WO2010015601A1 - Universelle schnittstelle für einen wireless adapter - Google Patents

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WO2010015601A1
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power supply
wireless adapter
eeext
supply unit
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Stefan Probst
Marc Fiedler
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Endress and Hauser Process Solutions AG
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    • G05B19/04—Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/20—Pc systems
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B2219/00—Program-control systems
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    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25451—Connect module to bus using interface with adaptive logic

Definitions

  • the invention relates to a universal interface for a wireless adapter, which supports a communication protocol used in automation technology, wherein the wireless adapter is assigned a first power supply unit for supplying power to the wireless adapter and a radio module for communicating with a higher-level control unit via a radio network.
  • field devices are often used to detect and / or influence process variables.
  • Sensors such as fill level gauges, flowmeters, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc., which record the corresponding process variables level, flow, pressure, temperature, pH or conductivity, are used to record process variables.
  • actuators such as valves or pumps, through which the flow of a liquid in a pipe section or the level can be changed in a container.
  • field devices are all devices that are used close to the process and that provide or process process-relevant information.
  • field devices are also generally referred to as those which are directly connected to a field bus and serve to communicate with the superordinate units, such as e.g. Remote I / Os, Gateways, Linking Devices and Wireless Adapters.
  • the superordinate units such as e.g. Remote I / Os, Gateways, Linking Devices and Wireless Adapters.
  • a large number of such field devices are manufactured and distributed by the Endress + Hauser Group.
  • field devices are usually connected to higher-level units via bus systems (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.).
  • bus systems such as a PLC (Programmable Logic Controller) or a PLC ⁇ Programmable Logic Controller).
  • the higher-level units serve, among other things, for process control, process visualization, process monitoring and commissioning of the feeder units.
  • the measured values acquired by the field devices, in particular by sensors, are transmitted via the connected bus system to one or possibly also to a plurality of higher-level unit (s).
  • data transmission from the higher-level unit via the bus system to the field devices is required; this is used in particular for configuring and parameterizing field devices or for diagnostic purposes.
  • the field device is operated via the bus system from the higher-level unit.
  • Actuators partly designed as radio field devices. These usually have a radio unit and a power source as integral components.
  • the radio unit and the power source may be provided in the field device itself or in a radio module permanently connected to the field device.
  • the power source enables a self-sufficient power supply of the field device.
  • the wireless adapter is usually connected to a Fieldbus communication interface of the field device releasably connected. Via the fieldbus communication interface, the field device can send the data to be transmitted via the bus system to the wireless adapter, which then transmits it via radio to the destination. Conversely, the wireless adapter can receive data via radio and transmit it via the fieldbus
  • the field device can be supplied with electrical power via a power supply unit of the wireless adapter.
  • Radio field devices or Wireiess adapter usually have a wired communication interface parts.
  • radio field devices must not only have a wireless interface but also a wired communication interface.
  • a configuration of the radio field device or of the wireless adapter via a service and / or operating unit, such as a handheld device, is available locally via such a wired communication interface
  • the wired communication interface can be designed as a fieldbus communication interface, so that the communication about it according to a bus system, such as according to one of the standardized
  • the radio field device or the wireless adapter can also be connected to a corresponding wired fieldbus.
  • the power supply unit or the power source of a wireless adapter or a radio field device for example, one in the wireless adapter or the radio FeSd réelle provided battery, a fuel cell, a solar energy supply and / or a battery.
  • the installed base includes a wide variety of field installation types: A large number of field devices are designed as 4-2OmA field devices.
  • the analog 4-20mA current value represents the measured value.
  • the current signal may be overlaid with a digital communication, which is usually - but not limited - based on the HART protocol.
  • four-wire field devices can also be subsumed under the term "field installation" in addition to the two-wire field devices; continue to fall under the term operating devices that are used for example to parameterize the wireless adapter, or even the use of the wireless adapter in the modem operation.
  • a wireless adapter which is designed at least for a commonly used in automation technology protocol for digital communication, is usually tailored to the specific field installation.
  • the known solution lacks the necessary flexibility to use the wireless adapter in different field installations. It is obvious that the conventional solutions are therefore very complex to implement.
  • the invention has for its object to provide a universal interface for a wireless adapter that allows flexible connection options of different field installations to a Wireiess adapter.
  • the object is achieved in that at least five terminals are provided on the interface, which are designed so that depending on the respective Fefdinstallation to be connected in each case a subset of the terminals is connectable either with different configurations of field devices or with an operator panel.
  • the term 'field installation' is understood to mean the differently designed types of field devices, ie two-wire or four-wire field devices; However, according to the invention, operating devices which are used, for example, for parameterizing the Wireiess adapter are also included. Another important application is the use of the wireless adapter in modem mode. Multiple use of connection terminals in different field installations considerably reduces or minimizes the number of connection terminals.
  • the first terminal is a power supply terminal to which the power supply unit is connected.
  • the second connection terminal is a first communication terminal which supports the digital communication according to the communication protocol and / or the determination of the analog current signal.
  • the communication protocol preferably supports the HART standard, since HART field devices are most widely used in automation technology. It goes without saying that other common in automation technology communication protocols can be supported. Possibly. then provide additional terminals. Examples include the HART protocol, the Profibus protocol or the Foundation Fieldbus protocol. If the measured value is determined conventionally by means of an analog current signal, the 4-2OmA signal is preferably used, since this standard has prevailed in process automation technology.
  • a two-wire field device fed by the energy supply unit of the Wireiess adapter in which the power supply and the provision of the measured value take place via the same two-wire line, is connected to the first connection terminal and to the second connection terminal.
  • the power supply of the field device takes place in this case via the power supply unit integrated in the cut parts.
  • the energy supply unit is, for example, a battery, a solar panel, a rechargeable battery or a fuel cell.
  • An advantageous embodiment of the interface according to the invention provides for a third terminal, which, depending on the field installation to be connected, is either a ground terminal for an external power supply unit or a bridge which establishes the connection to the fifth terminal, which will be described in more detail below.
