REINKENSMEIER, Jörg (Schlierbachstrasse 3, Schopfheim, 79650, DE)
THOREN, Werner (Hans-Adolf-Bühler-Strasse 6, Steinen, 79585, DE)
KAISER, Ulrich (Ötlingerstrasse 41, Basel, CH-4057, CH)
REINKENSMEIER, Jörg (Schlierbachstrasse 3, Schopfheim, 79650, DE)
THOREN, Werner (Hans-Adolf-Bühler-Strasse 6, Steinen, 79585, DE)
Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes (1) der industriellen Prozess- und/oder Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät (1) zumindest zeitweise von einer Energiequelle (3) mit elektrischer Energie versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der minimal vom Feldgerät (1) erforderliche Spannungsbedarf ermittelt wird, dass aus dem ermittelten minimal erforderlichen Spannungsbedarf ein
Versorgungsspannungswert ermittelt wird, und dass das Feldgerät (1) zumindest zeitweise mit elektrischer Energie versorgt wird, dessen Spannung unterhalb oder im Wesentlichen gleich dem ermittelten
Versorgungsspannungswert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der minimal erforderliche Spannungsbedarf mindestens anhand hinterlegter Daten ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelt wird, um was für einen Typ von Feldgerät (1) es sich handelt, und dass der minimal erforderliche Spannungsbedarf mindestens anhand dem
Feldgerät (1) zugeordneter hinterlegter Daten ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelt wird, mit welcher Konfiguration das Feldgerät (1) betrieben wird, und dass der minimal erforderliche Spannungsbedarf mindestens anhand dem Typ des Feldgeräts (1) und der Konfiguration zugeordneter hinterlegter Daten ermittelt wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der minimal erforderliche Spannungsbedarf derartig ermittelt wird, dass die Spannung der elektrischen Energie, mit welcher das Feldgerät (1) versorgt wird, variiert wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (1) mit einem Speisadapter (2) verbunden wird, und dass der minimal erforderliche Spannungsbedarf durch den Speiseadapter (2) ermittelt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens während einer Standby-Phase das Feldgerät (1) mit einer elektrischen Spannung versorgt wird, welche unterhalb des Versorgungsspannungswerts liegt.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die für einen Spannungsverlust relevante Länge der Verbindung zwischen Feldgerät (1) und Energiequelle (3) ermittelt wird, und dass der Versorgungsspannungswert mindestens in Abhängigkeit von der ermittelten relevanten Länge ermittelt wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiequelle (3) mindestens eine Batterie verwendet wird.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Feldgerät (1) mindestens eine Information über den minimal erforderlichen Spannungsbedarf ausgelesen wird. |
Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines
Feldgerätes der industriellen Prozess- und/oder Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät zumindest zeitweise von einer Energiequelle mit elektrischer Energie versorgt wird. Bei dem Feldgerät handelt es sich beispielsweise um einen Messaufnehmer oder um einen Aktor.
[0002] In der modernen industriellen Prozess- und/oder Automatisierungstechnik sind sog. Zwei-Leiter-Geräte bekannt, bei welchen die übertragung von Daten und die Energieversorgung des Gerätes über die gleiche Schnittstelle erfolgt. Bekannt sind hier 4...20 mA Signale oder die Verwendung des HART (Highway Addressable Remote Transducer)-Protokolls.
[0003] In vielen Anwendungen werden normalerweise solche - klassisch verdrahteten - 4...20 mA HART-Geräte in einer Prozessanlage mit 24 V Gleichspannung versorgt. Durch die Kabelverbindung kommt es ggf. zu einem Spannungsabfall, so dass üblicherweise davon ausgegangen wird, dass ein HART-Gerät nicht mehr als 16 V Gleichspannung benötigt. Manche Feldgeräte benötigen sogar geringere Spannungen.
