WO2012163603A1 - Funkeinheit mit einer versorgungsschaltung zur spannungsversorgung und verfahren zum betreiben einer solchen funkeinheit - Google Patents

Funkeinheit mit einer versorgungsschaltung zur spannungsversorgung und verfahren zum betreiben einer solchen funkeinheit Download PDF

Info

Publication number
WO2012163603A1
WO2012163603A1 PCT/EP2012/057445 EP2012057445W WO2012163603A1 WO 2012163603 A1 WO2012163603 A1 WO 2012163603A1 EP 2012057445 W EP2012057445 W EP 2012057445W WO 2012163603 A1 WO2012163603 A1 WO 2012163603A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radio unit
supply
supply voltage
voltage
supply circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/057445
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Fiedler
Ingo Laible
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Process Solutions AG
Original Assignee
Endress and Hauser Process Solutions AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Process Solutions AG filed Critical Endress and Hauser Process Solutions AG
Priority to US14/117,775 priority Critical patent/US9768641B2/en
Publication of WO2012163603A1 publication Critical patent/WO2012163603A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/061—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/4185—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the network communication
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25282—Alternative energy for fieldbus devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a radio unit for a system of
  • the invention further relates to an arrangement comprising such a radio unit and at least one field device.
  • the invention also relates to a method for operating such a radio unit or such an arrangement, in particular in a system of process automation.
  • the supply of the current loops with electrical energy is carried out, for example, via a power supply, such as, for example, a power supply that supplies the required for setting a current value in the current loop electrical voltage. If the electrical energy present in the current loop is insufficient to supply all field devices connected to the current loop, it is also possible to provide a separate voltage supply via a further power supply unit for individual field devices or a radio unit. For this purpose, it has become known, for example, from the prior art, for example DE 102004020393 A1, to integrate a battery into the radio unit, so that the radio unit does not react with electrical energy from the radio
  • fieldbus systems such as, for example, the HART protocol in so-called multidrop operation
  • a radio unit which is integrated in the bus system to those connected to the bus system To operate field devices or transmit their measurement data.
  • Such installations may be located remotely from the operator, so that operation and / or
  • Measured value transmission preferably takes place via the radio unit. However, just one is
  • Remote transmission eg via GSM or similar standards known from mobile radio communication, requires energy from radio signals, so that such radio units require a separate power supply.
  • the present invention is therefore based on the object to reduce the cost of supplying such a system with electrical energy.
  • the object is achieved by a radio unit for a system of
  • Supply circuit serves to derive a first and a second supply voltage from a voltage source, wherein the supply circuit has a first output, via which the first supply voltage can be tapped, which first supply voltage for operating an operating electronics of the radio unit is used, wherein the supply circuit has at least one second output over which the at least one second
  • Supply voltage can be tapped, which second supply voltage is used to operate at least one connectable to the second output field device.
  • a supply circuit integrated in the radio unit serves not only to supply the radio unit, but also, for example, to at least one field device connected thereto with electrical energy.
  • the field device can be connected via a two-wire current loop with the radio unit or the supply circuit more precisely to the second output of the
  • Be connected supply circuit instead of directly connecting a field device to this second output, multiple field devices can be connected in parallel with a two-wire current loop connected to the second output and supplied with power from the two-wire current loop.
  • Supply voltage can then in the current loop by means of one of the connected
  • the current value may, for example, be a 4-20 mA current signal and / or a current signal corresponding to the HART protocol.
  • first and the second supply voltage may have different values.
  • the proposed radio unit has, for example, a housing into which both the operating electronics of the radio unit, i. the serving for performing the function of the radio unit serving electrical and / or electronic components, as well as the supply circuit are integrated.
  • Supply circuit of the radio unit also has at least two outputs, wherein via the first output, the first supply voltage for operating the operating electronics of the Radio unit is used, and via the second output, the second supply voltage, for example, to operate at least one or more field devices or for feeding a fieldbus system, such as the above-mentioned current loop can be tapped.
  • a fieldbus system such as the above-mentioned current loop
  • connection terminals on the housing of the radio unit Preferably, terminals as in the arrangement acc. a universal interface, as described in the published patent application DE
  • the voltage source can be, for example, a mains voltage which is fed by a utility company into a power or voltage network.
  • Supply circuit can from this mains voltage, the first and the second
  • Supply voltage are derived.
  • a voltage source but can serve all sources of electrical energy.
  • an energy store is provided, which serves in the case of an interruption of the power supply by the voltage source, the first
  • the energy store can be an energy store with limited capacity, such as a battery or a rechargeable battery. In the event that the voltage supply from the voltage source fails, then the power supply of the radio unit can be ensured by electrical energy from this energy storage for generating the first
  • Supply voltage which is used to operate the operating electronics of the radio unit is used.
  • the supply circuit is designed so that the first supply voltage assumes a first substantially constant value when the first supply voltage is derived from the voltage source, and that the first
  • Supply voltage assumes a second substantially constant value when the first supply voltage is derived from the energy storage.
  • the operating electronics of the radio unit can be signaled the current state, for example, of the energy supply or the energy source via the value of the first supply voltage. For this a first value of the
  • the first and the second value of the first supply voltage are to be selected so that the operating electronics of the radio unit can be supplied and / or operated in at least one operating mode with electrical energy.
  • the operating electronics in the case that the first Supply voltage is derived from the energy storage, operated in a power saving mode.
  • the energy-saving mode has opposite to the operating mode of the operating electronics of the radio unit, in which the operating electronics of the radio unit with electrical energy from the
  • Power source is operated, a reduced power and / or energy consumption.
  • the first and the second value of the first supply voltage can also be tapped off via the first output of the supply circuit and differ from one another.
  • a detection circuit may be part of the operating electronics or connected to the operating electronics.
  • the difference between the first and the second supply voltage is less than 5 V or 3 V and preferably less than 2 V and particularly preferably less than 1 V.
  • the difference between the first and the second supply voltage at least 1 V, preferably at least 2 V and more preferably at least 3 V or 5 V.
  • the operation mode of the first supply voltage changes from the first value to the second value or from the second value to the first value
  • Operating electronics are adjusted accordingly by the power or energy consumption of the operating electronics adapted, i. reduced or increased, will.
  • the supply circuit is configured such that in the event of an interruption of the voltage supply via the voltage source, no second supply voltage can be tapped off at the second output of the supply circuit.
  • Supply circuit connected field device are interrupted.
  • the interruption of the voltage supply from the voltage source can thus for
  • Determining an existing error case i. In the communication with one or more field devices, for example, be used because of the power circuit integrated in the radio module, now between a failure of the power supply due to a failure of the voltage source or due to another error case, such as a
  • Cable break of the connection to possibly one or more connected field devices can be distinguished. This can the radio unit then, for example.
  • the radio unit then, for example.
  • the supply circuit is designed such that in the event of an interruption of the voltage supply via the voltage source, at the first Output of the supply circuit continues to be tapped off a supply voltage.
  • This supply voltage can be derived from the energy storage.
  • Disruption of the voltage supply via the voltage source can thus supply the supply, i. the supply of electrical energy to ensure the operating electronics of the radio unit.
  • the communication can be ensured at least temporarily by means of the radio unit in the event of a failure of the power supply by the voltage source.
  • the operating electronics of the radio unit has a communication interface which serves for wired communication with the at least one field device connectable to the radio unit.
  • the radio unit with the at least one field device or possibly communicate via a fieldbus system.
  • the field device or the field devices on the fieldbus system can thereby be operated wirelessly in particular via the radio unit.
  • measured values of one or more field devices connected to the radio unit can be transmitted via the radio unit.
  • a corresponding radio signal is transmitted via a wireless communication interface of the radio unit.
  • Supply voltage or the switching from the second value of the first supply voltage to the first value of the first supply voltage serve, as characterized the interruption or the presence of the power supply is indicated from the power source.
  • Detection circuit For detecting the value of the first supply voltage, o.g. Detection circuit can be used.
  • the radio signal is a radio signal containing diagnostic information, which diagnostic information indicates the failure or presence of the power supply.
  • radio unit there is a galvanic isolation between the first output and the at least one second output of the supply circuit.
  • the circuit for the field device can be safely separated from the circuit to the operating electronics of the radio unit and between the Ex and non-Ex areas. This is, for example, at a Required current loop in an Ex-area, which is operated by means of the second supply voltage.
  • the voltage source is a voltage network.
  • voltage networks are provided by energy suppliers, for example in order to transmit the so-called mains voltage.
  • the object is further achieved by an arrangement comprising a radio unit according to at least one of the previous embodiments and at least one field device, wherein the at least one field device exclusively with energy via the at least one second terminal of
