用于給現(xiàn)場設(shè)備自身可靠地、冗余地供電的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于給現(xiàn)場設(shè)備自身可靠地、冗余地供電的方法和系統(tǒng)
[0001]技術(shù)區(qū)域
[0002]本發(fā)明涉及一種在自動化技術(shù)中在防爆區(qū)域內(nèi)給現(xiàn)場設(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)具有至少兩個用于提供電流供應(yīng)/電壓供應(yīng)的供電電路和一個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的控制裝置的外部計算單元和在防爆區(qū)域內(nèi)的傳感器和/或致動器之間的連接件。
[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EN 50020規(guī)定。
[0006]關(guān)于有爆炸危險的區(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，這個電流必須通過一個或多個電阻來限制，其中，所述一個或多個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)顯著地擴(kuò)大。也就是，也稱為現(xiàn)場電路的、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供電電路，其中，一個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)錯誤，則可以自動地切換到第二設(shè)備上，而不會發(fā)生對過程的重大故障。
[0008]不言而喻，即使在防爆區(qū)域內(nèi)對輸入/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”的安全級別。所述自身可靠性例如可以通過以下方式保持，即，在所述兩個供電電路之間實(shí)施轉(zhuǎn)換，從而相應(yīng)僅一個供電電路與防爆區(qū)域連接。因此，不發(fā)生所述兩個供電電路的有錯誤的并聯(lián)，在該并聯(lián)時，由于所述兩個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，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)場電路中的電流限制到允許值，但在冗余的組件失靈時不再為所有應(yīng)用情況提供對于運(yùn)行所連接的現(xiàn)場設(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量變換器冗余地供應(yīng)電壓的組件，其中，冗余的測量變換器供電單元通過二極管相互脫耦并且相應(yīng)地僅一個測量變換器供電單元給雙線測量變換器供電，而相應(yīng)另外的測量變換器供電單元在功能監(jiān)測模式中運(yùn)行。不利的是，在供電的測量變換器供電單元失靈時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)由一個共同的單個限流電阻給所連接的現(xiàn)場設(shè)備冗余地供電時可考慮，供電電路中的回路電流即使在冗余地供電時也能被限制到允許值，并且在現(xiàn)場設(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)自身防止過載。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)在方法方面利用權(quán)利要求1所述的措施得以解決。此外，該任務(wù)在系統(tǒng)方面利用權(quán)利要求3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)場設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)中的一個共同的限流電阻，其中，現(xiàn)場設(shè)備通過連接導(dǎo)線連接于供電系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備連接端子。
[0018]此外，本發(fā)明由以下事實(shí)出發(fā)，S卩，對于按照規(guī)定地運(yùn)行現(xiàn)場設(shè)備來說需要一個最低電壓。
[0019]根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，測量現(xiàn)場設(shè)備連接端子上的電壓、將其與參考值進(jìn)行比較，并且如果現(xiàn)場設(shè)備連接端子上的電壓下降到參考值之下的話，每個供電單元的輸出電壓和/或輸出電流根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備連接端子上的電壓降低。
[0020]在系統(tǒng)方面，每個供電單元具有功率限制器件，所述功率限制器件借助于測量放大器根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備連接端子上的電壓與參考值的差進(jìn)行調(diào)節(jié)。功率限制器件通過可調(diào)節(jié)的電壓源和/或電流調(diào)節(jié)器/有效的限流裝置構(gòu)成。
[0021]原則上，供電系統(tǒng)的三個運(yùn)行狀態(tài)能夠區(qū)分:
[0022]在第一運(yùn)行狀態(tài)中，沒有現(xiàn)場設(shè)備連接于現(xiàn)場設(shè)備連接端子；供電系統(tǒng)處于空載中?，F(xiàn)場設(shè)備連接端子上的電壓大約等于供電單元的供電電壓。沒有回路電路流過，現(xiàn)場設(shè)備連接端上的功率是零。
[0023]在第二運(yùn)行狀態(tài)中，連接現(xiàn)場設(shè)備并且處于按照規(guī)定的運(yùn)行中?，F(xiàn)場設(shè)備連接端子上的電壓大約是供電電壓與限流電阻上的電壓降的差。無論如何，現(xiàn)場設(shè)備連接端子上的測量電壓大于必需的最低電壓。
[0024]在第三運(yùn)行狀態(tài)中，存在可能由于分路(Nebenschluss)、短路、現(xiàn)場設(shè)備故障或類似情況引起的錯誤。在這個運(yùn)行狀態(tài)中，現(xiàn)場設(shè)備連接端子上的電壓下降到對于按照規(guī)定地運(yùn)行現(xiàn)場設(shè)備所必需的最低電壓之下。無論如何，在低于這個最低電壓時存在錯誤。這個最低電壓的低于通過與參考值進(jìn)行比較來識別。
[0025]在本發(fā)明的第一模型中，供電單元的輸出電流按照所述低于最低電壓而降低。在本發(fā)明的第二模型中，供電單元的供電電壓降低，并且在第三模型中，不僅供電單元的供電電壓降低，而且供電單元的輸出電流降低。
[0026]在每個模型中，在現(xiàn)場設(shè)備連接端子上提供的