DE10155189A1

DE10155189A1 - Verfahren zur Regelung der Stromversorgung mehrerer Feldgeräte

Info

Publication number: DE10155189A1
Application number: DE10155189A
Authority: DE
Inventors: Stefan Maier
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-07-03
Also published as: WO2003042800A1; JP4038478B2; CN1585919A; CN100541397C; RU2271562C1; US20050055585A1; US7231283B2; JP2005536969A; EP1444564A1; RU2004117846A

Abstract

Bei einem Verfahren zur Regelung der Stromversorgung mehrerer Feldgeräte S1, S2, S3, A1, A2, die über eine Datenbusleitung DBL verbunden sind und über die Datenbusleitung DBL mit Strom versorgt werden, DOLLAR A wird der Strombedarf der einzelnen Feldgeräte S1, S2, S3, A1, A2 bestimmt und die Stromaufnahme der Feldgeräte S1, S2, S3, A1, A2 mittels entsprechender Steuersignale eingestellt. DOLLAR A Dadurch kann die Stromaufnahme einzelner Feldgeräte S1, S2, S3, A1, A2 zentral eingestellt und damit den Prozeßbedingungen angepaßt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Stromversorgung mehrerer Feldgeräte.
In der Automatisierungs- und Prozeßsteuerungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die im Prozeßablauf Prozeßvariablen messen (Sensoren) oder Regelgrößen steuern (Aktoren).
Feldgeräte zur Durchfluß-, Füllstands, Differenzdruck-, Temperaturbestimmung etc. sind allgemein bekannt. Zur Erfassung der entsprechenden Prozeßvariable, Massen- oder Volumendurchfluß, Füllhöhe, Druck, Temperatur etc., sind die Feldgeräte in unmittelbarer Nähe zu der betreffenden Prozeßkomponente angeordnet.
Die Feldgeräte liefern ein Meßsignal, das dem Meßwert der erfaßten Prozeßvariablen entspricht. Dieses Meßsignal wird an eine zentrale Steuereinheit (z. B. eine Warte oder Prozeßleitsystem) weitergeleitet. In der Regel erfolgt die gesamte Prozeßsteuerung von der Steuereinheit, wo die Meßsignale verschiedener Feldgeräte auswertet werden und aufgrund der Auswertung Steuersignale für Aktoren erzeugt werden, die den Prozeßablauf steuern.
Als Beispiel für ein Aktor ist ein steuerbares Ventil zu nennen, das den Durchfluss einer Flüssigkeit oder eines Gases in einem Rohrleitungsabschnitt regelt.
Die Signalübertragung zwischen Feldgerät und Steuereinheit kann in digitaler Form über eine Datenbusleitung erfolgen.
Bekannte internationale Standards für die Signalübertragung sind PROFIBUS, FOUNDATION FIELDBUS oder CAN-Bus.
Bei programmierbaren Feldgeräten werden meist ASICs (application-specific integrated circuits) oder SMDs (surface mounted devices) eingesetzt.
Bei den programmierbaren Feldgeräten wird somit immer mehr "Intelligenz" ins Feld zum eigentlichen Einsatzort verlagert.
Das entsprechende Steuerprogramm des Feldgerätes ist in einem nichtflüchtigen Speicher im Feldgerät abgespeichert und wird in einem Mikroprozessor ausgeführt. Es steuert u. a. die Bedienung-, die Mess- bzw. Steuerfunktionen des Feldgeräts.
Häufig werden die Feldgeräte über die Datenbusleitung mit Strom versorgt. Die Stromaufnahme eines Feldgerätes hängt von verschiedenen Faktoren ab. Sie ist in der Regel nicht über die Zeit konstant. Während der Messwertgewinnung ist ein erhöhter Strombedarf (Spitzenlast) notwendig. In der Zwischenzeit ist eine geringere Stromversorgung (Grundlast) ausreichend.
Der Stromverbrauch jedes Feldgerätes wird hardwaremäßig fest auf einen Verbrauchswert eingestellt.
Normalerweise entspricht der Verbrauchswert der Spitzenlast, um das Feldgerät immer ausreichend mit Strom zu versorgen.
In den Zwischenzeiten wird dabei unnötig Strom verbraucht.
Bei neueren Feldgeräten liegt der Verbrauchswert zwischen der Spitzenlast und der Grundlast. Dies bedeutet aber, daß diese Feldgeräte einen Energiespeicher aufweisen müssen, um während den Messzeiten ihren Energiebedarf decken zu können. Ist der Energiespeicher vollständig gefüllt, so muß die über der Grundlast zur Verfügung gestellte Energie nutzlos in Wärme umgewandelt werden.
Über eine Datenbusleitung kann nur eine bestimmte Strommenge (Grenzwert) zur Verfügung gestellt werden. D. h. die Anzahl der an eine Datenbusleitung angeschlossenen Feldgeräte ist beschränkt. Die Summe der Verbrauchswerte der einzelnen Feldgeräte darf den Grenzwert nicht überschreiten. Sollen möglichst viele Feldgeräte an eine Datenbusleitung angeschlossen werden, so muß der Verbrauchswerte der einzelnen Feldgeräte möglichst gering gewählt werden, was eine niedrige Messrate der einzelnen Feldgeräte zur Folge hat.
