty load (for example in the WBM).
  • a faulty load may not be detected by the user until very late. This is because in the lower range of the analog output (for example with small currents) it may not be noticed that the load is causing a measurement error or the error only occurs at larger output values.
  • Analog output is set as current output so that 10 mA should flow.
  • the voltage required for this at terminals 114-1 and 114-2 is 9.6 V.
  • the device 100 can still apply 11.5 V to the terminals to drive the 20 mA current. This gives a maximum load of 575 ⁇ for a maximum current of 20 mA. The device will now operate linearly up to 14.375 mA and will produce false readings or low current signals above this current limit.
  • control unit 120 selects the analog output as a voltage output by means of the selection signal.
  • the current flowing through the analog connection 114 is measured via the voltage drop at the measuring resistor 150 at the measuring point 160 before the connection 114-1. The same measuring point is used for this.
  • the measured voltage also goes into a voltage limit, ie a maximum value of voltage that the signal generator 200 can build up, as with I-Out (ie the aforementioned configuration as a current output). In this case too, the connected burden can be determined if the voltage limit has not yet been reached.
  • a current will be measured by measuring the voltage drop across a measuring resistor 150 (e.g. 10 ⁇ ) as a measurement value complementary to the voltage as the output signal.
  • the measured voltage also goes into a limit that the circuit of the device 100 can provide.
  • the circuit-related offset of the device 100 can be measured by test experiments or calculated directly or by simulation software (e.g. LT-Spice) and/or stored in the control unit 120.
  • the externally connected burden is determined as described above and stored in a memory for further use (e.g., in operation of the device 100) until the next calculation, e.g., for a different output device 118 or a change in the selected signal.
  • the determined burden is displayed to the user in the user interface 140 and compared or offset against the (e.g. stored) upper limit of the burden.
  • Table III shows, as an example, the calculated burden based on Ohm's law, the measured voltage drop across the measuring resistor 150 at the measuring point 160 and the output signal as a voltage signal (here, for example, a target value of 10 V). Due to the known value of the measuring resistor 150 and the known value of the internal resistance (for example, 10Q + 1.2 Q), the control unit can calculate the current at the analog output 114 based on the measured voltage drop. The control unit 120 can determine the burden based on the calculated current and the output voltage. Table III
  • the burden monitoring device 100 may also calculate the possible remaining burden (i.e., the residual value) each time the burden is determined (e.g., calculated) and output (e.g., display) it via the user interface 140.
  • the device 100 may further calculate the burden overshoot and output (e.g., display) it to the user via the user interface 140.
  • the control unit 120 issues a corresponding indication via the user interface 140, e.g. by lighting up a fault LED or as an alarm message of a faulty load (for example in the WBM).
  • Embodiments of the device 100 offer the user the advantage that the connected output load is measured when required or necessary. This can be used to detect not only incorrectly connected output loads, but also a line defect or cable break.
  • Fig. 3 shows a block diagram illustrating the input and output connections of the device 100 according to a third embodiment.
  • the third embodiment can develop individual or all features of the aforementioned embodiments or of Figures 1 or 2.
  • the device 100 can comprise one or more of the inputs 112, each of which is or can be connected to one or more input devices 116.
  • the embodiment of the device 100 can comprise at least one of the inputs 112 shown in Fig. 3.
  • the device 100 can be connected or connectable to one or more output devices 118 via the at least one analog output 114.
  • the embodiment of the device 100 can comprise the analog output 114 shown in Fig. 3 multiple times.
  • a digital-to-analog converter (DAC) 202 generates a control voltage 201 (for example by means of pulse width modulation, PWM) for a signal generator 200, which generates the output signal for the analog output 114.
  • the signal generator 200 can be designed according to the second embodiment or FIG. 2.
  • the control unit 120 can, for example as shown schematically in Fig. 3, send a selection signal to the signal generator 200, which indicates which analog output signal is generated and/or which measurement variable complementary to the output signal is measured.
  • Fig. 4 shows schematically the output of the burden 102 calculated from the known current signal (as the output signal) and the measured voltage (as the measurement quantity complementary to the output signal).
  • the burden is zero or almost zero.
  • the burden is infinite or very large.
  • the burden 102 is determined based on the current signal and the voltage measured at the first measuring point 160.
  • the measured burden 102 is smaller than the upper limit 104 of the burden, i.e. the maximum permissible burden Rmax, for the device 100.
  • the device 100 thus operates in the linear range. Therefore, there is a residual value 106 (also: reserve) of the burden 102 by which the burden 102 could increase and the device 100 could continue to operate in the linear range. In this example, this means that the device 100 can operate linearly with higher voltage for a defined current signal.
  • Fig. 5 shows schematically the burden 102 calculated from the known voltage signal (as output signal) and the measured current (as the measurement quantity complementary to the output signal).
  • the burden 102 is minimal or zero, and in the case of a cable connection failure, the burden 102 is very high or infinite.
  • the burden 102 is determined based on the voltage signal and the current measured (for example using the measuring resistors 150) at the measuring point 160.
  • the measured burden is greater than the lower limit 104 of the burden 102 (i.e. the minimum permissible burden Rmin) for the device 100.
  • the device 100 therefore operates in the linear range. Therefore, there is a so-called residual value 106 (also: reserve) of the burden 102 by which the burden 102 could decrease and the device 100 can continue to operate in the linear range. In this example, this means that the device 100 can operate linearly with higher current for a defined voltage signal.
  • Embodiments of the invention offer the user the advantage that the connection load 102 at the output is measured when required or necessary. Alternatively or additionally, not only can an impermissibly connected output load 102 be detected, but also a line defect, a cable break, a loose terminal (for example due to vibrations) or contact corrosion can be determined based on temporal changes in the load and/or threshold values for the load and/or output with the note.
  • the output indication may indicate a value (e.g., amount) of the specific load 102 (ie, the current output load) or a remaining amount 106 (e.g., a distance in ohms) until a limit value 104 of the output load is reached.
  • the output indication may indicate that the output signal is incorrect.
  • the output indication may indicate that a value measured by means of the signal converter 110 is incorrect (e.g., because the measured its value is not correctly represented by the output signal) and/or a relationship between the input signal and the output signal does not correspond to a characteristic curve of the signal converter 110 (for example at a certain point on the characteristic curve of the signal converter 110 or at the current point on the characteristic curve of the signal converter).
  • the indication issued can indicate a non-linearity between the input signal and the output signal.
  • the notice issued may indicate at least one of the following errors or causes:
  • PLC programmable logic controller
  • the current or voltage that the signal converter attempts to output is, at best, available as an internal setpoint. Even if this is known to the user, it is not easy to calculate and predict the allowable range of the burden 102 for a circuit to be connected to the analog output 114 of the signal converter.
  • Embodiments of the device 100 are therefore designed to determine and monitor the burden 102 connected to the analog output 114.
  • the invention has been described with reference to exemplary embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted. Furthermore, many modifications may be made to adapt a particular situation or circuit to the teachings of the invention. Accordingly, the invention is not limited to the disclosed embodiments, but includes all embodiments falling within the scope of the appended claims.
  • Input of the device or signal converter for example analog input or digital input 112
  • Input device for example sensor 116
  • Output device e.g. actuator or PLC 118
  • Control unit of the device for example microcontroller 120
  • Control signal e.g. control voltage, for signal generator 201
  • Additional analog-digital converter for example in signal converter or control unit 204

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung (100) zur Überwachung einer Bürde (102) eines Analogausgangs (114) wird beschrieben. Die Vorrichtung (100) umfasst einen Signalumformer (110), der einen Eingang (112) und einen Analogausgang (114) aufweist. Der Signalumformer (110) kann in Abhängigkeit von einem am Eingang (112) anliegenden Eingangssignal ein Ausgangssignal am Analogausgang (114) ausgeben, wobei das Ausgangssignal ein Strom oder eine Spannung ist. Eine Steuereinheit (120) der Vorrichtung (100) kann ergänzend zum Strom als Ausgangssignal die Spannung oder ergänzend zur Spannung als Ausgangssignal den Strom am Analogausgang (114) erfassen und die Bürde (102) aus dem Ausgangssignal in Kombination mit dem erfassten Strom oder der erfassten Spannung bestimmen, und auf der Grundlage der bestimmten Bürde (102) einen Hinweis (104; 106) ausgeben.

Description

Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde, insbesondere an einem Analogausgang.
Herkömmlicherweise wird einem Benutzer eine Datenblattangabe zur am Analogausgang zulässigen Bürde zur Verfügung gestellt, um die am Analogausgang angeschlossene Ausgangslast der angeschlossenen nachfolgenden Schaltung korrekt zu wählen oder abzustimmen. Dies ist von besonderer Bedeutung bei industriellen Signalumformern mit Analogausgang für ein Spannungssignal, d.h. einem Spannungsausgang beispielsweise im Bereich 0...10 V, oder einem Stromsignal, d.h. einem Stromausgang beispielsweise im Bereich 0...20 mA, , denn bei Nicht-Einhaltung der Datenblattangabe ist unter Umständen je nach Anwendung mit Messfehlern, einer fehlerhaften Ansteuerung oder einem Komplettausfall der Ausgangssignale zu rechnen.
