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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE102012009705 B3
Publication typeGrant
Application numberDE201210009705
Publication date8 May 2013
Filing date16 May 2012
Priority date16 May 2012
Publication number1210009705, 201210009705, DE 102012009705 B3, DE 102012009705B3, DE 2012/10009705 B3, DE-B3-102012009705, DE102012009705 B3, DE102012009705B3, DE1210009705, DE2012/10009705B3, DE201210009705
InventorsManfred Wetzko, Marco Ulrich, Philipp Nenninger
ApplicantAbb Technology Ag
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Network of autonomous field device has switching device equipped with normally closed contact to interrupt current flow from thermoelectric generator to signal processing unit in response to power control signal to power control unit
DE 102012009705 B3
Abstract
The network has filed devices (11-18) that are connected with centrally device (10). A communication unit is connected with signal processing unit. The thermoelectric generator is connected to the signal processing unit over lead lines. The switching device is equipped with a normally closed contact so as to interrupt current flow from the thermoelectric generator to the signal processing unit in response to a power control signal to the power control unit. An independent claim is included for method for operation of network of autonomous field device.
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Claims(9)  translated from German
  1. Netzwerk autonomer Feldgeräte ( Network of autonomous field devices ( 11 11 bis to 18 18 ) bestehend aus einer Mehrzahl von Feldgeräten ( ) Consisting of a plurality of field devices ( 11 11 bis to 18 18 ), die auf drahtlosem Wege miteinander und/oder mit einer zentralen Einrichtung ( ), Which wirelessly with each other and / or with a central device ( 10 10 ) kommunizieren und aus einer örtlichen Energiequelle gespeist werden, wobei jedes Feldgerät ( ) Communicate and are powered from a local power source, each field device ( 11 11 bis to 18 18 ) mindestens eine Wandlereinrichtung ( ) At least one transducer means ( 115 115 ), eine Kommunikationseinrichtung ( ), A communication device ( 111 111 ) zur drahtlosen Kommunikation sowie Signalverarbeitungsmittel ( ) For wireless communication and signal processing means ( 114 114 ) aufweist und durch einen thermoelektrischen Generator ( ) And by a thermoelectric generator ( 117 117 ) zu seiner Energieversorgung gespeist ist, der über Anschlussleitungen mit den Signalverarbeitungsmitteln ( ) Is fed to its energy supply, on port cable to the signal processing means ( 114 114 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , dass jedes Feldgerät ( ) Is connected, characterized in that each field device ( 11 11 bis to 18 18 ) mit einer Energiesteuereinheit ( ) With a power control unit ( 116 116 ) ausgestattet ist, die eine Schaltvorrichtung ( Is) provided that a switching device ( 118 118 ), eine Schaltsteuereinrichtung ( ), A switching control means ( 119 119 ), eine Energiespeichereinheit ( ), An energy storage unit ( 113 113 ) und eine Spannungsmesseinrichtung ( ) And a voltage measuring device ( 112 112 ) umfasst und die mit der Kommunikationseinrichtung ( ), And the said communication device ( 111 111 ) verbunden ist und dass die Schaltvorrichtung ( ) And that the switching device ( 118 118 ) mit einem Öffnerkontakt ( ) With a normally closed contact ( 1181 1181 ) ausgestattet ist, um den Stromfluß vom thermoelektrischen Generator ( Is) equipped to the current flow from the thermoelectric generator ( 117 117 ) zu den Signalverarbeitungsmitteln ( ) To the signal processing means ( 114 114 ) in Abhängigkeit von einem Energiesteuersignal der Energiesteuereinheit ( ) In response to a power control signal, the power control unit ( 116 116 ) zu unterbrechen. ) To interrupt.
  2. Netzwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsmesseinrichtung ( The network of claim 1, characterized in that the voltage measuring device ( 112 112 ) ein Bestandteil der Signalverarbeitungsmittel ( ) Is a component of the signal processing means ( 114 114 ) des Feldgeräts ( ) Of the field device ( 11 11 ) ist. ) Is.
  3. Netzwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit ( A network according to claim 1, characterized in that the energy storage unit ( 113 113 ) als Kondensator ausgebildet ist. ) Is formed as a capacitor.
  4. Netzwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit ( A network according to claim 1, characterized in that the energy storage unit ( 113 113 ) als Akkumulator ausgebildet ist. ) Is constructed as an accumulator.
  5. Netzwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit ( A network according to claim 1, characterized in that the energy storage unit ( 113 113 ) als Batterie ausgebildet ist. ) Is formed as a battery.
