DE102021121048A1

DE102021121048A1 - Two-wire field device and measuring arrangement with a two-wire field device

Info

Publication number: DE102021121048A1
Application number: DE102021121048.8A
Authority: DE
Inventors: Winfried Rauer; Ralf Schätzle; Jürgen Haas
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2021-08-12
Filing date: 2021-08-12
Publication date: 2023-02-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zweileiterfeldgerät (100) mit- einer Messelektronik (202) mit einer Zweileiterschnittstelle zur Kommunikation mit einer übergeordneten Einheit (400) und- einer Erweiterungselektronik mit wenigstens einer ersten Schnittstelle (301) zur Kommunikation mit der Messelektronik (202) des Zweileiterfeldgeräts (100) aufweist, wobei die Zusatzelektronik (300) eine Energieversorgungseinheit (305) aufweist, indem die Energieversorgungseinheit (305) mit einer Ausgangsseite der Zweileiterschnittstelle der Messelektronik (202) verbunden ist und Anschlüsse zur Verbindung mit eine Zweidrahtleitung (104) aufweist, wobei die Zusatzelektronik (300) wenigstens eine zweite Schnittstelle (304) zur Kommunikation mit einer externen Einheit (500) aufweist.The present invention relates to a two-wire field device (100) with - measurement electronics (202) with a two-wire interface for communication with a higher-level unit (400) and - expansion electronics with at least one first interface (301) for communication with the measurement electronics (202) of the two-wire field device (100), wherein the additional electronics (300) have an energy supply unit (305), in that the energy supply unit (305) is connected to an output side of the two-wire interface of the measurement electronics (202) and has connections for connection to a two-wire line (104), the Additional electronics (300) has at least one second interface (304) for communication with an external unit (500).

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein vollständig aus einer Zweileiterschleife mit Energie versorgtes Zweileiterfeldgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Messanordnung mit einem solchen Zweileiterfeldgerät gemäß Patentanspruch 9.The present application relates to a two-wire field device that is completely supplied with energy from a two-wire loop according to the preamble of patent claim 1 and to a measuring arrangement with such a two-wire field device according to patent claim 9.

In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandmessgeräte, Grenzstandmessgeräte und Druckmessgeräte mit Sensoren, die die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Grenzstand oder Druck erfassen. Häufig sind solche Feldgeräte mit übergeordneten Einheiten, z.B. Leitsystemen oder Steuereinheiten, verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung und/oder Prozessüberwachung.In process automation technology, field devices are often used that are used to record and/or influence process variables. Examples of such field devices are filling level measuring devices, limit level measuring devices and pressure measuring devices with sensors that record the corresponding process variables filling level, limit level or pressure. Such field devices are often connected to higher-level units, e.g. control systems or control units. These higher-level units are used for process control, process visualization and/or process monitoring.

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Zweileiterfeldgeräten, bspw. Zweileitermessgeräten bekannt, die vollständig aus einer Zweileiterschleife mit Energie versorgt sind. Im englischsprachigen Raum wird hier häufig von „loop-powered two-wire devices“ oder von „two-wire devices powered via a two-wire loop“ gesprochen. Gemeint sind damit Zweileiterfeldgeräte, die nach dem 4-20 mA-Standard mit Energie versorgt sind und über dieselbe Zweidrahtleitung auch kommunizieren, sei es, dass sie ihre Messwerte gemäß dem 4-20 mA-Standard analog zur Verfügung stellen, oder gemäß einem digitalen Protokoll, bspw. dem HART-Protokoll kommunizieren.A large number of two-wire field devices, for example two-wire measuring devices, which are completely supplied with energy from a two-wire loop, are known from the prior art. In English-speaking countries, the terms "loop-powered two-wire devices" or "two-wire devices powered via a two-wire loop" are often used here. This means two-wire field devices that are supplied with energy according to the 4-20 mA standard and also communicate via the same two-wire line, whether they make their measured values available in analog form according to the 4-20 mA standard or according to a digital protocol Communicate, for example, the HART protocol.

Unter einem Zweileiterfeldgerät gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Feldgerät verstanden, das über zwei Leitungen mit einer übergeordneten Einheit verbunden ist, wobei über diese beiden Leitungen sowohl eine Energieversorgung als auch eine Messwertübermittlung stattfindet.A two-wire field device according to the present invention is understood to mean a field device that is connected to a higher-level unit via two lines, both power supply and measured value transmission taking place via these two lines.

Die Energie- und/oder Signalübertragung zwischen dem Zweileiterfeldgerät und der übergeordneten Einheit erfolgt dabei nach dem bekannten 4 mA bis 20 mA-Standard, bei dem eine 4 mA bis 20 mA-Stromschleife, d.h. eine Zweidrahtleitung zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Einheit ausgebildet ist. Zusätzlich zu der analogen Übertragung von Signalen besteht die Möglichkeit, dass die Messgeräte gemäß verschiedenen anderen Protokollen, insbesondere digitalen Protokollen, weitere Informationen an die übergeordnete Einheit übermitteln oder von dieser empfangen. Beispielhaft seien hierfür das HART-Protokoll oder das Profibus-PA-Protokoll genannt.The energy and/or signal transmission between the two-wire field device and the higher-level unit takes place according to the known 4 mA to 20 mA standard, in which a 4 mA to 20 mA current loop, i.e. a two-wire line, is formed between the field device and the higher-level unit . In addition to the analogue transmission of signals, there is the possibility that the measuring devices transmit further information to or receive from the higher-level unit according to various other protocols, in particular digital protocols. Examples of this are the HART protocol or the Profibus-PA protocol.

Die Energieversorgung dieser Feldgeräte erfolgt ebenfalls über das 4 mA bis 20 mA-Stromsignal, sodass neben der Zweidrahtleitung keine zusätzliche Versorgungsleitung notwendig ist. Um den Verdrahtungs- und Installationsaufwand sowie die Sicherheitsmaßnahmen, bspw. beim Einsatz in explosionsgeschützten Bereichen, so gering wie möglich zu halten, ist es auch nicht gewünscht, zusätzliche Stromversorgungsleitungen vorzusehen.These field devices are also supplied with energy via the 4 mA to 20 mA current signal, so that no additional supply line is required in addition to the two-wire line. In order to keep the wiring and installation costs and the safety measures as low as possible, for example when used in explosion-proof areas, it is also not desirable to provide additional power supply lines.

Bei Zweileiterfeldgeräten ist die zur Verfügung stehende Eingangsleistung erheblich beschränkt. Die Elektronik im Feldgerät muss so ausgelegt sein, dass sie auch bei einem minimalen Signalstrom von 4 mA noch zuverlässig arbeitet.With two-wire field devices, the available input power is considerably limited. The electronics in the field device must be designed in such a way that they still work reliably even with a minimum signal current of 4 mA.

Zweileiterfeldgeräte weisen bspw. im Vergleich zu Vierleiterfeldgeräten einen erheblich reduzierten Aufwand für Installation und Verdrahtung auf. Bei Zweileiterfeldgeräten entfällt die zusätzliche Installation und Verdrahtung einer Versorgungsspannung komplett, da diese, wie oben dargestellt über die Zweidrahtleitung erfolgt. Dies bietet insbesondere in Anwendungen, in denen Vorschriften zum Explosionsschutz zu beachten sind, erhebliche Vorteile, da die separaten Leitungen für die Versorgungsspannung und die dafür erforderlichen zusätzlichen Komponenten schon bei der Planung zu berücksichtigen sind.Compared to four-wire field devices, for example, two-wire field devices have a significantly reduced outlay for installation and wiring. In the case of two-wire field devices, there is no need for additional installation and wiring of a supply voltage, since this takes place via the two-wire line, as shown above. This offers considerable advantages, especially in applications where explosion protection regulations must be observed, since the separate cables for the supply voltage and the additional components required for them must be taken into account right from the planning stage.

