用于在过程自动化的现场装置的情况中减小或最小化干扰信号的设备 |
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| 申请号 | CN201080015200.4 | 申请日 | 2010-03-15 | 公开(公告)号 | CN102405397B | 公开(公告)日 | 2016-12-28 |
| 申请人 | 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司; | 发明人 | 沃尔夫冈·布鲁钦; 克劳斯·拉夫; 马克·施拉赫特尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于在过程自动化的现场装置现场装置(1)包括控制/评估单元(5)和 传感器 (7)，其分别具有至少一个主 电子 元件(HE)和至少一个传感器电子元件(SE)；其中提供至少一个数据线(11，12)，主电子元件(HE)和传感器电子元件(SE)经由所述至少一个数据线进行通信；其中提供至少一个 电流 隔离元件(8a，8b)，所述至少一个电流隔离元件被集成到至少一个数据线(11，12)中，并且防止了干扰 信号 经由一个或多个数据线(11，12)的传输；其中提供电源线(13)，经由所述电源线，传感器(7)可获得足以用于传感器(7)的操作的电源 电压 (VCC)；并且其中，在电源线(VCC，GND)中提供 滤波器 装置(6；C1，C2)，其被设计成满足电源线(VCC，GND)的抗干扰的预定要求。(1)情况下减小或最小化 干扰信号 的设备，其中 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于对过程自动化的现场装置(1)减小或最小化干扰信号的设备，其中所述现场装置(1)包括控制/评估单元(5)和传感器(7)，其分别具有至少一个主电子元件(HE)和至少一个传感器电子元件(SE)； |
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| 说明书全文 | 用于在过程自动化的现场装置的情况中减小或最小化干扰信号的设备 [0001] 本发明涉及用于在过程自动化的现场装置的情况下减小或最小化干扰信号的设备。现场装置包括具有主电子元件的控制/评估单元，以及具有传感器电子元件的传感器。这些在空间上是彼此分离的，并经由连接装置，通常经由缆线彼此连接；替代地，在紧凑装置的情况中，主电子元件和传感器电子元件布置在一个外壳中。两个电子元件可布置在不同的电路板上，或者也可以在同一电路板上。另外还提供有：至少一个数据线，传感器和控制/评估单元经由所述数据线进行通信；以及电源线，经由所述电源线，可为传感器提供满足传感器操作的电源电压。 [0002] 现场装置优选是设计为用于分析流体或气体介质目的的料位测量装置、压力测量装置、流量测量装置或分析测量装置。该列表当然不是意图说明对定义的限制；相反地，术语“现场装置”意味着可利用涉及任何物理或化学的过程变量的信息的测量装置。 [0003] 本发明涉及缆线探头，当在不能直接从外部接近的位置处应该通过传感器，例如通过压力传感器或电容测量探头执行测量时，使用所述缆线探头。典型的例子是在容器中或从外部难以接近的其它容器中某一高度处的探头/传感器的应用。连接装置，即缆线，用于容器中传感器的固定；经由缆线中相应的线，同时进行电能供给和评估单元和传感器之间的数据传输。 [0004] 从EP 1 228 494 B1已知用于在传感器和评估单元之间传输数据的相应设备。传感器和评估单元彼此分离，并具有特定的空间距离。作为缆线变型的示例的现场装置可从恩德斯豪斯(Endress+Hauser)公司得到。 [0005] 为了消除线路上的干扰/扰动电流，布置于评估单元中的主电子元件和位于传感器中的传感器电子元件通常是彼此电流隔离的。为了实现线路的电流隔离，例如利用推挽式变换器、反激式变换器或正激变换器切换不同拓扑的电源。以这种方式，能够减小可能的干扰电流，从而实现EMC标准的各种需要。 [0006] 当需要传输相同数量级振幅的电压时，在电流隔离的情况下，问题变得明显。典型的DC/DC传输例如是3.3V至3.3V的变换。在这种情况中，效率如此之小，或者功率损耗如此之大，使得除了别的之外，不再确保现场装置的能量的供给。这是有问题的，特别是在4-20mA现场装置的情况中。 [0007] 在EP 1 228 494 B1中，同样参考现场装置的缆线变型情况中传输的抗干扰。在这里，在两个处理器单元的输出或输入之前布置干扰消除装置。干扰消除装置是由电阻器和电容器组成的低通滤波器，其中数据线在每种情况下经由电容器接地。RC构件的时间常数可选择为一方面不使通信劣化，并且另一方面大大抑制干扰的耦合接入。此外，阻抗是低欧姆的，从而避免了信号电平过强的减弱。 [0009] 本发明的目的是提供一种设备，其确保现场装置的抗干扰，即使是在高数据传递速率范围的情况中。 [0010] 通过下面的特征实现本发明的目的，提供至少一个电流隔离元件，其被集成到至少一个数据线中，并且其防止数据线上的干扰信号的传输，并且在电源线中，提供滤波器装置，其被设计成满足电源线的抗干扰的预定要求。 [0011] 本发明涉及部分电流隔离。没有电流隔离电源线；然而作为替代，它们设置有足够强的滤波。仅数据线是电流隔离的。经由电源电压的相对强的滤波，可以将干扰电流的影响最小化至满足线路抵制干扰的能力的各要求的程度。 [0012] 在数据线的情况中相应强的滤波会引起信息的损失，这样的数据线通过来自现有技术的已知措施进行电流隔离。此外，将应用于电流隔离的电气组件的尺寸设置成满足抗干扰的要求。