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Title:
FIELD DEVICE WITH A PROTECTIVE CIRCUIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/166658
Kind Code:
A1
Abstract:
Field device (FG) in process automation engineering comprising a protective circuit (SS) between a communication interface (K) of the field device (FG) and a signal processing unit (BE) of the field device (FG), wherein the communication interface (K) is preferably an Ethernet port of the field device (FG), wherein the communication interface (K) and the signal processing unit (BE) have a first device provided between them that is used for limiting current, wherein the first device (E1) for limiting current and the signal processing unit (BE) have an apparatus (V) provided between them that is used for limiting voltage, and wherein the apparatus (V) for limiting voltage and the signal processing unit (BE) have a second device (E2) provided between them that is used for limiting power.

Inventors:
KOLLMER DANIEL (DE)
BRUDERMANN MATTHIAS (CH)
BONSCHAB FRANK (DE)
MÜLLER HEINZ (DE)
FINK NIKOLAI (CH)
Application Number:
PCT/EP2014/052994
Publication Date:
October 16, 2014
Filing Date:
February 17, 2014
Export Citation:
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Assignee:
FLOWTEC AG (CH)
International Classes:
H04B3/00; H02H9/00; H04L12/28; H04L25/00
Domestic Patent References:
WO2007040539A12007-04-12
WO2001082442A12001-11-01
Foreign References:
US20110128661A12011-06-02
Other References:
See also references of EP 2984720A1
Attorney, Agent or Firm:
ANDRES, ANGELIKA (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Feldgerät (FG) der Prozessautomatisierungstechnik umfassend eine Schutzschaltung (SS) zwischen einer Kommunikationsschnittstelle (K) des Feldgerätes (FG) und einer Signalverarbeitungseinheit (BE) des Feldgerätes (FG),

wobei es sich bei der Kommunikationsschnittstelle (K) bevorzugt um einen Ethernet- Anschluss des Feldgerätes (FG) handelt,

wobei zwischen der Kommunikationsschnittstelle (K) und der Signalverarbeitungseinheit (BE) eine erste Einrichtung, die zur Strombegrenzung dient, vorgesehen ist,

wobei zwischen der ersten Einrichtung (E1 ) zur Strombegrenzung und der

Signalverarbeitungseinheit (BE) eine Vorrichtung (V), die zur Spannungsbegrenzung dient, vorgesehen ist, und wobei zwischen der Vorrichtung (V) zur Spannungsbegrenzung und der Signalverarbeitungseinheit (BE) eine zweite Einrichtung (E2), die zur

Energiebegrenzung dient, vorgesehen ist.

2. Feldgerät (FG) nach Anspruch 1 , wobei

die erste Einrichtung (E1 ) zur Strom begrenzung vorzugsweise ein erstes

Kondensatorpaar umfasst, und dazu dient, die elektrische Energie, welche über die Schnittstelle (K) eintragbar ist, zu begrenzen, um die Vorrichtung (V) zur

Spannungsbegrenzung zu schützen.

3. Feldgerät (FG) nach Anspruch 1 oder 2, wobei

die zweite Einrichtung (E2) zur Energiebegrenzung ein zweites Kondensatorpaar umfasst, welches dazu dient, die elektrische Leistung, entsprechend den Bestimmungen der Zündschutzart Eigensicherheit zu begrenzen.

4. Feldgerät nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei

die erste Einrichtung (E1 ) zur Strom begrenzung dazu dient, die Vorrichtung zur

Spannungsbegrenzung vor einem Energieeintrag mit einer Störspannung, insbesondere Netzspannung, über die Schnittstelle (K) zu schützen.

5. Feldgerät (FG) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei

die erste Einrichtung (E1 ) zur Strom begrenzung die Bestimmungen der Zündschutzart Eigensicherheit erfüllt und auf die Dioden der Vorrichtung (V) zur Spannungsbegrenzung abgestimmt ist.

6. Feldgerät (FG) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei

vermittels der ersten Einrichtung (E1 ) zur Strombegrenzung die elektrische Leistung einer im Fehlerfall anliegenden Spannung beschränkt wird.

7. Feldgerät (FG) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei durch die Vorrichtung (V) zur Spannungsbegrenzung und die zweite Einrichtung (E2) der Energieeintrag über die Schutzschaltung (SS) auf unter 50 (fünfzig Mikrojoule) beschränkt wird.