  6. Verfahren zum Betrieb eines Netzwerk autonomer Feldgeräte ( Method for operating a network of autonomous field devices ( 11 11 bis to 18 18 ) bestehend aus einer Mehrzahl von Feldgeräten ( ) Consisting of a plurality of field devices ( 11 11 bis to 18 18 ), die auf drahtlosem Wege miteinander und/oder mit einer zentralen Einrichtung ( ), Which wirelessly with each other and / or with a central device ( 10 10 ) kommunizieren und aus einer örtlichen Energiequelle gespeist werden, wobei jedes Feldgerät ( ) Communicate and are powered from a local power source, each field device ( 11 11 bis to 18 18 ) mindestens eine Wandlereinrichtung ( ) At least one transducer means ( 115 115 ), eine Kommunikationseinrichtung ( ), A communication device ( 111 111 ) zur drahtlosen Kommunikation sowie Signalverarbeitungsmittel ( ) For wireless communication and signal processing means ( 114 114 ) aufweist und durch einen thermoelektrischen Generator ( ) And by a thermoelectric generator ( 117 117 ) zu seiner Energieversorgung gespeist ist, der über Anschlussleitungen mit den Signalverarbeitungsmitteln ( ) Is fed to its energy supply, on port cable to the signal processing means ( 114 114 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, – dass der thermoelektrische Generator ( ) Is connected, characterized - in that the thermoelectric generator ( 117 117 ) zur Ermittlung seiner aktuellen Leistung kurzzeitig lastfrei geschaltet wird, – dass die Leerlaufspannung U L der lastfreien Spannungsquelle des thermoelektrischen Generators ( ) Is briefly switched load-free to determine its current performance - that the open-circuit voltage U L of the no-load voltage source of the thermoelectric generator ( 117 117 ) gemessen wird, – dass aus der Leerlaufspannung U L die maximale Leistung P max des thermoelektrischen Generators ( ) Is measured, - that from the no-load voltage U L, the maximum power P max of the thermoelectric generator ( 117 117 ) bestimmt wird und – dass die maximale Leistung P max des thermoelektrischen Generators ( ) Is determined and - that the maximum power P max of the thermoelectric generator ( 117 117 ) an die zentrale Einrichtung ( ) To the central means ( 10 10 ) gemeldet wird. ) Is reported.
  7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte zur Ermittlung der aktuellen Leistung des thermoelektrischen Generators ( A method according to claim 6, characterized in that the steps for determining the actual performance of the thermoelectric generator ( 117 117 ) regelmäßig wiederholt werden. ) Are repeated regularly.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass aus den maximalen Leistungen P max der thermoelektrischen Generatoren ( A method according to claim 6 characterized in that from the maximum power P max of the thermoelectric generators ( 117 117 ) der Feldgeräte ( ) Of the field devices ( 11 11 bis to 18 18 ) diejenigen Feldgeräte ( ) Those field devices ( 11 11 bis to 18 18 ) ausgewählt werden, deren thermoelektrische Generatoren ( ) Are selected whose thermoelectric generators ( 117 117 ) aktuell ausreichend Leistung bereitstellen, um neben der bestimmungsgemäßen Funktion des jeweiligen Feldgeräts ( ) Currently provide sufficient performance to the next intended function of each field device ( 11 11 bis to 18 18 ) darüberhinausgehende kommunikationstechnische Aufgaben übernehmen zu können. To take over) beyond communication tasks.
  9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte zur Auswahl der geeigneten Feldgeräte ( A method according to claim 8, characterized in that the steps for selecting the appropriate field devices ( 11 11 bis to 18 18 ), deren thermoelektrische Generatoren ( ), The thermoelectric generators ( 117 117 ) aktuell ausreichend Leistung bereitstellen, um neben der bestimmungsgemäßen Funktion des jeweiligen Feldgeräts ( ) Currently provide sufficient performance to the next intended function of each field device ( 11 11 bis to 18 18 ) darüberhinausgehende kommunikationstechnische Aufgaben übernehmen zu können, regelmäßig wiederholt werden. Be repeated regularly to take over) beyond communication tasks.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft ein Netzwerk autonomer Feldgeräte und ein Verfahren zu deren Betrieb. The invention relates to a network of autonomous field devices and a method for its operation. Derartige Netzwerke umfassen eine Mehrzahl von Feldgeräte, die auf drahtlosem Wege miteinander und/oder mit einer zentralen Einrichtung kommunizieren und aus einer örtlichen Energiequelle gespeist werden. These networks comprise a plurality of field devices that communicate wirelessly with each other and / or with a central facility and are fed from a local power source. Typischerweise werden solche Netzwerke in der Prozessautomatisierung eingesetzt. Typically, such networks are used in process automation.
  • [0002] [0002]
    Derartige Feldgeräte sind üblicherweise mit mindestens einem Sensor zur Umwandlung einer physikalischen Größe in eine elektrische Größe und/oder mindestens einem Aktor zur Umwandlung einer elektrischer Größe in eine physikalische Größe ausgerüstet. Such field devices are usually equipped with at least one sensor for converting a physical quantity into an electrical quantity and / or at least one actuator for converting an electrical quantity into a physical quantity.
