WO2023165902A1 - Adapter für ein feldgerät der automatisierungstechnik - Google Patents

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WO2023165902A1
WO2023165902A1 PCT/EP2023/054643 EP2023054643W WO2023165902A1 WO 2023165902 A1 WO2023165902 A1 WO 2023165902A1 EP 2023054643 W EP2023054643 W EP 2023054643W WO 2023165902 A1 WO2023165902 A1 WO 2023165902A1
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adapter
voltage
connection element
field device
volts
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PCT/EP2023/054643
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Simon Gerwig
Christian Strittmatter
Lars Kretschmer
Christian Mutter
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Endress+hauser Se Gmbh+co Kg
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Endress+hauser Se Gmbh+co Kg
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R31/00—Coupling parts supported only by co-operation with counterpart
    • H01R31/06—Intermediate parts for linking two coupling parts, e.g. adapter
    • H01R31/065—Intermediate parts for linking two coupling parts, e.g. adapter with built-in electric apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/008—Intrinsically safe circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R2103/00—Two poles

Definitions

  • the invention relates to an adapter for insertion in a two-wire line between a field device used in automation technology and a non-Ex-capable supply isolator, in order to make the field device Ex-capable, especially Ex-ia-capable, and an automation technology system.
  • field devices are often used which are used to record and/or influence process variables.
  • Sensors such as fill level measuring devices, flow meters, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc.
  • process variables which record the corresponding process variables level, flow rate, pressure, temperature, pH value or conductivity.
  • Actuators such as valves or pumps, which can be used to change the flow of a liquid in a pipeline section or the fill level in a container, are used to influence process variables.
  • field devices are also understood to mean, in particular, remote I/Os, radio adapters or devices in general that are arranged at the field level.
  • Endress+Hauser manufactures and sells a large number of such field devices.
  • 2-wire versions also referred to as two-wire field devices.
  • the field device is supplied with energy via the same pair of wires (two-wire wire) that is also used for communication.
  • this standard defines design and circuitry measures for field devices for use in potentially explosive atmospheres.
  • One of these types of protection is the type of protection
  • the "intrinsic safety" type of protection defines three protection levels: Ex-ia, Ex-ib and Ex-ic.
  • Level a defines the highest level at which the combination of two countable faults must not lead to a malfunction and thus cause an ignition (2-fault safety).
  • Level b defines that a countable error must not lead to a malfunction and thus cause an ignition (1 error safety). Accordingly, at level c no error security is defined, so that an ignition can already be caused in the event of a malfunction (O-error security).
  • Ex separator via which an input current and an input voltage applied to the two connection terminals of a field device are limited, e.g. to an input voltage of less than 35 V and a maximum power of less than 0.8 W.
  • the parts of the field device that could ignite an explosive atmosphere through sparks or heating must be embedded in a casting compound in such a way that the explosive atmosphere cannot be ignited. This is done by casting the components on all sides with a casting compound that is resistant to physical - in particular electrical, thermal and mechanical - and chemical influences.
  • the parts of the field device that can ignite an explosive atmosphere must be arranged in a housing in such a way that if an explosive mixture explodes inside, the housing can safely withstand the explosion pressure and the explosion can be transmitted to the housing surrounding potentially explosive atmosphere is prevented.
  • Such field devices do not require a specially designed Ex supply isolator, but can be operated with a conventional supply isolator. If now in such existing If a new field device is to be used in installations that is not designed in accordance with the requirements for Ex-d and/or Ex-m, it is necessary to switch to a specially designed supply isolator. This conversion means increased effort when installing a (new) field device in order to meet the Ex-i requirements.
  • the invention is therefore based on the object of demonstrating a possibility of how a field device with the protection level Ex-ia can comply without requiring a conversion to a specially designed supply isolator in the existing installation.
  • the adapter according to the invention for insertion into a two-wire line between a field device used in automation technology and a non-Ex-capable supply isolator in order to make the field device Ex-capable, especially Ex-ia-capable comprises: an adapter housing with a first and a second connection element for Connecting a first two-wire line, via which the adapter can be connected to the feed isolator, and to a third and fourth connection element for connecting a second two-wire line, via which the adapter can be connected to the field device; adapter electronics arranged in the adapter housing, which connects the first connection element to the third connection element by a first electrical connecting line and connects the second connection element to the fourth connection element by a second electrical connecting line, so that the first connecting line receives a loop current coming from the supply isolator from the first connection element to the field device that can be connected to the third connection element and the second connecting line routes the loop current coming from the field device via the fourth connection element to the second connection element back to the power supply iso
  • an adapter in which, starting from a defined input voltage at the connection terminals via which the adapter is connected to a supply isolator, the voltage across an overvoltage protection device is limited or regulated to a specific maximum voltage with the aid of a circuit, in particular a semiconductor circuit.
  • An advantageous embodiment of the adapter according to the invention provides that the minimum input voltage applied between the first and second connection element is greater than 3 volts, preferably greater than 5 volts, particularly preferably greater than 10 volts, most preferably in the range of 10-15 volts.
  • a further advantageous embodiment of the adapter according to the invention provides that the second maximum value is in the range from 5 to 25 volts, preferably in the range from 7 volts to 25 volts, particularly preferably in the range from 12 to 25 volts, very particularly preferably in the range from 17 to 22 volts.
  • a further advantageous embodiment of the adapter according to the invention provides that the overvoltage protection device has at least three zener diodes which are connected in parallel to the third and fourth connection element, with a cathode of the zener diodes being connected to the first connecting line and an anode of the zener diodes are each connected to the second connecting line.
  • the configuration can provide that the Zener diodes are selected in such a way that a Z voltage is in the range of 10-20 V, preferably approximately 16 V.
  • a further advantageous embodiment of the adapter according to the invention provides that the circuit has a voltage-controlled switching element, in particular a field effect transistor, for setting a voltage drop, which is arranged in the first and/or second connecting line in such a way that the switching element acts as a voltage divider to a voltage divider on the third and fourth connection element connectable field device is used.
  • a voltage-controlled switching element in particular a field effect transistor
  • a further advantageous embodiment of the adapter according to the invention provides that the circuit also includes an operational amplifier, a voltage divider and a feedback loop, the operational amplifier being set up to regulate the switching element, the voltage divider preferably being set up to pass through a negative input of the operational amplifier to control an intermediate tap as a function of an input voltage applied between the first and second connection element and/or the feedback loop preferably serves to feed back a voltage drop generated by the switching element to a positive input of the operational amplifier.
  • a further advantageous embodiment of the adapter according to the invention provides that the voltage divider is introduced between the first and the second connecting line and is preferably designed as a high-impedance voltage divider, so that a transverse current through the voltage divider is not greater than 20 pA, preferably not greater than 10 pA, most preferably not greater than 5pA.
