RS66966B1 - Terenski uređaj, merni raspored i postupak za obezbeđivanje izlaznog signala - Google Patents

Description

Opis

[0001] Pronalazak se odnosi na terenski uređaj sa dvožičnim interfejsom za napajanje, koji je pogodan za prijem energije preko dvožičnog sistema i za prenos signala putem dvožičnog sistema, sa integrisanim senzorom, sa najmanje jednim dodatnim interfejsom koji je pogodan za prijem signala i sa funkcionalnom jedinicom ili funkcionalnom grupom za obradu podataka i/ili signala, koja je povezana sa dvožičnim interfejsom za napajanje, dodatnim interfejsom i integrisanim senzorom. Funkcionalna jedinica ili funkcionalna grupa terenskog uređaja je konfigurisana za sprovođenje sledećih koraka: prijem najmanje jednog prvog ulaznog signala od integrisanog senzora, prijem najmanje jednog drugog ulaznog signala od dodatnog interfejsa i generisanje izlaznog signala na osnovu najmanje jednog prvog ulaznog signala i najmanje jednog drugog ulaznog signala. Pronalazak se dalje odnosi na merni raspored i postupak za obezbeđivanje izlaznog signala.

[0002] U termin terenski uređaj svrstavaju se različiti tehnički objekti koji su direktno povezani sa proizvodnim procesom. „Teren“ pri tome označava područje izvan kontrolnih soba. Terenski uređaji mogu, dakle, da budu, naročito, aktuatori, senzori i merni pretvarači. U tehnici procesne automatizacije se često koriste terenski uređaji koji služe za snimanje i/ili uticanje na procesne promenljive. Primeri ove vrste terenskih uređaja uključuju uređaje za merenje stanja napunjenosti, uređaje za merenje graničnog nivoa i uređaje za merenje pritiska sa senzorima koji snimaju odgovarajuće procesne promenljive (napunjenost, granični nivo ili pritisak). Tipični scenariji primene za takve terenske uređaje uključuju oblasti kao što su prognoziranje poplava, upravljanje zalihama i druge decentralizovane zadatke merenja.

[0003] Pod dvožičnim terenskim uređajem se podrazumeva terenski uređaj koji je preko dva kabla povezan sa jedinicom višeg reda, pri čemu se i napajanje i prenos izmerenih vrednosti odvijaju preko ova dva kabla. Prenos napajanja i/ili signala između takvog terenskog uređaja i jedinice višeg reda prati po pravilu dobro poznati standard od 4 mA do 20 mA, u kojem se između terenskog uređaja i jedinice višeg reda formira strujna petlja od 4 mA do 20 mA, tj. dvožični kabl. Pored analognog prenosa signala, moguće je da terenski uređaji prenose dodatne informacije ili ih primaju od jedinice višeg reda prema raznim drugim protokolima, posebno digitalnim protokolima. Primeri za to uključuju HART protokol ili Profibus PA protokol.

[0004] Terenski uređaji koji se napajaju isključivo dvožičnim sistemom pokazuju, na primer, u poređenju sa četvorožičnim terenskim uređajem, znatno manje zahteve pri instalaciji i ožičenju. Kod ovih dvožičnih terenskih uređaja, dodatna instalacija i ožičenje napona napajanja je potpuno eliminisano, jer se, kao što je prethono prikazano, odvijaju preko dvožičnog kabla. Ovo obezbeđuje značajne prednosti, posebno pri primenama gde moraju da se poštuju propisi o zaštiti od eksplozije, jer se odvojeni vodovi za napon napajanja i dodatne komponente potrebne za to moraju uzeti u obzir tokom faze planiranja.

[0005] Dvožični terenski uređaji mogu biti projektovani tako da budu inherentno bezbedni, zbog čega imaju širi spektar primene u oblastima sa zaštitom od eksplozije (Ex-oblastima). Radovi na održavanju terenskih uređaja u Ex-oblastima su znatno lakši i bezbedniji sa dvožičnim terenskim uređajima nego sa četvorožičnim terenskim uređajima, na primer, jer se mogu bezbedno obavljati čak i dok su merenja u toku. Kod četvorožičnih uređaja, suprotno tome, napajanje prvo mora da se isključi i zaštiti od ponovnog uključivanja. Ovo se obično odvija u odeljcima za priključivanje, koji se često nalaze na značajnoj udaljenosti od merne tačke.

[0006] Iz US 2018/0203135 A1 je poznat modularni merni sistem za radiometrijska merenja. Modularni merni sistem ima dvožični interfejs. Radiometrijski senzor se nalazi u osnovnom modulu mernog sistema. Modul za proširenje mernog sistema opremljen je dodatnim interfejsima preko kojih modularni merni sistem može, na primer, da prima izmerene vrednosti ili da se napaja strujom.

[0007] Publikacija DE 102020110025 A1 opisuje merni raspored sa dvožičnim terenskim uređajem. Dvožični terenski uređaj je povezan sa dodatnim dvožičnim terenskim uređajem. Dvožični terenski uređaj može da prima podatke sa dodatnog dvožičnog terenskog uređaja. Dvožični terenski uređaj ima dvožični interfejs za komunikaciju sa dodatnim dvožičnim terenskim uređajem. Dvožični terenski uređaj može da prima podatke ili izmerene vrednosti sa dodatnog dvožičnog terenskog uređaja i da ih obrađuje pri određivanju i/ili izračunavanju sopstvenih izmerenih vrednosti.