Zweileiterfeldgeräte können ferner eigensicher ausgestaltet werden und haben damit einen erweiterten Einsatzbereich in explosionsgeschützten (Ex-) Bereichen. Wartungsarbeiten an Feldgeräten in Ex-Bereichen sind bei Zweileiterfeldgeräten deutlich einfacher und sicherer als bspw. bei Vierleiterfeldgeräten, da sie gefahrlos auch bei laufendem Messbetrieb erfolgen können. Bei Vierleiter-Geräten hingegen muss zunächst die Stromversorgung unterbrochen und gegen Wiedereinschaltung gesichert werden. Dies erfolgt in aller Regel in den Anschlussräumen, die sich oft in großer Entfernung von der Messstelle befinden.Two-wire field devices can also be designed to be intrinsically safe and thus have an extended range of use in explosion-proof (Ex) areas. Maintenance work on field devices in hazardous areas is much easier and safer with two-wire field devices than, for example, with four-wire field devices, since it can also be carried out safely while measuring is in progress. With four-wire devices, on the other hand, the power supply must first be interrupted and secured against being switched on again. As a rule, this takes place in the connection rooms, which are often located at a great distance from the measuring point.

Ferner sind aus dem Stand der Technik modular aufgebaute Feldgeräte bekannt. Furthermore, field devices of modular design are known from the prior art.

Modular aufgebaute Feldgeräte sind aus einem modularen Feldgerätekonzept zusammengestellt. Bei einem modularen Feldgerätekonzept können aus einer Mehrzahl von kombinierbaren Sensoren, Gehäusen, Elektronikeinheiten und Bedien- und/ oder Anzeigeeinheiten ausgewählt und ein entsprechendes Feldgerät aufgebaut werden. Ein solches modulares Feldgerätekonzept wird bspw. von der Firma Vega Grieshaber KG angeboten. Kombinierbar sind in der Regel ein Sensor, ein entsprechendes Elektronikmodul, das eine Messwertverarbeitung und eine Schnittstelle zu einer Steuerung und ggf. einem verwendeten Feldbus bereitstellt, sowie verschiedene Anzeige- und/oder Bedieneinheiten. Die Sensoren, Elektronikmodule und Anzeige- und/oder Bedieneinheiten sind sowohl aneinander als auch an verschiedene verfügbare Gehäuse angepasst.Modular field devices are composed of a modular field device concept. With a modular field device concept, a number of combinable sensors, housings, electronic units and operating and/or display units can be selected and a corresponding field device can be set up. Such a modular field device concept is offered, for example, by the company Vega Grieshaber KG. A sensor, a corresponding electronic module, which provides measured value processing and an interface to a controller and, if applicable, a fieldbus used, can usually be combined. as well as various display and/or operating units. The sensors, electronic modules and display and/or operating units are adapted both to one another and to various available housings.

Die verschiedenen Gehäuse können unter anderem auch solche Gehäuseformen beinhalten, die in dem Feldgerätegehäuse noch ausreichend Platz für die Unterbringung weiterer Elektronikmodule aufweisen. Solche Elektronikmodule können bspw. in einer zweiten Gehäusekammer des Gehäuses untergebracht sein, oder - sofern in einer Hauptkammer des Gehäuses noch freier Platz zur Verfügung steht, in dieser.Among other things, the various housings can also contain such housing shapes that still have sufficient space in the field device housing for accommodating further electronic modules. Such electronic modules can be accommodated, for example, in a second housing chamber of the housing, or--if there is still free space available in a main chamber of the housing--in this.

Aus dem Stand der Technik sind in diesem Zusammenhang verschiedene Messanordnungen bekannt.In this context, various measuring arrangements are known from the prior art.

Marktübliche Messgeräte im Bereich der Füllstandmesstechnik, berechnen Messergebnisse direkt vor Ort, d.h. in dem Messgerät selbst. Für die Berechnung dieser Zielmesswerte, also der tatsächlich interessierenden Messergebnisse, ist oftmals ein kleines Mikrocontrollersystem mit begrenztem Energiebedarf und mit begrenzter Rechenmöglichkeiten in dem Messgerät vorgesehen.Standard measuring devices in the field of level measurement technology calculate measurement results directly on site, i.e. in the measurement device itself. For the calculation of these target measurement values, i.e. the measurement results that are actually of interest, a small microcontroller system with limited energy requirements and limited computing options is often provided in the measurement device.

Da bei Messsystemen, welche z. B. mit Radartechnologien oder anderen Funktechnologien arbeiten, die Ermittlung der Zielmesswerte in der Regel mit dem Erfassen einer sog. Echokurve verbunden ist, und diese Echokurve ggf. viele wertdiskrete und zeitdiskrete Datenpunkte oder Stützwerte aufweist, kann für die Berechnung oftmals ein hoher Rechenaufwand nötig sein. Ein hoher Rechenaufwand entsteht, da die Echokurven mit entsprechend komplexen Algorithmen verarbeitet werden müssen, um zu den Zielmesswerten zu gelangen. Dieser hohe Rechenaufwand führt zu einer begrenzten Anzahl an Berechnungen pro Sekunde und zu einem sehr statischen Verhalten des Messgerätes was besonders Anwendungsfälle mit besonderen Merkmalen in der Echokurve angeht. Hier wird oft vor Ort eine entsprechende Parametrierung eingesetzt, d.h. eine Einstellung von Parametern, ein Setzen von Parametern (setting parameter) oder ein Anpassen von Parametern (parameter adjustment), damit das Messgerät in der Lage ist, bei den gegebenen Sachverhalten angemessen zu funktionieren. Die aus dem Stand der Technik bekannten Messgeräte sind aus den o.g. Gründen häufig als Zweileiterfeldgeräte ausgestaltet und weisen damit auch die damit verbundenen Nachteile auf. Insbesondere wird es als Nachteil empfunden, dass solche Zweileiterfeldgeräte häufig keine zusätzlichen Schnittstellen für die Kommunikation mit anderen Feldgeräten und/oder keine Eingänge für externe Sensoren aufweisen.Since in measuring systems, which z. B. work with radar technologies or other radio technologies, the determination of the target measurement values is usually associated with the acquisition of a so-called echo curve, and this echo curve may have many value-discrete and time-discrete data points or supporting values, the calculation can often require a lot of computing effort . A high computing effort arises since the echo curves have to be processed with correspondingly complex algorithms in order to arrive at the target measured values. This high computing effort leads to a limited number of calculations per second and to a very static behavior of the measuring device, which particularly concerns applications with special features in the echo curve. Corresponding parameterization is often used on site, i.e. setting parameters, setting parameters or adjusting parameters (parameter adjustment), so that the measuring device is able to function appropriately in the given circumstances. For the above reasons, the measuring devices known from the prior art are often designed as two-wire field devices and therefore also have the associated disadvantages. In particular, it is perceived as a disadvantage that such two-wire field devices often have no additional interfaces for communication with other field devices and/or no inputs for external sensors.