[0004] Eine Entwicklung geht in Richtung kabelloser Kommunikation und
Energieversorgung. Hierfür sind entweder die Feldgeräte selbsttätig in der Lage, z.B. über Funk zu kommunizieren, oder es werden entsprechende Kommunikationseinheiten vorgesehen, welche mit den Feldgeräten verbunden werden und welche für die kabellose Kommunikation sorgen. Für die Energieversorgung werden beispielsweise frei vorhandene Energiequellen (z.B. Licht) oder Batterien verwendet. Bei Batterien ist es dabei erforderlich, dass diese ggf. ausgetauscht werden, so dass eine möglichst hohe Lebensdauer erzielt wird.
[0005] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren vorzuschlagen, mit welchem ein Feldgerät für den Batteriebetrieb optimiert ist.
[0006] Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass der minimal vom Feldgerät erforderliche Spannungsbedarf ermittelt wird, dass aus dem ermittelten minimal erforderlichen Spannungsbedarf ein Versorgungsspannungswert
ermittelt wird, und dass das Feldgerät zumindest zeitweise mit elektrischer Energie versorgt wird, dessen Spannung unterhalb oder im Wesentlichen gleich dem ermittelten Versorgungsspannungswert ist. Erfindungsgemäß wird somit der minimale Spannungsbedarf des Feldgerätes ermittelt, d.h. es wird bestimmt, welche Spannung minimal erforderlich ist, damit das Feldgerät funktionieren kann. Ausgehend davon wird ein Versorgungsspannungswert ermittelt bzw. vorgegeben bzw. aus hinterlegten Daten entnommen bzw. über solche berechnet. Dieser Versorgungsspannungswert wird bei der anschließenden Energieversorgung vorzugsweise nicht überschritten, um Energie über die Reduktion der zur Verfügung gestellten elektrischen Spannung einzusparen. Sollte beispielsweise für gewisse Zeiträume eine höhere Energiemenge vorhanden bzw. erforderlich sein, so kann das Feldgerät jedoch auch mit einer höheren Spannung versorgt werden. Im einfachsten Fall ist der Versorgungsspannungswert gleich der minimal erforderlichen Spannung. In einer anderen Ausgestaltung wird beim Versorgungsspannungswert noch berücksichtigt, dass es z.B. über die Verbindung zwischen der Energiequelle und dem Feldgerät zu Spannungsverlusten kommt, d.h. der Versorgungsspannungswert liegt oberhalb der minimal erforderlichen Spannung. Endgültig wird dem Feldgerät somit soviel Spannung zugeführt, wie ausreichend für den Betrieb des Gerätes ist. Damit geht einher, dass die Energiequelle passend geschont und somit deren Lebensdauer erhöht wird. Das Feldgerät ist dabei beispielsweise ein Messgerät/Sensor oder ein Aktor. In gewissen Zeiträumen kann es vorgesehen sein, dass das Feldgerät „schlafen gelegt" wird, wobei das Feldgerät mit einer geringeren Spannung, insbesondere mit einer im Wesentlichen gleich Null gesetzten Spannung betrieben wird. In anderen Zeiträumen kann es vorgesehen sein, das Feldgerät mit einer Spannung unterhalb des minimalen Werts zu versorgen. In diesen Fällen würde das Feldgerät beispielsweise die Energie speichern und erst beim Erreichen eines bestimmten Wertes sein Arbeiten aufnehmen. Es kann auch vorgesehen sein, dass bei dieser Unterversorgung das Feldgerät Funktionalitäten oder Peripherien gezielt
abschaltet oder nur eine Kernfunktionalität ausführt.
[0007] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der minimal erforderliche
Spannungsbedarf mindestens anhand hinterlegter Daten ermittelt wird. Die Daten befinden sich dabei beispielsweise in technischen Informationen oder sind in Form von Software abgelegt.
[0008] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass ermittelt wird, um was für einen Typ von Feldgerät es sich handelt, und dass der minimal erforderliche Spannungsbedarf mindestens anhand dem Feldgerät zugeordneter hinterlegter Daten ermittelt wird. Der Typ des Feldgerätes - also Modell, Messprinzip, Hersteller, Variante, Herstellungsjahr etc. - wird dabei beispielsweise manuell eingegeben oder wird vom Feldgerät selbst abgefragt.