[0008] Međutim, iz prethodnog stanja tehnike nije poznato da terenski uređaj radi zajedno sa različitim terenskim uređajima ili senzorima. Nasuprot tome, cilj pronalaska je da se obezbedi terenski uređaj koji može da obrađuje podatke ili izmerene vrednosti iz različitih generatora signala. Dalji cilj pronalaska je da se obezbedi merni raspored sa takvim terenskim uređajem. Dodatno je cilj pronalaska da se obezbedi postupak pogodan za obradu informacija senzora iz različitih generatora signala radi generisanja izlaznog signala.

[0009] Ciljevi se postižu određivanjem terenskog uređaja prema patentnom zahtevu 1, mernog rasporeda prema patentnom zahtevu 12 i postupka za obezbeđivanje izlaznog signala prema patentnom zahtevu 15. Zavisni patentni zahtevi se odnose na različite, međusobno nezavisne, poželjne razvoje predmetnog pronalaska, čije karakteristike stručnjak u oblasti može slobodno međusobno da kombinuje, u okvirima koji su tehnički smisleni. Ovo naročito važi i izvan granica različitih kategorija patentnih zahteva.

[0010] Prema jednom aspektu pronalaska, predlaže se terenski uređaj tipa pomenutog na početku, kod koga je u terenskom uređaju prema pronalasku sačuvano više od jednog postupka za izračunavanje, koji mogu da se primene za generisanje izlaznog signala, pri čemu su, za spoljašnje generatore signala različitih tipova koji su povezani sa dodatnim interfejsom, predviđeni različiti načini izračunavanja.

[0011] Signal je znak sa određenim značenjem, koje signal dobija po dogovoru ili po propisima. Informacija može da se prenosi signalom. Prema pronalasku, najmanje jedan prvi ulazni signal, najmanje jedan drugi ulazni signal i izlazni signal mogu da budu digitalni i/ili analogni signali. Na primer, gustina koju meri integrisani senzor može da bude predstavljena električnim naponom ili može da se prenosi u obliku digitalnog paketa podataka. Prvi ulazni signal i drugi ulazni signal poželjno predstavljaju izmerene vrednosti. Izlazni signal poželjno takođe predstavlja izmerenu vrednost, na primer izmerenu vrednost koja je korigovana, kompenzovana ili na drugi način očišćena ili obrađena od strane terenskog uređaja.

[0012] Integrisani senzor je poželjno senzor koji je raspoređen u ili na kućištu terenskog uređaja. Integrisani senzor može u osnovi da bude bilo koji tip senzora. Izlazni signal se generiše korišćenjem i prvog ulaznog signala i drugog ulaznog signala za generisanje ili izračunavanje izlaznog signala. Naročito je poželjno, na primer, da se drugi ulazni signal koristi za korekciju prvog ulaznog signala. Prema nekim primerima izvođenja pronalaska, moguće je da se prvi ulazni signal i/ili drugi ulazni signal dalje obrađuju, konvertuju ili da se njima na neki drugi način manipuliše, kako bi se iz prvog ulaznog signala i drugog ulaznog signala generisao izlazni signal. Interfejs u smislu predmetnog pronalaska može da bude jedinica za prenos energije i/ili podataka, kao što je primopredajnik ili slično; međutim, prema pronalasku, interfejs može da bude izveden i značajno jednostavnije i da bude formiran samo jednim priključkom, tj. priključnicama, klemama, ili slično.

[0013] Prema pronalasku je takođe je moguće da terenski uređaj pored dodatnog interfejsa ima i najmanje još jedan interfejs. Opciono, najmanje jedna dodatna izmerena vrednost može da se preuzme preko najmanje jednog dodatnog interfejsa i da se koristi kao osnova za generisanje izlaznog signala. Prema drugim primerima izvođenja, dodatni interfejs se koristi za saopštavanje vrednosti, na primer signala, koji se saopštava ako se pojavi specifična izmerena vrednost. Na primer, signal može da se saopšti ako prvi ulazni signal, drugi ulazni signal i/ili izlazni signal dobije ili prekorači određenu vrednost. Dalje je moguće da se u terenskom uređaju sačuva najmanje jedna unapred definisana vrednost, koja se koristi za generisanje izlaznog signala. Unapred definisana vrednost može, na primer, da bude prirodna konstanta ili približno konstantno svojstvo medijuma ili objekta koji se ispituje terenskim uređajem. Funkcionalna jedinica ili funkcionalna grupa terenskog uređaja je poželjno CPU, mikrokontroler, druga računarska jedinica ili grupa računarskih komponenti i/ili komponenti za obradu signala. Funkcionalna jedinica ili funkcionalna grupa može, ali ne mora, da uključuje periferne komponente, kao što su analogno-digitalni konvertori ili digitalno-analogni konvertori. Funkcionalna grupa terenskog uređaja može naročito da se implementira i kao sistem na čipu. Prema pronalasku, funkcionalna jedinica ili funkcionalna grupa može da bude direktno ili indirektno povezana sa dvožičnim interfejsom za napajanje, dodatnim interfejsom i/ili integrisanim senzorom.

