用于給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自身可靠地、冗余地供電的系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自身可靠地、冗余地供電的系統(tǒng)
[0001]技術(shù)區(qū)域
[0002]本發(fā)明涉及一種在自動(dòng)化技術(shù)中在防爆區(qū)域內(nèi)給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自身可靠地、冗余地供電的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]所述類型的系統(tǒng)具有至少兩個(gè)用于提供電流供應(yīng)/電壓供應(yīng)的供電電路和一個(gè)用于自身可靠地功率限制由該供電電路給在防爆區(qū)域內(nèi)的用電器輸送電流的保護(hù)裝置，其中，所述供電電路作為保護(hù)裝置的部分分別具有用于調(diào)節(jié)電流和/或限制電流的裝置。
[0004]這種系統(tǒng)是已知的并且在這樣的設(shè)施中使用，在所述設(shè)施中，運(yùn)行器件的部分在防爆區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。供電設(shè)備可以集成到輸入/輸出模塊中并且視為可編程存儲(chǔ)的控制裝置的外部計(jì)算單元和在防爆區(qū)域內(nèi)的傳感器和/或致動(dòng)器之間的連接件。
[0005]在聲明為防爆區(qū)域的設(shè)施部分中的運(yùn)行器件必須滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 500 20中記載的確定的要求。在EN 500 20中列舉的在有爆炸危險(xiǎn)的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的運(yùn)行器件的可行性是所謂的“自身可靠性”。在這里，輸送的能量這樣被限制，使得不能產(chǎn)生能點(diǎn)燃的火花。為了限制能量，不僅電流、而且電壓必須被限制。能詳細(xì)實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)的可行性同樣通過(guò)EN 50020規(guī)定。
[0006]關(guān)于有爆炸危險(xiǎn)的區(qū)域，在歐洲通常存在所謂的區(qū)域方面的區(qū)別。在這里，劃分為區(qū)域0、區(qū)域1和區(qū)域2，其中，對(duì)于區(qū)域0得出最嚴(yán)苛的要求，因?yàn)樵谶@里基于持續(xù)能爆炸的氣氛。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，只允許純電阻性地限制電流。因此，僅認(rèn)可電阻，但不認(rèn)可用于限制電流的電子限制裝置。也就是，在區(qū)域0中的防爆區(qū)域內(nèi)應(yīng)引導(dǎo)電流的輸入/輸出模塊中，這個(gè)電流必須通過(guò)一個(gè)或多個(gè)電阻來(lái)限制，其中，所述一個(gè)或多個(gè)電阻同樣必須滿足確定的前提條件。
[0007]如果給所述輸入/輸出模塊冗余地供電的話，輸入/輸出模塊的功能性或可用性也能夠在防爆區(qū)域內(nèi)顯著地?cái)U(kuò)大。也就是，也稱為現(xiàn)場(chǎng)電路的、在防爆區(qū)域(區(qū)域0、1和2)內(nèi)的電路連接于相同功能的至少兩個(gè)供電電路，其中，一個(gè)供電電路是激活的并且第二供電電路處于預(yù)備中。如果在激活的設(shè)備中出現(xiàn)錯(cuò)誤，則可以自動(dòng)地切換到第二設(shè)備上，而不會(huì)發(fā)生對(duì)過(guò)程的重大故障。
[0008]不言而喻，即使在防爆區(qū)域內(nèi)對(duì)輸入/輸出模塊這樣冗余地供電的情況下也必須滿足相應(yīng)的安全性要求、例如“自身可靠性”的安全級(jí)別。所述自身可靠性例如可以通過(guò)以下方式保持，即，在所述兩個(gè)供電電路之間實(shí)施轉(zhuǎn)換，從而相應(yīng)僅一個(gè)供電電路與防爆區(qū)域連接。因此，不發(fā)生所述兩個(gè)供電電路的有錯(cuò)誤的并聯(lián)，在該并聯(lián)時(shí)，由于所述兩個(gè)模塊的電流累加而不再能得到“自身可靠性”，在實(shí)現(xiàn)該“自身可靠性”的情況下存在對(duì)所使用的轉(zhuǎn)換裝置的安全性要求。
[0009]因此，需要附加的部件，而這與結(jié)構(gòu)方面的耗費(fèi)和成本的增長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)。用于冗余地供應(yīng)電流-電壓的系統(tǒng)本身可以這樣設(shè)計(jì)，使得該系統(tǒng)至少允許在區(qū)域1和區(qū)域2中使用。
[0010]由德國(guó)實(shí)用新型DE 94 21 001 U1已知一種用于將冗余的組件與外部的通信接口電氣親合的連接單元，所述接口包括并聯(lián)的可插入的單元，所述單元構(gòu)造用于接納限制電流的開(kāi)關(guān)器件。
[0011]此外，由DE 101 35 980 C1已知一種用于將分散地并且靠近作業(yè)(prozessnah)地設(shè)置的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接于遠(yuǎn)程的中央裝置的組件，該組件具有配置確定的插入單元，該插入單元適用于冗余地連接輸入/輸出組件并且在并聯(lián)的情況下可以具有限流電阻。