  • [0003] [0003]
    Herkömmliche Feldgeräte sind an eine Leitung – üblicherweise eine Zwei-Draht-Leitung – angeschlossen, die gleichermaßen der Signalübertragung von Messwerten, Sollwerten und/oder Diagnaosedaten und der Energieversorgung des Feldgeräts dient. Conventional field devices are connected to a line - usually a two-wire cable - connected, which serves both the signal transmission of measured values, setpoints and / or Diagnaosedaten and energy supply of the field device.
  • [0004] [0004]
    Drahtlose Feldgeräte, bei denen die Signalübertragung keiner Verbindungsleitung bedarf, sind prinzipiell bekannt und bieten neue Möglichkeiten in der Prozessautomatisierung. Wireless field devices in which the signal transmission line requires no connection, are known in principle and offer new possibilities in process automation. Sie ermöglichen die flexible Installation von Feldgeräten in vielen Situationen die herkömmlichen drahtgebundenen Feldgeräten nicht zugänglich sind, wie beispielsweise rotierenden Maschienen und/oder Teilen davon. They allow flexible installation of field devices in many situations the traditional wired field devices are not accessible to them, such as rotating machines, equipment and / or parts. Zur Energieversorgung derartiger drahtloser Feldgeräte können Batterien vorgesehen sein, die jedoch wegen ihres Wartungsaufwands auf mangelnde Akzeptanz seitens der Betreiber automatisierungstechnischer Anlagen stoßen. For power supply wireless field devices such batteries can be provided, but meet for their maintenance expenses to lack of acceptance by operators of automation technology systems.
  • [0005] [0005]
    Autonome Feldgeräte weisen darüber hinaus eigene Mittel zu ihrer Stromversorgung durch Umwandlung örtlich verfügbarer nicht-elektrischer Energie in elektrische Energie auf. Autonomous field devices have beyond their own means to power by converting locally available non-electrical energy into electrical energy. Gegenüber konventionellen Feldgeräten entfällt der Wartungsaufwand zum Austausch der Batterien. Compared to conventional field devices eliminates the maintenance to replace the batteries.
  • [0006] [0006]
    Damit sind autonome Feldgeräte eine flexible und einfach zu installieren Nachrüstlösung vor allem, wenn größere Entfernungen überwunden werden müssen oder der Verkabelungsaufwand die Anwendbarkeit von herkömmlichen, drahtgebundenen Geräten beschränkt. This field devices are autonomous flexible and easy to install retrofit solution especially when longer distances have to be overcome or cabling limits the applicability of traditional wired devices.
  • [0007] [0007]
    Netzwerke aus autonomen Feldgeräten können dazu beitragen, Kosten für die Einrichtung der Prozessautomatisierung zu reduzieren. Networks of autonomous field devices can help to reduce costs of setting up the process automation. Die Installation von mehreren autonomen Feldgeräten kann auch dazu beitragen, die Überwachung eines bestimmten Prozesses zu verbessern, um die Qualität des Hauptproduktes zu erhöhen. The installation of multiple autonomous field devices can also help to improve the monitoring of a particular process to increase the quality of the main product.
  • [0008] [0008]
    In dem Beitrag „Energieautarker drahtloser Temperaturtransmitter”, veröffentlicht in Automatisierungstechnische Praxis 10-11/2011, wird es als vielversprechend angesehen, mit Hilfe von thermoelektrischen Generatoren aus einem thermischen Gradienten durch Umwandlung elektrische Energie zu gewinnen. In the article "Energy-autonomous wireless temperature transmitter," published in Automation Technology in Practice 10-11 / 2011, it is considered promising, with the help of thermoelectric generators from a thermal gradient through conversion to generate electrical energy.
  • [0009] [0009]
    Mit einem vorgegebenen Messintervall und/oder Sende-Empfangs-Intervall weist jedes Geräts eine vorbekannte Leistungsaufnahme unter bestimmten Umgebungstemperaturen auf. With a predetermined measurement interval and / or transmission-reception interval, each device on a prior art power under certain ambient temperatures. Doch die Stromverbräuche der einzelnen Geräte können aufgrund zusätzlicher Belastungen und Aufgaben innerhalb des Sensornetzwerks unterscheiden. However, the power consumption of each device can vary due to additional burdens and responsibilities within the sensor network. Einige Geräte fungieren als Router für andere Geräte. Some devices act as a router for other devices. Die Anzahl der Geräte, mit ein bestimmtes Gerät kommuniziert, ist variabel und beeinflusst den Stromverbrauch ziemlich schwerwiegend. The number of devices that communicates with a particular device is variable and affects the power consumption quite severe. Insbesondere bei batteriegestützten Geräten sind die Wartungszyklen zum Austausch der Batterien dadurch höchst heterogen und damit teuer. Especially with battery-backed devices maintenance cycles to replace the batteries are therefore highly heterogeneous and therefore expensive.
  • [0010] [0010]
    Zwar liefern bekannte thermoelektrischen Generatoren mehr elektrische Energie, als die versorgten Geräte zu ihrem bestimmungsgemäßen Betrieb benötigen. Although known thermoelectric generators provide more electrical energy than the supplied devices requiring them for their intended use. Jedoch ist die momentan tatsächlich zur Verfügung stehende Leistung der speisenden thermoelektrischen Generatoren unbekannt. However, the current actual usable capacity of the supply thermoelectric generators is unknown.