  • an advantageous embodiment of the adapter according to the invention provides that the adapter electronics also have a voltage regulation unit for supplying voltage to the operational amplifier, which is preferably introduced into the first and/or second connecting line in such a way that the voltage regulation unit is connected in series with a field device that can be connected to the third and fourth connection element is switched, so that there is no parallel current between the first and the second connecting line.
  • the configuration can provide that the voltage control unit comprises a diode, a further Zener diode, a further resistor and/or a voltage-stabilizing circuit, especially a reference voltage circuit or a voltage regulator, and/or the adapter electronics also have a further Zener diode which is designed in such a way that it is connected in parallel to the voltage control unit in order to limit an operating voltage for the operational amplifier to a maximum value and/or the adapter electronics have a series resistor which is used to protect the operational amplifier and/or the zener diode from the zener diode is connected.
  • the invention also relates to an automation technology system comprising a non-Ex-i-capable separator, a field device for automation technology which is designed in such a way that it meets the requirements of the intrinsic safety Ex-i type of protection and an adapter according to one or more of the preceding claims.
  • the adapter is connected to the non-Ex-i-capable supply isolator on the first and second connection element by means of a two-wire line and to the field device on the third and fourth connection element by means of another two-wire line.
  • An advantageous embodiment of the inventive system of automation technology and the adapter provides that the field device is also set up to compensate for the transverse current caused by the voltage divider when transmitting measured and/or control values by means of the loop current.
  • Fig. 1 an arrangement comprising an adapter according to the invention, a field device of
  • FIG. 1 shows an arrangement as is usually found in an automation system.
  • a feed isolator 100 is connected to a field device 300 via a two-wire line.
  • Measured values and/or control values can be transmitted via the two-wire line between the field device 300 and a higher-level unit, not shown separately in FIG. 1 , for example a programmable logic controller (PLC for short).
  • PLC programmable logic controller
  • the measured and/or control values can be transmitted analogously in the form of a 4-20 mA current signal between the field device and the higher-level unit.
  • the supply isolator 100 is a non-Ex-capable supply isolator, i.e. not approved/suitable for use in a potentially explosive atmosphere, as can be found, for example, in an existing installation in an automation system in which Ex-d Devices and/or Ex-m devices are used or are available.
  • the field device 300 can be a field device 300 which is designed in such a way that it satisfies the requirements of the type of protection of the encapsulation Ex-m or the type of protection of the flameproof encapsulation Ex-d.
  • parts of the field device 300 that can ignite an explosive atmosphere through sparks or through heating can be embedded in a potting compound so that the explosive atmosphere cannot be ignited and the field device is Ex-m capable.
  • parts of the field device 300 that can ignite an explosive atmosphere can be arranged in a housing in such a way that if an explosive mixture explodes inside, the housing safely withstands the explosion pressure and prevents the explosion from being transferred to the explosive atmosphere surrounding the housing and the field device is Ex-d capable.
  • an adapter according to the invention is introduced into the two-wire line in such a way that the adapter 200 is arranged between the non-Ex-capable supply isolator and the field device 300 .
  • the adapter 200 comprises an adapter housing 200 and adapter electronics 201 arranged in the adapter housing 200 and having four connection terminals 202, 203, 204, 205 for connecting the two-wire line.
  • the adapter electronics 201 comprises a first and a second connection terminal 202, 203, each of which serves to connect one wire of the first two-wire line 400 coming from the feed isolator, and a third and a fourth connection terminal 204, 205, which serve to connect one each Wire of the second two-wire line 500, which leads to the field device 300 to connect. Furthermore, the adapter electronics 201 includes a first line 206 (also referred to below as the plus line), which connects the first connection terminal 202 to the third connection terminal 204, and a second line 207 (also referred to below as called minus line), which connects the second connection terminal 203 to the fourth connection terminal 205.
  • a first line 206 also referred to below as the plus line
  • a second line 207 also referred to below as called minus line
  • Zener diodes D1, D2, D3 are connected in parallel to the connection terminals.
  • the zener diodes D1, D2, D3 are connected in such a way that a cathode of the zener diodes is connected to the plus line and an anode to the minus line, so that a Z voltage of the zener diodes is above the third and fourth connection terminal 204, 205 and thus defines an output voltage of the adapter for the downstream field device 300 in faulty operation (explosion protection measure).
  • the zener diodes D1, D2, D3 are chosen so that the Z voltage is in the range of 10-20 V, preferably about 16 V.
  • an overcurrent protection device 209 e.g. in the form of a safety fuse, is installed in the plus line.
  • the overcurrent protection device 209 is designed in combination with the Z voltage of the Zener diodes D1, D2, D3 in such a way that a power that is made available to the field device connected to the third and fourth connection terminal 204, 205 is limited to a maximum value ( Ex power) is limited.
  • the overcurrent protection device 209 can be designed to prevent the current from rising above a maximum current value of 32 mA.
  • the adapter electronics 201 have a circuit 600 which is designed to regulate or limit a voltage drop across the Zener diodes D1, D2, D3.
  • the circuit 600 comprises a voltage-controlled switching element 601 for setting a voltage drop, the switching element 601 being arranged in the first and/or second line 206, 207 in such a way that the switching element 601 acts as a voltage divider to a connection terminal connected to the third and fourth terminals 204, 205 connected field device 300 is used.
  • the switching element 601 can be a transistor, especially a field effect transistor, especially an n-channel field effect transistor.
  • the circuit 600 also includes an operational amplifier 602, a voltage divider 603 and a feedback loop 604a, 604b.
  • the voltage divider 603 serves to drive a negative input of the operational amplifier 602 .
  • the voltage divider 603 is placed between the plus and minus lines 206, 207 and is preferably designed as a high-impedance voltage divider.
  • high-impedance means that a transverse current flowing through the voltage divider is not greater than 20 pA, in particular not greater than 10 pA, very particularly not greater than 5 pA.
  • the voltage divider 603 is preferably formed in the ratio 1:10, eg a first resistor connected to the plus line can have 1 megaohm and the second resistor connected to the minus line can have 100 kiloohms.
  • a further Zener diode D5 is also introduced into the transverse line of the voltage divider 603, the cathode of which is preferably connected to the plus line 206 and the anode of which is preferably connected to the minus line 207.
  • the additional Zener diode D5 is dimensioned in such a way that a Z voltage is not greater than the Z voltage of the other Zener diodes D1, D2, D3.
  • the additional Zener diode D5 can have a Z voltage of approximately 13.
  • An output voltage of the adapter or an input voltage for the field device in error-free operation is defined/determined via the Z voltage of the additional Zener diode as soon as the Z voltage is reached or exceeded.
