DE102008043178A1

DE102008043178A1 - Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik

Info

Publication number: DE102008043178A1
Application number: DE200810043178
Authority: DE
Inventors: Thomas Härle
Original assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2010-04-29

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Feldgerät (1) mit einer Schnittstelle (2) zur Ausgabe eines Stromsignals, und mit einer Vorgabeeinheit (3), welche eine Soll-Stromstärke des Stromsignals vorgibt. Die Erfindung beinhaltet, dass eine Regeleinheit (30) vorgesehen ist, dass eine erste (10) und eine zweite Regeleinrichtung (20) vorgesehen sind, wobei die erste Regeleinrichtung (10) eine erste Strommesseinheit (11) und ein erstes Reglerelement (12) aufweist, wobei die erste Strommesseinheit (11) einen ersten Wert für die Stromstärke eines an der Schnittstelle (2) anliegenden Stromes ermittelt, wobei das erste Reglerelement (12) den ersten ermittelten Wert mit einem ersten Sollwert vergleicht und ausgehend von dem Vergleich die Stromstärke des Stroms beeinflusst, welcher über die Regeleinheit (30) fließt, wobei die zweite Regeleinrichtung (20) eine zweite Strommesseinheit (21) aufweist, welche in Reihe zur ersten Strommesseinheit (11) geschaltet ist, und wobei die zweite Strommesseinheit (21) einen zweiten Wert für die Stromstärke des an der Schnittstelle (2) anliegenden Stromes ermittelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik, mit mindestens einer Schnittstelle zur Ausgabe eines Stromsignals, und mit mindestens einer Vorgabeeinheit, welche zumindest eine Soll-Stromstärke des Stromsignals vorgibt.
Im Stand der Technik sind Feldgeräte, insbesondere Messgeräte bekannt, welche Signale und insbesondere Messwerte als 4 ... 20 mA-Signale ausgeben. Über den zugeordneten Stromausgang der Feldgeräte werden diese teilweise oder vollständig mit Energie versorgt. Daher werden solche Feldgeräte auch als schleifengespeiste Feldgeräte oder Transmitter bezeichnet. 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 (vorzugsweise unterhalb von 3.6 mA; Low-Alarm) oder oberhalb von 20 mA (vorzugsweise oberhalb von 21 mA; High-Alarm).
Um sicherzustellen, dass das Stromsignal auch die erforderliche, z. B. einem Messwert zugeordnete Stromstärke aufweist, ist es im Stande der Technik üblich, den eingestellten Strom rück zu lesen und mit dem Sollwert zu vergleichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldgerät vorzuschlagen, dessen Stromsignal einer Überwachung unterzogen wird.
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass mindestens eine Regeleinheit vorgesehen ist, wobei die Stromstärke des Stromsignals, welches an der Schnittstelle anliegt, abhängig ist von der Stromstärke des Stromes, welcher über die Regeleinheit fließt, wobei die Regeleinheit und die Vorgabeeinheit parallel geschaltet sind, dass mindestens eine erste Regeleinrichtung und eine zweite Regeleinrichtung vorgesehen sind, wobei die erste Regeleinrichtung parallel zur Regeleinheit und zur Vorgabeeinheit angeordnet ist, wobei die erste Regeleinrichtung zumindest eine erste Strommesseinheit, ein erstes Reglerelement und ein erstes Stellelement aufweist, wobei die erste Strommesseinheit einen ersten Wert für die Stromstärke eines an der Schnittstelle anliegenden Stromes ermittelt, wobei das erste Reglerelement den ersten ermittelten Wert mit einem von der Vorgabeeinheit vorgegebenen ersten Sollwert vergleicht und ausgehend von dem Vergleich über das erste Stellelement die Stromstärke des Stroms beeinflusst, welcher über die Regeleinheit fließt, wobei die zweite Regeleinrichtung zumindest eine zweite Strommesseinheit aufweist, wobei die erste Strommesseinheit und die