  • [0011] [0011]
    Aus der From the US 2011/0216695 A1 US 2011/0216695 A1 ist ein Netzwerk aus einer Mehrzahl von durch thermoelektrische Generatoren mit Energie versorgten Feldgeräten bekannt. discloses a network of a plurality of thermoelectric generators by energized field devices.
  • [0012] [0012]
    Die The GB 2 479 156 A GB 2479156 A offenbart eine Einrichtung zur Spannungsmessung innerhalb eines Systems zur Energiegewinnung aus der Umgebung, die eine Schaltvorrichtung aufweist. discloses a device for measuring voltage within a system for recovering energy from the environment having a switching device.
  • [0013] [0013]
    Aus der From the US 2011/0261738 A1 US 2011/0261738 A1 ist ein adaptives Netzwerk drahtloser Sensoren bekannt, das ausgebildet ist, Daten zwischen einem Sensor und einer Basisstation über weitere Sensoren zu leiten. is an adaptive network of wireless sensors are known, which is designed to route data between a sensor and a base station via additional sensors.
  • [0014] [0014]
    Dere Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Netzwerk autonomer Feldgeräte, die mit Hilfe von thermoelektrischen Generatoren gespeist werden, anzugeben sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb. Particular invention therefore has the object of providing a network of autonomous field devices, which are fed with the aid of thermo-electric generators to specify, and a method for its operation.
  • [0015] [0015]
    Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe vorrichtungsmäßig durch ein Feldgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. According to the invention, this object is achieved by a device standpoint field device with the features of claim 1. Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Method, this object is achieved by the features of claim 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils rückbezogenen Ansprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention are specified in the respective dependent claims.
  • [0016] [0016]
    Die Erfindung geht aus von einem Netzwerk gattungsbildender Feldgeräte, die über das Netzwerk mit einer übergeordneten Einrichtung und untereinander kommunizieren. The invention is based on a network of generic visual field devices that communicate over the network to a master device and each other. Jedes Feldgerät weist mindestens eine Wandlereinrichtung, eine Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Kommunikation sowie Signalverarbeitungsmittel auf und ist durch einen thermoelektrischen Generator zu seiner Energieversorgung gespeist, der über Anschlussleitungen mit den Signalverarbeitungsmitteln verbunden ist. Each field device includes at least one transducer means, a communication device for wireless communications, and signal processing means and is powered by a thermoelectric generator to its power supply, which is connected via connection lines to the signal processing means.
  • [0017] [0017]
    Je nach regelungstechnischer Aufgabe des Feldgeräts ist die Wandlereinrichtung ein Sensor zur Umwandlung einer physikalischen Größe in eine elektrische Größe und/oder ein Aktor zur Umwandlung einer elektrischer Größe in eine physikalische Größe. Depending on the technical control task of the field device is said transducer means a sensor for converting a physical quantity into an electrical quantity and / or an actuator for converting an electrical quantity into a physical quantity.
  • [0018] [0018]
    Erfindungsgemäß ist das Feldgerät mit einer Energiesteuereinheit ausgestattet, die eine Schaltvorrichtung, eine Schaltsteuereinrichtung, eine Energiespeicheinheit und eine Spannungsmesseinrichtung umfasst und die mit der Kommunikationseinrichtung verbunden ist. According to the invention the field device is equipped with a power control unit which comprises a switching device, a switching control means, a Energiespeicheinheit and a voltage measuring device and which is connected to the communication device. Im Einzelnen ist die Schaltvorrichtung mit einem Öffnerkontakt ausgestattet. In detail, the switching device is equipped with a normally closed contact. Der Öffnerkontakt ist in eine der Anschlussleitungen eingeschaltet, den Stromfluß vom thermoelektrischen Generator zu den Signalverarbeitungsmitteln in Abhängigkeit von einem Energiesteuersignal der Energiesteuereinheit zu unterbrechen. The normally closed contact is turned into one of the connecting lines, interrupting the flow of current from thermoelectric generator to the signal processing means in response to a power control signal of the power control unit. Zwischen der Schaltvorrichtung und den Signalverarbeitungsmitteln sind die Anschlussleitungen mit der Energiespeicheinheit verbunden, die geeignet ist, die Energieversorgung der Signalverarbeitungsmittel während der Zeit der Arbeitsstellung des Öffnerkontakts aufrechtzuerhalten. Between the switching device and the signal processing means, the connection lines are connected to the Energiespeicheinheit that is suitable to maintain the power supply to the signal processing means during the time the operating position of the break contact. Der thermoelektrische Generator ist mit der Spannungsmesseinrichtung verbunden. The thermoelectric generator is connected to the voltage measuring device.