In einer weiteren Anwendung, bei radiometrischen Messungen werden Rohzählraten von verschiedenen radiometrischen Messgeräten verknüpft und daraus eine einzelne Messgröße, bspw. ein Füllstand, eine Dichte, ein Dichteprofil oder die Position einer Phasengrenze berechnet. Im Stand der Technik wird dazu zwischen den verschiedenen Sensoren ein separater physikalischer Kommunikationskanal aufgebaut, über den die radiometrischen Messgeräte miteinander kommunizieren, d.h. es wird ein separates Kabel als Kommunikationsleitung zwischen den Sensoren verlegt. Dabei dient ein radiometrisches Messgerät als Master, der die Messwerte der Slave-Messgeräte abfragt. Zusätzlich zu diesen Kommunikationsleitungen wird je Sensor eine separate Spannungsversorgung, d.h. ein weiteres Kabel mit wenigstens zwei Leitungen benötigt. Dadurch entsteht ein großer Verkabelungsaufwand, der als nachteilig empfunden wird.In another application, in radiometric measurements, raw count rates from different radiometric measuring devices are linked and a single measured variable, e.g. a fill level, a density, a density profile or the position of a phase boundary, is calculated from this. In the prior art, a separate physical communication channel is set up between the various sensors, via which the radiometric measuring devices communicate with one another, i.e. a separate cable is laid as a communication line between the sensors. A radiometric measuring device serves as the master, which queries the measured values of the slave measuring devices. In addition to these communication lines, a separate power supply is required for each sensor, i.e. another cable with at least two lines. This results in a large cabling effort, which is perceived as disadvantageous.

Eine schematische Darstellung einer solchen Messanordnung 90 gemäß dem Stand der Technik ist in 4 beispielhaft schematisch abgebildet.A schematic representation of such a measurement arrangement 90 according to the prior art is in FIG 4 shown schematically as an example.

Die in 4 gezeigte Messanordnung 90 weist im Wesentlichen drei radiometrische Messgeräte 81, 82, 83, bspw. radiometrische Dichtemessgeräte, auf. Jedes der radiometrischen Messgeräte 81, 82, 83 ist mittels eines Energieversorgungskabels 92 mit einer Energieversorgung 91 verbunden. Die Energieversorgung 91 ist vorliegend als gemeinsame Energieversorgung für die drei radiometrischen Messgeräte 81, 82, 83 ausgebildet, kann aber auch als drei separate ggf. dezentral angeordnete Energieversorgungsmodule ausgestaltet sein. Um eine Kommunikation zwischen den Messgeräten 81, 82, 83 zu bewerkstelligen, bspw. um Rohdaten der jeweiligen Messungen zur Berechnung eines kombinierten (aus sämtlichen Messungen ermittelten) Messwerts sind diese jeweils über eine Kommunikationsleitung 93 miteinander verbunden. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kommunikationsleitung 93 von einem ersten Messgerät 81 zu einem zweiten Messgerät 82 und von dort zu einem dritten Messgerät 83 geführt.In the 4 The measuring arrangement 90 shown essentially has three radiometric measuring devices 81, 82, 83, for example radiometric density measuring devices. Each of the radiometric measuring devices 81 , 82 , 83 is connected to a power supply 91 by means of a power supply cable 92 . In the present case, the power supply 91 is designed as a common power supply for the three radiometric measuring devices 81, 82, 83, but it can also be designed as three separate power supply modules, which may be arranged decentrally. In order to establish communication between the measuring devices 81 , 82 , 83 , for example raw data from the respective measurements for calculating a combined measured value (determined from all measurements), these are connected to one another via a communication line 93 . In the exemplary embodiment illustrated here, the communication line 93 runs from a first measuring device 81 to a second measuring device 82 and from there to a third measuring device 83 .

Von dem dritten Messgerät 83 schließlich führt eine weitere Kommunikationsleitung 94 zu einer übergeordneten Einheit 3, die bspw. in einer Leitwarte angeordnet ist.Finally, another communication line 94 leads from the third measuring device 83 to a superordinate unit 3, which is arranged in a control room, for example.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Messgeräte auch deutlich voneinander entfernt angeordnet sein können, sodass ein nicht unerheblicher Verkabelungsaufwand entstehen kann. Auch bezüglich der Energieversorgung entsteht dieser Verkabelungsaufwand. Ferner ist es notwendig, für Anwendungen in explosionsgefährdeten Bereichen explosionsgeschützte Kabeldurchführungen für jedes der o.g. Kabel vorzusehen. Jedes dieser Kabel stellt damit eine potentielle Fehlerquelle und einen erheblichen Aufwand sowohl bei der Konstruktion der Messgeräte, bei der Installation der Messanordnung als auch im Betrieb, bspw. für die Wartung und Instandhaltung dar. Dieser Aufwand bedeutet erhöhte Kosten für den Betreiber der Messanordnung, sowohl bei der Anschaffung als auch im laufenden Betrieb.It should be noted at this point that the measuring devices can also be arranged at a considerable distance from one another, so that a not inconsiderable amount of cabling can arise. This wiring effort also arises with regard to the energy supply. It is also necessary to provide explosion-proof cable bushings for each of the above cables for applications in potentially explosive areas. Each of these Cable is therefore a potential source of error and a considerable expense both in the construction of the measuring devices, in the installation of the measuring arrangement and in operation, e.g. for maintenance and repair. This effort means increased costs for the operator of the measuring arrangement, both for the acquisition as well as during operation.

Bei den zuvor beschriebenen Messgeräten handelt es sich im Stand der Technik um 4-Leiter Sensoren, welche nicht eigensicher versorgt werden können, oder um 2-Leiter Sensoren mit einer Ergänzungselektronik, welche separat versorgt werden muss wobei Berechnungsschritte in einer nachgelagerten Auswerteeinheit stattfinden.In the prior art, the measuring devices described above are 4-wire sensors which cannot be supplied with an intrinsically safe supply, or 2-wire sensors with supplementary electronics which must be supplied separately, with calculation steps taking place in a downstream evaluation unit.

Da auch in diesem Bereich zunehmend möglichst eigensichere Zweileiterfeldgeräte eingesetzt werden sollen und der Verkabelungsaufwand soweit wie möglich reduziert werden soll wird es auch hier als Nachteil empfunden, dass zusätzliche Verkabelungen notwendig und/oder keine zusätzlichen Schnittstellen verfügbar sind.Since two-wire field devices that are as intrinsically safe as possible are increasingly being used in this area and the amount of cabling is to be reduced as far as possible, it is also felt to be a disadvantage here that additional cabling is necessary and/or no additional interfaces are available.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Zweileiterfeldgerät mit einer Messelektronik mit einer Zweileiterschnittstelle zur Kommunikation mit einer übergeordneten Einheit, wobei des Zweileiterfeldgerät eine Erweiterungselektronik mit wenigstens einer ersten Schnittstelle zur Kommunikation mit der Messelektronik des Zweileiterfeldgeräts aufweist, wobei die Zusatzelektronik eine Energieversorgungseinheit aufweist, dahingehend weiterzubilden, dass dieses eine erweiterte Funktionalität bei gleichzeitig einen reduziertem Installationsaufwand aufweist und vorzugsweise eigensicher ausgestaltet werden kann.The object of the present invention is therefore a two-wire field device with measurement electronics with a two-wire interface for communication with a higher-level unit, the two-wire field device having expansion electronics with at least one first interface for communication with the measurement electronics of the two-wire field device, the additional electronics having a power supply unit to that effect further develop that this has an extended functionality at the same time a reduced installation effort and preferably can be designed intrinsically safe.

Diese Aufgabe wird durch ein Zweileitermessgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Messordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.This object is achieved by a two-wire measuring device with the features of patent claim 1 and a measuring arrangement with the features of patent claim 9 .