Beispielsweise kann ein Spannungsausgang in der Regel ab 10 kQ und ein Stromausgang bis 500 Q oder 700 Q betrieben werden. Der jeweilige Grenzwert der Bürde ergibt sich aus dem internen Aufbau des Signalumformers. Um bei einem Spannungsausgang bei Vollaussteuerung von 10 V die Bürde von 10 kQ treiben zu können, muss der Ausgang in der Lage sein, einen Strom von 1 mA treiben zu können. Ein Stromausgang, der mit 20 mA seinen maximalen Wert hat, muss bei einer Bürde von 500 Q eine Spannung von 10 V aufbauen können.
Wenn diese Werte nicht eingehalten werden, kommt es im oberen Bereich der Kennlinie für den Zusammenhang zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal des Signalumformers zu falschen Messwerten und Nicht-Linearitäten. Dass ein gemessener Wert bzw. das zugehörige Ausgangssignal aufgrund einer bei der Installation einer Anlage angeschlossenen Bürde nicht korrekt ist, fällt herkömmlicherweise erst bei der Inbetriebnahme der Anlage auf. Auch wenn sich die angeschlossene Bürde durch Alterung oder einen Defekt der Anlage in unzulässiger Weise verändert, kann dies im Betrieb der Anlage nicht präventiv erkannt werden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Technik zur Bestimmung und/oder Überwachung einer an einem Analogausgang angeschlossenen Bürde anzugeben. Alternativ oder ergänzend besteht die Aufgabe, die Überwachung der angeschlossenen Bürde mit möglichst geringem Mehraufwand zu erreichen.
Die Aufgabe wird oder die Aufgaben werden mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Gemäß einem Vorrichtungsaspekt ist eine Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde mindestens eines Analogausgangs bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Signalumformer, der mindestens einen Eingang und mindestens einen Analogausgang aufweist. Der Signalumformer ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem am Eingang anliegenden Eingangssignal ein Ausgangssignal am Analogausgang auszugeben. Das Ausgangssignal ist (beispielsweise entweder) ein Strom oder eine Spannung. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, ergänzend zum Strom als Ausgangssignal die Spannung oder ergänzend zur Spannung als Ausgangssignal den Strom am Analogausgang zu erfassen. Ferner ist die Steuereinheit, dazu ausgebildet, die Bürde aus dem Ausgangssignal in Kombination mit dem erfassten Strom oder der erfassten Spannung zu bestimmen, und auf der Grundlage der bestimmten Bürde einen Hinweis auszugeben.
Indem die Steuereinheit die Kenntnis des Ausgangssignals (beispielsweise als Soll- Wert) mit der Erfassung (beispielsweise Messung) des Stroms bzw. der Spannung als die zum Ausgangssignal komplementäre Ist-Größe zur Bestimmung (beispielsweise Berechnung) der Bürde kombiniert, ermöglichen Ausführungsbeispiele durch den Hinweis die Überwachung der am Analogausgang angeschlossene Bürde. Vorzugsweise genügt die Erfassung der zum Ausgangssignal komplementären Ist-Größe, um mit der bereits vorhandenen Kenntnis des Ausgangssignals und der Rechenkapazität der Steuerung die Bürde zu bestimmen, so dass Ausführungsbeispiele der Vorrichtung die Überwachung der Bürde mit möglichst geringem Mehraufwand erreichen. Der Signalumformer kann ein Messumformer sein, beispielsweise gemäß der Norm DIN 1319. Insbesondere kann der Signalumformer ein Messwandler (beispielsweise ein Stromwandler oder ein Spannungswandler), ein Messverstärker (beispielsweise ein Trennverstärker), oder ein Messumsetzer (beispielsweise mit einem digitalen Eingang und dem mindestens einen Analogausgang) sein.
Die Bürde kann ein am Analogausgang angeschlossener Widerstand (beispielsweise ein Gesamtwiderstand von Anschlussleitungen und am Analogausgang angeschlossener Schaltung) sein bzw. einem solchen Widerstand entsprechen. Ferner kann die Bürde optional nur einen Wirkanteil des angeschlossenen Widerstands und/oder keinen Scheinwiderstand umfassen.
Die Steuereinheit kann einen Mikrokontroller umfassen, beispielsweise zum Bestimmen (insbesondere Berechnen) der Bürde und/oder zum Ausgeben des Hinweises. Da der Rechenaufwand zur Bestimmung der Bürde im Wesentlichen eine Division umfasst, können Ausführungsbeispiele der Vorrichtung ohne eine Leistungssteigerung des Mikrokontrollers die Überwachung der Bürde erreichen.
Die Steuereinheit kann eine Regeleinheit sein. Beispielsweise kann die Steuereinheit als Regeleinheit das Ausgangssignal regeln (beispielsweise messen und in Reaktion auf eine Abweichung von einem Soll-Wert korrigieren).
Die bestimmte Bürde kann auch als angeschlossene Bürde bezeichnet werden.
Die Steuereinheit (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann den Strom oder die Spannung am Analogausgang in einer analogen Domäne und/oder als Messwert erfassen. Der am Analogausgang erfasste Strom oder die am Analogausgang erfasste Spannung kann in der analogen Domäne gemessen werden und/oder als Ist-Wert erfasst werden. Vorteilhafterweise kann hierzu ein bestehender Analogeingang der Steuereinheit genutzt werden.
Alternativ oder ergänzend kann der Steuereinheit das Ausgangssignal in einer digitalen Domäne und/oder als Soll-Wert vorliegen. Das Ausgangssignal kann in einer digitalen Domäne und/oder als Soll-Wert des Signalumformers (z.B. als eine Steuergröße der Steuereinheit oder als Führungsgröße des Ausgangssignals als Regelgröße der Regeleinheit) erfasst oder bereitgestellt sein. Dadurch kann eine Messeinheit für das Analogsignal entfallen und/oder die Bürde kann in der digitalen Domäne bestimmt werden (beispielsweise durch Berechnen einer Division von Spannung und Strom). Vorteilhafterweise kann das Ausgangssignal ohne Nutzung eines Analog-Digital-Wandlers (fachsprachlich: 'Analog to Digital Converter" oder ADC) der Steuereinheit zur Bestimmung der Bürde vorliegen. In einem ersten Beispiel kann das Ausgangssignal unabhängig vom Analogausgang oder (in Signalverarbeitungsrichtung) vor dem Analogausgang an die Steuereinheit bereitgestellt (beispielsweise vom Signalumformer übermittelt) sein. In einem zweiten Beispiel kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, den Soll-Wert des Ausgangssignals aufgrund des Eingangssignals zu bestimmen.
Die Steuereinheit (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann ferner einen Grenzwert der Bürde ausgeben. Alternativ oder ergänzend kann der ausgegebene Hinweis von einem Vergleich des Grenzwertes der Bürde mit der bestimmten Bürde abhängen. Alternativ oder ergänzend kann der ausgegebene Hinweis einen Restwert der Bürde, beispielsweise eine Differenz zwischen dem Grenzwert der Bürde und der bestimmten Bürde ausgeben. Der Restwert der Bürde kann auch als Reserve der Bürde bezeichnet werden. Ausführungsbeispiele können dadurch die Häufigkeit der Ausgabe des Hinweises reduzieren oder nur in relevanten Situationen auf die Bürde hinweisen.
Der Grenzwert der Bürde kann, wenn der Strom das Ausgangssignal ist, eine Obergrenze (d.h. ein Höchstwert oder Maximum) sein. Der Hinweis kann ausgegeben werden, wenn die bestimmte Bürde einen oberen Bürde-Schwellwert überschreitet. Der obere Bürde-Schwellwert kann 75% bis 90% der Obergrenze der Bürde sein.
Alternativ oder ergänzend kann der Grenzwert der Bürde, wenn die Spannung das Ausgangssignal ist, eine Untergrenze (d.h. Mindestwert oder Minimum) sein. Der Hinweis kann ausgegeben werden, wenn die bestimmte Bürde einen unteren Bürde- Schwellwert unterschreitet. Der untere Bürde-Schwellwert kann 110% bis 125% der Untergrenze der Bürde sein.
Der Grenzwert oder beide Grenzwerte oder einer oder beide Bürde-Schwellwerte kann bzw. können in einem Speicher (beispielsweise in einem flüchtigen Speicher oder einem Festspeicher) der Steuereinheit gespeichert sein. Beispielsweise können (vor- zugsweise bei einem zwischen Strom und Spannung als dem Ausgangssignal umschaltbaren Signalumformer) sowohl die Obergrenze als auch die Untergrenze gespeichert sein.