  • [0019] [0019]
    Während des bestimmungsgemäßen Betriebs ist der Öffnerkontakt der Schaltvorrichtung in Ruhestellung. During normal operation, the NC contact of the switching device is in standby mode. Dabei ist der Stromkreis zwischen dem thermoelektrischen Generator und den Signalverarbeitungsmitteln geschlossen und die Energiespeicheinheit befindet sich im Ladezustand. In this case, the circuit between the thermoelectric generator and the signal processing means is closed and the Energiespeicheinheit is located in the loading state. Die Spannungsmesseinrichtung ist spannungsfrei. The voltage measuring device is de-energized.
  • [0020] [0020]
    Zur Ermittlung der aktuellen Leistung des thermoelektrischen Generators wird auf ein Energiesteuersignal der Energiesteuereinheit kurzzeitig der Öffnerkontakt der Schaltvorrichtung von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung verbracht. To determine the current performance of the thermoelectric generator, the NC contact of the switching device from the rest position is briefly introduced into the working position on a power control signal of the power control unit. Während dieser Messphase ist der Stromkreis zwischen dem thermoelektrischen Generator und den Signalverarbeitungsmitteln geöffnet. During this measurement phase, the circuit between the thermoelectric generator and the signal processing means is open. Die Signalverarbeitungsmittel werden aus der Energiespeicheinheit gespeist. The signal processing means are fed from the Energiespeicheinheit. Der Stromkreis zwischen dem thermoelektrischen Generator und der Spannungsmesseinrichtung ist geschlossen. The circuit between the thermoelectric generator and the voltage measurement device is closed.
  • [0021] [0021]
    Während der Arbeitsstellung des Öffnerkontakts der Schaltvorrichtung wird mit der Spannungsmesseinrichtung die Leerlaufspannung der lastfreien Spannungsquelle des thermoelektrischen Generators gemessen. During the working position of the normally closed contact of the switching device, the open circuit voltage of no-load voltage source of the thermoelectric generator is measured by the voltage measuring device.
  • [0022] [0022]
    Die Leerlaufspannung U L ist über die Beziehung The open circuit voltage U L is about the relationship U L = N·S·ΔT, U L = N · S · .DELTA.T wobei in which
    N N
    die Anzahl der Thermoelemente des thermoelektrischen Generators, the number of the thermocouples of the thermoelectric generator,
    S S
    der Seebeck-Koeffizient und the Seebeck coefficient and
    ΔT .DELTA.T
    die Temperaturdifferenz zwischen dem heißen und dem kalten Ende des thermoelektrischen Generators sind, ein Maß für die aktuelle Leistung des thermoelektrischen Generators. the temperature difference between the hot and the cold end of the thermoelectric generator are a measure of the current performance of the thermoelectric generator.
  • [0023] [0023]
    Die maximale Leistung P max des thermoelektrischen Generators ergibt sich aus der Beziehung The maximum power P max of the thermoelectric generator is derived from the relationship P max = (U L /2) 2 /R i , P max = (U L / 2) 2 / R i, wobei in which
    R 1 R 1
    der Innenwiderstand des thermoelektrischen Generators ist. the internal resistance of the thermoelectric generator.
  • [0024] [0024]
    Die tatsächlich verfügbare elektrische Leistung des thermoelektrischen Generators des jeweiligen Feldgeräts wird an die übergeordnete Einrichtung im Netzwerk gemeldet. The actual available electrical power of the thermoelectric generator of each field device is reported to the higher-order device on the network.
  • [0025] [0025]
    Die übergeordnete Einrichtung sammelt die tatsächlich verfügbaren elektrischen Leistungen der einzelnen Feldgeräte ermittelt aus dem Datenbestand diejenigen Feldgeräte, deren thermoelektrischen Generatoren aktuell ausreichend Leistung bereitstellen, um neben der bestimmungsgemäßen Funktion des jeweiligen Feldgeräts darüberhinausgehende kommunikationstechnische Aufgaben übernehmen zu können. The parent device collects the actual available electrical power of the individual field devices determined from the data set those field devices that provide their thermoelectric generators currently sufficient power to take beyond communication technology tasks in addition to the intended function of each field device can. Zu diesen kommunikationstechnischen Aufgaben gehört beispielsweise aber nicht abschließend die Entgegennahme und Weiterleitung von Nachrichten zum Datenaustausch zwischen anderen Feldgeräten und der übergeordneten Einrichtung. These communication-related tasks include, for example, but not limited to receiving and forwarding of messages to exchange data between other field devices and the higher-level device.
  • [0026] [0026]
    Vorteilhafterweise ist ein derart ausgebildetes Netzwerk in der Lage, Daten zwischen der übergeordneten Einrichtung und Feldgeräten zu übertragen, die außerhalb der Reichweite der drahtlosen Kommunikationsschnittstelle des Feldgeräts oder der übergeordneten Einrichtung liegen. Advantageously, such a trained network is able to transfer data between the parent institution and field devices that are outside the range of the wireless communication interface of the field device or the parent institution. Ein derartiges Netzwerk ist bezüglich des konkreten Weges der Daten über die verschiedenen Netzknoten selbstorganisierend. Such a network is relative to the actual path of the data on the various network nodes self-organizing. Dabei wird stets ein Weg über diejenigen Netzknoten ausgewählt, die über ausreichende Energiereserven zur Behandlung weiterzuleitender Nachrichten verfügen. It is a way over those network nodes is always selected that have sufficient energy reserves to treatment to be forwarded messages.