8. Feldgerät (FG) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei

die Schnittstelle (K) über wenigstens eine Signalleitung (S1 , S2, S3, S4) mit der

Signalverarbeitungseinheit (BE) verbunden ist, und

wobei die Signalleitung (S1 , S2, S3, S4) über die erste Einrichtung (E1 ) und die zweite Einrichtung (E2) zur Energiebegrenzung verläuft,

und wobei die Signalleitung (S1 , S2, S3, S4) über die Vorrichtung (V) zur

Spannungsbegrenzung verläuft.

9. Feldgerät (FG) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei

die erste und die zweite Einrichtung (E1 , E2) zur Strom begrenzung in Reihe geschaltet sind,

und die Vorrichtung (V) zur Spannungsbegrenzung zwischen der in Reihe geschalteten ersten Einrichtung (E1 ) zur Strombegrenzung und zweiten Einrichtung (E2) zur

Energiebegrenzung angeordnet ist

10. Feldgerät (FG) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei

zwischen der Schutzschaltung (SS) und der Signalverarbeitungseinheit (BE) eine Vorrichtung (M) zur Potentialtrennung, vorzugsweise sog. Magnetics, vorgesehen ist.

1 1. Feldgerät (FG) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei

es sich bei der Signalverarbeitungseinheit (BE) um eine Betriebselektronik des

Feldgerätes (FG) handelt,

welche Signalverarbeitungseinheit (BE) mit einer Sensorelektronik (SE) verbunden ist, welche Sensorelektronik (SE) bevorzugt abgesetzt, d.h. örtlich getrennt, von der

Betriebselektronik angeordnet ist.

12. Schutzschaltung (SS) für ein Feldgerät (FG) nach einem der vorherigen Ansprüche.

13. Verfahren zu sicheren Trennung von eigensicheren zu nicht-eigensicheren

Stromkreisen (0/1 , 2) oder von eigensicheren zu eigensicheren Stromkreisen, wobei die Leistung einer an einer Kommunikationsschnittstelle (K) eines Feldgerätes (FG) anliegenden Spannung durch eine erste Einrichtung (E1 ) zur Strombegrenzung beschränkt wird, wobei die an der Kommunikationsschnittstelle (K) anliegende Spannung durch eine Vorrichtung (V) zur Spannungsbegrenzung beschränkt wird, und wobei die durch diese beschränkte Spannung zur Verfügung stehende Leistung durch eine zweite Einrichtung (E2) zur Energiebegrenzung, vorzugsweise gem. den Anforderungen der Zündschutzart Eigensicherheit, beschränkt wird.

Description:
Feldgerät mit einer Schutzschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik, welches Feldgerät eine Schutzschaltung umfasst, eine Schutzschaltung an sich, sowie ein Verfahren zur sicheren Trennung von eigensicheren zu nicht-eigensicheren oder von eigensicheren zu eigensicheren Stromkreisen.

Feldgeräte werden heutzutage in industriellen Anlagen eingesetzt, um Prozesse zu regeln, zu steuern und/oder zu überwachen.

Diese Feldgeräte verfügen oftmals über einen kabelgebundenen Anschluss, um sie an einen Feldbus oder allgemein eine Leitung, die zur Energieversorgung des Feldgerätes und/oder zur Übertragung von Daten von dem bzw. an das Feldgerät dient,

anzuschließen. Derartige oftmals auch unter der Bezeichnung Feldbusanschluss bekannte Anschlüsse dienen bspw. zur Kommunikation vermittels eines zur

Datenübertragung verwendeten Protokolls wie bspw. HART, Profibus, Foundation Fieldbus u.a. Neuerdings ist es bekannt geworden, auch sog. Ethernet-Anschlüsse, die zur Datenübertragung vermittels eines industriellen Ethernet-Protokolls dienen, zu verwenden.

Zudem können Feldgeräte über einen weiteren Anschluss verfügen, über den eine Energieversorgung des Feldgerätes und/oder eine Übertragung von Daten von dem bzw. an das Feldgerät ermöglicht wird. Auch in diesem Fall kann es sich bei dem Anschluss um einen Ethernet-Anschluss handeln.

