具有保護電路的現(xiàn)場設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種過程自動化技術(shù)的現(xiàn)場設(shè)備，該現(xiàn)場設(shè)備包括保護電路。本發(fā)明還涉及一種本身保護電路，以及從非固有安全電流電路安全隔離固有安全電流電路或從固有安全電流電路安全隔離固有安全電流電路的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)場設(shè)備應(yīng)用于用于控制和/或監(jiān)測過程的工廠。
[0003]這種現(xiàn)場設(shè)備通常使用有線連接，以便連接到現(xiàn)場總線或，一般而言，連接到為用于為現(xiàn)場設(shè)備供電和/或用于從現(xiàn)場設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備的任何電線。這種連接，通常也被稱為現(xiàn)場總線連接，例如用于通過用于數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行通信，諸如例如HART、過程現(xiàn)場總線(Profibus)、FF現(xiàn)場總線協(xié)議(Foundat1n Field bus)等協(xié)議。近來，還有所謂的以太網(wǎng)連接(Ethernet connect1ns)被用于通過工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0004]此外，現(xiàn)場設(shè)備可以使用其它連接，通過這些連接可以實現(xiàn)該現(xiàn)場設(shè)備的供電和/或從現(xiàn)場設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備。在這種情況下，該連接可以是太網(wǎng)連接。
[0005]因此，有可能將現(xiàn)場設(shè)備永久地連接到以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，以便與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行通信，用于控制和/或監(jiān)視經(jīng)由以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的過程。
[0006]另一方面，例如，為了服務(wù)現(xiàn)場設(shè)備，服務(wù)設(shè)備可以通過其它連接(被稱為服務(wù)連接)僅在短時間內(nèi)被連接到現(xiàn)場設(shè)備。在這種情況下，“服務(wù)”指的是任何一種與現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，特別是用于設(shè)置參數(shù)、用于加載新固件或者簡單地從現(xiàn)場設(shè)備讀出數(shù)據(jù)，諸如例如，由現(xiàn)場設(shè)備記錄的以測量數(shù)據(jù)為形式的數(shù)據(jù)的目的。
[0007]在易燃或易爆過程環(huán)境的情況下，例如，當(dāng)在過程中使用可燃性氣體時，在發(fā)生故障的情況下還需要提供傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備的電功率的限制。相應(yīng)的措施和指導(dǎo)原則在標(biāo)準(zhǔn)中被提供，例如IEC60079-11 (也稱為EX)或具有北美支持的A，B，C或D組的分類1、分組I或2。
[0008]在上述現(xiàn)場設(shè)備的配置中發(fā)生故障的情況下，例如，在一般情況下，服務(wù)設(shè)備被連接到的高達(dá)260V或一般的可用電網(wǎng)電壓，可以位于現(xiàn)場設(shè)備的相應(yīng)連接上。
[0009]但是，一些服務(wù)設(shè)備，特別是傳統(tǒng)的設(shè)備，諸如筆記本電腦、平板電腦等，往往不具有相應(yīng)的功率限制措施。
[0010]因此，本發(fā)明的目的是提供相應(yīng)的措施，以防止現(xiàn)場設(shè)備的損壞或用于防止位于預(yù)定值之上的能量輸入，特別是在預(yù)定的點火電壓之上，特別是在故障情況下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ] 該目的通過根據(jù)本發(fā)明的現(xiàn)場設(shè)備、保護電路及方法實現(xiàn)。
[0012]關(guān)于現(xiàn)場設(shè)備，該目的是由過程自動化技術(shù)的現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)，現(xiàn)場設(shè)備包括在所述現(xiàn)場設(shè)備的通信接口和所述現(xiàn)場設(shè)備的信號處理單元之間的保護電路，其中所述通信接口優(yōu)選地是現(xiàn)場設(shè)備的以太網(wǎng)連接，其中在所述通信接口和所述信號處理單元之間提供用于限制電流的第一系統(tǒng)，其中在用于限制電流的所述第一系統(tǒng)和所述信號處理單元之間提供用于限制電壓的裝置，以及其中在用于限制電壓的所述裝置和所述信號處理單元之間提供用于限制能量的第二系統(tǒng)。