  • [0027] [0027]
    Vorteilhafterweise können in einem derartigen Netzwerk auch Feldgeräte an Orten einer Prozessanlage angeordnet und in den Datenaustausch eingebunden sein, die in Abschattungsbereichen der drahtlosen Kommunikation liegen. Advantageously, field devices can be located in places of a process plant and involved in the exchange of data in such a network, which lie in Abschattungsbereichen of wireless communication.
  • [0028] [0028]
    Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention will now be described with reference to an embodiment. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen: In the drawings required to show:
  • [0029] [0029]
    1 1 eine schematische Darstellung eines Kommunikationsnetzes, is a schematic representation of a communication network,
  • [0030] [0030]
    2 2 eine Prinzipdarstellung des Aufbaus eines Feldgeräts a schematic representation of the structure of a field device
  • [0031] [0031]
    In der In the 1 1 ein für sich bekanntes Kommunikationsnetz schematisch dargestellt, das aus einer Mehrzahl von Feldgeräten an area known for themselves communication network shown schematically comprised of a plurality of field devices 11 11 bis to 18 18 besteht, die über eine Mehrzahl von Kommunikationsverbindungen is that over a plurality of communication links 20 20 miteinander und mit einer übergeordneten Einrichtung with each other and with a master device 10 10 drahtlos kommunizieren. communicate wirelessly. Bedingt durch ein mindestens ein Hindernis Due to a least one obstacle 30 30 und die begrenzte Reichweite der einzelnen Kommunikationsverbindungen and the limited range of the individual communication links 20 20 besteht ausgehend von der übergeordneten Einrichtung consists, starting from the parent device 10 10 eine direkte Kommunikationsverbindung a direct communication link 20 20 nur mit den Feldgeräten only with the field devices 11 11 und and 12 12 . , Alle weiteren Feldgeräte All other field devices 13 13 bis to 18 18 liegen räumlich entweder außerhalb der Reichweite der Kommunikationsverbindung are spatially either out of range of the communication link 20 20 oder sind durch ein die Strahlung der drahtlosen Kommunikationsverbindung or by the radiation of the wireless communication link 20 20 dämfendes Hindernis dämfendes obstacle 30 30 abgeschattet. shadowed. Diese Feldgeräte This field devices 13 13 bis to 18 18 sind nur über die Feldgeräte are just across the field devices 11 11 und and 12 12 , die somit neben ihrer regelungstechnischen Aufgabe in einer nicht dargestellten Prozessanlage auch noch als Netzknoten zur Durchleitung von Informationen zwischen der übergeordneten Einrichtung Which thus in addition to their technical control task in a process plant, not shown even as nodes for passing information between the parent device 10 10 und den weiteren Feldgeräte and other field devices 13 13 bis to 18 18 beansprucht sind. are claimed.
  • [0032] [0032]
    Stellvertretend für die im wesentlichen gleichartigen Feldgeräte Representing the essentially identical field devices 11 11 bis to 18 18 ist in is in 2 2 der Aufbau des Feldgeräts the structure of the field device 11 11 prinzipiell dargestellt. shown in principle. Das Feldgerät The field device 11 11 weist mindestens eine Wandlereinrichtung has at least one transducer means 115 115 , eine Kommunikationseinrichtung , A communication device 111 111 zur drahtlosen Kommunikation sowie Signalverarbeitungsmittel wireless communications and signal processing means 114 114 auf. on.
  • [0033] [0033]
    Je nach regelungstechnischer Aufgabe des jeweiligen Feldgeräts Depending on the control-related duties of the respective field device 11 11 bis to 18 18 ist die Wandlereinrichtung the transducer means is 115 115 als Sensor zur Umwandlung einer physikalischen Größe in eine elektrische Größe und/oder einen Aktor zur Umwandlung einer elektrischer Größe in eine physikalische Größe ausgebildet. as a sensor for converting a physical quantity into an electrical quantity and / or an actuator for converting an electric quantity formed into a physical quantity.
  • [0034] [0034]
    Das Feldgerät The field device 11 11 ist durch einen thermoelektrischen Generator is characterized by a thermoelectric generator 117 117 zu seiner Energieversorgung gespeist, der über Anschlussleitungen mit den Signalverarbeitungsmitteln supplied to its energy supply, on port cable to the signal processing means 114 114 verbunden ist. is connected. Die Signalverarbeitungsmittel The signal processing means 114 114 sind ferner mit der Kommunikationseinrichtung are further connected to the communication device 111 111 zum Datenaustausch mit der übergeordneten Einrichtung for exchanging data with the higher-level device 10 10 und der Wandlereinrichtung and said transducer means 115 115 als Schnittstelle zum verfahrenstechnischen Prozess verbunden. connected to interface to the technical process.