Es ist also möglich Feldgeräte permanent an ein Ethernet-Netzwerk anzuschließen, so dass die Kommunikation mit einem Feldgerät zur Regelung, Steuerung und/oder Überwachung des Prozesses über das Ethernet-Netzwerk erfolgt. Andererseits können bspw. Bediengeräte nur zur kurzzeitigen über einen als Bedienoder Serviceanschluss bezeichneten weiteren Anschluss an ein Feldgerät angeschlossen werden, um das Feldgerät zu bedienen. Unter Bedienen wird dabei jede Art von

Datenaustausch mit dem Feldgerät verstanden, insbesondere zum Zwecke einer Parametrierung, zum Aufspielen einer neuen Firmware oder schlicht zum Auslesen von Daten von dem Feldgerät, wie bspw. von Daten die von dem Feldgerät aufgezeichneten Messdaten.

Im Falle einer entzündlichen oder explosbilen Prozessumgebung, bspw. wenn ein entzündliches Gas in dem Prozess eingesetzt wird, ist es zudem erforderlich, eine Begrenzung der im Fehlerfall an das Feldgerät übertragenen elektrischen Leistung vorzusehen. Entsprechende Maßnahmen und Richtlinien sind in Standards, wie der IEC 60079-1 1 (auch als Ex bekannt) oder der für Nordamerika geltenden Class I Division 1 bzw. 2 mit den Gruppen A, B, C oder D wiedergegeben.

Im Fehlerfall können in den oben beschriebenen Feldgerätekonfigurationen bis zu 260V, bzw. allgemeine die vorliegende Netzspannung, an die bspw. ein Bediengerät angeschlossen ist, an den entsprechenden Anschlüssen des Feldgerätes anliegen. Einige Bediengeräte, insbesondere handelsübliche Geräte, wie Laptops, Tablets, etc. besitzen jedoch oftmals keine entsprechenden Maßnahmen zur Leistungsbegrenzung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde entsprechende Maßnahmen vorzusehen, um eine Beschädigung des Feldgerätes oder einen Energieeintrag, der über einem vorgegebenen Wert, insbesondere über einer vorgegebenen Zündspannung, liegt, auch im Fehlerfall zu vermeiden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Feldgerät, eine Schutzschaltung und ein Verfahren gelöst.

Hinsichtlich des Feldgerätes wird die Aufgabe durch ein Feldgerät der

Prozessautomatisierungstechnik umfassend eine Schutzschaltung zwischen einer Kommunikationsschnittstelle des Feldgerätes und einer Signalverarbeitungseinheit des Feldgerätes gelöst, wobei es sich bei der Kommunikationsschnittstelle bevorzugt um einen Ethernet-Anschluss des Feldgerätes handelt, wobei zwischen der

Kommunikationsschnittstelle und der Signalverarbeitungseinheit eine erste Einrichtung, die zur Strombegrenzung dient, vorgesehen ist, wobei zwischen der ersten Einrichtung zur Strom begrenzung und der Signalverarbeitungseinheit eine Vorrichtung, die zur Spannungsbegrenzung dient, vorgesehen ist, und wobei zwischen der Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung und der Signalverarbeitungseinheit eine zweite Einrichtung, die zur Energiebegrenzung dient, vorgesehen ist.

Allgemein bieten Ethernet-Schnittstellen Vorteile hinsichtlich der

Übertragungsgeschwindigkeit von Daten sowie der inhärenten galvanischen Trennung. Die galvanische Trennung genügt jedoch, wenn handelsübliche Bauteile eingesetzt werden, nicht den o.g. Eigensicherheitsnormen, wie z.B. IEC 60079-1 1. Die

vorgeschlagene Erfindung bietet hier Abhilfe. Es ist somit vermittels jedes

handelsüblichen Gerätes möglich, auch eine im Fehlerfall sichere Verbindung mit dem Feldgerät herzustellen. Es ist jedoch auch denkbar andere als die genannte Ethernet-Schnittstelle zur

Datenübertragung von dem bzw. an das Feldgerät zu verwenden. In Betracht kommen dabei alle im Bereich der Automatisierungstechnik insbesondere der

Prozessautomatisierung verwendeten Schnittstellen zur Energieversorgung eines Feldgerätes und/oder Kommunikation mit dem Feldgerät. Einige Beispiele wie HART etc. wurden oben bereits genannt.

