EP2335025B1 - Feldgerät der prozessautomatisierung - Google Patents
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- EP2335025B1 EP2335025B1 EP09783147.3A EP09783147A EP2335025B1 EP 2335025 B1 EP2335025 B1 EP 2335025B1 EP 09783147 A EP09783147 A EP 09783147A EP 2335025 B1 EP2335025 B1 EP 2335025B1
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- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C19/00—Electric signal transmission systems
- G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage
Definitions
- the invention relates to a field device of process automation technology, with at least one interface for outputting a current signal, with at least one default unit, which specifies at least one value, from which the current signal to be output via the interface is dependent.
- measuring devices which output signals and in particular measured values as 4 ... 20 mA signals.
- EP 1 158 274 A1 controlled current sources of two-wire measuring instruments which generate as measuring signal between 4 mA and 20 mA lying output current and which are controlled by a control signal generated by means of a physical-electrical sensor element shown.
- the two conductors are used both for the power supply, for which a DC voltage source is to be applied to the two conductors from outside, and for the transmission of the measuring signal.
- the task of in the EP 1 158 274 A1 specified invention is to provide improved controlled power sources of two-wire gauges, which is required for the start when switching the DC voltage source, compared to the normal operation higher energy demand is provided, so that the controlled current source starts to work automatically.
- error signal is output, which is usually outside the actual signal range between 4 and 20 mA.
- the error signal is thus either below 4 mA or above 20 mA.
- the object of the invention is therefore to propose a field device which permits a check of the error signaling without this resulting in an impairment, in particular of the units connected downstream of the field device.
- the object is achieved by the invention in that at least one first controllable current sink and a second controllable
- the field device is in particular a 4 ... 20 mA signal field device.
- An embodiment provides that the field device signals the presence of a fault of the field device by an error signal via the interface, wherein the error signal is within an error signal interval.
- the error signal interval is in particular between 0 mA and 4 mA or 3.6 mA, if the interface is a 4 ... 20 mA interface.
- An embodiment includes that the error signal has a current intensity below a predetermined value, in particular less than 3.6 mA.
- An embodiment includes that at least one control unit is provided, and that the control unit is configured such that the control unit sets the first controllable current sink and the second controllable current sink respectively to a predeterminable current intensity starting from the default unit.
- control unit is configured such that the control unit starting from the default unit, the first controllable current sink and the second controllable current sink such controls that the signal present at the interface varies within a predefinable interval.
- An embodiment includes that the first controllable current sink consists of at least a first current sink, a first regulator, a first resistor and a first measuring resistor, wherein the first measuring resistor is connected in series with the first current sink and is provided for tapping a first measuring voltage.
- the second controllable current sink at least consists of a second current sink, a second regulator, a second resistor and a second measuring resistor, wherein the second measuring resistor is connected in series with the second current sink and is provided for tapping a second measuring voltage.
- An embodiment includes that a capacitor and a diode are incorporated in the first controllable current sink and / or in the second controllable current sink.
- An embodiment provides that a first switch and a first bridging resistor are provided parallel to the first current sink and to the first measuring resistor.
- An embodiment includes that a second switch and a second bridging resistor are provided parallel to the second current sink and the second measuring resistor.
- control unit has at least two microprocessors which essentially independently of one another control the first controllable current sink and the second controllable current sink.
- an inventive field device 10 is shown. This is, for example, a measuring device for determining and / or monitoring a process variable.
- the process variable is, for example, level, density, viscosity, flow, pH or temperature.
- the field device 10 has an interface 11, via which, for example, the measured values are output as 4... 20 mA signals. In the event that there is an error of the field device 10, a signal is output, whose current is outside this range reserved for normal use. In one embodiment, the "fault current" is below 3.6 mA.
- the circuit shown here allows the test of whether this fault current can be generated without the error signal coming directly to the interface 11.
- two controllable current sinks 1, 2 are connected in series.
- a part of the first controllable current sink 1 is a current sink I1.
- This is an electronic load whose load current is electronically adjustable.
- An example is a field effect transistor (FET).
- the first controllable current sink 1 comprises the first regulator RE1, the first measuring resistor R1 and the first resistor R5.
- the controller RE1 is an operational amplifier, of which an input to the control unit 13 or specifically with the first microprocessor M1 of the control unit 13 and another input with the first resistor R5 or with the voltage drop across the first measuring resistor R1 to which is connected by an operational amplifier and whose output causes the adjustment of the current intensity of the first current sink I1.
- the input of the regulator RE1 not connected to the control unit 13 is connected to a contact point of the interface 11 via the first resistor R5. This contact point is also connected to ground.
- the first measuring resistor R1 also allows the tapping of a first measuring voltage U1.
- the first current sink I1 is connected to the other contact point of the interface 11 and to ground.
- a zener diode Vz and, in parallel thereto, a capacitor C are also provided between the first current sink I1 and ground.