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Die in den Unteransprüchen einzeln aufgeführten Merkmale können in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander als auch mit den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuterten Merkmale kombiniert werden und andere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen.Advantageous configurations and variants of the invention result from the dependent claims and the following description. The features listed individually in the subclaims can be combined with one another in any technically meaningful way, as well as with the features explained in more detail in the following description, and represent other advantageous embodiment variants of the invention.

Ein erfindungsgemäßes Zweileiterfeldgerät mit einer Messelektronik mit einer Zweileiterschnittstelle zur Kommunikation mit einer übergeordneten Einheit weist eine Erweiterungselektronik mit wenigstens einer ersten Schnittstelle zur Kommunikation mit der Messelektronik des Zweileiterfeldgeräts auf, wobei die Zusatzelektronik ferner eine Energieversorgungseinheit aufweist, und zeichnet sich dadurch aus, dass die Energieversorgungseinheit zur Versorgung der Zusatzelektronik mit Energie mit einer Ausgangsseite der Zweileiterschnittstelle der Messelektronik verbunden ist und Anschlüsse zur Verbindung mit eine Zweidrahtleitung aufweist, wobei die Zusatzelektronik wenigstens eine zweite Schnittstelle zur Kommunikation mit einer externen Einheit aufweist.A two-wire field device according to the invention with measurement electronics with a two-wire interface for communication with a higher-level unit has expansion electronics with at least one first interface for communication with the measurement electronics of the two-wire field device, the additional electronics also having a power supply unit, and is characterized in that the power supply unit for Supply of the additional electronics with energy is connected to an output side of the two-wire interface of the measuring electronics and has connections for connection to a two-wire line, the additional electronics having at least a second interface for communication with an external unit.

Die Energieversorgungseinheit der Zusatzelektronik ist damit zwischen die Zweileiterschnittstelle des Zweileiterfeldgeräts und die Zweidrahtleitung schaltbar. Damit ist die Zusatzelektronik aus der Zweileiterschleife (loop) mit Energie versorgbar und dem Zweileiterfeldgerät aus Sicht der Zweileiterschleife vorgeschaltet. Bei einer derartigen Beschaltung muss sichergestellt sein, dass das Signal auf der Zweidrahtleitung unverändert oder zumindest nur so verändert weitergegeben wird, dass eine Kommunikation des Feldgeräts mit der übergeordneten Einheit nicht beeinträchtigt wird.The energy supply unit of the additional electronics can thus be switched between the two-wire interface of the two-wire field device and the two-wire line. The additional electronics can thus be supplied with energy from the two-wire loop (loop) and are connected upstream of the two-wire field device from the point of view of the two-wire loop. With such a circuit, it must be ensured that the signal on the two-wire line is passed on unchanged or at least only changed in such a way that communication between the field device and the higher-level unit is not impaired.

Die Zusatzelektronik weist eine erste Schnittstelle zur Kommunikation mit der Messelektronik des Zweileiterfeldgeräts sowie eine zweite Schnittstelle zur Kommunikation mit einer externen Einheit auf. Auf diese Weise können externe Informationen, bspw. Messdaten oder Messwerte der externen Einheit der Messelektronik zur Verfügung gestellt werden.The additional electronics have a first interface for communication with the measurement electronics of the two-wire field device and a second interface for communication with an external unit. In this way, external information, for example measurement data or measurement values, can be made available to the external unit of the measurement electronics.

Kommunikation im Sinne der vorliegenden Anmeldung bedeutet dabei nicht zwingend eine bidirektionale Kommunikation, sondern umfasst auch eine unidirektionale Datenübermittlung. Die zweite Schnittstelle kann damit auch eine Messwertschnittstelle sein, an der ausschließlich Daten empfangen werden. Auch eine Schnittstelle, an der nur Daten zur Verfügung gestellt werden ist denkbar. Ebenso kann die Kommunikation an der ersten Schnittstelle nur unidirektional ablaufen, d.h. entweder nur Daten empfangen oder nur Daten zur Verfügung gestellt werden.Communication within the meaning of the present application does not necessarily mean bidirectional communication, but also includes unidirectional data transmission. The second interface can thus also be a measured value interface at which only data is received. An interface where only data is made available is also conceivable. Likewise, the communication at the first interface can only be unidirectional, i.e. either only data is received or only data is made available.

Im Vergleich zum Stand der Technik reduziert sich durch die vorliegende Erfindung der Verkabelungsaufwand durch den Wegfall einer zusätzlichen Versorgungsleitung im Fall eines Zweileiter Feldgeräts. Im Vergleich zu einem 4-Leiter Sensor ist mit dem erfindungsgemäßen Zweileiterfeldgerät eine eigensichere Versorgung möglich.In comparison to the prior art, the present invention reduces the amount of cabling due to the omission of an additional supply line in the case of a two-wire field device. In comparison to a 4-wire sensor, an intrinsically safe supply is possible with the two-wire field device according to the invention.

Die Zusatzelektronik wird versorgt, indem ein Teil, der über die Zweidrahtleitung zur Verfügung stehenden Energie für dieses verwendet wird. Dies geschieht vorzugsweise ohne die Veränderung des Schleifenstroms.The additional electronics are supplied by using part of the energy available via the two-wire line for this. This is preferably done without changing the loop current.

In einer Ausgestaltungsform einer solche Erweiterungselektronik können mehrere Zweileiterfeldgeräte miteinander verbunden werden, um einen resultierenden Messwert zu ermitteln, z.B. Summation mehrerer Einzelfüllstände zu einem Gesamtfüllstand oder Erkennung einer Fremdstrahlung von außen, um einen Messfehler zu erkennen, indem sie Messwerte über das Modul digital auszutauschen. Mit diesem Modul ist es weiterhin möglich Zweileiterfeldgeräte in bestehende Vierleiter Messaufbauten zu integrieren.In one embodiment of such expansion electronics, several two-wire field devices can be connected to determine a resulting measured value, e.g. summation of several individual fill levels to form a total fill level or detection of external radiation in order to detect a measurement error by digitally exchanging measured values via the module. With this module it is still possible to integrate two-wire field devices into existing four-wire measurement setups.

Über ein alternative Ausgestaltungsform der Erweiterungselektronik ist es möglich das Zweileiterfeldgerät um Eingänge zu erweitern, welche es ermöglichen zusätzliche Informationen über die Messtelle zu erhalten, um den resultieren Messwert zu korrigieren oder zu ermitteln z.B. um eine Istwert Korrektur des Messwerts zu ermöglichen oder die Ermittlung eines Massenstroms über die Erfassung einer Förderband- oder Fließgeschwindigkeit.With an alternative embodiment of the expansion electronics, it is possible to expand the two-wire field device with inputs that make it possible to obtain additional information about the measuring point in order to correct or determine the resulting measured value, e.g. to enable an actual value correction of the measured value or to determine a mass flow via the detection of a conveyor belt or flow speed.

Wenigstens eine der zweiten Kommunikationsschnittstellen kann dafür als Kommunikations- und/oder Messschnittstelle, geeignet zur Kommunikation mit einem weiteren Feldgerät, vorzugsweise einem weiteren Zweileiterfeldgerät oder einem weiteren Sensor ausgebildet sein.At least one of the second communication interfaces can be designed as a communication and/or measurement interface, suitable for communication with a further field device, preferably a further two-wire field device or a further sensor.