  • the feedback loop 604a, 604b comprises a voltage divider formed from two resistors 604a and 604b, the voltage divider being connected in parallel to the switching element 601, so that a voltage drop generated by the switching element 601 is present across the voltage divider and a positive input of the operational amplifier 602 with a center tap of the voltage divider is connected.
  • the voltage divider can be designed in a ratio of 1:10, in which case the resistor with the higher value starts at the higher voltage potential.
  • the voltage divider can be formed from a 100 kilohm and a 10 kilohm resistor.
  • the operational amplifier 602 is controlled by the feedback loop 604a, 604b in such a way that it closes at its output until the voltage drop across the switching element 601 is so great that the voltage present across the voltage divider at the positive input of the operational amplifier 602 is approximately equal to the voltage at the corresponds to the negative input of operational amplifier 602.
  • the adapter electronics can have a voltage regulation unit 605, which is preferably introduced into the first and/or second line 206, 207 in such a way that it is connected in series to a field device 300 connected to the third and fourth connection terminal 204, 205 .
  • the voltage regulation unit 605 may include, for example, a diode, another Zener diode, another resistor, and/or a reference voltage circuit.
  • the adapter electronics can also include a further Zener diode D4, which is designed in such a way that it is connected in parallel to the voltage regulation unit 605 and limits an operating voltage for the operational amplifier to a maximum value, for example 2V.
  • the adapter electronics 201 can have a series resistor R1, which is connected in front of the operational amplifier 602 and/or the further Zener diode D4 to protect it.
  • An electronic adapter 201 designed in this way ensures that when the input voltage provided by the supply isolator 100 at the first and second connection terminals 202, 203 is less than the diode voltage/zener voltage of the zener diode D1, e.g. 12V, the zener diode D1 does not yet allow any current to flow and thus the negative input of the operational amplifier 602 is "low” and the positive input is “high”, so that the output of the operational amplifier 602 also goes to "high”. As a result, the switching element 602 becomes conductive and almost the entire voltage across the third and fourth connection terminals 204, 205 is available for the field device 300.
  • the adapter electronics 201 ensure that the additional Zener diode D5 allows a current to flow and thus the negative input of the operational amplifier 602 is at a defined voltage value.
  • the voltage value is set via the voltage divider 603. This voltage is now dependent on the input voltage at the first and second connection terminal 202, 203. As soon as the input voltage rises above the diode voltage from the zener diode D1, the input voltage at the operational amplifier 602 also rises proportionally.
  • the operational amplifier 602 thus ensures that a voltage difference between the negative and positive input is minimized by changing its output voltage and thus regulating the voltage across the switching element 601.
  • the voltage, which is regulated with the switching element 601 is passed to the positive input of the operational amplifier 602 via the feedback loop 604a, 604b.
  • the operational amplifier 602 controls the switching element 601 in such a way that it closes until the voltage at the positive input of the operational amplifier 602 is approximately equal to the voltage at the negative input of the operational amplifier 602 is.

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Abstract

Adapter zum Einbringen in eine Zweidrahtleitung aufweisend: ein Adaptergehäuse (200); eine in dem Adaptergehäuse angeordnete Adapterelektronik (201), die ein erstes Anschlusselement (202) mit einem dritten Anschlusselement (204) durch eine erste elektrische Verbindungsleitung (206) und ein zweites Anschlusselement (203) mit einem vierten Anschlusselement (205) durch eine zweite elektrische Verbindungsleitung (207) verbindet, wobei die Adapterelektronik ferner eine Überspannungsschutzeinrichtung (208) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine zwischen dem dritten und vierten Anschlusselement anliegende Spannung im Fehlerfall auf einen ersten Maximalwert zu begrenzen, wobei die Adapterelektronik ferner eine Überstromschutzeinrichtung (209) aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Anstieg des Schleifenstroms (I) im Fehlerfall über einen maximalen Stromwert zu verhindern, und wobei die Adapterelektronik ferner eine Schaltung (600) aufweist, die dazu eingerichtet ist, im Nichtfehlerfall eine an der Überspannungsschutzeinrichtung anliegende Spannung, ab einer minimalen Eingangsspannung, auf einen im Verhältnis zu dem ersten Maximalwert kleineren zweiten Maximalwert zu regeln.

Description

Adapter für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik
Die Erfindung bezieht sich auf einen Adapter zum Einbringen in eine Zweidrahtleitung zwischen ein Feldgerät der Automatisierungstechnik und einen nicht Ex-fähigen Speisetrenner, um das Feldgerät Ex-fähig, insb. Ex-ia-fähig zu machen sowie ein System der Automatisierungstechnik.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH- Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozess re levan ten Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also insbesondere auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
Viele Feldgeräte sind als sogenannte 2-Leiter Versionen (auch als Zweileiterfeldgerät bezeichnet) erhältlich. Hierbei erfolgt die Energieversorgung des Feldgeräts über das gleiche Leitungspaar (Zweileiterdraht) über das auch die Kommunikation erfolgt.
Insbesondere in der Prozessindustrie aber auch der Automatisierungstechnik müssen physikalische oder technische Größen durch die Feldgeräte oftmals in Bereichen gemessen bzw. ermittelt werden, in denen potentiell Explosionsgefahr besteht, sogenannte explosionsgefährdete Bereiche. Durch geeignete Maßnahmen in den Feldgeräten und Auswertesystemen (wie z. B. Spannungs- und Strombegrenzung) kann die elektrische Energie in dem zu übermittelnden Signal so begrenzt werden, dass dieses Signal unter keinen Umständen (Kurzschluss, Unterbrechungen, thermische Effekte, ...) eine Explosion auslösen kann. Hierfür sind in der IEC EN DIN 60079-ff entsprechende Schutzprinzipien festgelegt worden.
Gemäß dieser Norm sind basierend auf den anzuwendenden Zündschutzarten konstruktive und schaltungstechnische Maßnahmen für die Feldgeräte zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen definiert. Einer dieser Zündschutzarten stellen die Zündschutzart
„Eigensicherheit“ (Kennzeichnung Ex-i, IEC EN DIN 60079-11 , veröffentlich Juni 2012) dar. Die Zündschutzart „Eigensicherheit“ basiert auf dem Prinzip der Strom- und Spannungsbegrenzung in einem Stromkreis. Die Energie des Stromkreises, die in der Lage sein könnte, eine explosionsfähige Atmosphäre zum Zünden zu bringen, wird dabei so begrenzt, dass weder durch Funken noch durch unzulässige Erwärmung der elektrischen Bauteile die Zündung der umgebenden explosionsfähigen Atmosphäre stattfinden kann.