zweite Strommesseinheit in Reihe geschaltet sind, und wobei die zweite Strommesseinheit einen zweiten Wert für die Stromstärke des an der Schnittstelle anliegenden Stromes ermittelt. Durch die Erfindung werden somit die üblichen Funktionen eines Stromausganges – Messwertübertragung und Fehleranzeige – um eine Diagnosefunktion und eine redundante Fehlerstromausgabe erweitert. Durch diese redundante Ausgabe wird daher gewährleistet, dass auch in dem Fall, dass die Diagnose eine Abweichung einer Regeleinrichtung aufzeigt, der Fehlerstrom noch sicher durch die andere Regeleinrichtung ausgegeben wird.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der von der Vorgabeeinheit vorgegebene erste Sollwert im Wesentlichen gleich der Soll-Stromstärke des Stromsignals ist.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die zweite Regeleinrichtung die zweite Strommesseinheit, ein zweites Reglerelement und ein zweites Stellelement aufweist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das zweite Reglerelement den zweiten ermittelten Wert mit einem von der Vorgabeeinheit vorgegebenen zweiten Sollwert vergleicht und ausgehend von dem Vergleich über das zweite Stellelement die Stromstärke des Stroms beeinflusst, welcher über die Regeleinheit fließt.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Vorgabeeinheit den zweiten ermittelten Wert empfängt, und dass die Vorgabeeinheit in dem Fall, dass der zweite ermittelten Wert vom ersten Sollwert abweicht, den ersten Sollwert und/oder den zweiten Sollwert auf einen Alarmwert setzt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das erste Stellelement und das zweite Stellelement in Reihe geschaltet sind.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die das erste Stellelement und das zweite Stellelement parallel geschaltet sind.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Vorgabeeinheit den zweiten ermittelten Wert empfängt, und dass die Vorgabeeinheit ausgehend von dem Vergleich des zweiten ermittelten Werts mit dem ersten Sollwert die Regeleinheit steuert. Die Vorgabeeinheit schaltet dabei beispielsweise die Regeleinheit ab.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der Regeleinheit um einen Shunt-Regler handelt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
1: eine erste Variante einer Realisierung der Erfindung,
2: eine zweite Variante, und
3: eine dritte Variante.
In der 1 ist eine erste Variante der Umsetzung der Erfindung dargestellt. Dabei sind insbesondere die beiden Stellelemente 13, 23 in Reihe angeordnet.
Dargestellt ist das erfindungsgemäße Feldgerät 1 mit einer Schnittstelle 2 zur Ausgabe des Stromsignals. Das Feldgerät 1 wird über diese Schnittstelle 2 beispielsweise auch mit der notwendigen Energie versorgt. Vorgesehen ist eine Vorgabeeinheit 3, welche die Stromstärke des Stromsignals vorgibt. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen Mikroprozessor, welcher ausgehend vom Messsignal einer – hier nicht dargestellten – Sensoreinheit einen Wert für eine Prozessgröße – z. B. Temperatur, Füllstand, Durchfluss etc. – ermittelt und diesen Wert über die Stromstärke des Stromsignals nach außen kommuniziert.
