專利名稱：帶有本質(zhì)安全供電裝置的過程自動化設(shè)備的現(xiàn)場設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過程自動化設(shè)備的現(xiàn)場設(shè)備，具有至少一個本質(zhì)安全的 (eigensicher)第一供電單元，其為給用于過程控制的電子單元供電而提供在集成的存儲元件中本地存儲的電能。本發(fā)明的使用領(lǐng)域原則上可延伸到作為自動化技術(shù)的領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)裝置的所有與生產(chǎn)過程直接相關(guān)的現(xiàn)場設(shè)備。這種現(xiàn)場設(shè)備既可以是工廠和過程自動化中的動作器， 例如執(zhí)行元件或者閥門，也可以是傳感器，例如測量變換器。該現(xiàn)場設(shè)備多通過現(xiàn)場總線與上級控制系統(tǒng)連接。由此分析數(shù)據(jù)并且然后用于調(diào)節(jié)、控制和其他處理。為現(xiàn)場設(shè)備經(jīng)常使用的通信標(biāo)準(zhǔn)有CAN、HART、PROFIBUS，或者也可以基于ETHERNETJrofinetUP構(gòu)筑?，F(xiàn)場設(shè)備，特別是4-20mA的設(shè)備，但是還有帶有現(xiàn)場總線的從所連接的總線線路供給能量的那些現(xiàn)場設(shè)備，僅能使用有限的電能。與此對立的是關(guān)于電能增加的需求。因為要在現(xiàn)場設(shè)備中新集成的功能模塊例如數(shù)據(jù)無線電模塊需要另外的電能。
背景技術(shù)：
從DE 10 2008 033 048A1中獲知一種過程自動化設(shè)備的現(xiàn)場設(shè)備，其具有用于本地獲取電能的裝置。在電能供給之外或者代替電能的供給，在雙線總線的情況下在現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)通過使用壓電元件裝置變換在那里存在的操作壓力產(chǎn)生電能。該壓電元件裝置作為彈性支撐的可擺動的壓電平面變換器構(gòu)造。該解決方案能夠直接在現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)本地產(chǎn)生電能，但是前提是存在操作壓力的能源可供使用。這點把該技術(shù)解決方案的應(yīng)用領(lǐng)域限制在壓力操作的現(xiàn)場設(shè)備。從DE 200 238 65U1中獲知另一種為給現(xiàn)場設(shè)備本地供能的技術(shù)解決方案，其中提供一個附加的供電單元，其通過服務(wù)插座與現(xiàn)場設(shè)備電氣連接。該供電單元具有至少一個電池。此外建議，代替該電池例如還使用太陽能電池、珀爾貼元件、振動能量變換器或者轉(zhuǎn)動能量變換器。在使用常規(guī)的電池的情況下的缺點是，其在使用中需要更換，如果作為蓄電池構(gòu)造的話，則需要再次充電。那時也需要電池狀態(tài)指示器或者類似設(shè)備。與此相反，使用太陽能電池或者其余提到的供電設(shè)備雖然通過光伏的、電熱的、或者電機(jī)械的變換能夠提供本地可再生的能量，但是該能量形式的使用以光、熱、或者振動的存在為前提。因為現(xiàn)場設(shè)備經(jīng)常必須在有爆炸危險的環(huán)境中操作，所以此外必須注意，現(xiàn)場設(shè)備自身以及特別是它的供電單元按照有關(guān)保護(hù)規(guī)定構(gòu)造為本質(zhì)安全的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是，提供用于過程自動化設(shè)備的本質(zhì)安全的現(xiàn)場設(shè)備，其保證從本地存儲的電能滿足需求地供電。該任務(wù)從根據(jù)權(quán)利要求1的主題的現(xiàn)場設(shè)備出發(fā)結(jié)合它的表征的特征解決。后面的從屬權(quán)利要求描述本發(fā)明的有利的擴(kuò)展。