  • [0035] [0035]
    Darüber hinaus ist das Feldgerät Moreover, the field device 11 11 mit einer Energiesteuereinheit with a power control unit 116 116 ausgestattet, die eine Schaltvorrichtung provided that a switching device 118 118 , eine Schaltsteuereinrichtung A switching control means 119 119 , eine Energiespeicheinheit A Energiespeicheinheit 113 113 und eine Spannungsmesseinrichtung and a voltage measuring device 112 112 umfasst. includes.
  • [0036] [0036]
    Die Schaltvorrichtung The switching device 118 118 ist mit einem Öffnerkontakt is a normally closed contact 1181 1181 ausgestattet. equipped. Der Öffnerkontakt The normally closed contact 1181 1181 ist in eine der Anschlussleitungen eingeschaltet, den Stromfluß vom thermoelektrischen Generator is turned on in one of the connecting lines, the current flow from the thermoelectric generator 117 117 zu den Signalverarbeitungsmitteln to the signal processing means 114 114 in Abhängigkeit von einem Energiesteuersignal der Schaltsteuereinrichtung in response to a power control signal of the switching control means 119 119 zu unterbrechen. to interrupt.
  • [0037] [0037]
    Zwischen der Schaltvorrichtung Between the switching device 118 118 und den Signalverarbeitungsmitteln and the signal processing means 114 114 sind die Anschlussleitungen mit der Energiespeicheinheit are the connecting cables with the Energiespeicheinheit 113 113 verbunden, die geeignet ist, die Energieversorgung der Signalverarbeitungsmittel connected, which is suitable for the power supply of signal processing means 114 114 während der Zeit der Arbeitsstellung des Öffnerkontakts during the time the working position of the NC contact 1181 1181 aufrechtzuerhalten. maintain.
  • [0038] [0038]
    Der thermoelektrischen Generator The thermoelectric generator 117 117 ist mit der Spannungsmesseinrichtung is connected to the voltage measuring device 112 112 verbunden, die Klemmenspannung des thermoelektrischen Generator connected, the terminal voltage of the thermoelectric generator 117 117 in Abhängigkeit von einem Energiesteuersignal der Schaltsteuereinrichtung in response to a power control signal of the switching control means 119 119 zu erlauben. to allow. Die Spannungsmesseinrichtung The voltage measuring device 112 112 ist mit der Kommunikationseinrichtung is connected to the communication device 111 111 verbunden. connected.
  • [0039] [0039]
    In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Spannungsmesseinrichtung In an advantageous embodiment of the invention, the voltage measuring device 112 112 ein Bestandteil der Signalverarbeitungsmittel a part of the signal processing means 114 114 des Feldgeräts of the field device 11 11 . , Dabei werden vorhandene Mittel der Signalverarbeitungsmittel Takes into account existing means of signal processing means 114 114 wie etwa Analog-Digital-Wandler auch für die Spannungsmessung mitbenutzt. such as analog-to-digital converter for the shared voltage measurement. Die redundante Vorhaltung dieser Mittel ist damit verzichtbar. The redundant provision of these funds is thus unnecessary.
  • [0040] [0040]
    Die Energiespeicheinheit The Energiespeicheinheit 113 113 ist in einfachster Ausgestaltung der Erfindung als Kondensator, insbesondere als hochkapazitiver Kondensator, ausgeführt. is carried out in the simplest embodiment of the invention as a capacitor, especially as high-capacity capacitor. in alternativen Ausgestaltungen der Erfindung können Akkumulatoren oder Batterien als Energiespeicheinheit in alternative embodiments of the invention accumulators and batteries as Energiespeicheinheit 113 113 vorgesehen sein. be provided.
  • [0041] [0041]
    Während des bestimmungsgemäßen Betriebs ist der Öffnerkontakt During normal operation, the normally closed contact 1181 1181 der Schaltvorrichtung the switching device 118 118 in Ruhestellung, so wie in in the rest position, as shown in 2 2 darsgestellt. darsgestellt. Dabei ist der Stromkreis zwischen dem thermoelektrischen Generator Here, the circuit between the thermoelectric generator 117 117 und den Signalverarbeitungsmitteln and the signal processing means 114 114 geschlossen und die Energiespeicheinheit closed and the Energiespeicheinheit 113 113 befindet sich im Ladezustand. is located in the state of charge. Die Spannungsmesseinrichtung The voltage measuring device 112 112 ist spannungsfrei. is not live.
