DE102023130430A1 - Electronic circuit for a field device or radio adapter - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Elektronische Schaltung für ein Feldgerät oder einen Funkadapter zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich, aufweisend:
- eine Schnittstelle (5a) zum Anschließen der elektronischen Schaltung an eine Feldgeräteschnittstelle (15) des Feldgerätes oder zum Anschließen der elektronischen Schaltung an eine Zweidrahtleitung, um die elektronische Schaltung mit Energie zu versorgen;
- eine elektronische Komponente (6), die zumindest zeitweise eine höhere Energie benötigt als die über die Schnittstell zur Verfügung gestellte Energie;
- einen Energiespeicher (18), der dazu eingerichtet ist, Energie, die über die Schnittstelle (5a) übertragen wird, zu speichern und bei Bedarf der elektronischen Komponente zur Verfügung zu stellen;
- eine Ex-Schutzeinheit (21) mit zumindest einer Spannungsbegrenzungseinheit (21.2), welche dazu eingerichtet ist, eine über dem Energiespeicher (18) anliegende Spannung auf einen maximalen Wert zu begrenzen, wobei die Ex-Schutzeinheit (21) ferner dazu eingerichtet ist, die Spannungsbegrenzungseinheit (21.2) erst ab einem Spannungswert zu aktiveren, der weniger als 15% unterhalb des maximalen Werts liegt.

Electronic circuit for a field device or a radio adapter for use in a potentially explosive atmosphere, comprising:
- an interface (5a) for connecting the electronic circuit to a field device interface (15) of the field device or for connecting the electronic circuit to a two-wire line in order to supply the electronic circuit with energy;
- an electronic component (6) which at least temporarily requires a higher energy than the energy provided via the interface;
- an energy storage device (18) which is designed to store energy transmitted via the interface (5a) and to make it available to the electronic component when required;
- an explosion protection unit (21) with at least one voltage limiting unit (21.2) which is designed to limit a voltage applied across the energy storage device (18) to a maximum value, wherein the explosion protection unit (21) is further designed to activate the voltage limiting unit (21.2) only from a voltage value which is less than 15% below the maximum value.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schaltung für ein Feldgerät oder einen Funkadapter zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich.The invention relates to an electronic circuit for a field device or a radio adapter for use in a potentially explosive atmosphere.

In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, etc., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten.In process automation technology, field devices are often used to record and/or influence process variables. Sensors such as level gauges, flow meters, pressure and temperature gauges, pH/redox potential meters, conductivity meters, etc., are used to record process variables, measuring the corresponding process variables: level, flow, pressure, temperature, pH value, or conductivity. Field devices are essentially all devices that are used close to the process and that provide or process-relevant information.

Gegenwärtig sind in einer Vielzahl der bestehenden Automatisierungsanlagen noch Zweileiterfeldgeräte gängig, die über eine Zweidrahtleitung zu einer übergeordneten Einheit, bspw. eine Steuereinheit SPS, verbunden sind. Die Zweileiterfeldgeräte sind derartig ausgebildet, dass eine Energieversorgung über die Zweidrahtleitung erfolgt. Ferner sind die Zweileiterfeldgeräte 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. Neben der primären Funktion, nämlich der Erzeugung von Messwerten, weisen moderne Feldgeräte zahlreiche weitere Funktionalitäten auf, die ein effizientes und sicheres Führen des zu beobachtenden Prozesses unterstützen. Dazu zählen u. a. solche Funktionen, wie die Eigenüberwachung des Feldgerätes, das Abspeichern von Messwerten, das Erzeugen von Steuersignalen für Stellglieder, etc..Currently, many existing automation systems still use two-wire field devices connected to a higher-level unit, such as a PLC control unit, via a two-wire cable. These two-wire field devices are designed so that power is supplied via the two-wire cable. Furthermore, they are designed so that the measured or control values, as the main process variable, are communicated, i.e., transmitted, via the two-wire cable in the form of an analog 4-20 mA signal. In addition to their primary function of generating measured values, modern field devices offer numerous additional functionalities that support the efficient and safe management of the process being monitored. These include functions such as self-monitoring of the field device, saving measured values, generating control signals for actuators, etc.

Ferner werden in der Prozessautomatisierung Zunehmens so genannte Funkadapter eingesetzt, die entweder direkt an ein Feldgerät angeschlossen werden oder aber beanstandet davon, in die bestehende Verdrahtung, insb. eine Zweidrahtleitung eingebracht werden, um die erfassten Prozessvariablen drahtlos zu übertragen.Furthermore, so-called radio adapters are increasingly being used in process automation. These adapters are either connected directly to a field device or, if not connected to it, are integrated into the existing wiring, especially a two-wire cable, in order to transmit the recorded process variables wirelessly.

Eine Vielzahl solcher Feldgeräte und Funkadapter werden von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.A large number of such field devices and wireless adapters are manufactured and distributed by Endress + Hauser.

Aufgrund der Versorgung über die Zweidrahtleitung sind die Feldgeräte und Funkadapter in der Regel hinsichtlich der Energiezufuhr stark beschränkt. Dies führt dazu, dass die einzelnen elektrischen Komponenten üblicherweise derartig aufeinander abgestimmt sind, dass der Gesamtenergiebedarf eine durch die Zweidrahtleitung maximal zur Verfügung gestellte Energie gerade nicht überschreitet. Aufgrund der beschränkt zur Verfügung stehenden Energie ist es somit nicht ohne weiteres möglich energieträchtige elektronische Komponenten, wie z.B. eine Funkschnittstelle zur drahtlosen Übertragung der Prozessvariablen, zu realisieren.Due to the two-wire cable supply, field devices and wireless adapters are typically severely limited in terms of power supply. This means that the individual electrical components are typically coordinated in such a way that the total energy requirement just does not exceed the maximum energy available via the two-wire cable. Due to the limited energy available, it is therefore not easily possible to implement energy-intensive electronic components, such as a wireless interface for wireless transmission of process variables.

Um dennoch auch solche energieträchtigen elektronischen Komponenten in einem Feldgerät oder einem Funkadapter betreiben zu können, werden Energiespeicher, z. B. in Form von Batterien oder Kondensatoren, insb. von Superkondensatoren oder hochkapazitiven Kondensatoren, verwendet. Über die Batterien bzw. Kondensatoren kann die über die Zweidrahtleitung zur Verfügung gestellte Energie gespeichert und bei Bedarf wieder abgegeben werden.To still be able to operate such high-energy electronic components in a field device or wireless adapter, energy storage devices, such as batteries or capacitors, especially supercapacitors or high-capacitance capacitors, are used. The batteries or capacitors can store the energy provided via the two-wire cable and release it again when needed.