本發(fā)明包括這樣的技術(shù)內(nèi)容，現(xiàn)場設(shè)備除本質(zhì)安全的第一供電單元外還具有至少一個另外的本質(zhì)安全的供電單元，其通過提供本地可再生的電能的供電單元饋電，第一供電單元具有集成的存儲元件，用于給用于過程控制或者其他功能的集成的電子單元進(jìn)行本地存儲的電能供電。本發(fā)明的解決方案的優(yōu)點特別在于，用另一個例如能夠把光能、熱能、或者振動能量本地轉(zhuǎn)變成電能的電流產(chǎn)生單元補(bǔ)充一個具有大的電氣容量但是終身消耗來供電的存儲元件，以便由此主要地承擔(dān)現(xiàn)場設(shè)備的供電。也就是說本發(fā)明的解決方案特別如此運行，即從本地可再生的能量的供電優(yōu)先于從終身消耗的存儲元件的供電。為此目的，規(guī)定所建議的電氣換接設(shè)備在正常運行期間把另外的本質(zhì)安全的供電單元優(yōu)先于第一本質(zhì)安全的供電單元接通到電子單元上。該電氣換接設(shè)備負(fù)責(zé)，使從本地可供使用的可再生的能量饋電的該另外的本質(zhì)安全的供電單元只要在該可再生的能量例如太陽光可用期間一直承擔(dān)供電。當(dāng)該可再生的能量例如在夜間暫時不再可用時，那時進(jìn)行向帶有存儲元件的第一本質(zhì)安全的供電單元的換接。相應(yīng)地本發(fā)明的該思想也可以應(yīng)用于熱能或者機(jī)械的振動能或者其他的可再生的能源。為也能夠在需要時更換用盡的存儲元件或者進(jìn)行再充電，可將其拆卸但是本質(zhì)安全地在現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)設(shè)置。本質(zhì)安全性是設(shè)備或者系統(tǒng)的技術(shù)特性，其由專門的構(gòu)造原理保證，使得自身在故障情況下不出現(xiàn)任何不安全的狀態(tài)。這點可以通過目標(biāo)斷開位置、特別的電流源或者其他的電子措施實現(xiàn)，使得危險的情況不能出現(xiàn)。故障情況指危險存在的情況。 例如是火花形成的可能性，在有火花的情況下接通電流回路時，僅在有爆炸危險的區(qū)域內(nèi)容易引起危險。在有爆炸危險的區(qū)域內(nèi)對于測量和調(diào)節(jié)技術(shù)的任務(wù)，使用在點火保護(hù)方式方面本質(zhì)安全性電氣設(shè)備。在這些設(shè)備中可以通過限制電流和電壓使不發(fā)生易于產(chǎn)生火花的能量。這意味著，可能的火花形成不能夠引起有爆炸危險的燃料-空氣混合物等的爆炸。通過本發(fā)明的解決方案，僅在非常長的運行周期后必須更換存儲元件，如果情況確實是這樣。建議通過電氣換接設(shè)備保證，在更換帶有存儲元件的第一本質(zhì)安全的供電單元期間，電子單元的供電由帶有電流產(chǎn)生單元的另外的本質(zhì)安全的供電單元通過本地可再生的電能承擔(dān)?？赡艿脑捚鋬?nèi)另外集成一個具有小容量的電能緩沖器，以便自身在可再生的能源可能不能應(yīng)用(例如太陽能元件在夜間)時，那時在短的橋接期間內(nèi)保證供電。另外的本質(zhì)安全的供電單元的電流產(chǎn)生單元優(yōu)選作為光伏變換器即太陽能元件構(gòu)造，或者作為電熱的變換器例如作為珀爾貼元件構(gòu)造。當(dāng)然也可以通過相應(yīng)的變換器使用其他可再生的能量方式，只要其根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的使用情況能夠提供足夠的電能。為另外提高本質(zhì)安全性建議，現(xiàn)場設(shè)備的后隨本發(fā)明的兩種方式的本質(zhì)安全的供電單元的基本上負(fù)責(zé)本地控制功能的電子單元也具有另外的本質(zhì)安全的電子電路，其包括回流保護(hù)元件和/或限流元件和/或限壓元件。電子單元的該本質(zhì)安全的電子電路按照一種優(yōu)選的實施方式包括至少兩個分別用于每一本質(zhì)安全的供電單元的雙極式輸入端，其中各后接一個用于防止電流回流到未進(jìn)行爆炸保護(hù)的環(huán)境中的回流保護(hù)元件，并且它們隨后在通過雙極式輸出端為其余的電子單元提供工作電壓之前電氣匯合通向公共的限流元件以及限壓元件。