Der Signalumformer (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann den Strom als Ausgangssignal am Analogausgang ausgeben, und die Steuereinheit kann den Hinweis ausgeben, wenn die bestimmte Bürde größer als eine Obergrenze der Bürde ist. Alternativ oder ergänzend kann die Obergrenze der Bürde einem Höchstwert der Spannung entsprechen (beispielsweise der größten Spannung, die der Signalumformer aufzubauen vermag), um einen Höchstwert des Stroms als Ausgangssignal (beispielsweise eine Obergrenze eines Stromintervalls des Ausgangssignals) zu treiben oder auszugeben. Dadurch können Ausführungsbeispiele der Vorrichtung den gezielten Hinweis auf die Bürde an diesem Analogausgang oder einem der Analogausgänge ausgeben und/oder auf eine präzise Fehlerstelle in einer langen oder komplexen Verkettung von Steuersignalen hinweisen.
Der Hinweis kann ausgegeben werden bevor der Signalumformer in einen nicht-linearen Bereich (beispielsweise hinsichtlich des Ausgangssignals als Funktion des Eingangssignals) kommt. Beispielsweise kann der Hinweis ausgegeben werden, wenn die Spannung zum Treiben des Stroms als Ausgangssignal kleiner ist als der Höchstwert der Spannung. Beispielsweise kann der Hinweis ausgegeben werden, wenn die Spannung zum Erreichen des Stroms als Ausgangssignal kleiner ist als der Höchstwert der Spannung und/oder größer als ein Spannung-Schwellwert. Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können dadurch auf eine fehlerhafte Beschaltung des Analogausgangs (beispielsweise einen Kabelbruch oder eine gelöste Klemme) hinweisen, bevor ein fehlerhaftes Ausgangssignal ausgegeben wird oder bevor es zu einer Beschädigung der mit dem Ausgangssignal angesteuerten Anlage kommt. Der Spannung-Schwellwert kann 75% bis 90% des Höchstwertes der Spannung sein.
Der Signalumformer (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann die Spannung als Ausgangssignal am Analogausgang ausgeben, und die Steuereinheit kann den Hinweis ausgeben, wenn die bestimmte Bürde kleiner als eine Untergrenze der Bürde ist. Alternativ oder ergänzend kann die Untergrenze der Bürde einem Höchstwert des Stroms (beispielsweise dem größten Strom, den der Signalumformer zu treiben vermag) entsprechen, um einen Höchstwert der Spannung als Ausgangssignal (beispielsweise eine Obergrenze eines Spannungsintervalls des Ausgangssignals) aufzubauen oder auszugeben.
Der Hinweis kann ausgegeben werden bevor der Signalumformer in einen nicht-linearen Bereich (beispielsweise hinsichtlich des Ausgangssignals als Funktion des Eingangssignals) kommt. Beispielsweise kann der Hinweis ausgegeben werden, wenn der Strom zum Erreichen der Spannung als Ausgangssignal kleiner ist als der Höchstwert des Stroms und/oder größer als ein Strom-Schwei Iwert ist. Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können dadurch auf einen fehlerhaften Zustand des Analogausgangs (beispielsweise einen Kurzschluss oder Feuchtigkeit) hinweisen, bevor ein fehlerhaftes Ausgangssignal ausgegeben wird oder bevor es zu einer Beschädigung der mit dem Ausgangssignal angesteuerten Anlage kommt. Der Strom-Schwellwert kann 75% bis 90% des Höchstwertes des Stroms sein.
Die Vorrichtung (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann ferner einen Schalter zum Trennen der angeschlossenen Bürde vom Analogausgang umfassen. Die Steuereinheit kann ferner dazu ausgebildet sein, den Schalter zum Trennen zu betätigen (beispielsweise anzusteuern), wenn die bestimmte Bürde den Grenzwert der Bürde verletzt, beispielsweise die Untergrenze unterschreitet oder die Obergrenze überschreitet. Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können dadurch eine (beispielsweise thermische) Beschädigung des Signalumformers und/oder der nachgeschalteten Schaltung und/oder eine Brandgefahr durch eine schadhafte elektrische Verbindung am Analogausgang vermeiden.
Der Schalter (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann mindestens einen Feldeffekt- Transistor und/oder ein elektromechanisches Relais umfassen. Alternativ oder ergänzend kann der Schalter zwischen dem Analogausgang des Signalumformers und einer Klemme zum Anschluss der Bürde elektrisch angeordnet sein. Beispielsweise kann der Schalter dazu ausgebildet sein, den mindestens einen Pol des Analogausgangs des Signalumformers und eine dem jeweiligen Pol zugeordnete Klemme wahlweise elektrisch leitend zu verbinden und elektrisch zu trennen. Der Feldeffekt-Transistor kann eine schnelle Trennung ermöglichen, um thermische Schäden an kleinsten Massen in elektronischen Bauteilen zu vermeiden. Das elektromechanische Relais kann eine galvanische Trennung sicherstellen, beispielsweise wenn eine Überspannung in der am Analogausgang nachgeschalteten Schaltung die Ursache für die unzulässige Bürde ist.
Die Vorrichtung (z. B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann ferner einen Speicher zum Speichern der bestimmten Bürde umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet sein, die Bürde zu verschiedenen Zeiten (beispielsweise in einer Zeitreihe) und/oder bei verschiedenen Ausgangssignalen zu bestimmen, und optional die Zeitreihe und/oder einen (gewichteten und/oder zeitlich gleitenden) Mittelwert oder Median der bestimmten Bürden im Speicher zu speichern. Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können durch Auslesen des Speichers bei der Fehlersuche zwischen einer graduellen Alterung und einem unvermittelt eingetretenem Defekt unterscheiden.
Die Steuereinheit (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann dazu ausgebildet sein, den Hinweis oder einen weiteren Hinweis auszugeben, wenn die bestimmte Bürde von der gespeicherten Bürde abweicht und/oder sich zeitlich verändert (beispielsweise in der Zeitreihe verändert). Ausführungsbeispiele können somit ein relatives und/oder selbst-adaptives Kriterium für die Überwachung der Bürde (beispielsweise für die Ausgabe des Hinweises) anwenden und/oder eine (beispielsweise langfristige) Überwachung der Bürde ermöglichen, beispielsweise ohne Vorbestimmung oder ohne Eingabe oder ohne Anpassung des (oberen und/oder unteren) Bürde-Schwellwertes der Bürde (dessen Überschreitung oder Unterschreitung die Ausgabe des Hinweises auslöst).
Die Steuereinheit (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann dazu ausgebildet sein, den Hinweis oder einen weiteren Hinweis auf einen Kurzschluss oder Feuchtigkeit am Analogausgang auszugeben, wenn die bestimmte Bürde kleiner als ein vorbestimmter Minimalwert (beispielsweise der untere Bürde-Schwellwert) ist und/oder (beispielsweise um mindestens 10% oder 25%) kleiner als die gespeicherte Bürde ist und/oder in der Zeitreihe abnimmt (beispielsweise um mindestens 50% in einer vorbestimmten Zeit, beispielsweise einer Sekunde). Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit (z.B. gemäß dem Vorrichtungsas- pekt) dazu ausgebildet sein, den Hinweis oder einen weiteren Hinweis auf einen Kabelbruch oder eine lose elektrische Verbindung (beispielsweise eine fehlerhafte Klemmstelle) am Analogausgang auszugeben, wenn die bestimmte Bürde größer als ein vorbestimmter Maximalwert (beispielsweise der obere Bürde-Schwellwert) ist und/oder (beispielsweise um mindestens 10% oder 25%) größer als die gespeicherte Bürde ist und/oder in der Zeitreihe zunimmt (beispielsweise um mindestens 50% in einer vorbestimmten Zeit, beispielsweise einer Sekunde) oder (beispielsweise periodisch und/oder zwischen zwei verschiedenen Bürde-Werten) alterniert.
Die Vorrichtung (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann ferner eine Benutzerschnittstelle zum Ausgeben der bestimmten Bürde, des Grenzwertes oder der Grenzwerte (beispielsweise der Obergrenze und/oder der Untergrenze), des Hinweises, des weiteren Hinweises und/oder des Restwertes der Bürde umfassen.
Die Benutzerschnittstelle zum Ausgeben des Hinweises kann den Hinweis lokal ausgeben oder über eine Netzwerkschnittstelle ausgeben. Zum lokalen Ausgeben kann die Benutzerschnittstelle eine Signallampe (beispielsweise eine LED), einen akustischen Signalgeber (beispielsweise einen Lautsprecher) und/oder eine grafische Anzeige (beispielsweise zum textbasierten Ausgeben des Hinweises) umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Netzwerkschnittstelle eine leitungsgebundenen Netzwerkanschluss (beispielsweise Ethernet) oder einen drahtlosen Netzwerkanschluss umfassen. Der drahtlose Netzwerkanschluss (beispielsweise für ein Funknetzwerk) kann gemäß der Norm IEEE 802.11 (Wi-Fi) oder einer Radiozugangstechnik des "Third Generation Partnership Project" (3GPP) ausgebildet sein, beispielsweise gemäß "Long Term Evolution" (LTE) bzw. der vierten Mobilfunkgeneration (4G) oder gemäß "New Radio" (NR) bzw. der fünften Mobilfunkgeneration (5G).
Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit einen Webserver umfassen. Die Benutzerschnittstelle kann ein webbasiertes Verwaltungssystem umfassen.
Die Steuereinheit (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann ferner dazu ausgebildet sein, die bestimmte Bürde und/oder ein zulässiges Intervall für die Bürde auszugeben, optional mittels einer grafischen Anzeige und/oder eines Webservers der Vorrichtung. Das zulässige Intervall kann die Untergrenze der Bürde und/oder die Obergrenze der Bürde umfassen. Die bestimmte Bürde und/oder der Restwert der bestimmten Bürde kann in dem Intervall angezeigt sein.
Zur ergänzenden Erfassung des Strom bzw. der Spannung (d.h. komplementär zum Ausgangssignal) kann die Steuereinheit einen Analogeingang umfassen, der mit einem Messpunkt des Signalumformers elektrisch leitend verbunden ist. Alternativ kann ein Digitaleingang der Steuereinheit über einen Analog-Digital-Wandler (DAC) der Steuereinheit oder des Signalumformers mit dem Messpunkt gekoppelt sein.
Der Signalumformer (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann einen Wahlsignaleingang aufweisen. Der Signalumformer kann dazu ausgebildet sein, in Abhängigkeit von einem am Wahlsignaleingang anliegenden (beispielsweise erfassten) Wahlsignal entweder den Strom oder die Spannung als das Ausgangssignal am Analogausgang auszugeben. Mit anderen Worten kann der Signalumformer gemäß dem Wahlsignal steuerbar (beispielsweise umschaltbar) sein, so dass der Analogausgang des Signalumformers entweder ein Spannungsausgang oder ein Stromausgang ist.
Das Wahlsignal kann an den Wahlsignaleingang von der Steuereinheit (beispielsweise einem Digitalausgang der Steuereinheit) ausgegeben werden. Das Wahlsignal kann an den Wahlsignaleingang von der Steuereinheit (beispielsweise einem Digitalausgang der Steuereinheit) ausgegeben werden. Dadurch kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, komplementär zum Ausgangssignal (gemäß dem Wahlsignal) die am Messpunkt erfasste Messspannung entweder als den Strom oder die Spannung am Analogausgang zur Bestimmung der Bürde zu verwenden.
Die Steuereinheit kann dazu ausgebildet ist, am selben Messpunkt abhängig vom Wahlsignal entweder ergänzend zum Strom als Ausgangssignal die Spannung oder ergänzend zur Spannung als Ausgangssignal den Strom zu erfassen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiel, die wahlweise miteinander kombinierbar sind, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde mindestens eines Analogausgangs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines Signalgenerators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, der in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde einsetzbar ist;
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm der Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit Eingangs- und Ausgangsanschlüsse, die in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde einsetzbar sind;
Fig. 4 schematisch eine Anzeige zur Ausgabe der bestimmten Bürde und einer Reserve gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, die in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde einsetzbar ist für ein Stromsignal; und
Fig. 5 schematisch eine Anzeige zur Ausgabe der bestimmten Bürde und einer Reserve gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, die in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde einsetzbar ist für ein Spannungssignal.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde mindestens eines Analogausgangs. Die Vorrichtung ist allgemein mit Bezugszeichen 100 bezeichnet. Die Vorrichtung 100 umfasst einen Signalumformer 110 der mindestens einen Eingang 112 aufweist. Der Eingang 112 kann Eingangssignale von einer Eingabevorrichtungen 116 erfassen (beispielsweise empfangen).
Die Eingabevorrichtungen 116 können Sensoren oder Trenntransformatoren sein. Beispiele der Sensoren 116 sind Spannungssensoren zur Überwachung der Funktion einer Stromversorgungen und Stromsensoren zur Überwachung der Last eines Verbrauchers (beispielsweise eines Aktors) sein. Das Eingangssignal kann ein analoges Signal oder ein digitales Signal sein. Der Signalumformer 110 kann den mindestens einen Analogausgang 114 umfassen oder mit dem mindestens einen Analogausgang 114 ausgangsseitig elektrisch leitend verbunden sein. Der Signalumformer 110 kann abhängig von einem am Eingang 112 anliegenden Eingangssignal ein Ausgangsignal am Analogausgang 1 14 ausgeben.
Beispielsweise kann der Signalumformer 110 einen Analog-Digital-Umsetzer 206 (auch: Analog-Digital-Wandler oder fachsprachlich: 'Analog to Digital Convertor" oder ADC) umfassen, der das Eingangssignal zur Weiterverarbeitung in einer digitalen Domäne durch eine Verarbeitungseinheit 208 des Signalumformers 110 umsetzt. Der Signalumformer 110 kann ferner einen Digital-Analog-Umsetzer (fachsprachlich: "Digital to Analog Convertor" oder DAC) 202 umfassen, der ein Steuersignal 201 zur Steuerung eines Signalgenerators 200 erzeugt. Der Signalgenerator 200 erzeugt das Ausgangssignal für den Analogausgangs 114.
Das Ausgangsignal kann ein Stromsignal oder ein Spannungssignal sein. Jeder Analogausgang 114 gibt das jeweilige Ausgangssignal an eine Ausgabevorrichtung 118 aus. Beispiele der Ausgabevorrichtungen 118, die auch als nachfolgende Schaltungen bezeichnet werden, sind Aktoren, Trenntransformatoren, Impedanz-Anpassungen und Steuerungen bzw. deren Eingänge. Typisches Beispiel einer Steuerung ist eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Die Bürde ist eine Eigenschaft der am jeweiligen Ausgang 114 der Vorrichtung 100 elektrisch leitend angeschlossenen Ausgabevorrichtung 118 und/oder der Verdrahtung zwischen dem Ausgang 114 und Ausgabevorrichtung 118.
Während in Fig. 1 der Betrieb des Analogausgangs 114 als Spannungsausgang gezeigt ist, können dieselben oder entsprechende Merkmale der Vorrichtung 100 für den (beispielsweise umschaltbaren) Betrieb des Analogausgangs als Stromausgang 114 vorgesehen sein.
Der Signalwandler 110 kann ferner mit einer Steuereinheit 120 kommunikativ verbunden sein. Beispielsweise erfasst die Steuereinheit 120 den Soll-Wert des Ausgangssignals (hier: die Spannung Usoii). Alternativ oder ergänzend gibt die Steuereinheit 120 den Soll-Wert des Ausgangssignals vor. Beispielsweise überträgt die Steuereinheit das dem Ausgangssignal entsprechenden Steuersignal an den DAC 202 des Signalumformers 110 oder an den Signalgenerator 200. Die Steuereinheit 120 erfasst am Analogausgang 114 ergänzend zum Strom als Ausgangssignal die Spannung (beispielsweise in einem umschaltbaren Zustand für das Stromsignal) oder ergänzend zur Spannung als Ausgangssignal den Strom (beispielsweise in einem umschaltbaren Zustand für das Spannungssignal).
Dadurch berechnet die Steuereinheit 120 die Bürde aus dem Ausgangssignal in Kombination mit dem erfassten Strom (Imess, z.B. wie in Fig. 1 gezeigt) oder der erfassten Spannung (U mess)-
Die Steuereinheit 120 kann ferner eine Benutzerschnittstelle 140 (beispielsweise eine Anzeige) umfassen oder mit dieser in Verbindung stehen, derart, dass die Steuereinheit 120 basierend auf der bestimmten Bürde eine Hinweis über die Benutzerschnittstelle 140 ausgeben kann. Die Benutzerschnittstelle 140 kann beispielsweise eine grafische Benutzerschnittstelle (beispielsweise eine Anzeige) oder eine Webschnittstelle umfassen, um einem Benutzer die bestimmte Bürde 102 und/oder den Hinweis 104, 106 (beispielsweise eine Nachrichten) anzuzeigen.
Die Benutzerschnittstelle 140 kann ferner eine Anweisung vom Benutzer empfangen, die angibt, ob der Strom oder die Spannung als das Ausgangssignal gewählt werden soll. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit 120 zwischen Strom und Spannung als dem Ausgangssignal umschalten.
Der Signalumformer 110 kann einen Signalgenerator 200 umfassen, der wahlweise die Spannung U oder den Strom I als Ausgangssignal erzeugt. Der Signalumformer 110 umfasst einen Wahlsignaleingang für ein Wahlsignal, das vorgibt, ob das Steuersignal 201 als Vorgabe für die Spannung U und den Strom I interpretiert und am Analogausgang 114 ausgeben wird.