[0009] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ermittelt wird, mit welcher Konfiguration das Feldgerät betrieben wird, und dass der minimal erforderliche Spannungsbedarf mindestens anhand dem Typ des Feldgeräts und der Konfiguration zugeordneter hinterlegter Daten ermittelt wird. Je nach Messbereich oder Messgenauigkeit oder z.B. je nach angeschlossener Peripherie kann der Energie- bzw. Spannungsbedarf des Feldgerätes unterschiedlich sein, so dass dies bei der Festlegung des Spannungsbedarfs zu berücksichtigen ist. Ggf. ist mit dem Typ des Feldgerätes auch der maximal zu erwartende Spannungsbedarf assoziiert, so dass bei der realen Umsetzung, welche ggf. nicht alle Funktionalitäten umfasst, entsprechend weniger Spannung ausreichend ist.
[0010] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass der minimal erforderliche
Spannungsbedarf derartig ermittelt wird, dass die Spannung der elektrischen Energie, mit welcher das Feldgerät versorgt wird, variiert wird. In dieser Ausgestaltung wird somit ausgetestet, welches die minimale Spannung ist. Dafür wird beispielsweise die Spannung solange erhöht, bis das Feldgerät eine passende Statusmeldung abgibt.
[0011] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Feldgerät mit einem Speisadapter verbunden wird, und dass der minimal erforderliche Spannungsbedarf durch den Speiseadapter ermittelt wird. Ein Speiseadapter ist somit beispielsweise eine Steuereinheit, welche mit einem üblichen Feldgerät
verbunden wird und welche dabei beispielsweise auch die Anpassung an die kabellose Bedienung vornimmt. In einer weiteren Ausgestaltung ist der Speiseadapter auch für die kabellose Kommunikation mit bzw. von dem Feldgerät vorgesehen, so dass es sich insgesamt um einen Kommunikations- und Speiseadapter handelt. Dies ließe sich auch als kombinierte Speise- und Kommunikationseinheit bezeichnen.
[0012] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens während einer
Standby-Phase das Feldgerät mit einer elektrischen Spannung versorgt wird, welche unterhalb des Versorgungsspannungswerts liegt. Das Feldgerät wird somit zumindest zeitweise in einen Schlafzustand versetzt. Insbesondere bei batteriebetriebenen oder allgemein kabellos betriebenen Feldgeräten wird üblicherweise von einem dauernden Betrieb abgesehen; vielmehr werden in dem Fall, dass es sich bei dem Feldgerät um einen Sensor handelt, die Messwerte in größeren Abständen aufgenommen, so dass es problemlos möglich ist, das Feldgerät für die Zwischenzeit abzuschalten bzw. in den Schlafzustand/Stand-by zu versetzen. In einer Ausgestaltung wird insbesondere die Energieversorgung zwischenzeitig vollständig abgeschaltet.
[0013] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die für einen Spannungsverlust relevante Länge der Verbindung zwischen Feldgerät und Energiequelle ermittelt wird, und dass der Versorgungsspannungswert mindestens in Abhängigkeit von der ermittelten relevanten Länge ermittelt wird. Handelt es sich insbesondere um eine Kabelverbindung zwischen dem Feldgerät und der Energiequelle, so treten durch die Kabel Spannungsverluste auf, die bei der Ermittlung bzw. Bestimmung bzw. Berechnung des Versorgungsspannungswerts aus dem minimal erforderlichen Spannungswert zu berücksichtigen sind.
[0014] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass als Energiequelle mindestens eine Batterie verwendet wird. Unter Batterie seien hierbei auch Akkumulatoren verstanden.
[0015] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass aus dem Feldgerät mindestens eine
Information über den minimal erforderlichen Spannungsbedarf ausgelesen wird. Das Feldgerät führt somit beispielsweise in einem internen Speicher
die Informationen über seinen minimalen Spannungsbedarf mit sich mit. Dieser Wert wird dann z.B. von dem o.g. Speiseadapter ausgelesen und für die Ermittlung der Versorgungsspannung herangezogen.
[0016] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
[0017] Fig. 1 : einen schematischen Aufbau einer Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
[0018] Fig. 2: der Aufbau der Fig. 1 mit einer detaillierten Darstellung des Speiseadapters.