Um das Feldgerät oder den Funkadapter ferner in Bereichen betreiben zu können, in denen potentiell Explosionsgefahr besteht, sogenannte explosionsgefährdete Bereiche, werden üblicherweise Ex-Schutzmaßnahmen in dem Feldgerät bzw. dem Funkadapter umgesetzt. In der Norm IEC EN DIN 60079-ff sind hierfür entsprechende Schutzprinzipien festgelegt worden. Gemäß dieser Norm, sind, basierend auf den anzuwendenden Zündschutzarten, unter anderem schaltungstechnische Maßnahmen für die Elektronik des Feldgerätes bzw. des Funkadapters zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen definiert. Einer dieser Zündschutzarten stellt die Zündschutzart „Eigensicherheit“ (Kennzeichnung Ex-i,IEC EN DIN 60079-11, Ausgabe Juni 2012) dar.In order to be able to operate the field device or the radio adapter in areas where there is a potential risk of explosion, so-called potentially explosive areas, explosion protection measures are usually implemented in the field device or the radio adapter. The corresponding protection principles for this have been defined in the IEC EN DIN 60079-ff standard. According to this standard, based on the applicable types of protection, circuitry measures for the electronics of the field device or the radio adapter for use in potentially explosive areas are defined. One of these types of protection is the "intrinsic safety" type of protection (marked Ex-i, IEC EN DIN 60079-11 , June 2012 edition).

Die Zündschutzart „Eigensicherheit“ basiert auf dem Prinzip der Strom- und Spannungsbegrenzung in einem Stromkreis. Die Energie des Stromkreises, die in der Lage sein könnte, eine explosionsfähige Atmosphäre zum Zünden zu bringen, wird dabei so begrenzt, dass weder durch Funken noch durch unzulässige Erwärmung der elektrischen Bauteile die Zündung der umgebenden explosionsfähigen Atmosphäre stattfinden kann. Aus diesem Grund wird für gewöhnlich den zuvor genannten Energiespeichern ein Spannungsbegrenzungsschaltung vorgeschaltet, die eine über dem Energiespeicher anliegende Spannung auf einen maximalen Wert begrenzt. Hierzu werden üblicherweise Dioden, insb. Z-Dioden eingesetzt.The "intrinsic safety" type of protection is based on the principle of current and voltage limitation in an electrical circuit. The energy in the circuit that could potentially ignite an explosive atmosphere is limited in such a way that neither sparks nor excessive heating of the electrical components can ignite the surrounding explosive atmosphere. For this reason, a voltage limiting circuit is usually installed upstream of the aforementioned energy storage devices, which limits the voltage across the energy storage device to a maximum value. Diodes, especially Zener diodes, are typically used for this purpose.

Nachteilig an derartigen Spannungsbegrenzungsschaltungen ist, dass diese einen Leckstrom aufweisen, über den der Energiespeicher, vorzugsweise beim längerfristigen Lagern der Elektronik ohne Betriebsphasen, entladen, insb. tiefenentladen wird.The disadvantage of such voltage limiting circuits is that they have a leakage current, via which the energy storage device is discharged, especially deep discharged, especially when the electronics are stored for longer periods without operating phases.

Der Erfindung liegt die somit Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.The invention is therefore based on the object of providing a remedy for this situation.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die elektronische Schaltung für ein Feldgerät oder einen Funkadapter gemäß Patentanspruch 1, das Feldgerät der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 11 und den Funkadapter der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 12.The object is achieved according to the invention by the electronic circuit for a field device or a radio adapter according to patent claim 1, the field device of automation technology according to patent claim 11 and the radio adapter of automation technology according topatent claim 12.

Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung für ein Feldgerät oder einen Funkadapter zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich, umfasst:

• - eine Schnittstelle zum Anschließen der elektronischen Schaltung an eine Feldgeräteschnittstelle des Feldgerätes oder zum Anschließen der elektronischen Schaltung an eine Zweidrahtleitung, um die elektronische Schaltung mit Energie zu versorgen;
• - eine elektronische Komponente, die zumindest zeitweise eine höhere Energie benötigt als die über die Schnittstelle zur Verfügung gestellte Energie;
• - einen Energiespeicher, der mit der Schnittstelle und der elektronischen Komponente verbunden und dazu eingerichtet ist, Energie, die über die Schnittstelle übertragen wird, zu speichern und bei Bedarf der elektronischen Komponente zur Verfügung zu stellen;
• - eine Ex-Schutzeinheit mit zumindest einer Spannungsbegrenzungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, eine über dem Energiespeicher anliegende Spannung auf einen maximalen Wert zu begrenzen, wobei die Ex-Schutzeinheit ferner dazu eingerichtet ist, die Spannungsbegrenzungseinheit erst ab einem Spannungswert zu aktiveren, der weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% unterhalb des maximalen Werts liegt.

The electronic circuit according to the invention for a field device or a radio adapter for use in a potentially explosive atmosphere comprises:

• - an interface for connecting the electronic circuit to a field device interface of the field device or for connecting the electronic circuit to a two-wire line to supply power to the electronic circuit;
• - an electronic component which, at least temporarily, requires a higher energy than the energy provided via the interface;
• - an energy storage device connected to the interface and the electronic component and configured to store energy transmitted via the interface and to make it available to the electronic component when required;
• - an explosion protection unit with at least one voltage limiting unit which is designed to limit a voltage applied across the energy storage device to a maximum value, wherein the explosion protection unit is further designed to activate the voltage limiting unit only from a voltage value which is less than 15%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 5% below the maximum value.

Erfindungsgemäß wird eine elektronische Schaltung für ein Feldgerät oder einen Funkadapter vorgeschlagen, die dadurch für den Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich ausgelegt ist, dass einem Energiespeicher eine Ex-Schutzeinheit vorgeschaltet ist, die mittels einer Spannungsbegrenzungseinheit im Fehlerfall die über dem Energiespeicher anliegende Spannung auf einem maximalen Wert begrenzt und die erfindungsgemäß ferner dazu eingerichtet ist, die Spannungsbegrenzungseinheit erst ab einem Spannungswert zu aktiveren, der weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% unterhalb des maximalen Werts liegt. Dadurch, dass die Spannungsbegrenzungseinheit erst kurz vor dem Erreichen des maximalen Wertes, auf den die Spannung über dem Energiespeicher im Fehlerfall begrenzt wird, aktiviert wird, weist die Schaltung im eingebauten Zustand eine zu vernachlässigbaren Verlustleistung auf. Dies ermöglicht beispielsweise, dass eine derartige elektronische Schaltung über einen längeren Zeitraum im eingebauten Zustand in einem Lager gelagert werden kann.According to the invention, an electronic circuit for a field device or a radio adapter is proposed, which is designed for use in a potentially explosive atmosphere in that an explosion-proof unit is connected upstream of an energy storage device, which limits the voltage across the energy storage device to a maximum value in the event of a fault by means of a voltage limiting unit and which is further configured according to the invention to only activate the voltage limiting unit from a voltage value that is less than 15%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 5% below the maximum value. Because the voltage limiting unit is only activated shortly before the maximum value to which the voltage across the energy storage device is limited in the event of a fault is reached, the circuit has negligible power loss when installed. This makes it possible, for example, for such an electronic circuit to be stored in a warehouse in its installed state for an extended period of time.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der elektronischen Schaltung sieht vor, dass die Ex-Schutzeinheit ferner dazu eingerichtet ist, die Spannungsbegrenzungseinheit zu deaktivieren, wenn die über dem Energiespeicher anliegende Spannung nicht weniger als 15%, vorzugsweise nicht weniger als 10%, besonders bevorzugt nicht weniger als 5% unterhalb des maximalen Werts liegt.An advantageous embodiment of the electronic circuit provides that the explosion protection unit is further configured to deactivate the voltage limiting unit if the voltage across the energy storage device is not less than 15%, preferably not less than 10%, particularly preferably not less than 5% below the maximum value.