- the second controllable current sink 2 is constructed analogously to the first 1. It consists of the second current sink I2, the second regulator RE2, the second resistor R6 and the second measuring resistor R2. In this case, the first current sink I1 and the second current sink I2 are connected in series.
- the second controller RE2 is controlled here via the second microprocessor M2 of the control unit 13.
- the two microprocessors M1, M2 operate independently of each other and also independently of one another via the regulators RE1, RE2, the current strengths of the two current sinks I1, I2.
- the respective nominal value for the current at the interface is specified by the default unit 12. This is in particular the evaluation unit of the sensor component of the field device 10.
- the current at the interface is thus set such that it corresponds, for example, to a determined measured value for a process variable or that it represents, for example, the reaching of a limit value.
- the current signal is varied within a predetermined interval, i. it fidgets around the setpoint of the default unit 12 and thus is a life signal for the field device 10. For example, assume a set point of 19 mA, which alternates between two current values, i. For example, an output signal of 19 mA ⁇ 0.25 mA results. This alternation thus means for the receiving unit 15 that the field device 10 is still alive.
- the following components are provided in the circuit according to the invention:
- the first controllable current sink 1 has a first measuring resistor R1, connected in series with the first current sink I1, via which a first measuring voltage U1 is tapped. Parallel to the first current sink I1 and the first measuring resistor R1, a first switch S1 and a first bypass resistor R3 are provided.
- a second measuring resistor R2 for a second measuring voltage U2, a second switch S2 and a second bridging resistor R4 are provided at the second controllable current sink 2.
- the two controllable current sinks 1, 2 are "decoupled” from one another and allow regulation substantially independently of one another.
- the time sequences and the occurring currents are shown. Shown are from top to bottom: the output current at the interface 11, the current at the first measuring resistor R1, the current at the first bridging resistor R3, the Current at the second measuring resistor R2 and the current flow at the second bridging resistor R4.
- switches S1 and S2 are open.
- the control of the switches takes place, for example, via the control unit 13, or individually via the provided microprocessors M1 and M2, which are associated with the first controllable current sink I1 and the second controllable current sink I2.
- the first current sink I1 is set to 19.25 mA and the second current sink I2 to 18.75 mA.
- the output current at the interface 11 is determined by the second current sink I2.
- the flowing current is measured via the two measuring resistors R1 and R2 and converted in each case via an operational amplifier in a voltage proportional to the current U1 or U2 and the microprocessors M1 and M2 supplied for control (these compounds are not shown here for clarity).
- test I1 in the Fig. 2 the test of the first current sink I1 (test I1 in the Fig. 2 ):
- the switch S1 is closed.
- the current of 18.75 mA is split across branch I1 and R1 and branch R3 and S1. Essentially the same current flows in both branches when the resistors R1 and R3 are of equal size and the resistance of the switch S1 and the internal resistance of I1 are very small.
- the voltage drop across the measuring resistor R1 voltage U1 is measured and compared with a reference value. Then, the default value of the current for the first current sink I1 from the first microprocessor M1 and the first controller RE1 from the above set 19.25 mA to a test value less than 18.75 mA, z. B. set to 3 mA.
- the first regulator RE1 sets the first current sink I1 so that the voltage across the resistor R5, which is measured via the first measuring resistor R1, the setpoint input from the first microprocessor M1, i. equal to 3 mA, corresponds.
- I1 flows 3 mA.
- the remaining current of 18.75 mA - 3 mA flows through the parallel branch of the resistor R3 and the switch S1.
- currents between 0 mA and a value Itestmax1 at the first current sink I1 are adjustable.
- the value Itestmax1 is dependent on the ratio between the resistors R3 and R1.
- the default value for the first current sink I1 via the first microprocessor M1 and the first regulator RE1 of 3 mA is set to a value greater than 19.25 mA.
- the partial current 18.75 / 2 mA flows again via the first current sink I1 and the first measuring resistor R1.
- This partial current can be measured as voltage U1 and compared with a reference value.
- the partial current Itotal - 3 mA flows through the resistor R3 and the switch S1. To the terminals and thus to the outside flow constantly 18.75 mA. Subsequently, the switch S1 is opened. The current is still held by the second current sink I2 to 18.75 mA.
- the default value for the second current sink I2 is set to 19.25 mA via the second microprocessor M2 and the second regulator RE2. Since the first current sink was set to a current greater than 19.25, the second current sink I2 determines the output current at the interface, which is thus 19.25 mA. The output signal therefore varies between the two values 18.75 mA and 19.25 mA. Thus, the field device 10 shows that it is still alive.
- the default value for the first current sink I1 is reduced from the value greater than 19.25 mA to 18.75 mA.
- the first current sink I1 determines the current to the outside (18.75 mA).
- the voltage measurements at R1 and R2 give the correct current value in the fault-free case. If the value is correct, the switch S1 has opened and the first current sink I1 is in order.
