Die Erfindung bezieht sich auf einen Feldgeräteadapter zur drahtlosen Datenübertragung sowie ein System der Automatisierungstechnik zum Erfassen und/oder Stellen einer Prozessgröße.The invention relates to a field device adapter for wireless data transmission and a system of automation technology for detecting and / or setting a process variable.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Bestimmung, Optimierung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os (elektrische Schnittstellen), Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.In automation technology, especially in process automation technology, field devices are often used to determine, optimize and / or influence process variables. Sensors, such as level measuring devices, flow measuring devices, pressure and temperature measuring devices, conductivity measuring devices, etc., which record the corresponding process variables filling level, flow, pressure, temperature or conductivity, are used to record process variables. Actuators, such as valves or pumps, are used to influence process variables, by means of which the flow of a liquid in a pipe section or the fill level in a container can be changed. In principle, field devices are all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information. In connection with the invention, field devices are therefore also understood to mean remote I / Os (electrical interfaces), radio adapters or generally devices which are arranged at the field level.
Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.A large number of such field devices are manufactured and sold by Endress + Hauser.
Gegenwärtig sind in einer Vielzahl der bestehenden Automatisierungsanlagen noch Zweileiterfeldgeräte, die über eine Zweidrahtleitung zu einer übergeordneten Einheit, bspw. eine Steuereinheit SPS, verbunden sind, gängig. Die Zweileiterfeldgeräte sind derartig ausgebildet, dass die Mess- bzw. Stellwerte als Haupt-Prozessvariable über die Zweidrahtleitung bzw. das Zweileiterkabel analog in Form eines 4-20 mA Signals kommuniziert, d.h. übertragen, werden. Zur Übertragung aller anderen Daten hat sich insbesondere das HART Protokoll bewährt, bei welchem dem analogen Stromsignal von 4-20 mA ein Frequenzsignal als digitales Zweileitersignal zur Datenübertragung überlagert wird. Gemäß dem HART Protokoll wird zwischen 1200 Hz und 2400 Hz zur Datenübertragung umgeschaltet, wobei die niedrigere Frequenz für eine logische „0“ und die höhere Frequenz für eine logische „1“ steht. Auf diese Weise bleibt das sich nur langsam veränderliche analoge Stromsignal von der Frequenzüberlagerung unberührt, sodass mittels HART analoge und digitale Kommunikation vereint wird.At present, two-wire field devices are still common in a large number of the existing automation systems, which are connected via a two-wire line to a higher-level unit, for example a control unit PLC. The two-wire field devices are designed in such a way that the measurement or control values communicate as the main process variable via the two-wire line or the two-wire cable in the form of a 4-20 mA signal, i.e. be transmitted. The HART protocol, in which a frequency signal is superimposed on the analog current signal of 4-20 mA as a digital two-wire signal for data transmission, has proven particularly useful for the transmission of all other data. According to the HART protocol, there is a switch between 1200 Hz and 2400 Hz for data transmission, whereby the lower frequency stands for a logical "0" and the higher frequency for a logical "1". In this way, the slowly changing analog current signal remains unaffected by the frequency overlay, so that HART combines analog and digital communication.
Im Zuge der zunehmenden Digitalisierung ist es jedoch wünschenswert, dass die Daten nicht nur über die Zweidrahtleitung, also rein drahtgebunden, übertragen werden können, sondern dass die Daten auch drahtlos kommuniziert werden. Sei es um die Daten drahtlos zu einer Datenbank, bspw. einer Cloud-Datenbank, zu übertragen und dort verfügbar zu machen oder um Daten zwischen dem Feldgerät und einer mobilen Bedieneinheit drahtlos zu übertragen, um bspw. das Feldgerät über das mobile Bediengerät drahtlos zu parametrieren.In the course of increasing digitization, however, it is desirable that the data can not only be transmitted via the two-wire line, that is to say purely wire-bound, but that the data can also be communicated wirelessly. Be it to transmit the data wirelessly to a database, for example a cloud database, and make it available there, or to transmit data wirelessly between the field device and a mobile control unit, for example to wirelessly parameterize the field device via the mobile control device .
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit vorzuschlagen, mittels derer bestehende Feldgeräte, die zur reinen drahtgebundenen Datenübertragung ausgebildet sind, für eine drahtlose Datenkommunikation nachgerüstet werden können.It is therefore an object of the invention to propose a possibility by means of which existing field devices which are designed for purely wired data transmission can be retrofitted for wireless data communication.
Die Aufgabe wird durch einen Feldgeräteadapter zur drahtlosen Datenübertragung gemäß Patentanaspruch 1 und ein System der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 10 gelöst.The object is achieved by a field device adapter for wireless data transmission according toclaim 1 and a system of automation technology according toclaim 10.