  • a four-wire feeder which is powered by a first two-wire line and an external power supply unit with energy, connected via the second terminal and the third terminal with the Wireiess adapter.
  • the digital communica- tion signal and / or the current signal representing the measured value are transmitted via the second two-wire line clamped to the second connection terminal and to the third connection terminal of the wireiess adapter.
  • a fourth connection terminal is a second communication terminal which supports digital communication in accordance with the respective communication protocol of the field installation.
  • connection terminal is made in duplicate or if the two connection terminals functionally functionally the same since they are connected to one another via a bridge.
  • the two-wire feeder is connected to the second terminal and the fourth terminal and that the external power supply unit is connected to the third terminal and the fourth terminal.
  • the wireless adapter is used in a two-wire field device for modem operation, the fourth terminal and the fifth terminal via the two communication lines on the two-wire line, the two-wire Field device connects to the external power supply unit and via which the digital communication takes place.
  • the wireless adapter works in modem mode with a field device powered by the external power supply unit provided that the external power supply unit is connected to the third connection terminal and the fourth connection circuit, wherein the third connection terminal and the fifth connection terminal are connected via a bridge, and wherein the field device is connected to the wireless adapter via the fourth connection terminal and the fifth connection terminal ,
  • the wireless adapter must also be connected to an operator panel via the interface for parameterization or diagnostics.
  • the HMI device is connected to the fourth connection terminal and the fifth connection terminal.
  • each of the terminals either a
  • Power limitation and / or current limiting is assigned, which are designed so that when connecting the respective Feidänstallation to the wireless adapter, the available power is dimensioned so that the use of the wireless adapter in conjunction with field installation in potentially explosive areas is possible.
  • the available power is dimensioned so that the use of the wireless adapter in conjunction with field installation in potentially explosive areas is possible.
  • FIG. 3 shows the assignment of the terminals of the wireless adapter according to the invention in the event that a two-wire field device and an external power supply are connected to the wireless adapter
  • FIG. 4 shows a first embodiment of the assignment of the terminals of the wireless adapter according to the invention for the case that the wireless adapter works in modem operation in a two-wire field device
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the assignment of the AnschJussklemmen the wireless adapter according to the invention for the case that the wireless adapter works in modem operation in a four-wire field device and
  • Fig. 6 the assignment of the terminals of the wireless adapter according to the invention in the event that an operating device is connected to the wireless adapter.
  • FIGS. 1 to 6 the circuit components of the interface S of the wireless adapter or of the radio adapter are identical in each case. Depending on the field installation, the assignment of the
  • Terminals A, B 1 C, Da, Db, E Terminals A, B 1 C, Da, Db, E.
  • the inventive interface S is designed so that the individual terminals A, B, C, Da, Db, E can be used in different combinations.
  • the wireless adapter can also be used in the explosion-proof area, provisions have been made in the embodiments shown which, depending on the type of device used
  • the Wireiess adapter which is not explicitly shown in the figures, moreover has a radio module FM, which enables wireless communication with a higher-level control unit ST via the radio network FN.
  • Fig. 1 shows the assignment of the terminals A, B, C, Da, Db, E of the wireless adapter according to the invention in the case of the connection of a field device F1, which is supplied by the wireless adapter with energy through the power supply unit EE.
  • the power supply unit EE also powers the wireless adapter.
  • the field device F1 is thus a two-wire field device.
  • Two-wire fiddlers are characterized in that the power supply and the transmission of the measured value, e.g. of a 4-20mA reading and / or digital communication over the same two-wire line VL.
  • the first terminal A which serves as a positive terminal, is the power supply terminal to which the power supply unit EE of the Wireiess adapter is connected.
  • the second connection terminal B is a first communication terminal which either supports the digital communication in accordance with the respective communication protocol, eg the HART protocol, and / or the determination of the analog current signal, in particular a 4-20 mA current signal ,
  • a voltage limitation UB is connected in parallel with the energy supply unit EE.
  • a DC voltage is provided, which can reach a maximum of the Z voltage of the diode D (reverse direction).
  • the operating voltage of the diode D in the forward direction corresponds.
  • the second connection terminal B which represents the negative pole, has a current limitation IB1 for explosion protection reasons.
  • IB1 the current through the resistor R1 is limited.
  • the current and voltage limitation ensures that only a power that meets the Ex requirements is provided at connection terminals A, B.
  • the analog current signal and / or the HART signal are / is transmitted via the functional unit FE to a microprocessor not shown separately in FIG.
  • the functional unit FE either supports the digital communication, e.g. HART communication or supports the measurement of the current value.
  • Fig. 2 shows the assignment of the terminals A, B, C, Da, Db, E of the wireless adapter according to the invention for the case that a four-wire field device F2 is connected to the interface S of the wireless adapter.
  • the field device F2 is supplied with energy by the external power supply unit EEext via the two connection lines VL1.
  • the field device F2 is connected to the second connection terminal B and the third connection terminal C via the two connection lines VL2.
  • the function of the terminal B and the downstream components has already been explained in connection with FIG.
  • the terminal C in this embodiment has the function of a ground terminal for the external power supply unit EEext.
  • the maximum current flowing is limited by the current limit IB1.
  • An additional polarity reversal protection consists of three series-connected diodes D1, D2, D3.
  • the triple redundancy ensures that even if two of the three diodes fail, the protection is still working effectively.
  • the diodes D1, D2, D3 furthermore have the effect that no internal capacitances or inductances act outward in the direction of the field device F2. The high safety requirements of explosion protection ex-ia are thus fulfilled.
  • Fig. 3 shows assignment of the terminals A 1 B, C, Da, Db, E of the wireless adapter according to the invention for the case that a two-wire field device F3 and an external power supply or an external power supply unit EEext are connected to the Wireiess adapter.
  • the fourth terminal D is duplicated.