- the second switch S2 is closed.
- the current of currently 18.75 mA is split across branch I2 and R2 and branch R4 and S2.
- approximately the same current flows when the resistors R2 and R4 are the same size and the resistance of the switch S2 and the internal resistance of the second current sink I2 are very small.
- the voltage U2 is measured and compared with a reference value.
- the default value of the second current sink I2 via the microprocessor M2 and the second regulator RE2 of 19.25 mA to a value less than 18.75 mA, z. B. set to 3 mA.
- the second regulator RE2 sets the second current sink I2 so that the voltage across the resistor R6, which is measured via the second measuring resistor R2, the setpoint input from the second microprocessor M2, ie equal to 3 mA corresponds.
- I2 3 mA flows.
- the remaining current of 18.75 mA-3 mA flows via the parallel branch of the resistor R4 and the switch S2.
- test currents between 0 mA and a value Itestmax2 at the second current sink I2 are adjustable.
- the value Itestmax2 is dependent on the ratio between the resistors R4 and R2.
- the partial current 18.75 / 2 mA which can be measured via the voltage U2 and is comparable to a reference value, flows again via the second current sink I2 and the measuring resistor R2.
- the partial current I total flows less 3 mA via the bridging resistor R4 and the switch S2.
- the interface 11 is constant at a current signal of 18.75 mA.
- the switch S2 is opened, wherein the current is still held by the first current sink I1 to 18.75 mA.
- the default value for the first current sink I1 is set to 19.25 mA via the first microprocessor M1 and the first regulator RE1.
- the first current sink I1 sets the current at the interface 11 to 19.25 mA.
- the default value for the current value of the second current sink I2 is reduced from the value greater than 19.25 mA to 18.75 mA, so that the second current sink I2 determines the current via the interface 11 to the outside.
- the voltages U1 and U2 are measured to monitor the presence of the respective required current. Do the voltages U1 and U2 the reference values, so the switch S2 has opened and the second current sink I2 is OK.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik, mit mindestens einer Schnittstelle zur Ausgabe eines Stromsignals, mit mindestens einer Vorgabeeinheit, welche zumindest einen Wert vorgibt, von welchem das über die Schnittstelle auszugebende Stromsignal abhängig ist.
- Im Stand der Technik sind Feldgeräte, insbesondere Messgeräte bekannt, welche Signale und insbesondere Messwerte als 4...20 mA-Signale ausgeben. Beispielsweise sind in der
EP 1 158 274 A1 gesteuerte Stromquellen von Zwei-Leiter-Messgeräten, die als Messsignal einen zwischen 4 mA und 20 mA liegenden Ausgangsstrom erzeugen und die von einem mittels eines physikalisch-elektrischen Sensorelements erzeugten Steuersignal gesteuert sind, dargestellt. Bei diesen Zwei-Leiter-Messgeräten werden die beiden Leiter sowohl für die Energiespeisung, wozu an die zwei Leiter von außen eine Gleichspannungsquelle anzulegen ist, als auch für die Übertragung des Messsignales benutzt. Die Aufgabe der in derEP 1 158 274 A1 angegebenen Erfindung ist es, verbesserte gesteuerte Stromquellen von Zwei-Leiter-Messgeräten anzugeben, wobei der für den Start beim Einschalten der Gleichspannungsquelle benötigte , gegenüber dem Normalbetrieb höhere Energiebedarf zur Verfügung gestellt wird, so dass die gesteuerte Stromquelle automatisch zu arbeiten beginnt. - Wenn ein Fehler im Feldgerät vorliegt, so wird ein sog. Fehlersignal ausgegeben, welches üblicherweise außerhalb des eigentlichen Signalbereichs zwischen 4 und 20 mA liegt. Das Fehlersignal liegt somit entweder unterhalb von 4 mA oder oberhalb von 20 mA.
- Im Rahmen des Konzepts der Selbstüberprüfung der Feldgeräte ist es dabei auch erforderlich, dass das Gerät dazu in der Lage sein sollte, einen solchen Fehlerstrom zu signalisieren. Dabei besteht jedoch die Problematik darin, dass dieses Fehlersignal selbst nicht an den Ausgang des Gerätes gelangen sollte, da es sich nur um einen Test und nicht um das Vorliegen eines solchen Fehlers handelt. Als einfache Lösung werden daher in Testzeiträumen von den Feldgeräten entsprechende Fehlersignale absichtlich erzeugt. In diesen Zeiträumen ist daher jedoch ein normaler Prozessbetrieb nicht möglich.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Feldgerät vorzuschlagen, welches eine Überprüfung der Fehlersignalisierung erlaubt, ohne dass dies zu einer Beeinträchtigung, insbesondere der dem Feldgerät nachgeschalteten Einheiten kommt.