Der Grenzwert der Bürde R, beispielsweise die Obergrenze Rmax der Bürde bei einem Stromausgang oder die Untergrenze Rmin der Bürde bei einem Spannungsausgang, kann konstruktionsbedingt für die Vorrichtung 100 oder in der Fertigung der Vorrichtung 100 bestimmt sein. Im Betrieb und/oder für den Betrieb der Vorrichtung 100 kann vom Grenzwert der Bürde ein entsprechender Grenzwert des Steuersignals 201 oder des Ausgangssignals abgeleitet sein. Alternativ oder ergänzend kann direkt von der Spannung als Soll-Wert oder Ausgangssignal der Grenzwert für den gemessenen Strom abgeleitet werden. Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Signalgenerators 200, der zwischen Stromsignal und Spannungssignal umschaltbar ist, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Signalgenerator 200 kann in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 einsetzbar sein.
Damit die Spannung das Ausgangssignal am Analogausgang 114 ist, sind die Wahltransistoren 155 leitend geschaltet (d.h. geschlossen) entsprechend dem Wahlsignal am Wahlsignaleingang 154. Dadurch ist der untere Pol 114-2 des Analogausgangs 114 mit der Masse elektrisch leitend verbunden. Die Spannung am Pol 114-1 des Analogausgangs 114 ist das Ausgangssignal und ist über die Rückkopplung 156 an den zweiten Eingang des Operationsverstärkers entsprechend dem am ersten Eingang 201 des Operationsverstärkers anliegenden Steuersignal geregelt.
Damit der Strom das Ausgangssignal am Analogausgang 114 ist, sind die Wahltransistoren 155 sperrend geschaltet (d.h. offen) entsprechend dem Wahlsignal am Wahlsignaleingang 154. Der zwischen den Polen 114-1 und 114-2 des Stromausgangs 114 fließende Strom führt an den Messwiderständen 152 (und damit am unteren Pol 114-2 des Analogausgangs 114) zu einem proportionalen Spannungsabfall gegenüber der Masse, welcher als Rückkopplung 158 an den zweiten Eingang des Operationsverstärkers den Strom als Ausgangssignal regelt entsprechend dem am ersten Eingang 201 des Operationsverstärkers anliegenden Steuersignal 201.
Über das Wahlsignal bestimmt die Steuereinheit 120 (beispielsweise ein Mikrocontroller als Teil der Steuereinheit 120), ob entweder ein Stromsignal oder ein Spannungssignal als Ausgangssignal am Analogausgang 114 ausgegeben wird. Beispielsweise ist bei einem Wahlsignal von 0 V am Wahlsignaleingang 154 das Ausgangssignal ein Stromsignal (weil der bipolare NPN-Transistor die gemeinsame Gate-Spannung der beiden Wahltransistoren 155 als selbstsperrende Feldeffekttransistoren auf Masse zieht und dadurch sperrt). Bei einem positiven Wahlsignal (beispielsweise von 5 V) am Wahlsignaleingang 154 ist das Ausgangssignal ein Spannungssignal, da die Wahltransistoren leitend geschaltet sind.
Das zweite Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 zur Überwachung einer Bürde kann den in Fig. 2 schematisch gezeigten Signalgenerator 200 umfassen. Der Signalgenerator 200 kann am ersten (positiven) Eingang des Operationsverstärkers eine Steuerspannung 201 empfangen (zum Beispiel eine PWM-Vorgabe) vom DAC 202 der Vorrichtung 100.
Der Signalgenerator 200 umfasst Messwiderstände 152 zur Messung des Stroms als Ausgangssignal, d.h. zur Messung des Stroms am Analogausgang 114 in seiner Funktion als Stromausgang. Zum Beispiel kann ein Messwiderstand von 50 Ohm bei einem Strom von 20 mA einen Spannungsabfall von 1 V ergeben.
In einem Ausführungsbeispiel wählt die Steuereinheit 120 durch das Wahlsignal den Analogausgang 114 als Stromausgang, d.h. den Strom lsoii als Ausgangssignal, aus. Der Strom lS0n ist durch die Steuerspannung am Eingang 201 vorgegeben (d.h. geführt und geregelt). Zur Berechnung der Bürde 102 ist es erforderlich, an einem Messpunkt 160 des Signalgenerators 200 die Spannung Umess am Analogausgang 114 zu messen. Dazu kann der Messpunkt 160 an einen Analogeingang der Steuereinheit 120 angeschlossen sein. Alternativ kann die Steuereinheit 120 oder der Signalumformer 110 (beispielsweise der Signalgenerator 200) einen zusätzlichen Analog-Digital- Wandler (ADC) 204 umfassen, der eingangsseitig an den Messpunkt 160 angeschlossen und ausgangsseitig an einen Digitaleingang der Steuereinheit 120 angeschlossen ist. Der ADC 204 wandelt die Spannung Umess des Analogausgangs 114 in einen Digitalwert und überträgt diesen an die Steuereinheit 120 (z.B. einen Mikrocontroller).
Bei jedem Ausführungsbeispiel kann das Ausgangssignal dem (beispielsweise pulsweitenmodulierten, PWM) Steuersignal 201 als Vorgabe entsprechen. Alternativ oder ergänzend kann der Strom, der intern zur Rückkopplung an den Operationsverstärker fließt, der Steuereinheit 120 bekannt sein und von dieser herausgerechnet werden.
In einer Variante jedes Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 ist der Analogausgang 114 ein Stromausgang, beispielsweise mit dem Wertebereich (oder Intervall) von 0...20 mA. Beispielsweise steuert die Steuereinheit 120 den Analogausgang 110 zur Ausgabe eines Stroms mit dem Höchstwert des Intervalls (z.B. 20 mA) zur Bestimmung der Bürde.
Nachstehende Tabelle I zeigt beispielhaft das Ausgangssignal als Stromsignal (beispielsweise von 20 mA), die am Messpunkt 160 gemessene Spannung und die basierend auf dem Ohm’schen Gesetz berechnete Bürde. Ein schaltungsbedingter Offset der Bürde beträgt beispielsweise 50 bis 60 Q. Der Innenwiderstand von 50 bis 60 0 (beispielsweise ein Großteil von 50 0 des Innenwiderstands von 60 O) fällt am Messwiderstand 152 zur Bestimmung des Stroms als Ausgangssignal ab. Das schaltungsbedingte Offset der Vorrichtung 100 kann durch Test- experimente gemessen oder direkt oder durch Simulationssoftware (z.B. LT-Spice) berechnet werden.
Die Steuereinheit 120 kann die Bürde bestimmen aus dem Strom / als Ausgangssignal, der gemessenen Spannung U am Analogausgang 114 und gegebenenfalls dem Offset, beispielsweise gemäß dem Zusammenhang: R = U/} - 60 1 (F1 )
Dabei ist U die Spannung am Messpunkt 160, / das Stromsignal gemäß dem Steuersignal 201 (z.B. PWM-Signal) als Vorgabe 201 was als Ausgangssignal ausgegeben werden soll. Der in der Formel F1 genannte Wert von 60 Q ist ein Beispiel für das schaltungsbedingte Offset.
Tabelle I
Figure imgf000018_0001
Der Zusammenhang gemäß Formel F1 gilt nur bis zu einer limitierenden Spannung (d.h. dem Höchstwert der Spannung) von 12,8 V am Messpunkt 160. Ab dann ist keine gültige Ausgabe des Stromsignals (beispielsweise für eine Messung oder Ansteuerung) mehr möglich und die Steuereinheit 120 gibt über die Benutzerschnittstelle 140 (z.B. ein Web-Based-Management, WBM) den Hinweis (beispielsweise eine Alarmmeldung) aus.
Die Vorrichtung 100 (beziehungsweise der Analogausgang 114 als Funktion des Ein- gangs 112) kann bis zu einer Spannung von 12,6 V am Analogausgang 114 linear arbeiten. Daraus ergibt sich eine maximale Bürde von 570 Q. Ab der Obergrenze von 570 O verhält sich die Vorrichtung 100 nicht-linear für den Höchstwert des Stromsignals (beispielsweise für 20 mA) und gibt ab dieser Grenze falsche Messwerte oder Steuerströme aus. Da der Strom als Ausgangssignal (d.h. als Soll-Wert) vorgegeben ist beziehungsweise mittels des Signalgenerators geregelt ist (beispielsweise mittels des Operationsverstärkers als Regler), wird die außen an der Vorrichtung 100 angeschlossene Last (d.h. die Bürde), wie bereits oben erwähnt, aus der Spannung U am Messpunkt 160 berechnet. Der Maximalwert der Last (d.h. die Obergrenze der Bürde) kann in der Produktion bestimmt werden. Eventuell kann die Obergrenze direkt von der Spannung U abgeleitet werden.
