CN103198641A - 用于监视发射器的方法以及相应的发射器 - Google Patents

Abstract

用于监视发射器的方法以及相应的发射器。描述和示出用于监视发射器（1）的方法。发射器（1）包括为了传输信号彼此连接的测量单元（2）和传输单元（3）。在此，存在至少一个用于给测量单元（2）供给能量的连接线路（6），测量单元（2）确定测量参数并且生成依赖于测量参数的测量信号。传输单元（3）从测量单元（2）接收测量信号并且从测量信号出发将输出信号传递给至少一个信号传输单元（4）。因此本发明所基于的任务是，说明用于监视发射器的方法，该方法允许可靠和尽可能简单地显示故障以及将发射器置于受保护状态。该任务在所述方法的情况下通过如下方式来解决：在由测量单元（2）识别出存在故障状态的情况下，由测量单元（2）作用于连接线路（6）。

Description

用于监视发射器的方法以及相应的发射器

技术领域

本发明涉及一种用于监视发射器的方法。该发射器包括至少一个测量单元和传输单元。该测量单元和传输单元至少为了传输信号而彼此连接。此外，存在至少一个用于给测量单元供给能量的连接线路，该测量单元用于确定至少一个测量参数并且生成依赖于所述测量参数的测量信号。传输单元从测量单元接收测量信号并且用于从测量信号出发将输出信号传递给至少一个信号传输单元。本发明还涉及一种相应的发射器。

背景技术

前述类型的发射器——可替代的术语是测量变换器或者场设备——在长时间以来是公知的，并且一般而言用于检测源自传感器单元或传感器元件的初级传感器信号并且将其转换成——大多数情况下为标准化的——信号作为电输出信号，由此该电输出信号例如可以被上级的过程监视或控制单元使用。术语“发射器”在此不应以任何方式理解为限制性的。传感器单元尤其可以用于测量物理或化学测量参数，例如流量、物料流量、压力、温度、液位、pH值等。

针对一般的考虑，这样的发射器可以至少被划分成两个部分：测量单元，其用于测量本身并且提供从测量得出的测量信号；以及传输单元，其接收测量信号并且例如通过现场总线将该测量信号传送给上级单元。发射器的一部分履行实际测量的任务，并且发射器的另一部分将在测量时获得的测量值或必要时所得到的测量值传递给另外的单元。

在此，该传输通过任意的信号传输元件来进行，所述信号传输元件例如是现场总线的接口或者双导线连接点或者任意类型的现场总线本身或者用于例如4...20mA信号的任意通信或线路元件。在一个示例中，所述信号传输元件是电导线。所述信号传输元件也可以例如是无线的无线电连接。

根据应用情况，发射器必须满足不同的安全要求。因此，尤其是必须识别可能的故障源并且必要时规定安全措施。对故障关键的区域例如是发射器中的测量本身、信号或数据处理以及与例如发射器的上级单元的通信。为了满足相应的安全要求、例如尤其是在过程自动化中重要的SIL（Safety Integrity Level，安全完整性水平）标准，例如必须在发射器中规定冗余性或多样性。在此，冗余性是指双倍或多倍地规划与安全相关的部件。多样性是指，所使用的硬件部件或软件程序源自不同的制造商或者为不同类型。冗余且多样化的构造大多是麻烦的和/或高成本的。

例如，文献EP 1 466 308 B1公开了一种传感器装置，其具有生成原始信号的测量传感器，并且具有输出输出信号的输出级。在此，在测量传感器与输出级之间进行原始信号的传输以及该原始信号到输出信号的转换。附加的监视单元从原始信号中生成辅助信号并且将其与输出信号相比较，以便用信号通知超出预先确定的范围的偏差。其缺点是，必须设置用于处理原始信号的第二单元。同时，这样仅仅监视了发射器内的信号路径。

专利文献US 6,017,143描述了一种发射器，其具有测量单元以及用于与过程循环连接的输入/输出单元。此外，设置有与存储器单元连接的微处理器。在所述存储器单元中存放所学习到的或所输入的数据和规则。微处理器被构造为使得其从所存放的数据和测量信号出发识别故障并用信号通知该故障。