- Die Aufgabe löst die Erfindung dadurch, dass mindestens eine erste steuerbare Stromsenke und eine zweite steuerbare
- Stromsenke vorgesehen sind, dass die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke derartig ausgestaltet sind, dass die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke jeweils auf eine vorgebbare Stromstärke einstellbar sind, dass die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke in Reihe geschaltet sind, und dass die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke derartig mit der Schnittstelle verbunden sind, dass das Stromsignal, welches an der Schnittstelle anliegt, im Wesentlichen von der niedrigeren Stromstärke der vorgebbaren Stromstärken, auf welche die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke eingestellt sind, abhängig ist. Bei dem Feldgerät handelt es sich insbesondere um ein 4... 20 mA-Signal-Feldgerät.
- Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Feldgerät das Vorliegen eines Fehlers des Feldgerätes durch ein Fehlersignal über die Schnittstelle signalisiert, wobei das Fehlersignal innerhalb eines Fehlersignalintervalls liegt. Das Fehlersignalintervall liegt dabei insbesondere zwischen 0 mA und 4 mA bzw. 3.6 mA, wenn es sich bei der Schnittstelle um eine 4...20 mA-Schnittstelle handelt.
- Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass das Fehlersignal eine Stromstärke unterhalb eines vorgegebenen Wertes, insbesondere kleiner 3,6 mA, aufweist.
- Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens eine Steuereinheit vorgesehen ist, und dass die Steuereinheit derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit ausgehend von der Vorgabeeinheit die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke jeweils auf eine vorgebbare Stromstärke einstellt.
- Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit ausgehend von der Vorgabeeinheit die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke derartig steuert, dass das an der Schnittstelle anliegende Signal in einem vorgebbaren Intervall variiert.
- Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die erste steuerbare Stromsenke mindestens aus einer ersten Stromsenke, einem ersten Regler, einem ersten Widerstand und einem ersten Messwiderstand besteht, wobei der erste Messwiderstand in Reihe zur ersten Stromsenke geschaltet ist und zum Abgreifen einer ersten Messspannung vorgesehen ist.
- Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite steuerbare Stromsenke mindestens aus einer zweiten Stromsenke, einem zweiten Regler, einem zweiten Widerstand und einem zweiten Messwiderstand besteht, wobei der zweite Messwiderstand in Reihe zur zweiten Stromsenke geschaltet ist und zum Abgreifen einer zweiten Messspannung vorgesehen ist.
- Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass ein Kondensator und eine Diode in die erste steuerbare Stromsenke und/oder in die zweite steuerbare Stromsenke eingebaut sind.
- Eine Ausgestaltung sieht vor, dass parallel zur ersten Stromsenke und zum ersten Messwiderstand ein erster Schalter und ein erster Überbrückungswiderstand vorgesehen sind.
- Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass parallel zur zweiten Stromsenke und zum zweiten Messwiderstand ein zweiter Schalter und ein zweiter Überbrückungswiderstand vorgesehen sind.
- Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit mindestens zwei Mikroprozessoren aufweist, welche im Wesentlichen unabhängig voneinander die erste steuerbare Stromsenke und die zweite steuerbare Stromsenke steuern.
- Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
-
Fig. 1 : eine Darstellung einer schematischen Beschaltung eines erfindungsgemäßen Feldgerätes, und -
Fig. 2 : eine Darstellung des zeitlichen Verhaltens einiger Ströme während eines Tests mit dem erfindungsgemäßen Feldgerät derFigur 1 . - In der
Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Feldgerät 10 dargestellt. Dabei handelt es sich beispielsweise um ein Messgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße. Die Prozessgröße ist beispielsweise Füllstand, Dichte, Viskosität, Durchfluss, pH-Wert oder Temperatur. - Das Feldgerät 10 verfügt über eine Schnittstelle 11, über welche beispielsweise die Messwerte als 4...20 mA-Signale ausgegeben werden. In dem Fall, dass ein Fehler des Feldgerätes 10 vorliegt, wird ein Signal ausgegeben, dessen Stromstärke außerhalb dieses für die normale Anwendung reservierten Bereichs liegt. In einer Ausgestaltung liegt der "Fehlerstrom" unterhalb von 3,6 mA.
- Die hier gezeigte Schaltung erlaubt den Test, ob dieser Fehlerstrom erzeugt werden kann, ohne dass das Fehlersignal direkt an die Schnittstelle 11 gelangt. In dem Feldgerät 10 sind zwei steuerbare Stromsenken 1, 2 in Reihe geschaltet.