Müssen die Verbrauchswerte einzelner Feldgeräte gesenkt werden, weil ein weiteres Feldgerät an die Datenbusleitung angeschlossen werden soll, so ist dies nur aufwendig per Hand möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren anzugeben, das eine einfache und bedarfsangepasste sowie kostengünstige Einstellung der Verbrauchswerte einzelner Feldgeräte ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein
Verfahren zur Regelung der Stromversorgung mehrerer Feldgeräte, die über eine Datenbusleitung verbunden sind und über die Datenbusleitung mit Strom versorgt werden, wobei die Stromaufnahme jedes Feldgeräts einstellbar ist, mit folgenden Verfahrensschritten
Bestimmen des Strombedarfs einzelner an die Datenbusleitung angeschlossenen Feldgeräte
Ermitteln bzw. Berechnen der Stromauslastung der Datenbusleitung.
Senden von Steuersignalen über die Datenbusleitung, die die Stromaufnahme der jeweiligen Feldgeräte in Abhängigkeit der Stromauslastung der Datenbusleitung regeln.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, die Stromversorgung mehrere Feldgeräte entsprechend der Stromauslastung der Datenbusleitung feldgeräteübergreifend zu steuern.
Somit kann die Stomaufnahme der Feldgeräte entsprechend dem momentanen Strombedarf der einzelnen Feldgeräte und der Stromauslastung der Datenbusleitung angepasst werden.
Dadurch kann die Anzahl der an die Datebusleitung angeschlossenen Feldgeräte erhöht werden (Kostenersparnis) bzw. die Messrate der Feldgeräte erhöht werden.
Die Steuersignale können in vorteilhafter Weise von einem Prozeßleitsystem oder von einem der Feldgeräte gesendet werden.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung können die Steuersignale von nacheinander berechtigten Feldgeräten gesendet werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 schematische Darstellung eines Datenbussystems mit mehreren Feldgeräten
Fig. 2 schematische Darstellung eines Feldgerätes.
In Fig. 1 ist ein Datenbussystem DBS mit mehreren Feldgeräten und einem Prozeßleitsystem PLS dargestellt. Bei den Feldgeräten handelt es sich um Sensoren S und Aktoren A. Die Datenbusteilnehmer sind über eine Datenbusleitung DBL miteinander verbunden.
Das Prozeßleitsystem PLS ist in der Regel in einem Kontrollraum angeordnet von dem aus die gesamte Prozeßsteuerung zentral erfolgt. Die Sensoren S und Aktoren A sind "im Feld" bei den einzelnen Prozeßkomponenten (Tank, Befüllvorrichtung, Pipeline etc.) angeordnet.
Die Sensoren S1, S2 und S3 erfassen z. B. die Prozeßvariablen Temperatur T, Druck D und Durchfluß F an jeweils einer bestimmten Prozeßkomponente. Die Aktoren A1 und A2 sind z. B. Ventilsteuerungen, die den Durchfluß einer Flüssigkeit oder eines Gases durch einen Rohrleitungsabschnitt regeln. Die Datenkommunikation zwischen dem Prozeßleitsystem PLS, den Sensoren S und den Aktoren A erfolgt in bekannter Weise nach einer international standardisierten Übertragungstechnik (z. B. R5 485 oder IEC 1158) mittels spezieller Protokolle (z. B. PROFIBUS oder FOUNDATION FIELDBUS, CAN- Bus).
Über eine Datenbusleitung DBL kann nur eine bestimmte Strommenge (Grenzwert) zur Verfügung gestellt werden. Sie hängt von der Anwendung (Ex-Bereich, nicht Ex-Bereich) ab.
In Fig. 2 ist der Sensor S1, als Beispiel für ein Feldgerät näher dargestellt. Der Sensor S1 ist direkt an die Datenbusleitung DBL angeschlossen ist. Der Anschluss erfolgt mittels eines T-Kopplers T, der über eine Datenleitung DL1 mit einer Feldbusschnittstelle FBS verbunden ist. Die Feldbusschnittstelle FBS, die häufig auch als Medium Access Unit (MAU) bezeichnet wird, unterstützt alle Sende- und Empfangsfunktionen entsprechend der eingesetzten Übertragungstechnik und übernimmt die Stromversorgung des Sensors S1.
Von der Feldbusschnittstelle FBS führt eine Datenleitung DL2 zu einer Kommunikationseinheit KE, die Telegramme von der Datenbusleitung liest oder selbst Telegramme auf die Datenbusleitung DBL schreibt.