Das Zweileiterfeldgerät kann darüber mit einem weiteren Feldgerät Informationen oder Messdaten oder Messwerte austauschen, sodass bspw. die o.g. kombinierte Messwertermittlung über die Zusatzelektronik implementiert werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Zusatzelektronik das Zweileiterfeldgerät mit einer zusätzlichen Messschnittstelle ausstatten, sodass Messdaten und/oder Messwerte externer Sensoren verarbeitet werden können. So können auf diese Weise bspw. Messwerte eines externen Sensors, der eine Fließgeschwindigkeit eines Mediums oder die Geschwindigkeit eines Förderbandes ermittelt, verarbeitet werden. Zusammen mit einer Füllstandmessung des fließenden (oder durch das Förderband bewegten) Mediums kann so bspw. ein Massenstrom ermittelt werden.The two-wire field device can use this to exchange information or measurement data or measured values with another field device, so that, for example, the above-mentioned combined determination of measured values can be implemented via the additional electronics. Additionally or alternatively, the additional electronics can equip the two-wire field device with an additional measurement interface, so that measurement data and/or measurement values from external sensors can be processed. In this way, for example, measured values from an external sensor that determines the flow speed of a medium or the speed of a conveyor belt can be processed. Together with a fill level measurement of the flowing medium (or the medium moved by the conveyor belt), a mass flow, for example, can be determined.

Das Zweileiterfeldgerät selbst kann bspw. einen Füllstandsensor, bspw. einen Radarsensor, einen Dichtesensor, bspw. einen radiometrischen Sensor oder geeignete andere Sensoren aufweisen. Insbesondere bei radiometrischen Sensoren ist eine zusätzliche Kommunikationsschnittstelle von Vorteil, da durch die vorliegende Ausgestaltung ein deutlich geringerer Verkabelungsaufwand erzielt werden kann. Das Zweileiterfeldgerät kann dabei bspw. als Dichtesensor ausgebildet sein.The two-wire field device itself can have, for example, a level sensor, for example a radar sensor, a density sensor, for example a radiometric sensor or other suitable sensors. In the case of radiometric sensors in particular, an additional communication interface is advantageous, since the present configuration allows a significantly lower amount of cabling to be achieved. The two-wire field device can be designed as a density sensor, for example.

Eine geeignete Ausgestaltung der Energieversorgung kann mittels eines Schaltnetzteils oder eines DC/DC-Wandlers erreicht werden, die die eingangsseitig an der Zweidrahtleitung zur Verfügung stehende Energie in geeigneter Art und Weise umwandeln und geeignet zum Betreiben der Zusatzelektronik und insbesondere der enthaltenen Schnittstellen wandeln.A suitable embodiment of the energy supply can be achieved by means of a switched-mode power supply or a DC/DC converter, which convert the energy available on the input side of the two-wire line in a suitable manner and convert it suitable for operating the additional electronics and in particular the interfaces included.

Idealerweise ist die Energieversorgungseinheit derart ausgebildet und zwischen der Zweileiterschnittstelle und der Zweidrahtleitung angeordnet ist, dass ein Stromsignal von der Zweileiterschnittstelle stromsignalerhaltend weitergegeben wird.
Stromsignalerhaltend soll im Rahmen der vorliegenden Anmeldung so verstanden werden, dass an der Energieversorgungseinheit zwar ein Spannungsabfall auftritt, ein Stromsignal in der Zweileiterschleife, aber im Wesentlichen unverändert weitergegeben wird. Das bedeutet, dass insbesondere analog nach dem 4-20 mA Standard übermittelte Stromsignale weiterhin übermittelt werden können.Ideally, the power supply unit is designed and arranged between the two-wire interface and the two-wire line in such a way that a current signal is passed on from the two-wire interface while the current signal is preserved.
In the context of the present application, current signal preservation should be understood to mean that although a voltage drop occurs at the energy supply unit, a current signal is passed on in the two-wire loop, but essentially unchanged. This means that, in particular, current signals transmitted analogously according to the 4-20 mA standard can continue to be transmitted.

Bspw. kann an der Zweidrahtleitung mittels eines Transistors ohne den in der Zweidrahtleitung fließenden Strom zu verändern, ein Spannungsabfall von ca. 0,7 V erzeugt werden. Für die Zusatzelektronik steht damit eine Energie zur Verfügung, die sich aus dem Spannungsabfall und dem in der Zweileiterschleife (loop) fließenden Strom ergibt. Minimal stehen damit bei einem gemäß dem 4-20 mA betriebenen Feldgerät 0,7 V x 4 mA, also 2,8 mW zur Verfügung. Alternativ zu einem Transistor können auch Dioden oder Zenerdioden zum Einsatz kommen. Auch durch diese Bauelemente kann im o.g. Sinne stromsignalerhaltend ein Spannungsabfall generiert werden.For example, a voltage drop of approx. 0.7 V can be generated on the two-wire line by means of a transistor without changing the current flowing in the two-wire line. Energy is therefore available for the additional electronics, which results from the voltage drop and the current flowing in the two-wire loop. A minimum of 0.7 V x 4 mA, ie 2.8 mW, is therefore available for a field device operated according to the 4-20 mA. Diodes or zener diodes can also be used as an alternative to a transistor. These components can also generate a voltage drop in the above-mentioned sense while preserving the current signal.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Schnittstelle zur digitalen, bidirektionalen Kommunikation ausgebildet. Das bedeutet insbesondere, dass die Zusatzelektronik und damit das Zweileiterfeldgerät über die zweite Schnittstelle Daten digital senden und empfangen kann. Aus einer bidirektionalen Kommunikation ergibt sich der Vorteil, dass bspw. Sensornetzwerke bzw. Netzwerke aus einer Mehrzahl von Feldgeräten gebildet werden können, die untereinander kommunizieren und Daten austauschen. Eine Kommunikation könnte bspw. gemäß einem der Protokolle wie RS232 oder RS485 erfolgen. Diese seriellen Übertragungsprotokolle sind besonders stromsparend. Darüber hinaus wäre bspw. auch das CAN-Protokoll als Bus-Protokoll denkbar.In a preferred embodiment, the second interface is designed for digital, bidirectional communication. This means in particular that the additional electronics and thus the two-wire field device can send and receive data digitally via the second interface. Bidirectional communication has the advantage that, for example, sensor networks or networks can be formed from a plurality of field devices that communicate with one another and exchange data. A communication could, for example, take place according to one of the protocols such as RS232 or RS485. These serial transmission protocols are particularly power-saving. In addition, for example, the CAN protocol would also be conceivable as a bus protocol.

Die Kommunikation zwischen der Zusatzelektronik und der Messelektronik kann dabei bevorzugt ebenfalls bidirektional ausgebildet sein. Auf diese Weise können über die zweite Schnittstelle empfangene Informationen und Daten über die erste Schnittstelle der Messelektronik zur Verfügung gestellt werden und dort verarbeitet werden. Die Kommunikation zwischen der Zusatzelektronik und der Messelektronik kann besonders einfach gemäß einem seriellen Protokoll erfolgen. Zusätzlich oder alternativ mag es auch Anwendungen geben, bei denen über eine I²C-Schnittstelle kommunizieren.The communication between the additional electronics and the measurement electronics can preferably also be bidirectional. In this way, information and data received via the second interface can be made available to the measurement electronics via the first interface and processed there. The Communication between the additional electronics and the measurement electronics can take place particularly easily using a serial protocol. In addition or as an alternative, there may also be applications in which communication takes place via an I ² C interface.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Erweiterungselektronik als Erweiterungsmodul ausgebildet. Eine Modulartige Ausgestaltung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Zusatzelektronik ein eigenes Modulgehäuse aufweist, das insbesondere elektrische und/oder mechanische Schnittstellen aufweist, um mit anderen Modulen eines modularen Feldgerätesystems, wie es oben beschrieben wurde, verbunden zu werden.
Die Zusatzelektronik kann bspw. geeignet ausgebildet sein, um auf die Feldgeräteelektronik mechanisch aufgeschnappt oder mittels eines Bajonettverschlusses mit dieser verbunden zu werden. Gleichzeitig können dabei elektrische Kontakte derart ausgebildet sein, dass beim mechanischen Verbinden des Zusatzmoduls mit der Messelektronik auch eine elektrische Verbindung hergestellt wird.In a preferred embodiment, the expansion electronics are in the form of an expansion module. In this context, a modular configuration means that the additional electronics have their own module housing, which in particular has electrical and/or mechanical interfaces in order to be connected to other modules of a modular field device system, as described above.
The additional electronics can, for example, be suitably designed to be mechanically snapped onto the field device electronics or to be connected to them by means of a bayonet lock. At the same time, electrical contacts can be designed in such a way that an electrical connection is also established when the additional module is mechanically connected to the measurement electronics.