Eine weiter vorteilhafte Ausgestaltung der elektronischen Schaltung sieht vor, dass die Ex-Schutzeinheit ferner ein, vorzugsweise in Reihe zu der Spannungsbegrenzungseinheit angeschlossenes Schaltungselement und eine Steuerschaltung umfasst, wobei die Steuerschaltung und das Schaltungselement derartig miteinander verschaltet und dazu ausgebildet sind, die Spannungsbegrenzungseinheit erst ab einem Spannungswert der weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% unterhalb des maximalen Werts liegt zu aktivieren. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass das Schaltungselement einen Transistor, vorzugsweise einen Feldeffekttransistor, besonders bevorzugt einen p-Kanal selbstsperrenden MOSFET umfasst.A further advantageous embodiment of the electronic circuit provides that the explosion-proof unit further comprises a circuit element, preferably connected in series with the voltage limiting unit, and a control circuit. The control circuit and the circuit element are interconnected in such a way and are designed to activate the voltage limiting unit only from a voltage value that is less than 15%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 5% below the maximum value. In particular, the embodiment can provide that the circuit element comprises a transistor, preferably a field-effect transistor, particularly preferably a p-channel normally-off MOSFET.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der elektronischen Schaltung sieht vor, dass die Steuerschaltung eine Schmitt-Trigger-Schaltung oder eine Komparator-Schaltung umfasst.A further advantageous embodiment of the electronic circuit provides that the control circuit comprises a Schmitt trigger circuit or a comparator circuit.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der elektronischen Schaltung sieht vor, dass der maximale Wert, auf den die Spannungsbegrenzungseinheit die über dem Energiespeicher anliegende Spannung begrenzt, einem für den Energiespeicher vorgegebenen Wert, bei dem der Energiespeicher im ordnungsgemäßen Betrieb zu betreiben ist, entspricht.A further advantageous embodiment of the electronic circuit provides that the maximum value to which the voltage limiting unit limits the voltage applied across the energy storage device corresponds to a value specified for the energy storage device at which the energy storage device is to be operated in proper operation.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der elektronischen Schaltung sieht vor, dass der maximale Wert im Bereich von 2-10 V, besonders bevorzugt im Bereich von 3-8 V, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 3-6 V liegt.A further advantageous embodiment of the electronic circuit provides that the maximum value is in the range of 2-10 V, particularly preferably in the range of 3-8 V, most preferably in the range of 3-6 V.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der elektronischen Schaltung sieht vor, dass die Spannungsbegrenzungseinheit zumindest eine Diode, insb. eine Z-Diode, mit einer Diodenspannung, insb. einer Z-Spannung, die dem maximalen Wert entspricht, umfasst.A further advantageous embodiment of the electronic circuit provides that the voltage limiting unit comprises at least one diode, in particular a Z-diode, with a diode voltage, in particular a Z-voltage, which corresponds to the maximum value.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der elektronischen Schaltung sieht vor, dass der Energiespeicher eine Batterie oder einen Kondensator, insb. einen Superkondensator oder einen hochkapazitiven Kondensator umfasst.A further advantageous embodiment of the electronic circuit provides that the energy storage device comprises a battery or a capacitor, in particular a supercapacitor or a high-capacity capacitor.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der elektronischen Schaltung sieht vor, dass die elektronische Komponente ein Funkmodul umfasst, welches insbesondere dazu eingerichtet ist, ein Datenpaket gemäß einem Standard eines Low Power Wide Area Networks drahtlos auszusenden.A further advantageous embodiment of the electronic circuit provides that the electronic component comprises a radio module which is particularly designed to wirelessly transmit a data packet in accordance with a standard of a Low Power Wide Area Network.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Feldgerät der Automatisierungstechnik aufweisend eine elektronische Schaltung nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen, wobei die Schnittstelle zum Anschließen der elektronischen Schaltung an eine Feldgeräteschnittstelle des Feldgerätes angeschlossen ist, so dass das Feldgerät die elektronische Schaltung mit Energie versorgt.The invention further relates to a field device of automation technology comprising an electronic circuit according to one of the previously described embodiments, wherein the interface for connecting the electronic circuit is connected to a field device interface of the field device, so that the field device supplies the electronic circuit with energy.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Funkadapter der Automatisierungstechnik aufweisend eine elektronische Schaltung nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen, wobei die Schnittstelle zum Anschließen der elektronischen Schaltung an eine Zweidrahtleitung angeschlossen ist, so dass die elektronische Schaltung über die Zweidrahtleitung mit Energie versorgt wird.The invention further relates to a radio adapter for automation technology comprising an electronic circuit according to one of the previously described embodiments, wherein the interface for connecting the electronic circuit is connected to a two-wire line, so that the electronic circuit is supplied with energy via the two-wire line.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

• 1: eine schematische Darstellung eines Feldgerätes an den ein Funkadapter mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten elektronischen Schaltung an eine Feldgeräteschnittstelle des Feldgerätes angeschlossen ist, und
• 2: eine erfindungsgemäß ausgebildete elektronische Schaltung.

The invention is explained in more detail with reference to the following drawings. It shows:

• 1 : a schematic representation of a field device to which a radio adapter with an electronic circuit designed according to the invention is connected to a field device interface of the field device, and
• 2 : an electronic circuit designed according to the invention.

1 zeigt ein Zweileiterfeldgerät 1, welches ein vorzugsweise metallisches Gehäuse 2 umfasst, indem eine Feldgeräteelektronik 4 angeordnet ist. Das Feldgerät 1 ist derartig ausgebildet, dass dieses Anschlussklemmen 13 aufweist, über die eine Zweidrahtleitung 12 elektrisch angeschlossen ist bzw. anschließbar ist. Über die Zweidrahtleitung 12 wird die Feldgeräteelektronik 4 und somit das Feldgerät 1 an eine, in1 nicht gesondert dargestellte, übergeordnete Einheit angeschlossen, um mit der übergeordneten Einheit Daten drahtgebunden zu kommunizieren. Hierbei können die Messwerte bspw. als Haupt-Prozessvariable über die Zweidrahtleitung 12 analog in Form eines 4-20 mA Stromsignals kommuniziert werden, indem ein entsprechender Stromwert des 4-20 mA Stromsignals durch die Feldgeräteelektronik 4 gestellt wird. Andere Daten, die bspw. Parameter des Feldgerätes umfassen können, werden in Form eines digitalen Zweileitersignals, bspw. gemäß dem HART Standard, übertragen.1 shows a two-wire field device 1, which comprises a preferablymetallic housing 2 in which afield device electronics 4 is arranged. The field device 1 is designed in such a way that it hasconnection terminals 13, via which a two-wire line 12 is or can be electrically connected. Via the two-wire line 12, thefield device electronics 4 and thus the field device 1 are connected to a 1 A higher-level unit (not shown separately) is connected to the master unit for wired data communication with the master unit. The measured values, for example, can be communicated as a main process variable via the two-wire line 12 in the form of an analog 4-20 mA current signal by providing a corresponding current value of the 4-20 mA current signal via thefield device electronics 4. Other data, which may include field device parameters, are transmitted in the form of a digital two-wire signal, for example, according to the HART standard.

