DE3931537A1 - Anordnung zum anschluss von endgeraeten an eine busleitung - Google Patents
Anordnung zum anschluss von endgeraeten an eine busleitungInfo
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Description
In der Feldbusanschlußtechnik für den Einsatz in explosions
gefährdeter Umgebung ist eine passive Mehrpunktverbindung mit
freizügiger Anordnung der Komponenten im Feldbereich angestrebt.
Hauptmerkmal ist der Hilfsenergietransport und die
Signalübertragung zu den Feldkomponenten über das Buskabel. Die
Hilfsenergie kann über ein eigenes Adernpaar oder zusammen mit
dem Signal (Modulation) über ein gemeinsames Adernpaar (Zweidrahtbus)
geführt sein.
Eine Voraussetzung für eine wirtschaftliche Realisierung von
Mehrpunktverbindungen ist neben der Reduzierung des Hilfsenergiebedarfs
von busfähigen Feldgeräten die Fähigkeit, ein
Hilfsenergiemaximum im Feldbereich zur Verfügung stellen zu
können, wobei die Sicherheitsbestimmungen bezüglich der Strom-
und Spannungsgrenzwerte (ohmscher, induktiver und kapazitiver
Einfluß) gemäß Norm EN 50020 erfüllt sein müssen.
Beim Einsatz einer Standard-Sicherheitsbarriere ist die verfügbare
Hilfsenergie begrenzt wegen des Einflusses des strombegrenzenden
Widerstands RLim (siehe Fig. 1a). Je kleiner der
Längswiderstand (Spannungsabfall), um so größer ist bei gegebener
zulässiger Spannung UZ die verfügbare Hilfsenergie. Elektronische
Strombegrenzungen weisen zwar einen kleinen (nichtlinearen)
Längswiderstand auf, der zulässige Ausgangsstrom
liegt aber wegen des Einsatzes von Halbleitern niedriger als
bei ohmscher Strombegrenzung.
Bisher trat das Problem einer Ausnutzung der maximal erlaubten,
zur Verfügung stehenden Leistung nicht auf, da die heutige
Anschlußtechnik im Ex-Bereich aus Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
besteht. Mit dem Aufkommen von busfähigen Feldgeräten und deren
Einsatz im Ex-Bereich muß nun die Hilfsenergie über geeignete
Barrieren zur Verfügung gestellt werden, um über eine Leitung
mehrere Teilnehmer versorgen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eigensicheren
Leistungsabschluß für die Teilnehmer zu gewährleisten. Diese
Aufgabe wird in vorteilhafter Weise mit den Merkmalen des An
spruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt.
Wie aus Fig. 1a zu erkennen ist, muß die Betriebseingangs
spannung UO kleiner sein als die Zenerspannung UZ der Barrierendiode.
Die Zündschutzart "Eigensicher" wird erreicht durch
Begrenzung des Kurzschlußstromes (RLim) und der Leerlaufspannung
(Sicherung und Z-Diode) auf vorgegebene Grenzwerte.
Die Merkmale der vorgeschlagenen Sicherheitsbarriere sind
(siehe Fig. 1b):
- - Der strombegrenzende Widerstand ist vor der spannungsbegrenzenden Z-Diode angeordnet und geht somit in die Hilfsenergiebilanz im Ex-Bereich nicht ein, denn
- - die Eingangsspannung UO der Barriere kann lastabhängig so gewählt werden, daß Leistungsanpassung an den (die) Verbraucher betrieben werden kann.
- - Im Falle der Signal- und Hilfsenergieübertragung über ein gemeinsames Adernpaar erfolgt eine lastabhängige Regelung der Eingangsspannung UO derart, daß die Ausgangsspannung UA der Barriere (DC-Hilfsenergie mit überlagertem AC-Signal) im Betriebszustand kleiner als die zulässige Spannung UZ bleibt und somit das Signal nicht durch stromdurchflossenen Z-Dioden kurzgeschlossen wird.
- - Durch schaltungstechnische Maßnahmen muß sichergestellt sein, daß die geregelte Eingangsspannung im Betrieb und im Fehlerfall einen vorgegebenen Grenzwert nicht übersteigen kann.
- - Der strombegrenzende Widerstand RLim wird für die größte auftretende Eingangsspannung UO dimensioniert.
- - Die Regelung der Ausgangsspannung kann gemäß der Beziehung UO = f (UA = konst)erfolgen.
