安全地限制电功率消耗的方法和安全电路技术

本发明专利技术涉及一种用于安全地限制现场设备(3)的电气组件(2)上的电功率(Pe)的消耗的方法和安全电路(1)。根据本发明专利技术，借助于由安全电路(1)以预定计时与上级单元(5)隔离输入路径(4)来控制电功率(Pe)的消耗，通过安全电路(1)上的控制信号(sc)控制该计时。在没有控制信号(sc)的情况下，通过将输入路径(4)与上级单元(5)隔离来确保功率限制。在错误的控制信号(sc)的情况下，功率(Pe)被安全电路(1)限制为最大功率(Pe,max)。在这种类型的控制的基础上，电气组件(2)的工作温度始终保持低于临界温度Tkrit。因此，本发明专利技术允许现场设备用于有爆炸危险的区域，即使上级单元(5)的控制信号(sc)以任何形式出错，也保持保护功能。

Methods and Safe Circuits for Safely Limiting Electric Power Consumption

The invention relates to a method and a safety circuit (1) for safely limiting the consumption of electric power (Pe) on an electrical component (2) of a field device (3). According to the present invention, the power consumption of Pe is controlled by means of a predetermined timing isolation input path (4) between the safety circuit (1) and the superior unit (5), and the timing is controlled by a control signal (sc) on the safety circuit (1). In the absence of a control signal (sc), the power limit is ensured by isolating the input path (4) from the upper unit (5). In the case of an incorrect control signal (sc), the power (Pe) is limited to the maximum power (Pe, max) by the security circuit (1). On the basis of this type of control, the working temperature of the electrical component (2) is always kept below the critical temperature Tkrit. Therefore, the present invention allows field equipment to be used in areas where explosion danger exists, and the protection function is maintained even if the control signal (sc) of the superior unit (5) fails in any form.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】安全地限制电功率消耗的方法和安全电路
本专利技术涉及一种用于安全地限制现场设备的电气部件中的电功率消耗的方法和安全电路。
技术介绍
在自动化技术中，特别是在过程自动化技术中，经常应用现场设备，其用于记录和/或影响过程变量。用于记录过程变量的是传感器，其例如集成在料位测量设备、流量测量设备、压力和温度测量设备、pH-氧化还原电位测量设备、电导率测量设备等中。其记录相应的过程变量、料位、流量、压力、温度、pH值、氧化还原电位和电导率。用于影响过程变量的是致动器，例如阀或泵等，通过其可以改变管道部分中的介质流动或容器中的料位。在本专利技术的上下文中，术语“容器”也指非封闭的容器，例如盆地、湖泊和流动的水体。通常，所有设备都被称为现场设备，其应用于过程附近并且传递或处理过程相关信息。因此，结合本专利技术，术语“现场设备”还补充地指远程I/O、无线电适配器，并且通常指电子部件，其布置在现场级。大量的这些现场设备由Endress+Hauser公司生产和销售。