Hinsichtlich des Feldgeräteadapters wird die Aufgabe durch einen Feldgeräteadapter zur drahtlosen Datenübertragung gelöst, welcher zumindest folgendes aufweist:
- - ein Adaptergehäuse mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende ein erstes Anschlusselement und ein zweites Anschlusselement zum elektrischen Anschließen an eine Feldgerätelektronik eines Feldgerätes und das zweite Ende ein drittes Anschlusselement und ein viertes Anschlusselement zum elektrischen Anschließen einer Zweidrahtleitung aufweist, wobei das Adaptergehäuse ferner eine Adapterkammer zwischen dem ersten und dem zweiten Ende aufweist;
- - eine in der Adapterkammer angeordnete Adapterelektronik, die das erste Anschlusselement mit dem dritten Anschlusselement durch eine erste elektrische Verbindungsleitung und das zweite Anschlusselement mit dem vierten Anschlusselement durch eine zweite elektrische Verbindungsleitung verbindet, wobei die Adapterelektronik ferner eine in die erste Verbindungsleitung eingebrachte ungeregelte Versorgungschaltung zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung aus einem in der ersten Verbindungsleitung fließenden Schleifenstroms umfasst, wobei die Adapterelektronik ferner dazu eingerichtet ist, über einen zwischen der Versorgungsschaltung und dem dritten Anschlusselement in der ersten Verbindungsleitung angeordneten Abgriffspunkt ein auf den Schleifenstrom aufmoduliertes Zweileitersignal abzugreifen und in ein Funksignal zu übersetzen und das Funksignal drahtlos zu kommunizieren und/oder das Funksignal drahtlos zu empfangen und in das Zweileitersignal zu übersetzen und das übersetzte Zweileitersignal über den Abgriffspunkt auf den Schleifenstrom aufzumodulieren.
With regard to the field device adapter, the object is achieved by a field device adapter for wireless data transmission, which has at least the following:- - An adapter housing with a first end and a second end, the first end having a first connection element and a second connection element for electrical connection to a field device electronics of a field device and the second end having a third connection element and a fourth connection element for electrical connection of a two-wire line, wherein the adapter housing further includes an adapter chamber between the first and second ends;
- - An adapter electronics arranged in the adapter chamber, which connects the first connection element to the third connection element by a first electrical connection line and the second connection element to the fourth connection element by a second electrical connection line, the adapter electronics further providing an unregulated supply circuit, which is introduced into the first connection line a supply voltage from a loop current flowing in the first connecting line, the adapter electronics also being set up to tap a two-wire signal modulated onto the loop current and to translate it into a radio signal via a tapping point arranged in the first connecting line between the supply circuit and the third connection element and to translate this into a radio signal and that To communicate radio signal wirelessly and / or to receive the radio signal wirelessly and to translate it into the two-wire signal and the translated two-wire modulate the signal via the tap point to the loop current.
Beispielsweise können über den erfindungsgemäßen Feldgeräteadapter Daten zu einer Cloud-Datenbank übertragen werden. Als Cloud-Datenbank soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Datenbank verstanden werden, die von einem Benutzer über das Internet kontaktiert werden kann. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass die Datenbank eine Applikation aufweist, beispielsweise zum Visualisieren der Daten, welche auf der Datenbank abgelegt sind. Ein Benutzer kann per Internet von seinem Gerät, beispielsweise einem PC oder einem mobilen Endgerät, auf die Applikation der Datenbank und somit die Daten zugreifen. For example, data can be transmitted to a cloud database via the field device adapter according to the invention. For the purposes of the present invention, a cloud database is to be understood as a database that can be contacted by a user via the Internet. It can be provided here that the database has an application, for example for visualizing the data that is stored in the database. A user can access the application of the database and thus the data from his device, for example a PC or a mobile device, via the Internet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Feldgeräteadapters sieht vor, dass die Adapterelektronik ein HART-Modem umfasst, welches über den Abgriffspunkt mit der ersten Verbindungsleitung verbunden ist und dazu eingerichtet ist, das Zweileitersignal, welches vorzugsweise auf einem HART Protokoll basiert, in das Funksignal oder umgekehrt zu übersetzen, wobei die Versorgungschaltung das HART-Modem durch die Versorgungsspannung mit Energie versorgt. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass das HART-Modem als ein sekundärer Master gemäß dem HART Protokoll eingerichtet ist.An advantageous embodiment of the field device adapter provides that the adapter electronics comprise a HART modem which is connected to the first connection line via the tap and is set up to translate the two-wire signal, which is preferably based on a HART protocol, into the radio signal or vice versa , wherein the supply circuit supplies the HART modem with energy from the supply voltage. In particular, the configuration can provide that the HART modem is set up as a secondary master in accordance with the HART protocol.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Feldgeräteadapters sieht vor, dass die Adapterelektronik ferner zumindest einen zwischen der Versorgungsschaltung und dem ersten Anschlusselement in die erste Verbindungsleitung eingebrachten Kommunikationswiderstand aufweist, und die Adapterelektronik ferner dazu eingerichtet ist, das Funksignal drahtlos zu empfangen und in das Zweileitersignal zu übersetzen und mit Hilfe des Kommunikationswiderstandes über den Abgriffspunkt auf den Schleifenstrom aufzumodulieren.A further advantageous embodiment of the field device adapter provides that the adapter electronics furthermore have at least one communication resistor introduced into the first connecting line between the supply circuit and the first connection element, and the adapter electronics are further configured to receive the radio signal wirelessly and to translate it into the two-wire signal and using the communication resistance to modulate the loop current via the tap point.