Durch entsprechende Auslegung der verwendeten Bauteile der Schutzschaltung, d.h. der ersten Einrichtung, der zweiten Einrichtung und der Vorrichtung zur

Spannungsbegrenzung kann eine der Zündschutzart Eigensicherheit bspw. Ex-i IIA, IIB oder NC oder der o.g. Class I Division 1 bzw. 2 in Gruppen A, B, C oder D entsprechende Trennung zw. dem Feldgerät und einem Bediengerät bzw. der

Kommunikationsschnittstelle gewährleistet werden. Besonders bevorzugt besteht die Schutzschaltung zwischen der

Kommunikationsschnittstelle und der Signalverarbeitungseinheit aus der ersten

Einrichtung zur Strombegrenzung, der zweiten Einrichtung zur Energiebegrenzung und der Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung, d.h. es sind keine weiteren als die genannten Bauteile vorhanden, um eine entsprechende einer Norm, vorzugsweise den ATEX- Richtlinien, genügende Trennung zu erreichen.

Bisher musste für eine entsprechende Wartung eines Feldgerätes über die

Kommunikationsschnittstelle des Feldgerätes der Prozess angehalten bzw. die explosionsgefährliche Atmosphäre„abgeschaltet" werden, bspw. indem das entzündliche Prozessmedium entfernt wurde, obwohl sich der Sensor u.U. abgesetzt, d.h. entfernt, von der Kommunikationsschnittstelle und/oder von der Signalverarbeitungseinheit in der explosionsgefährlichen Umgebung befand.

Die vorgeschlagene Lösung ist den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen insbesondere dahingehend überlegen, dass nicht auf eine optische Übertragung zurückgegriffen wird, als auch keine speziellen integrierten Schaltkreise (IC) zum Einsatz kommen müssen. Somit können die Kosten für eine derartige Schutzschaltung verringert, die Bauform verkleinert und auch der Energieverbrauch der Schutzschaltung selbst verringert werden.

In einer Ausführungsform des Feldgerätes umfasst die erste Einrichtung zur

Strombegrenzung vorzugsweise ein erstes Kondensatorpaar und dient dazu, die elektrische Energie, welche über die Schnittstelle eintragbar ist, zu begrenzen, um die Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung zu schützen. Gegebenenfalls kann auch nur ein einziger Kondensator, zwei Kondensatoren oder mehr als zwei Kondensatoren, bspw. drei, vier, fünf oder sechs oder mehr Kondensatoren verwendet werden. Im Falle mehrerer Kondensatoren, d.h. bspw. im Falle zweier Kondensatoren, d.h. eines Kondensatorpaars, sind diese bevorzugt in Reihe geschaltet. Die Kondensatoren sind dabei bevorzugt derart ausgestaltet, dass sie die von den

Bestimmungen der IEC 60079-1 1 oder der Class 1 Divisionl bzw. 2 Gruppe A, B, C oder D geforderte Spannungsfestigkeit besitzen und die entsprechenden Kriechstrecken erfüllen, d.h. die Kondensatoren, vorzugsweise jeder Kondensator, besitzen eine entsprechende Bauform.

In einer weiteren Ausführungsform des Feldgerätes umfasst die zweite Einrichtung zur Energiebegrenzung ein zweites Kondensatorpaar, welches dazu dient, die elektrische Energie, entsprechend einem vorgegebenen Grenzwert, bspw. entsprechend den Bestimmungen der Zündschutzart Eigensicherheit, zu begrenzen. Die in Zusammenhang mit der ersten Einrichtung zur Strombegrenzung genannten Ausgestaltungen gelten mutatis mutandis auch für die zweite Einrichtung zur Strom- bzw. Energiebegrenzung.

In einer weiteren Ausführungsform des Feldgerätes dient die erste Einrichtung zur Strombegrenzung, bspw. im Fehlerfall, dazu, die Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung vor einem Energieeintrag mit Netzspannung, bzw. der im Fehlerfall vorliegenden Störspannung, über die Kommunikationsschnittstelle zu schützen. Denn durch die Strombegrenzung der ersten Einrichtung, die zwischen der Kommunikationsschnittstelle und der Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung angeordnet ist, kann die Leistung und somit der Energieeintrag in das Feldgerät, insbesondere der Energieumsatz, der an der Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung vorliegt, beschränkt werden. Dadurch kann die

Funktionalität der Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung und die der zweiten Einrichtung zur Energiebegrenzung gewährleistet werden.