Die Kommunikationseinheit KE, die häufig als Modem-ASIC ausgeführt ist, ist über eine Datenleitung DL3 mit einem Mikroprozessor µP verbunden. Das Steuerprogramm des Mikroprozessor µP ist in einem nicht flüchtigen Speicher EE abgespeichert. Bei dem Speicher EE handelt es sich um einen sogenannten elektrisch löschbaren und wieder programmierbaren Speicher (Flash-Memory bzw. Flash-EPROM).
Der Mikroprozessor µP ist weiterhin mit einer Schnittstelle S verbunden, die als Anschluss für einen externen Speichereinheit, z. B. einem tragbaren Personalcomputer, dient. Über diese Schnittstelle S können Steuerprogramme und Daten von externen Speichern zum Feldgerät übertragen werden.
Weiterhin ist mit dem Mikroprozessor µP ein Speicher (RAM) und eine Anzeige- und Bedieneinheit AB verbunden.
Zusätzlich ist der Mikroprozessor µP noch über einen A/D-Wandler AD mit einem Meßwertaufnehmer MWA verbunden. Der A/D-Wandler wandelt das analoge Meßsignal des Meßwertaufnehmers MWA in ein digitales Meßsignal um, das im Mikroprozessor µP verarbeitet wird.
Von einem Steuerausgang A1 des Mikroprozessor µP führt eine Steuerleitung SL zu einen Schalter SR, der mit einem Steuereingang E1 der Feldbusschnittstelle FSB und über mehrere alternativ schalbare Widerstande R1, R2, R3, R4 mit Masse verbunden ist. Denkbar ist auch eine stufenlose Einstellung des Widerstandes.
Andere Möglichkeiten der Einstellung sind Feldeffekttransistoren oder regelbare Strom- und Spannungsquellen.
Die Feldbusschnittstelle FBS sorgt für die gesamte Stromversorgung des Sensors S1.
Erfindungsgemäß läßt sich die Stromversorgung des Sensors S1 durch den Widerstandswert zwischen Steuereingang E1 und Massenullpunkt verändern. Der Strombedarf des Sensors S1 hängt davon ab, ob gerade ein Messwert erfaßt wird oder nicht. Während der Messphase ist ein erhöhter Strombedarf (Spitzenlast) notwendig. Während den Messpausen ist normalerweise eine geringere Stromversorgung (Grundlast) ausreichend.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. In einem ersten Verfahrensschritt wird der Strombedarf einzelner an die Datenbusleitung DBL angeschlossener Feldgeräte durch die gerade aktive Steuereinheit bestimmt. Die aktive Steuereinheit kann das Prozeßleitsystem PLS oder eines der Feldgeräte S1, S2, S3, A1 oder A2 sein.
Die Bestimmung des Strombedarfs kann auch alternativ durch einen Sevicetechniker oder beim Anschalten der Anlage durch die Steuereinheit erfogen.
Während einer Tankbefüllung, kann es notwendig sein, die Messrate eines Füllstandsensors zu erhöhen, um eine sichere Befüllung zu gewährleisten. Für die höhere Messrate wird eine höhere Stromaufnahme benötigt.
Ermitteln bzw. Berechnen der Stromauslastung der an die Datenbusleitung DBL angeschlossenen Feldgeräte.
Zusätzlich konnte auch eine mögliche Überlastung detektiert werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden Steuersignale an die einzelnen Feldgeräte entsprechend der Stromauslastung der Datenbusleitung gesendet, die die Stromaufnahme der jeweiligen Feldgeräte regeln.
Somit kann die Stromaufnahme der einzelnen Feldgeräte den Prozeßbedingungen angepaßt werden.
Die Steuersignale können entweder vom Prozeßleitsystem PLS erzeugt werden oder in einer alternativen Ausgestaltung von einem der Feldgeräte.
Denkbar ist auch die Berechtigung, die Steuersignale zu erzeugen, von einem zum anderen Feldgerät weiterzugeben.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einer alternativen Ausgestaltung werden alle an die Datenbusleitung DBL angeschlossenen Feldgeräte im Grundstrommodus betrieben. Nur das/die Feldgerät(e) die eine Berechtigung (Token) besitzen, dürfen in einen Spitzenstrommodus schalten. Nach der Weitergabe der Berechtigung (Token) schaltet das jeweilige Feldgerät automatisch wieder in den Grundstrommodus. Denkbar ist auch mehrere Token zwischen den Feldgeräten weiterzugeben.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Stromversorgung mehrerer Feldgeräte S1, S2, S3, A1, A2, die über eine Datenbusleitung DBL verbunden sind und über die Datenbusleitung DBL mit Strom versorgt werden, wobei die Stromaufnahme der Feldgeräte S1, S2, S3, A1, A2 einstellbar ist, mit folgenden Verfahrensschritten

a) Bestimmen des Strombedarfs der an die Datenbusleitung DBL angeschlossenen Feldgeräte S1, S2, S3, A1, A2

b) Ermitteln bzw. Berechnen der Stromauslastung der Datenbusleitung DBL

c) Senden von Steuersignalen über die Datenbusleitung DBL, die die Stromaufnahme der jeweiligen Feldgeräte S1, S2, S3, A1, A2 in Abhängigkeit der Stromauslastung der Datenbusleitung DBL regeln

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale von einem Prozeßleitsystem PLS erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale von einem der Feldgeräte S1, S2, S3, A1, A2 erzeugt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechtigung zum Senden der Steuersignale von einem zum anderen Feldgerät S1, S2, S3, A1, A2 weitergegeben wird.

5. Verfahren zur Regelung der Stromversorgung mehrerer Feldgeräte S1, S2, S3, A1, A2, die über eine Datenbusleitung DBL verbunden sind und über die Datenbusleitung DBL mit Strom versorgt werden, wobei die Stromaufnahme der Feldgeräte S1, S2, S3, A1, A2 einstellbar ist, mit folgenden Verfahrensschritten

a) Betreiben der Feldgeräte S1, S2, S3, A1, A2 die keine Berechtigung besitzen im Grundstrommodus.

b) Betreiben eines der Feldgeräte S1, S2, S3, A1, A2 das eine Berechtigung besitzt im Spitzenstrommodus.

c) Weitergabe der Berechtigung an ein anderes Feldgerät S1, S2, S3, A1, A2.

6. Vorichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

7. Feldgerät das über eine Datenbusleitung DBL mit einem Prozessleitsystem PLS verbunden ist und über die Datenbusleitung mit Strom versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromaufnahme des Feldgerätes am Feldgerät von Hand einstellbar ist.