  • the two terminals Da, Db functionally the same because they are connected to each other via a bridge Br2a, Br2b.
  • the two-wire field device F3 is connected to the second connection terminal B and to the fourth connection terminal Db.
  • the external power supply unit EEext is connected to the third terminal C and the fourth terminal Da.
  • the wireless adapter and the field device F3 are powered by the external power supply unit EEext.
  • the fifth terminal E may be depending on the connected Feidinstallation F1, F2, EEext, BE to a high-impedance ground connection - which is the case with the Feidinstallation of FIG or act around a bridge BrI b, BrI a to the third terminal C.
  • the wireless adapter is used in a two-wire field device F1 for modem operation
  • the fourth terminal Da and the fifth Anschlußkiemme E via the two communication lines KL are clamped onto the two-wire line VL.
  • the two-wire line VL connects the two-wire field device F1 with the external power supply unit EEext and enables digital communication.
  • Fig. 5 shows a second embodiment of the assignment of the terminals A 1 B, C, Da, Db 1 E of the wireless adapter according to the invention for the case that the wireless adapter works in modem operation in a four-wire field device F2.
  • the power supply unit EEext which feeds the field device F2, is connected separately to the wireless adapter.
  • the power supply unit EEext is connected to the third terminal C and the fourth terminal Da, in which case the third terminal C and the fifth terminal E via a bridge BrI b, BrI a are interconnected.
  • the field device F2 is connected via the fourth connection terminal Db and the fifth connection terminal E to the wireless adapter.
  • FIG. 6 the assignment of the terminals A, B, C, Da, Db, E of the wireless adapter according to the invention is shown for the case that an operating unit BE is connected to the Wireiess adapter.
  • the operating unit BE is used, for example, for parameterizing the wireless adapter. It can also be used for commissioning or for diagnostic purposes.
  • the control unit BE is connected to the wireless adapter or to the interface of the wireless adapter via the fourth terminal Da, ie the second communication terminal, and the fifth terminal E, which serves as a ground terminal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine universelle Schnittstelle (S) für einen Wireless Adapter, der ein in der Automatisierungstechnik gebräuchliches Kommunikationsprotokoll (HART) unterstützt, wobei dem Wireless Adapter eine erste Energieversorgungseinheit (EE) zur Energieversorgung des Wireless Adapters und ein Funkmodul (FM) zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steuereinheit über ein Funknetzwerk (FN) zugeordnet sind, wobei an der Schnittstelle (S) zumindest fünf Anschlussklemmen (A, B, C, D, E) vorgesehen sind, die so ausgestaltet sind, dass in Abhängigkeit von der jeweils anzuschließenden Feldinstallation (F1, F2, EEext, BE) jeweils eine Teilmenge der Anschlussklemmen (A, B7 C, D, E) entweder mit unterschiedlichen Ausgestaltungen von Feldgeräten (F1, F2) oder mit einem Bediengerät (BE) verbindbar ist.

Description

Universelle Schnittstelle für einen WireJess Adapter
Die Erfindung betrifft eine universelle Schnittstelle für einen Wireless Adapter, der ein in der Automatisierungstechnik gebräuchliches Kommunikationsprotokoll unterstützt, wobei dem Wireless Adapter eine erste Energieversorgungseinheit zur Energieversorgung des Wireless Adapters und ein Funkmodul zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steuereinheit über ein Funknetzwerk zugeordnet sind.
In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen dienen. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperatur- messgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, etc., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Neben den zuvor genannten Sensoren und Aktoren werden als Feldgeräte allgemein auch solche Einheften bezeichnet, die direkt an einem Feldbus angeschlossen sind und zur Kommunikation mit den übergeordneten Einheiten dienen, wie z.B. Remote I/Os, Gateways, Linking Devices und Wireless Adapters. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress + Hauser-Gruppe hergestellt und vertrieben.
In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Bussysteme (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Leitsysteme bzw. Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder eine PLC {Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feidgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von Sensoren, erfassten Messwerte werden über das angeschlossene Bussystem an eine oder gegebenenfalls auch an mehrere übergeordnete Einheit(en) übermittelt. Daneben ist auch eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die Feldgeräte erforderlich; diese dient insbesondere zur Konfigurierung und Parametrierung von Feldgeräten oder zu Diagnosezwecken. Allgemein gesprochen, wird das Feldgerät über das Bussystem von der übergeordneten Einheit her bedient.
Neben einer drahtgebundenen Datenübertragung zwischen den Feldgeräten und der übergeordneten Einheit besteht auch die Möglichkeit einer drahtlosen (wireless) Datenübertragung. Insbesondere in den Bussystemen Profibus®, Foundation® Fieldbus und HART® ist eine drahtlose Datenübertragung über Funk spezifiziert. Ferner sind Funknetzwerke für Sensoren in dem Standard IEEE 802.15.4 näher spezifiziert. Zur Realisierung einer drahtlosen Datenübertragung sind neuere Feldgeräte, insbesondere Sensoren und
Aktoren, teilweise als Funk-Feldgeräte ausgebildet. Diese weisen in der Regel eine Funkeinheit und eine Stromquelle als integrale Bestandteile auf. Dabei können die Funkeinheit und die Sromquelle in dem Feldgerät selbst oder in einem dauerhaft an dem Feldgerät angeschlossenen Funkmodul vorgesehen sein. Durch die Stromquelle wird eine autarke Energieversorgung des Feldgerätes ermöglicht.
Daneben besteht die Möglichkeit, Feldgeräte ohne Funkeinheiten - also die installierte Basis - durch die Kopplung mit jeweils einem Wireless Adapter, der eine Funkeinheit aufweist, zu einem Funk-Feldgerät aufzurüsten. Ein entsprechender Wireless Adapter ist beispielsweise in der Druckschrift WO 2005/103851 A1 beschrieben. Der Wireless Adapter wird in der Regel an eine Feldbus-Kommunikations-schnittstelle des Feldgerätes lösbar angeschlossen. Über die Feldbus-Kommunikationsschnittstelie kann das Feldgerät die über das Bussystem zu übermittelnden Daten an den Wireless Adapter senden, der diese dann über Funk an den Zielort übermittelt. Umgekehrt kann der Wireless Adapter über Funk Daten empfangen und über die Feldbus-
Kommunikationsschnittstelie an das Feldgerät weiterleiten. Die Versorgung des Feldgeräts mit elektrischer Leistung kann über eine Energieversorgungseinheit des Wireless Adapters erfolgen.