In einer Bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur

Spannungsbegrenzung wenigstens eine Diode, besonders bevorzugt wenigstens eine Zener-Diode. Über die Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung kann somit eine auftretende über einem Schwellwert liegende Störspannung abgeleitete werden.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung mit Schutzerde verbunden. In einer weiteren Ausführungsform des Feldgerätes erfüllt die erste Einrichtung zur

Strombegrenzung die Bestimmungen der Zündschutzart Eigensicherheit und ist auf die Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung abgestimmt. Die Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung kann so ausgestaltet sein und derart auf die erste Einrichtung zur Strombegrenzung abgestimmt sein, dass die an der Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung umgesetzte Leistung geringer ist, als die zulässige Leistung, die durch die Vorrichtung umgesetzt werden darf. Dass bedingt natürlich eine gegenseitige Auslegung der verwendeten Bauteile. Bspw. kann ein als Strombegrenzung dienender Kondensator so ausgelegt sein, dass die an einer als Spannungsbegrenzung dienenden Diode umgesetzte Leistung geringer ist als die maximal an der Diode zulässige Leistung. Bevorzugt ist der Kondensator, d.h. allgemein die Einrichtung zur Strom begrenzung, so ausgelegt, dass im Fehlerfall die an der Diode, d.h. allgemein der Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung, anliegende Spannung bspw. nur 2/3 der maximal zulässigen Leistung an der Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung beträgt. Dadurch kann ein zuverlässiger Schutz und somit eine zuverlässige Wirkung der Vorrichtung zur

Spannungsbegrenzung im Fehlerfall gewährleistet werden In einer weiteren Ausführungsform des Feldgerätes dient die erste Einrichtung zur

Strombegrenzung dazu, die elektrische Energie bzw. die elektrische Leistung einer im Fehlerfall (an der Kommunikationsschnittstelle) anliegenden (Stör-)Spannung zu beschränken. Die Leistung einer im Fehler an der Kommunikationsschnittstelle anliegenden Spannung wird ferner durch die Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung erreicht.

In einer weiteren Ausführungsform des Feldgerätes dient die Vorrichtung zur

Spannungsbegrenzung und die zweite Einrichtung zur Energiebegrenzung dazu, den Energieeintrag über die Schutzschaltung auf unter 50 (fünfzig Mikrojoule) zu beschränken. Dies entspricht den Anforderungen einer Norm zum Expolsisonsschutz, wie z.B. IEC 60079-1 1 oder der o.g. Class 1 Division 1 bzw. 2 für eine explosionsgefährdete Zone wie bspw. Zone 0, Zone 1 , Zone 2 in der Gasgruppe IIA, IIB oder NC.

In einer weiteren Ausführungsform des Feldgerätes ist die Kommunikationsschnittstelle über wenigstens eine Signalleitung mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden, wobei die Signalleitung über die erste Einrichtung zur Strombegrenzung und die zweite

Einrichtung zur Energiebegrenzung verläuft, und wobei die Signalleitung über die Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung verläuft. Die Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung umfasst bevorzugt wenigstens eine Diode, vorzugsweise eine entsprechend ausgelegte Zener-Diode, die einerseits mit Schutzerde und andererseits mit der wenigstens einen Signalleitung verbunden ist. Die Kommunikationsschnittstelle kann auch über mehrere Signalleitungen mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden sein. Entsprechende Anschlüsse können an der Kommunikationsschnittstelle und der Signalverarbeitungseinheit vorgesehen sein, so dass eine Signalleitung dazu dient, ein entsprechendes Signal von einem der Anschlüsse an der Kommunikationsschnittstelle an einen entsprechenden Anschluss an der

Signalverarbeitungseinheit zu übertragen. Bspw. können die Signalleitungen zur

Datenübertragung zwischen der Kommunikationsschnittstelle und einem ggfs. daran angeschlossenen Bediengerät und der Signalverarbeitungseinheit gem. dem Full-Duplex- Prinzip dienen, vorzugsweise dem Full-Duplex-Ethernet-Prinzip. Bspw. kann ein differentielles Signal über eine erste Signalleitung Tx+ und eine zweite Signalleitung Tx- über die Kommunikationsschnittstelle an die Signalverarbeitungseinheit übertragen werden. Ein differentielles Signal von der Signalverarbeitungseinheit kann über eine dritte Signalleitung Rx+ und eine vierte Signalleitung Rx- über die Kommunikationsschnittstelle und entsprechende Anschlüsse an ein dort ggf. angeschlossenes Bediengerät übertragen werden.