Wiederum eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Feldgeräteadapters sieht vor, dass die Adapterelektronik ein Funkmodul mit einer Antenne zum Senden und/oder Empfangen des Funksignals umfasst, wobei das Funkmodul das Zweileitersignal in das Funksignal vorzugsweise gemäß eines der folgenden Funkprotokolle:
- - ein Bluetooth-Protokoll oder einer davon abgewandelten Variante,
- - ein 6LoWPAN-Protokoll,
- - ein WirelessHART-Protokoll, und/oder
- - ein 6TiSCH-Protokoll
übersetzt und umgekehrt, wobei die Versorgungschaltung das Funkmodul durch die Versorgungsspannung mit Energie versorgt.Another advantageous embodiment of the field device adapter provides that the adapter electronics comprise a radio module with an antenna for transmitting and / or receiving the radio signal, the radio module preferably incorporating the two-wire signal into the radio signal in accordance with one of the following radio protocols:- a Bluetooth protocol or a variant thereof,
- - a 6LoWPAN protocol,
- - a WirelessHART protocol, and / or
- - a 6TiSCH protocol
translated and vice versa, with the supply circuit supplying the radio module with energy from the supply voltage.Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Feldgeräteadapters sieht vor, dass das erste Ende des Adaptergehäuses ferner derartig ausgebildet ist, dass das erste Ende ein abgeschlossenes Ende ist, sodass der Feldgeräteadapter und das Feldgerät zwei separat voneinander getrennte mechanische Einheiten bilden.A further advantageous embodiment of the field device adapter provides that the first end of the adapter housing is further configured such that the first end is a closed end, so that the field device adapter and the field device form two separate mechanical units.
Eine alternative Ausgestaltung des Feldgeräteadapters sieht vor, dass das erste Ende des Adaptergehäuses ferner derartig ausgebildet ist, dass der Feldgeräteadapter an ein Feldgerät, bevorzugt einen Kabelverschraubungsanschluss eines Feldgeräts, besonders bevorzugt an ein M20-Kabelverschraubungsanschluss des Feldgerätes mechanisch anschließbar bzw. anschraubbar ist, sodass der Feldgeräteadapter und das Feldgerät eine mechanisch verbundene Einheit bilden.An alternative embodiment of the field device adapter provides that the first end of the adapter housing is also designed such that the field device adapter can be mechanically connected or screwed to a field device, preferably a cable gland connection of a field device, particularly preferably to an M20 cable gland connection of the field device, so that the Field device adapter and the field device form a mechanically connected unit.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Feldgeräteadapters sieht vor, dass die Versorgungsschaltung zumindest eine Diode, vorzugsweise zumindest eine Z-Diode, die auf einen festen Wert für die Versorgungsspannung ausgelegt ist, aufweist. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die zumindest eine Diode, vorzugsweise die Z-Diode, derartig angeordnet ist, dass eine Kathode der Diode in Richtung zum dritten Anschlusselement und eine Anode der Diode in Richtung zum ersten Anschlusselement angeordnet ist. Die Ausgestaltung sieht also vor, dass die zumindest eine Diode in Sperrrichtung in der ersten elektrischen Verbindungsleitung angeordnet ist.A further advantageous embodiment of the field device adapter provides that the supply circuit has at least one diode, preferably at least one Z diode, which is designed for a fixed value for the supply voltage. In particular, the configuration can provide that the at least one diode, preferably the Z diode, is arranged such that a cathode of the diode is arranged in the direction of the third connection element and an anode of the diode is arranged in the direction of the first connection element. The embodiment therefore provides that the at least one diode is arranged in the reverse direction in the first electrical connecting line.
Eine weitere Ausgestaltung des Feldgeräteadapters sieht vor, dass die Versorgungsschaltung mehrere in Reihe geschaltete Dioden aufweist, die in Flussrichtung in der ersten elektrischen Verbindungsleitung angeordnet sind.A further embodiment of the field device adapter provides that the supply circuit has a plurality of diodes connected in series, which are arranged in the direction of flow in the first electrical connecting line.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein System der Automatisierungstechnik zum Erfassen und/oder Stellen einer Prozessgröße, aufweisend:
- - eine erste Zweidrahtleitung zum Übertragen eines Schleifenstromes mit einem aufmodulierten Zweileitersignal;
- - ein Feldgerät der Automatisierungstechnik mit einem Feldgerätegehäuse, welches zumindest eine Gehäuseöffnung aufweist, wobei das Feldgerät ferner eine innerhalb des Feldgerätegehäuses angeordnete Feldgerätelektronik umfasst, die dazu eingerichtet ist, Daten, insbesondere die Prozessgröße, in Form von Zweileitersignalen, insbesondere Zweileitersignalen die auf einem HART Protokoll basieren, zu kommunizieren;
- - einen Feldgeräteadapter, insbesondere nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen, umfassend ein Adaptergehäuse mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende mit einem ersten und einem zweiten Anschlusselement elektrisch an die Feldgerätelektronik des Feldgerätes und das zweite Ende mit einem dritten und einem vierten Anschlusselement elektrisch an die erste Zweidrahtleitung angeschlossen ist, wobei das Adaptergehäuse ferner eine Adapterkammer zwischen dem ersten und dem zweiten Ende aufweist, in der eine Adapterelektronik angeordnet ist, wobei die Adapterelektronik das erste Anschlusselement mit dem dritten Anschlusselement durch eine erste elektrische Verbindungsleitung und das zweite Anschlusselement mit dem vierten Anschlusselement durch eine zweite elektrische Verbindungsleitung verbindet, wobei die Adapterelektronik ferner eine in die erste Verbindungsleitung eingebrachte ungeregelte Versorgungschaltung zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung aus dem in der ersten Verbindungsleitung fließenden Schleifenstrom umfasst, wobei die Adapterelektronik ferner dazu eingerichtet ist, über einen zwischen der Versorgungsschaltung und dem dritten Anschlusselement in der ersten Verbindungsleitung angeordneten Abgriffspunkt das auf den Schleifenstrom aufmodulierte Zweileitersignal abzugreifen und in ein Funksignal zu übersetzen und das Funksignal drahtlos zu kommunizieren und/oder das Funksignal drahtlos zu empfangen und in das Zweileitersignal zu übersetzen und das übersetzte Zweileitersignal über den Abgriffspunkt auf den Schleifenstrom aufzumodulieren.