Tabelle II zeigt ein weiteres Beispiel für die berechnete Bürde basierend auf dem Ohm’schen Gesetz, die gemessene Spannung am ersten Messpunkt 160 und das Ausgangssignal als Strom (hier: 10 mA). Die Vorrichtung 100 kann bis zu 12,9 V linear arbeiten. Daraus ergibt sich eine Obergrenze der Bürde von 1230 Q. Ab der Grenze von 1230 O für den 10 mA Strom verhält sich die Vorrichtung nicht-linear und gibt ab dieser Grenze falsche Messwerte oder zu niedrige Stromsignale aus.
Tabelle II
Figure imgf000019_0001
Zusätzlich zur Berechnung der Bürde kann die Vorrichtung 100 (beispielsweise die Steuereinheit 120) den bestimmten Wert der Bürde oder einen Restwert (auch: Reserve) der Bürde für den Benutzer in der Benutzerschnittstelle 140, beispielsweise im web-basierten Management (WBM) anzeigen und/oder mit der Obergrenze der Vor- richtung 100 vergleichen oder verrechnen.
Zum Beispiel wird nach dem Einschalten der Vorrichtung 100 die extern angeschlossene Bürde wie oben beschrieben ermittelt (vorzugsweise durch Ausgabe des Höchstwertes des Stroms als Ausgangssignal im Intervall) und in einem Speicher zur weiteren Verwendung (beispielsweise während des Betriebs der Vorrichtung 100) bis zur nächsten Berechnung abgelegt.
Beispiel 1 : Die Steuereinheit 120 kann mindestens einen der folgenden Schritte ausführen.
- Die Steuereinheit 120 gibt das Wahlsignal für ein Stromsignal aus, beispielsweise in Reaktion auf eine Eingabe eines Benutzers.
- Der Analogausgang 114 ist ein Stromausgang und (beispielsweise über das Steuersignal 201 als PWM-Stufe) so eingestellt, dass 20 mA fließen sollten.
- Die Steuereinheit 120 ermittelt einen internen Spannungsabfall (z. B. durch Simulationssoftware oder Auslesen aus einem Speicher).
- Die hierfür an den Klemmen 114-1 und 114-2 des Analogausgangs 114 notwendige Spannung ist 9,2 V. Dieser Wert kann sich Zusammensetzen aus 8 V und einem internen Spannungsabfall von 1 ,2 V (der beispielsweise in einer Gleichung herausgerechnet wird).
- Die bestimmte (beispielsweise berechnete) Bürde ist somit R = U/l = (9,2 V - 1 ,2V) / 20 mA, also R = 400 Q.
- Die Steuereinheit 120 stellt fest, dass die bestimmte Bürde im mit OK markierten Bereich der Tabelle I ist.
- Die Steuereinheit 120 gibt einen Hinweis an der Benutzerschnittstelle 140 aus, dass die bestimmte Bürde zulässig (d. h. in Ordnung oder OK) ist.
Beispiel 2: Die Steuereinheit 120 kann mindestens einen der folgenden Schritte ausführen.
- Die Steuereinheit 120 gibt das Wahlsignal für ein Stromsignal aus, beispielsweise in Reaktion auf eine Eingabe eines Benutzers.
- Der Analogausgang 114 ist als Stromausgang so eingestellt, dass 20 mA fließen sollten.
- Die Steuereinheit 120 ermittelt einen internen Spannungsabfall (z.B. durch Simulationssoftware oder Auslesen aus einem Speicher).
- Die hierfür an den Klemmen notwendige Spannung ist 12,6 V, zusammengesetzt aus 11 ,4 V und dem internen Spannungsabfall von 1 ,2 V. Letzteres kann in der Gleichung F1 herausgerechnet werden. - Die bestimmte (beispielsweise berechnete) Bürde ist somit R = U/l = (12,6 V - 1 ,2 V) / 20 mA, also R = 570 Q.
- Die Steuereinheit 120 stellt fest, dass die bestimmte Bürde im Grenzbereich gemäß Tabelle I ist.
- Die Steuereinheit 120 gibt an die Benutzerschnittstelle 140 den Hinweis aus, dass die bestimmte Bürde im Grenzbereich ist.
Beispiel 3:
- Der Analogausgang als Stromausgang ist so eingestellt, dass 20,0 mA fließen sollten (tatsächlich fließen nur 19,7 mA).
- Die an den Klemmen notwendige Spannung ist 11 ,6 V + interner Spannungsabfall von 1 ,2 V (wird in der Gleichung herausgerechnet) = 12,8 V.
- Die berechnete Bürde ist somit R = U/l = (12,8 V - 1 ,2 V) / 19,7 mA, also R = 588 O > Obergrenze der Bürde.
- Die Bürde ist zu groß (beispielsweise im nichtlinearen Bereich) gemäß Tabelle I.
- Die Steuereinheit 120 sendet einen Hinweis, dass die bestimmte Bürde zu groß oder unzulässig ist an die Benutzerschnittstelle 140.
Die Vorrichtung 100 kann in diesem Fall bis zu 12,8 V an den Klemmen 114-1 und 114-2 anlegen, um den Strom von 20 mA zu treiben. Wobei zu beachten ist, dass dies schon der nicht zulässige Bereich der Vorrichtung 100 ist (und beispielsweise unbedingt zu vermeiden gilt). Die Vorrichtung 100 sollte ab einer Spannung von 12,6 V eine Meldung ausgegeben, um zu signalisieren, dass die Bürde unzulässig hoch ist. Dies kann die Vorrichtung dem Benutzer an der Benutzerschnittstelle 140 (beispielsweise über das WBM) anzeigen, optional zusammen mit einer berechneten verbleibenden Bürde (Restwert oder Reserve), die noch zusätzlich möglich (d.h. anschließbar) wäre.
Im vorgenannten Beispielfall wäre das Limit schon erreicht.
Vorzugsweise gibt die Benutzerschnittstelle 140 (beispielsweise der WBM) auch eine Bestätigung aus, dass oder ob sich die Vorrichtung 100 in ihrem vorgesehenen Betriebsbereich befindet. Wenn der Benutzer eine zu große (bei I-Out, d.h. Stromsignal als Ausgangssignal) oder zu kleine (bei ll-Out, d.h. Spannungssignal als Ausgangssignal) Bürde angeschlossen hat, bekommt der Benutzer nun über Benutzerschnittstelle 140 einen entsprechenden Hinweis, z.B. indem eine Störmelde-LED leuchtet oder als Alarmmeldung einer fehlerhaften Bürde (beispielsweise im WBM).
Herkömmlicherweise wird eine fehlerhafte Bürde vom Benutzer unter Umständen erst zu einem sehr späten Zeitpunkt erkannt. Denn im unteren Bereich des Analogausgangs (beispielsweise bei kleinen Strömen) merkt man unter Umständen nicht, dass die Bürde einen Messfehler erzeugt oder der Fehler tritt erst bei größeren Ausgangswerte auf.
Beispiel 4:
Analogausgang ist als Stromausgang so eingestellt, dass 10 mA fließen sollten.
Die hierfür an den Klemmen 114-1 und 114-2 notwendige Spannung ist 9,6 V.
Die berechnete Bürde ist dann R = U/l = 8V / 10 mA, also R = 800 Q.
Gemäß Tabelle I und II kann die Vorrichtung 100 immer noch 11 ,5 V an den Klemmen anlegen, um den Strom von 20 mA zu treiben. Das ergibt eine maximale Bürde von 575 O für einen Höchstwert des Stroms von 20 mA. Die Vorrichtung wird nun im Bereich bis 14,375 mA linear Arbeiten und oberhalb dieser Stromgrenze falsche Messwerte bzw. zu niedrige Stromsignale ausgeben.
In einem anderen Ausführungsbeispiel, das mit anderen Ausführungsbeispiele kombiniert werden kann, wählt die Steuereinheit 120 durch das Wahlsignal den Analogausgang als Spannungsausgang aus. Der Strom, der durch den Analoganschluss 114 fließt, wird über den Spannungsabfall am Messwiderstand 150 am Messpunkt 160 vor dem Anschluss 114-1 gemessen. Hierzu wird derselbe Messpunkt verwendet. Die gemessene Spannung geht ebenfalls wie bei I-Out (d.h. der vorgenannten Konfiguration als Stromausgang) in eine Spannungsgrenze, d.h. einen Maximalwert an Spannung, welche der Signalgenerator 200 aufzubauen vermag. So kann auch in diesem Fall die angeschlossene Bürde bestimmt werden, sofern die Spannungsgrenze noch nicht erreicht ist.
Mit anderen Worten wird, um die Bürde zu berechnen, ein Strom über die Messung des Spannungsabfalls an einem Messwiderstand 150 (beispielsweise 10 Q) gemessen werden als zur Spannung als Ausgangssignal komplementäre Messgröße. Die gemessene Spannung geht auch in eine Grenze, die die Schaltung der Vorrichtung 100 liefern kann. Das schaltungsbedingte Offset der Vorrichtung 100 kann durch Testexperimente gemessen oder direkt oder durch Simulationssoftware (z.B. LT-Spice) berechnet werden und/oder in der Steuereinheit 120 gespeichert sein.