Alternativ kann das Zusatzmodul so ausgestaltet sein, dass es mechanisch an eine zweite Kammer eines Feldgerätegehäuses angepasst ist und bspw. mit einem der o.g. Verbindungsmechanismen in diese zweite Gehäusekammer eingesetzt werden kann.Alternatively, the additional module can be designed in such a way that it is mechanically adapted to a second chamber of a field device housing and can be inserted into this second housing chamber, for example with one of the above-mentioned connection mechanisms.

Erfindungsgemäß ist ferner eine Messanordnung bestehend aus wenigstens einem Zweileiterfeldgerät mit einer Erweiterungselektronik gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche sowie einer externen Einheit, insbesondere einem weiteren Zweileiterfeldgerät gemäß der obigen Beschreibung oder einem externen Sensor.According to the invention is also a measuring arrangement consisting of at least one two-wire field device with expansion electronics according to one of the preceding claims and an external unit, in particular another two-wire field device according to the above description or an external sensor.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild eines Feldgeräts mit einer Zusatzelektronik,
2 eine Messanordnung mit mehreren als radiometrisches Messgerät ausgebildeten Feldgeräten,
3 eine Messanordnung mit einem Feldgerät und einem externen Sensor und
4 eine radiometrische Messanordnung gemäß dem Stand der Technik (schon behandelt).

The present invention is explained in detail below using exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:

1 a block diagram of a field device with additional electronics,
2 a measuring arrangement with several field devices designed as radiometric measuring devices,
3 a measurement arrangement with a field device and an external sensor and
4 a radiometric measuring arrangement according to the state of the art (already discussed).

In den Figuren bezeichnen - soweit nicht anders angegeben - gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Komponenten mit gleicher Funktion.In the figures, unless otherwise stated, the same reference symbols designate the same or corresponding components with the same function.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines Zweileiterfeldgeräts 100 mit einer Zusatzelektronik 300 gemäß der vorliegenden Anmeldung.
Das Zweileiterfeldgerät 100 weist eine Hauptelektronik 200 mit einem Sensor 201 auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel symbolisch als Photodetektor mit einem nachgeschalteten Verstärker dargestellt ist. Der so symbolisch dargestellte Sensor 201 kann damit bspw. zur Detektion von durch radioaktive Strahlung mittels eines Szintillators und eines Photomulitpliers erzeugten Photonen dienen. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass auch beliebige andere Sensoren oder Aktoren zum Einsatz kommen können, sofern diese über eine Zweileiterschnittstelle betrieben werden können. 1 shows a block diagram of a two-wire field device 100 with additional electronics 300 according to the present application.
The two-wire field device 100 has main electronics 200 with a sensor 201, which in the present exemplary embodiment is represented symbolically as a photodetector with a downstream amplifier. The sensor 201 symbolically represented in this way can thus be used, for example, to detect photons generated by radioactive radiation by means of a scintillator and a photomultiplier. It should be noted at this point that any other sensors or actuators can also be used, provided they can be operated via a two-wire interface.

Der Sensor 201 ist mit einer Messelektronik 202, die ebenfalls Bestandteil der Hauptelektronik 200 des Zweileiterfeldgeräts 100 ist, verbunden. Die Messelektronik 202 generiert aus ihr zugeführten Messdaten einen Messwert, der dann über eine Zweileiterschnittstelle 203 ausgegeben wird. Analog erfolgt dies bspw. gemäß dem 4-20 mA Standard und/oder digital gemäß bspw. dem HART-Protokoll.The sensor 201 is connected to measurement electronics 202 which are also part of the main electronics 200 of the two-wire field device 100 . The measuring electronics 202 generate a measured value from the measured data supplied to it, which is then output via a two-wire interface 203 . This is done analogously, for example, according to the 4-20 mA standard and/or digitally, for example, according to the HART protocol.

Ausgangsseitig ist die Zweileiterschnittstelle 203 mit der Zusatzelektronik 300, und im speziellen mit einer Energieversorgungseinheit 305 der Zusatzelektronik 300 verbunden, die wiederum ausgangsseitig mit einer Zweidrahtleitung 104 zur Verbindung des Zweileiterfeldgeräts 100 mit einer übergeordneten Einheit 400 verbunden ist. Damit ist die Energieversorgungseinheit 305 zwischen die Zweileiterschnittstelle 203 und der Zweidrahtleitung 104 angeordnet.On the output side, the two-wire interface 203 is connected to the additional electronics 300, and in particular to an energy supply unit 305 of the additional electronics 300, which in turn is connected on the output side to a two-wire line 104 for connecting the two-wire field device 100 to a higher-level unit 400. The energy supply unit 305 is thus arranged between the two-wire interface 203 and the two-wire line 104 .

Ein Zweileitersignal, insbesondere ein 4-20 mA Signal wird von der Energieversorgungseinheit 305 unter Verursachung eines Spannungsabfalls stromsignalerhaltend (stromtreu) von der Zusatzelektronik 300 wieder 203 zur Verfügung gestellt. Das bedeutet insbesondere, dass ein von der Zweileiterschnittstelle 203 auf die Zweidrahtleitung aufgeprägter Strom von der übergeordneten Einheit 400 erfasst und verarbeitet werden kann.A two-wire signal, in particular a 4-20 mA signal, is made available again 203 by the additional electronic system 300 by the power supply unit 305, causing a voltage drop and maintaining the current signal (current-true). This means in particular that a current impressed on the two-wire line by the two-wire interface 203 can be detected and processed by the higher-level unit 400 .

Die Energieversorgungseinheit 305 weist neben einem Energiegewinnungselement 303, das Energie aus der Zweidrahtleitung 104 abzweigt einen Wandler 302 auf, der die abgezweigte Energie ausgangsseitig mit einer an die Zusatzelektronik angepassten Spannung zur Verfügung stellt.In addition to an energy generation element 303, which branches off energy from the two-wire line 104, the energy supply unit 305 has a converter 302 which makes the branched-off energy available on the output side with a voltage which is matched to the additional electronics.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Energiegewinnungselement 303 als Transistor ausgebildet, der ohne Veränderung des in der Zweileiterschleife fließenden Stromes, also stromtreu, in die Zweileiterschnittstelle eingebracht werden kann. Das Zweileitersignal steht damit unter Generierung eines aufgrund des Innenwiderstandes des Transistors entstehenden Spannungsabfalls mit unverändertem Strom weiter zur Verfügung, sodass die Zweileiterkommunikation des Zweileitersensors 100 durch die Zusatzelektronik nicht negativ beeinflusst wird. Allerdings muss der zusätzliche Spannungsabfall an der Energieversorgungseinheit 305 der Zusatzelektronik 300 bei der Auslegung der übergeordneten Einheit 400 und dabei insbesondere bei der zur Verfügung gestellten Schleifensspannung berücksichtigt werden.In the present exemplary embodiment, the energy generation element 303 is in the form of a transistor which can be introduced into the two-wire interface without changing the current flowing in the two-wire loop, that is to say with the current. The two-wire signal is thus subject to the generation of a due to the internal resistance of the transis tor's resulting voltage drop with an unchanged current, so that the two-wire communication of the two-wire sensor 100 is not negatively influenced by the additional electronics. However, the additional voltage drop at the energy supply unit 305 of the additional electronics 300 must be taken into account when designing the superordinate unit 400 and, in particular, when considering the loop voltage that is made available.