Bei autarken Funk-Feldgeräten und Wireless Adaptern wird die
Kommunikation, beispielsweise mit einer übergeordneten Einheit, in der Regel über die drahtlose Schnittstelle des Funk-Feldgerätes bzw. des Wireless Adapters abgewickelt. Zusätzlich weisen solche Funk-Feldgeräte bzw. Wireiess Adapter in der Regel eine drahtgebundene Kommunikations- schnittsteile auf. Beispielsweise ist in dem HART®-Standard vorgesehen, dass Funk-Feldgeräte neben einer drahtlosen Schnittstelle auch eine drahtgebundene Kommunikationsschnittstelle aufweisen müssen. Über solch eine drahtgebundene Kommunikationsschnittstelle ist beispielsweise vor Ort eine Konfiguration des Funk-Feldgerätes bzw. des Wireless Adapters über eine Service- und/oder Bedieneinheit, wie beispielsweise einen Handheld
Communicator, die/der an der drahtgebundenen Kommunikationsschnittstelle angeschlossen wird, möglich. Ferner kann die drahtgebundene Kommunikationsschnittstelle als Feldbus-Kommunikationsschnittstelle ausgebildet sein, so dass die Kommunikation darüber entsprechend einem Bussystem, wie beispielsweise entsprechend einem der standardisierten
Bussysteme Profibus®, Foundation® Fieldbus oder HART®, abgewickelt wird. Über solch eine Feldbus-Kommunikationsschnittstelle kann das Funk- Feldgerät bzw. der Wireless Adapter auch an einen entsprechenden drahtgebundenen Feldbus angeschlossen werden.
Die Energieversorgungseinheit bzw. die Stromquelle eines Wireless Adapters oder eines Funk-Feldgerätes ist beispielsweise eine in dem Wireless Adapter bzw. dem Funk-FeSdgerät vorgesehene Batterie, eine Brennstoffzelle, eine solare Energieversorgung und/oder ein Akku.
In der installierten Basis finden sich die unterschiedlichsten Typen von Feldinstallationen: Eine Vielzahl der Feldgeräte sind als 4-2OmA Feldgeräte ausgestaltet. Hier repräsentiert der analoge 4-20mA-Stromwert den Messwert. Zusätzlich kann dem Stromsignal eine digitale Kommunikation überlagert sein, die üblicherweise - was jedoch keine Beschränkung darstellt - auf dem HART Protokoll basiert. Unter den Begriff der 'Feldinstallation' lassen sich neben den Zweidraht-Feldgeräten natürlich auch Vierdraht-Feldgeräte subsumieren; weiterhin fallen unter den Begriff Bediengeräte, die beispielsweise zur Parametrierung des Wireless Adapters verwendet werden, oder auch die Verwendung des Wireless Adapters im Modem betrieb.
Ein Wireless Adapter, der zumindest für ein in der Automatisierungstechnik gebräuchliches Protokoll zur digitalen Kommunikation ausgelegt ist, ist üblicherweise auf die spezielle Feldinstallation zugeschnitten. Bei der bekannten Lösung fehlt die notwendige Flexibilität, um den Wireless Adapter bei unterschiedlichen Feldinstallationen anzuwenden. Es liegt auf der Hand, dass die herkömmlichen Lösungen daher sehr aufwändig zu realisieren sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine universelle Schnittstelle für einen Wireless Adapter vorzuschlagen, die flexible Anschlussmöglichkeiten unterschiedlicher Feldinstallationen an einen Wireiess Adapter ermöglicht.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass an der Schnittstelle zumindest fünf Anschlussklemmen vorgesehen sind, die so ausgestaltet sind, dass in Abhängigkeit von der jeweils anzuschließenden Fefdinstallation jeweils eine Teilmenge der Anschlussklemmen entweder mit unterschiedlichen Ausgestaltungen von Feldgeräten oder mit einem Bediengerät verbindbar ist. Unter dem Begriff 'Feldinstallation' sind die unterschiedlich ausgelegte Typen von Feldgeräten zu verstehen, also Zweidraht- oder Vierdraht-Feldgeräte; erfindungsgemäß umfasst werden aber auch Bediengeräte, die beispielsweise zur Parametrierung des Wireiess Adapters verwendet werden. Eine weitere wichtige Anwendung ist die Nutzung des Wireless Adapters im Modem betrieb. Durch Mehrfachnutzung von AnschJussklemmen bei unterschiedlichen Feldinstallationen lässt sich die Anzahl der Anschlussklemmen erheblich reduzieren bzw. minimieren. Insbesondere wird durch die innere Beschaltung der Anschlussklemmen erreicht, dass verschiedene Anschlussklemmen je nach Applikation unterschiedliche Funktionen aufweisen und in unterschiedlichen Kombinationen mit den Feldinstallationen verbunden werden. Es wird hier also ein flexibles Anschlusskonzept für einen Wireless Adapter beschrieben, das es erlaubt, unterschiedliche Sensoren/Messumformer einfach anzuschließen, bzw. den Wireless Adapter einfach in bestehende Applikationen einzubinden, bzw. vom Kunden gewünschte, spezielle Verschaltungen zu realisieren.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schnittstelle schlägt vor, dass es sich bei der ersten Anschlussklemme um eine Energieversorgungsklemme handelt, an die die Energieversorgungseinheit angeschlossen ist.