  • Supply circuit of the radio unit is powered.
  • Radio units for field devices are manufactured, which are a remote transmission of radio signals, for example via the GSM (Global System for Mobile Communications) or other wireless
  • Radio units require settling, i. Send, the radio signals more energy than, for example. Via a 4-20 mA current loop can be provided and therefore require an additional power supply.
  • the proposed radio unit is only a supply circuit for powering the radio unit or the operating electronics of the radio unit and one or more of the radio unit
  • the second output of the supply circuit can, for example, be connected via a universal interface for a wireless adapter, as has become known from DE 102008036967 A1, to the at least one field device or to a plurality of field devices, for example via a current loop.
  • a radio unit can therefore according to this purpose via a supply circuit.
  • one of the proposed embodiments and a universal interface with five terminals, as shown in DE 102008036967 A1, have.
  • a field device or a plurality of field devices for example, can be connected to this universal interface via a current loop or a bus system.
  • the universal interface of the radio unit can be connected via the second and fourth terminal of the universal interface with the supply unit. Further, the fourth terminal may be made in duplicate and the two-wire current loop may be connected to the fourth terminal and the fifth terminal. As described in DE 102008036967 A1, it may be in the second
  • Terminal is a communication terminal, on the example.
  • the fourth terminal is another one Communication terminal and the fifth terminal to a high-impedance ground connection.
  • Communication resistance of the radio unit are used to communicate over the two-wire current loop.
  • the supply circuit or the second output of the supply circuit is connected in series with the communication resistor of the radio unit and parallel to a HART modem, which is, for example, part of the operating electronics of the radio unit.
  • a HART modem which is, for example, part of the operating electronics of the radio unit.
  • the supply of the current loop with electrical energy, i. with voltage be ensured by the internal power supply circuit and the radio as HART modem work.
  • the radio unit can, for example, in HART multi-drop operation with multiple field devices communicate without, for example, a outside the radio unit existing communication resistance is used.
  • the object is also achieved by a method for operating a radio unit for a system of process automation, wherein the radio unit has a supply circuit by which an operating electronics of the radio unit is supplied with a first supply voltage and a field device connected to the radio unit with a second supply voltage the first and the second supply voltage is derived from a voltage source and the first supply voltage is tapped via a first terminal of the supply circuit and the second supply voltage via a second terminal of the supply circuit.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a radio unit and a corresponding arrangement according to FIG. an embodiment of the proposed invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the construction of a radio unit according to FIG. an embodiment of the proposed invention.
  • 4 shows a schematic representation of an interconnection of a supply circuit and a universal interface of a radio unit with a field device according to another
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a two-wire current loop 2L, to which several
  • Field devices F1, F2 and a radio unit FU are connected.
  • the field devices F1, F2 and the radio unit FU are connected in parallel to the current loop 2L.
  • the current loop 2L is fed by a power supply PS, which contains a first voltage source FBSQ and is connected to the current loop.
  • the voltage source FBSQ is supplied by an energy source NASQ with electrical energy, for example, from a voltage network.
  • the voltage source FBSQ is connected in series with the current loop 2L for this purpose.
  • the power supply PS additionally has a communication resistor R.
  • the communication resistor R serves to prevent a short circuit, for example of HART signals, via the first voltage source FBSQ.
  • the field devices can, for example. HART protocol in so-called multidrop operation and communicate via the current loop 2L.
  • the radio unit can also generate HART signals through a HART modem integrated into the radio unit.
  • the field devices F1, F2 are gem. Figure 1 supplied with electrical energy from the current loop 2L. For this purpose, in the current loop 2L always a minimum current or a
  • Minimum voltage set In the so-called HART multidrop operation, for example, 4 mA are always set in the current loop, by means of which 4 mA all devices connected to the current loop must be operated.
  • the connected to the current loop 2L radio unit FU can have its own
  • the radio unit FU is supplied with electrical energy by an energy source in the form of a network connection NASQ.
  • the operating electronics of the radio unit FU is operated with energy from this power supply.
  • a first supply voltage is provided by the power supply NASQ.
  • a second supply voltage is provided by the voltage source FBSQ, i. derived from the voltage source.
  • FIG. 2 shows an embodiment of an arrangement according to FIG. the proposed invention comprising a plurality of field devices F1, F2, F3, F4 and a radio unit FU with a
  • the supply circuit VS has two outputs A1, A2, wherein via the first output A1, a first supply voltage for operating the operating electronics BE of the radio unit FU and the second output A2, a second supply voltage for operating the current loop 2L and the connected field devices F1, F2 , F3, F4 serves.
  • a second supply voltage for operating the current loop 2L and the connected field devices F1, F2 , F3, F4 serves.
  • the outputs A1, A2 shown in FIG. 2 it is also possible to provide further outputs at which further supply voltages can be tapped off.
  • the second output A2 or another output of the supply circuit VS can be used for the direct connection of a field device to the radio module FU.
  • the supply circuit VS is arranged in the radio unit FU and thus only one connection to the current loop 2L, such as, for example, a communication interface for communication via the current loop 2L, the total load in the current loop 2L can be reduced.
  • Figure 3 shows a schematic structure according to an embodiment of a proposed radio unit FU.
  • the radio unit FU can be connected to a voltage source, not shown, via input terminals EA. About these input terminals EA and the supply circuit VS is connected to the voltage source.
  • the voltage source may be, for example, a
  • Input terminals EA is connected to convert the AC voltage into a DC voltage.
  • the supply circuit VS has two outputs A1, A2, via which the first and the second supply voltage can be tapped.
  • the first supply voltage serves for operating the operating electronics BE and the second supply voltage for operating a connectable to the radio unit field device or a bus system such as. A HART bus system.
  • a second supply voltage of 24 V may be present at the second output A2, while at the first output A1 a first or a second value of the first one may be present Supply voltage of, for example, 10 V, 1 1 V or 12 V for the operating electronics BE applied.
  • the first supply voltage can therefore assume different values.
  • the operating electronics BE of the radio unit FU or the radio unit is switched to different operating modes or sets off one or more radio signals.
  • the energy storage ES can serve a corresponding control unit KS.
  • Signaling device LED such as, for example, a light emitting diode are used, which is, for example, also connected to the control unit KS.
  • the switch S In fault-free operation, the switch S is in the position 1, so that the first supply voltage of, for example, 12 V output by the transformer TR is applied directly to the first output A1.
  • the energy store ES In the case of a supply interruption via the voltage source, the energy store ES is discharged and provides, for example, 10 V at the first output A1.
  • the switch S switches to position 2 and at the first output A1, a third supply voltage of, for example, 1 1 V is output.
  • Voltage limitation can be provided no voltage transformer BT.
  • the supply circuit VS acc. also has a galvanic isolation GB between input circuit PK and output circuit SK.
  • the supply circuit VS has a transformer TR and an optocoupler OPT.
  • a control unit for pulse width modulation PWM can be provided for the transmission of energy via the galvanic isolation GB.
  • other methods of transmitting energy via a galvanic isolation GB are also possible.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a circuit comprising the second output A2 of the supply circuit VS, a universal interface US as known from DE 102008036967 A1, and a part of the operating electronics BE of a radio unit FU and a field device FN connected to the universal interface.
  • the universal interface US has five terminals K1, K2, K3, K41, K42, K5, with the fourth terminal K41, K42 double.
  • the second output A2 of the supply circuit VS is connected by means of the universal interface US via the second terminal K2 and a communication resistor R to the fifth terminal K5.
  • the field device FN is connected to the universal interface US of the radio unit FU via this fifth connection terminal K5 and a first embodiment of the fourth connection terminal K41. Via a second embodiment of the fourth connection terminal K42 and the second connection terminal K2, the second output A2 of the supply circuit VS is connected to the universal interface US.
  • About the HART modem of the radio unit FU can be connected to the radio unit FU by the proposed arrangement and / or interconnection of one or more field devices F1, FN, so that a communication eg. of the HART protocol via the HART modem of the radio unit FU via the current loop 2L.
  • a current loop 2L can also be connected to these terminals, via which current loop 2L several field devices F1, F4 can then be addressed.
  • FIG. 4 shows a measuring unit ME for determining the voltage or the second supply voltage output in the current loop 2L or from the second output A2 of the supply circuit VS. For example, it can be determined via this measuring unit ME whether there is a predetermined current and / or voltage value in the current loop 2L.
  • the operating electronics BE may further comprise a communication unit KE, which is used for transmitting and / or receiving radio signals.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Programmable Controllers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Funkeinheit (FU) für eine Anlage der Prozessautomatisierungstechnik mit einer Versorgungsschaltung (VS), die dazu dient, eine erste und eine zweite Versorgungsspannung aus einer Spannungsquelle (NASQ) abzuleiten, wobei die Versorgungsschaltung (VS) einen ersten Ausgang (A1 ) aufweist, über den die erste Versorgungsspannung abgreifbar ist, welche erste Versorgungsspannung zum Betreiben einer Betriebselektronik (BE) der Funkeinheit (FU) dient, wobei die Versorgungsschaltung wenigstens einen zweiten Ausgang (A2) aufweist, über den die wenigstens eine zweite Versorgungsspannung abgreifbar ist, welche zweite Versorgungsspannung zum Betreiben wenigstens eines an den zweiten Ausgang (A2) anschließbaren Feldgerätes (F1...FN) dient.