The invention further relates to a system of automation technology for recording and / or setting a process variable, comprising:- - A first two-wire line for transmitting a loop current with a modulated two-wire signal;
- - A field device of automation technology with a field device housing, which has at least one housing opening, the field device further comprising field device electronics arranged within the field device housing, which is set up to transmit data, in particular the process variable, in the form of two-wire signals, in particular two-wire signals based on a HART protocol based, to communicate;
- - A field device adapter, in particular according to one or more of the configurations described above, comprising an adapter housing with a first and a second end, the first end having a first and a second connection element is electrically connected to the field device electronics of the field device and the second end is electrically connected to the first two-wire line with a third and a fourth connection element, the adapter housing also having an adapter chamber between the first and the second end, in which an adapter electronics is arranged, wherein the adapter electronics connects the first connection element to the third connection element by a first electrical connection line and the second connection element to the fourth connection element by a second electrical connection line, the adapter electronics further comprising an unregulated supply circuit, which is introduced into the first connection line, for providing a supply voltage from the circuit board comprises first connecting line flowing loop current, wherein the adapter electronics is further set up via a between the supply circuit and the third connection element tapping point arranged in the first connecting line to tap the two-wire signal modulated onto the loop current and to translate it into a radio signal and to wirelessly communicate the radio signal and / or to receive the wireless signal wirelessly and to translate it into the two-wire signal and to modulate the translated two-wire signal onto the loop current via the tap point .
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Systems sieht vor, dass das erste Ende des Adaptergehäuses ferner derartig ausgebildet ist, dass das erste Ende ein abgeschlossenes Ende ist, und der Feldgeräteadapter und das Feldgerät zwei separat voneinander getrennte mechanische Einheiten sind, wobei die Adapterelektronik mit dem ersten und zweiten Anschlusselement über eine Verbindungsleitung, vorzugsweise eine zweite Zweidrahtleitung, elektrisch mit der Feldgerätelektronik des Feldgerätes verbunden ist.An advantageous embodiment of the system provides that the first end of the adapter housing is further configured such that the first end is a closed end, and the field device adapter and the field device are two separate mechanical units, the adapter electronics with the first and second Connection element is electrically connected to the field device electronics of the field device via a connecting line, preferably a second two-wire line.
Eine alternative Ausgestaltung des Systems sieht vor, dass das erste Ende des Adaptergehäuses ferner ein mechanisches Anschlusselement, bevorzugt ein Kabelverschraubungsanschluss, besonders bevorzugt ein M20-Kabelverschraubungsanschluss aufweist und der Feldgeräteadapter über ein entsprechendes Anschlusselement am Feldgerät , bevorzugt einen entsprechenden Kabelverschraubungsanschluss, besonders bevorzugt einen entsprechenden M20-Kabelverschraubungsanschluss mechanisch mit dem Feldgerät verbunden ist, sodass der Feldgeräteadapter und das Feldgerät eine mechanisch verbundene Einheit bilden.An alternative embodiment of the system provides that the first end of the adapter housing also has a mechanical connection element, preferably a cable gland connection, particularly preferably an M20 cable gland connection, and the field device adapter has a corresponding connection element on the field device, preferably a corresponding cable gland connection, particularly preferably a corresponding M20 -Cable screw connection is mechanically connected to the field device so that the field device adapter and the field device form a mechanically connected unit.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung eines Zweileiterfeldgerätes, wie es gegenwärtig in einer Vielzahl der bestehenden Automatisierungsanlagen vorzufinden ist und mit welchem rein drahtgebunden über eine Zweidrahtleitung Daten kommuniziert werden können,
- 2: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Feldgeräteadapters,
- 3: eine schematische Darstellung eines Feldgerätes, an dem ein Feldgeräteadapter mechanisch angebracht ist, sodass das Feldgeräte und der Feldgeräteadapter eine mechanisch verbundene Einheit bilden, und
- 4: eine schematische Darstellung eines Feldgerätes und eines Feldgeräteadapters, die jeweils eine voneinander getrennte Einheit bilden und über eine Verbindungsleitung elektrisch miteinander verbunden sind.
The invention is illustrated by the following drawings. It shows:- 1 a schematic representation of a two-wire field device, as is currently to be found in a large number of existing automation systems and with which data can be communicated purely by wire via a two-wire line
- 2nd : a schematic representation of a field device adapter according to the invention,
- 3rd : a schematic representation of a field device on which a field device adapter is mechanically attached, so that the field devices and the field device adapter form a mechanically connected unit, and
- 4th : A schematic representation of a field device and a field device adapter, which each form a separate unit and are electrically connected to one another via a connecting line.