Die erste Regeleinrichtung 10 besteht hier aus einer ersten Strommesseinheit 11, einem ersten Reglerelement 12 und einem ersten Stellelement 13. Diese drei Einheiten bzw. Elemente 11, 12, 13 stellen hier deutlich vereinfacht einen Regelkreis dar. Der durch die Schnittstelle 2 fließende Strom, d. h. der sog. Schleifenstrom, wird durch die erste Strommesseinheit 11 gemessen bzw. die erste Strommesseinheit 11 erzeugt einen ersten Messwert dieses Stromes. Das erste Reglerelement 12 vergleicht diesen ersten Messwert mit einem ersten Soll-Wert, welcher von der Vorgabeeinheit 3 vorgegeben wird, und steuert davon ausgehend mittels des ersten Stellelements 13 den Strom, welcher über die Regeleinheit 30 fließt. Bei der Regeleinheit 30 handelt es sich beispielsweise um einen Shunt-Regler, z. B. eine Zener-Diode. Die Regeleinheit 30 ist parallel zur ersten Regeleinrichtung 10 und parallel zur Vorgabeeinheit 3 angeordnet. D. h. im Normalbetrieb dient die Regeleinrichtung 10 oder Regelanordnung der Ausgabe des Schleifenstromes, welcher im Normalbetrieb Werte vorzugsweise zwischen 4 und 20 mA annimmt.
Die zweite Regeleinrichtung 20 ist im Wesentlichen analog zur ersten Regeleinrichtung 10 ausgestaltet, d. h. eine zweite Strommesseinheit 21, ein zweites Reglerelement 22 und ein zweites Stellelement 23 sind insgesamt parallel zur ersten Regeleinrichtung 10 angeordnet (die Darstellung ist auch hier stark vereinfacht). Von der zweiten Strommesseinheit 21, welche in Reihe mit der ersten Strommesseinheit 11 angeordnet ist, wird ein zweiter Wert für die Stromstärke ermittelt. Dieser zweite Wert dient zum einen dem zweiten Reglerelement 22 zum Vergleich mit einem zweiten Sollwert, welcher von der Vorgabeeinheit 3 vorgegeben wird, und davon ausgehend über das zweite Stellelement 23 der Einstellung des Stromes über die Regeleinheit 30. Zum anderen gelangt dieser zweite Wert an die Vorgabeeinheit 3, welche ausgehend von der Auswertung des zweiten Werts ggf. die Sollwerte auf die zugeordneten Alarm-Niveaus setzt.
Die zweite Regelanordnung 20 arbeitet im Normalbetrieb beispielsweise als Strombegrenzung auf einen Wert, welcher oberhalb des High-Alarms (z. B. größer als 21 mA) liegt, d. h. insbesondere, dass der zweite Sollwert größer als der erste Sollwert ist. Dabei wird durch die zweite Regeleinrichtung 20 die erste Regeleinrichtung 10 nicht beeinflusst.
Die Diagnosefunktion geschieht dabei mittels des (zweiten) Messwertes der zweiten Strommesseinheit 21. Dieser zweite Messwert kann dabei auch identisch mit dem o. g. ersten Wert sein. Weicht dieser Wert und somit die Stromstärke des an der Schnittstelle 2 anliegenden Stromsignals vom Soll-Wert ab, so werden beispielsweise – insbesondere im Fall der redundanten Fehlerstromausgabe – die beiden Sollwerte der ersten und der zweiten Regeleinrichtung 10, 20 auf Low-Alarm gestellt. In dieser Variante sollte bevorzugt der Low-Alarm bei einem Fehler ausgegeben werden, da zusätzlich ein Fehler in der Strommesseinheit 21 vorliegt, aufgrund welcher die Regelanordnung 20 eventuell nicht funktioniert.
Die Variante der 2 unterscheidet sich von der Ausgestaltung der 1 darin, dass das erste Stellelement 13 und das zweite Stellelement 23 parallel zueinander geschaltet sind. Die zweite Regeleinrichtung 20 arbeitet dabei im Normalbetrieb mit einem Sollwert, welcher unterhalb des Low-Alarm-Wertes (z. B. kleiner als 3,6 mA) liegt, womit einhergeht, dass der zweite Sollwert kleiner als der erste Sollwert ist. Dadurch wird die erste Regeleinrichtung 10 nicht beeinflusst. Die sonstige Funktion ist entsprechend der bei 1 beschriebenen Variante. Für die redundante Fehlerstromausgabe ist hier ein High-Alarm zu erzeugen.
In der Variante der 3 weist die zweite Regeleinrichtung 20 nur die zweite Strommesseinheit 21. Damit geht in dieser Ausgestaltung einher, dass die zweite Regeleinrichtung 20 nicht direkt Einfluss auf den Strom nimmt, welcher über die Regeleinheit 30 fließt. Gleichwohl gelangt der zweite Messwert für die Stromstärke des an der Schnittstelle anliegenden Stromes an die Vorgabeeinheit 3 und wird dort entsprechend ausgewertet. Die Regeleinheit 30 ist hier insbesondere als abschaltbarer Shunt-Regler ausgestaltet, welcher direkt von der Vorgabeeinheit 3 angesteuert wird.