Die Zündschutzart „Eigensicherheit“ definiert dabei drei Schutzniveaus: Ex-ia, Ex-ib und Ex-ic. Dabei ist mit Niveau a das höchste Niveau definiert, bei welchem zwei zählbare Fehler in ihrer Kombination nicht zu einer Fehlfunktion führen und somit eine Zündung hervorrufen dürfen (2-Fehler-Sicherheit). Das Niveau b definiert, dass ein zählbarer Fehler nicht zu einer Fehlfunktion führen und somit eine Zündung hervorrufen dürfen (1 -Fehler-Sicherheit). Bei dem Niveau c ist entsprechend keine Fehlersicherheit definiert, sodass bei einer Fehlfunktion bereits eine Zündung hervorgerufen werden kann (O-Fehler-Sicherheit).
Um das Schutzniveau Ex-ia zu erreichen, ist es heute notwendig, dass ein sogenannter Ex- Speisetrenner eingesetzt wird, über den ein Eingangsstrom und eine Eingangsspannung, die an den beiden Anschlussklemmen eines Feldgerätes anliegt, begrenzt werden, z.B. auf eine Eingangsspannung kleiner 35 V und eine maximale Leistung von kleiner 0,8 W.
Allerdings gibt es eine Vielzahl von bereits bestehenden Installationen in Automatisierungsanlagen, bei denen die Feldgeräte ohne einen Ex-Speisetrenner betrieben werden. Derartige Feldgeräte müssen dann der Zündschutzart der Vergusskapselung Ex-m oder der Zündschutzart der druckfesten Kapselung Ex-d entsprechen.
Zur Erfüllung der Zündschutzart Ex-m sind somit die Teile des Feldgerätes, die eine explosionsfähige Atmosphäre durch Funken oder durch Erwärmung zünden könnten, so in eine Vergussmasse einzubetten, dass die explosionsfähige Atmosphäre nicht entzündet werden kann. Dies geschieht durch allseitiges Vergießen der Bauteile mit einer gegen physikalische - insbesondere elektrische, thermische und mechanische - sowie chemische Einflüsse resistenten Vergussmasse.
Zur Erfüllung der Zündschutzart Ex-d sind die Teile des Feldgerätes, die eine explosionsfähige Atmosphäre zünden können, so in einem Gehäuse anzuordnen, dass bei der Explosion eines explosionsfähigen Gemisches im Innern das Gehäuse dem Explosionsdruck sicher standhält und eine Übertragung der Explosion auf die das Gehäuse umgebende explosionsfähige Atmosphäre verhindert wird.
Derartige Feldgeräte benötigen keinen speziell ausgebildeten Ex-Speisetrenner, sondern können mit einem herkömmlichen Speisetrenner betrieben werden. Wenn nun in solchen bestehenden Installationen ein neues Feldgerät eingesetzt werden soll, welches nicht entsprechend den Anforderungen an Ex-d und/oder Ex-m ausgebildet ist, bedarf es einer Umstellung auf einen speziell ausgebildeten Speisetrenner. Diese Umstellung bedeutet einen erhöhten Aufwand bei der Installation eines (neuen) Feldgerätes, um die Anforderungen an Ex-i zu erzielen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie ein Feldgerät mit dem Schutzniveau Ex-ia entsprechen kann ohne, dass es einer Umstellung auf einen speziell ausgebildeten Speisetrenner in der bestehenden Installation bedarf..
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Adapter gemäß Patentanspruch 1 sowie dem System der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 12.
Der erfindungsgemäße Adapter zum Einbringen in eine Zweidrahtleitung zwischen ein Feldgerät der Automatisierungstechnik und einen nicht Ex-fähigen Speisetrenner, um das Feldgerät Ex-fähig, insb. Ex-ia-fähig zu machen, umfasst: ein Adaptergehäuse mit einem ersten und einem zweiten Anschlusselement zum Anschließen einer ersten Zweidrahtleitung, über die der Adapter mit dem Speisetrenner verbindbar ist und mit einem dritten und vierten Anschlusselement zum Anschließen einer zweiten Zweidrahtleitung, über die der Adapter mit dem Feldgerät verbindbar ist; eine in dem Adaptergehäuse angeordnete Adapterelektronik, die das erste Anschlusselement mit dem dritten Anschlusselement durch eine erste elektrische Verbindungsleitung und das zweite Anschlusselement mit dem vierten Anschlusselement durch eine zweite elektrische Verbindungsleitung verbindet, so dass die erste Verbindungsleitung ein von dem Speisetrenner kommenden Schleifenstrom von dem ersten Anschlusselement zu dem an dem dritten Anschlusselement anschließbaren Feldgerät leitet und die zweite Verbindungsleitung den von dem Feldgerät kommenden Schleifenstrom über das vierte Anschlusselement zu dem zweiten Anschlusselement zurück an den Speisetrenner leitet, wobei die Adapterelektronik ferner eine Überspannungsschutzeinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine zwischen dem dritten und vierten Anschlusselement anliegende Spannung im Fehlerfall auf einen ersten Maximalwert zu begrenzen, wobei die Adapterelektronik ferner eine Überstromschutzeinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Anstieg des Schleifenstroms im Fehlerfall über einen maximalen Stromwert zu verhindern, so dass eine an das Feldgerät abzugebende Leistung begrenzt ist, und wobei die Adapterelektronik ferner eine Schaltung aufweist, die dazu eingerichtet ist, im Nichtfehlerfall eine an der Überspannungsschutzeinrichtung anliegende Spannung, ab einer minimalen Eingangsspannung, die zwischen dem ersten und zweiten Anschlusselement anliegt, auf einen im Verhältnis zu dem ersten Maximalwert kleineren zweiten Maximalwert zu regeln. Erfindungsgemäß wird ein Adapter vorgeschlagen, bei dem ab einer definierten Eingangsspannung an den Anschlussklemmen, über die der Adapter mit einem Speisetrenner verbunden ist, die Spannung über einer Überspannungsschutzeinrichtung mit Hilfe einer Schaltung, insbesondere einer Halbleiterschaltung, auf eine bestimmte Maximalspannung begrenzt bzw. geregelt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Adapters sieht vor, dass die zwischen dem ersten und zweiten Anschlusselement anliegende minimale Eingangsspannung größer 3 Volt, vorzugsweise größer 5 Volt, besonders bevorzugt größer 10 Volt ist, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 10-15 Volt liegt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Adapters sieht vor, dass der zweite Maximalwert im Bereich von 5 bis 25 Volt, bevorzugt im Bereich von 7 Volt bis 25 Volt, besonders bevorzugt im Bereich von 12 bis 25 Volt, ganz besonders bevorzugt im Beriech von 17 bis 22 Volt liegt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Adapters sieht vor, dass die Überspannungsschutzeinrichtung zumindest drei Zener-Dioden aufweist, die parallel zu dem dritten und vierten Anschlusselement geschaltet sind, wobei eine Kathode der Zener-Dioden jeweils mit der ersten Verbindungsleitung und eine Anode der Zener-Dioden jeweils mit der zweiten Verbindungsleitung verbunden sind. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die Zener-Dioden so gewählt sind, dass eine Z-Spannung im Bereich von 10-20 V liegt, vorzugsweise ca. 16 V beträgt.