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass es sich bei der zweiten Anschlussklemme um eine erste Kommunikationsklemme handelt, die die digitale Kommunikation entsprechend dem Kommunikationsprotokoll und/oder die Ermittlung des analogen Stromsignals unterstützt. Das Kommunikations- Protokoll unterstützt bevorzugt den HART Standard, da HART Feldgeräte in der Automatisierungstechnik die größte Verbreitung aufweisen. Es versteht sich von selbst, dass auch andere in der Automatisierungstechnik gebräuchliche Kommunikationsprotokolle unterstützt werden können. Ggf. sind dann weitere Anschlussklemmen vorzusehen. Beispielhaft sind neben dem HART-Protokoll, das Profibus Protokoll oder das Foundation Fieldbus Protokoll zu nennen. Erfolgt die Messwertbestimmung konventioneil mitteis eines analogen Stromsignals, so wird bevorzugt das 4-2OmA Signal verwendet, da sich dieser Standard in der Prozessautomatisierungstechnik durchgesetzt hat.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schnittstelle wird ein von der Energäeversorgungseinheit des Wireiess Adapters gespeistes Zweidraht-Feldgerät, bei dem die Energieversorgung und die Bereitstellung des Messwerts über dieselbe Zweidrahtleitung erfolgen, an die erste Anschlussklemme und an die zweite Anschlussklemme angeschlossen. Die Energieversorgung des Feldgeräts erfolgt in diesem Fall über die in der Schnittsteile integrierte Energieversorgungseinheit. Bei der Energieversorgungseinheit handelt es sich beispielsweise um eine Batterie, ein Solarpanel, einen Akku oder eine Brennstoffzelle.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schnittstelle sieht eine dritten Anschlussklemme vor, bei der es sich je nach anzuschließender Feldinstallation entweder um eine Masseklemme für eine externe Energieversorgungseinheit oder um eine Brücke handelt, die die Verbindung zur fünften Anschlussklemme herstellt, die im Nachfolgenden noch näher beschrieben wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schnittstelle ist ein Vierdraht-Feidgerät, das über eine erste Zweidrahtleitung und eine externe Energieversorgungseinheit mit Energie versorgt ist, über die zweite Anschlussklemme und die dritte Anschlussklemme mit dem Wireiess Adapter verbunden. Somit werden in Abhängigkeit von der jeweiligen Feldinstallation das digitale Kommunäkationssignal und/oder das den Messwert repräsentierende Stromsignal über die an der zweiten Anschlussklemme und an der dritten Anschlussklemme des Wireiess Adapters angeklemmte zweite Zweidrahtleitung übertragen. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass es sich bei einer vierten Anschlussklemme um eine zweite Kommunikationsklemme handelt, die die digitale Kommunikation entsprechend dem jeweiligen Kommunikationsprotokoll der Feldinstallation unterstützt.
Ais vorteilhaft wird es darüber hinaus angesehen, wenn die vierte Anschlussklemme zweifach ausgeführt ist bzw. wenn die beiden Anschlussklemmen funktional gleich arbeiten, da sie über eine Brücke miteinander verbunden sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schnittstelle wird vorgeschlagen, dass für den Fall, dass ein Zweidraht-Feldgerät und eine externe Energieversorgungseinheit separat an den Wireless Adapter anzuschließen sind, das Zweidraht-Feidgerät an die zweite Anschlussklemme und an die vierte Anschlussklemme angeschlossen ist und dass die externe Energieversorgungseinheit mit der dritten Anschlussklemme und der vierten Anschlussklemme verbunden ist.
Weiterhin ist vorgesehen, dass es sich bei einer fünften Anschlussklemme je nach angeschlossener Feldinstallation entweder um einen hochohmigen
Masseanschluss oder um eine Brücke zur dritten Anschlussklemme handelt.
Als vorteilhaft wird es im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung erachtet, wenn für den Fall, dass der Wireless Adapter bei einem Zweidraht- Feldgerät für den Modembetrieb verwendet wird, die vierte Anschlussklemme und die fünfte Anschlussklemme über die beiden Kommunikationsleitungen auf die Zweidrahtleitung, die das Zweidraht-Feldgerät mit der externen Energieversorgungseinheit verbindet und über die die digitale Kommunikation erfolgt, angeschlossen ist.
Für den Fall, dass der Wireless Adapter bei einem über die externe Energieversorgungseinheit gespeisten Feldgerät im Modembetrieb arbeitet, ist vorgesehen, dass die externe Energieversorgungseinheit mit der dritten Anschiussklemme und der vierten Anschlusskiemme verbunden ist, wobei die dritte Anschlussklemme und die fünfte Anschlussklemme über eine Brücke miteinander verbunden sind, und wobei das Feldgerät über die vierte Anschlussklemme und die fünfte Anschlussklemme an den Wireless Adapter angeschlossen ist.
Wie bereits gesagt, iässt das sich der Wireless Adapter über die Schnittstelle zwecks Parametrierung oder Diagnose auch mit einem Bediengerät verbinden. Hierbei wird das Bediengerät an die vierte Anschlussklemme und die fünfte Anschlussklemme angeschlossen.