An der Kommunikationsschnittstelle können jedoch noch weitere Anschlüsse, bspw. wie durch den Ethernet-Standard vorgegeben, vorgesehen sein. Entsprechend können auch noch weitere Signalleitungen zwischen der Kommunikationsschnittstelle und der

Signalverarbeitungseinheit vorgesehen sein. In dieser Ausführungsform ist zumindest eine der Signalleitungen, bevorzugt jedoch jede der Signalleitungen oder zumindest die oben mit Tx+, Tx-, Rx+, Rx- bezeichneten Signalleitungen, mit einer ersten Einrichtung zur Strom begrenzung, einer zweiten Einrichtung zur Energiebegrenzung und einer Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung versehen. Jede der Signalleitungen kann also über eine erste Einrichtung zur Strombegrenzung, die bevorzugt aus wenigstens zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren oben beschriebener Bauform besteht, eine zweite Einrichtung zur Energiebegrenzung, die ebenfalls bevorzugt aus wenigstens zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren besteht, und einer Vorrichtung zur

Spannungsbegrenzung (zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung zur Strom- bzw. Energiebegrenzung), die bevorzugt aus einer entsprechenden Diode, bevorzugt einer Zener-Diode (siehe dazu weiter unten) besteht, umfassen. Die erste Einrichtung zur Strombegrenzung und die zweite Einrichtung zur Energiebegrenzung sind dabei ebenfalls in Reihe zw. der Kommunikationsschnittstelle und der Signalverarbeitungseinheit geschaltet, wobei die Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung zur Strom- bzw. Energiebegrenzung einerseits mit der entsprechenden Signalleitung und andererseits mit Schutzerde verbunden ist. Die jeweilige zur Spannungsbegrenzung dienende Diode, bevorzugt eine Zener-Diode, ist dabei, vorzugsweise in Sperrrichtung, zwischen der entsprechenden Signalleitung und der Schutzerde geschaltet. Alternativ kann zu diesem Zweck eine Sperrdiode in

Durchlassrichtung verwendet werden.

Die Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung kann über jeweils mindestens eine entsprechende Diode mit jeweils einer Signalleitung verbunden sein. Vorzugsweise sind jedoch sämtliche mit einer Signalleitung verbundene Dioden über eine einzige Diode mit Schutzerde verbunden, welche einzige Diode in Durchlassrichtung zwischen den

Signalleitungen und der Schutzerde geschaltet ist, so dass sie in Sperrrichtung mit der Schutzerde verbunden ist.

In einer weiteren Ausführungsform des Feldgerätes sind somit die erste und die zweite Einrichtung zur Strom- bzw. Energiebegrenzung in Reihe geschaltet, und die Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung ist zwischen der in Reihe geschalteten ersten und zweiten Einrichtung zur Strom- bzw. Energiebegrenzung angeordnet.

Die zweite Einrichtung zur Energiebegrenzung ist bevorzugt derart ausgelegt, dass die von ihr an die Signalverarbeitungseinheit ausgegebene Leistung bzw. Energie gem. der Zündschutzart Eigensicherheit begrenzt ist. Von Vorteil ist dabei, dass im Fehlerfall, d.h. bspw. einer an der kommunikationsschnittstelle anliegenden Störspannung, die bspw. der Netzspannung entspricht, nun nicht mehr die Störspannung an der zweiten Einrichtung zur Energiebegrenzung, die bspw. zwei Kondensatoren umfasst, anliegt, sondern nur noch die durch die Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung beschränkte Spannung. Die (dauerhafte) Funktionalität dieser Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung wiederum wird durch die erste Einrichtung zur Strombegrenzung gewährleistet.

In einer weiteren Ausführungsform des Feldgerätes ist zwischen der Schutzschaltung und der Signalverarbeitungseinheit eine Vorrichtung zur Potentialtrennung, vorzugsweise sog. Magnetics, vorgesehen. Die Vorrichtung zur galvanischen Trennung, d.h.