1 zeigt schematisch ein Zweileiterfeldgerät, welches ein metallisches Gehäuse2 umfasst, indem eine Feldgeräteelektronik4 angeordnet ist. Die Feldgeräteelektronik4 ist derartig ausgebildet, dass diese Anschlussklemmen13 aufweist, über die eine Zweidrahtleitung12 elektrisch angeschlossen ist. Über die Zweidrahtleitung wird die Feldgeräteelektronik4 und somit das Feldgerät1 an eine, in1 nicht gesondert dargestellte, übergeordnete Einheit angeschlossen, um mit der übergeordneten Einheit Daten drahtgebunden zu kommunizieren. Hierbei werden die Mess- bzw. Stellwerte als Haupt-Prozessvariable über die Zweidrahtleitung12 analog in Form eines 4-20 mA Stromsignals kommuniziert und alle anderen Daten werden in Form eines digitalen Zweileitersignals gemäß dem HART Standard übertragen. 1 shows schematically a two-wire field device, which has a metallic housing 2nd includes a field device electronics 4th is arranged. The field device electronics 4th is designed so that theseterminals 13 has, over which a two-wire line 12 is electrically connected. The field device electronics are connected via the two-wire cable 4th and thus thefield device 1 to one, in 1 not shown separately, higher-level unit connected to communicate with the higher-level unit data wired. The measured and manipulated values are used as the main process variable via the two-wire line 12 communicates analogously in the form of a 4-20 mA current signal and all other data is transmitted in the form of a digital two-wire signal in accordance with the HART standard.
Um die von außerhalb des Gehäuses2 kommende Zweidrahtleitung12 mit der im Gehäuse2 angeordneten Feldgeräteelektronik4 elektrisch kontaktieren zu können, weist das metallische Gehäuse2 eine Gehäuseöffnung3 auf. In die Gehäuseöffnung3 ist eine Kabelverschraubung5 eingebracht, so dass die Zweidrahtleitung12 durch die Kabelverschraubung5 in das Gehäuse2 einbringbar ist. Die Kabelverschraubung5 ist vorzugsweise in Form einer PG-Kabelverschraubung, d.h. eine Kabelverschraubung mit Stahlpanzerrohrgewinde, gemäß der im Mai 2014 veröffentlichten Norm DIN EN 62444 ausgebildet. Die Kabelverschraubung5 kann bspw. als M20, d.h. einen Außendurchmesser von 20 mm aufweisende, PG-Kabelverschraubung ausgebildet sein.To the outside of the case 2nd coming two-wire line 12 with the one in the case 2nd arranged field device electronics 4th The metallic housing has the ability to make electrical contact 2nd a case opening 3rd on. In the housing opening 3rd is acable gland 5 introduced so that the two-wire line 12 through thecable gland 5 in the housing 2nd can be introduced. Thecable gland 5 is preferably designed in the form of a PG cable gland, ie a cable gland with steel armor pipe thread, in accordance with the DIN EN 62444 standard published in May 2014. Thecable gland 5 can be designed, for example, as an M20, ie PG cable gland with an outer diameter of 20 mm.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Feldgeräteadapters6. Der Feldgeräteadapter6 weist ein Adaptergehäuse7 mit einer Adapterkammer10 auf. Das Adaptergehäuse7 ist derartig ausgebildet, dass der Feldgeräteadapter6 an einem ersten Ende8 mechanisch an eine Kabelverschraubung5, insb. eine PG-Kabelverschraubung, eines Feldgerätes1 befestigbar ist. Vorzugsweise weist das erste Ende8 des Adaptergehäuses hierfür ein M20 Gewinde auf, über welches der Adapter an die Kabelverschraubung des Feldgerätes mechanisch anschraubbar ist. Insbesondere kann das erste Ende derartig ausgebildet sein, dass es an eine PG-Kabelverschraubung mit einem M20 Gewinde, gemäß der im Mai 2014 veröffentlichtenNorm DIN EN 62444, eines Feldgerätes anschließbar ist. 2nd shows a schematic representation of a field device adapter according to theinvention 6 . Thefield device adapter 6 has anadapter housing 7 with an adapter chamber 10th on. Theadapter housing 7 is designed such that thefield device adapter 6 at a first end 8th mechanically to acable gland 5 , especially a PG Cable gland of afield device 1 is attachable. The first end preferably has 8th The adapter housing has an M20 thread for this, via which the adapter can be mechanically screwed onto the cable gland of the field device. In particular, the first end can be designed such that it connects to a PG cable gland with an M20 thread, in accordance with the one published in May 2014 Standard DIN EN 62444 , a field device can be connected.
Zur elektrischen Kontaktierung weist der Feldgeräteadapter6 an seinem ersten Ende8 ein erstes und ein zweites Anschlusselement16a und16b auf.The field device adapter haselectrical connections 6 at its first end 8th a first and asecond connection element 16a and 16b on.
Das erste und zweite Anschlusselement16a und16b, kann bspw., wie in2 dargestellt, jeweils eine elektrische Anschlussleitung zum elektrischen anschließen an eine Feldgeräteelektronik4 umfassen.The first andsecond connection element 16a and 16b , can, for example, as in 2nd shown, each an electrical connection line for electrical connection to a field device electronics 4th include.