[0014] Prednost je ako je funkcionalna jedinica ili funkcionalna grupa konfigurisana da izvede sledeći korak: pokretanje prenosa izlaznog signala preko dvožičnog sistema pomoću dvožičnog interfejsa za napajanje. Na ovaj način mogu da se izostave dodatni interfejsi za izdavanje izlaznog signala, a postojeći dvožični interfejs za napajanje može da se koristi i za prenos signala.

[0015] Poželjno, dodatni interfejs je dvožični interfejs. Prednosti povezivanja terenskog uređaja preko dvožičnog interfejsa su već pomenute prethodno u tekstu. Terenski uređaj je poželjno konfigurisan tako da može da primi najmanje jedan drugi ulazni signal preko dodatnog interfejsa. Prema pronalasku je takođe moguće da terenski uređaj izdaje podatke preko dodatnog interfejsa, na primer, za konfigurisanje uređaja koji je preko dodatnog interfejsa povezan sa terenskim uređajem.

[0016] Dodatni interfejs je poželjno pogodan za prenos energije. Tako uređaj, kao što je senzor, koji je povezan sa terenskim uređajem, može da dobija napon ili struju. Prema jednom primeru izvođenja pronalaska, terenski uređaj može da prima energiju koja se dovodi do povezanog uređaja preko dvožičnog interfejsa za napajanje. Alternativno ili dodatno, terenski uređaj može da uključuje uređaj za skladištenje energije, kao što je baterija ili slično, koji je predviđen za napajanje povezanog uređaja energijom. Prema drugim primerima izvođenja, priključeni uređaj je i sam, ili opremljen ili povezan, sa uređajem za skladištenje energije koji nije povezan sa terenskim uređajem.

[0017] Dvožični interfejs za napajanje i/ili najmanje jedan dodatni interfejs su poželjni za prijem i/ili slanje signala u skladu sa standardom DIN IEC 60381-1, standardom DIN IEC 60381-2, protokolom Profibus PA ili HART protokolom. Standard DIN IEC 60381-1 definiše prenos podataka putem analognih signala jednosmerne struje, koji se takođe koriste za napajanje energijom. Naročito je poželjna verzija standarda DIN IEC 60381-1:1985-11. Standard DIN IEC 60381-2 definiše prenos podataka putem analognih naponskih signala. Naročito je poželjna verzija standarda DIN IEC 60381-21980-06. Profibus (Process Field Bus) je protokol za fieldbus. Profibus PA protokol omogućava digitalni prenos signala. HART protokol je zasnovan na standardu 4/20 mA i takođe je pogodan za digitalni prenos signala. Prema drugim varijantama pronalaska, prenos signala i/ili energije preko dvožičnog interfejsa za napajanje može se izvršiti i prema drugim standardima ili protokolima.

[0018] U terenskom uređaju prema pronalasku je sačuvano više od jednog načina izračunavanja, koji se mogu primeniti za generisanje izlaznog signala, pri čemu su predviđeni različiti postupci izračunavanja za spoljašnje generatore signala različitih tipova, koji su povezani sa dodatnim interfejsom. Ovo omogućava povezivanje različitih spoljašnjih generatora signala sa terenskim uređajem po potrebi i generisanje izlaznog signala na osnovu toga. Prema pronalasku, spoljašnji generator signala treba shvatiti kao spoljašnji merni uređaj ili spoljašnji senzor, na primer i drugi terenski uređaj. Međutim, može se shvatiti i kao bilo koji drugi uređaj koji daje izmerenu ili vrednost podataka ili generiše obradiv signal koji se može koristiti za generisanje izlaznog signala. Generator signala bi mogao, prema jednom primeru izvođenja, da bude, na primer, regulaciona ili upravljačka jedinica transportne trake, koja terenskom uređaju obezbeđuje brzinu kretanja transportne trake.

[0019] Dodatni interfejs poželjno ima tačno jedan par priključaka, pri čemu je terenski uređaj konfigurisan da prima drugi ulazni signal iz para priključaka. Terenski uređaj je stoga kompaktan i različiti spoljašnji generatori signala mogu se po potrebi povezati na par priključaka. Par priključaka je poželjno formiran sa dve kleme. Kao što je prethodno rečeno, terenski uređaj može da koristi različite postupke za izračunavanje, odnosno algoritme, za generisanje izlaznog signala u zavisnosti od povezanog spoljašnjeg generatora signala.

[0020] Alternativno je moguće da dodatni interfejs ima nekoliko parova priključaka, pri čemu je terenski uređaj konfigurisan da prima drugi ulazni signal iz jednog od parova priključaka. Dodatni interfejs stoga ima više parova priključaka, a drugi ulazni signal se može selektivno primati sa jednog od parova priključaka po potrebi. U tu svrhu, terenski uređaj može, na primer, imati multiplekser, ili funkcionalna jedinica ili funkcionalna grupa može imati više ulaza čiji se ulazni signali mogu selektivno obrađivati. Kad su u pitanju parovi priključaka, prema pronalasku to mogu da budu parovi klema.