Ferner wird über die Zweidrahtleitung bzw. das 4-20 mA Stromsignal l2 die Feldgeräteelektronik 4 auch mit Energie versorgt. Hierfür wird der Feldgeräteelektronik in Abhängigkeit einer Klemmspannung Uk, die an den Anschlussklemmen anliegt, und dem 4-20 mA Stromsignal, eine Betriebsleistung zur Verfügung gestellt. Für gewöhnlich umfasst die Klemmspannung Uk einen minimalen Spannungswert von ca. 10 V, so dass sich eine minimale Betriebsleistung für die Feldgeräteelektronik von Pmin = 10V * 4 mA = 40 mW ergibt. Die Klemmspannung kann prinzipiell aber auch einen davon abweichenden Wert aufweisen, bspw. einen Wert aus dem Bereich von 10-30 V, so dass sich auch die minimale Betriebsleistung, die dem Feldgerät zur Verfügung steht, ändert.Furthermore, thefield device electronics 4 are also supplied with power via the two-wire cable or the 4-20 mA current signal l2. For this purpose, an operating power is provided to the field device electronics depending on a clamping voltage Uk applied to the connection terminals and the 4-20 mA current signal. The clamping voltage Uk usually has a minimum voltage value of approximately 10 V, resulting in a minimum operating power for the field device electronics of Pmin = 10 V * 4 mA = 40 mW. In principle, however, the clamping voltage can also have a different value, e.g., a value in the range of 10-30 V, which also changes the minimum operating power available to the field device.

Um einen sicheren Betrieb des Feldgerätes 1 zu gewähren, ist die Feldgeräteelektronik 4 derartig ausgebildet, dass sämtliche Funktionen, insbesondere das Erfassen bzw. Stellen von Messwerten, die Bearbeitung dieser und die Übertragung bzw. Stellen eines entsprechenden Stromwertes des 4-20 mA Stromsignales mittels der minimalen Betriebsleistung Pmin durchführbar sind.In order to ensure safe operation of the field device 1, thefield device electronics 4 are designed in such a way that all functions, in particular the acquisition or setting of measured values, the processing of these and the transmission or setting of a corresponding current value of the 4-20 mA current signal can be carried out by means of the minimum operating power Pmin.

Ferner kann die Feldgeräteelektronik 4 werkseitig, d.h. durch den Feldgerätehersteller, dazu eingerichtet sein, dass ein Teil der minimalen Betriebsleistung dauerhaft für ein Display zum Anzeigen von bspw. Mess- bzw. Stellwerten oder den anderen Daten, wie Parameter bzw. Konfigurationswerte des Feldgerätes, etc., zur Verfügung steht.Furthermore, thefield device electronics 4 can be set up at the factory, i.e. by the field device manufacturer, so that part of the minimum operating power is permanently available for a display to show, for example, measured or set values or other data, such as parameters or configuration values of the field device, etc.

Das Display 14, welches entweder als Teil der Feldgeräteelektronik oder als separate Einheit ausgebildet sein kann, kann über eine interne Feldgeräteschnittstelle mit der Feldgeräteelektronik verbunden bzw. verbindbar sein. Das Feldgerät kann ferner eine Displayaufnahme bzw. Halterung zur mechanischen Fixierung des Displays aufweisen. Die Displayaufnahme kann bspw. als Teil der Feldgeräteelektronik ausgebildet sein. Die Displayaufnahme kann ferner derartig in dem Feldgerät angeordnet sein, dass ein sich darin gehaltenes Display in einem Gehäuseabschnitt mit einer transparenten Gehäusewand, bspw. einem Gehäusedeckel, befindet.Thedisplay 14, which can be configured either as part of the field device electronics or as a separate unit, can be connected or connectable to the field device electronics via an internal field device interface. The field device can further comprise a display mount or holder for mechanically securing the display. The display mount can, for example, be configured as part of the field device electronics. The display mount can further be arranged in the field device such that a display held therein is located in a housing section with a transparent housing wall, for example, a housing cover.

1 zeigt ferner einen Funkadapter 5 mit einer Adapterelektronik zum Anschließen an das Feldgerät. Der Funkadapter kann bspw. an die für das Display 14 vorgesehene interne Feldgeräteschnittstelle 15 mittels einer Leitung angeschlossen werden, so dass das Feldgerät 1 nachträglich, d.h. nachdem dieses bereits in eine Automatisierungsanlage integriert wurde, zur drahtlosen Datenübertragung umgerüstet werden kann. Beispielsweise kann der Funkadapter 5 durch einen Servicetechniker angebracht werden, indem dieser den Deckel 2a des Gehäuses 2 zur Freilegung der Schnittstelle mechanisch entfernt, die Verbindungsleitung 14b zum Display 14 von der Schnittstelle 15 löst und anschließend den Funkadapter 5 an die Schnittstelle 15 mittels einer entsprechenden Verbindungsleitung anschließt.1 further shows aradio adapter 5 with adapter electronics for connection to the field device. The radio adapter can, for example, be connected to the internalfield device interface 15 provided for thedisplay 14 via a cable, so that the field device 1 can be subsequently converted for wireless data transmission, ie after it has already been integrated into an automation system. For example, theradio adapter 5 can be installed by a service technician by mechanically removing thecover 2a of thehousing 2 to expose the interface, detaching the connectingcable 14b to thedisplay 14 from theinterface 15 and then connecting theradio adapter 5 to theinterface 15 by means of a corresponding connecting cable.

Um den Funkadapter 5 in der eigentlich für das Display 14 vorgesehenen Halterung 19 mechanisch zu fixieren, kann eine äußere Kontur des Funkadapters 5 im Wesentlichen zu einer äußeren Kontur des Displays 14a korrespondieren, so dass die Halterung 19 den Funkadapter 5 aufnehmen kann.In order to mechanically fix theradio adapter 5 in theholder 19 actually provided for thedisplay 14, an outer contour of theradio adapter 5 can essentially correspond to an outer contour of thedisplay 14a, so that theholder 19 can accommodate theradio adapter 5.

Neben dem in1 dargestellte Ausführungsbeispiel, bei dem der Funkadapter an das Feldgerät angeschlossen wird, kann ein weiteres Ausführungsbeispiel vorsehen, dass der Funkadapter nicht direkt an das Feldgerät angeschlossen wird, sondern direkt in die Zweidrahtleitung eingebracht wird bzw. an diese angeschlossen wird.In addition to the 1 In addition to the embodiment shown, in which the radio adapter is connected to the field device, a further embodiment can provide that the radio adapter is not connected directly to the field device, but is inserted directly into the two-wire line or is connected to it.