从公开文献EP 2 219 013 A1中可以得知一种电路，通过该电路可以在测量设备中检查：所调整的测量电流是否对应于额定电流。

公开文献US 2005/0189017 A1公开了一种压力传感器，其检查测量信号的故障并且用信号通知故障的存在。

对于对发射器在安全性方面的判断重要的参数是安全失效比率（SFF，Safe Failure Fraction），其表达了无危险的故障占总共可能的故障的多大份额。在此，无危险的故障是如下的故障：该故障尽管对于安全性是重要的，但是其要么被识别要么将发射器转变到安全状态中。因此，问题在于识别故障或故障状态的存在。另一问题是可靠地和尽可能简单地传递所识别的故障或将发射器置于安全状态中。

发明内容

因此，本发明所基于的任务是，说明一种用于监视发射器的方法以及一种相应的发射器，该方法允许可靠地和尽可能简单地显示故障并且将发射器置于受保护的状态。

解决之前导出和显示的任务的根据本发明的方法首先和基本上由如下步骤来表征：在由测量单元识别到故障状态的存在的情况下，由测量单元作用于用于给该测量单元供给能量的连接线路。在根据本发明的方法中，通过使用能量供给放弃了用于显示故障的经典的数据通信。在许多设备中，在所需电压或电流强度方面对电能的监视是：传感器或执行器是否是广泛分布和常用的。因此，在此配置本发明并且利用这一点来显示故障以及在存在故障的情况下将发射器置于受保护状态。在此，测量单元在一个变型方案中通过传输单元与连接线路连接，并且在一个可替代的扩展方案中直接与发射器的外部区域连接。因此，发送故障信号相应地首先在发射器内部进行或者直接利用发射器的环境进行。

通过测量单元作用于连接线路，在一个扩展方案中，将传输单元以及由此然后优选地还将发射器置于可预先给定的状态和/或给传输单元传送故障信号。在此，传输单元一般而言是发射器与环境的接口。

在测量单元未识别故障状态、即不存在故障状态的情况下，在一个扩展方案中，有测量单元将在确定测量参数以后生成的测量信号传送给传输单元。

用于显示故障以及之相联系地将传输单元或发射器置于受保护状态的变型方案在于，通过连接线路将发射器的充电状态影响为使得充电状态监视探测充电状态故障。如果发射器例如具有储能器，则在一个扩展方案中，在故障情况下将该储能器放电，这例如可以通过监视电压来探测。此外，该放电所具有的优点是，所存储的能量不再存在，使得发射器处于缺少能量的状态并因此处于安全状态。

在一个扩展方案中，由测量单元作用于连接线路，使得由测量单元汲取的能量值处于可预先给定的范围之外。如果例如针对可用的电压预先给定一定范围，则处于该范围之外的电压需求指示故障的存在。相应的情况适用于电流，该电流的需求同样可以可替代地由测量单元来调整。尤其是如果能量需求被提高，则测量单元从传输单元或发射器抽出能量并且迫使传输单元或发射器处于相对于正常运行而言安全的、即无能量或至少缺少能量的状态。

在一个可替代或补充的扩展方案中，由测量单元作用于连接线路，使得连接线路被中断。为此例如设置开关。

根据本发明的另外的教导，之前导出和示出的任务在开头提到的、尤其是安全技术或安全相关的发射器中通过如下方式来解决：将测量单元构造为使得测量单元在存在故障状态的情况下作用于用于传输能量的连接线路。测量单元被构造为将测量信号传输给传输单元，该测量信号是从实际的测量出发用传感器元件生成的。此外，测量单元允许识别发射器中或所监视的过程中或与发射器连接的设备环境中的故障的存在。测量单元与传输单元相连接以用于传输数据和能量，其中连接模态也可以在连接中重合。测量单元在故障情况下显示故障并且优选地在无故障情况下传输测量值或所生成的测量信号。针对故障显示，测量单元作用于用于传输能量的连接线路。