An einem dem ersten Ende8 gegenüberliegenden zweiten Ende9, ist das Adaptergehäuse7 derartig ausgebildet, dass eine Zweidrahtleitung12 zur Datenübertragung an den Feldgeräteadapter6 über ein drittes und ein viertes Anschlusselement11a,11b elektrisch anschließbar ist. Zum elektrischen Anschließen der Zweidrahtleitung12 das dritte und vierte Anschlusselement11 a und 11b bspw. eine Anschlussklemme umfassen.At one end 8th opposite second end 9 , is theadapter housing 7 designed such that a two-wire line 12 for data transmission to thefield device adapter 6 via a third and afourth connection element 11a , 11b is electrically connectable. For electrical connection of the two-wire line 12 the third andfourth connection element 11 a and 11b include, for example, a connection terminal.
Ferner weist der Feldgeräteadapter6 eine innerhalb der Adapterkammer angeordnete Adapterelektronik14 auf, die das erste Anschlusselement16a mit dem dritten Anschlusselement11a über eine erste elektrische Verbindungsleitung25 und das zweite Anschlusselement16b mit dem vierten Anschlusselement11b über eine zweite elektrische Verbindungsleitung26 verbindet. Über die erste elektrische Verbindungsleitung25 wird ein SchleifenstromI von der Zweidrahtleitung12 zu der Feldgeräteelektronik4 geführt, der über die zweite elektrische Verbindungsleitung26 wieder zurück zu der an den Feldgeräteadapter6 angeschlossenen Zweidrahtleitung12 fließt.The field device adapter also has 6 adapter electronics arranged within theadapter chamber 14 on which is thefirst connector 16a with thethird connection element 11a via a first electrical connection line 25th and thesecond connection element 16b with thefourth connection element 11b via a secondelectrical connection line 26 connects. Via the first electrical connection line 25th becomes a loop current I. from the two-wire line 12 to the field device electronics 4th led out via the secondelectrical connection line 26 back to that to thefield device adapter 6 connected two-wire line 12 flows.
Um eine Versorgungspannung zur Energieversorgung der Adapterelektronik bereitzustellen, weist der Feldgeräteadapter6 eine nicht geregelte Versorgungsschaltung15 auf, d.h. eine Versorgungsschaltung die unabhängig von dem Schleifenstrom und/oder insbesondere auch ohne eine Feedbackschaltung, eine definierte Versorgungsspannung bereitstellt. Die Versorgungsschaltung15 kann, wie in2 dargestellt, als ein Teil der Adapterelektronik14 oder separat von der Adapterelektronik14 ausgebildet sein. Die Versorgungsschaltung15 umfasst zumindest eine Diode, die in die erste elektrische Verbindungsleitung25 eingebracht ist und über die durch einen Spannungsabgriff eine Versorgungsspannung bereitgestellt wird. Beispielsweise kann eine Z-Diode bzw. Zener-Diode derartig in der ersten elektrischen Verbindungsleitung25 angeordnet sein, dass eine Anode A sich in Richtung des ersten Anschlusselementes16a und eine Kathode K sich in Richtung des dritten Anschlusselementes11a befindet, sodass die Z-Diode in Sperrrichtung zu dem durch die erste elektrische Verbindungsleitung25 fließenden SchleifenstromI angeordnet ist und der Spannungsabgriff zwischen der Anode A und der Kathode K erfolgt.In order to provide a supply voltage for supplying power to the adapter electronics, the field device adapter has 6 anunregulated supply circuit 15 on, ie a supply circuit which provides a defined supply voltage independently of the loop current and / or in particular also without a feedback circuit. Thesupply circuit 15 can, as in 2nd shown as part of theadapter electronics 14 or separately from theadapter electronics 14 be trained. Thesupply circuit 15 comprises at least one diode connected to the first electrical connection line 25th is introduced and via which a supply voltage is provided by a voltage tap. For example, a Zener diode or Zener diode can be used in the first electrical connection line 25th be arranged so that an anode A is in the direction of thefirst connection element 16a and a cathode K in the direction of thethird connection element 11a located so that the Zener diode is in the reverse direction to that through the first electrical connection line 25th flowing loop current I. is arranged and the voltage is tapped between the anode A and the cathode K.
Alternativ kann die Versorgungsschaltung15 auch mehrere einzelne Dioden, die jeweils in Flussrichtung zu dem durch die erste elektrische Verbindungsleitung25 fließenden SchleifenstromI angeordnet sind, umfassen, wobei der Spannungsabgriff über die Anode der ersten Diode und die Kathode der letzten Diode erfolgt.Alternatively, thesupply circuit 15 also several individual diodes, each in the direction of flow to that through the first electrical connection line 25th flowing loop current I. are arranged, comprise, the voltage tapping via the anode of the first diode and the cathode of the last diode.
Die Adapterelektronik14, die durch die von der Versorgungselektronik15 bereitgestellten Versorgungspannung gespeist wird, ist an dem ersten Ende8 mit den zwei Anschlussleitungen an die Feldgeräteelektronik4 und an dem zweiten Ende9 durch die Anschlussklemmen11 mit der Zweidrahtleitung12 elektrisch verbunden.Theadapter electronics 14 by the of thesupply electronics 15 provided supply voltage is at the first end 8th with the two connecting cables to the field device electronics 4th and at the second end 9 through the connection terminals 11 with the two-wire line 12 electrically connected.