Description

Funkeinheit mit einer Versorgungsschaltung zur Spannungsversorgung und Verfahren zum
Betreiben einer solchen Funkeinheit
Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkeinheit für eine Anlage der
Prozessautomatisierungstechnik.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Anordnung umfassend eine solche Funkeinheit und wenigstens ein Feldgerät. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Funkeinheit bzw. einer solchen Anordnung insbesondere in einer Anlage der Prozessautomatisierung.
Aus dem Stand der Technik ist es bspw. aus der WO 03/023536 A1 , der WO 2009/060000 A1 , der WO 2009063053 A1 und der EP 0940738 A2 bekannt geworden, Funkeinheiten in Anlagen der Prozessautomatisierungstechnik zur leichteren Bedienung von Feldgeräten zu verwenden. Es sind Lösungen bekannt geworden, bei denen die Feldgeräte integrierte Funkeinheiten aufweisen. Es ist aber auch bekannt geworden Feldgeräte mit Funkeinheiten nachzurüsten, so dass die Feldgeräte dann drahtlos bedient werden können. Die Energieversorgung der Feldgeräte als auch der Funkeinheiten erfolgt dabei bspw. über eine Stromschleife, an welche ein oder mehrere Feldgeräte und/oder eine oder mehrere Funkeinheiten angeschlossen sind. Diese Stromschleifen bestehen dabei hardwaremäßig aus einer Zwei- oder Mehrleiteranordnung. Die Speisung der Stromschleifen mit elektrischer Energie erfolgt dabei bspw. über ein Speisegerät, wie bspw. ein Netzteil, das die zum Einstellen eines Stromwertes in der Stromschleife erforderliche elektrische Spannung liefert. Reicht die in der Stromschleife vorhandene elektrische Energie nicht aus, um sämtliche an der Stromschleife angeschlossenen Feldgeräte zu versorgen, ist es auch möglich, eine separate Spannungsversorgung über ein weiteres Speisegerät für einzelne Feldgeräte bzw. eine Funkeinheit vorzusehen. Zu diesem Zweck ist es bspw. aus dem Stand der Technik, bspw. der DE 102004020393 A1 , bekannt geworden, eine Batterie in die Funkeinheit zu integrieren, so dass die Funkeinheit nicht mit elektrischer Energie aus der
Stromschleife versorgt zu werden braucht.
In industriellen Anlagen sind daher oftmals aufgrund der Vielzahl der eingesetzten Feldgeräte mehrere Speisegeräte erforderlich, um einerseits die Kommunikation über die Stromschleife und andererseits die Betriebsfähigkeit der daran angeschlossenen Feldgeräte zu gewährleisten.
Aus dem Stand der Technik sind außerdem Feldbussysteme, wie bspw. das HART-Protokoll im sog. Multidrop-Betrieb, bekannt geworden, in denen mehrere Feldgeräte bspw. über die vorgenannte Stromschleife miteinander verbunden sind. Zudem können solche Feldbussysteme über eine Funkeinheit verfügen, die in das Bussystem integriert ist, um die am Bussystem angeschlossenen Feldgeräte zu bedienen oder deren Messdaten zu übertragen. Derartige Installationen sind u.U. entfernt von dem Bedienpersonal angeordnet, so dass eine Bedienung und/oder
Messwertübertragung bevorzugt über die Funkeinheit erfolgt. Jedoch ist gerade eine
Fernübertragung, bspw. über GSM oder ähnliche aus der Mobilfunkkommunikation bekannte Standards, von Funksignalen energieaufwendig, so dass derartige Funkeinheiten eine gesonderte Energieversorgung benötigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Versorgung einer solchen Anlage mit elektrischer Energie zu verringern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Funkeinheit für eine Anlage der
Prozessautomatisierungstechnik mit einer Versorgungsschaltung gelöst, welche
Versorgungsschaltung dazu dient, eine erste und eine zweite Versorgungsspannung aus einer Spannungsquelle abzuleiten, wobei die Versorgungsschaltung einen ersten Ausgang aufweist, über den die erste Versorgungsspannung abgreifbar ist, welche erste Versorgungsspannung zum Betreiben einer Betriebselektronik der Funkeinheit dient, wobei die Versorgungsschaltung wenigstens einen zweiten Ausgang aufweist, über den die wenigstens eine zweite
Versorgungsspannung abgreifbar ist, welche zweite Versorgungsspannung zum Betreiben wenigstens eines an den zweiten Ausgang anschließbaren Feldgerätes dient.
Es ist also eine Idee der vorliegenden Erfindung eine Funkeinheit derart auszugestalten, dass eine in der Funkeinheit integrierte Versorgungsschaltung nicht nur zur Versorgung der Funkeinheit sondern bspw. auch wenigstens eines daran angeschlossenen Feldgerätes mit elektrischer Energie dient. Das Feldgerät kann dabei über eine Zweileiterstromschleife -kurz Stromschleife- mit der Funkeinheit bzw. der Versorgungsschaltung genauer dem zweiten Ausgang der
Versorgungsschaltung verbunden sein. Anstatt ein Feldgerät direkt mit diesem zweiten Ausgang zu verbinden, können auch mehrere Feldgeräte parallel zu einer Zweileiterstromschleife, die an den zweiten Ausgang angeschlossen ist, angeschlossen und mit Energie aus der Zweileiterstromschleife versorgt werden. Vermittels der von der Versorgungsschaltung abgegebenen zweiten
Versorgungsspannung kann dann in der Stromschleife vermittels einem der angeschlossenen
Geräte ein Stromwert eingestellt werden. Bei dem Stromwert kann es sich bspw. um ein 4-20mA Stromsignal und/oder um ein dem HART-Protokoll entsprechendes Stromsignal handeln.
Ferner können die erste und die zweite Versorgungsspannung unterschiedliche Werte aufweisen.
Die vorgeschlagene Funkeinheit weist bspw. ein Gehäuse auf, in das sowohl die Betriebselektronik der Funkeinheit, d.h. die zur Ausführung der Funktion der Funkeinheit dienenden elektrischen und/oder elektronischen Bauteile, als auch die Versorgungsschaltung integriert sind. Die
Versorgungsschaltung der Funkeinheit weist zudem wenigstens zwei Ausgänge auf, wobei über den ersten Ausgang die erste Versorgungsspannung, die zum Betreiben der Betriebselektronik der Funkeinheit dient, und über den zweiten Ausgang die zweite Versorgungsspannung bspw. zum Betreiben wenigstens eines oder mehrerer Feldgeräte oder zum Speisen eines Feldbussystems, wie der o.g. Stromschleife, abgreifbar ist. Zum Anschließen des Feldbussystems, bei dem es sich insbesondere um eine Zweileiterstromschleife handelt, können bspw. ferner Anschlussklemmen am Gehäuse der Funkeinheit vorgesehen sein. Vorzugsweise können Anschlussklemmen wie in der Anordnung gem. einer universellen Schnittstelle, wie sie in der Offenlegungsschrift DE
102008036967 A1 angegeben ist, vorgesehen sein.
Bei der Spannungsquelle kann es sich bspw. um eine Netzspannung handeln, die von einem Energieversorger in ein Strom- oder Spannungsnetz eingespeist wird. Vermittels der
Versorgungsschaltung kann aus dieser Netzspannung die erste bzw. die zweite
Versorgungsspannung abgeleitet werden. Als Spannungsquelle können aber sämtliche Quellen elektrischer Energie dienen. In einer Ausführungsform der Funkeinheit ist ein Energiespeicher vorgesehen, der im Fall einer Unterbrechung der Spannungsversorgung durch die Spannungsquelle dazu dient, die erste
Versorgungsspannung, die zum Betreiben der Betriebselektronik dient, zumindest zeitweise aufrecht zu erhalten und aus dem Energiespeicher abzuleiten. Bei dem Energiespeicher kann es sich um einen Energiespeicher mit begrenzter Kapazität wie bspw. eine Batterie oder einen Akkumulator handeln. Für den Fall, dass die Spannungsversorgung aus der Spannungsquelle ausfällt, kann dann die Energieversorgung der Funkeinheit sichergestellt werden, indem elektrische Energie aus diesem Energiespeicher zur Erzeugung der ersten
Versorgungsspannung, die zum Betreiben der Betriebselektronik der Funkeinheit dient, verwendet wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Funkeinheit ist die Versorgungsschaltung so ausgelegt, dass die erste Versorgungsspannung einen ersten im Wesentlichen konstanten Wert annimmt, wenn die erste Versorgungsspannung aus der Spannungsquelle abgeleitet wird, und dass die erste