Der Wandler 302 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) ausgebildet und kann die an dem Transistor 303 anliegende Spannung in eine für die Zusatzelektronik 305 geeignete Spannung wandeln. Alternativ kann der Wandler 302 auch als Schaltnetzteil oder eine andere geeignete Schaltung ausgestaltet sein.In the present exemplary embodiment, the converter 302 is designed as a DC voltage converter (DC/DC converter) and can convert the voltage present at the transistor 303 into a voltage suitable for the additional electronics 305 . Alternatively, the converter 302 can also be in the form of a switched-mode power supply or another suitable circuit.

Die Energieversorgungseinheit 305 ist ausgangsseitig mit einem Baustein 306 der Zusatzelektronik 300 verbunden, der einerseits mit einer ersten Schnittstelle 301 zur Kommunikation der Zusatzelektronik 300 mit der Messelektronik 202 des Zweileiterfeldgeräts 100 und andererseits mit einer zweiten Schnittstelle 304 zur Kommunikation mit einer externen Einheit 500 in Verbindung steht. Sowohl der Baustein 306 als auch die die Schnittstellen 301 und 304 können in einer gemeinsamen anwendungsspezifischen, integrierten Schaltung (ASIC) zusammengefasst sein. Eine Ausgestaltung als ASIC hat den Vorteil, dass diese besonders energieeffizient entworfen werden kann, sodass die Zusatzelektronik 300 möglichst energiesparend ausgestaltet werden kann.On the output side, power supply unit 305 is connected to a component 306 of additional electronics 300, which is connected on the one hand to a first interface 301 for communication between additional electronics 300 and measurement electronics 202 of two-wire field device 100 and on the other hand to a second interface 304 for communication with an external unit 500 . Both the module 306 and the interfaces 301 and 304 can be combined in a common application-specific integrated circuit (ASIC). A design as an ASIC has the advantage that it can be designed to be particularly energy-efficient, so that the additional electronics 300 can be designed to save as much energy as possible.

Die erste Schnittstelle 301 kommuniziert mit der Messelektronik 202 in der Regel über ein serielles digitales Signal. Die Kommunikation mit der Messelektronik 202 kann unidirektional oder bidirektional ausgestaltet sein.The first interface 301 communicates with the measurement electronics 202, usually via a serial digital signal. The communication with the measurement electronics 202 can be unidirectional or bidirectional.

Die zweite Schnittstelle 304 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als digitale Kommunikationsschnittstelle ausgebildet und geeignet ausgestaltet, dass diese bspw. mit einem weiteren Zweileiterfeldgerät als externer Einheit 500, vorzugsweise einer Zusatzelektronik dieses Zweileiterfeldgeräts gemäß der vorstehenden Beschreibung, kommunizieren kann.
Durch die Erweiterung des Zweileiterfeldgeräts 100 mit der Zusatzelektronik 300 ist es möglich Messaufgaben welche im Stand der Technik bislang nur mit einem 4-Leiter Feldgerät oder einer externen SPS lösbar sind auch mit einem Zweileiterfeldgerät zu lösen.In the present exemplary embodiment, the second interface 304 is in the form of a digital communication interface and is designed so that it can communicate, for example, with another two-wire field device as an external unit 500, preferably additional electronics for this two-wire field device as described above.
By expanding the two-wire field device 100 with the additional electronics 300, it is possible to use a two-wire field device to solve measuring tasks which in the prior art can only be solved with a 4-wire field device or an external PLC.

Die Hauptelektronik 200 wird über eine Verbindung, vorzugsweise innerhalb des Gehäuses des Zweileiterfeldgeräts 100, über welche die Zweidrahtschnittstelle durchgeschleift wird mit Energie versorgt. Der Messwert wird von der Hauptelektronik 200 bestimmt und von dieser wird auch der Strom eingestellt, welcher in der Stromschleife in Abhängigkeit des Messwerts fließen muss. Die Zusatzelektronik 300 verändert diesen Strom nicht.The main electronic system 200 is supplied with energy via a connection, preferably within the housing of the two-wire field device 100, via which the two-wire interface is looped through. The measured value is determined by the main electronics 200 and this also sets the current which must flow in the current loop as a function of the measured value. The additional electronics 300 does not change this current.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Zusatzelektronik 300 des vorliegenden Zweileiterfeldgeräts mit einem weiteren Feldgerät, bspw. einem weiteren Zweileiterfeldgerät oder einer Zusatzelektronik eines solchen Zweileiterfeldgeräts verbunden. Die zweite Schnittstelle 304 ist in diesem Fall als Kommunikationsschnittstelle ausgebildet. Sowohl die erste Schnittstelle 301 als auch die zweite Schnittstelle 304 ist in diesem Fall als bidirektionale Schnittstelle ausgebildet - es können Daten gesendet und empfangen werden. Eine Steuerung zweiten Schnittstelle 304, die in diesem Fall als eine Sende-/Empfangseinheit ausgebildet ist, kann direkt durch die Hauptelektronik 200 realisiert werden oder über den zusätzlichen Baustein 306, der in diesem Fall als Controller ausgebildet ist und Teile der Steuerung übernimmt.In the present exemplary embodiment, the additional electronics 300 of the present two-wire field device is connected to a further field device, for example a further two-wire field device or additional electronics of such a two-wire field device. In this case, the second interface 304 is designed as a communication interface. In this case, both the first interface 301 and the second interface 304 are in the form of a bidirectional interface—data can be sent and received. A control of the second interface 304, which in this case is embodied as a transceiver unit, can be implemented directly by the main electronics 200 or via the additional component 306, which is embodied as a controller in this case and takes over parts of the control.

Eine Ausgestaltungsform, bei der das Zweileiterfeldgerät 100 über die Zusatzelektronik 300 mit einem (oder mehreren) Zweileiterfeldgeräten 100', 100'', etc. kommuniziert ist in 2 dargestellt.An embodiment in which the two-wire field device 100 communicates with one (or more) two-wire field devices 100', 100'', etc. via the additional electronics 300 in 2 shown.