由于现场设备通常用于爆炸危险区域，例如在油箱中或在类似条件下，所以其必须相应地被实施为防爆安全的。这方面的安全规范是在标准IEC/EN60079中针对欧洲航天建立的。据此，现场设备的电气组件必须被实施为使得其不能点燃爆炸危险区域的大气。在这种情况下，灌封封装代表了用于这种电气组件的防爆安全实施例的非常合适的技术手段。在标准EN60079第18部分中阐述了为此所必需的灌封封装的规范。部件在耐压壳体中的布置形成防爆的另一措施。在标准IEC/EN60079的部分1中定义了耐压壳体在这种情况下必须满足的规范。然而，现场设备的某些组件不能通过灌封或耐压壳体来保证安全。特别地，现场设备的传感器模块(例如，在压力测量设备的情况下的压力传感器或基于雷达的料位测量设备的天线单元)需要与爆炸危险区域直接接触。因此，这些电气组件必须被实施为本质安全的(Ex-i)。这意味着需要限制提供给其的最大电功率Pe,max(或最大提供的稳定电流Imax)以及存储在其中的最大电能Wmax。在这种情况下，必须选择限制，使得即使在最大连续功率Pe,max或最大存储能量Wmax的释放时，在临界温度Tkrit以上在电气部件内没有不允许的加热。在这种情况下，临界温度Tkrit是这样的温度，即高于该温度，则爆炸危险区域的大气可以被电气部件点燃。在标准IEC/EN60079的部分11中规定了电子组件的本质安全实施例。在这种情况下，临界温度Tkrit取决于存在的气体混合物，并且在标准IEC/EN60079部分1中被划分为不同的等级。在公开WO2012/034796A2中描述了一种用于现场设备的本质安全的电气部件的安全电路。其示出的安全电路控制电输入路径，通过该电输入路径向待使得安全的部件供电，使得防止待使得安全的部件的加热到高于临界温度Tkrit。该控制基于输入路径到接地的计时短路。在这种情况下，由定时比设定最大可传输功率。由上级单元施加安全电路用于为电输入路径计时的定时比和时钟频率。因此，安全电路确保在待使得安全的部件中有缺陷的情况下，其在不大于最大允许平均功率Pe,max的情况下被馈送。然而，在公开WO2012/034796A2中描述的安全电路的情况下，不排除在不正确的计时，例如，在上级单元故障时，实际上平均地不超过最大允许功率Pe,max，然而，在安全电路中发生持续的功率转换。为了防止这种情况，需要同步和相互时间匹配的计时。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于安全地限制现场设备的电气部件中的功率消耗的方法和安全电路，其中，在上级单元故障的情况下也确保了限制。本专利技术通过一种用于安全地限制现场设备的电气部件中的功率(Pe)消耗的方法来实现该目的，其中，在本专利技术的上下文中，该部件通过电输入路径从上级单元接收功率(Pe)。该方法的特征在于-安全电路根据预定计时通过将输入路径与上级单元分开来控制电功率(Pe)的消耗，其中，由发送到安全电路的控制信号(sc)控制计时，-在没有控制信号(sc)的情况下，通过安全电路将电输入路径与上级单元持久地分开，并且-在控制信号(sc)有缺陷的情况下，通过安全电路限制电功率(Pe)。本专利技术的方法实现了在上级单元故障的情况下至少限制或完全中断电气部件中的功率消耗。以这种方式，防止电气部件被加热到临界温度Tkrit以上，在临界温度Tkrit以上，所述部件可以在爆炸危险区域中点燃大气。根据安全电路的设计，有利的是将控制信号(sc)例如实现为正弦信号、锯齿信号或尤其是矩形信号。在这种情况下，它在每种情况下都可以是周期性信号形式；然而，它也可以被生成为非循环信号。本专利技术的方法可以特别有利地在安全电路中实现，该安全电路通过将输入路径与上级单元分开至少预定义的最小关断时间(Toff,min)来在控制信号(sc)有缺陷的情况下限制电功率(Pe)。在这种情况下，当其超过预定义的最大时钟频率(ft,max)和/或预定义的最大导通时间(ton,max)时，将控制信号(sc)视为有缺陷可能是有利的。优选地在周期性的情况下，尤其是在矩形信号的情况下应用该分类。最重要的是，在这种情况下，有利的是确定最小关断时间(toff,min)的大小，使得所述部件的温度保持低于临界温度(Tkrit)，高于该温度，则爆炸危险区域的大气可以被点燃。此外，在本专利技术的方法中，有利的是，设计现场设备使得由相同的上级单元产生控制信号(sc)，该上级单元还向待使得安全的电气部件供电。在这种情况下，现场设备必须仅包括同一个组件用于这两个任务。此外，本专利技术涉及一种用于安全地限制现场设备的电气部件中的电功率(Pe)消耗的安全电路，其中，所述部件经由电输入路径从上级单元接收电功率(Pe)。