Die Adapterelektronik14 ist dazu eingerichtet, dass digitale Zweileitersignal, die gemäß dem HART Standard ausgebildete sind, zwischen der über das dritte und vierte Anschlusselement angeschlossenen Zweidrahtleitung12 und der über das erste und zweite Anschlusselement angeschlossenen Feldgeräteelektronik in beide Richtungen zu kommunizieren.Theadapter electronics 14 is set up so that digital two-wire signal, which are designed according to the HART standard, between the two-wire line connected via the third andfourth connection element 12 and the field device electronics connected via the first and second connection elements to communicate in both directions.
Ferner ist die Adapterelektronik14 dazu eingerichtet, die digitalen Zweileitersignale über einen zwischen dem dritten Anschlusselement11a und der Versorgungsschaltung15 in die erste elektrische Verbindungsleitung25 eingebrachten Abgriffspunkt23 abzugreifen, in Funksignal zu übersetzen und per Funk auszusenden und/oder per Funk empfangene Funksignale in digitale Zweileitersignal zu übersetzen und über den Abgriffspunkt23 auf den Schleifenstrom aufzumodulieren.Furthermore, theadapter electronics 14 set up the digital two-wire signals via a between thethird connection element 11a and thesupply circuit 15 into the first electrical connection line 25th introducedtap point 23 tap, translate into radio signal and send it out by radio and / or translate radio signals received by radio into digital two-wire signals and via thetap point 23 to modulate on the loop current.
Hierzu weist die Adapterelektronik14 zum Senden bzw. Empfangen der Funksignale ein Funkmodul19 mit einer Antenne auf. Das Funkmodul19 wird ebenfalls durch die Versorgungsschaltung15 mit Energie versorgt. Das Funkmodul19 ist derartig ausgebildet, dass insbesondere Funksignale gemäß einem Bluetooth-Protokoll oder einer davon abgewandelten Variante, ein 6LoWPAN-Protokoll, ein WirelessHART-Protokoll, und/oder ein 6TiSCH-Protokoll, übertragbar sind.For this purpose, the adapter electronics 14 a radio module for sending and receiving the radio signals 19th with an antenna on. The radio module 19th is also through thesupply circuit 15 energized. The radio module 19th is designed such that in particular radio signals according to a Bluetooth protocol or a variant modified therefrom, a 6LoWPAN protocol, a WirelessHART protocol and / or a 6TiSCH protocol can be transmitted.
Die Adapterelektronik14 umfasst ferner zum Umsetzen der digitalen Zweileitersignale in zur Übertragung mittels dem Funkmodul19 geeigneter Signale und umgekehrt ein HART-Modem17, welches zur Kommunikation mit der Funkeinheit19 bspw. mittels einer seriellen Schnittstelle21, bspw. UART, verbunden ist. Das HART-Modem17 wird ebenfalls durch die Versorgungsschaltung15 mit Energie versorgt. Theadapter electronics 14 also includes for converting the digital two-wire signals into for transmission by means of the radio module 19th suitable signals and vice versa a HART modem 17th which is used for communication with the radio unit 19th for example by means of a serial interface 21st , for example UART, is connected. The HART modem 17th is also through thesupply circuit 15 energized.
Damit der bzw. die Adapterelektronik14 digitale Zweileitersignale über den Abgriffspunkt23 zugeführt oder auf den SchleifenstromI aufmoduliert werden kann, ist ferner ein Kommunikationswiderstand18 in der ersten elektrischen Verbindungsleitung25 vorgesehen. Über den Kommunikationswiderstand18 wird eine gemäß dem zu übertragenden digitalen Zweileitersignal entsprechende Spannungsmodulation realisiert. Der Kommunikationswiderstand18 ist hierbei zwischen der Versorgungsschaltung15 und dem ersten Anschlusselement16a in der ersten elektrischen Verbindungsleitung25 angeordnet.So that theadapter electronics 14 digital two-wire signals via thetap 23 fed or on the loop current I. can be modulated, is also a communication resistor 18th in the first electrical connection line 25th intended. Via the communication resistor 18th a voltage modulation corresponding to the digital two-wire signal to be transmitted is implemented. The communication resistance 18th is here between thesupply circuit 15 and thefirst connection element 16a in the first electrical connection line 25th arranged.
Damit die Adapterelektronik14 digitale Zweileitersignale zu dem Feldgerät1 kommunizieren kann, ist das HART Modem17 vorzugsweise als ein sekundärer Master eingerichtet. Auf diese Weise lässt sich bspw. ein Feldgerät1 drahtlos über Funksignale, die von dem Funkmodul19 des Feldgeräteadapters6 empfangen und durch das HART-Moden17 in entsprechende digitale Zweileitersignale umgewandelt wurden, parametrieren.So that theadapter electronics 14 digital two-wire signals to thefield device 1 can communicate is the HART modem 17th preferably set up as a secondary master. In this way, for example, afield device 1 wirelessly via radio signals from the radio module 19th of thefield device adapter 6 received and by the HART fashions 17th have been converted into corresponding digital two-wire signals.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Feldgerätes1, an dem ein Feldgeräteadapter6 mit seinem ersten Ende8 mechanisch angebracht ist, sodass das Feldgerät1 und der Feldgeräteadapter6 eine mechanisch verbundene Einheit bilden. Der Feldgeräteadapter6 kann dabei, wie in3 dargestellt, derartig angeordnet sein, dass er sich zwischen der Gehäuseöffnung3 des Feldgerätes1 und der eigentlich auf die Gehäuseöffnung des Feldgerätes gehörende Kabelverschraubung5 befindet. In diesem Fall, ist das Adaptergehäuses7 derartig ausgebildet, dass die Kabelverschraubung5 an dem entsprechend ausgebildeten zweiten Ende9 befestigbar bzw. anschraubbar ist. Beispielsweise kann das zweite Ende9 in Form einer PG-Kabelverschraubung mit einem M20 Gewinde gemäß der im Mai 2014 veröffentlichtenNorm DIN EN 62444 ausgebildet sein. 3rd shows a schematic representation of afield device 1 on which afield device adapter 6 with its first end 8th is mechanically attached so that thefield device 1 and thefield device adapter 6 form a mechanically connected unit. Thefield device adapter 6 can, as in 3rd shown, arranged such that it is between the housing opening 3rd of thefield device 1 and the cable gland that actually belongs to the housing opening of thefield device 5 located. In this case, theadapter housing 7 designed such that thecable gland 5 at the appropriately trained second end 9 can be attached or screwed on. For example, the second end 9 in the form of a PG cable gland with an M20 thread according to the one published in May 2014 Standard DIN EN 62444 be trained.
Alternativ kann der Feldgeräteadapter6 auch derartig ausgebildet sein, dass das Adaptergehäuse7 als Kabelverschraubung dient und somit eine separate Kabelverschraubung beim Anschließen an das Feldgerät1 entfällt.Alternatively, thefield device adapter 6 also be designed such that theadapter housing 7 serves as a cable gland and thus a separate cable gland when connecting to thefield device 1 not applicable.
In beiden Fällen bilden das Feldgerät1 und der an die Gehäuseöffnung3 des Feldgerätes1 mechanisch angebrachte Feldgeräteadapter eine mechanisch verbundene Einheit.In both cases form thefield device 1 and the one on the case opening 3rd of thefield device 1 mechanically attached field device adapter a mechanically connected unit.
Im Gegensatz dazu, zeigt4 eine schematische Darstellung eines Feldgerätes1 und eines Feldgeräteadapters6, die jeweils eine, voneinander getrennte mechanische Einheit bilden und elektrisch über eine Verbindungsleitung, insbesondere eine zweite Zweidrahtleitung27miteinander verbunden sind. Dadurch, dass der Feldgeräteadapter6 nur über die Verbindungsleitung27 elektrisch und nicht über eine mechanische Verbindung mit dem Feldgerät1 verbunden ist, ist der Feldgeräteadapter6 flexibel in einer Automatisierungsanlage platzierbar, sodass er sich quasi unabhängig vom Einbauort des Feldgerätes1 aufstellen lässt.In contrast, shows 4th a schematic representation of afield device 1 and afield device adapter 6 , each forming a separate mechanical unit and electrically via a connecting line, in particular a second two-wire line 27th are interconnected. The fact that thefield device adapter 6 only via the connecting line 27th electrical and not via a mechanical connection to thefield device 1 is connected, is thefield device adapter 6 Can be flexibly placed in an automation system so that it is virtually independent of the installation location of thefield device 1 can be set up.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Feldgerät der AutomatisierungstechnikField device of automation technology
- 22nd
- FeldgerätegehäuseField device housing
- 33rd
- GehäuseöffnungHousing opening
- 44th
- FeldgeräteelektronikField device electronics
- 55
- KabelverschraubungCable gland
- 66
- FeldgeräteadapterField device adapter
- 77
- AdaptergehäuseAdapter housing
- 88th
- Erstes Ende des AdaptergehäusesFirst end of the adapter housing
- 99
- Zweites Ende des AdaptergehäusesSecond end of the adapter housing
- 1010th
- AdapterkammerAdapter chamber
- 11a11a
- Drittes AnschlusselementThird connection element
- 11b11b
- Viertes AnschlusselementFourth connection element
- 1212
- (Erste) Zweidrahtleitung(First) two-wire line
- 1313
- Anschlussklemmen des FeldgerätesConnection terminals of the field device
- 1414
- AdapterelektronikAdapter electronics
- 1515
- VersorgungsschaltungSupply circuit
- 16a16a
- Erstes AnschlusselementFirst connection element
- 16b16b
- Zweites AnschlusselementSecond connection element
- 1717th
- HART ModemHART modem
- 1818th
- KommunikationswiderstandCommunication resistance
- 1919th
- FunkmodulRadio module
- 2020th
- Mechanisches Anschlusselement, bspw. M20-Gewinde zum mechanischen Anschluss des Adapters an eine Kabelverschraubung eines FeldgerätesMechanical connection element, e.g. M20 thread for mechanical connection of the adapter to a cable gland of a field device
- 2121st
- serielle Schnittstelleserial interface
- 2222
- Leitungen zur SpannungsversorgungPower supply lines
- 2323
- AbgriffspunktTap point
- 2424th
- MasseanschlussGround connection
- 25 25th
- Erste elektrische VerbindungsleitungFirst electrical connection line
- 2626
- Zweite elektrische VerbindungsleitungSecond electrical connection line
- 2727th
- Verbindungsleitung, vorzugsweise zweite ZweidrahtleitungConnection line, preferably second two-wire line
- II.
- SchleifenstromLoop current
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant has been generated automatically and is only included for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- Norm DIN EN 62444 [0023, 0037]Standard DIN EN 62444 [0023, 0037]