Um den erfindungsgemäßen Wireless Adapter uneingeschränkt und damit auch im Explosionsgefährdeten Bereich einsetzen zu können, wird vorgeschlagen, dass jeder der Anschlussklemmen entweder eine
Spannungsbegrenzung und/oder Strombegrenzung zugeordnet ist, die so ausgelegt sind, dass beim Anschluss der jeweiligen Feidänstallation an den Wireless Adapter die zur Verfügung stehende Leistung so bemessen ist, dass der Einsatz des Wireless Adapters in Verbindung mit der Feldinstallation im Explosionsgefährdeten Bereich möglich ist. Insbesondere ist bei allen
Appükationsmöglichkeiten der Explosionsschutz gewährleistet. Insbesondere ist auch bei fehlerhaftem Anschluss der Feldinstallation an den Wireless Adapter ausgeschlossen, dass die für den Explosionsgefährdeten Bereich maximal zulässige Leistungsübertragung überschritten wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : die Belegung der Anschlussklemmen des erfindungsgemäßen Wireless Adapters im Falle des Anschlusses eines Feldgeräts, das über den Wireless Adapter mit Energie versorgt wird, Fig. 2: die Belegung der Anschlussklemmen des erfindungsgemäßen Wiretess Adapters für den Fall, dass ein Vierdraht-Feldgerät an den Wireless Adapter angeschlossen ist,
Fig. 3: die Belegung der Anschlussklemmen des erfindungsgemäßen Wireless Adapters für den Fall, dass ein Zweidraht-Feldgerät und ein externes Netzteil an den Wireless Adapter angeschlossen sind,
Fig. 4: eine erste Ausgestaltung der Belegung der Anschlussklemmen des erfindungsgemäßen Wireless Adapters für den Fall, dass der Wireless Adapter im Modembetrieb bei einem Zweidraht-Feldgerät arbeitet,
Fig. 5: eine zweite Ausgestaltung der Belegung der AnschJussklemmen des erfindungsgemäßen Wireless Adapters für den Fall, dass der Wireless Adapter im Modembetrieb bei einem Vierdraht-Feldgerät arbeitet und
Fig. 6: die Belegung der Anschlussklemmen des erfindungsgemäßen Wireless Adapters für den Fall, dass ein Bediengerät an den Wireless Adapter angeschlossen ist.
In den Figuren Fig. 1 - Fig. 6 sind die Schaltungskomponenten der Schnittstelle S des Wireless Adapters bzw. des Funkadapters jeweils identisch. Geändert ist je nach Feldinstallation die Belegung der
Anschlussklemmen A, B1 C, Da, Db, E. Die erfindungsgemäße Schnittstelle S ist so ausgeführt, dass die einzelnen Anschlussklemmen A, B, C, Da, Db, E in unterschiedlichen Kombinationen nutzbar sind. Damit der Wireless Adapter auch im Explosionsgeschützten Bereich zum Einsatz kommen kann, sind in den gezeigten Ausgestaltungen Vorkehrungen getroffen, die - je nach
Feldinstallation - den Strom oder die Spannung auf zulässige Grenzwerte beschränken. Die je nach angeschlossener Feldinstallation aktiven Komponenten der Schnittstelle S sind in den Figuren Fig. 1 - Fig. 6 durch eine dickere Strichstärke hervorgehoben. Es versteht sich, dass die Durchnummerierung der Anschlussklemmen A, B, C, Da, Db, E von der ersten Anschlussklemme A bis zur fünften Anschlussklemme E keine Beschränkung hinsichtlich der Anordnung oder Reihenfolge der Anschlussklemmen A, B1 C, Da, Db, E an dem Wireless Adapter darstellt.
Der Wireiess Adapter, der in den Figuren nicht explizit dargestellt ist, weist darüber hinaus ein Funkmodul FM auf, das die drahtlose Kommunikation mit einer übergeordneten Steuereinheit ST über das Funknetzwerk FN ermöglicht.
Fig. 1 zeigt die Belegung der Anschlussklemmen A, B, C, Da, Db, E des erfindungsgemäßen Wireless Adapters im Falle des Anschlusses eines Feldgeräts F1 , das von dem Wireless Adapter mit Energie über die Energieversorgungseinheit EE versorgt wird. Die Energieversorgungseinheit EE speist auch den Wireless Adapter.
Bei dem Feldgerät F1 handelt es sich somit um ein Zweidraht-Feldgerät.
Zweidraht-Feidgeräte zeichnen sich dadurch aus, dass die Energieversorgung und die Übermittlung des Messwerts, z.B. eines 4-20mA-Messwerts und/oder die digitale Kommunikation über dieselbe Zweidrahtleitung VL erfolgen.
Bei der ersten Anschlussklemme A, die als Pluspol dient, handelt es sich um die Energieversorgungsklemme, an die die Energierversorgungseinheit EE des Wireiess Adapters angeschlossen ist. Bei der zweiten Anschlussklemme B handelt es sich um eine erste Kommunikationsklemme, die entweder die digitale Kommunikation entsprechend dem jeweiligen Kommunikations- Protokoll, z.B. dem HART-Protokoll, und/oder die die Ermittlung des analogen Stromsignals, insbesondere eines 4-20 mA-Stromsignals unterstützt. Zur SichersteDung des Ex-Schutzes ist zu der Energieversorgungseinheit EE eine Spannungsbegrenzung UB parallel geschaltet. Durch die parallel zur Spannungsquelle U geschaltete Diode D wird eine Gleichspannung bereitgestellt, die maximal die Z-Spannung der Diode D (Sperrrichtung) erreichen kann. Der Betriebsspannung der Diode D in Durchlassrichtung entspricht. Die zweite AnschJussklemme B, die den Minuspol darstellt, weist aus Ex-Schutz-Gründen eine Strombegrenzung IB1 auf. Hier ist der Strom durch den Widerstand R1 begrenzt. Durch die Strom- und Spannungsbegrenzung wird sichergestellt, dass nur eine den Ex-Vorschriften genügende Leistung an den Anschlusskiemmen A, B zur Verfügung gestellt wird.
Das analoge Stromsignal und/oder das HART-Signal werden/wird über die Funktionseinheit FE zu einem in der Fig. 1 nicht gesondert dargestellten Mikroprozessor übertragen. Die Funktionseinheit FE unterstützt entweder die digitale Kommunikation, z.B. die HART Kommunikation oder unterstützt die Messung des Stromwertes.