[0021] Prema ovom pronalasku, moguće je da prvi ulazni signal predstavlja gustinu. Gustina se može meriti pomoću senzora gustine, kao što je oscilator u obliku slova U, koji određuje prirodnu frekvenciju ispitivane sredine. Gustina sredine može se izvesti iz prirodne frekvencije. Međutim, mogu se koristiti i druge vrste senzora gustine. Međutim, da bi se gustina pravilno odredila, za brojne postupke merenja je dodatno neophodno da se zna temperatura ispitivane sredine.

[0022] Prema jednom konkretnom primeru izvođenja, drugi ulazni signal predstavlja izmerenu vrednost temperature, a funkcionalna jedinica ili funkcionalna grupa je konfigurisana da vrši temperaturnu kompenzaciju prvog ulaznog signala koristeći drugi ulazni signal prilikom generisanja izlaznog signala. Ovo je posebno poželjno u slučaju kada prvi ulazni signal predstavlja gustinu. Međutim, takođe može biti povoljno izvršiti temperaturnu kompenzaciju prilikom određivanja drugih svojstava materijala. To znači da je temperaturna kompenzacija korišćenjem drugog ulaznog signala koji predstavlja izmerenu vrednost temperature takođe poželjna za prve ulazne signale različitog tipa.

[0023] Poželjno, prvi ulazni signal predstavlja najmanje jednu dimenziju posmatranog objekta ili najmanje jedna dimenzija objekta može da se izvede iz prvog ulaznog signala. Dimenziju posmatranog objekta treba shvatiti kao njegov prostorni obim; na primer, to može da bude njegova visina, širina ili dubina. Na primer, ako se rastresiti materijal transportuje na transportnoj traci, visina rastresitog materijala može da se odredi, kada se posmatra sa strane, pomoću optičkog senzora. Takođe je moguće da se dimenzija objekta izvede iz izmerene vrednosti. Na primer, visina objekta može se izvesti iz ulaznih signala koji predstavljaju optički prikaz posmatranog objekta, kao što je slika kamere, korišćenjem odgovarajućih koraka obrade podataka. Prema pronalasku, moguće je da funkcionalna jedinica ili funkcionalna grupa sprovede odgovarajuće procese evaluacije i/ili proračune. Stoga je terenski uređaj poželjno pogodan za izvođenje najmanje jedne dimenzije objekta iz najmanje jednog prvog ulaznog signala.

[0024] Posebno je povoljno ako drugi ulazni signal predstavlja brzinu protoka ili brzinu transporta materijala, pri čemu je funkcionalna jedinica ili funkcionalna grupa konfigurisana da određuje masu materijala ili maseni protok kao izlazni signal na osnovu prvog ulaznog signala i drugog ulaznog signala. Često se treba odrediti transportovana masa. Takođe je moguće odrediti maseni protok, tj. transportovanu masu po jedinici vremena. Ovo se ne može odrediti samo na osnovu poznavanja gustine materijala ili visine objekta. Takođe je potrebno znati koliko brzo se materijal transportuje. Na primer, materijal može biti rastresiti materijal na transportnoj traci čija se brzina transporta treba odrediti. Alternativno, može da se radi o brzini protoka materijala kroz cev. Da bi se odredila masa materijala, prema nekim primerima izvođenja, u oba slučaja može da bude potrebno da se za izračunavanje neki parametri znaju unapred ili procene.

[0025] Razmotrimo slučaj gde se masa transportovana u cevi procenjuje na osnovu izmerene gustine i brzine protoka. U ovom slučaju, površina A poprečnog preseka cevi je unapred poznata. Maseni protok qmse tada dobija, pri brzini protoka v i gustini ρ iz qm= ρ * A * v. U slučaju da se rastresiti materijal transportuje na transportnoj traci i da se meri njegova visina h, tada njegovo prosečno rasprostiranje po širini w na transportnoj traci, kao i njegova prosečna gustina ρ mogu unapred da se procene. Ako se brzina transporta v dostavlja terenskom uređaju kao drugi ulazni signal, tada maseni protok qmmože da se izračuna prema qm= ρ * w * h * v. U oba slučaja, transportovana masa se određuje integraljenjem masenog protoka sa vremenom. U drugim primerima izvođenja pronalaska, nasuprot tome, unapred mogu da budu poznati drugi parametri, ili je takođe moguće da se dodatni parametri isporuče od strane spoljašnjih generatora signala i da im se dodatno pridruže u cilju generisanja izlaznog signala.

[0026] Prema daljem aspektu pronalaska, predlaže se merni raspored koji obuhvata terenski uređaj tipa opisanog gore i generator signala, pri čemu je terenski uređaj povezan sa generatorom signala preko dodatnog interfejsa terenskog uređaja. Generator signala treba shvatiti kao bilo koji uređaj koji može da isporuči signal terenskom uređaju, na primer senzor ili kontrolna jedinica. Generator signala poželjno generiše drugi ulazni signal, koji terenski uređaj obrađuje. Generator signala je poželjno povezan sa terenskim uređajem preko dvožičnog sistema. Generator signala poželjno nije deo terenskog uređaja i/ili je generator signala poželjno postavljen izvan kućišta terenskog uređaja.