2 zeigt eine Messanordnung mit zwei als Zweileiterfeldgerät 100, 100' ausgebildeten radiometrischen Messgeräten, wie sie bspw. zur Bestimmung eines Dichteprofils eines Füllguts in einem Tank eingesetzt werden können. Die Zweileiterfeldgeräte 100, 100' weisen jeweils eine Zusatzelektronik 300, 300' auf, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit 1 beschrieben wurde. Die Zweileiterfeldgeräte 100, 100' sind über eine Kommunikationsleitung, die die Zusatzelektroniken 300, 300' miteinander verbindet, verbunden und können so bspw. Messdaten oder Messwerte austauschen, sodass bspw. eines der Zweileiterfeldgeräte 100, 100' aus den Messdaten sämtlicher Zweileiterfeldgeräte einen Messwert, bspw. eine Dichte oder ein Dichteprofil errechnen und an die übergeordnete Einheit 400 weitergeben kann. Wie in 2 angedeutet kann die Messanordnung auch noch weitere Feldgeräte aufweisen, die jeweils in der gleichen Art und Weise mit den anderen Zweileiterfeldgeräten verbunden sind. 2 shows a measuring arrangement with two radiometric measuring devices designed as two-wire field devices 100, 100′, such as can be used, for example, to determine a density profile of a filling material in a tank. The two-wire field devices 100, 100' each have additional electronics 300, 300', as described above in connection with 1 was described. The two-wire field devices 100, 100' are connected via a communication line that connects the additional electronics 300, 300' to one another and can thus, for example, exchange measurement data or measured values, so that, for example, one of the two-wire field devices 100, 100' can use the measurement data of all two-wire field devices to obtain a measured value For example, calculate a density or a density profile and forward it to the higher-level unit 400 . As in 2 The measuring arrangement can also have further field devices, which are each connected to the other two-wire field devices in the same way.

Wie in 2 dargestellt, kann die Kommunikation zwischen den Feldgeräten eine Bus-Kommunikation sein, oder alternativ als Punkt-zu-Punkt Kommunikation ausgestaltet sein. Bei einer Punk-zu-Punkt Kommunikation ist es dann sinnvoll, wenn die Zusatzelektronik wenigstens zwei zweite 304 aufweist, sodass ein Zweileiterfeldgerät bzw. dessen Zusatzelektronik mit wenigstens zwei anderen Feldgeräten im Punkt-zu-Punkt Modus kommunizieren kann.As in 2 shown, the communication between the field devices can be a bus communication, or alternatively be configured as a point-to-point communication. In a point-to-point communication, it makes sense if the additional electronics have at least two second 304, so that a two-wire field device or its Additional electronics can communicate with at least two other field devices in point-to-point mode.

Jedes der in 2 dargestellten Zweileiterfeldgeräte 100, 100' ist über eine Zweidrahtleitung mit einer übergeordneten Einheit 400, 400' verbunden, die bspw. jeweils in einer Leitwarte angeordnet sein können.Each of the 2 The two-wire field devices 100, 100' shown are connected via a two-wire line to a higher-level unit 400, 400', which can be arranged in a control room, for example.

In einer weiteren, in 3 dargestellten Ausgestaltungsform ist das Zweileiterfeldgerät 100 durch die Zusatzelektronik 300 um einen zusätzlichen Messeingang zu erweitern. Die zweite Schnittstelle 304 ist in diesem Fall als Messschnittstelle ausgebildet und kann bspw. als Stromeingang, digitaler Eingänge, Frequenzeingang oder und Temperatureingang implementiert sein.In another, in 3 In the embodiment shown, the two-wire field device 100 can be expanded by the additional electronics 300 to include an additional measurement input. In this case, the second interface 304 is in the form of a measurement interface and can be implemented, for example, as a current input, digital input, frequency input or temperature input.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zweite Schnittstelle 304 als Stromeingang ausgebildet, der dafür benötigt wird, einen Durchflusssensor als externe Einheit 500 einzubinden, um eine Fließgeschwindigkeit eines Mediums in einer Rohrleitung für die Hauptelektronik 202 verfügbar zu machen, sodass zusammen mit einem durch das Zweileiterfeldgeräts 100 bestimmten Dichtewert ein Massenfluss in der Rohrleitung bestimmt werden kann. Das Zweileiterfeldgerät wird damit mittels der als Messeingang ausgebildeten zweiten Schnittstelle 304 ertüchtigt, einen Massenstrom in der Rohrleitung als Messstrom auf der Zweidrahtschnittstelle 203 auszugeben.In the present exemplary embodiment, the second interface 304 is designed as a power input that is required to integrate a flow sensor as an external unit 500 in order to make a flow rate of a medium in a pipeline available for the main electronics 202, so that together with a determined by the two-wire field device 100 Density value a mass flow in the pipeline can be determined. The two-wire field device is thus enabled, by means of the second interface 304 designed as a measurement input, to output a mass flow in the pipeline as a measurement current on the two-wire interface 203 .

Zusätzlich oder alternativ können mit digitalen Eingängen bzw. Frequenzeingängen Signale der Messfunktion zur Verfügung gestellt werden, um z.B. eine Istwertkorrektur beim Erreichen eines definierten Füllstands durchzuführen oder über die Frequenz eines Geschwindigkeitssensors eines Förderbands den Massenstrom zu bestimmen.Additionally or alternatively, digital inputs or frequency inputs can be used to provide signals to the measuring function, e.g. to correct the actual value when a defined fill level is reached or to determine the mass flow via the frequency of a speed sensor on a conveyor belt.

Es sei an dieser Stelle betont, dass die zuvor beschriebenen Ausgestaltungsformen auch miteinander kombiniert werden können, sodass das Zweileiterfeldgerät bspw. sowohl eine zusätzliche Kommunikationsschnittstelle als auch einen zusätzlichen Messeingang aufweisen kann.It should be emphasized at this point that the embodiments described above can also be combined with one another, so that the two-wire field device can have both an additional communication interface and an additional measurement input, for example.

BezugszeichenlisteReference List

81, 82, 8381, 82, 83: radiometrische Messgeräteradiometric measuring devices
9090: Messanordnungmeasuring arrangement
9191: Energieversorgungpower supply
9292: Energieversorgungskabelspower supply cable
93, 9493, 94: Kommunikationsleitung communication line
100, 100', 100"100, 100', 100": Zweileiterfeldgerättwo-wire field device
104104: Zweidrahtleitung two-wire line
200200: Hauptelektronikmain electronics
201201: Sensorsensor
202202: Messelektronikmeasuring electronics
203203: Zweidrahtschnittstelle two-wire interface
300300: Zusatzelektronikadditional electronics
301301: erste Schnittstellefirst interface
302302: Wandlerconverter
303303: Energiegewinnungselementenergy harvesting element
304304: zweite Schnittstellesecond interface
305305: Energieversorgungseinheitpower supply unit
306306: Baustein building block
400, 3400, 3: übergeordnete Einheit superior unit
500500: externe Einheitexternal unit

Claims

Two-wire field device (100) with - measuring electronics (202) with a two-wire interface for communication with a higher-level unit (400) and - expansion electronics with at least one first interface (301) for communication with the measuring electronics (202) of the two-wire field device (100), the additional electronics (300) having an energy supply unit (305), characterized in that the energy supply unit (305) is connected to an output side of the two-wire interface of the measuring electronics (202) and has connections for connection to a two-wire line (104), the additional electronics ( 300) has at least one second interface (304) for communication with an external unit (500).

Two-wire field device (100) according to claim 1 , characterized in that at least one of the second communication interfaces is designed as a communication and/or measurement interface suitable for communication with a further field device, preferably a further two-wire field device (100), or a further sensor (201).

Two-wire field device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the two-wire field device (100) has a radiometric sensor (201).

Two-wire field device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the two-wire field device (100) is designed as a density sensor.

Two-wire field device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy supply unit (305) has a switched-mode power supply.

Two-wire field device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy supply unit (305) is designed and arranged between the two-wire interface and the two-wire line (104) in such a way that a current signal from the two-wire interface is passed on while the current signal is preserved.

Two-wire field device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the second interface is designed for digital, bidirectional communication.

Two-wire field device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion electronics are in the form of an expansion module.

Measuring arrangement consisting of at least one two-wire field device (100) with expansion electronics according to one of the preceding claims and an external unit (500), in particular a further two-wire field device (100) or an external sensor (201).