- Ein Teil der ersten steuerbaren Stromsenke 1 ist eine Stromsenke I1. Dies ist eine elektronische Last, deren Laststrom elektronisch regelbar ist. Als Beispiel sind ein Feldeffekttransistor (FET) zu nennen. Weiterhin umfasst die erste steuerbare Stromsenke 1 den ersten Regler RE1, den ersten Messwiderstand R1 und den ersten Widerstand R5. Bei dem Regler RE1 handelt es sich um einen Operationsverstärker, von dem ein Eingang mit der Steuereinheit 13 bzw. speziell mit dem ersten Mikroprozessor M1 der Steuereinheit 13 und ein andere Eingang mit dem ersten Widerstand R5 bzw. mit dem Spannungsabfall über den ersten Messwiderstand R1 mit dem durch einen Operationsverstärker verbunden ist und dessen Ausgang die Einstellung der Stromstärke der ersten Stromsenke I1 bewirkt. Der nicht mit der Steuereinheit 13 verbundene Eingang des Reglers RE1 ist über den ersten Widerstand R5 mit einer Kontaktstelle der Schnittstelle 11 verbunden. Diese Kontaktstelle ist ebenfalls mit Masse verbunden. Der erste Messwiderstand R1 erlaubt auch den Abgriff einer ersten Messspannung U1.
- Die erste Stromsenke I1 ist mit der anderen Kontaktstelle der Schnittstelle 11 und mit Masse verbunden. In diesem Bereich der Schaltung sind auch zwischen der ersten Stromsenke I1 und Masse noch eine Zenerdiode Vz und parallel dazu ein Kondensator C vorgesehen. Überdies besteht auch eine Verbindung zwischen den beiden in Reihe geschalteten Stromsenken I1 und I2 und dem zweiten Mikroprozessor M2 der Steuereinheit 13.
- Die zweite steuerbare Stromsenke 2 ist analog der ersten 1 aufgebaut. Sie besteht aus der zweiten Stromsenke I2, dem zweiten Regler RE2, dem zweiten Widerstand R6 und dem zweiten Messwiderstand R2. Dabei sind die erste Stromsenke I1 und die zweite Stromsenke I2 in Reihe geschaltet. Der zweite Regler RE2 wird hier über den zweiten Mikroprozessor M2 der Steuereinheit 13 gesteuert. Die beiden Mikroprozessoren M1, M2 arbeiten unabhängig voneinander und stellen auch unabhängig voneinander über die Regler RE1, RE2 die Stromstärken der beiden Stromsenken I1, I2 ein. Der jeweilige Sollwert für den Strom an der Schnittstelle wird von der Vorgabeeinheit 12 vorgegeben. Dabei handelt es sich insbesondere um die Auswerteeinheit der Sensorikkomponente des Feldgerätes 10. Der Strom an der Schnittstelle wird somit derartig eingestellt, dass er beispielsweise einem ermittelten Messwert für eine Prozessgröße entspricht oder dass er beispielsweise das Erreichen eines Grenzwertes repräsentiert.
- Um der hier stilisiert dargestellten Empfangseinheit 15 des an der Schnittstelle 11 anliegenden Signals mitzuteilen, dass das Feldgerät 11 noch lebt, wird das Stromsignal innerhalb eines vorgegebenen Intervalls variiert, d.h. es zappelt um den Sollwert der Vorgabeeinheit 12 und ist somit ein Lebenssignal für das Feldgerät 10. Als Beispiel sei ein Sollwert von 19 mA angenommen, welches zwischen zwei Stromwerten abwechselt, d.h. es ergibt sich beispielsweise ein Ausgangssignal 19 mA ± 0,25 mA. Dieses Alternieren bedeutet damit für die Empfangseinheit 15, dass das Feldgerät 10 noch lebt.
- Werden bei der ersten Stromsenke I1 und der zweiten Stromsenke I2 unterschiedliche Stromstärken eingestellt, so liegt jeweils der niedrigere Stromwert an der Schnittstelle 11 an.
- Für den Test, ob das Fehlersignal (hier ein Strom kleiner 3,6 mA) erzeugt werden kann, sind in der erfindungsgemäßen Schaltung noch folgende Komponenten vorgesehen:
- Die erste steuerbare Stromsenke 1 verfügt über einen in Reihe zur ersten Stromsenke I1 geschalteten ersten Messwiderstand R1, über den eine erste Messspannung U1 abgegriffen wird. Parallel zur ersten Stromsenke I1 und zum ersten Messwiderstand R1 sind ein erster Schalter S1 und ein erster Überbrückungswiderstand R3 vorgesehen.
- Analog sind ein zweiter Messwiderstand R2 für eine zweite Messspannung U2, ein zweiter Schalter S2 und ein zweiter Überbrückungswiderstand R4 bei der zweiten steuerbaren Stromsenke 2 vorgesehen.
- Wie zu sehen, sind die beiden steuerbaren Stromsenken 1, 2 voneinander "entkoppelt" und erlauben eine Regelung im Wesentlichen unabhängig voneinander.