因此在電子單元前面接入的該本質(zhì)安全的電子電路通過使用很少的電子元件產(chǎn)生高度的安全性。為保證具有存儲元件的第一本質(zhì)安全的供電單元的本質(zhì)安全性建議，給它裝備一個自己的本質(zhì)安全的電子電路，該電子電路同樣具有上面為電子單元提到的功能環(huán)境。根據(jù)一種優(yōu)選的實施方式，該功能環(huán)境如下實現(xiàn)，第一本質(zhì)安全的供電單元的該電路包括一個與存儲元件串聯(lián)的限流元件以及一個在輸出方向上的回流保護(hù)元件。提供一個雙極式輸出用于與現(xiàn)場設(shè)備的電子單元的相應(yīng)的輸入進(jìn)行電氣連接。提供本地可再生的電能的另外的本質(zhì)安全的供電單元也應(yīng)該裝備該功能環(huán)境以保證本質(zhì)安全性。建議裝入用于控制輸出電壓的電子電路，以便依賴于電流產(chǎn)生單元可產(chǎn)生的功率調(diào)節(jié)輸出電壓。根據(jù)一種優(yōu)選的實施方式，電子電路包括與電流產(chǎn)生單元串聯(lián)的限流元件和通向輸出的回流保護(hù)元件，以及包括一個專門的控制單元，用于使由電流產(chǎn)生單元產(chǎn)生的能量與后接的電子單元的電路的負(fù)載功率匹配。在本發(fā)明的解決方案的框架內(nèi)兩種方式的本質(zhì)安全的供電單元的組合保證按照要注意的標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)安全性。另外也可以更換一個本質(zhì)安全的供電單元，而不會由此使現(xiàn)場設(shè)備停止運轉(zhuǎn)，在此本質(zhì)安全性在更換期間也得以保證。在爆炸性環(huán)境中保證本質(zhì)安全性的這種標(biāo)準(zhǔn)例如有FM、CSA、ATEX、IECEX。通過本發(fā)明的解決方案不僅每一個供電單元自身以及現(xiàn)場設(shè)備的電子單元自身是本質(zhì)安全的，而且這些組件的組合從而現(xiàn)場設(shè)備作為整體也是本質(zhì)安全的。由此本質(zhì)安全的供電單元各自可在爆炸性環(huán)境中無危險地拆除。因為多個本質(zhì)安全的供電單元負(fù)責(zé)不同方式的供電，所以在修理的情況下更換一種本質(zhì)安全的供電單元期間能夠保持現(xiàn)場設(shè)備的功能性。然而在正常運行期間從本地可使用的可再生的能量獲得電能的本質(zhì)安全的供電單元優(yōu)先使用。在現(xiàn)場設(shè)備的整體框架內(nèi)本質(zhì)安全的單元的整體性關(guān)于回流保護(hù)元件導(dǎo)致，所有本質(zhì)安全的單元的所有電流的總和或者電壓保持低于由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的邊界值。關(guān)于由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的漏電流距離，這點同樣適用。


下面與一個優(yōu)選的實施例的說明一起根據(jù)附圖詳細(xì)表示改進(jìn)本發(fā)明的另外的措施。附圖中圖1表示具有兩個不同類型的本質(zhì)安全的供電單元的現(xiàn)場設(shè)備的框圖，圖2表示用于該現(xiàn)場設(shè)備的電子單元的本質(zhì)安全的電子電路，圖3表示該現(xiàn)場設(shè)備的第一本質(zhì)安全的供電單元的本質(zhì)安全的電子電路，圖4表示該現(xiàn)場設(shè)備的一個另外的本質(zhì)安全的供電單元的本質(zhì)安全的電子電路，圖5表示按照第一實施方式組合兩個本質(zhì)安全供電單元和電子單元的一個本質(zhì)安全的電路的電子電路，和圖6表示按照第二實施方式組合兩個本質(zhì)安全供電單元和電子單元的一個本質(zhì)安全的電路的電子電路。