[0012]兩個(gè)已知的裝置的共同之處在于，在冗余地連接輸入/輸出組件的情況下，雖然所述共同的限流電阻將現(xiàn)場(chǎng)電路中的電流限制到允許值，但在冗余的組件失靈時(shí)不再為所有應(yīng)用情況提供對(duì)于運(yùn)行所連接的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所必需的供電電流強(qiáng)度。
[0013]此外，由DE 198 14 097 C1已知一種用于給雙線測(cè)量變換器冗余地供應(yīng)電壓的組件，其中，冗余的測(cè)量變換器供電單元通過(guò)二極管相互脫耦并且相應(yīng)地僅一個(gè)測(cè)量變換器供電單元給雙線測(cè)量變換器供電，而相應(yīng)另外的測(cè)量變換器供電單元在功能監(jiān)測(cè)模式中運(yùn)行。不利的是，在供電的測(cè)量變換器供電單元失靈時(shí)需要切換到冗余的變送器供電單元上的切換程序。
[0014]最后，在經(jīng)由一個(gè)共同的單個(gè)限流電阻給所連接的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備冗余地供電時(shí)可考慮，供電電路中的回路電流即使在冗余地供電時(shí)也能被限制到允許值，并且在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備側(cè)的導(dǎo)體回路中的允許的短路情況下，在冗余的供電裝置中單個(gè)限流電阻上的損耗功率導(dǎo)致在供電裝置中的純電阻性電流限制裝置的不允許的過(guò)載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種用于給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備冗余地供電的保護(hù)電路系統(tǒng)，該保護(hù)電路系統(tǒng)保護(hù)自身防止過(guò)載。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)利用權(quán)利要求1所述的措施得以解決。本發(fā)明的有利構(gòu)造方案在從屬權(quán)利要求中提出。
[0017]本發(fā)明涉及一種用于給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自身可靠地、冗余地供電的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)共同的限流電阻。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有電流傳感器，該電流傳感器的輸出信號(hào)與在兩個(gè)冗余的供電單元中的可調(diào)節(jié)的電壓源連接。
[0019]現(xiàn)場(chǎng)電路的借助于電流傳感器檢測(cè)的網(wǎng)絡(luò)電流等于由各冗余的供電裝置提供的部分電流的總電流，而與所述供電裝置各自的電流強(qiáng)度無(wú)關(guān)。
[0020]只要現(xiàn)場(chǎng)電路的網(wǎng)絡(luò)電流達(dá)到允許的極限值，在兩個(gè)冗余的供電單元中的可調(diào)節(jié)的電壓源就分別限制相應(yīng)的供電單元的各自的輸出電流，其方式是，降低在限流電阻上的電壓降。在此，損耗功率分布到限流電阻上和在兩個(gè)冗余的供電單元中的、可調(diào)節(jié)的電壓源上。與此相應(yīng)地，對(duì)于限流電阻來(lái)說(shuō)允許如下的結(jié)構(gòu)型式，該結(jié)構(gòu)型式可以設(shè)置在小型化的殼體中。
[0021]以有利的方式，電流傳感器在電流回路中的位置是可自由選擇的。
[0022]在本發(fā)明的一個(gè)有利的擴(kuò)展方案中，所述電流傳感器構(gòu)成在模擬的輸入組件中，以檢測(cè)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳遞的、作為施加的電流的測(cè)量值。由此，可省去用于檢測(cè)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接收的并且傳遞的測(cè)量值的單獨(dú)器件。
[0023]在本發(fā)明的一個(gè)擴(kuò)展方案中，所述電流傳感器構(gòu)造為沿流動(dòng)方向的二極管。在此，該二極管的導(dǎo)通電壓是用于現(xiàn)場(chǎng)電路的網(wǎng)絡(luò)電流的量度。二極管的導(dǎo)通電壓減小在限流電阻上的電壓降并且在達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)電流的允許極限值的情況下為限流電阻去負(fù)載。
[0024]在本發(fā)明的一個(gè)備選的擴(kuò)展方案中，所述電流傳感器構(gòu)造為電阻。在此，傳感器電阻與限流電阻構(gòu)成電阻網(wǎng)絡(luò)，該電阻網(wǎng)絡(luò)可以用于其他功能。由限流電阻和傳感器電阻構(gòu)成的總和是限制電流的。耗損功率分布到傳感器電阻、限流電阻以及在兩個(gè)冗余的供電單元中的可調(diào)節(jié)的電壓源上。
【附圖說(shuō)明】
[0025]下面根據(jù)一個(gè)實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。在唯一一個(gè)附圖中示出用于給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備3自身可靠地、冗余地供電的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少兩個(gè)相同類型的供電單元11和12以及一個(gè)連接電路2。