Potentialtrennung, sind somit bevorzugt zwischen der zweiten Einrichtung zur

Strombegrenzung und der Signalverarbeitungseinheit angeordnet.

Im Fall mehrere Signalleitungen kann dabei jede Signalleitung mit der Vorrichtung zur Potentialtrennung über einen entsprechenden Kanal und weiterhin über diesen Kanal mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden sein.

In einer weiteren Ausführungsform des Feldgerätes handelt es sich bei der

Signalverarbeitungseinheit um eine Betriebselektronik des Feldgerätes, wobei die Signalverarbeitungseinheit bspw. mit einer Sensorelektronik verbunden ist, welche Sensorelektronik bevorzugt abgesetzt, d.h. örtlich getrennt, von der Signalverarbeitungseinheit angeordnet ist. Abgesetzt, d.h. örtlich getrennt heißt dabei, dass die Signalverarbeitungseinheit und der Sensor bzw. die Sensorelektronik jeweils über ihr eigenes Gehäuse verfügen. Hinsichtlich der Schutzschaltung wird die Aufgabe durch eine Schutzschaltung für ein Feldgerät nach einem der vorherigen Ansprüche gelöst. Die Schutzschaltung umfasst bzw. besteht bevorzugt aus einer ersten Einrichtung zur Strombegrenzung und einer zweiten Einrichtung zur Energiebegrenzung sowie aus einer Vorrichtung zur

Spannungsbegrenzung wie oben beschrieben.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch eine Verfahren zur sicheren Trennung von eigensicheren zu nicht-eigensicheren oder von eigensicheren zu eigensicheren Stromkreisen gelöst, wobei die Leistung einer an einer Kommunikationsschnittstelle eines Feldgerätes anliegenden Spannung durch eine erste Einrichtung zur Strom begrenzung beschränkt wird, wobei die an der Kommunikationsschnittstelle anliegende Spannung durch eine Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung beschränkt wird, und wobei die durch diese beschränkte Spannung zur Verfügung stehende Energie durch eine zweite Einrichtung zur Energiebegrenzung, vorzugsweise gem. den Anforderungen der

Zündschutzart Eigensicherheit, beschränkt wird.

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

Fig. 1 : eine schematische Darstellung der Schutzschaltung zwischen einem Bediengerät und einer Betriebselektronik eines Feldgerätes,

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines (mobilen) vorzugsweise handhaltbaren Bediengerätes BG, hier eines Laptops, welches über eine Kommunikationsschnittstelle K mit einer Betriebselektronik BE eines Feldgerätes FG verbunden ist. Das Feldgerät FG gem. Figur 1 weist eine von der Betriebselektronik BE abgesetzte Sensorelektronik SE auf, die zur Vorverarbeitung der von einem Sensor gelieferten Messsignale dient. Der Sensor sowie die Sensorelektronik SE befinden sich dabei in einer explosionsgefährdeten Zone, bspw. Zone 0 oder Zone 1. Die Sensorelektronik SE ist mit der Betriebselektronik BE über eine Signalleitung A1 zur Übertragung der Messsignale in digitaler oder analoger Form verbunden. Im Fehlerfall könnte über die Kommunikationsschnittstelle K somit ein Energieeintrag in die explosionsgefährdete Zone 0/1 erfolgen, der oberhalb des zulässigen Energieeintrags liegt, der für diese Zone gem. Norm gilt. Zur Begrenzung der über die Kommunikationsschnittstelle K eintragbaren elektrischen Energie ist zwischen der Kommunikationsschnittstelle K und der Betriebselektronik BE eine Schutzschaltung SS zur Energie- bzw. Leistungsbegrenzung vorgesehen. Die Kommunikationsschnittstelle K weist Anschlüsse zum Herstellen einer Verbindung mit der Betriebselektronik BE auf. Bei der Kommunikationsschnittstelle K kann es sich bspw. um eine Steckverbindung handeln, bei der neben einer elektrischen Verbindung zwischen dem Bediengerät BG und der Feldgerät FG auch eine mechanische Verbindung der Verbindungsleitung mit dem Feldgerät FG erfolgt.