Fig. 2 zeigt die Belegung der Anschlussklemmen A, B, C, Da, Db, E des erfindungsgemäßen Wireless Adapters für den Fall, dass ein Vierdraht- Feldgerät F2 an die Schnittstelle S des Wireless Adapters angeschlossen ist. Über die beiden Verbindungsleitungen VL1 wird das Feldgerät F2 von einer externen Energieversorgungseinheit EEext mit Energie versorgt. Über die beiden Verbindungsleitungen VL2 ist das Feldgerät F2 mit der zweiten Anschlussklemme B und der dritten Anschlussklemme C verbunden. Die Funktion der Anschlussklemme B und der nachgeschalteten Komponenten wurde bereits im Zusammenhang mit der Fig. 1 erläutert. Die Anschlussklemme C hat bei dieser Ausgestaltung die Funktion eines Masseanschlusses für die externe Energieversorgungseinheit EEext. Der maximal fließende Strom ist durch die Strombegrenzung IB1 begrenzt. Ein zusätzicher Verpolschutz besteht aus drei in Reihe geschalteten Dioden D1 , D2, D3.
Infolge der dreifachen Redundanz ist sichergestellt, dass auch im Falle, dass zwei der drei Dioden ausfallen, die Schutz noch effektiv arbeitet. Die Dioden D1 , D2, D3 bewirken weiterhin, dass keine internen Kapazitäten oder Induktivitäten nach außen in Richtung des Feldgeräts F2 wirken. Die hohen Sicherheitsanforderungen der Ex-Schutzart ex-ia sind somit erfüllt.
Fig. 3 zeigt Belegung der Anschlussklemmen A1 B, C, Da, Db, E des erfindungsgemäßen Wireless Adapters für den Fall, dass ein Zweidraht- Feldgerät F3 und ein externes Netzteil bzw. eine externe Energieversorgungseinheit EEext an den Wireiess Adapter angeschlossen sind. Die vierte Anschlussklemme D ist zweifach ausgeführt. Insbesondere arbeiten die beiden Anschlussklemmen Da, Db funktional gleich, da sie über eine Brücke Br2a, Br2b miteinander verbunden sind. Hierbei ist das Zweidraht-Feldgerät F3 an die zweite Anschlussklemme B und an die vierte Anschlussklemme Db angeschlossen. Die externe Energieversorgungseinheit EEext ist mit der dritten Anschlussklemme C und der vierten Anschlussklemme Da verbunden. Die Speisung des Wireless Adapters und des Feldgeräts F3 erfolgt über die externe Energieversorgungseinheit EEext.
In Fig. 4 ist eine erste Ausgestaltung der Belegung der Anschlussklemmen A1 B, C, Da, Db, E des erfindungsgemäßen Wireless Adapters für den Fall dargestellt, dass der Wireless Adapter bei einem Zweidraht-Feldgerät F1 im Modembeträeb arbeitet. Belegt sind bei dieser Ausgestaltung die vierte Anschlussklemme Da und die fünfte Anschlussklemme E. Bei der fünften Anschlussklemme E kann es sich je nach angeschlossener Feidinstallation F1 , F2, EEext, BE um einen hochohmiger Masseanschluss - was bei der Feidinstallation der Fig. 4 der Fall ist - oder um eine Brücke BrI b, BrI a zur dritten Anschlussklemme C handeln.
Für den Fall, dass der Wireless Adapter bei einem Zweidraht-Feldgerät F1 für den Modembetrieb verwendet wird, sind die vierte Anschlussklemme Da und die fünfte Anschlusskiemme E über die beiden Kommunikationsleitungen KL auf die Zweidrahtleitung VL aufgeklemmt. Die Zweidrahtleitung VL verbindet das Zweidraht-Feldgerät F1 mit der externen Energieversorgungseinheit EEext und ermöglicht die digitale Kommunikation.
Fig. 5 zeigt eine zweite Ausgestaltung der Belegung der Anschlussklemmen A1 B, C, Da, Db1 E des erfindungsgemäßen Wireless Adapters für den Fall, dass der Wireless Adapter im Modembetrieb bei einem Vierdraht-Feldgerät F2 arbeitet. Die Energieversorgungseinheit EEext, die das Feldgerät F2 speist, ist separat an den Wireless Adapter angeschlossen. Die Energieversorgungseinheit EEext ist mit der dritten Anschlussklemme C und der vierten Anschlussklemme Da verbunden, wobei hier die dritte Anschlussklemme C und die fünfte Anschlussklemme E über eine Brücke BrI b, BrI a miteinander verbunden sind. Das Feldgerät F2 über die vierte Anschlussklemme Db und die fünfte Anschlussklemme E an den Wireless Adapter angeschlossen.
In Fig. 6 ist die Belegung der Anschlussklemmen A, B, C, Da, Db, E des erfindungsgemäßen Wireless Adapters für den Fall dargestellt, dass ein Bediengerät BE an den Wireiess Adapter angeschlossen ist. Das Bediengerät BE dient beispielsweise zur Parametrierung des Wireless Adapters. Es kann auch zur Inbetriebnahme oder zu Diagnosezwecken genutzt werden. Das Bediengerät BE ist über die vierte Anschlussklemme Da, also die zweite Kommunikationsklemme, und die fünfte Anschlussklemme E, die als Masseklemme dient, an den Wireless Adapter bzw. an die Schnittstelle des Wireless Adapters angeschlossen.

Claims

Patentansprüche
1. Universelle Schnittstelle (S) für einen Wireless Adapter, der ein in der Automatisierungstechnik gebräuchliches Kommunäkationsprotokoü (HART) unterstützt, wobei dem Wireless Adapter eine erste Energieversorgungseinheit (2) zur Energieversorgung des Wireless Adapters und ein Funkmodul (FM) zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steuereinheit (ST) über ein Funknetzwerk (FN) zugeordnet sind, wobei an der Schnittstelle (S) zumindest fünf Anschlussklemmen (A, B, C, D, E) vorgesehen sind, die so ausgestaltet sind, dass in Abhängigkeit von der jeweils anzuschließenden Feldinstallation (F1 , F2, EEext, BE) jeweils eine Teilmenge der Anschlussklemmen (A, B, C, D, E) entweder mit unterschiediichen Ausgestaltungen von Feldgeräten (F1 , F2) oder mit einem Bθdiengerät (BE) verbindbar ist.