- Für das Funktionieren der Schaltung sind in der
Fig. 2 die zeitlichen Abläufe bzw. die auftretenden Ströme dargestellt. Dargestellt sind von oben nach unten: der Ausgangsstrom an der Schnittstelle 11, der Strom am ersten Messwiderstand R1, der Strom am ersten Überbrückungswiderstand R3, der Strom am zweiten Messwiderstand R2 und der Stromverlauf am zweiten Überbrückungswiderstand R4. - Für den Normalbetrieb sind die Schalter S1 und S2 offen. Die Steuerung der Schalter erfolgt dabei beispielsweise über die Steuereinheit 13, bzw. einzeln über die vorgesehenen Mikroprozessoren M1 und M2, die der ersten steuerbaren Stromsenke I1 bzw. der zweiten steuerbaren Stromsenke I2 zugeordnet sind.
- Zum Zeitpunkt t1 sei die erste Stromsenke I1 auf 19,25 mA und die zweite Stromsenke I2 auf 18,75 mA eingestellt. Der Ausgangsstrom an der Schnittstelle 11 wird von der zweiten Stromsenke I2 bestimmt. Der fließende Strom wird über die beiden Messwiderstände R1 und R2 gemessen und über jeweils einen Operationsverstärker in eine dem Strom proportionale Spannung U1 bzw. U2 umgewandelt und den Mikroprozessoren M1 und M2 zur Kontrolle zugeführt (diese Verbindungen sind für die Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt).
- Würde über einen Parallelpfad - z.B. seien die beiden Schalter S1, S2 offen, aber niederohmig - ein Strom von z.B. 5 mA fließen, so regelt der Regler, welcher für den fließenden Strom bestimmend ist, trotzdem auf den unteren Wert von 18,75 mA, aber in den Messwiderständen R1 bzw. R2 fließt nur der Differenzstrom von 18,75 mA - 5 mA = 13,75 mA. Somit liegt ein Fehler im Feldgerät 10 vor und die jeweilige Stromsenke I1 bzw. I2 würde den Fehlerstrom kleiner 3,6mA einstellen.
- Nun zur Testphase, ob das Feldgerät 10 den Fehlerstrom auch zuverlässig einstellen kann. Der hier gezeigte Ablauf ist dabei rein beispielhaft. Die gestrichelten senkrechten Striche geben immer den Zeitraum an, für welchen jeweils ein Schalter geschlossen ist.
- Zunächst der Test der ersten Stromsenke I1 (Test I1 in der
Fig. 2 ): - Der Schalter S1 wird geschlossen. Der Strom von 18,75 mA teilt sich über den Zweig I1 und R1 und den Zweig R3 und S1 auf. In beiden Zweigen fließt im Wesentlichen der gleiche Strom, wenn die Widerstände R1 und R3 gleich groß und der Widerstand des Schalters S1 und der Innenwiderstand von I1 sehr klein sind. Die am Messwiderstand R1 abfallende Spannung U1 wird gemessen und mit einem Referenzwert verglichen. Dann wird der Vorgabewert der Stromstärke für die erste Stromsenke I1 vom ersten Mikroprozessor M1 und den ersten Regler RE1 von den oben eingestellten 19,25 mA auf einen Testwert kleiner 18,75 mA, z. B. auf 3 mA gesetzt. Der erste Regler RE1 stellt die erste Stromsenke I1 so ein, dass die Spannung am Widerstand R5, welche über den ersten Messwiderstand R1 gemessen wird, der Sollwertvorgabe vom ersten Mikroprozessor M1, d.h. gleich 3 mA, entspricht. Durch den Zweig R1, I1 fließt damit 3 mA. Der restliche Strom von 18,75 mA - 3 mA fließt über den Parallelzweig aus dem Widerstand R3 und den Schalter S1. Bei dieser Schaltungsanordnung sind Testströme zwischen 0 mA und einem Wert Itestmax1 bei der ersten Stromsenke I1 einstellbar. Der Wert Itestmax1 ist abhängig von dem Verhältnis zwischen den Widerständen R3 und R1. Seien die Werte R3 = 100 Ohm und R1 = 10 Ohm, so kann der Teststrom in I1 zwischen 0 mA und R3 * Igesamt/(R3+R1) = 100 Ohm * 18,75 mA / (100 Ohm + 10 Ohm) =17,05 mA eingestellt werden.
- Dann wird der Vorgabewert für die erste Stromsenke I1 über den ersten Mikroprozessor M1 und den ersten Regler RE1 von 3 mA auf einen Wert größer 19,25 mA gesetzt. Über die erste Stromsenke I1 und den ersten Messwiderstand R1 fließt wieder der Teilstrom 18,75/2 mA. Dieser Teilstrom kann als Spannung U1 gemessen und mit einem Referenzwert verglichen werden. Mit diesen Spannungsmessungen kann somit das korrekte Schließen des Schalters S1 und die Fähigkeit der ersten Stromsenke 11, einen Strom von 3,0 mA einzustellen, überprüft werden.
- In der Testzeit fließt der Teilstrom Igesamt - 3 mA über den Widerstand R3 und den Schalter S1. Zu den Klemmen und somit nach außen fließen konstant 18,75 mA. Anschließend wird der Schalter S1 geöffnet. Der Strom wird immer noch von der zweiten Stromsenke I2 auf 18,75 mA gehalten.