具體實施例方式按照圖1，過程自動化設(shè)備-未進(jìn)一步表示-的現(xiàn)場設(shè)備1包括用于過程控制的電子單元2，其既從第一本質(zhì)安全的供電單元3也從另外的本質(zhì)安全的供電單元4得到為此需要的操作電能。第一本質(zhì)安全的供電單元3從集成的存儲元件5即蓄電池提供操作電能，而另外的本質(zhì)安全的供電單元4具有電流產(chǎn)生單元6，其作為光伏變換器本地把可用的光能變換為電能。在供電時另外的本質(zhì)安全的供電單元4比帶有存儲元件5的第一本質(zhì)安全的供電單元3優(yōu)先。 按照圖2，電子單元2-其在這里僅示出輸入側(cè)-具有前置的本質(zhì)安全電子電路7， 其對于各個本質(zhì)安全的供電單元3或4分別具有一個雙極式輸入8a、8b。在每一個輸入8a 和8b后面連接一個回流保護(hù)元件9a或者％，用于防止在未進(jìn)行爆炸保護(hù)的環(huán)境中電流回流。在兩個輸入8a和8b匯合后在電流流動路徑中集成一個公共的限流元件10，后隨它的是一個限壓元件11。最后操作電壓在本質(zhì)安全電路7后通過雙極式輸出到達(dá)現(xiàn)場設(shè)備1的其余的電子單元2。 按照圖3，第一本質(zhì)安全的供電單元3包括存儲元件5并具有一個本質(zhì)安全的電子電路12。第一本質(zhì)安全的供電單元3的自己的本質(zhì)安全的電子電路12由通向雙極式輸出 15的一個與存儲元件5串聯(lián)的限流元件13以及一個后接的回流保護(hù)元件14組成。圖4表示的提供本地可再生的電能的另外的本質(zhì)安全的供電單元4具有用于控制輸出電壓的電子電路16。核心元件是控制單元20，其用于將由本質(zhì)安全供電單元4產(chǎn)生的能量與這里未繼續(xù)圖示的后接的電子單元2的電路7的負(fù)載功率適配，電路7通過雙極式輸出19連接。另外電路16包括一個與電流產(chǎn)生單元6串聯(lián)的限流元件17以及一個回流保護(hù)元件18，用于建立安全性。圖5表示第一本質(zhì)安全的供電單元3與另外的本質(zhì)安全的供電單元4的組合，它們與修改后的本質(zhì)安全電子電路7’連接。在該特殊的實施例中當(dāng)作為光伏變換器構(gòu)造的電流產(chǎn)生單元6不用光照射時另外的本質(zhì)安全的供電單元4的輸出電壓是零。另一方面，當(dāng)電流產(chǎn)生單元6被光照射時，那時該另外的本質(zhì)安全的電流產(chǎn)生單元4的輸出電壓升高，直到電流流向電子單元2的本質(zhì)安全電子電路V。只要達(dá)到足夠的功率，則由第一本質(zhì)安全的供電單元3的供電中止。因為在該電路中由于回流保護(hù)功能電流不能到達(dá)各另外的本質(zhì)安全的供電單元3或者4，所以由該另外的本質(zhì)安全的供電單元4 產(chǎn)生的功率完全為電子單元2使用。相應(yīng)地第一本質(zhì)安全的供電單元4的功率負(fù)載大大減少。至于圖6，第一本質(zhì)安全的供電單元3和另外的本質(zhì)安全的供電單元4連接在電子單元2的另一個本質(zhì)安全電路7”上。其包括回流保護(hù)功能以及限流和限壓功能，如在圖2 中單獨表示。本發(fā)明不限于上述實施例，而允許進(jìn)行由后述權(quán)利要求的保護(hù)范圍所覆蓋的變更。例如也可以在需要給現(xiàn)場設(shè)備的電子單元供電時使用本質(zhì)安全的供電單元或者并行地也可以替代地通過有線連接的現(xiàn)場總線進(jìn)行供電。附圖標(biāo)記列表1 現(xiàn)場設(shè)備2 電子單元3 第一本質(zhì)安全的供電單元4 另一個本質(zhì)安全的供電單元5 存儲元件6 限流單元
7本質(zhì)安全電路8雙極式輸入9回流保護(hù)元件10限流元件11限壓元件12本質(zhì)安全電路13限流元件14回流保護(hù)元件15雙極式輸出16電子電路17限流元件18回流保護(hù)元件19雙極式輸出20控制單元
權(quán)利要求