根据本发明的发射器的测量单元和传输单元优选地允许发送和接收电信号、数据或能量。在此，可以设置双向或单向的连接。

如果发射器例如是双导线测量设备，则例如在故障情况下由测量单元在传输单元的信号输出端处、即信号传输元件的双导线接口处调整在正常情况下出现的变化曲线或值以外的电流和/或电压变化曲线或者值。

在一个扩展方案中，测量单元被构造为使得测量单元通过作用于连接线路将传输单元置于可预先给定的状态和/或给传输单元传送故障信号。在此，针对所述作用，在一个扩展方案中设置至少一个开关以用于断开和闭合连接线路。

在此，根据本发明的方法的上述扩展方案也可以用于在此所述的根据本发明的发射器中，也就是说，关于方法所做出的说明也在此相应地适用。相反，根据本发明的发射器的扩展方案也可以用于方法或者该说明也相应地适用于在根据本发明的方法中的实现。

附图说明

具体而言，存在构造和改进根据本发明的方法和根据本发明的发射器的许多可能性。对此一方面参阅排在权利要求1和权利要求7后面的权利要求，另一方面参阅下面结合附图对实施例的描述。在附图中：

图1示出了根据本发明的具有到信号传输元件的接线端子的发射器的根据框图基本上示出功能作用关联的示意图，

图2用在故障情况下将传输单元置于可预先给定状态的示例示出了根据本发明的发射器的另一实施例的示意图，和

图3示出了图2的实施例的传输单元的电压信号的时间变化曲线的示意图。

具体实施方式

在图1和2中示出了发射器1的不同实施例，其中这些图不是具体电路图意义上的图示，而是更确切地说将使发射器1的不同组件之间的作用关联变得可识别。图3中示出的信号变化曲线原理上示出了在应用根据本发明的方法以后或在根据本发明的发射器的情况下可能出现的电压信号的可能的变化曲线。

图1以框图示出了根据本发明的发射器1，该发射器具有测量单元2和传输单元3。从测量物理和/或化学测量参数或过程参数出发，测量单元2将测量信号传送给传输单元3，该传输单元3将该测量信号以输出信号的形式传送给信号传输元件4。因此，传输单元3也可以被称为转换器，该转换器将测量信号翻译或转换成例如具有总线能力的输出信号。在此，信号传输元件4例如是现场总线的一部分或者是用于例如连接到未示出的上级单元的双导线。可替代地，信号传输元件也可以是无电缆的无线电连接。在此，传输单元3至少具有用于从测量单元2接收测量信号的信号输入端以及用于输出输出信号的信号输出端。

传输单元3和测量单元2一方面通过用于传输数据的通信连接5相连接，并且另一方面通过用于从传输单元3给测量单元2供给能量的连接线路6相连接。在所示的示例中，对测量单元2的能量供给通过传输单元3来进行，并且由此尤其是针对双导线测量设备的示例，其中值的输出通过能量供给来进行。

测量单元2具有用于信号的发送和接收单元7以及用于实际测量的传感器单元8。测量单元2从要测量的测量参数（例如流量、压力、液位、pH值、电导率等等）出发生成原始信号，该原始信号由发送和接收单元7转换成测量信号（电流或电压值或数字信号等等）。

测量单元2被构造为使得其在测量时识别在发射器1本身或例如也在要监视的过程中的故障状态的存在。这例如通过如下方式进行：附加于实际的测量参数确定并分析另一次级测量参数，或者识别所确定的测量信号处于允许的范围之外或者发射器1读回传输给信号传输元件4的测量值并将其与所存储的值相比较。

如果测量单元2识别到存在故障状态，则其通过作用于用于给测量单元2供给能量的连接线路6来用信号通知这一点。在此，在一个变型方案中，测量单元2调整处于所定义的正常范围以外的能量需求。如果不存在故障，则测量单元2将测量信号传输给传输单元3，该传输单元3将相应的输出信号输出给信号传输元件4。