- Zum Zeitpunkt t2 wird der Vorgabewert für die zweite Stromsenke I2 über den zweiten Mikroprozessor M2 und den zweiten Regler RE2 auf 19,25 mA gesetzt. Da die erste Stromsenke auf einen Strom größer 19,25 eingestellt wurde, bestimmt die zweite Stromsenke I2 den Ausgangsstrom an der Schnittstelle, welcher somit 19,25 mA beträgt. Das Ausgangssignal variiert daher zwischen den beiden Werten 18,75 mA und 19,25 mA. Somit zeigt das Feldgerät 10, dass es noch lebt.
- Zum Zeitpunkt t3 wird der Vorgabewert für die erste Stromsenke I1 vom Wert größer 19,25 mA auf 18,75 mA herabgesetzt. Damit bestimmt die erste Stromsenke I1 den Strom nach Außen (18,75 mA). Die Spannungsmessungen an R1 und R2 ergeben im fehlerfreien Fall den jeweils richtigen Stromwert. Stimmt der Wert, so hat der Schalter S1 geöffnet und die erste Stromsenke I1 ist in Ordnung.
- Der Test der zweiten Stromsenke I2:
- Hierfür wird der zweite Schalter S2 geschlossen. Der Strom von momentan 18,75 mA teilt sich über den Zweig I2 und R2 und den Zweig R4 und S2 auf. In beiden Zweigen fließt ungefähr der gleiche Strom, wenn die Widerstände R2 und R4 gleich groß und der Widerstand des Schalters S2 und der Innenwiderstand der zweiten Stromsenke I2 sehr klein sind. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung U2 gemessen und mit einem Referenzwert verglichen. Anschließend wird der Vorgabewert der zweiten Stromsenke I2 über den Mikroprozessor M2 und den zweiten Regler RE2 von 19,25 mA auf einen Wert kleiner 18,75 mA, z. B. auf 3 mA gesetzt. Der zweite Regler RE2 stellt die zweite Stromsenke I2 so ein, dass die Spannung am Widerstand R6, welche über den zweiten Messwiderstand R2 gemessen wird, der Sollwertvorgabe vom zweiten Mikroprozessor M2, d.h. gleich 3 mA, entspricht. Durch den Zweig R2, I2 fließt damit 3 mA. Der restliche Strom von 18,75 mA-3 mA fließt über den Parallelzweig aus dem Widerstand R4 und den Schalter S2. Bei dieser Schaltungsanordnung sind Testströme zwischen 0 mA und einem Wert Itestmax2 bei der zweiten Stromsenke I2 einstellbar. Der Wert Itestmax2 ist abhängig von dem Verhältnis zwischen den Widerständen R4 und R2. Seien die Werte R4 = 100 Ohm und R2 = 10 Ohm, so kann der Teststrom in I2 zwischen 0 mA und R4 * Igesamt/(R4+R2) = 100 Ohm * 18,75 mA / (100 Ohm + 10 Ohm) =17,05 mA eingestellt werden. Dann wird der Vorgabewert für die zweite Stromsenke I2 von 3 mA auf einen Wert größer 19,25 mA gesetzt. Über die zweite Stromsenke I2 und den Messwiderstand R2 fließt wieder der Teilstrom 18,75/2 mA, welcher über die Spannung U2 messbar und mit einem Referenzwert vergleichbar ist.
- Mit diesen Spannungsmessungen kann das korrekte Schließen des Schalters S2 und die Fähigkeit der zweiten Stromsenke, einen Strom kleiner 3,6 mA einzustellen, d.h. zu sperren, überprüft werden.
- In der Testzeit fließt der Teilstrom Igesamt abzüglich 3 mA über den Überbrückungswiderstand R4 und den Schalter S2. An der Schnittstelle 11 liegt konstant ein Stromsignal von 18,75 mA an.
- Anschließend wird der Schalter S2 geöffnet, wobei der Strom immer noch von der ersten Stromsenke I1 auf 18,75 mA gehalten wird.
- Zum Zeitpunkt t4 wird der Vorgabewert für die erste Stromsenke I1 über den ersten Mikroprozessor M1 und den ersten Regler RE1 auf 19,25 mA gesetzt. Damit stellt die erste Stromsenke I1 den Strom an der Schnittstelle 11 auf 19,25 mA ein.
- Zum Zeitpunkt t5 wird der Vorgabewert für den Stromwert der zweiten Stromsenke I2 von dem Wert größer 19,25 mA auf 18,75 mA herabgesetzt, so dass die zweite Stromsenke I2 den Strom über die Schnittstelle 11 nach Außen bestimmt. An den beiden Messwiderständen R1 und R2 werden die Spannungen U1 und U2 gemessen, um das Vorliegen des jeweils erforderlichen Stromes zu überwachen. Entsprechen die Spannungen U1 und U2 den Referenzwerten, so hat der Schalter S2 geöffnet und die zweite Stromsenke I2 ist in Ordnung.