1.一種過程自動化設(shè)備的現(xiàn)場設(shè)備(1)，具有至少一個本質(zhì)安全的第一供電單元(3)， 所述第一供電單元C3)提供在集成的存儲元件( 中本地存儲的電能以為用于過程控制的電子單元(2)供電，其特征在于，此外還集成有至少一個本質(zhì)安全的其他供電單元G)，所述其他供電單元(4)通過提供本地可再生的電能的電流產(chǎn)生單元(6)饋電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，所述本質(zhì)安全的其他供電單元(4)的電流產(chǎn)生單元(6)構(gòu)造為電熱的變換器或者光伏的變換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，所述現(xiàn)場設(shè)備⑴的電子單元⑵具有本質(zhì)安全的電路(7)，所述電路具有回流保護(hù)和 /或限流和/或限壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，所述本質(zhì)安全的電路(7)具有至少兩個分別用于一個本質(zhì)安全的供電單元(3、4)的雙極式輸入端(8a、8b)，為所述雙極式輸入端(8a、8b)分別后接一個用于防止電流回流到未進(jìn)行爆炸保護(hù)的環(huán)境中的回流保護(hù)元件(9a、9b)，并且所述雙極式輸入端(8a、8b)隨后匯合通向一個公共的限流元件(10)以及限壓元件(11)，以便最后通過一個雙極式輸出端提供給其余的電子單元( 使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，具有所述存儲元件( 的本質(zhì)安全的第一供電單元C3)還具有自己的本質(zhì)安全的電子電路(12)，所述自己的本質(zhì)安全的電子電路(12)具有回流保護(hù)和/或限流和/或限壓，并且還具有雙極式輸出端(15)，用于與所述電子單元O)的相應(yīng)輸入端(8a)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，所述本質(zhì)安全的電路(1 包括與所述存儲元件( 串聯(lián)連接的限流元件(1 和通向所述輸出端(1 的回流保護(hù)元件(14)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，提供所述本地可再生的電能的本質(zhì)安全的所述其他供電單元(4)具有用于控制輸出電壓的電子電路(16)，以便根據(jù)本質(zhì)安全的供電單元(4)能產(chǎn)生的功率調(diào)節(jié)所述輸出電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，所述電子電路(16)包括與所述電流產(chǎn)生單元(6)串聯(lián)連接的限流元件(17)和通向輸出端(19)的回流保護(hù)元件(18)，并且包括控制單元(20)，用于使由所述電流產(chǎn)生單元(6) 產(chǎn)生的能量與所述后接的所述電子單元O)的電路(7)的負(fù)載功率匹配。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，設(shè)置有電氣換接設(shè)備，所述電氣換接設(shè)備在正常運行期間優(yōu)先于本質(zhì)安全的所述第一供電單元⑶地將本質(zhì)安全的所述其他供電單元⑷接通到所述電子單元⑵上。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，所述至少一個本質(zhì)安全的第一供電單元( 的存儲元件( 能更換地設(shè)置在所述現(xiàn)場設(shè)備(1)中，其中在更換期間，所述本質(zhì)安全的其他供電單元(4)以橋接方式承擔(dān)所述電子單元O)的供電。
全文摘要
本發(fā)明涉及過程自動化的設(shè)備的現(xiàn)場設(shè)備(1)，具有至少一個第一本質(zhì)安全的供電單元(3)，其為給用于過程控制的電子單元(2)供電而提供在集成的存儲元件(5)中本地存儲的電能。為本質(zhì)安全的現(xiàn)場設(shè)備(1)從本地存儲的電能滿足需求地供電，建議此外集成至少一個另外的本質(zhì)安全的供電單元(4)，其通過提供本地可再生的電能的電流產(chǎn)生單元(6)供電。
文檔編號H02H9/02GK102377229SQ201110255508
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者H·U·穆勒, Y·馬雷特 申請人:Abb技術(shù)股份公司