[0013]在一般情況下，以太網(wǎng)接口提供的優(yōu)點關(guān)于數(shù)據(jù)的傳輸速度和固有的電流隔離。但是，當(dāng)應(yīng)用傳統(tǒng)組件時，電流隔離不符合上述固有的安全標(biāo)準(zhǔn)，諸如例如IEC60079-11。提出的發(fā)明補救了這種情況。因此，即使在發(fā)生故障的情況下，通過任何傳統(tǒng)設(shè)備建立與現(xiàn)場設(shè)備的安全連接也是可能的。
[0014]然而，使用除所述以太網(wǎng)接口以外的接口用于從現(xiàn)場設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備也是一種選項。在這種情況下，選項包括自動化技術(shù)領(lǐng)域中使用的所有接口，特別是用于現(xiàn)場設(shè)備的供電和/或與現(xiàn)場設(shè)備通信的過程自動化。一些實例，例如HART等已經(jīng)被命名。
[0015]通過對保護電路的應(yīng)用組件的相應(yīng)設(shè)計，即第一系統(tǒng)、第二系統(tǒng)和用于限制電壓的裝置，可以保證現(xiàn)場設(shè)備和服務(wù)設(shè)備或通信接口之間的隔離滿足點火保護類型的固有安全性，例如EX iIIA、IIB或IIC、或A、B、C或D組中分類1、分組I或2。
[0016]特別優(yōu)選地，通信接口和信號處理單元之間的保護電路由用于限制電流的第一系統(tǒng)、用于限制能量的第二系統(tǒng)和用于限制電壓的裝置，即除了目前提到的組件之外，沒有其它元件，以達(dá)到對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)選的是ATEX指南的充分隔離。
[0017]在這個時間點，通過現(xiàn)場設(shè)備的通信接口進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備的相應(yīng)維修，過程不得不暫?；虮ǜ袘?yīng)的大氣“關(guān)閉”，例如，通過消除可燃性的過程介質(zhì)，即使在給定的情況下，傳感器也被隔開，即從通信接口和/或從信號處理單元遠(yuǎn)程隔開并位于爆炸危險環(huán)境。
[0018]特別因為不需要依賴于光傳輸和不需要使用特殊的集成電路(IC)的工藝狀態(tài)，所提出的解決方案優(yōu)于已知的解決方案。因此，用于這種保護電路的成本可以減少，結(jié)構(gòu)的形式也較小，也減少了保護電路的功率消耗。
[0019]在現(xiàn)場設(shè)備實施例的一種形式中，用于限制電流的第一系統(tǒng)優(yōu)選地包括第一電容器對，并用于限制通過接口所輸入的電能，以便保護用于限制電壓的裝置。
[0020]在給定的情況下，也可以使用單個電容器、二個電容器或二個以上的電容器，例如三、四、五或六或更多電容器。例如，在多個電容的情況下，即例如，在二個電容即一個電容器對的情況下，這些優(yōu)選地是串聯(lián)連接。在這種情況下，電容器優(yōu)選體現(xiàn)為這樣一種方式，即具有由IEC60079-11或A、B、C或D組中的分類1、分組I或2規(guī)范要求的介電強度，和滿足相應(yīng)的婦變路徑規(guī)范(creep path specif icat1ns)，即電容器，優(yōu)選每個電容均擁有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式。
[0021]在現(xiàn)場設(shè)備實施例的另一種形式中，用于限制能量的第二系統(tǒng)包括第二電容器對，用于限制對應(yīng)于預(yù)定的限值的電能，例如，對應(yīng)于點火保護類型、固有安全性的規(guī)范。所提到的關(guān)于用于限制電流的第一系統(tǒng)的實施例還比照于用于限制電流或限制能量的第二系統(tǒng)。
[0022]在現(xiàn)場設(shè)備實施例的另一種形式中，例如，在故障的情況下，用于限制電流的第一系統(tǒng)用于保護用于限制電壓的裝置通過由具有電網(wǎng)電壓的通信接口或在故障情況下產(chǎn)生的干擾電壓輸入的能量。因此，通過被設(shè)置在通信接口和用于限制電壓的裝置之間的第一系統(tǒng)的電流限制，可以限制輸入到該電場裝置的功率和能量，特別是在用于限制電壓的裝置中存在的能量轉(zhuǎn)換。通過這種方式，用于限制電壓的裝置的功能和用于限制能量的第二系統(tǒng)的功能可以被保證。
[0023]在優(yōu)選的實施例中，用于限制電壓的裝置包括至少一個二極管，特別是優(yōu)選至少一個齊納二極管。由此，通過用于限制電壓的裝置，所發(fā)生的位于閾值之上的干擾電壓被消除。優(yōu)選地，用于限制電壓的裝置被連接到保護接地。
[0024]在現(xiàn)場設(shè)備實施例的另一種形式中，用于限制電流的第一系統(tǒng)滿足點火保護類型、固有安全的規(guī)范，并且匹配于用于限制電壓的裝置。
[0025]用于限制電壓的裝置可以與用于限制電流的第一系統(tǒng)以這種方式體現(xiàn)和匹配，從而使在用于限制電壓的裝置中變換的功率低于用于限制電壓的裝置被允許變換的所需功率。這自然需要所使用組件的交互設(shè)計。例如，用于限制電流的電容器可以被設(shè)計，以使得在用于限制電壓的二極管中轉(zhuǎn)換的功率低于二極管中所允許的最大功率。優(yōu)選地，即通常，用于限制電流的系統(tǒng)的電容器被設(shè)計，以使得在故障情況下，施加到通常地用于限制電壓的裝置的二極管上的電壓總計