Versorgungsspannung einen zweiten im Wesentlichen konstanten Wert annimmt, wenn die erste Versorgungsspannung aus dem Energiespeicher abgeleitet wird.
Durch unterschiedliche Werte der ersten Versorgungsspannung kann der Betriebselektronik der Funkeinheit der aktuelle Zustand bspw. der Energieversorgung bzw. der Energiequelle über den Wert der ersten Versorgungsspannung signalisiert werden. Dafür kann ein erster Wert der
Versorgungsspannung dienen, der einen ersten Betriebszustand bzw. ein zweiter Wert der ersten Versorgungsspannung dienen, der einen zweiten Betriebszustand kennzeichnet. Der erste und der zweite Wert der ersten Versorgungsspannung sind dabei so zu wählen, dass die Betriebselektronik der Funkeinheit in zumindest einem Betriebsmodus mit elektrischer Energie versorgt und/oder betrieben werden kann. Vorzugsweise wird die Betriebselektronik in dem Fall, dass die erste Versorgungsspannung aus dem Energiespeicher abgeleitet wird, in einem Energiesparmodus betrieben. Der Energiesparmodus weist gegenüber dem Betriebsmodus der Betriebselektronik der Funkeinheit, in dem die Betriebselektronik der Funkeinheit mit elektrischer Energie aus der
Spannungsquelle betrieben wird, eine verringerte Leistungs- und/oder Energieaufnahme auf.
Dadurch kann auch ein geringerer Wert der ersten Versorgungsspannung auch zum Betreiben der Betriebselektronik ausreichen.
In einer weiteren Ausführungsform der Funkeinheit sind der erste und der zweite Wert der ersten Versorgungsspannung ebenfalls über den ersten Ausgang der Versorgungsschaltung abgreifbar und unterscheiden sich voneinander.
Zur Detektion des Werts der ersten Versorgungsspannung kann eine Detektionsschaltung Teil der Betriebselektronik sein oder mit der Betriebselektronik verbunden sein. Vorzugsweise beträgt der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Versorgungsspannung weniger als 5 V bzw. 3 V und vorzugsweise weniger als 2 V und besonders bevorzugt weniger als 1 V. Alternativ kann der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Versorgungsspannung zumindest 1 V, vorzugsweise zumindest 2 V und besonders bevorzugt zumindest 3 V bzw. 5 V betragen.
Ferner kann in dem Fall, dass die erste Versorgungsspannung von dem ersten Wert auf den zweiten Wert oder von dem zweiten Wert auf den ersten Wert wechselt, der Betriebsmodus der
Betriebselektronik entsprechend angepasst werden, indem der Leistungs- bzw. Energiebedarf der Betriebselektronik angepasst, d.h. reduziert oder erhöht, wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Funkeinheit ist die Versorgungsschaltung so ausgestaltet, dass im Fall einer Unterbrechung der Spannungsversorgung über die Spannungsquelle, am zweiten Ausgang der Versorgungsschaltung keine zweite Versorgungsspannung abgreifbar ist. Somit kann automatisch die Versorgung des wenigstens einen über den zweiten Ausgang der
Versorgungsschaltung angeschlossenen Feldgerätes unterbrochen werden. Die Unterbrechung der Spannungsversorgung aus der Spannungsquelle kann somit zur
Bestimmung eines vorliegenden Fehlerfalls, d.h. einer Störung bspw. in der Kommunikation mit einem oder mehreren Feldgeräten, genutzt werden, da durch die in dem Funkmodul integrierte Versorgungsschaltung, nun zwischen einem Ausfall der Spannungsversorgung aufgrund eines Ausfalls der Spannungsquelle oder aufgrund eines sonstigen Fehlerfalls, wie bspw. einem
Kabelbruch der Verbindung zu ggfs. einem oder mehreren angeschlossenen Feldgeräten unterschieden werden kann. Dies kann der Funkeinheit dann bspw. zusätzlich über die
unterschiedlichen Werte der ersten Versorgungsspannung signalisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Funkeinheit ist die Versorgungsschaltung so ausgestaltet, dass im Fall einer Unterbrechung der Spannungsversorgung über die Spannungsquelle, am ersten Ausgang der Versorgungsschaltung weiterhin eine Versorgungsspannung abgreifbar ist. Diese Versorgungsspannung kann aus dem Energiespeicher abgeleitet werden. Im Falle einer
Unterbrechung der Spannungsversorgung über die Spannungsquelle kann somit die Speisung, d.h. die Versorgung mit elektrischer Energie, der Betriebselektronik der Funkeinheit sichergestellt werden. Dadurch kann bspw. die Kommunikation vermittels der Funkeinheit bei einem Ausfall der Energieversorgung durch die Spannungsquelle zumindest zeitweise sichergestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Funkeinheit weist die Betriebselektronik der Funkeinheit eine Kommunikationsschnittstelle auf, die zur drahtgebundenen Kommunikation mit dem wenigstens einen an die Funkeinheit anschließbaren Feldgerät dient.
Über diese Kommunikationseinheit kann die Funkeinheit mit dem wenigstens einen Feldgerät oder ggfs. mit den mehreren Feldgeräten bspw. über ein Feldbussystem kommunizieren. Das Feldgerät bzw. die Feldgeräte am Feldbussystem können dadurch drahtlos über die Funkeinheit bedient insbesondere parametriert werden. Ferner können über die Funkeinheit Messwerte von einem oder mehreren an die Funkeinheit angeschlossenen Feldgeräte übermittelt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Funkeinheit wird in dem Fall, dass die Spannungsversorgung über die Spannungsquelle unterbrochen ist, ein entsprechendes Funksignal über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle der Funkeinheit abgesetzt.
Zu diesem Zweck kann elektrische Energie aus dem Energiespeicher, der bspw. ebenfalls in die Funkeinheit integriert ist, d.h. innerhalb des Gehäuses der Funkeinheit angeordnet ist, bezogen werden. Als Auslöser zum Absetzen, d.h. Senden, des Funksignals kann die Umschaltung von dem ersten Wert der ersten Versorgungsspannung auf den zweiten Wert der ersten
Versorgungsspannung bzw. die Umschaltung vom zweiten Wert der ersten Versorgungsspannung auf den ersten Wert der ersten Versorgungsspannung dienen, da dadurch die Unterbrechung bzw. das Vorhandensein der Spannungsversorgung aus der Spannungsquelle angezeigt wird. Zur Detektion des Werts der ersten Versorgungsspannung kann o.g. Detektionsschaltung verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Funkeinheit handelt es sich bei dem Funksignal um ein Funksignal enthaltend eine Diagnoseinformation, welche Diagnoseinformation den Ausfall bzw. das Vorhandensein der Spannungsversorgung anzeigt.
In einer weiteren Ausführungsform der Funkeinheit liegt eine galvanische Trennung zwischen dem ersten Ausgang und dem wenigstens einen zweiten Ausgang der Versorgungsschaltung vor.
Dadurch kann der Stromkreis zum Feldgerät von dem Stromkreis zur Betriebselektronik der Funkeinheit und zwischen Ex- und Nicht-Ex-Bereich sicher getrennt werden. Dies ist bspw. bei einer Stromschleife in einem Ex-Bereich erforderlich, die vermittels der zweiten Versorgungsspannung betrieben wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Funkeinheit handelt es sich bei der Spannungsquelle um ein Spannungsnetz. Wie bereits erwähnt, werden derartige Spannungsnetze von Energieversorgern bereitgestellt, bspw. um die sog. Netzspannung zu übermitteln.
Die Aufgabe wird ferner durch eine Anordnung umfassend eine Funkeinheit nach wenigstens einer der vorherigen Ausführungsformen und wenigstens ein Feldgerät gelöst, wobei das wenigstens eine Feldgerät ausschließlich mit Energie über den wenigstens einen zweiten Anschluss der
Versorgungsschaltung der Funkeinheit gespeist wird.
Dadurch ist eine separate Spannungsversorgung, d.h. bspw. ein zusätzliches