【具體實(shí)施方式】
[0026]每個(gè)供電單元11和12具有可調(diào)節(jié)的電壓源111和121。供電單元11和12在輸出側(cè)與連接電路2連接并且電氣地并聯(lián)。
[0027]連接電路2具有限流電阻21、電流傳感器22以及用于連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備3的連接器件。連接電路2的電流傳感器22與每個(gè)供電單元11和12的可調(diào)節(jié)的電壓源111和121連接。
[0028]每個(gè)可調(diào)節(jié)的電壓源111和121都具有測(cè)量放大器，在該測(cè)量放大器中將電流傳感器22的測(cè)量值與參考值進(jìn)行比較。在電流測(cè)量值大于參考值時(shí)而出現(xiàn)正的調(diào)節(jié)偏差的情況下，可調(diào)節(jié)的電壓源111和121降低其輸出電流并且因此降低回路電流。
[0029]在電流測(cè)量值小于參考值時(shí)而出現(xiàn)負(fù)的調(diào)節(jié)偏差時(shí)，可調(diào)節(jié)的電壓源111和121輸出預(yù)調(diào)節(jié)的運(yùn)行電壓。這種功能借助具有在反饋支路中的二極管的對(duì)參考電壓進(jìn)行負(fù)反饋的運(yùn)算放大器達(dá)到。
[0030]在能量方面，在正常的運(yùn)行狀態(tài)期間可忽略二極管上的電壓降，因?yàn)檫@個(gè)運(yùn)行狀態(tài)減小在限流電阻21上的不可避免的電壓降。
[0031]在本發(fā)明的有利的構(gòu)造方案中，連接電路2構(gòu)成為根據(jù)DE 101 35 980 C1的配置確定的插入單元，該插入單元允許給同一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備3不僅單獨(dú)地、而且冗余地供電。
[0032]其他實(shí)施方式可以具有其他適當(dāng)?shù)碾娏鱾鞲衅鳌?br>[0033]附圖標(biāo)記列表
[0034]11、12 供電單元
[0035]111、121 電壓源
[0036]2連接電路
[0037]21限流電阻
[0038]22電流傳感器
[0039]3現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(3)自身可靠地、冗余地供應(yīng)電流的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(3)的網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)共同的限流電阻(21)并且具有冗余的供電單元(11、12)，其特征在于，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備⑶的網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有電流傳感器(22)，該電流傳感器的輸出信號(hào)與在冗余的供電單元(11、12)中的可調(diào)節(jié)的電壓源(111、121)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電流傳感器(22)構(gòu)成在模擬的輸入組件中，以檢測(cè)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備⑶傳遞的、作為施加的電流的測(cè)量值。3.根據(jù)權(quán)利要求1和2之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電流傳感器(22)構(gòu)造為沿流動(dòng)方向的二極管。4.根據(jù)權(quán)利要求1和2之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電流傳感器(22)構(gòu)造為電阻。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(3)自身可靠地、冗余地供電的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(3)的網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)共同的限流電阻(21)并且具有冗余的供電單元(11、12)。提出了，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(3)的網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有電流傳感器(22)，該電流傳感器的輸出信號(hào)與在冗余的供電單元(11、12)中的可調(diào)節(jié)的電壓源(111、121)連接。
【IPC分類】G05B9/03
【公開(kāi)號(hào)】CN105372985
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510474984
【發(fā)明人】F·馬克斯
【申請(qǐng)人】Abb技術(shù)股份公司
【公開(kāi)日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年8月6日
【公告號(hào)】DE102014011719A1, US20160043561