Der Adapterelektronik umfasst ferner eine Strombegrenzungsschaltung 16 die dazu eingerichtet ist, einen über die Schnittstelle 15 fließenden Strom l2 auf einen, vorzugsweise vom Feldgerät 1 abgefragten Wert zu begrenzen, so dass dem Funkadapter 5 nur eine maximale Betriebsleistung über die Schnittstelle bereitgestellt wird. Die Strombegrenzungsschaltung 16 kann dazu eingerichtet sein, den Wert, auf den der über die Schnittstelle 15 fließenden Strom l2 begrenzt wird, anzupassen, insb. in Abhängigkeit der an den Anschlussklemmen 13 anliegenden Klemmspannung Uk und dem 4-20mA Stromsignal zu optimieren.The adapter electronics further comprises a current limitingcircuit 16 configured to limit a current l2 flowing via theinterface 15 to a value, preferably queried by the field device 1, so that only maximum operating power is provided to theradio adapter 5 via the interface. The current limitingcircuit 16 can be configured to adjust the value to which the current l2 flowing via theinterface 15 is limited, in particular to optimize it as a function of the terminal voltage Uk applied to theconnection terminals 13 and the 4-20 mA current signal.

Ferner umfasst die Adapterelektronik einen einstellbaren Ausgangsspannungsaufwärtswandler 17, der an einem Eingang 17a mit einem Ausgang 16b der Strombegrenzungsschaltung 16 verbunden ist. Der Ausgangsspannungsaufwärtswandler 17 ist dazu eingerichtet, eine Eingangsspannung, die an seinem Eingang bzw. dem Ausgang der Strombegrenzungsschaltung anliegt, auf eine im Vergleich zu der Eingangsspannung höhere Ausgangsspannung zu wandeln. Beispielsweise kann der Ausgangsspannungsaufwärtswandler 17 derartig eingerichtet sein, dass eine Eingangsspannung auf eine höhere Ausgangsspannung gewandelt wird. In dem beschrieben Ausführungsbeispiel wandelt der Ausgangsspannungsaufwärtswandler 17 von ca. 3 V auf ca. 3,9 V, die an einem Ausgang des Ausgangsspannungsaufwärtswandler 17b bereitgestellt wird.The adapter electronics further comprise an adjustable outputvoltage boost converter 17, which is connected at aninput 17a to anoutput 16b of the current limitingcircuit 16. The outputvoltage boost converter 17 is configured to convert an input voltage applied to its input or the output of the current limiting circuit to an output voltage that is higher than the input voltage. For example, the outputvoltage boost converter 17 can be configured to convert an input voltage to a higher output voltage. In the described embodiment, the outputvoltage boost converter 17 converts from approximately 3 V to approximately 3.9 V, which is provided at an output of the outputvoltage boost converter 17b.

An dem Ausgang 17b des Ausgangsspannungsaufwärtswandlers 17 ist mit einem Eingang ein Laderegler 20 angeschlossen, der zumindest dazu eingerichtet ist, das Laden des Energiespeichers zu regeln. Hierfür kann der Laderegler 20 einen Operationsverstärker N1 und einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) V1 aufweisen. Der Laderegler 20 kann insbesondere dafür ausgebildet sein, dass der Energiespeicher 18 mit einer maximal möglichen Leistung geladen wird. Dies kann bspw. dadurch realisiert sein, dass der Eingang des Ausgangsspannungsaufwärtswandler 17a, z.B. durch den Operationsverstärker N1, auf einen möglichen Spannungseinbruch überwacht wird und im Falle eines solchen Spannungseinbruchs das Laden bzw. der Ladestrom, z.B. durch den MOSFET, entsprechend geregelt wird. Auf diese Weise kann der Energiespeicher am maximal möglichen Ladepunkt geladen werden.Acharge controller 20 is connected to theoutput 17b of the outputvoltage boost converter 17 via an input, which is at least configured to regulate the charging of the energy storage device. For this purpose, thecharge controller 20 can have an operational amplifier N1 and a metal oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) V1. Thecharge controller 20 can be designed, in particular, to charge theenergy storage device 18 with the maximum possible power. This can be achieved, for example, by monitoring the input of the outputvoltage boost converter 17a, e.g., by the operational amplifier N1, for a possible voltage drop, and, in the event of such a voltage drop, regulating the charging or charging current accordingly, e.g., by the MOSFET. In this way, the energy storage device can be charged at the maximum possible charging point.

Um den Funkadapter auch in den eingangs erwähnten explosionsgefährdeten Bereichen betreiben zu können, umfasst die Adapterelektronik ferner eine sogenannte Ex-Schutzeinheit 21, die dazu eingerichtet ist, eine Spannung, für einen noch näher zu beschreibenden Energiespeicher, auf einen maximalen Wert zu begrenzen. Der maximale Wert, auf den die Ex-Schutzeinheit die Spannung begrenzt, ist bzw. wird in Abhängigkeit von dem nachgeschalteten Energiespeicher festgelegt bzw. gewählt, um dem in derNorm IEC EN DIN 60079-11, Ausgabe Juni 2012 für die Zündschutzart „Eigensicherheit“ hinterlegtem Prinzip der Spannungsbegrenzung Rechnung zu tragen.In order to be able to operate the wireless adapter in the potentially explosive areas mentioned above, the adapter electronics further comprise a so-calledexplosion protection unit 21, which is designed to limit a voltage for an energy storage device, which will be described in more detail later, to a maximum value. The maximum value to which the explosion protection unit limits the voltage is determined or selected depending on the downstream energy storage device in order to Standard IEC EN DIN 60079-11, edition June 2012 to take into account the principle of voltage limitation laid down for the type of protection “intrinsic safety”.

An dem Ausgang der Ex-Schutzeinheit 21 ist mit einem Eingang 18a der besagte aufladbare Energiespeicher 18 angeschlossen, so dass die von dem Aufwärtswandler 17 bereitgestellte Ausgangsspannung den Energiespeicher 18 lädt. Der Energiespeicher 18 kann bspw. ein oder mehrere Kondensatoren umfassen. Aufgrund seiner hohen Speicherkapazität verbunden mit der kleinen Baugröße, haben sich insbesondere SuperKondensatoren, wie bspw. ein Hybrid Pulse Capacitor (HPC) oder auch ein Hybrid Layer Capacitor (HLC), als bevorzugt herausgestellt. Alternativ kann der Energiespeicher auch eine oder mehrere Batterien umfassen.The aforementioned rechargeableenergy storage device 18 is connected to aninput 18a at the output of the explosion-proof unit 21, so that the output voltage provided by theboost converter 17 charges theenergy storage device 18. Theenergy storage device 18 can, for example, comprise one or more capacitors. Due to their high storage capacity combined with their small size, supercapacitors, such as a hybrid pulse capacitor (HPC) or a hybrid layer capacitor (HLC), have proven particularly preferred. Alternatively, the energy storage device can also comprise one or more batteries.

Die Adapterelektronik umfasst ferner eine elektronische Komponente 6, die zum vorschriftsmäßigen Betreiben zumindest zeitweise eine Leistung benötigt, die oberhalb der durch die Zweidrahtleitung zur Verfügung gestellten Betriebsleistung liegt. Um diesen höheren Leistungsbedarf abzufangen, ist die elektronische Komponente mit dem Ausgang des Energiespeichers 18b verbunden. Wie in1 dargestellt, kann eine derartige elektronische Komponente beispielsweise ein Funkmodul sein, welches zumindest dazu ausgebildet ist, Datenpakete drahtlos auszusenden. Das Funkmodul 6 kann insbesondere dazu eingerichtet sein, die Datenpakete gemäß demLTE Cat NB1 Standard des Release 13 der 3GPP, veröffentlicht im Juni 2016, auszusenden.The adapter electronics further comprises anelectronic component 6, which, for proper operation, at least temporarily requires a power level that exceeds the operating power provided by the two-wire cable. To accommodate this higher power requirement, the electronic component is connected to the output of theenergy storage device 18b. As shown in 1 As shown, such an electronic component can be, for example, a radio module which is at least designed to transmit data packets wirelessly. Theradio module 6 can in particular be designed to transmit the data packets according to the LTE Cat NB1 standard of3GPP Release 13, published in June 2016 , to send out.

Um zum Aussenden eines einzelnen Datenpaketes ausreichend Energie zur Verfügung zu haben, kann die Adapterelektronik ergänzend dazu eingerichtet sein, ein Ladezustand bzw. Ladeniveau des Energiespeichers 18 zu überwachen und in Abhängigkeit des Ladezustands dem Funkmodul 6 eine zum Aussenden des Datenpakets notwendige Energie zur Verfügung zu stellen. Hierfür kann die Adapterelektronik eine Logikeinheit 10 vorsehen, bspw. einen Mikroprozessor und/oder eine Schmitt-Trigger-Schaltung aufweisen.In order to have sufficient energy available to transmit a single data packet, the adapter electronics can additionally be configured to monitor the charge state or charge level of theenergy storage device 18 and, depending on the charge state, provide theradio module 6 with the energy required to transmit the data packet. For this purpose, the adapter electronics can provide alogic unit 10, for example, a microprocessor and/or a Schmitt trigger circuit.

2 zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Ex-Schutzeinheit 21 im Detail. Diese umfasst ein Schaltungselement 21.1 und eine in Reihe zu dem Schaltungselement 21.1 angeordnete Spannungsbegrenzungseinheit 21.2. Die Ex-Schutzeinheit 21 ist vorliegend parallel zu dem Energiespeicher 18 geschaltet und die Spannungsbegrenzungseinheit 21.2 ist derartig ausgelegt und dazu eingerichtet, eine Spannung, die über dem Energiespeicher 18 anliegt auf den maximalen Wert zu begrenzen. Auf welchen maximalen Wert die Spannung begrenzt wird, ist abhängig von einem für den konkret eingesetzten Energiespeicher 18 durch den Hersteller vorgegebenen Spannungswert, bei dem der Energiespeicher 18 laut Hersteller ordnungsgemäß betrieben werden darf, ohne Schaden zu nehmen. Dieser vorgegebene Wert liegt üblicherweise im Bereich von einigen Volt. Vorzugsweise liegt der Wert im Bereich von 2-10 V, besonders bevorzugt im Bereich von 3-8 V, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 3-6 V. Beispielsweise kann der durch den Hersteller vorgegebenen Spannungswert, bei dem der Energiespeicher 18 ordnungsgemäß betrieben werden darf. Dieser Wert ist abhängig von der Art des Energiespeichers. Beispielsweise kann er, in dem Fall, dass der Energiespeicher eine Batterie umfasst, bei ca. 3,9 V, ggfls. auch etwas höher bei 4,2 V liegen. In dem Fall, dass der Energiespeicher einen Kondensator aufweist, kann der Wert bei bis zu 5,5 V liegen. Die Spannungsbegrenzungseinheit 21.2 umfasst eine Zener-Diode, deren Z-Spannung dem maximalen Wert, auf den die Spannung begrenzt werden soll, entspricht. Beispielsweise kann die Ex-Schutzeinheit, wie in2 dargestellt, eine 3,9 V Zener-Diode aufweisen.2 shows anexplosion protection unit 21 designed according to the invention in detail. This comprises a circuit element 21.1 and a voltage limiting unit 21.2 arranged in series with the circuit element 21.1. Theexplosion protection unit 21 is connected in parallel to theenergy storage device 18 in the present case, and the voltage limiting unit 21.2 is designed and configured to limit a voltage applied across theenergy storage device 18 to the maximum value. The maximum value to which the voltage is limited depends on a voltage value specified by the manufacturer for the specifically usedenergy storage device 18, at which theenergy storage device 18 may be properly operated without being damaged, according to the manufacturer. This specified value is usually in the range of a few volts. The value is preferably in the range of 2-10 V, particularly preferably in the range of 3-8 V, and most preferably in the range of 3-6 V. For example, the voltage value specified by the manufacturer, at which theenergy storage device 18 may be properly operated, can. This value depends on the type of energy storage device. For example, if the energy storage device comprises a battery, it can be approximately 3.9 V, or even slightly higher at 4.2 V. If the energy storage device has a capacitor, the value can be up to 5.5 V. The voltage limiting unit 21.2 comprises a Zener diode whose Z voltage corresponds to the maximum value to which the voltage is to be limited. For example, the explosion-proof unit, as shown in 2 shown, have a 3.9 V Zener diode.

Das Schaltungselement 21.1 umfasst in dem in2 dargestellten Ausführungsbeispiel einen p-Kanal selbstsperrenden MOSFET. Der MOSFET ist vorliegend mit seinem Source an den Energiespeicher 18 und mit dem Drain an eine Kathode der Zener-Diode angeschlossen. Das Gate des MOSFETs ist mit einer Steuerschaltung 21.3 verbunden, die dazu eingerichtet ist, den MOSFET so anzusteuern, dass dieser die Spannungsbegrenzungseinheit 21.2 erst aktiviert, wenn die über dem Energiespeicher 18 anliegende Spannung weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% unterhalb des maximalen Werts liegt. Aktiviert bedeutet dabei, dass der MOSFET leitend geschaltet wird, so dass die Zener-Diode im Ex Fehlerfall die Spannung auf die Z-Spannung, vorliegend 3,9 V, begrenzt. Beispielsweise kann die Steuerschaltung so eingerichtet sein, dass sie den MOSFET derartig ansteuert, dass dieser die Spannungsbegrenzungseinheit 21.1 ab Erreichen der Spannung von ca. 3,8 V aktiviert, d.h. erst ab diesem Wert wird der MOSFET 21.1 leitend. Die Steuerschaltung ist ferner dazu eingerichtet, den MOSFET 21.1 derartig anzusteuern, dass dieser so lange die Spannung, ab der die Spannungsbegrenzungseinheit 21.2 aktiviert wird, nicht erreicht ist, die Spannungsbegrenzungseinheit nicht aktiviert bzw. deaktiviert, d.h. der MOSFET 21.1 wird nichtleitend geschaltet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel schaltet die Steuerschaltung den MOSFET 21.1 bei einer Spannung, die über dem Energiespeicher anliegt, von kleiner 3,8 V nichtleitend, so dass die Spannungsbegrenzungseinheit 21.2 nicht aktiviert ist, d.h. kein Strom mit Ausnahme eines durch den MOSFET 21.1 bedingten geringen Leckstromes durch die Spannungsbegrenzungseinheit 21.2 fließt.The circuit element 21.1 comprises in the 2 The illustrated embodiment comprises a p-channel normally-off MOSFET. In this case, the MOSFET is connected with its source to theenergy storage device 18 and with its drain to a cathode of the Zener diode. The gate of the MOSFET is connected to a control circuit 21.3, which is configured to control the MOSFET such that it only activates the voltage limiting unit 21.2 when the voltage across theenergy storage device 18 is less than 15%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 5% below the maximum value. Activated here means that the MOSFET is switched on, so that in the event of an Ex fault, the Zener diode limits the voltage to the Z voltage, in this case 3.9 V. For example, the control circuit can be set up such that it controls the MOSFET in such a way that it activates the voltage limiting unit 21.1 when the voltage of approximately 3.8 V is reached, i.e. the MOSFET 21.1 only becomes conductive above this value. The control circuit is further set up to control the MOSFET 21.1 in such a way that as long as the voltage at which the voltage limiting unit 21.2 is activated is not reached, the voltage limiting unit is not activated or deactivated, i.e. the MOSFET 21.1 is switched to non-conductive. In the present exemplary embodiment, the control circuit switches the MOSFET 21.1 to non-conductive when the voltage across the energy storage device is less than 3.8 V, so that the voltage limiting unit 21.2 is not activated, i.e. no current flows through the voltage limiting unit 21.2 with the exception of a small leakage current caused by the MOSFET 21.1.

Die Steuerschaltung 21.3 kann eine Schmitt-Trigger-Schaltung oder eine Komparator-Schaltung 21.33 umfassen, die über einen an einem ersten Eingang angeschlossenen Spannungsteiler 21.31 und einer an einem zweiten Eingang angeschlossenen Referenz (ggfl. auch eine interne Referenz) 21.32 so beschaltet sind, dass die Schmitt-Trigger-Schaltung oder die Komparator-Schaltung an einem Ausgang das Gate des MOSFETs 21.1 so ansteuert, dass dieser ab einem Spannungswert der weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% unterhalb des maximalen Werts liegt leitend schaltet.The control circuit 21.3 can comprise a Schmitt trigger circuit or a comparator circuit 21.33, which are connected via a voltage divider 21.31 connected to a first input and a reference (possibly also an internal reference) 21.32 connected to a second input such that the Schmitt trigger circuit or the comparator circuit controls the gate of the MOSFET 21.1 at an output such that it switches on from a voltage value that is less than 15%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 5% below the maximum value.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11

Feldgerätfield device

22

Gehäuse des FeldgerätesField device housing

2a2a

Deckel des GehäusesCover of the housing

44

FeldgeräteelektronikField device electronics

55

FeldgeräteadapterField device adapter

5a5a

Schnittstelle des FeldgeräteadaptersInterface of the field device adapter

66

Funkmodulradio module

77

Gehäuse des FeldgeräteadaptersHousing of the field device adapter

99

Funkantenneradio antenna

1010

LogikeinheitLogic unit

1212

ZweidrahtleitungTwo-wire cable

1313

Anschlussklemmeconnection terminal

1414

DisplayDisplay

14a14a

Äußere Kontur des DisplaysOuter contour of the display

14b14b

Verbindungsleitung des DisplaysDisplay connection cable

1515

Feldgeräteinterne SchnittstelleField device internal interface

1616

StrombegrenzungsschaltungCurrent limiting circuit

16a16a

Eingang der StrombegrenzungsschaltungInput of the current limiting circuit

16b16b

Ausgang der StrombegrenzungsschaltungOutput of the current limiting circuit

1717

AusgangsspannungsaufwärtswandlerOutput voltage boost converter

17a17a

Eingang des AusgangsspannungsaufwärtswandlersInput of the output voltage boost converter

17b17b

Ausgang des AusgangsspannungsaufwärtswandlersOutput of the output voltage boost converter

17c17c

FeedbackeingangFeedback input

1818

EnergiespeicherEnergy storage

18a18a

Eingang des EnergiespeichersInput of the energy storage

18b18b

Ausgang des EnergiespeichersOutput of the energy storage

1919

Displayaufnahme bzw. HalterungDisplay mount or holder

2020

Ladereglercharge controller

2121

Ex-SchutzeinheitEx-protection unit

21.121.1

Schaltungselementcircuit element

21.221.2

SpannungsbegrenzungseinheitVoltage limiting unit

21.321.3

SteuerschaltungControl circuit

21.3121.31

Spannungsteilervoltage divider

21.3221.32

SpannungsreferenzVoltage reference

21.3321.33

Schmitt-Trigger-Schaltung oder Komparator-SchaltungSchmitt trigger circuit or comparator circuit

l2l2

4-20 mA Stromsignal4-20 mA current signal

PminPmin

minimale Betriebsleistungminimum operating power

UkUK

KlemmspannungTerminal voltage

R1, R2R1, R2

Widerstände des SpannungsteilersResistors of the voltage divider

D1D1

Diode im oberen Teil des SpannungsteilersDiode in the upper part of the voltage divider

D2, D3, D4D2, D3, D4

Dioden der Ex-SchutzeinheitDiodes of the explosion protection unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

• IEC EN DIN 60079-11 [0008]IEC EN DIN 60079-11 [0008]
• Norm IEC EN DIN 60079-11, Ausgabe Juni 2012 [0037]Standard IEC EN DIN 60079-11, edition June 2012 [0037]
• LTE Cat NB1 Standard des Release 13 der 3GPP, veröffentlicht im Juni 2016 [0039]LTE Cat NB1 standard of3GPP Release 13, published in June 2016 [0039]

Claims (12)

Translated fromGerman

Elektronische Schaltung für ein Feldgerät oder einen Funkadapter zum Einsatz in einem explosionsgefährdeten Bereich, aufweisend:- eine Schnittstelle (5a) zum Anschließen der elektronischen Schaltung an eine Feldgeräteschnittstelle (15) des Feldgerätes oder zum Anschließen der elektronischen Schaltung an eine Zweidrahtleitung, um die elektronische Schaltung mit Energie zu versorgen;- eine elektronische Komponente (6), die zumindest zeitweise eine höhere Energie benötigt als die über die Schnittstell zur Verfügung gestellte Energie;- einen Energiespeicher (18), der mit der Schnittstelle und der elektronischen Komponente verbunden und dazu eingerichtet ist, Energie, die über die Schnittstelle (5a) übertragen wird, zu speichern und bei Bedarf der elektronischen Komponente zur Verfügung zu stellen;- eine Ex-Schutzeinheit (21) mit zumindest einer Spannungsbegrenzungseinheit (21.2), welche dazu eingerichtet ist, eine über dem Energiespeicher (18) anliegende Spannung auf einen maximalen Wert zu begrenzen, wobei die Ex-Schutzeinheit (21) ferner dazu eingerichtet ist, die Spannungsbegrenzungseinheit (21.2) erst ab einem Spannungswert zu aktiveren, der weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% unterhalb des maximalen Werts liegt.An electronic circuit for a field device or a radio adapter for use in a potentially explosive atmosphere, comprising:- an interface (5a) for connecting the electronic circuit to a field device interface (15) of the field device or for connecting the electronic circuit to a two-wire cable to supply the electronic circuit with power;- an electronic component (6) that, at least temporarily, requires a higher power level than the power provided via the interface;- an energy storage device (18) connected to the interface and the electronic component and configured to store power transmitted via the interface (5a) and to make it available to the electronic component when needed;- an explosion protection unit (21) with at least one voltage limiting unit (21.2) which is designed to limit a voltage applied across the energy store (18) to a maximum value, wherein the explosion protection unit (21) is further designed to activate the voltage limiting unit (21.2) only from a voltage value which is less than 15%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 5% below the maximum value.Elektronische Schaltung nachAnspruch 1, wobei die Ex-Schutzeinheit (21) ferner dazu eingerichtet ist, die Spannungsbegrenzungseinheit zu deaktivieren, wenn die über dem Energiespeicher anliegende Spannung nicht weniger als 15%, vorzugsweise nicht weniger als 10%, besonders bevorzugt nicht weniger als 5% unterhalb des maximalen Werts liegt.Electronic circuit according to Claim 1 , wherein the explosion protection unit (21) is further configured to deactivate the voltage limiting unit if the voltage across the energy storage device is not less than 15%, preferably not less than 10%, particularly preferably not less than 5% below the maximum value.Elektronische Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ex-Schutzeinheit (21) ferner ein, vorzugsweise in Reihe zu der Spannungsbegrenzungseinheit (21.2) angeschlossenes Schaltungselement (21.1) und eine Steuerschaltung (22.3) umfasst, wobei die Steuerschaltung (22.3) und das Schaltungselement (21.1) derartig miteinander verschaltet und dazu ausgebildet sind, die Spannungsbegrenzungseinheit (21.2) erst ab einem Spannungswert der weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% unterhalb des maximalen Werts liegt zu aktivieren.Electronic circuit according to one or more of the preceding claims, wherein the explosion protection unit (21) further comprises a circuit element (21.1), preferably connected in series to the voltage limiting unit (21.2), and a control circuit (22.3), wherein the control circuit (22.3) and the circuit element (21.1) are interconnected in such a way and are designed to activate the voltage limiting unit (21.2) only from a voltage value which is less than 15%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 5% below the maximum value.Elektronische Schaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Schaltungselement (21.1) einen Transistor, vorzugsweise einen Feldeffekttransistor, besonders bevorzugt einen p-Kanal selbstsperrenden MOSFET umfasst.Electronic circuit according to the preceding claim, wherein the circuit element (21.1) comprises a transistor, preferably a field effect transistor, particularly preferably a p-channel normally-off MOSFET.Elektronische Schaltung nach einem derAnsprüche 3 oder4, wobei die Steuerschaltung (21.3) eine Schmitt-Trigger-Schaltung oder eine Komparator-Schaltung umfasst.Electronic circuit according to one of the Claims 3 or 4 , wherein the control circuit (21.3) comprises a Schmitt trigger circuit or a comparator circuit.Elektronische Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der maximale Wert, auf den die Spannungsbegrenzungseinheit (21.2) die über dem Energiespeicher (18) anliegende Spannung begrenzt, einem für den Energiespeicher (18) vorgegebenen Wert, bei dem der Energiespeicher (18) im ordnungsgemäßen Betrieb zu betreiben ist, entspricht.Electronic circuit according to one or more of the preceding claims, wherein the maximum value to which the voltage limiting unit (21.2) limits the voltage applied across the energy store (18) corresponds to a value predetermined for the energy store (18) at which the energy store (18) is to be operated in proper operation.Elektronische Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der maximale Wert im Bereich von 2-10 V, besonders bevorzugt im Bereich von 3-8 V, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 3-6 V liegt.Electronic circuit according to one or more of the preceding claims, wherein the maximum value is in the range of 2-10 V, particularly preferably in the range of 3-8 V, most preferably in the range of 3-6 V.Elektronische Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannungsbegrenzungseinheit (21.2) zumindest eine Diode, insb. eine Z-Diode, mit einer Diodenspannung, insb. einer Z-Spannung, die dem maximalen Wert entspricht, umfasst.Electronic circuit according to one or more of the preceding claims, wherein the voltage limiting unit (21.2) comprises at least one diode, in particular a Z-diode, with a diode voltage, in particular a Z-voltage, which corresponds to the maximum value.Elektronische Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher (18) eine Batterie oder einen Kondensator, insb. einen Superkondensator oder einen hochkapazitiven Kondensator umfasst.Electronic circuit according to one or more of the preceding claims, wherein the energy storage device (18) comprises a battery or a capacitor, in particular a supercapacitor or a high-capacity capacitor.Elektronische Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektronische Komponente (6) ein Funkmodul umfasst, welches insbesondere dazu eingerichtet ist, ein Datenpaket gemäß einem Standard eines Low Power Wide Area Networks drahtlos auszusenden.Electronic circuit according to one or more of the preceding claims, wherein the electronic component (6) comprises a radio module which is in particular configured to wirelessly transmit a data packet according to a standard of a Low Power Wide Area Network.Feldgerät der Automatisierungstechnik aufweisend eine elektronische Schaltung nachAnspruch 1, wobei die Schnittstelle (5a) zum Anschließen der elektronischen Schaltung an eine Feldgeräteschnittstelle (15) des Feldgerätes (1) angeschlossen ist, so dass das Feldgerät (1) die elektronische Schaltung mit Energie versorgt.Field device of automation technology comprising an electronic circuit according to Claim 1 , wherein the interface (5a) for connecting the electronic circuit is connected to a field device interface (15) of the field device (1), so that the field device (1) supplies the electronic circuit with energy.Funkadapter der Automatisierungstechnik aufweisend eine elektronische Schaltung nachAnspruch 1, wobei die Schnittstelle (5a) zum Anschließen der elektronischen Schaltung an eine Zweidrahtleitung (12) angeschlossen ist, so dass die elektronische Schaltung über die Zweidrahtleitung mit Energie versorgt wird.Radio adapter of automation technology having an electronic circuit according to Claim 1 , wherein the interface (5a) for connecting the electronic circuit is connected to a two-wire line (12), so that the electronic circuit is supplied with energy via the two-wire line.

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