2. Schnittstelle nach Anspruch 1 , wobei es sich bei der ersten Anschlussklemme (A) um eine Energieversorgungsklemme handelt, die mit einer Energierversorgungseinheit (EE) verbunden ist.
3. Schnittstelle nach Anspruch 1 , wobei es sich bei der zweiten Anschlussklemme (B) um eine erste Kommunikationsklemme handelt, die die digitale Kommunikation entsprechend dem Kommunikationsprotokoll (HART) und/oder die Ermittlung des analogen Stromsignals (4-20 mA) unterstützt.
4. Schnittstelle nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein von der Energieversorgungseinheit (EE) des Wireless Adapters gespeistes Zweidraht- Feldgerät (F1 ), bei dem die Energieversorgung und die Bereitstellung des Messwerts über dieselbe Zweidrahtleitung (VL) erfolgen, an die erste Anschlusskiemme (A) und an die zweite Anschlussklemme (B) anschließbar ist.
5. Schnittstelle nach Anspruch 1 , wobei es sich bei der dritten Anschlussklemme (C) je nach anzuschließender Feldinstallation (F1 , F2, EEext, BE) um eine Masseklemme für eine externe Energieversorgungseinheit (EEext) oder um eine Brücke (BrIa, Br1 b) handelt, die die Verbindung zur fünften Anschlusskiemme (E) herstellt.
6. Schnittstelle nach Anspruch 3 und 5, wobei ein Vierdraht-Feldgerät (F2), das über eine erste Zweidrahtleitung (VL2) und eine externe Energieversorgungseinheit (EEext) mit Energie versorgt ist, über die zweite (B) Anschiussklemme und die dritte Anschlussklemme (C) mit dem Wireless Adapter verbindbar ist, so dass das digitale Kommunäkationssignal und/oder das den Messwert repräsentierende Stromsignal über die an der zweiten Anschlussklemme (B) und an der dritten Anschlussklemme (C) des Wireless Adapters angeklemmte zweite Zweidrahtleitung (VL2) übertragbar ist.
7. Schnittstelle nach Anspruch 1 , wobei es sich bei der vierten Anschlussklemme (D) um eine zweite Kommunikationsklemme handelt, die die digitale Kommunikation entsprechend dem Kommunikationsprotokoil (HART) unterstützt.
8. Schnittstelle nach Anspruch 7, wobei die vierte Anschlussklemme (D) zweifach ausgeführt ist bzw. wobei die beiden Anschlussklemmen (Da, Db) funktional gleich arbeiten, da sie über eine Brücke (Br2a, Br2b) miteinander verbunden sind.
9. Schnittstelle nach Anspruch 3, 5 oder 7, wobei für den FaII1 dass ein Zweidraht-Feldgerät (F1 ) und eine externe Energieversorgungseinheit (EEext) separat an den Wireless Adapter anzuschließen sind, das Zweidraht- Feldgerät (F1 ) an die zweite Anschlussklemme (B) und an die vierte Anschlussklemme (Db) angeschlossen ist und dass die externe
Energieversorgungseinheit (EEext) mit der dritten Anschlussklemme (C) und der vierten Anschlussklemme (Da) verbunden ist.
10. Schnittstelle nach Anspruch 1 , wobei es sich bei der fünften Anschlussklemme (E) je nach angeschlossener Feldinstaüation (F1 , F2, EEext, BE) um einen hochohmiger Masseanschluss oder um eine Brücke (BM b, BM a) zur dritten Anschlussklemme (C) handelt.
11. Schnittstelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 oder 8 und 10, wobei für den Fall, dass der Wireiess Adapter bei einem Zweidraht-Feldgerät (F1 ) für den Modembetrieb verwendet wird, die vierte Anschlussklemme (Da) und die fünfte Anschlusskiemme (E) über die beiden Kommunikationsleitungen (KL) auf die Zweädrahtieitung (VL), die das Zweidraht-Feldgerät (F1 ) mit der externen Energieversorgungseinheit (EEext) verbindet und über die die digitale Kommunikation erfolgt, angeschlossen ist.
12. Schnittstelle nach Anspruch 5, 7 und 10, wobei für den Fall, dass der Wireiess Adapter bei einem über die externe Energieversorgungseinheit (EEext) gespeisten Feldgerät (F2) im Modembetrieb arbeitet, die externe Energie-versorgungseinheit (EEext) mit der dritten Anschlussklemme (C) und der vierten Anschlussklemme (Da) verbunden ist, wobei die dritte Anschluss- klemme (C) und die fünfte Anschlussklemme (E) über eine Brücke (BM a1 BM b) miteinander verbunden sind, und wobei das Feldgerät (F2) über die vierte Anschlussklemme (Db) und die fünfte Anschlusskiemme (E) an den Wireiess Adapter angeschlossen ist.
13. Schnittstelle nach Anspruch 7 und 10, wobei für den Fall, dass der Wireiess Adapter mittels eines Bediengeräts (BE) bedient wird, das Bediengerät (BE) an die vierte Anschlusskiemme (Da) und die fünfte Anschlusskiemme (E) anschließbar äst.
14. Schnittstelle nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der Anschlussklemmen (A1 B, C1 D, E) entweder eine Spannungsbegrenzung (UB) und/oder Strombegrenzung (IB) zugeordnet ist, die so ausgelegt sind, dass beim Anschluss der jeweiligen Feldinstailation (F1 , F2, EEext, BE) an den Wireiess Adapter die zur Verfügung stehende Leistung so bemessen ist, dass der Einsatz des Wireiess Adapters in Verbindung mit der Feldinstallation (F1 , F2, EEext, BE) im explosionsgefährdeten Bereich möglich ist.
15. Schnittstelle nach Anspruch 1 , wobei es sich bei dem Kommunikations- protokoli um das HART-Protokoll, das Profibus Protokoll, oder das Foundation Fieldbus Protokoll handelt.
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