为此，所述安全电路包括：-布置在电输入路径中的至少一个开关，用于将输入路径与上级单元计时地分离(对于冗余设计，也可以使用多个串联连接的开关)，-用于控制信号(sc)的信号输入，以及-电路，其控制所述至少一个开关，使得所述至少一个开关o根据预定计时，基于控制信号(sc)将输入路径与上级单元分开，o在没有控制信号(sc)的情况下，将电输入路径与上级单元持久地分开，并且o在控制信号(sc)有缺陷的情况下，通过将输入路径与上级单元分开至少预定义的最小关断时间(toff,min)来限制电功率(Pe)。此外，为此，提供了用于产生控制信号(sc)的上级单元。以这种方式，安全电路能够实施本专利技术的方法，以限制对现场设备中的待使得安全的部件的供电。优选地，至少一个开关和/或信号输入被实现为一个或多个晶体管。同样，一种选择是提供一个或多个继电器。在安全电路的非常稳健的实施例中，该电路包括：-作为比较器连接的放大器，其具有o用于控制信号(sc)的至少第一输入，以及o输出，通过该输出控制开关，以及-至少一个电容器。在这种情况下，至少一个电容器被定制大小和被连接在信号输入和第一输入之间，使得最小关断时间(toff,min)至少取决于至少一个电容器的电容。附图说明现在将基于附图更详细地解释本专利技术，附图示出如下：图1为现场设备中本专利技术的安全电路的布置，图2为安全电路的实施例的电路图，图3为在矩形控制信号的情况下，安全电路的计时功率限制，图4为在每个计时信号具有太多时间的有缺陷的矩形信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种安全地限制现场设备(3)的电气部件(2)中的电功率(Pe)消耗的方法，其中，所述部件(2)经由电输入路径(4)从上级单元(5)接收功率(Pe)，其特征在于‑通过安全电路(1)根据预定的计时将所述输入路径(4)与所述上级单元(5)分开来控制所述电功率(Pe)的消耗，其中，所述计时由发送到所述安全电路(1)的控制信号(sc)控制，‑在没有控制信号(sc)的情况下，通过所述安全电路(1)将所述电输入路径(4)与所述上级单元(5)持久地分开，并且‑在控制信号(sc)有缺陷的情况下，通过所述安全电路(1)限制所述电功率(Pe)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.19 DE 102016113268.31.一种安全地限制现场设备(3)的电气部件(2)中的电功率(Pe)消耗的方法，其中，所述部件(2)经由电输入路径(4)从上级单元(5)接收功率(Pe)，其特征在于-通过安全电路(1)根据预定的计时将所述输入路径(4)与所述上级单元(5)分开来控制所述电功率(Pe)的消耗，其中，所述计时由发送到所述安全电路(1)的控制信号(sc)控制，-在没有控制信号(sc)的情况下，通过所述安全电路(1)将所述电输入路径(4)与所述上级单元(5)持久地分开，并且-在控制信号(sc)有缺陷的情况下，通过所述安全电路(1)限制所述电功率(Pe)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述控制信号(sc)是矩形信号。3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于所述控制信号(sc)是周期性信号。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于通过将所述输入路径(4)与所述上级单元(5)分开至少预定义的最小关断时间(toff,min)，所述安全电路(1)在控制信号(sc)有缺陷的情况下限制所述电功率(Pe)，其中，当所述控制信号(sc)超过预定义的最大时钟频率(ft,max)和/或预定义的最大导通时间(ton,max)时，所述控制信号(sc)被认为是有缺陷的。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述最小关断时间(toff,min)的大小使得所述部件的温度保持低于临界温度(Tkrit)，高于所述临界温度时爆炸危险区域中的大气能够被点燃。6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于由所述上级单...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰·格罗青格，埃德温·施泰内布鲁纳，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE