DE19512372A1 - Einrichtung zur eigensicheren Signalanpassung - Google Patents
Einrichtung zur eigensicheren SignalanpassungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur eigensiche
ren Signalanpassung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Einrichtungen zur eigensicheren Signalanpassung sollen eine im
Sinne des Explosionsschutzes sichere Trennung des Signalflusses
zwischen einem Automatisierungssystem und sogenannten Feldgerä
ten, also Sensoren und Aktoren in einem explosionsgefährdeten
Prozeß bewerkstelligen.
Bekannte Einrichtungen weisen zur Signalanpassung Trennbausteine
mit 1 : 1-Signalumsetzung auf, d. h., die Signalform ist auf der
explosionsgefährdeten Feldseite die gleiche wie auf der sicheren
Steuerungsseite. Auf der Steuerungsseite entsteht dadurch ein
ähnlich hoher Verdrahtungsaufwand wie auf der Feldseite. Das Au
tomatisierungssystem, z. B. ein Prozeßleitsystem oder eine spei
cherprogrammierbare Steuerung, muß zudem entweder für jedes Si
gnal einen eigenen Ein- bzw. Ausgangskanal aufweisen oder es muß
ein Multiplexer vorgeschaltet werden. Beides führt zu hohen
Hardwarekosten im prozeßnahen Bereich.
Es sind unterschiedliche Ausführungsformen für Signalanpassungs
einrichtungen mit den beschriebenen Trennbausteinen bekannt.
Trennbausteine können ein- oder mehrkanalig auf Europakarten an
geordnet sein zum Einbau in 19′′-Einschubtechnik. Andere Ausfüh
rungsformen arbeiten mit ein- oder zweikanalig in einem Gehäuse
untergebrachten Trennbausteinen, die z. B. zum Aufschnappen auf
eine DIN-Hutprofilschiene oder zum Aufstecken auf eine Rückwand
platine vorgesehen sind. Die Rückwandplatine enthält in diesen
Fällen eine automatisierungssystem-seitige Verdrahtung.
Soweit Informationen zur Parametrierung sowie zur Diagnose vor
gesehen sind, müssen diese aufwendig über zusätzliche Pfade ge
führt und bearbeitet werden. Eine herstellerübergreifende Me
thode zur eigensicheren Signalanpassung existiert nicht.
Die in bekannten Systemen vorgenommene Aufteilung in eigensi
chere Trennbausteine und Prozeß-Ein-/Ausgabebausteine hat eine
Reihe von Nachteilen. Es entstehen etwa doppelte Hardwarekosten,
doppelter. Platzbedarf und ein hoher Verdrahtungsaufwand zwischen
den Bausteinen. Die Engineering- und Dokumentationskosten sind
hoch. Die Signalqualität insbesondere analoger Signale wird
durch mehrfaches konvertieren verschlechtert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur
eigensicheren Signalanpassung anzugeben, bei der vorstehende
Nachteile vermieden sind.
Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet mit Ein-/Ausgabe
modulen, an die Feldgeräte anschließbar sind und die außer Si
gnalanpassungseinrichtungen auch Datenverarbeitungseinrichtungen
enthalten. Sie weisen außerdem eine Schnittstelle zu einem loka
len Bus auf, mit dem sie durch Aufstecken auf eine Rückwandpla
tine, die Busleitungen trägt, kontaktiert werden. Der lokale Bus
steht über ein Kommunikationsmodul, das Einrichtungen zur Daten
verarbeitung und Datenspeicherung enthält, über einen Feldbus
mit dem Automatisierungssystem in Verbindung.
Die Einrichtung ermöglicht eine durchgängige digitale Signalver
arbeitung und eine Daten-Vorverarbeitung sowie einen modularen
Ausbau mit automatischer Konfigurierung.
Weitere Vorteile sowie Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich
aus den weiteren Patentansprüchen und der nachstehenden Be
schreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungsfigu
ren.
Es zeigt:
Fig. 1 Gesamtanordnung zur Signalanpassung,
Fig. 2 Ein-/Ausgabemodul,
Fig. 3 Kommunikationsmodul,
Fig. 4 Leitungsbruch- und Kurzschlußüberwachungseinrichtun
gen und
Fig. 5 Rückwandplatine.
Es wird nachstehend zunächst erläutert, was die Fig. 1 bis 5 im
einzelnen zeigen. Eine Beschreibung der Wirkungsweise bzw. mit
der Einrichtung ermöglichten Betriebsweise erfolgt anschließend.
Fig. 1 zeigt eine Einrichtung 1 zur eigensicheren Anpassung der
zwischen einem Automatisierungssystem 2 und Feldgeräten 3 auszu
tauschenden Signale, wobei hauptsächlich die Wege des Signal
flusses dargestellt sind. Die Einrichtung 1 enthält mehrere
Ein-/Ausgabemodule 4 mit E/A-Anschlüssen 5 für die Feldgeräte 3.
Die Ein-/Ausgabemodule 4 enthalten eine Lokalbus-Schnittstelle 6
und sind über eine Kontaktierungseinrichtung 7 mit Leitungen 20
(Fig. 2) eines lokalen Busses 8 verbunden.
Die Einrichtung 1 enthält außerdem ein Kommunikationsmodul 9,
das ebenfalls eine Lokalbus-Schnittstelle 6 und eine Kontaktie
rungseinrichtung 7 zur Verbindung mit dem lokalen Bus 8 hat. Das
Kommunikationsmodul 9 weist eine Feldbus-Schnittstelle 10 und
einen Feldbusanschluß 11 auf. Über den Feldbusanschluß 11 steht
die Einrichtung 1 über einen Feldbus 12 mit dem Automatisie
rungssystem 2 in Verbindung. Die Feldgeräte 3 sind jeweils über
Leitungen 13 mit den E/A-Anschlüssen 5 verbunden. In einer
weiter unten anhand von Fig. 5 erläuterten, möglichen konstruk
tiven Ausgestaltung befindet sich der Feldbusanschluß 11 auf ei
ner Anfangs-Platine 19.1, statt am Modul 9.
Das Automatisierungssystem 2 kann beispielsweise eine speicher
programmierbare Steuerung sein. Als Feldgeräte 3 können digitale
oder analoge Sensoren oder Aktoren angeschlossen sein. Die Kon
taktierungseinrichtung 7 kann beispielsweise eine Steckverbin
dung oder eine Anordnung von Druckkontaktstiften sein. Der lo
kale Bus 8 wird vorzugsweise als einfacher, serieller und preis
günstiger Bus ausgeführt. Die Steuerung des lokalen Busses 8
kann vom Kommunikationsmodul 9 aus erfolgen.
Fig. 2 zeigt weitere Einzelheiten des Aufbaues eines Ein-/Aus
gabemoduls 4. Das Ein-/Ausgabemodul 4 enthält im Ausführungs
beispiel einen Mikroprozessor 16 zur Signalverarbeitung und
einen Baustein 15 zur Signalanpassung. Die Verbindung der Lokal
bus-Schnittstelle 6 mit Datenleitungen 20 des lokalen Busses 8
erfolgt über eine sichere galvanische Signal-Trenneinrichtung 17
(ex-i) und die Kontaktierungseinrichtung 7. Die sichere galvani
sche Trennung kann auch in der Signalanpassung vorgenommen
werden. Die Datenleitungen 20 befinden sich als Leiterbahnen auf
einer Rückwandplatine 19, die außerdem Stromversorgungs-Leiter
bahnen 21 trägt. Die Stromversorgungs-Leiterbahnen 21 führen
eine vorstabilisierte Versorgungsspannung (z. B. ±1% Toleranz
grenze). In einem Stromversorgungsbaustein 18 ist eine sichere
galvanische Trennung durchgeführt, und je nach Art der Versor
gungsspannung auch eine Umformung und gegebenenfalls weitere
Stabilisierung. Auf der Modulfrontseite befindet sich neben den
E/A-Anschlüssen 5 ein Anzeigefeld 14 zur Signalisierung der
internen Zustände (Hilfsenergie, Fehler, Schaltzustand, . . ).
Fig. 3 zeigt weitere Einzelheiten des Kommunikationsmoduls 9.
Das Modul 9 enthält neben zwei Mikroprozessoren 16 einen Daten
speicher 22. Außer der Lokalbus-Schnittstelle 6 und der Feld
bus-Schnittstelle 10 sind noch Standard-Schnittstellen 23, 24
vorhanden (z. B. RS 485), die der Parametierung dienen (z. B. mit
tels PC oder einer lokalen Anzeige- und Bedieneinheit mit her
stellerspezifischem und HART-Protokoll). Alle Parameter können
im Kommunikationsmodul netzausfallsicher gespeichert werden und
werden in der Initialisierungsphase zu den E/A-Modulen übertra
gen. Aus Fig. 3 ist weiterhin ersichtlich, daß auch eine redun
dante Hilfsenergieeinspeisung aus redundanten Stromversor
gungs-Leiterbahnen 21 vorgesehen sein kann, z. B. wenn mehr als
acht Ein-/Ausgabemodule 4 vorhanden sind.
In Fig. 4 ist dargestellt, daß zusätzlich Einrichtungen zur Lei
tungsbruch- und Kurzschlußüberwachung vorhanden sein können.
Solche Funktionen können für jedes Ein-/Ausgabemodul 4 individu
ell parametriert werden. Fehlerzustände sind am Ein-/Ausgabe
modul 4 mit Hilfe einer lichtemittierenden Diode 25 (Teil des
Anzeigefeldes 14) anzeigbar. Ein von einem Ein-/Ausgabemodul 4
erkannter Fehler wird über den lokalen Bus 8 zum Kommunikations
modul 9 gesendet. Solche Fehlermeldungen werden im Datenspeicher
22 des Kommunikationsmoduls 9 gespeichert. Das Kommunikationsmo
dul 9 kann zusätzlich Einrichtungen 26, z. B. ein Relais mit
Relaiskontakten für eine Sammelmeldung von Fehlern enthalten.
Eine Übermittlung von Fehlermeldungen kann gleichzeitig mit der
Signalübertragung sowohl über den lokalen Bus 8 als auch über
den Feldbus 12 erfolgen.
Fig. 5 zeigt einen bevorzugten konstruktiven Aufbau der Einrich
tung 1. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kommt eine modulare
Backplane-Technologie zur Anwendung, wobei die Rückwandplatine
19 sich aus einer Anfangsplatine 19.1 und mehreren kaskadierba
ren Mutterplatinen 19.2 und einer Endplatine 19.3 zusammensetzt.
Eine Mutterplatine 19.2 ist jeweils zur Aufnahme von beispiels
weise acht Ein-/Ausgabemodulen 4 vorgesehen. Die elektrischen
Verbindungen zwischen den einzelnen Platinen 19.1, 19.2 und 19.3
werden über Stecker hergestellt.
Die mechanische Verbindung zwischen den Mutterplatinen 19.2 bzw.
zwischen einer Mutterplatine 19.2 und der Endplatine 19.3 er
folgt mit Hilfe von Verbindungsmodulen 27, die doppelt so breit
sind wie ein Ein-/Ausgabemodul 4. Die Verbindungsmodule enthal
ten jeweils Einrichtungen zur Vorstabilisierung der Versorgungs
spannung für eine Mutterplatine 19.2. Die Anfangsplatine 19.1
wird mit Hilfe des Kommunikationsmoduls 9 mechanisch mit einer
Mutterplatine 19.2 verbunden. Das Kommunikationsmodul 9 ist
ebenso breit wie die Verbindungsmodule 27. Die Anfangsplatine
19.1 weist den Feldbusanschluß 11 auf, sowie Anschlüsse 23 bzw.
24 zu den Standardschnittstellen. Weitere Anschlüsse auf der An
fangsplatine 19.1 sind Kontaktanschlüsse 28 der Sammelmeldeein
richtung 26 sowie Anschlüsse für eine in den Zeichnungsfiguren
nicht dargestellte Hilfs-Energiequelle. Die E/A-Anschlüsse 5 der
Eingabemodule 4 befinden sich jeweils auf der Frontseite der
Eingabemodule 4.
Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Einrichtung 1 ermöglicht
eine Wandlung der analogen Signale der Feldgeräte 3 in den Ein
gabemodulen 4 in digitale Größen. Über den lokalen Bus 8 zum
Kommunikationsmodule 9 übertragene Daten werden dort ebenso wie
Konfigurations- und Statusinformationen nach einem Me
mory-map-Verfahren zwischengespeichert. Das Kommunikationsmoduls
9 ermöglicht somit eine asynchrone Verbindung zum Automatisie
rungssystem 2.
Das System ist selbstkonfigurierend, so daß weder Adressenschal
ter noch externe Hilfsmittel bzw. Software notwendig sind, um
die Funktion oder Position einzelner Module festzulegen. Ein-/Aus
gabemodule 4 dürfen unter Spannung ausgetauscht werden, wo
bei die übrigen Module störungsfrei weiter arbeiten. Alle Para
meter, z. B. für Temperaturbereiche, Grenzwerte und Fehlererken
nung, sind im Kommunikationsmodul netzausfallsicher abgelegt und
sind über die Standardschnittstelle 24 für einen PC-Anschluß ab
rufbar. Eine Parametrierung kann sowohl vom Automatisierungssy
stem 2 aus erfolgen, sowie auch über die Standardschnittstelle
24.
Vom Feldbus 12 übertragene HART-Protokolle werden transparent an
die Ein-/Ausgabemodule weitergeleitet.
Die einzelnen Platinen der Rückwandplatine 19 können in Kunst
stoffprofile eingeschoben werden, die zur Montage z. B. auf einer
DIN-Hutschiene aufgeschnappt werden können. In den Kunststoff
profilen befinden sich überlappende Erdungsschienen, die durch
Zusammenschieben der Profilträger miteinander verzahnt und elek
trisch verbunden werden. Die elektrische Verbindung der Platinen
wird über Stecker hergestellt, die sich auf der Platinenunter
seite befinden. Die Verschraubung der doppelt breiten Verbin
dungsmodule 27 mit den Erdungsschienen von zwei benachbarten
Mutterplatinen 19.2 über die Platinengrenzen hinweg stellt die
mechanische Verbindung sicher. Aufgesteckte Module 4, 9, 27
werden mit Hilfe von Schrauben 30 verschraubt, wodurch als
EMV-konforme Erdung eine elektrische und mechanische Verbindung
zwischen Modul und Erdungsschiene (nicht dargestellt) herge
stellt wird.
Bezugszeichenliste
1 Einrichtung zur eigensicheren Signalanpassung
2 Automatisierungssystem
3 Feldgerät
4 Ein-/Ausgabemodul
5 Anschluß
6 Lokalbus-Schnittstelle
7 Kontaktierungseinrichtung
8 lokaler Bus
9 Kommunikationsmodul
10 Feldbus-Schnittstelle
11 Feldbus-Anschluß
12 Feldbus
13 Leitungen
14 Service-Anschlüsse
15 Baustein zur Signalanpassung
16 Mikroprozessor
17 galvanische Trenneinrichtung
18 Stromversorgungsbaustein
19 Rückwandplatine
19.1 Anfangsplatine
19.2 Mutterplatine
19.3 Endplatine
20 Datenleitung
21 Stromversorgungsleitung
22 Datenspeicher
23 Standardschnittstelle für HART-Kommunikation
24 Standardschnittstelle für PC-Anschluß
25 lichtemittierende Diode
26 Sammelmeldeeinrichtung
27 Verbindungsmodul
28 Kontaktanschlüsse der Sammelmeldeeinrichtung
29 Anschlüsse der Hilfsenergiequelle
30 Schrauben
2 Automatisierungssystem
3 Feldgerät
4 Ein-/Ausgabemodul
5 Anschluß
6 Lokalbus-Schnittstelle
7 Kontaktierungseinrichtung
8 lokaler Bus
9 Kommunikationsmodul
10 Feldbus-Schnittstelle
11 Feldbus-Anschluß
12 Feldbus
13 Leitungen
14 Service-Anschlüsse
15 Baustein zur Signalanpassung
16 Mikroprozessor
17 galvanische Trenneinrichtung
18 Stromversorgungsbaustein
19 Rückwandplatine
19.1 Anfangsplatine
19.2 Mutterplatine
19.3 Endplatine
20 Datenleitung
21 Stromversorgungsleitung
22 Datenspeicher
23 Standardschnittstelle für HART-Kommunikation
24 Standardschnittstelle für PC-Anschluß
25 lichtemittierende Diode
26 Sammelmeldeeinrichtung
27 Verbindungsmodul
28 Kontaktanschlüsse der Sammelmeldeeinrichtung
29 Anschlüsse der Hilfsenergiequelle
30 Schrauben
Claims (7)
1. Einrichtung zur eigensicheren Anpassung der zwischen ei
nem Automatisierungsprozeß und Feldgeräten auszutauschenden Si
gnale, wobei eine Rückwandplatine und darauf aufsteckbare Bau
steine mit Anschlüssen für Feldgeräte vorhanden sind, dadurch
gekennzeichnet, daß
- a) die Rückwandplatine (19) Datenleitungen (20) eines lokalen Busses (8) sowie Stromversorgungsleitungen (21) trägt,
- b) die aufsteckbaren Bausteine als Ein-/Ausgabemodule (4) aus geführt sind, mit einer Lokalbus-Schnittstelle (6) und mit Datenverarbeitungseinrichtungen (16) und Signalanpassungs einrichtungen (15) versehen sind, und
- c) ein Kommunikationsmodul (9) vorhanden ist, das auf der Rückwandplatine (19) steckbar ist, außer einer Lokal bus-Schnittstelle (6) auch eine Feldbus-Schnittstelle (10) aufweist, sowie Datenverarbeitungseinrichtungen (16) und Datenspeicher (22).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rückwandplatine (19) in Einzelplatinen (19.1, 19.2, 19.3)
aufgeteilt und dadurch modular erweiterbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß Einrichtungen (27) zur Vorstabilisierung der Versor
gungsspannung vorhanden sind.
4. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Ein-/Ausgabemodule (4) außer einem
Baustein zur Signalanpassung (15) einen Mikroprozessor (16) zur
Datenvorverarbeitung enthalten.
5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Module (4, 9) Einrichtungen (16,
22, 25, 26) zum Erkennen und Melden von Leitungsbruch oder Kurz
schluß enthalten.
6. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Module (4, 9) Schnittstellenein
richtungen (23, 24) für Service-Zwecke aufweisen.
7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Module (4, 9) Einrichtungen (17,
18) zur galvanischen Signaltrennung aufweisen.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19512372A DE19512372A1 (de) | 1995-04-01 | 1995-04-01 | Einrichtung zur eigensicheren Signalanpassung |
DE59605525T DE59605525D1 (de) | 1995-04-01 | 1996-03-28 | Einrichtung zur eigensicheren signalanpassung |
PCT/EP1996/001372 WO1996031815A1 (de) | 1995-04-01 | 1996-03-28 | Einrichtung zur eigensicheren signalanpassung |
AT96911959T ATE194233T1 (de) | 1995-04-01 | 1996-03-28 | Einrichtung zur eigensicheren signalanpassung |
EP96911959A EP0879445B1 (de) | 1995-04-01 | 1996-03-28 | Einrichtung zur eigensicheren signalanpassung |
US09/240,581 US6275881B1 (en) | 1995-04-01 | 1999-02-01 | Device for inherently safe signal matching |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19512372A DE19512372A1 (de) | 1995-04-01 | 1995-04-01 | Einrichtung zur eigensicheren Signalanpassung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19512372A1 true DE19512372A1 (de) | 1996-10-10 |
Family
ID=7758618
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19512372A Ceased DE19512372A1 (de) | 1995-04-01 | 1995-04-01 | Einrichtung zur eigensicheren Signalanpassung |
DE59605525T Expired - Lifetime DE59605525D1 (de) | 1995-04-01 | 1996-03-28 | Einrichtung zur eigensicheren signalanpassung |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE59605525T Expired - Lifetime DE59605525D1 (de) | 1995-04-01 | 1996-03-28 | Einrichtung zur eigensicheren signalanpassung |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6275881B1 (de) |
EP (1) | EP0879445B1 (de) |
AT (1) | ATE194233T1 (de) |
DE (2) | DE19512372A1 (de) |
WO (1) | WO1996031815A1 (de) |
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