Messumformerspeisegerät zum Betreiben des Feldgerätes nicht mehr erforderlich. Heutzutage werden bspw. Funkeinheiten für Feldgeräte hergestellt, die eine Fernübertragung von Funksignalen bspw. über das GSM (Global System for Mobile Communications) oder andere drahtlose
Kommunikationsstandards ermöglichen. Derartige Funkeinheiten benötigen aber zum Absetzen, d.h. Senden, der Funksignale mehr Energie als bspw. über eine 4-20 mA Stromschleife zur Verfügung gestellt werden kann und benötigen daher eine zusätzliche Energieversorgung. Durch die vorgeschlagene Funkeinheit ist nur noch eine Versorgungsschaltung zur Speisung der Funkeinheit bzw. der Betriebselektronik der Funkeinheit und eines oder mehreren an die Funkeinheit
angeschlossenen Feldgeräten erforderlich. Über den ersten Ausgang der Versorgungsschaltung erfolgt dabei weiterhin die Versorgung der Betriebselektronik der Funkeinheit mit der ersten
Versorgungsspannung.
Der zweite Ausgang der Versorgungsschaltung kann bspw. über eine universelle Schnittstelle für einen Wireless Adapter, wie sie aus der DE 102008036967 A1 bekannt geworden ist, mit dem wenigstens einen Feldgerät oder mit mehreren Feldgeräten bspw. über eine Stromschleife verbunden sein. Eine Funkeinheit kann zu diesem Zweck also über eine Versorgungsschaltung gem. einer der vorgeschlagenen Ausführungsformen und eine universelle Schnittstelle mit fünf Anschlussklemmen, wie in der DE 102008036967 A1 gezeigt, verfügen. An diese universelle Schnittstelle können ein Feldgerät oder mehrere Feldgeräte bspw. über eine Stromschleife oder ein Bussystem angeschlossen werden. Die universelle Schnittstelle der Funkeinheit kann dabei über die zweite und vierte Anschlussklemme der universellen Schnittstelle mit der Versorgungseinheit verbunden sein. Ferner kann die vierte Anschlussklemme zweifach ausgeführt sein und an die vierte Anschlussklemme und die fünfte Anschlussklemme die Zweileiterstromschleife angeschlossen werden. Wie in der DE 102008036967 A1 beschrieben, kann es sich bei der zweiten
Anschlussklemme um ein Kommunikationsklemme handelt, über die bspw. ein
Kommunikationswiderstand, der bspw. zur Kommunikation gem. dem HART-Protokoll dient, kontaktierbar ist. Ferner handelt es sich bei der vierten Anschlussklemme um eine weitere Kommunikationsklemme und bei der fünften Anschlussklemme um einen hochohmigen Masseanschluss. Durch eine derartige Kontaktierung zwischen Feldgerät und Funkeinheit über die universelle Schnittstelle können auch mehrere Feldgeräte mittels der Funkeinheit versorgt und angesprochen werden. Ferner kann durch die vorgeschlagene Verschaltung der
Kommunikationswiderstand der Funkeinheit genutzt werden, um über die Zweileiterstromschleife zu kommunizieren.
Durch die vorgenannte Verschaltung ist die Versorgungsschaltung bzw. der zweite Ausgang der Versorgungsschaltung in Reihe mit dem Kommunikationswiderstand der Funkeinheit und parallel zu einem HART-Modem, das bspw. Teil der Betriebselektronik der Funkeinheit ist, verschaltet. Durch die vorgeschlagene Verschaltung kann einerseits die Speisung der Stromschleife mit elektrischer Energie, d.h. mit Spannung, durch die interne Versorgungsschaltung gewährleistet werden und die Funkeinheit als HART-Modem arbeiten. Somit kann die Funkeinheit bspw. im HART Multidrop Betrieb mit mehreren Feldgeräten kommunizieren, ohne dass dabei bspw. ein außerhalb der Funkeinheit vorhandener Kommunikationswiderstand genutzt wird.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben einer Funkeinheit für eine Anlage der Prozessautomatisierung gelöst, wobei die Funkeinheit eine Versorgungsschaltung aufweist, durch die eine Betriebselektronik der Funkeinheit mit einer ersten Versorgungsspannung und ein an die Funkeinheit angeschlossenes Feldgerät mit einer zweiten Versorgungsspannung versorgt wird, wobei die erste und die zweite Versorgungsspannung aus einer Spannungsquelle abgeleitet wird und die erste Versorgungsspannung über einen ersten Anschluss der Versorgungsschaltung und die zweite Versorgungsspannung über einen zweiten Anschluss der Versorgungsschaltung abgegriffen wird.
Die in Zusammenhang mit der Funkeinheit und der Anordnung genannten Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Ausgestaltungen treffen analog für das vorgeschlagene Verfahren zu.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Anordnung von Feldgeräten in einer Anlage der Prozessautomatisierungstechnik gem. dem Stand der Technik,
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Funkeinheit und eine entsprechende Anordnung gem. einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Erfindung, und
Fig. 3: eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Funkeinheit gem. einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Erfindung. Fig. 4: eine schematische Darstellung einer Verschaltung einer Versorgungsschaltung und einer universellen Schnittstelle einer Funkeinheit mit einem Feldgerät gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorgeschlagenen Erfindung. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Zweileiterstromschleife 2L, an die mehrere
Feldgeräte F1 , F2 sowie eine Funkeinheit FU angeschlossen sind. Die Feldgeräte F1 , F2 als auch die Funkeinheit FU sind dabei parallel zur Stromschleife 2L angeschlossen. Die Stromschleife 2L wird dabei von einem Speisegerät PS, das eine erste Spannungsquelle FBSQ enthält und an die Stromschleife angeschlossen ist, gespeist. Die Spannungsquelle FBSQ wird dabei von einer Energiequelle NASQ mit elektrischer Energie bspw. aus einem Spannungsnetz versorgt. Die Spannungsquelle FBSQ ist zu diesem Zweck in Reihe zur Stromschleife 2L geschaltet.
Um eine insbesondere digitale Kommunikation über die Stromschleife zu ermöglichen weist das Speisegerät PS zusätzlich einen Kommunikationswiderstand R auf. Der Kommunikationswiderstand R dient dazu, einen Kurzschluss bspw. von HART-Signalen über die erste Spannungsquelle FBSQ zu verhindern. Die Feldgeräte können bspw. gem. dem HART-Protkoll im sog. Multidrop-Betrieb betrieben werden und über die Stromschleife 2L kommunizieren. Bspw. kann auch die Funkeinheit HART-Signale durch ein in die Funkeinheit integriertes HART-Modem erzeugen. Die Feldgeräte F1 , F2 werden gem. Figur 1 mit elektrischer Energie aus der Stromschleife 2L versorgt. Zu diesem Zweck ist in der Stromschleife 2L stets ein Mindeststrom bzw. eine
Mindestspannung eingestellt. In dem sog. HART-Multidrop Betrieb sind in der Stromschleife bspw. stets 4 mA eingestellt, vermittels welchen 4 mA alle an der Stromschleife angeschlossenen Geräte betrieben werden müssen.
Die an die Stromschleife 2L angeschlossene Funkeinheit FU hingegen kann eine eigene
Spannungsversorgung, bspw. vermittels einer in die Funkeinheit integrierten Batterie, aufweisen, so dass keine elektrische Energie aus der Stromschleife 2L zum Betreiben der Funkeinheit FU entnommen zu werden braucht. In Figur 1 wird die Funkeinheit FU jedoch durch eine Energiequelle in Form eines Netzanschlusses NASQ mit elektrischer Energie versorgt. Die Betriebselektronik der Funkeinheit FU wird mit Energie aus der dieser Spannungsversorgung betrieben. Dafür wird eine erste Versorgungsspannung von der Spannungsversorgung NASQ zur Verfügung gestellt.
Zum Betreiben der Feldgeräte F1 , F2 bzw. zum Einstellen des Stroms bzw. der Spannung in der Stromschleife 2L wird von der Spannungsquelle FBSQ eine zweite Versorgungsspannung zur Verfügung gestellt, d.h. aus der Spannungsquelle abgeleitet.