[0027] Prema jednom mogućem primeru izvođenja pronalaska, generator signala je temperaturni senzor. Konkretno, temperaturni senzor može da bude RTD senzor. Temperaturni senzor može da se koristi za temperaturnu korekciju vrednosti koja leži u osnovi prvog ulaznog signala, koji terenski uređaj određuje pomoću svog integrisanog senzora. Terenski uređaj tako može da generiše izlazni signal korigovan za temperaturu.

[0028] Poželjno, generator signala je senzor protoka ili upravljački uređaj transportnog sistema. U odgovarajućem primeru izvođenja, generator signala je pogodan za merenje ili indikaciju, na primer, koliko brzo tečnost teče kroz cev ili koliko brzo se rastresiti materijal transportuje transportnom trakom. Ako integrisani senzor mernog rasporeda određuje gustinu ili najmanje jednu dimenziju posmatranog objekta, onda se na osnovu toga može izračunati maseni protok u cevi ili na transportnoj traci.

[0029] Prema sledećem aspektu pronalaska, predložen je postupak za obezbeđivanje izlaznog signala, sa sledećim koracima: generisanje najmanje jednog prvog ulaznog signala pomoću integrisanog senzora terenskog uređaja, prijem najmanje jednog drugog ulaznog signala od strane terenskog uređaja iz generatora signala spoljašnjeg u odnosu na terenski uređaj, generisanje izlaznog signala od strane terenskog uređaja na osnovu najmanje jednog prvog ulaznog signala i najmanje jednog drugog ulaznog signala i pokretanje prenosa izlaznog signala preko dvožičnog sistema korišćenjem dvožičnog interfejsa za napajanje terenskog uređaja. Prema pronalasku, jedan od nekoliko postupaka za izračunavanje, sačuvanih u terenskom uređaju, izvršava se kako bi se generisao izlazni signal, pri čemu su za spoljašnje generatore signala različitih tipova predviđeni različiti postupci za izračunavanje. Prema pronalasku, spoljašnji generator signala može da generiše najmanje jedan drugi ulazni signal. Razume se da prethodno opisani terenski uređaj ili prethodno opisani merni raspored mogu da se koriste za generisanje izlaznog signala. Međutim, postupak nije ograničen na implementaciju korišćenjem takvog terenskog uređaja ili takvog mernog rasporeda.

[0030] Posebno je poželjna varijanta postupka u kojoj najmanje jedan prvi ulazni signal predstavlja gustinu, a najmanje jedan drugi ulazni signal predstavlja temperaturu, i gde se, tokom generisanja izlaznog signala, kompenzacija temperature najmanje jednog prvog ulaznog signala vrši korišćenjem najmanje jednog drugog ulaznog signala. Izlazni signal je stoga kompenzovana gustina. Prema daljem poželjnom primeru izvođenja, najmanje jedan prvi ulazni signal predstavlja gustinu, a najmanje jedan drugi ulazni signal predstavlja brzinu protoka ili brzinu transporta materijala, pri čemu se masa ili maseni protok materijala određuje tokom generisanja izlaznog signala. Prema daljem poželjnom primeru izvođenja, najmanje jedan prvi ulazni signal predstavlja najmanje jednu dimenziju objekta, ili se najmanje jedna dimenzija objekta može izvesti iz najmanje jednog prvog ulaznog signala, a najmanje jedan drugi ulazni signal je brzina protoka ili brzina transporta objekta, pri čemu se masa ili maseni protok objekta određuje tokom generisanja izlaznog signala. Da bi se odredila masa ili maseni protok materijala ili objekta, mogu biti potrebni dodatni parametri ili ulazne vrednosti. Prema nekim primerima izvođenja pronalaska, ove vrednosti mogu da budu unapred zadate ili određene. Prema drugim primerima izvođenja pronalaska, ove vrednosti mogu tokom sprovođenja postupka da se generišu pomoću dodatnih generatora vrednosti merenja i da se obezbede terenskom uređaju, tako da mogu da se uzmu u obzir prilikom generisanja izlaznog signala..

[0031] Crteži predstavljaju poželjne primere izvođenja pronalaska. Pri tome, oni prikazuju:

Sl. 1 šematski prikaz unutrašnjosti terenskog uređaja prema pronalasku,

Sl. 2 je šematski prikaz prvog scenarija primene sa prvim mernim rasporedom,

Sl. 3 prikazuje plan povezivanja prvog mernog rasporeda,

Sl. 4 je šematski prikaz drugog scenarija primene sa drugim mernim rasporedom,

Sl. 5 prikazuje plan povezivanja drugog mernog rasporeda,

Sl. 6 je šematski prikaz trećeg scenarija primene sa trećim mernim rasporedom, i

Sl. 7 je dijagram toka postupka prema pronalasku.

[0032] Sl. 1 daje šematski prikaz unutrašnjosti terenskog uređaja 1 prema pronalasku. Terenski uređaj 1 ima kućište 2. Opremljen je dvožičnim interfejsom 3 za napajanje. Terenski uređaj 1 može da se napaja električnom energijom sa jedinice višeg reda preko dvožičnog interfejsa 3 za napajanje, a terenski uređaj 1 može dati izlazni signal jedinici višeg reda preko dvožičnog interfejsa 3 za napajanje. Ovo se odvija u skladu sa standardom DIN IEC 60381-1. Terenski uređaj 1 ima funkcionalnu jedinicu 4, koja je mikrokontroler. Mikrokontroler je povezan sa dvožičnim interfejsom 3 za napajanje i sa dodatnim interfejsom 5 terenskog uređaja 1. Dodatni interfejs 5 je namenjen za uspostavljanje veze sa senzorom temperature.