在图2中示出了转化，该转化允许测量单元2在故障情况下将传输单元3置于受保护状态。为清楚起见，给相同的元件配备与图1中相同的附图标记。

在该扩展方案中，传输单元3具有储能器，该储能器在此由电容器11来表示。为了置于可预先给定的受保护状态，测量单元2与作用于连接线路6的开关9连接。在正常情况下、即在没有故障的状态下，连接线路6为闭合的，并且传输单元3给测量单元2供给能量。如果识别到故障状态，则开关9断开传输单元3与测量单元2之间的连接并且将传输单元3的电容器11与地连接并且将其放电。由此一方面从传输单元3汲取电能，并且另一方面——如根据图3所示——得出在发射器1之外在此例如可通过充电监视单元10识别的表示存在故障的符号。

图3用电压U的时间变化曲线示意性地示出了图2的传输单元3的电容器11针对正常或故障情况的放电行为。首先，作为不存在被测量单元确定的故障的正常情况的示例，发生电容器处的电压在充电和放电时的常见行为。接着，在此电压二次上升，其中电压的局部最大值比在第一充电过程中更小。同样，电压的正常下降——在此由虚线表示——与前次放电相适应地进行。也就是说，两个放电过程的常数基本相等，并且例如布置在发射器1之后的充电监视单元10根据电压变化曲线未探测到异常情况。

实线对应于如下情况下：在该情况下，存在故障并且测量单元2已经作用于连接线路6，使得作为示例列举的电容器11相对于地被放电。由此得出明显更陡峭的放电行为。

Claims (9)

1.一种用于监视发射器（1）的方法，其中发射器（1）包括至少一个测量单元（2）和传输单元（3），其中测量单元（2）和传输单元（3）至少为了传输信号而彼此连接，其中存在至少一个用于给测量单元（2）供给能量的连接线路（6），其中测量单元（2）用于确定至少一个测量参数并且生成依赖于所述测量参数的测量信号，并且其中传输单元（3）从测量单元（2）接收测量信号并且用于从所述测量信号出发将输出信号传递给至少一个信号传输单元（4），

其特征在于，

在由测量单元（2）识别出存在故障状态的情况下，由测量单元（2）作用于连接线路（6）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在由测量单元（2）识别出存在故障状态的情况下，由测量单元（2）通过作用于连接线路（6）将传输单元（3）置于可预先给定的状态和/或给传输单元（3）传送故障信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在由测量单元（2）识别出不存在故障状态的情况下，向传输单元（3）传送由测量单元（2）在确定测量参数以后生成的测量信号。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，通过连接线路（6）将发射器（1）的充电状态影响为使得充电状态监视探测充电状态故障。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，由测量单元（2）作用于连接线路（6），使得由测量单元（2）汲取的能量值处于可预先给定的范围之外。

6.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，由测量单元（2）作用于连接线路（6），使得连接线路（6）被中断。

7.一种发射器（1），其中发射器（1）包括至少一个测量单元（2）和传输单元（3），其中测量单元（2）和传输单元（3）至少为了传输信号而彼此连接，其中测量单元（2）用于确定至少一个测量参数并且生成依赖于所述测量参数的测量信号，并且其中传输单元（3）从测量单元（2）接收测量信号并且用于从所述测量信号出发将输出信号传递给至少一个信号传输单元（4），其中传输单元（3）被构造为将电输出信号传输给信号传输元件（4），并且其中存在至少一个用于给测量单元（2）传输能量的连接线路（6），

其特征在于，

测量单元（2）被构造为使得测量单元（2）在存在故障状态的情况下作用于用于传输能量的连接线路（6）。

8.根据权利要求7所述的发射器（1），其特征在于，测量单元（2）被构造为使得测量单元（2）通过作用于连接线路（6）将传输单元（3）置于可预先给定的状态和/或给传输单元（3）传送故障信号。

9.根据权利要求7或8所述的发射器（1），其特征在于，设置至少一个开关（9）以用于断开和闭合连接线路（6）。

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