- In dem hier gezeigten Diagramm der
Fig. 2 wird das Testen mit dem nächsten Test der ersten Stromsenke I1 weitergeführt. - Durch das zeitabhängige Schalten der Stomsenken I1, I2 mit entsprechender Sollwertvorgabe des jeweiligen Stromwertes wird erreicht, dass durch das Öffnen und Schließen der Schalter S1 und S2 keine ungewollten Stromspitzen auf dem 4...20 mA-Signal an der Schnittstelle 11 erzeugt werden.
Claims (11)
- Feldgerät (10) der Prozessautomatisierungstechnik,
mit mindestens einer Schnittstelle (11) zur Ausgabe eines Stromsignals,
mit mindestens einer Vorgabeeinheit (12), welche zumindest einen Wert vorgibt, von welchem das über die Schnittstelle (11) auszugebende Stromsignal abhängig ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine erste steuerbare Stromsenke (1) und eine zweite steuerbare Stromsenke (2) vorgesehen sind,
dass die erste steuerbare Stromsenke (1) und die zweite steuerbare Stromsenke (2) derartig ausgestaltet sind,
dass die erste steuerbare Stromsenke (1) und die zweite steuerbare Stromsenke (2) jeweils auf eine vorgebbare Stromstärke einstellbar sind, und dass die erste steuerbare Stromsenke (1) und die zweite steuerbare Stromsenke (2) in Reihe geschaltet sind, und
dass die erste steuerbare Stromsenke (1) und die zweite steuerbare Stromsenke (2) derartig mit der Schnittstelle (11) verbunden sind, dass das Stromsignal, welches an der Schnittstelle (11) anliegt, von der niedrigeren Stromstärke der vorgebbaren Stromstärken, auf welche die erste steuerbare Stromsenke (1) und die zweite steuerbare Stromsenke (2) eingestellt sind, abhängig ist. - Feldgerät (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Feldgerät (10) das Vorliegen eines Fehlers des Feldgerätes (10) durch ein Fehlersignal über die Schnittstelle (11) signalisiert,
wobei das Fehlersignal innerhalb eines Fehlersignalintervalls liegt. - Feldgerät (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Fehlersignal eine Stromstärke unterhalb eines vorgegebenen Wertes, insbesondere kleiner 3,6 mA, aufweist. - Feldgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Steuereinheit (13) vorgesehen ist,
und
dass die Steuereinheit (13) derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit (13) ausgehend von der Vorgabeeinheit (12) die erste steuerbare Stromsenke (1) und die zweite steuerbare Stromsenke (12) jeweils auf eine vorgebbare Stromstärke einstellt. - Feldgerät (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit (13) derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit (13) ausgehend von der Vorgabeeinheit (12) die erste steuerbare Stromsenke (1) und die zweite steuerbare Stromsenke (12) derartig steuert, dass das an der Schnittstelle (11) anliegende Signal in einem vorgebbaren Intervall variiert. - Feldgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste steuerbare Stromsenke (1) mindestens aus einer ersten Stromsenke (I1), einem ersten Regler (RE1), einem ersten Widerstand (R5) und einem ersten Messwiderstand (R1) besteht,
wobei der erste Messwiderstand (R1) in Reihe zur ersten Stromsenke (I1) geschaltet ist und zum Abgreifen einer ersten Messspannung (U1) vorgesehen ist. - Feldgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite steuerbare Stromsenke (2) mindestens aus einer zweiten Stromsenke (I2), einem zweiten Regler (RE2), einem zweiten Widerstand (R6) und einem zweiten Messwiderstand (R2) besteht,
wobei der zweite Messwiderstand (R2) in Reihe zur zweiten Stromsenke (I2) geschaltet ist und zum Abgreifen einer zweiten Messspannung (U2) vorgesehen ist. - Feldgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Kondensator (C) und eine Diode (VZ) in die erste steuerbare Stromsenke (1) und/oder in die zweite steuerbare Stromsenke (2) eingebaut sind. - Feldgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass parallel zur ersten Stromsenke (I1) und zum ersten Messwiderstand (R1) ein erster Schalter (S1) und ein erster Überbrückungswiderstand (R3) vorgesehen sind. - Feldgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass parallel zur zweiten Stromsenke (I2) und zum zweiten Messwiderstand (R2) ein zweiter Schalter (S2) und ein zweiter Überbrückungswiderstand (R4) vorgesehen sind. - Feldgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit (13) mindestens zwei Mikroprozessoren (M1, M2) aufweist, welche im Wesentlichen unabhängig voneinander die erste steuerbare Stromsenke (I1) und die zweite steuerbare Stromsenke (I2) steuern.
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