Somit ist in der Stromschleife 2L zusätzlich zum Kommunikationswiderstand R des Speisegerätes PS entweder noch ein Kommunikationswiderstand in dem Funkmodul FU vorhanden, oder aber das Funkmodul FU nutzt zur Kommunikation den entfernt in dem Speisegerät PS vorhandenen Kommunikationswiderstand R. Es sind jedoch auch Speisegeräte PS ohne integrierten Kommunikationswiderstand R bekannt geworden.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform einer Anordnung gem. der vorgeschlagenen Erfindung umfassend mehrere Feldgeräte F1 , F2, F3, F4 und eine Funkeinheit FU mit einer
Versorgungsschaltung VS.
Die Versorgungsschaltung VS weist zwei Ausgänge A1 , A2 auf, wobei über den ersten Ausgang A1 eine erste Versorgungsspannung zum Betreiben der Betriebselektronik BE der Funkeinheit FU und über den zweiten Ausgang A2 eine zweite Versorgungsspannung zum Betreiben der Stromschleife 2L und der daran angeschlossenen Feldgeräte F1 , F2, F3, F4 dient. Zusätzlich zu den in Figur 2 gezeigten Ausgängen A1 , A2 können auch weitere Ausgänge vorgesehen sein, an denen weitere Versorgungsspannungen abgreifbar sind. Alternativ kann der zweite Ausgang A2 oder ein weiterer Ausgang der Versorgungsschaltung VS zum direkten Anschluss eines Feldgerätes an das Funkmodul FU dienen.
Dadurch, dass die Versorgungsschaltung VS in der Funkeinheit FU angeordnet ist und somit nur noch ein Anschluss an die Stromschleife 2L, wie bspw. eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation über die Stromschleife 2L vorhanden ist, kann die Gesamtlast in der Stromschleife 2L verringert werden.
Figur 3 zeigt einen schematischen Aufbau gemäß einer Ausführungsform einer vorgeschlagenen Funkeinheit FU.
Über Eingangsanschlüsse EA ist die Funkeinheit FU an eine Spannungsquelle, nicht gezeigt, anschließbar. Über diese Eingangsanschlüsse EA ist auch die Versorgungsschaltung VS mit der Spannungsquelle verbindbar. Bei der Spannungsquelle kann es sich bspw. um eine
Wechselspannungsquelle handeln. So dass bspw. ein Gleichrichter GR mit den
Eingangsanschlüssen EA verbunden ist um die Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln.
Ferner weist die Versorgungsschaltung VS zwei Ausgänge A1 , A2 auf, über die die erste und die zweite Versorgungsspannung abgegriffen werden kann. Die erste Versorgungsspannung dient dabei zum Betreiben der Betriebselektronik BE und die zweite Versorgungsspannung zum Betreiben eines an die Funkeinheit anschließbaren Feldgerätes oder eines Bussystems wie bspw. eines HART- Bussystems.
An dem zweiten Ausgang A2 kann bspw. eine zweite Versorgungsspannung von 24 V anliegen, während an dem ersten Ausgang A1 ein erster oder ein zweiter Wert der ersten Versorgungsspannung von bspw. 10 V, 1 1 V oder 12 V für die Betriebselektronik BE anliegt. Die erste Versorgungsspannung kann demnach unterschiedliche Werte annehmen. In Abhängigkeit dieser verschiedenen Werte wird die Betriebselektronik BE der Funkeinheit FU bzw. die Funkeinheit in verschiedene Betriebsmodi geschaltet oder setzt ein oder mehrere Funksignale ab.
Zur Aufladung des Energiespeichers ES kann eine entsprechende Steuereinheit KS dienen.
Zusätzlich kann zur Signalisierung der verschiedenen Zustände wie bspw.„Energiespeicher ES wird geladen",„Energiespeicher ES wird entladen" oder„Energiespeicher ES ist voll" etc. eine
Signalisierungseinrichtung LED wie bspw. eine Light Emitting Diode verwendet werden, die bspw. ebenfalls an die Steuereinheit KS angeschlossen ist.
Im fehlerfreien Betrieb ist der Schalter S in der Stellung 1 , so dass die von dem Transformator TR ausgegebene erste Versorgungsspannung von bspw. 12 V direkt auf den ersten Ausgang A1 gegeben wird. Im Fall eines Unterbruchs der Versorgung über die Spannungsquelle wird der Energiespeicher ES entladen und stellt bspw. 10 V am ersten Ausgang A1 zur Verfügung. Im dem Fall, dass der Energiespeicher geladen wird, schaltet der Schalter S in die Stellung 2. und am ersten Ausgang A1 wird eine dritte Versorgungsspannung von bspw. 1 1 V ausgegeben. Zur
Spannungsbegrenzung kann nein Spannungswandler BT vorgesehen sein. Die Versorgungsschaltung VS gem. dem Ausführungsbeispiel in Figur 3 weist ferner eine galvanische Trennung GB zwischen Eingangsstromkreis PK und Ausgangsstromkreis SK auf. Zu diesem Zweck weist die Versorgungsschaltung VS einen Transformator TR und einen Optokoppler OPT auf. Ferner kann bspw. eine Steuereinheit zur Pulsweitenmodulation PWM zur Übertragung von Energie über die galvanische Trennung GB vorgesehen sein. Es sind aber auch andere Verfahren zur Übertragung von Energie über eine galvanische Trennung GB möglich.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Verschaltung umfassend den zweiten Ausgang A2 der Versorgungsschaltung VS, eine universelle Schnittstelle US wie aus der DE 102008036967 A1 bekannt, sowie einen Teil der Betriebselektronik BE einer Funkeinheit FU und ein an die universelle Schnittstelle angeschlossenes Feldgerät FN.
Die universelle Schnittstelle US weist fünf Anschlussklemmen K1 , K2, K3, K41 , K42, K5 auf, wobei die vierte Anschlussklemme K41 , K42 doppelt ausgeführt ist. Der zweite Ausgang A2 der Versorgungsschaltung VS ist vermittels der universellen Schnittstelle US über die zweite Anschlussklemme K2 und einen Kommunikationswiderstand R mit der fünften Anschlussklemme K5 verbunden. Das Feldgerät FN ist über diese fünfte Anschlussklemme K5 und einer ersten Ausführung der vierten Anschlussklemme K41 mit der universellen Schnittstelle US der Funkeinheit FU verbunden. Über eine zweite Ausführung der vierten Anschlussklemme K42 und der zweiten Anschlussklemme K2 ist der zweite Ausgang A2 der Versorgungsschaltung VS mit der universellen Schnittstelle US verbunden. Über das HART-Modem der Funkeinheit FU können durch die vorgeschlagenen Anordnung und/oder Verschaltung eines oder mehrere Feldgeräte F1 , FN an die Funkeinheit FU angeschlossen werden, so dass eine Kommunikation bspw. gem. des HART-Protokolls über das HART-Modem der Funkeinheit FU über die Stromschleife 2L erfolgt. Anstatt direkt ein Feldgerät FN an die Anschlussklemmen vier K42 und fünf K5 der Funkeinheit FU anzuschließen, kann auch eine Stromschleife 2L an diese Klemmen angeschlossen werden, über welche Stromschleife 2L dann mehrere Feldgeräte F1 , F4 angesprochen werden können.
Ferner ist gem. Figur 4 eine Messeinheit ME zur Bestimmung der Spannung bzw. des in der Stromschleife 2L bzw. von dem zweiten Ausgang A2 der Versorgungsschaltung VS ausgegebenen zweiten Versorgungsspannung vorgesehen. Über diese Messeinheit ME kann bspw. festgestellt werden, ob in der Stromschleife 2L ein vorgegebener Strom- und/oder Spannungswert vorliegt.
Die Betriebselektronik BE kann weiterhin eine Kommunikationseinheit KE aufweisen, die zum Senden und/oder Empfangen von Funksignalen dient.
Bezugszeichenliste
A1 erster Ausgang
A2 zweiter Ausgang
VS Versorgungsschaltung
FU Funkeinheit
FN Feldgerät
F1 erstes Feldgerät
F2 zweites Feldgerät
F3 drittes Feldgerät
F4 viertes Feldgerät
K1 erste Anschlussklemme
K2 zweite Anschlussklemme
K3 drittes Anschlussklemme
K41 erste Ausführung der vierten Anschlussklemme
K42 zweite Ausführung der vierten Anschlussklemme
K5 fünfte Anschlussklemme
US universal Schnittstelle
R Kommunikationswiderstand
BE Betriebselektronik
ME Messeinheit
KE drahtlose Kommunikationseinheit
2L Zweileiterstromschleife
EA Eingangsanschlüsse
PK Primärkreis
SK Sekundärkreis
GB Galvanische Trennung
GR Gleichrichter
TR Transformator
PWM Steuereinheit zur Pulsweitenmodulation
S1 erste Schalteinheit
AS Ausgangsschaltung
OPT Optokopppler
LED Anzeigeinheit/LED
KS Steuereinheit
ES Energiespeicher
S Schalter, mit Stellung 1 . und Stellung 2.
BT Spannungswandler
PS Speisegerät FBSQ Spannungsquelle NASQ Energiequelle