Eine weiter vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Adapters sieht vor, dass die Schaltung ein spannungsgesteuertes Schaltelement, insb. einen Feldeffekttransistor, zum Einstellen eines Spannungsabfalls aufweist, welches derartig in der ersten und/oder zweiten Verbindungsleitung angeordnet ist, dass das Schaltelement als Spannungsteiler zu einem an dem dritten und vierten Anschlusselement anschließbaren Feldgerät dient.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Adapters sieht vor, dass die Schaltung ferner einen Operationsverstärker, einen Spannungsteiler sowie eine Feedbackschleife umfasst, wobei der Operationsverstärker dazu eingerichtet ist, das Schaltelement zu regeln, wobei der Spannungsteiler vorzugsweise dazu eingerichtet ist, einen negativen Eingang des Operationsverstärkers durch einen Zwischenabgriff in Abhängigkeit einer zwischen dem ersten und zweiten Anschlusselement anliegenden Eingangsspannung anzusteuern und/oder die Feedbackschleife vorzugsweise dazu dient, einen durch das Schaltelement erzeugten Spannungsabfall an einen positiven Eingang des Operationsverstärkers zurückzuführen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Adapters sieht vor, dass der Spannungsteiler zwischen die erste und die zweite Verbindungsleitung eingebracht ist und vorzugsweise als hochohmiger Spannungsteiler ausgeführt ist, so dass ein Querstrom durch den Spannungsteiler nicht größer als 20 pA, bevorzugt nicht größer als 10 pA, ganz besonders bevorzugt nicht größer als 5pA ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Adapters sieht vor, dass die Adapterelektronik ferner eine Spannungsregelungsseinheit zur Spannungsversorgung des Operationsverstärkers aufweist, die vorzugsweise derartig in die erste und/oder zweite Verbindungsleitung eingebracht ist, dass die Spannungsregelungseinheit in Reihe zu einem an dem dritten und vierten Anschlusselement anschließbaren Feldgerät geschaltet ist, so dass es zu keinem Parallelstrom zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsleitung kommt. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die Spannungsregelungseinheit eine Diode, eine weitere Zener- Diode, einen weiteren Widerstand und/oder eine spannungsstabilisierende Schaltung, insb. eine Referenzspanungsschaltung oder einen Spannungsregler umfasst und/oder die Adapterelektronik ferner eine weitere Zener-Diode aufweist, die derartig ausgebildet ist, dass diese parallel zu der Spannungsregelungseinheit geschaltet ist, um eine Betriebsspannung für den Operationsverstärker auf einen maximalen Wert zu begrenzen und/oder die Adapterelektronik eine Vorwiderstand aufweist, der zum Schutz des Operationsverstärkers und/oder der Zener-Diode vor die Zener-Diode geschaltet ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein System der Automatisierungstechnik umfassend einen nicht Ex-i fähigen Speisetrenner, ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, welches derartig ausgebildet ist, dass es die Anforderungen der Zündschutzart der Eigensicherheit Ex-i erfüllt und einen Adapter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Adapter an dem ersten und zweiten Anschlusselement mittels einer Zweidrahtleitung mit dem nicht Ex-i fähigen Speisetrenner und an dem dritten und vierten Anschlusselement mittels einerweiteren Zweidrahtleitung mit dem Feldgerät verbunden ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems der Automatisierungstechnik und des Adapters sieht vor, dass das Feldgerät ferner dazu eingerichtet ist, den durch den Spannungsteiler hervorgerufenen Querstrom beim Übertragen von Mess- und/oder Stellwerten mittels des Schleifenstromes zu kompensieren.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine Anordnung umfassend einen erfindungsgemäßen Adapter, ein Feldgerät der
Automatisierungstechnik und einen Speisetrenner, und
Fig. 2: eine erfindungsgemäße Adapterelektronik im Detail. Figur 1 zeigt eine Anordnung, wie sie üblicherweise in einer Automatisierungsanlage zu finden ist. Hierbei ist ein Speisetrenner 100 über eine Zweidrahtleitung mit einem Feldgerät 300 verbunden. Über die Zweidrahtleitung können Mess- und/oder Stellwerte zwischen dem Feldgerät 300 und einer in Fig. 1 nicht gesondert dargestellten übergeordneten Einheit, bspw. einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (kurz SPS) übertragen werden. Beispielsweise können die Mess- und/oder Stellwerte analog in Form eines 4-20 mA Stromsignals zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Einheit übertragen werden.
Bei dem Speisetrenner 100 handelt es sich um einen nicht Ex-fähigen, d.h. einen nicht für den Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich zugelassenen/geeigneten Speisetrenner, wie er bspw. in einer bereits bestehenden Installation in einer Automatisierungsanlage zu finden ist, in der Ex-d Geräte und/oder Ex-m Geräte eingesetzt werden bzw. vorhanden sind.
Bei dem Feldgerät 300 kann es sich um ein Feldgerät 300 handeln, welches derartig ausgelegt ist, dass es den Anforderungen der Zündschutzart der Vergusskapselung Ex-m oder der Zündschutzart der druckfesten Kapselung Ex-d genügt. Beispielsweise können Teile des Feldgerätes 300, die eine explosionsfähige Atmosphäre durch Funken oder durch Erwärmung zünden können, in eine Vergussmasse eingebettet sein, so dass die explosionsfähige Atmosphäre nicht entzündet werden kann und das Feldgerät Ex-m fähig ist. Alternativ können Teile des Feldgerätes 300, die eine explosionsfähige Atmosphäre zünden können, so in einem Gehäuse angeordnet sein, dass bei der Explosion eines explosionsfähigen Gemisches im Innern, das Gehäuse dem Explosionsdruck sicher standhält und eine Übertragung der Explosion auf die das Gehäuse umgebende explosionsfähige Atmosphäre verhindert wird und das Feldgerät Ex-d fähig ist.
Um die Anforderungen des Schutzniveaus Ex-ia der Zündschutzart „Eigensicherheit“ zu erfüllen, ist ein erfindungsgemäßer Adapter derartig in die Zweidrahtleitung eingebracht, dass der Adapter 200 zwischen dem nicht Ex-fähigen Speisetrenner und dem Feldgerät 300 angeordnet ist. Der Adapter 200 umfasst ein Adaptergehäuse 200 und eine in dem Adaptergehäuse 200 angeordnete Adapterelektronik 201 mit vier Anschlussklemmen 202, 203, 204, 205 zum Anschließen der Zweidrahtleitung.