[0033] Terenski uređaj 1 dalje sadrži integrisani senzor 6, kod kog se radi o senzoru gustine koji radi po principu oscilatora u obliku slova U. Pri tome se pobuđuje zvučna viljuška 7 integrisanog senzora 6, čime se određuje prirodna frekvencija okolnog medijuma. Na ovaj način moguće je odrediti gustinu okolnog medijuma. Funkcionalna jedinica 4 je takođe povezana sa integrisanim senzorom 6. Tokom rada terenskog uređaja 1, funkcionalna jedinica 4 prima prvi ulazni signal od integrisanog senzora 6 i drugi ulazni signal preko dodatnog interfejsa 5. Generiše izlazni signal na osnovu prvog ulaznog signala i drugog ulaznog signala, a zatim pokreće prenos izlaznog signala preko dvožičnog interfejsa 3 za napajanje. Prvi ulazni signal je gustina okolnog medijuma, koja je temperaturno kompenzovana korišćenjem drugog ulaznog signala, koji je temperatura okolnog medijuma. Na taj način, temperaturno kompenzovana gustina može se odrediti i emitovati preko dvožičnog interfejsa 3 za napajanje terenskog uređaja 1.

[0034] Sl. 2 daje šematski prikaz prvog scenarija primene sa prvim mernim rasporedom 8. Prvi merni raspored 8 ima terenski uređaj 1 čiji je integrisani senzor 6 senzor gustine. Temperaturni senzor 9 je povezan sa dodatnim interfejsom terenskog uređaja 1. I terenski uređaj 1 i temperaturni senzor 9 su raspoređeni u kontejneru 10 u kome se nalazi medijum 11. Jedinica 12 višeg reda, koja je sistem za upravljanje i napajanje, povezana je sa terenskim uređajem 1 preko dvožičnog sistema 13 (ovde su oba provodnika dvožičnog sistema 13 usmerena zajedno), pri čemu jedinica 12 višeg reda napaja terenski uređaj 1 električnom energijom preko dvožičnog sistema 13. Da bi se odredila gustina medijuma 11, terenski uređaj 1 vrši merenje gustine koristeći integrisani senzor 6 i merenje temperature pomoću temperaturnog senzora 9. Terenski uređaj 1 sprovodi temperaturnu kompenzaciju rezultata merenja gustine koristeći izmerenu temperaturu medijuma. Dobijena kompenzovana gustina se prenosi kao izlazni signal do jedinice 12 višeg reda preko dvožičnog interfejsa za napajanje terenskog uređaja 1 putem dvožičnog sistema 13.

[0035] Sl. 3 prikazuje dijagram povezivanja prvog mernog rasporeda 8. Terenski uređaj 1 ima prve kleme 14, preko kojih je povezan sa jedinicom 12 višeg reda preko dvožičnog sistema 13. I komunikacija i napajanje terenskog uređaja 1 preko dvožičnog sistema 13 se odvijaju u skladu sa standardom DIN IEC 60381-1. Terenski uređaj 1 dalje ima druge kleme 15 na koje je priključen temperaturni senzor 9. Konkretno, temperaturni senzor 9 može da bude RTD senzor. Otpor zavisan od temperature u RTD senzoru meri se tako što terenski uređaj 1 šalje definisanu mernu struju senzoru temperature 9 i interno određuje pad napona na RTD senzoru. Na osnovu napona, temperatura medijuma se može indirektno odrediti, tako da se može izvršiti prethodno opisana kompenzacija temperature. Gustina koju određuje integrisani senzor predstavlja prvi ulazni signal, a pad napona na RTD senzoru predstavlja drugi ulazni signal. Izlazni signal se određuje na osnovu prvog ulaznog signala i drugog ulaznog signala.

[0036] Sl. 4 prikazuje šematski prikaz drugog scenarija primene sa drugim mernim rasporedom 16. U drugom mernom rasporedu 16, terenski uređaj 1 i senzor 18 protoka su raspoređeni u cevi 17 kroz koju protiče medijum 11. Senzor 18 protoka je povezan sa dodatnim interfejsom terenskog uređaja 1 i povezan je serijski sa izvorom 19 napona. Izvor 19 napona je raspoređen izvan cevi 17. Terenski uređaj 1 dalje sadrži integrisani senzor 6, koji je senzor gustine. Integrisani senzor 6 određuje gustinu medijuma 1 kao prvi ulazni signal. Senzor 18 protoka određuje brzinu protoka medijuma 11 kao drugi ulazni signal. Pošto je površina poprečnog preseka cevi 17 poznata, računarska jedinica terenskog uređaja 1 može da izračuna maseni protok u cevi iz prvog ulaznog signala i drugog ulaznog signala. Jedinica 12 višeg reda je komunikaciono povezana sa terenskim uređajem 1 preko dvožičnog sistema 13, omogućavajući terenskom uređaju 1 da prenosi maseni protok do jedinice višeg reda u obliku izlaznog signala. Dvožični sistem 13 je povezan sa terenskim uređajem 1 preko dvožičnog interfejsa za napajanje. Osim toga, jedinica 12 višeg reda napaja terenski uređaj 1 električnom energijom preko dvožičnog sistema 13.