本发明的解决方法允许仅通过使用的电流隔离元件的极限频率限制的通信，所述使用的电流隔离元件比如光电耦合器等。因此，与已知的现有技术，例如低通滤波器相比，实施更高的数据传输速率，因此能够显著提高现场装置的性能。特别是显著增加测量动态性，并因此也显著增加了测量精度。本发明的设备的其它优点是材料成本较小，并减小了电流隔离组件的设置尺寸。 [0013] 本发明的设备的有利实施例提供：主电子元件和传感器电子元件彼此空间分离，并经由通常被称为缆线的连接装置彼此连接。替代地，在紧凑装置的情况中，主电子元件和传感器电子元件布置在一个外壳中。在这种情况中，两者可被布置在不同的电路板上，或者也可被布置在同一电路板上。 [0014] 在本发明设备的有利实施例中，滤波器装置是单级滤波器或多级滤波器。滤波器装置特别被具体化为电流补偿或非电流补偿的扼流圈。 [0015] 此外，本发明设备的有利的进一步发展提供：一个电容器，或者也可以是多个电容器，在每种情况下其布置在滤波器装置之前和/或连接在滤波器装置之后。因此，例如在扼流圈之前提供X-电容器，并且在扼流圈之后提供X-电容器。在电源线VCC中和在接地线GND中，在每种情况下布置Y-电容器。 [0016] 此外提供：滤波器装置或扼流圈装置设计成它们的对应阻抗最小。这特别地确保了对应的电压降的和基本上小于通过控制/评估单元可获得的电源电压。 [0017] 电流隔离元件例如是光电耦合器、电感耦合器、电路板变压器、变压器。一个或多个数据线可实施为，它们允许控制/评估单元和传感器之间的单向和/或双向数据传输。 [0019] 图1：本发明的设备的方块图； [0020] 图2a：在具有控制/评估单元和传感器之间的空间隔离的所谓缆线变型的情况下的本发明的设备的第一实施例的示意图； [0021] 图2b：在具有控制/评估单元和传感器之间的空间隔离的所谓缆线变型的情况下的本发明设备的第二实施例的示意图；以及 [0022] 图3：在紧凑装置情况下的本发明设备实施例的示意图。 [0023] 图1示出了用于在过程自动化的现场装置1的情况下减小或最小化干扰信号的本发明的设备的方块图。主电子元件HE和传感器电子元件SE经由电源线VCC、GND和数据线11、12彼此相连。经由单向数据线11，主电子元件提供时钟信号CLOCK，其触发经由数据线12的数据交换。在两个数据线11、12中，在每一情况中提供电流隔离元件8a、8b，从而防止经由一个或多个数据线(11，12)的干扰信号的传输。电流隔离元件8a、8b例如是光耦合器、数字隔离器、所谓的I-耦合器、印刷变压器(print transformer)或其他种类的变压器。电流隔离元件8a、8b设计成实现现场装置1期望的抗干扰。 [0024] 经由滤波器元件6；C1、C2消除出现于电源线VCC、GND上的干扰信号。滤波器元件6；C1、C2也被设计成实现期望的抗干扰。在示出的情况中，以电流补偿扼流圈的形式的扼流圈 6被集成到电源线VCC、GND中。根据应用的情况，它当然可以是非电流补偿扼流圈，或者它可以是铁氧体扼流圈。电容器C1、C2是Y-电容器，而电容器C3、C4是X-电容器。 [0025] 图2a示出了本发明的设备1的第一实施例的示意图，其中设备实施为所谓的缆线变型(cable variant)。在示出的情况中，本发明的设备1确定例如容器2中填充物质9的极限水平或容器2中的压力。设备1由位于过程中的传感器7、装配在容器2的盖子3中的开口4中的过程之外的控制/评估单元5以及连接传感器7与评估单元5的例如缆线的连接装置10组成。 [0026] 主电子元件HE与控制/评估单元5相关联，并且传感器电子元件SE与传感器7相关联。优选地，与控制/评估单元5相关联的主电子元件HE是主处理器，并且与传感器7相关联的传感器电子元件SE是从属处理器。两个处理器单元HE、SE经由数据线11、12彼此通信。根据应用，能够进行经由数据线11、12的单向或双向数据交换。 [0027] 至少一个电流隔离元件8a、8b被集成到至少一个数据线11、12中，主电子元件HE和传感器电子元件SE经由所述至少一个数据线进行通信，这防止了干扰信号经由一个或多个数据线11、12的传输。传感器7可经由电源线VCC、GND获得足以用于传感器7的操作的电源电压VCC，在所述电源线VCC、GND中提供滤波器装置6；C1、C2，其被设计成满足电源线VCC、GND的抗干扰的预定要求。 [0028] 图2b示出了本发明的设备的第二实施例的示意图。同样这里可见具有控制/评估单元5和传感器7之间的空间隔离的缆线变型。例如为压力传感器的传感器7被固定在容器2的壁中，而控制/评估单元或测量传送器经由连接装置10与传感器7及过程分离。 [0029] 图3示出了在紧凑装置的情况中的本发明的设备的应用，在这种情况中，同主电子元件HE和传感器电子元件SE一样，控制/评估单元5与传感器被布置在一个外壳中。在这种情况中，主电子元件HE和传感器电子元件SE可布置在不同的电路板板上，或者也可在同一电路板上。至少一个电流隔离元件8a、8b被集成到至少一个数据线11、12中，主电子元件HE和传感器电子元件SE经由所述至少一个数据线进行通信，这防止了干扰信号经由一个或多个数据线11，12的传输。传感器7可经由电源线VCC、GND获得足以用于传感器7的操作的电源电压VCC，在所述电源线VCC、GND中提供滤波器装置6；C1、C2，其被设计成满足电源线VCC，GND的抗干扰的预定要求。 [0030] 如先前已经提到的，现场装置，不管它被具体化为具有远程控制/评估单元5和传感器7的紧凑装置或缆线变型，其可用于确定和监测任何想要的过程变量。 |
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