Nach dem Einschalten der Vorrichtung 100 wird die extern angeschlossene Bürde wie oben beschrieben bestimmt und in einem Speicher zur weiteren Verwendung (beispielsweise im Betrieb der Vorrichtung 100) bis zur nächsten Berechnung, zum Beispiel für eine andere Ausgabevorrichtung 118 oder eine Änderung des gewählten Signals, gespeichert.
Vorzugsweise wird die bestimmte Bürde für den Benutzer in der Benutzeroberfläche 140 angezeigt und mit der (beispielsweise gespeicherten) Obergrenze der Bürde verglichen oder verrechnen.
Tabelle III zeigt beispielhaft die berechnete Bürde basierend auf dem Ohm’schen Gesetz, den gemessenen Spannungsabfall über den Messwiderstand 150 am Messpunkt 160 und das Ausgangssignal als Spannungssignal (hier beispielsweise ein Soll-Wert von 10 V). Aufgrund des bekannten Werts des Messwiderstand 150 und des bekannten Werts des Innenwiderstands (beispielsweise 10Q + 1 ,2 Q) kann die Steuereinheit den Strom am Analogausgang 114 anhand des gemessenen Spannungsabfalls berechnen. Die Steuereinheit 120 kann die Bürde auf der Grundlage des berechneten Stroms und der Ausgangsspannung bestimmen. Tabelle III
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In einer Variante jedes Ausführungsbeispiels kann die Vorrichtung 100 zur Überwachung der Bürde außerdem bei jeder Bestimmung (beispielsweise Berechnung) der Bürde die mögliche übrige Bürde (d.h. den Restwert) berechnen und diese über die Benutzerschnittstelle 140 ausgeben (beispielsweise anzeigen). Die Vorrichtung 100 kann ferner die Überschreitung der Bürde berechnen und sie dem Benutzer über die Benutzerschnittstelle 140 ausgeben (beispielsweise anzeigen).
Wenn der Benutzer Im Fall U-Out (d.h. einer Konfiguration des Analogausgangs als Spannungsausgangs) eine zu kleine Bürde angeschlossen hat, gibt die Steuereinheit 120 über Benutzerschnittstelle 140 einen entsprechenden Hinweis aus, z.B. durch das Leuchten einer Störmelde-LED oder als Alarmmeldung einer fehlerhaften Bürde (beispielsweise im WBM).
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 bietet dem Benutzer den Vorteil, dass die angeschlossene Ausgangsbürde bei Bedarf bzw. Notwendigkeit gemessen wird. Hiermit können nicht nur falsch angeschlossene Ausgangslasten, sondern auch ein Leitungsdefekt bzw. Kabelbruch festgestellt werden. Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm, das die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse der Vorrichtung 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das dritte Ausführungsbeispiel kann einzelne oder alle Merkmale der vorgenannten Ausführungsbeispielen oder der Figuren 1 oder 2 weiterbilden. Die Vorrichtung 100 kann einen oder mehrere der Eingänge 112 umfassen, die jeweils mit einer oder mehreren Eingabevorrichtungen 116 verbunden oder verbindbar sind. Das Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 kann mindestens einen der in Fig. 3 gezeigten Eingänge 112 umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung 100 über den mindestens einen Analogausgang 114 mit einer oder mehreren Ausgabevorrichtungen 118 verbunden oder verbindbar sein. Das Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 kann den in Fig. 3 gezeigten Analogausgang 114 mehrfach umfassen.
Ein Digital-Analog-Wandler (DAC) 202 erzeugt eine Steuerspannung 201 (beispielsweise mittels Pulsweitenmodulation, PWM) für einen Signalgenerator 200, der das Ausgangssignal für den Analogausgang 114 erzeugt. Der Signalgenerator 200 kann gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel oder der Fig. 2 ausgebildet sein.
Die Steuereinheit 120 kann, beispielsweise wie in Fig. 3 schematisch gezeigt, ein Wahlsignal an den Signalgenerator 200 sendet, das angibt, welches analoge Ausgangssignal erzeugt und/oder welche zum Ausgangssignal komplementäre Messgröße gemessen wird.
Fig. 4 zeigt schematisch die Ausgabe der anhand des bekannten Stromsignals (als Ausgangssignal) und der gemessenen Spannung (als der zum Ausgangssignal komplementären Messgröße) berechneten Bürde 102. Im Falle eines Kabelkurzschlusses ist die Bürde Null oder nahezu Null. Im Falle einer Unterbrechung der Kabelverbindung ist die Bürde unendlich oder sehr groß.
In diesem Beispiel wird die Bürde 102 basierend auf dem Stromsignal und der am ersten Messpunkt 160 gemessenen Spannung bestimmt. Die gemessene Bürde 102 ist kleiner als die Obergrenze 104 der Bürde, d.h. die maximal zulässige Bürde Rmax, für die Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 arbeitet somit im linearen Bereich. Daher gibt es einen Restwert 106 (auch: Reserve) der Bürde 102, um den die Bürde 102 anwachsen könnte und die Vorrichtung 100 weiterhin im linearen Bereich arbeiten kann. In diesem Beispiel bedeutet dies, dass die Vorrichtung 100 mit höherer Spannung linear arbeiten kann für ein definiertes Stromsignal.
Fig. 5 zeigt schematisch die anhand des bekannten Spannungssignals (als Ausgangssignal) und des gemessenen Stroms (als der zum Ausgangssignal komplementären Messgröße) berechnete Bürde 102. Im Falle eines Kabelkurzschlusses ist die Bürde 102 minimal oder Null, und im Falle eines Ausfalls der Kabelverbindung ist die Bürde 102 sehr hoch oder unendlich.
In diesem Beispiel wird die Bürde 102 basierend auf dem Spannungssignal und dem (beispielsweise mittels der Messwiderstände 150) am Messpunkt 160 gemessenen Strom bestimmt. Die gemessene Bürde ist größer als die Untergrenze 104 der Bürde 102 (d.h. die minimal zulässige Bürde Rmin) für die Vorrichtung 100. Somit arbeitet die Vorrichtung 100 im linearen Bereich. Daher gibt es einen sogenannten Restwert 106 (auch: Reserve) der Bürde 102, um den die Bürde 102 abnehmen könnte und die Vorrichtung 100 weiterhin im linearen Bereich arbeiten kann. In diesem Beispiel bedeutet dies, dass die Vorrichtung 100 mit höherer Strom für ein definiertes Spannungssignal linear arbeiten kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung bietet dem Anwender den Vorteil, dass die Anschlussbürde 102 am Ausgang bei Bedarf oder Notwendigkeit gemessen wird. Alternativ oder ergänzend können nicht nur eine unzulässige angeschlossene Ausgangsbürde 102 erkannt werden, sondern auch ein Leitungsdefekt, ein Kabelbruch, eine (beispielsweise durch Vibrationen) gelöste Klemme oder Kontaktkorrosion anhand zeitlicher Veränderungen der Bürde und/oder Schwellwerten für die Bürde bestimmt und/oder mit dem Hinweis ausgegeben werden.
In jedem Ausführungsbeispiel kann der ausgegebene Hinweis einen Wert (beispielsweise Betrag) der bestimmten Bürde 102 (d.h. der aktuellen ausgangsseitigen Bürde) oder einen Restbetrag 106 (beispielsweise einen Abstand in Ohm) bis zum Erreichen eines Grenzwertes 104 der ausgangsseitigen Bürde angeben. Alternativ oder ergänzend kann der ausgegebene Hinweis angeben, dass das Ausgangssignal nicht korrekt ist. Beispielsweise kann der ausgegebene Hinweis angeben, dass ein mittels des Signalumformers 110 gemessener Wert nicht korrekt ist (beispielsweise weil der gemes- sene Wert nicht durch das Ausgangssignal korrekt repräsentiert ist) und/oder ein Zusammenhang zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal nicht einer Kennlinie des Signalumformers 110 entspricht (beispielsweise an einer bestimmten Stelle der Kennlinie des Signalumformers 110 oder an der aktuellen Stelle der Kennlinie des Signalumformers). Beispielsweise kann der ausgegebene Hinweis eine Nicht- Linearität zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal angeben.