Fig. 2 zeigt eine Adapterelektronik 201 im Detail. Die Adapterelektronik 201 umfasst eine erste und eine zweite Anschlussklemme 202, 203, die dazu dienen, jeweils eine Ader der ersten Zweidrahtleitung 400, die von dem Speisetrenner kommt, anzuschließen und eine dritte und eine vierte Anschlussklemme 204, 205, die dazu dienen, jeweils eine Ader der zweiten Zweidrahtleitung 500, die zu dem Feldgerät 300 führt anzuschließen. Ferner umfasst die Adapterelektronik 201 eine erste Leitung 206 (im Folgenden auch plus-Leitung genannt), die die erste Anschlussklemme 202 mit der dritten Anschlussklemme 204 verbindet, sowie eine zweite Leitung 207 (im Folgenden auch minus-Leitung genannt), die die zweite Anschlussklemme 203 mit der vierten Anschlussklemme 205 verbindet.
Um im Fehlerfall eine Spannung an der dritten und vierten Anschlussklemme 204, 205, zu begrenzen, sind mehrere, vorzugsweise drei Zener-Dioden D1 , D2, D3 parallel zu den Anschlussklemmen geschaltet. Die Zener-Dioden D1 , D2, D3 sind dabei derartig verschaltet, dass eine Kathode der Zener-Dioden mit der plus-Leitung und eine Anode mit der minus-Leitung verbunden ist, so dass eine Z-Spannung der Zener-Dioden Über der dritten und vierten Anschlussklemme 204, 205 anliegt und somit eine Ausgangspannung des Adapters für das nachgeschaltete Feldgerät 300 im fehlerbehafteten Betrieb (Ex-Schutz-Maßnahme) definiert. Die Zener-Dioden D1 , D2, D3 sind so gewählt, dass die Z-Spannung im Bereich von 10-20 V liegt, vorzugsweise ca. 16 V beträgt.
Um im Fehlerfall einen Strom, der von der dritten Anschlussklemme 204 zu dem Feldgerät 300 und über die vierte Anschlussklemme 204 wieder zurückfließt, zu begrenzen, ist eine Überstromschutzeinrichtung 209, bspw. in Form einer Schmelzsicherung, in die plus-Leitung eingebracht. Die Überstromschutzeinrichtung 209 ist in Kombination mit der Z-Spannung der Zener- Dioden D1 , D2, D3 derartig ausgelegt, dass eine Leistung, die dem an der dritten und vierten Anschlussklemme 204, 205 angeschlossenem Feldgerät zur Verfügung gestellt wird, auf einen maximalen Wert (Ex-Leistung) begrenzt wird. Beispielsweise kann die Überstromschutzeinrichtung 209 dazu ausgelegt sein, einen Anstieg des Stromes über einen maximalen Stromwert von 32mA zu verhindern. Somit wird in dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel, eine an der dritten und vierten Anschlussklemme zur Verfügung gestellte Ex-Leistung auf 870 mW (= 32mA * 16V * 1 ,7) begrenzt, wobei der Faktor 1 ,7 ein Sicherheitsfaktor gemäß der Norm DIN EN 60079-11 darstellt.
Damit die Zener-Dioden D1 , D2, D3 in dem Fall, dass an der ersten und zweiten Anschlussklemme 202, 203 eine Eingangsspannung anliegt, die größer als die Z-Spannung der Dioden D1 , D2, D3 ist, nicht leitend sind bzw. werden, weist die Adapterelektronik 201 erfindungsgemäß ein Schaltung 600 auf, die dazu ausgebildet ist, einen Spannungsabfall über den Zener-Dioden D1 , D2, D3 zu regeln bzw. zu begrenzen.
Hierzu umfasst die Schaltung 600 ein spannungsgesteuertes Schaltelement 601 zum Einstellen eines Spannungsabfalls, wobei das Schaltelement 601 derartig in der ersten und/oder zweiten Leitung 206, 207 angeordnet ist, dass das Schaltelement 601 als Spannungsteiler zu einem an den dritten und vierten Anschlussklemmen 204, 205 angeschlossenen Feldgerät 300 dient. Bei dem Schaltelement 601 kann es sich um einen Transistor, insb. einen Feldeffekttransistor, insb. einen n- Kanal Feldeffekttransistor handeln. Um das Schaltelement 601 entsprechend zu regeln, umfasst die Schaltung 600 ferner einen Operationsverstärker 602, einen Spannungsteiler 603 sowie eine Feedbackschleife 604a, 604b. Der Spannungsteiler 603 dient dazu, einen negativen Eingang des Operationsverstärkers 602 anzusteuern. Hierzu ist der Spannungsteiler 603 zwischen die plus- und minus-Leitung 206, 207 eingebracht und vorzugsweise als hochohmiger Spannungsteiler ausgeführt. Hochohmig bedeutet hierbei, dass ein Querstrom, der durch den Spannungsteiler fließt nicht größer als 20 pA, insbesondere nicht größer als 10 pA, ganz besonders nicht größer als 5pA ist. Der Spannungsteiler 603 ist vorzugsweise in dem Verhältnis 1 :10 ausgebildet, z.B. kann ein erster Widerstand, der mit der plus-Leitung verbunden ist, 1 Megaohm und der zweite Widerstand, der zu minus-Leitung verbunden ist, 100 Kiloohm aufweisen.
In die Querleitung des Spannungsteilers 603 ist ferner eine weitere Zener-Diode D5 eingebracht, deren Kathode vorzugsweise mit der plus-Leitung 206 und deren Anode vorzugsweise mit der minus-Leitung 207 verbunden ist. Die weitere Zener-Diode D5 ist derartig dimensioniert, dass eine Z-Spannung nicht größer als die Z-Spannung der anderen Zener-Dioden D1 , D2, D3 ist.
Beispielsweise kann die weitere Zener-Diode D5 eine Z-Spannung von ca. 13 aufweisen. Über die Z-Spannung der weiteren Zener-Diode wird eine Ausgangspannung des Adapters bzw. eine Eingangsspannung für das Feldgerät im fehlerfreien Betrieb definiert/festgelegt, sobald die Z Spannung erreicht bzw. überschritten ist.
Die Feedbackschleife 604a, 604b umfasst einen aus zwei Widerständen 604a und 604b ausgebildeten Spannungsteiler, wobei der Spannungsteiler parallel zu dem Schaltelement 601 geschaltet ist, so dass ein durch das Schaltelement 601 erzeugter Spannungsabfall über dem Spannungsteiler anliegt und ein positiver Eingang des Operationsverstärkers 602 mit einem Mittelabgriff des Spannungsteilers verbunden ist. Der Spannungsteiler kann im Verhältnis 1 :10 ausgebildet sein, bei dem der Widerstand mit dem höheren Wert am höheren Spannungspotential ansetzt. Beispielsweise kann der Spannungsteiler aus einem 100 Kiloohm und einem 10 Kiloohm Widerstand ausgebildet sein. Durch die Feedbackschleife 604a, 604b wird der Operationsverstärker 602 derartig angesteuert, dass dieser an seinem Ausgang solange schließt, bis der Spannungsabfall über dem Schaltelement 601 so groß ist, dass die über den Spannungsteiler am positiven Eingang des Operationsverstärkers 602 anliegende Spannung in etwa der Spannung am negativen Eingang des Operationsverstärkers 602 entspricht.