Claims

Patentansprüche
1. Funkeinheit (FU) für eine Anlage der Prozessautomatisierungstechnik
mit einer Versorgungsschaltung (VS), die dazu dient, eine erste und eine zweite
Versorgungsspannung aus einer Spannungsquelle (NASQ) abzuleiten,
wobei die Versorgungsschaltung (VS) einen ersten Ausgang (A1 ) aufweist, über den die erste Versorgungsspannung abgreifbar ist, welche erste Versorgungsspannung zum Betreiben einer Betriebselektronik (BE) der Funkeinheit (FU) dient,
wobei die Versorgungsschaltung wenigstens einen zweiten Ausgang (A2) aufweist, über den die wenigstens eine zweite Versorgungsspannung abgreifbar ist, welche zweite Versorgungsspannung zum Betreiben wenigstens eines an den zweiten Ausgang (A2) anschließbaren Feldgerätes (F1 ...FN) dient.
2. Funkeinheit (FU) nach Anspruch 1 ,
wobei ein Energiespeicher (ES) vorgesehen ist, der im Fall einer Unterbrechung einer
Spannungsversorgung durch die Spannungsquelle (NASQ) dazu dient, die erste
Versorgungsspannung, die zum Betreiben der Betriebselektronik (BE) dient, zumindest zeitweise aufrecht zu erhalten und aus dem Energiespeicher (ES) abzuleiten.
3. Funkeinheit (FU) nach Anspruch 2,
wobei die Versorgungsschaltung (VS) so ausgelegt ist, dass die erste Versorgungsspannung einen ersten im Wesentlichen konstanten Wert annimmt, wenn die erste Versorgungsspannung aus der Spannungsquelle (NASQ) abgeleitet wird, und dass die erste Versorgungsspannung einen zweiten im Wesentlichen konstanten Wert annimmt, wenn die erste Versorgungsspannung aus dem Energiespeicher (ES) abgeleitet wird.
4. Funkeinheit (FU) nach Anspruch 3,
wobei der erste und der zweite Wert der ersten Versorgungsspannung ebenfalls über den ersten Ausgang (A1 ) abgreifbar sind und sich voneinander unterscheiden.
5. Funkeinheit (FU) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Versorgungsschaltung (VS) so ausgestaltet ist, dass im Fall einer Unterbrechung der Spannungsversorgung über die Spannungsquelle (NASQ), am zweiten Ausgang (A2) der
Versorgungsschaltung (VS) keine zweite Versorgungsspannung abgreifbar ist.
6. Funkeinheit (FU) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die Versorgungsschaltung (VS) so ausgestaltet ist, dass im Fall einer Unterbrechung der Spannungsversorgung über die Spannungsquelle (NASQ), am ersten Ausgang (A1 ) der
Versorgungsschaltung weiterhin eine Versorgungsspannung, insbesondere die der zweite Wert der ersten Versorgungsspannung, abgreifbar ist.
7. Funkeinheit (FU) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Betriebselektronik (BE) der Funkeinheit (FU) eine Kommunikationsschnittstelle (HARTMODEM) aufweist, die zur drahtgebundenen Kommunikation mit dem wenigstens einen an die Funkeinheit (FU) anschließbaren Feldgerät (F1...FN) dient.
8. Funkeinheit (FU) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei in dem Fall, dass die Spannungsversorgung über die Spannungsquelle (NASQ) unterbrochen ist, ein entsprechendes Funksignal über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle (KE) der Funkeinheit (FU) abgesetzt wird.
9. Funkeinheit (FU) nach dem vorherigen Anspruch,
wobei es sich bei dem Funksignal um ein Funksignal enthaltend eine Diagnoseinformation handelt, welche Diagnoseinformation den Ausfall der Spannungsversorgung (NASQ) anzeigt.
10. Funkeinheit (FU) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei eine galvanische Trennung zwischen dem ersten Ausgang (A1 ) und dem wenigstens einen zweiten Ausgang (A2) der Versorgungsschaltung vorliegt.
1 1. Funkeinheit (FU) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei es sich bei der Spannungsquelle (NASQ) um ein Spannungsnetz handelt.
12. Anordnung umfassend eine Funkeinheit (FU) nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche und wenigstens ein Feldgerät (F1 ...FN),
wobei das wenigstens eine Feldgerät (F1 ...FN) ausschließlich mit Energie über den wenigstens einen zweiten Anschluss (A2) der Versorgungsschaltung (VS) der Funkeinheit (FU) gespeist wird.
13. Verfahren zum Betreiben einer Funkeinheit (FU) für eine Anlage der Prozessautomatisierung, wobei die Funkeinheit (FU) eine Versorgungsschaltung (VS) aufweist, durch die eine
Betriebselektronik (BE) der Funkeinheit (FU) mit einer ersten Versorgungsspannung und ein an die Funkeinheit (FU) angeschlossenes Feldgerät (F1...FN) mit einer zweiten Versorgungsspannung versorgt wird,
wobei die erste und die zweite Versorgungsspannung aus einer Spannungsquelle (NASQ) abgeleitet wird und die erste Versorgungsspannung über einen ersten Anschluss (A1 ) der
Versorgungsschaltung (VS) und die zweite Versorgungsspannung über einen zweiten Anschluss (A2) der Versorgungsschaltung (VS) abgegriffen wird.
PCT/EP2012/057445 2011-05-30 2012-04-24 Funkeinheit mit einer versorgungsschaltung zur spannungsversorgung und verfahren zum betreiben einer solchen funkeinheit Ceased WO2012163603A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/117,775 US9768641B2 (en) 2011-05-30 2012-04-24 Radio unit with a power circuit for voltage supply and method for operating such a radio unit

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011076708.8 2011-05-30
DE201110076708 DE102011076708A1 (de) 2011-05-30 2011-05-30 Funkeinheit mit einer Versorgungsschaltung zur Spannungsversorgung und Verfahren zum Betreiben einer solchen Funkeinheit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012163603A1 true WO2012163603A1 (de) 2012-12-06

Family

ID=46025674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/057445 Ceased WO2012163603A1 (de) 2011-05-30 2012-04-24 Funkeinheit mit einer versorgungsschaltung zur spannungsversorgung und verfahren zum betreiben einer solchen funkeinheit

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9768641B2 (de)
DE (1) DE102011076708A1 (de)
WO (1) WO2012163603A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9768641B2 (en) 2011-05-30 2017-09-19 Endress + Hauser Process Solutions Ag Radio unit with a power circuit for voltage supply and method for operating such a radio unit