Die Sicherungen F1 und ZD3 verhindern, daß die Generatorspannung
UO größer als UZ1 werden kann. Der Verstärker V1 bewirkt
mit URef eine lastabhängige Regelung über das Stellglied S1.
Damit wird eine konstante Spannung UA über einen weiten Regelbereich
sichergestellt.
RLim, ZD1 und ZD2 sind nach explosionstechnischen Gesichtspunkten
dimensioniert. Sie begrenzen als sogenannte "sichere"
Bauelemente den Kurzschlußstrom und die Leerlaufspannung im
Fehlerfall (z. B. Defekt der Regelschaltung). Über den hoch
ohmigen Widerstand RS wird die Ausgangsspannung UA dem Regler
zugeführt.
In Abwandlung dieser Schaltung kann F1 durch eine elektronische
Sicherung ersetzt werden, die über RFühl bei Überschreiten
eines bestimmten vorgegebenen Stromes den Schalter S1 öffnet,
und damit die Energieversorgung speichernd, z. B. durch ein
Flip-Flop, unterbricht.
URef muß der Beziehung genügen:
URef = UA
UA + USig UZ
UA + USig UZ
Anstelle der Regelung der Eingangsspannung wird
UO = f(UA = konst)
kann bei konstanter Spannung UO auch eine Lastregelung erfolgen
nach der Beziehung
RR = f(UA = konst).
Diese Lastregelung kann zudem so ausgeführt werden, daß sie
barrierennah getrennt von der eigentlichen Barriere als "Bus
teilnehmer" angeschlossen ist und auch über den Bus mit Hilfsenergie
versorgt wird.
Zahlenbeispiel (gemäß Ausführung Fig. 2a) | |
Betriebsausgangsspannung der Barriere | |
UA = 15 V | |
Zulässige Maximalausgangsspannung | UZ = 18 V |
maximal zulässiger Ausgangsstrom | Im = 373 mA |
ohmsche Strombegrenzung | RLim |
ohmscher Widerstand des Kabels | RL |
ohmscher Widerstand des Verbrauchers | RV |
Leistung am Verbraucher | PV = UV · IV |
(Die obigen Werte berücksichtigen die Kabelinduktivität und
-kapazität und sind aktuellen PTB-Grenzwerten entnom
men).
- a) Standard-Sicherheitsbarriere:
Bei Anpassung giltLeitungslänge 350 m
UO = UA = 15 V
RLim = 48 Ohm
RL = 24,5 Ohm (350 m)
RV = 72,5 Ohm
PV = 770 mVmit obigem RV für Leitungslänge 0 m
UO = UA = 15 V
RLim = 48 Ohm
RL = 0 Ohm
RV = 72,5 Ohm
PV = 1120 mW - b) geregelte Barriere:
Leitungslänge 350 m
UO = 31 V
RLim = 165 Ohm
RL = 24,5 Ohm (= 350 m)
RV = 55 Ohm
PV = 1960 mWLeitungslänge 0 m
UO = UOmax = 60 V
RLim = 165 Ohm
RL = 0 Ohm
RV = 55 Ohm
PV = 4100 mW
Fazit: Die geregelte Barriere ermöglicht eine deutlich höhere
Hilfsenergie im Ex-Bereich. Bei Leistungsanpassung ist theoretisch
eine Leistungssteigerung auf der Verbraucherseite um den
Faktor 4 möglich.
Claims (3)
1. Anordnung zum Anschluß von Endgeräten an eine Busleitung mit
- - einer über die Busleitung zugeführten Versorgungsspannung,
- - jeweils einer Auskoppeleinrichtung je Endgerät für die zu übertragenden Daten und für die Versorgungsspannung,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - parallel zum Ausgang der Auskoppeleinrichtung mindestens eine spannungsbegrenzende Zenerdiode angeordnet ist und daß
- - in Reihe vor der mindestens einen Zenerdiode ein strombegrenzender Widerstand liegt.
2. Anordnung zum Anschluß von Endgeräten an eine Busleitung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß
- - die Eingangsspannung der Auskoppeleinrichtung regelbar ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3931537A DE3931537A1 (de) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | Anordnung zum anschluss von endgeraeten an eine busleitung |
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DE3931537A DE3931537A1 (de) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | Anordnung zum anschluss von endgeraeten an eine busleitung |
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DE3931537A1 true DE3931537A1 (de) | 1991-04-04 |
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