Zur Versorgung des Operationsverstärkers 602 kann die Adapterelektronik eine Spannungsregelungseinheit 605 aufweisen, die vorzugsweise derartig in die erste und/oder zweite Leitung 206, 207 eingebracht ist, dass diese in Reihe zu einem an der dritten und vierten Anschlussklemme 204, 205 angeschlossenen Feldgerät 300 geschaltet ist. Dies bietet den Vorteil, dass es zu keinem Parallelstrom zu der dritten und vierten Anschlussklemme kommt, so dass eine Beeinflussung des 4 - 20 mA Stromes vermieden werden kann. Die Spannungsregelungseinheit 605 kann bspw. eine Diode, eine weitere Zener-Diode, einen weiteren Widerstand und/oder eine Referenzspanungsschaltung aufweisen. Die Adapterelektronik kann ferner eine weitere Zener-Diode D4 umfassen, die derartig ausgebildet ist, dass diese parallel zu der Spannungsregelungseinheit 605 geschaltet ist, und eine Betriebsspannung für den Operationsverstärker auf einen maximalen Wert, z.B. 2 V, begrenzt. Ferner kann die Adapterelektronik 201 eine Vorwiderstand R1 aufweisen, der zum Schutz des Operationsverstärkers 602 und/oder der weiteren Zener-Diode D4 vor diese geschaltet ist.
Eine derartig ausgebildete Adapterelektronik 201 sorgt dafür, dass bei einer von dem Speisetrenner 100 bereitgestellten Eingangsspannung an der ersten und zweiten Anschlussklemme 202, 203, die kleiner als die Diodenspannung/Z-Spannung der Zener-Diode D1 ist, z.B. 12V, die Zener-Diode D1 noch keinen Strom fließen lässt und somit der negativ-Eingang vom Operationsverstärker 602 auf „low“ und der positive-Eingang auf „high“ ist, so dass auch der Ausgang des Operationsverstärkers 602 auf „high“ geht. Dies führt dazu, dass das Schaltelement 602 leitend wird und nahezu die komplette Spannung über der dritten und vierten Anschlussklemme 204, 205 für das Feldgerät 300 zur Verfügung steht.
Bei einer höheren Eingangsspannung an der ersten und zweiten Anschlussklemme 202, 203, z.B. 30 V, sorgt die Adapterelektronik 201 dafür, dass die weitere Zener-Diode D5 einen Strom fließen lässt und somit der negative Eingang vom Operationsverstärker 602 auf einem definierten Spannungswert liegt. Der Spannungswert wird über den Spannungsteiler 603 eingestellt. Diese Spannung ist nun abhängig von der Eingangsspannung an der ersten und zweiten Anschlussklemme 202, 203. Sobald die Eingangsspannung über die Diodenspannung von der Zener-Diode D1 steigt, steigt auch proportional die Eingangsspannung am Operationsverstärker 602.
Der Operationsverstärker 602 sorgt somit dafür, dass eine Spannungsdifferenz zwischen dem negativen- und positiven-Eingang minimiert wird, indem er seine Ausgangsspannung verändert und so die Spannung über dem Schaltelement 601 regelt. Die Spannung, die mit dem Schaltelement 601 geregelt wird, wird über die Feedbackschleife 604a, 604b auf den positiven-Eingang des Operationsverstärker 602 gegeben. Dies führt dazu, dass der Operationsverstärker 602 bei steigender Eingangsspannung an der ersten und zweiten Anschlussklemme 202, 203 das Schaltelement 601 derartig ansteuert, dass dieses soweit schließt, bis die Spannung am positiven- Eingang des Operationsverstärkers 602 in etwa gleich der Spannung am negativen-Eingang des Operationsverstärkers 602 ist. Bezugszeichenliste
100 Nicht Ex-fähiger Speisetrenner
200 Adaptergehäuse
201 Adapterelektronik
202 Erstes Anschlusselement
203 Zweites Anschlusselement
204 Drittes Anschlusselement
205 Viertes Anschlusselement
206 Erste Verbindungsleitung
207 Zweite Verbindungsleitung
208 Überspannungsschutzeinrichtung
209 Überstromschutzeinrichtung
300 Feldgerät der Automatisierungstechnik
400 Erste Zweidrahtleitung
500 Zweidrahtleitung
600 Schaltung zum Regeln der Spannung an der Überspannungsschutzeinrichtung
601 Schaltelement, insb. einen Feldeffekttransistor
602 O pe ra ti o n s ve rstä rke r
603 Spannungsteiler
604a, Feedbackschleife 604b 605 Spannungsregelungseinheit
I Schleifenstrom
D1 Erste Zener-Diode der Überspannungsschutzeinrichtung
D2 Zweite Zener-Diode der Überspannungsschutzeinrichtung
D3 Dritte Zener-Diode der Überspannungsschutzeinrichtung
D4 Weitere Diode zur Begrenzung der Betriebsspannung des O pe ra ti o n s ve rstä rke rs
R1 Vorwiderstand, der vor die weitere Diode D4 geschaltet ist

Claims

Patentansprüche
1 . Adapter zum Einbringen in eine Zweidrahtleitung zwischen ein Feldgerät der Automatisierungstechnik (300) und einen nicht Ex-fähigen Speisetrenner (100), um das Feldgerät Ex-fähig, insb. Ex-ia-fähig zu machen, aufweisend: ein Adaptergehäuse (200) mit einem ersten und einem zweiten Anschlusselement (202, 203) zum Anschließen einer ersten Zweidrahtleitung (400), über die der Adapter mit dem Speisetrenner (100) verbindbar ist und mit einem dritten und vierten Anschlusselement (204, 205) zum Anschließen einer zweiten Zweidrahtleitung (500), über die der Adapter mit dem Feldgerät (300) verbindbar ist; eine in dem Adaptergehäuse (200) angeordnete Adapterelektronik (201), die das erste Anschlusselement (202) mit dem dritten Anschlusselement (204) durch eine erste elektrische Verbindungsleitung (206) und das zweite Anschlusselement (203) mit dem vierten Anschlusselement (205) durch eine zweite elektrische Verbindungsleitung (207) verbindet, so dass die erste Verbindungsleitung (206) ein von dem Speisetrenner (100) kommenden Schleifenstrom (I) von dem ersten Anschlusselement (202) zu dem an dem dritten Anschlusselement (204) anschließbaren Feldgerät (300) leitet und die zweite Verbindungsleitung (207) den von dem Feldgerät kommenden Schleifenstrom (I) über das vierte Anschlusselement (205) zu dem zweiten Anschlusselement (203) zurück an den Speisetrenner (100) leitet, wobei die Adapterelektronik (201) ferner eine Überspannungsschutzeinrichtung (208) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine zwischen dem dritten und vierten Anschlusselement (204, 205) anliegende Spannung im Fehlerfall auf einen ersten Maximalwert zu begrenzen, wobei die Adapterelektronik ferner eine Überstromschutzeinrichtung (209) aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Anstieg des Schleifenstroms (I) im Fehlerfall über einen maximalen Stromwert zu verhindern, so dass eine an das Feldgerät (300) abzugebende Leistung begrenzt ist, und wobei die Adapterelektronik (201) ferner eine Schaltung (600) aufweist, die dazu eingerichtet ist, im Nichtfehlerfall eine an der Überspannungsschutzeinrichtung (208) anliegende Spannung, ab einer minimalen Eingangsspannung, die zwischen dem ersten und zweiten Anschlusselement (202, 203) anliegt, auf einen im Verhältnis zu dem ersten Maximalwert kleineren zweiten Maximalwert zu regeln.