Alternativ oder ergänzend kann der ausgegebene Hinweis mindestens einen bzw. eine der folgenden Fehler bzw. Ursachen angeben:
- eine fehlerhafte Verdrahtung am Analogausgang 114;
- einen zu geringen Leitungsquerschnitt am Analogausgang 114;
- eine fehlerhafte (beispielsweise nicht korrekt angezogene) Klemmstelle 114-1 oder 114-2 am Analogausgang 114;
- eine Nutzung eines falschen Eingangs oder eines falschen Eingangstyps einer am Analogausgang 114 angeschlossenen speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) oder anderen nachfolgenden Schaltung;
- eine falsche Konfiguration eines Eingangs 112 einer am Analogausgang 114 angeschlossenen SPS oder anderen nachfolgenden Schaltung;
- Verbindungsstellen am Analogausgang 114, die über die Zeit fehlerhaft geworden sind, beispielsweise durch Korrosion, insbesondere Oxidation; und
- einen Leitungsbruch am Analogausgang 114, insbesondere durch Vibration o- der Bewegung.
Bei bestehenden Signalumformern liegt der Strom oder die Spannung, die der Signalumformer auszugeben versucht, bestenfalls als interner Soll-Wert vor. Selbst wenn dieser auch dem Benutzer bekannt ist, ist es damit nicht einfach möglich, den zulässigen Bereich der Bürde 102 für eine an den Analogausgang 114 des Signalumformers anzuschließende Schaltung zu berechnen und vorherzusagen.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 sind daher so ausgebildet ist, dass sie die an den Analogausgang 114 angeschlossene Bürde 102 ermittelt und überwacht. Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist für Fachkundige ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können. Ferner können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Schaltung an die Lehre der Erfindung anzupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
TI
Bezugszeichenliste
Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde 100
Bürde 102
Hinweis auf Grenzwert der Bürde, beispielsweise Obergrenze und/oder Untergrenze 104
Hinweis auf Restwert (auch: Reserve) der Bürde 106
Signalumformer der Vorrichtung 110
Eingang der Vorrichtung oder des Signalumformers, beispielsweise Analogeingang oder Digitaleingang 112
Analogausgang der Vorrichtung 114
Eingabevorrichtung, beispielsweise Sensor 116
Ausgabevorrichtung, beispielsweise Aktor oder SPS 118
Steuereinheit der Vorrichtung, beispielsweise Mikrocontroller 120
Benutzerschnittstelle, beispielsweise Anzeige 140
Messwiderstand für Strom bei Spannungsausgang 150
Messwiderstände für Strom bei Stromausgang 152
Wahlsignaleingang 154
Wahltransistoren 155
Rückkopplung zur Regelung der Spannung als Ausgangssignal 156
Rückkopplung zur Regelung des Stroms als Ausgangssignal 158
Messpunkt 160
Signalgenerator 200
Steuersignal, beispielsweise Steuerspannung, für Signalgenerator 201
Digital-Analog-Wandler der Vorrichtung 202
Zusätzlicher Analog-Digital-Wandler, beispielsweise in Signalumformer oder Steuereinheit 204
Analog-Digital-Wandler der Vorrichtung 206
Signalverarbeitung der Vorrichtung 208
* * * * *

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (100) zur Überwachung einer Bürde (102) mindestens eines Analogausgangs (114), umfassend: einen Signalumformer (110), der mindestens einen Eingang (112) und mindestens einen Analogausgang (114) aufweist, wobei der Signalumformer (110) dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem am Eingang (112) anliegenden Eingangssignal ein Ausgangssignal am Analogausgang (114) auszugeben, wobei das Ausgangssignal ein Strom oder eine Spannung ist; und eine Steuereinheit (120), die dazu ausgebildet ist, ergänzend zum Strom als Ausgangssignal die Spannung oder ergänzend zur Spannung als Ausgangssignal den Strom am Analogausgang (114) zu erfassen, die Bürde (102) aus dem Ausgangssignal in Kombination mit dem erfassten Strom oder der erfassten Spannung zu bestimmen, und auf der Grundlage der bestimmten Bürde (102) einen Hinweis (104; 106) auszugeben.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , wobei die Steuereinheit (120) den Strom oder die Spannung am Analogausgang in einer analogen Domäne und/oder als Messwert erfasst, und/oder wobei der Steuereinheit (120) das Ausgangssignal in einer digitalen Domäne und/oder als Soll-Wert vorliegt.
3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (120) ferner einen Grenzwert (104) der Bürde (102) ausgibt und/oder wobei der ausgegebene Hinweis (104; 106) von einem Vergleich des Grenzwertes der Bürde (102) mit der bestimmten Bürde (102) abhängt und/oder wobei der ausgegebene Hinweis (104;
106) einen Restwert (106) der Bürde (102) als Differenz zwischen dem Grenzwert (104) der Bürde (102) und der bestimmten Bürde (102) angibt.
4. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Signalumformer (110) den Strom als Ausgangssignal am Analogausgang (114) ausgibt, und die Steuereinheit (120) den Hinweis (104; 106) ausgibt, wenn die bestimmte Bürde (102) größer als eine Obergrenze der Bürde (102) und/oder größer als ein oberer Bürde- Schwellwert ist, optional wobei die Obergrenze der Bürde (102) einem Höchstwert der Spannung entspricht, um einen Höchstwert des Stroms als Ausgangssignal zu treiben, und/oder wobei der obere Bürde-Schwellwert 75% bis 90% der Obergrenze der Bürde (102) ist.
5. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Signalumformer (110) die Spannung als Ausgangssignal am Analogausgang (114) ausgibt, und die Steuereinheit (120) den Hinweis (104; 106) ausgibt, wenn die bestimmte Bürde (102) kleiner als eine Untergrenze der Bürde (102) und/oder kleiner als ein unterer Bürde-Schwellwert ist, optional wobei die Untergrenze der Bürde (102) einem Höchstwert des Stroms entspricht, um einen Höchstwert der Spannung als Ausgangssignal zu erreichen, und/oder wobei der untere Bürde-Schwellwert 110% bis 125% der Untergrenze der Bürde (102) ist.
6. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Vorrichtung (100) ferner einen Schalter zum Trennen der angeschlossenen Bürde (102) vom Analogausgang umfasst, wobei die Steuereinheit (120) ferner dazu ausgebildet ist, den Schalter zum Trennen zu betätigen, wenn die bestimmte Bürde (102) den Grenzwert (104), insbesondere die Untergrenze oder die Obergrenze, der Bürde (102) verletzt.
7. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung (100) ferner einen Speicher zum Speichern der bestimmten Bürde (102) umfasst, und/oder wobei die Steuereinheit (120) ferner dazu ausgebildet ist, die Bürde (102) zu verschiedenen Zeiten und/oder bei verschiedenen Ausgangssignalen zu bestimmen, und optional einen Mittelwert der bestimmten Bürden im Speicher zu speichern.
8. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (120) ferner dazu ausgebildet ist, den Hinweis (104; 106) auszugeben, wenn die bestimmte Bürde (102) von der gespeicherten Bürde (102) abweicht.
9. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuereinheit (120) ferner dazu ausgebildet ist, einen Hinweis (104; 106) auf einen Kurzschluss oder Feuchtigkeit am Analogausgang (114) auszugeben, wenn die bestimmte Bürde (102) kleiner als ein vorbestimmter Minimalwert ist und/oder kleiner als die gespeicherte Bürde (102).
10. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuereinheit (120) ferner dazu ausgebildet ist, einen Hinweis (104; 106) auf einen Kabelbruch oder fehlerhafte Klemmstelle am Analogausgang (114) auszugeben, wenn die bestimmte Bürde (102) größer als ein vorbestimmter Maximalwert ist und/oder größer als die gespeicherte Bürde (102).
11 . Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vorrichtung (100) ferner einer Benutzerschnittstelle zum Ausgeben der bestimmten Bürde (102), des Hinweises (104; 106) und/oder des Restwertes (106) der Bürde (102) umfasst.
12. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Steuereinheit (114) ferner dazu ausgebildet ist, die bestimmte Bürde (102) und/oder ein zulässiges Intervall für die Bürde (102) auszugeben, optional mittels einer grafischen Anzeige (140) und/oder eines Webservers der Vorrichtung (100).
13. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Steuereinheit (120) den Strom oder die Spannung am Analogausgang an einem Messpunkt (160) des Signalumformers (110) erfasst, optional wobei die Steuereinheit (120) einen Analogeingang umfasst, der mit dem Messpunkt (160) elektrisch leitend verbunden ist, oder wobei die Steuereinheit (120) einen Digitaleingang umfasst, der über einen Analog-Digital-Wandler mit dem Messpunkt (160) elektrisch leitend verbunden ist.
14. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Signalumformer (110) einen Wahlsignaleingang (154) aufweist und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem am Wahlsignaleingang (154) anliegenden Wahlsignal entweder den Strom oder die Spannung als das Ausgangssignal am Analogausgang (114) auszugeben.
15. Vorrichtung (100) nach den Ansprüchen 13 und 14, wobei die Steuereinheit (120) dazu ausgebildet ist, am selben Messpunkt (160) abhängig vom Wahlsignal entweder ergänzend zum Strom als Ausgangssignal die Spannung oder ergänzend zur Spannung als Ausgangssignal den Strom zu erfassen. * * * * *
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