Gem. Figur 1 sind entsprechende Anschlüsse vorgesehen, um Daten in Form von differentiellen Signalen im Full-Duplex-Betrieb zwischen dem Bediengerät BG und der Betriebselektronik BE des Feldgerätes FG auszutauschen. Anstelle der gezeigten Kommunikationsschnittstelle K, die zum kurzzeitigen Bedienen des Feldgerätes FG im Sinne einer Serviceschnittstelle ausgelegt ist, kann es sich dabei auch um eine

Kommunikationsschnittstelle K handeln, die zum dauerhaften Betreiben des Feldgerätes FG und zum Datenaustausch über einen Feldbus ausgelegt ist, eine sog.

Permanentverkabelung.

In der gezeigten Ausführungsform ist die Kommunikationsschnittstelle K über vier Signalleitungen S1 , S2, S3, S4 mit der Betriebselektronik BE verbunden. Es können auch weitere Signalleitungen, nicht gezeigt, vorgesehen sein. Jede der Signalleitungen S1 , S2, S3, S4 umfasst ein erstes Paar und ein zweites Paar von Kondensatoren, wobei das erste Paar die erste Einrichtung zur Strom begrenzung E1 und das zweite Paar die zweite Einrichtung zur Energiebegrenzung E2 bildet.

Ferner weist jede der Signalleitungen S1 , S2, S3, S4 einen Abgriff A1 , A2, A3, A4 zwischen dem ersten und dem zweiten Kondensatorpaar auf, über den die jeweilige Signalleitung S1 , S2, S3, S4 über wenigstens eine hier in Sperrrichtung geschaltete Diode D1 , D2, D3, D4 mit Schutzerde E verbunden ist. Diese Dioden D1 , D2, D3, D4 können ebenfalls redundant, d.h. anstelle bspw. der Diode D1 sind mehrere Dioden in Reihe geschaltet, ausgelegt sein.

Jeder der Zweige die von dem Abgriff A1 , A2, A3, A4 von der jeweiligen Signalleitung S1 , S2, S3, S4 ausgehen, weist eine Diode D1 , D2, D3, D4 auf.

Zwischen dem zweiten Kondensatorpaar und der Signalverarbeitungseinheit in Form der Betriebselektronik BE ist eine galvanische Trennung M in Form sog. Magnetics vorgesehen. Durch die vorgeschlagene Erfindung kann ein eigensicherer explosionsgefährdeter Bereich 0/1 effektiv von einem nicht-eigensicheren Bereich 2 getrennt werden, da durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ein Energie- oder Leistungseintrag in den

explosionsgefährdeten Bereich 0/1 dauerhaft und zuverlässig verhindert wird. Der explosionsgefährdete Bereich 0/1 ist in Figur 1 durch die gestrichelte Linie

wiedergegeben. Während die Schutzschaltung SS durch die gepunktete Linie

wiedergegeben ist.

Durch das erste Kondensatorpaar wird die Leistung einer an einer

Kommunikationsschnittstelle K eines Feldgerätes FG anliegenden Spannung beschränkt, wobei die an der Kommunikationsschnittstelle K anliegende Spannung durch die Dioden D1 , D2, D3, D4 beschränkt wird, und wobei die durch diese beschränkte Spannung zur Verfügung stehende Energie bzw. Leistung vermittels des zweiten Kondensatorpaars, vorzugsweise gem. den Anforderungen der Zündschutzart Eigensicherheit, beschränkt wird.

Bezugszeichenliste

0/1 Explosionsgefährdete bzw. eigensichere Zone

2 Nicht eigensichere Zone

BG Bediengerät

K Kommunikationsschnittstelle

E1 Erste Einrichtung zur Strombegrenzung

E2 Zweite Einrichtung zur Energiebegrenzung

V Vorrichtung zur Spannungsbegrenzung

E Schutzerde

G Masse

S1 Erste Signalleitung

S2 Zweite Signalleitung

S3 Dritte Signalleitung

S4 Vierte Signalleitung

M Galvanische Trennung

BE Betriebselektronik

SE Sensoreinheit

FG Feldgerät

AN Signalleitung zw. Sensor/Sensorelektronik und Betriebselektronik

SS Schutzschaltung

D1 Erste Diode

D2 Zweite Diode

D3 Dritte Diode

D4 Vierte Diode

D5 Fünfte Diode