Weicht der zweite Messwert vom Sollwert des Stromsignals ab, so wird beispielsweise der erste Soll-Wert, mit welchem die erste Regeleinrichtung 10 arbeitet, auf den unteren Alarmwert (Low-Alarm) gesetzt und gleichzeitig wird der Shunt-Regler 30 von der Vorgabeeinheit 3 ausgeschaltet. In einer weiteren Ausgestaltung wird bei einer Abweichung nur der Shunt-Regler 30 ausgeschaltet. Der Strom an der Schnittstelle 2 reduziert sich somit auf den vom Feldgerät 1 aufgenommen Strom, welcher für die Fehlersignalisierung kleiner als 3,6 mA sein muss. Wie in den beiden zuvor beschriebenen Varianten geht somit das Stromsignal unabhängig davon, wo sich die Ursache des diagnostizierten Fehlers befindet, auf den dem Alarm zugeordneten Stromwert (hier insbesondere auf Low-Alarm). Bezugszeichenliste Tabelle 1

1	Feldgerät
2	Schnittstelle
3	Vorgabeeinheit
10	Erste Regeleinrichtung
11	Erste Strommesseinheit
12	Erstes Reglerelement
13	Erstes Stellelement
20	Zweite Regeleinrichtung
21	Zweite Strommesseinheit
22	Zweites Reglerelement
23	Zweites Stellelement
30	Regeleinheit

Claims

Feldgerät (1) der Prozessautomatisierungstechnik, mit mindestens einer Schnittstelle (2) zur Ausgabe eines Stromsignals, und mit mindestens einer Vorgabeeinheit (3), welche zumindest eine Soll-Stromstärke des Stromsignals vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Regeleinheit (30) vorgesehen ist, wobei die Stromstärke des Stromsignals, welches an der Schnittstelle (2) anliegt, abhängig ist von der Stromstärke des Stromes, welcher über die Regeleinheit (30) fließt, wobei die Regeleinheit (30) und die Vorgabeeinheit (3) parallel geschaltet sind, dass mindestens eine erste Regeleinrichtung (10) und eine zweite Regeleinrichtung (20) vorgesehen sind, wobei die erste Regeleinrichtung (10) parallel zur Regeleinheit (30) und zur Vorgabeeinheit (3) angeordnet ist, wobei die erste Regeleinrichtung (10) zumindest eine erste Strommesseinheit (11), ein erstes Reglerelement (12) und ein erstes Stellelement (13) aufweist, wobei die erste Strommesseinheit (11) einen ersten Wert für die Stromstärke eines an der Schnittstelle (2) anliegenden Stromes ermittelt, wobei das erste Reglerelement (12) den ersten ermittelten Wert mit einem von der Vorgabeeinheit (3) vorgegebenen ersten Sollwert vergleicht und ausgehend von dem Vergleich über das erste Stellelement (13) die Stromstärke des Stroms beeinflusst, welcher über die Regeleinheit (30) fließt, wobei die zweite Regeleinrichtung (20) zumindest eine zweite Strommesseinheit (21) aufweist, wobei die erste Strommesseinheit (11) und die zweite Strommesseinheit (21) in Reihe geschaltet sind, und wobei die zweite Strommesseinheit (21) einen zweiten Wert für die Stromstärke des an der Schnittstelle (2) anliegenden Stromes ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Vorgabeeinheit (3) vorgegebene erste Sollwert im Wesentlichen gleich der Soll-Stromstärke des Stromsignals ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Regeleinrichtung (20) die zweite Strommesseinheit (21), ein zweites Reglerelement (22) und ein zweites Stellelement (23) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Reglerelement (22) den zweiten ermittelten Wert mit einem von der Vorgabeeinheit (3) vorgegebenen zweiten Sollwert vergleicht und ausgehend von dem Vergleich über das zweite Stellelement (23) die Stromstärke des Stroms beeinflusst, welcher über die Regeleinheit (30) fließt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgabeeinheit (3) den zweiten ermittelten Wert empfängt, und dass die Vorgabeeinheit (3) in dem Fall, dass der zweite ermittelten Wert vom ersten Sollwert abweicht, den ersten Sollwert und/oder den zweiten Sollwert auf einen Alarmwert setzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellelement (13) und das zweite Stellelement (23) in Reihe geschaltet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die das erste Stellelement (13) und das zweite Stellelement (23) parallel geschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgabeeinheit (3) den zweiten ermittelten Wert empfängt, und dass die Vorgabeeinheit (3) ausgehend von dem Vergleich des zweiten ermittelten Werts mit dem ersten Sollwert die Regeleinheit (30) steuert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Regeleinheit (30) um einen Shunt-Regler handelt.