2. Adapter nach Anspruch 1 , wobei die zwischen dem ersten und zweiten Anschlusselement (202, 203) anliegende minimale Eingangsspannung größer 3 Volt, vorzugsweise größer 5 Volt, besonders bevorzugt größer 10 Volt ist, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 10-15 Volt liegt.
3. Adapter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Maximalwert im Bereich von 5 bis 25 Volt, bevorzugt im Bereich von 7 Volt bis 25 Volt, besonders bevorzugt im Bereich von 12 bis 25 Volt, ganz besonders bevorzugt im Beriech von 17 bis 22 Volt liegt.
4. Adapter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Überspannungsschutzeinrichtung (208) zumindest drei Zener-Dioden (D1 , D2, D3) aufweist, die parallel zu dem dritten und vierten Anschlusselement (204, 205) geschaltet sind, wobei eine Kathode der Zener-Dioden (D1 , D2, D3) jeweils mit der ersten Verbindungsleitung (206) und eine Anode der Zener-Dioden (D1 , D2, D3) jeweils mit der zweiten Verbindungsleitung (207) verbunden sind.
5. Adapter nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Zener-Dioden (D1 , D2, D3) so gewählt sind, dass eine Z-Spannung im Bereich von 10-20 V liegt, vorzugsweise ca. 16 V beträgt.
6. Adapter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltung (600) ein spannungsgesteuertes Schaltelement (601), insb. einen Feldeffekttransistor, zum Einstellen eines Spannungsabfalls aufweist, welches derartig in der ersten und/oder zweiten Verbindungsleitung (206, 207) angeordnet ist, dass das Schaltelement (601) als Spannungsteiler zu einem an dem dritten und vierten Anschlusselement (204, 205) anschließbaren Feldgerät (100) dient.
7. Adapter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltung (600) ferner einen Operationsverstärker (602), einen Spannungsteiler (603) sowie eine Feedbackschleife (604a, 604b) umfasst, wobei der Operationsverstärker (602) dazu eingerichtet ist, das Schaltelement (601) zu regeln, wobei der Spannungsteiler (603) vorzugsweise dazu eingerichtet ist, einen negativen Eingang des Operationsverstärkers (602) durch einen Zwischenabgriff in Abhängigkeit einer zwischen dem ersten und zweiten Anschlusselement (202, 203) anliegenden Eingangsspannung anzusteuern und/oder die Feedbackschleife (604a, 604b) vorzugsweise dazu dient, einen durch das Schaltelement (601) erzeugten Spannungsabfall an einen positiven Eingang des Operationsverstärkers (602) zurückzuführen.
8. Adapter nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Spannungsteiler (603) zwischen die erste und die zweite Verbindungsleitung (206, 207) eingebracht ist und vorzugsweise als hochohmiger Spannungsteiler ausgeführt ist, so dass ein Querstrom durch den Spannungsteiler nicht größer als 20 pA, bevorzugt nicht größer als 10 pA, ganz besonders bevorzugt nicht größer als 5pA ist.
9. Adapter nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Adapterelektronik (201 ) ferner eine Spannungsregelungseinheit (605) zur Spannungsversorgung des Operationsverstärkers (602) aufweist, die vorzugsweise derartig in die erste und/oder zweite Verbindungsleitung (206, 207) eingebracht ist, dass die Spannungsregelungseinheit (605) in Reihe zu einem an dem dritten und vierten Anschlusselement (204, 205) anschließbaren Feldgerät (100) geschaltet ist, so dass es zu keinem Parallelstrom zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsleitung (206, 207) kommt.
10. Adapter nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Spannungsregelungseinheit (605) eine Diode, eine weitere Zener-Diode, einen weiteren Widerstand und/oder eine Referenzspanungsschaltung umfasst und/oder die Adapterelektronik (201) ferner eine weitere Zener-Diode (D4) aufweist, die derartig ausgebildet ist, dass diese parallel zu der Spannungsregelungseinheit (605) geschaltet ist, um eine Betriebsspannung für den Operationsverstärker (602) auf einen maximalen Wert zu begrenzen und/oder die Adapterelektronik (201) eine Vorwiderstand (R1) aufweist, der zum Schutz des Operationsverstärkers (602) und/oder der weiteren Zener-Diode vor die weitere Zener-Diode (D4) geschaltet ist.
11 . System der Automatisierungstechnik umfassend einen nicht Ex-i fähigen Speisetrenner (100), ein Feldgerät der Automatisierungstechnik (300), welches derartig ausgebildet ist, dass es die Anforderungen der Zündschutzart der Eigensicherheit Ex-i erfüllt und einen Adapter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Adapter an dem ersten und zweiten Anschlusselement (202, 203) mittels einer ersten Zweidrahtleitung (400) mit dem nicht Ex-i fähigen Speisetrenner (100) und an dem dritten und vierten Anschlusselement (204, 205) mittels einer zweiten Zweidrahtleitung (500) mit dem Feldgerät (300) verbunden ist.
12. System der Automatisierungstechnik nach dem vorhergehenden Anspruch und Adapter nach Anspruch 9, wobei das Feldgerät (300) ferner dazu eingerichtet ist, den durch den Spannungsteiler (603) hervorgerufenen Querstrom beim Übertragen von Mess- und/oder Stellwerten mittels des Schleifenstromes (I) zu kompensieren.
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