[0037] Sl. 5 prikazuje dijagram povezivanja drugog mernog rasporeda 16. Terenski uređaj 1 ima prve kleme 14, preko kojih je terenski uređaj 1 povezan sa jedinicom 12 višeg reda. Komunikacija preko dvožičnog sistema 13 se odvija u skladu sa standardom DIN IEC 60381-1. Terenski uređaj 1 ima dodatno druge kleme 15 sa kojima je povezan senzor 18 protoka. Izvor 19 napona, povezan serijski sa senzorom 18 protoka, napaja senzor 18 protoka potrebnim radnim naponom. Druge kleme 15 funkcionišu kao pasivni strujni ulaz. Međutim, integrisani senzor terenskog uređaja 1 se ne napaja izvorom 19 napona; njegovo napajanje se odvija isključivo preko dvožičnog sistema 13 jedinicom 12 višeg reda.

[0038] Na sl. 6 se vidi šematski prikaz trećeg scenarija primene sa trećim mernim rasporedom 20. Terenski uređaj 1 je povezan preko prvog dvožičnog sistema 13 sa jedinicom 12 višeg reda koja napaja terenski uređaj 1 električnom energijom. Terenski uređaj 1 je povezan preko drugog dvožičnog sistema 13 sa upravljačkim uređajem 21 transportne trake 22. Veza preko oba dvožična sistema 13 se odvija u skladu sa standardom DIN IEC 60381-1. Terenski uređaj 1 ima integrisani senzor 6, koji je kamera. Mikrokontroler unutar terenskog uređaja 1 prima prve ulazne signale od integrisanog senzora 6, koji reprodukuju slike rastresitog materijala 23 na transportnoj traci 22. Upravljačkom uređaju 21 je poznata brzina kretanja transportne trake 22 i prenosi je terenskom uređaju 1. Brzinu kretanja trake mikrokontroler prima u obliku drugih ulaznih signala. Mikrokontroler iz prvih ulaznih signal izvodi odgovarajuću visinu rastresitog materijala 23. Na osnovu brzine trake, pretpostavljene prosečne gustine rastresitog materijala i pretpostavljene prosečne širine rastresitog materijala 23, mikrokontroler izračunava masu koju transportuje transportna traka 22 i šalje je u obliku izlaznog signala preko prvog dvožičnog sistema 13 jedinici 12 višeg reda.

[0039] Sl. 7 prikazuje dijagram toka postupka prema pronalasku. U koraku 24 merenja, integrisani senzor terenskog uređaja generiše prvi ulazni signal tokom merenja, na primer, tokom merenja gustine. U koraku 25 prijema, terenski uređaj prima drugi ulazni signal od generatora signala spoljašnjeg u odnosu na terenski uređaj. Spoljni generator signala može biti, na primer, spoljašnji senzor. U koraku 26 generisanja, terenski uređaj generiše izlazni signal na osnovu prvog ulaznog signala i drugog ulaznog signala. Korak generisanja prema pronalasku može da se preduzme od strane mikrokontrolera ili druge funkcionalne jedinice ili funkcionalne grupe za obradu podataka i/ili signala terenskog uređaja. U izlaznom koraku 27, terenski uređaj prenosi izlazni signal preko dvožičnog sistema koristeći dvožični interfejs za napajanje terenskog uređaja. Jedinica višeg reda, kao što je kontrolni računar, može da prima izlazni signal preko dvožičnog interfejsa.

Spisak pozivnih oznaka

[0040]

1 Terenski uređaj

2 Kućište

3 Dvožični interfejs za napajanje

4 Funkcionalna jedinica

5 Dodatni interfejs

Integrisani senzor Zvučna viljuška Prvi merni raspored Temperaturni senzor

Kontejner Medijum

Jedinica višeg reda Dvožični sistem Prve kleme Druge kleme Drugi merni raspored Cev

Senzor protoka Izvor napona

Treći merni raspored Upravljački uređaj Transportna traka Rastresiti materijal Korak merenja Korak prijema Korak generisanja Izlazni korak

Claims (15)

Patentni zahtevi

1. Terenski uređaj (1) sa dvožičnim interfejsom (3) za napajanje, koji je pogodan za prijem energije preko dvožičnog sistema (13) i za prenos signala preko dvožičnog sistema (13), sa integrisanim senzorom (6), sa najmanje jednim dodatnim interfejsom (5) koji je pogodan za prijem signala i sa funkcionalnom jedinicom (4) ili funkcionalnom grupom za obradu podataka i/ili signala, koja je povezana sa dvožičnim interfejsom (3) za napajanje, dodatnim interfejsom (5) i integrisanim senzorom (6), pri čemu je funkcionalna jedinica (4) ili funkcionalna grupa, konfigurisana za izvođenje sledećih koraka:

prijema najmanje jednog prvog ulaznog signala od integrisanog senzora (6),

prijema najmanje jednog drugog ulaznog signala od dodatnog interfejsa (5), i generisanja izlaznog signala na osnovu najmanje jednog prvog ulaznog signala i najmanje jednog drugog ulaznog signala,

naznačen time što

je u terenskom uređaju (1) prema pronalasku sačuvano više od jednog postupka za izračunavanje, koji mogu da se primene za generisanje izlaznog signala, pri čemu su za spoljašnje generatore signala različitih tipova, koji su povezani sa dodatnim interfejsom (5), predviđeni različiti postupci za izračunavanje.