[0019] In der Fig. 1 ist schematisch eine Umsetzung des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt bzw. zu sehen ist insbesondere ein Speiseadapter 3, welcher der Umsetzung der Erfindung dient und entsprechend ausgestaltet ist.
[0020] Dargestellt ist ein Feldgerät 1 , bei welchem es sich als Beispiel um einen Messaufnehmer bzw. einen Sensor zur Bestimmung und/oder überwachung eines Füllstands eines Mediums in einem Behälter über die Verwendung von Mikrowellen oder Radar handelt. In einer anderen Ausgestaltung handelt es sich bei dem Feldgerät 1 beispielsweise um einen Aktor. Insbesondere handelt es sich bei dem Feldgerät 1 um ein Zweileiter oder HART-Gerät.
[0021] Das Feldgerät 1 ist mit dem Speiseadapter 2 mechanisch und elektrisch über eine Verbindungseinheit 8, bei welcher es sich um zwei Kabel handelt, verbunden. Der Adapter 2 dient dabei der Energieversorgung und auch der weitergehenden Kommunikation der Signale bzw. Messwerte des Messaufnehmers 1 innerhalb beispielsweise eines drahtlosen Netzwerkes über die Antenne 9. Der Speiseadapter 2 ist mit einer Energiequelle 3 verbunden, bei welcher es sich beispielsweise um eine Batterie handelt. Insgesamt ist somit das Feldgerät 1 mit einem batteriebetriebenen Kommunikations- und Speiseadapter 2 verbunden. Damit die Energiequelle 3 eine möglichst hohe Lebensdauer hat, wird das erfindungsgemäße Verfahren angewendet. Dabei wird zunächst ermittelt, was die minimale Spannung ist, welche das Feldgerät 1 für den Betrieb benötigt. Dieser Wert ist u.a. abhängig vom Typ des Feldgeräts 1 selbst,
aber auch von der speziellen Konfiguration des Feldgeräts 1. Weiterhin ist auch die Verbindungsstrecke zwischen Feldgerät 1 und Energiequelle 3 relevant. Dafür wird ausgehend vom minimalen Spannungsbedarf ein Versorgungsspannungswert ermittelt, welcher bei der Energieversorgung des Feldgerätes 1 während des normalen Betriebes nicht unterschritten werden sollte, damit das Feldgerät 1 sicher arbeiten kann, z.B. zuverlässig seine Messwerte bestimmt. In den Schlaf- oder Standby-Phasen wiederum wird der Wert ggf. unterschritten, um mehr Energie einzusparen. Der minimal erforderliche Spannungswert wird dabei beispielsweise bestimmt, indem der Wert im Feldgerät 1 oder im Adapter 2 hinterlegt wird oder indem er durch entsprechende Eingabemöglichkeiten eingestellt wird oder indem er beispielsweise durch Austesten bzw. Variieren des Spannungswertes direkt vom Adapter 2 ermittelt wird. Für die letztere Variante wird beispielsweise die Spannung solange erhöht, bis das Feldgerät 1 eine entsprechende Meldung ausgibt.
[0022] Die Fig. 2 zeigt mehr Details eines Speiseadapters 2. Die Kommunikation der Signale vom Messaufnehmer 1 zum Speiseadapter 2 erfolgt vermittels von HART-Signalen, welcher im Speiseadapter 2 über den Kommunikationswiderstand 4 abgegriffen werden. Der Spannungsbedarf wird hier derartig reduziert, dass eine Steuereinheit 5 über ein Zeitglied 6 eine überbrückungseinheit 7 steuert. Diese überbrückungseinheit 7, welche hier ein Schalter ist, überbrückt den Kommunikationswiderstand 4 solange, wie das Feldgerät noch keinen Messwert liefert, d.h. insbesondere über einen einstellbaren Zeitraum nach dem Einschalten des Feldgerätes 1 , d.h. für die Zeitdauer des Hochfahrens des Feldgerätes 1. In dieser Zeit wird verhindert, dass es zu einem Spannungsabfall am Kommunikationswiderstand 4 kommt.
[0023] Bezugszeichenliste
Tabelle 1
1 Feldgerät
2 Speiseadapter
3 Energiequelle