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008043199A1 (de) * 2008-10-27 2010-04-29 Endress + Hauser Process Solutions Ag Autarkes Feldgerät
DE202013101455U1 (de) * 2013-04-05 2014-07-09 Weidmüller Interface GmbH & Co. KG Funktionselektronikmodul
DE102013103454A1 (de) 2013-04-08 2014-10-09 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Messumformerspeisegerät, System zum Einsatz in der Automatisierungstechnik, sowie Verfahren zum Bedienen eines solchen Systems
US9881250B2 (en) * 2013-06-07 2018-01-30 Fisher Controls International Llc Methods and apparatus for RFID communications in a process control system
DE102013112300A1 (de) 2013-11-08 2015-05-13 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Eingangsschaltung zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung
DE102014118617A1 (de) * 2014-12-15 2016-06-16 Endress+Hauser Process Solutions Ag Erweiterungsgerät für eine drahtlose Antenne
DE102017121923B4 (de) * 2017-09-21 2019-12-19 Vega Grieshaber Kg Messanordnung mit einem Bediengerät und Verfahren zum Betreiben einer solchen Messanordnung
DE102018122014A1 (de) 2018-09-10 2020-03-12 Endress + Hauser Flowtec Ag Meßgeräte-System sowie damit gebildete Meßanordnung
DE102020105605A1 (de) 2020-03-03 2021-09-09 Endress+Hauser SE+Co. KG Feldgeräteadapter zur drahtlosen Datenübertragung
DE102020112955B4 (de) * 2020-05-13 2024-01-18 WAGO Verwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung Reiheneinbaugerät, Automatisierungssystem und Verfahren zur Prozessautomation

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0940738A2 (de) 1994-10-24 1999-09-08 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Vorrichtung, die einen Zugang zu Feldgeräten in einem verteilten Steuerungssystem gestattet
WO2003023536A1 (de) 2001-09-12 2003-03-20 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg Funkmodul für feldgeräte
DE102004020393A1 (de) 2004-04-23 2005-11-10 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Funkmodul für Feldgeräte der Automatisierungstechnik
US20050265269A1 (en) * 2004-05-31 2005-12-01 Yokogawa Electric Corporation Signal transmission apparatus
WO2009060000A1 (de) 2007-11-05 2009-05-14 Endress+Hauser Process Solutions Ag Bedienung eines wireless adapters über ein daran angeschlossenes feldgerät
WO2009063053A1 (de) 2007-11-15 2009-05-22 Endress+Hauser Process Solutions Ag Verfahren zum betreiben eines feldgerätes
DE102008036967A1 (de) 2008-08-08 2010-02-11 Endress + Hauser Process Solutions Ag Universelle Schnittstelle für einen Wireless Adapter

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8538560B2 (en) * 2004-04-29 2013-09-17 Rosemount Inc. Wireless power and communication unit for process field devices
US7720619B2 (en) * 2006-08-04 2010-05-18 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Systems and methods for detecting high-impedance faults in a multi-grounded power distribution system
DE102006060447A1 (de) * 2006-12-19 2008-06-26 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg Zweileiterfeldgerät für die Prozessautomatisierungstechnik zum Anschluss mindestens eines Sensorelements
WO2009003148A1 (en) * 2007-06-26 2008-12-31 Mactek Corporation Power management circuit for a wireless communication device and process control system using same
DE102008062815B4 (de) * 2008-12-23 2011-07-14 Samson Ag, 60314 Feldgerät für eine prozesstechnische Anlage und Verfahren zum Versorgen des Feldgeräts
JP5618710B2 (ja) * 2009-09-01 2014-11-05 フィッシャー−ローズマウント システムズ，インコーポレイテッド プロセス制御システムに用いる電源デバイス一体化バスコントローラ
DE102011076708A1 (de) 2011-05-30 2012-12-06 Endress + Hauser Process Solutions Ag Funkeinheit mit einer Versorgungsschaltung zur Spannungsversorgung und Verfahren zum Betreiben einer solchen Funkeinheit

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0940738A2 (de) 1994-10-24 1999-09-08 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Vorrichtung, die einen Zugang zu Feldgeräten in einem verteilten Steuerungssystem gestattet
WO2003023536A1 (de) 2001-09-12 2003-03-20 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg Funkmodul für feldgeräte
DE102004020393A1 (de) 2004-04-23 2005-11-10 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Funkmodul für Feldgeräte der Automatisierungstechnik
US20050265269A1 (en) * 2004-05-31 2005-12-01 Yokogawa Electric Corporation Signal transmission apparatus
WO2009060000A1 (de) 2007-11-05 2009-05-14 Endress+Hauser Process Solutions Ag Bedienung eines wireless adapters über ein daran angeschlossenes feldgerät
WO2009063053A1 (de) 2007-11-15 2009-05-22 Endress+Hauser Process Solutions Ag Verfahren zum betreiben eines feldgerätes
DE102008036967A1 (de) 2008-08-08 2010-02-11 Endress + Hauser Process Solutions Ag Universelle Schnittstelle für einen Wireless Adapter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9768641B2 (en) 2011-05-30 2017-09-19 Endress + Hauser Process Solutions Ag Radio unit with a power circuit for voltage supply and method for operating such a radio unit

Also Published As

Publication number Publication date
US20140070609A1 (en) 2014-03-13
US9768641B2 (en) 2017-09-19
DE102011076708A1 (de) 2012-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011076708A1 (de) Funkeinheit mit einer Versorgungsschaltung zur Spannungsversorgung und Verfahren zum Betreiben einer solchen Funkeinheit
DE102010037262B4 (de) Integrierte Bussteuerungs- und Energieversorgungseinrichtung zur Verwendung in einem Prozesssteuerungssystem
EP2009763B1 (de) Stromversorgungsvorrichtung
EP2817976B1 (de) Batteriesensordatenübertragungseinheit und ein verfahren zum übertragen von batteriesensordaten
EP2002413B1 (de) Bidirektionaler, galvanisch getrennter übertragungskanal
DE102014202626A1 (de) Batteriemanagementsystem für eine Batterie mit mehreren Batteriezellen und Verfahren
DE202015009897U1 (de) Stromadapterkabel
EP3347779B1 (de) Verfahren zur energieverwaltung eines feldgeräts der prozessautomatisierung
EP2651043B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Übertragung von Energie und Daten zwischen einer Steuerungseinheit und einem Positionsmessgerät
EP2984530A1 (de) Messumformerspeisegerät, system zum einsatz in der automatisierungstechnik, sowie verfahren zum bedienen eines solchen systems
EP2709231A1 (de) Energieversorgungssystem für ein Feldgerät mit einem Funkmodul
EP2817975B1 (de) Batteriesensordatenübertragungseinheit und ein verfahren zum übertragen von batteriesensordaten
EP3451496A1 (de) Kommunikation mit ladekabel eines batterieelektrischen fahrzeugs
DE112017006365T5 (de) Stromversorgungssystem, elektronisches gerät undstromversorgungsverfahren
EP2530809B1 (de) Elektrische Versorgungsschaltung und Verfahren zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung
WO2021228841A1 (de) Prüfsystem sowie hauptgerät und zusatzgerät davon zur prüfung einer elektrischen einrichtung
DE102009036608A1 (de) Wiederaufladbare Batterie und Anschlussgerät zum Anschluss an eine wiederaufladbare Batterie
DE202012102446U1 (de) Anordnung umfassend einen Messaufnehmer, einen Messumformer sowie eine Anzeige und/oder Bedieneinheit
WO2006018039A1 (de) Vorrichtung zum steuern des energieflusses zwischen einem energieversorgungsnetz und einer daran angeschlossenen elektrischen einrichtung
DE102008008647B4 (de) Erschlusswächter für AS-Interface Netze
EP2818877A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Gleichspannung in einem galvanisch isolierten System
DE102012111018A1 (de) Mehrkanaliges Messdatenerfassungsgerät
EP1091332B1 (de) Leistungsstarkes doppeltes Zweileiter-Messanordnung und -Messgerät
WO2006108787A1 (de) Primärteil für eine kontaktlose stromversorgung mit betriebszustandsüberwachung des sekundärteils
EP2001101A1 (de) Vorrichtung zur elektrischen Energieversorgung von mehreren Geräten und Verfahren zum Betreiben

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12718164

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14117775

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12718164

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1