2. Terenski uređaj (1) prema patentnom zahtevu 1,

naznačen time što

je funkcionalna jedinica (4) ili funkcionalna grupa, konfigurisana za izvođenje sledećih koraka: pokretanja prenosa izlaznog signala preko dvožičnog sistema (13), posredstvom dvožičnog interfejsa (3) za napajanje.

3. Terenski uređaj (1) prema jednom od prethodnih patentnih zahteva,

naznačen time što

je dodatni interfejs (5) dvožični interfejs.

4. Terenski uređaj (1) prema jednom od prethodnih patentnih zahteva,

naznačen time što

je dodatni interfejs (5) pogodan za prenos energije.

5. Terenski uređaj (1) prema jednom od prethodnih patentnih zahteva,

naznačen time što

su dvožični interfejs (3) za napajanje i/ili najmanje jedan dodatni interfejs (5) pogodni za prijem i/ili slanje signala u skladu sa standardom DIN IEC 60381-1, standardom DIN IEC 60381-2, protokolom Profibus PA ili HART protokolom.

6. Terenski uređaj (1) prema jednom od prethodnih patentnih zahteva,

naznačen time što

dodatni interfejs (5) ima tačno jedan par priključaka, pri čemu je terenski uređaj (1) konfigurisan za primanje drugog ulaznog signal iz para priključaka.

7. Terenski uređaj (1) prema jednom od patentnih zahteva 1 do 5,

naznačen time što

dodatni interfejs (5) ima nekoliko parova priključaka, pri čemu je terenski uređaj (1) konfigurisan za primanje drugog ulaznog signala iz jednog od parova priključaka.

8. Terenski uređaj (1) prema jednom od prethodnih patentnih zahteva,

naznačen time što

prvi ulazni signal predstavlja gustinu.

9. Terenski uređaj (1) prema jednom od prethodnih patentnih zahteva,

naznačen time što

drugi ulazni signal predstavlja izmerenu vrednost temperature, pri čemu je funkcionalna jedinica (4) ili funkcionalna grupa konfigurisana za sprovođenje temperaturne kompenzacije prvog ulaznog signala posredstvom drugog ulaznog signala, prilikom generisanja izlaznog signala.

10. Terenski uređaj (1) prema jednom od patentnih zahteva 1 do 7,

naznačen time što

prvi ulazni signal predstavlja najmanje jednu dimenziju posmatranog objekta ili najmanje jedna dimenzija posmatranog objekta može da se izvede iz prvog ulaznog signala.

11. Terenski uređaj (1) prema patentnom zahtevu 8 ili patentnom zahtevu 10,

naznačen time što

drugi ulazni signal predstavlja brzinu protoka ili brzinu transporta materijala, pri čemu je funkcionalna jedinica (4) ili funkcionalna grupa konfigurisana za određivanje mase materijala ili masenog protoka kao izlaznog signala, na osnovu prvog ulaznog signala i drugog ulaznog signala.

12. Merni raspored (8, 16, 20) sa terenskim uređajem (1) i sa generatorom signala, pri čemu je terenski uređaj (1) povezan sa generatorom signala preko dodatnog interfejsa (5),

naznačen time što

je terenski uređaj (1) obrazovan prema jednom od patentnih zahteva 1 do 8.

13. Merni raspored (8, 16, 20) prema patentnom zahtevu 12,

naznačen time što

je terenski uređaj (1) obrazovan prema patentnom zahtevu 9 i što je generator signala temperaturni senzor (9).

14. Merni raspored (8, 16, 20) prema patentnom zahtevu 12,

naznačen time što

je terenski uređaj (1) obrazovan prema patentnom zahtevu 11 i što je generator signala senzor (18) protoka ili upravljački uređaj (21) transportnog sistema.

15. Postupak za obezbeđivanje izlaznog signala, sa koracima:

- generisanja najmanje jednog prvog ulaznog signala pomoću integrisanog senzora (6) terenskog uređaja (1),

- prijema najmanje jednog drugog ulaznog signala od strane terenskog uređaja (1) iz generatora signala, spoljašnjeg u odnosu na terenski uređaj (1),

- generisanja izlaznog signala od strane terenskog uređaja (1), na osnovu najmanje jednog prvog ulaznog signala, kao i najmanje jednog drugog ulaznog signala i - pokretanja prenosa izlaznog signala preko dvožičnog sistema (13), posredstvom dvožičnog interfejsa (3) za napajanje terenskog uređaja (1),

naznačen time što

se za generisanje izlaznog signala izvodi jedan od nekoliko postupaka za izračunavanje, koji su sačuvani u terenskom uređaju (1), pri čemu su za spoljašnje generatore signala različitih tipova predviđeni različiti postupci za izračunavanje.