  • [0042] [0042]
    Zur Ermittlung der aktuellen Leistung des thermoelektrischen Generators wird auf ein Energiesteuersignal der Schaltsteuereinrichtung To determine the current performance of the thermoelectric generator is applied to a power control signal of the switching control means 119 119 kurzzeitig der Öffnerkontakt briefly the NC contact 1181 1181 der Schaltvorrichtung the switching device 118 118 von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung verbracht. moved from the rest position to the operating position. Während dieser Messphase ist der Stromkreis zwischen dem thermoelektrischen Generator During this measurement phase, the circuit between the thermoelectric generator 117 117 und den Signalverarbeitungsmitteln and the signal processing means 114 114 geöffnet. opened. Die Signalverarbeitungsmittel The signal processing means 114 114 werden aus der Energiespeicheinheit are from the Energiespeicheinheit 113 113 gespeist. fed. Dabei befindet sich die Energiespeicheinheit This is the Energiespeicheinheit 113 113 im Entladezustand. in the discharge. Der Stromkreis zwischen dem thermoelektrischen Generator The circuit between the thermoelectric generator 117 117 und der Spannungsmesseinrichtung and the voltage measuring device 112 112 ist geschlossen. is closed.
  • [0043] [0043]
    Während der Arbeitsstellung des Öffnerkontakts During the working position of the NC contact 1181 1181 der Schaltvorrichtung the switching device 118 118 wird mit der Spannungsmesseinrichtung is the voltage measuring device 112 112 die Leerlaufspannung U L der lastfreien Spannungsquelle des thermoelektrischen Generators the no-load voltage U L of the load-free voltage source of the thermoelectric generator 117 117 gemessen und dessen tatsächlich verfügbare elektrische Leistung bestimmt. measured and the actual available electrical power.
  • [0044] [0044]
    Die tatsächlich verfügbare elektrische Leistung des thermoelektrischen Generators The actual available electrical power of the thermoelectric generator 117 117 des jeweiligen Feldgeräts of each field device 11 11 bis to 18 18 wird über die drahtlose Kommunikationsverbindung is via the wireless communication link 20 20 an die übergeordnete Einrichtung to the parent device 10 10 im Netzwerk gemeldet. reported on the network.
  • [0045] [0045]
    Die übergeordnete Einrichtung The overarching body 10 10 sammelt die tatsächlich verfügbaren elektrischen Leistungen der einzelnen Feldgeräte collects the actual available electrical power of the individual field devices 11 11 bis to 18 18 , ermittelt aus dem Datenbestand diejenigen Feldgeräte Determined from the database those field devices 11 11 bis to 18 18 , deren thermoelektrischen Generatoren Whose thermoelectric generators 117 117 aktuell ausreichend Leistung bereitstellen, um neben der bestimmungsgemäßen Funktion des jeweiligen Feldgeräts currently provide sufficient performance to the next intended function of each field device 11 11 bis to 18 18 darüberhinausgehende kommunikationstechnische Aufgaben übernehmen zu können. to take over beyond communication tasks. Zu diesen kommunikationstechnischen Aufgaben gehört beispielsweise aber nicht abschließend die Entgegennahme und Weiterleitung von Nachrichten zum Datenaustausch zwischen anderen Feldgeräten These communication-related tasks include, for example, but not limited to receiving and forwarding of messages to exchange data between other field devices 11 11 bis to 18 18 und der übergeordneten Einrichtung and the higher-level device 10 10 . ,
  • [0046] [0046]
    Im Einzelnen wird unter Bezugnahme auf Specifically, with reference to 1 1 der Kommunikationspfad zwischen der übergeordneten Einrichtung the communication path between the master means 10 10 und dem nicht direkt erreichbaren Feldgerät and not directly accessible field device 18 18 bei unzureichender Leistungsbereitstellung im Feldgeräte with inadequate service provision in the field devices 11 11 beispielsweise über die Feldgeräte For example, over the field devices 12 12 , . 13 13 , . 14 14 und and 17 17 geleitet. passed.
  • [0047] [0047]
    In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, die tatsächlich verfügbaren elektrischen Leistungen der Feldgeräte In a further embodiment of the invention may be provided electrical services actually available to the field devices 11 11 bis to 18 18 periodisch zu ermitteln und an die übergeordnete Einrichtung to determine periodically and to the overarching body 10 10 zu übermitteln. to be transmitted.
  • [0048] [0048]
    Die Veränderungen der tatsächlich verfügbaren elektrischen Leistungen der Feldgeräte The changes in the actual available electrical power of the field devices 11 11 bis to 18 18 werden mit der übergeordneten Einrichtung be with the parent institution 10 10 kontinuierlich bewertet. continuously evaluated. Sobald die Leistungsbereitstellung eines Feldgeräts Once the service provision of a field device 11 11 bis to 18 18 den Anforderungen zur Erfüllung der über die regelungstechnischen Aufgaben hinausgehenden kommunikationstechnischen Aufgaben nicht mehr genügt oder andere Feldgeräte does not meet the requirements for fulfilling the above tasks beyond the control technology communication technology, tasks or other field devices 11 11 bis to 18 18 diese mit höherer Reserve erfüllen können, werden die Kommunikationspfade zwischen der übergeordneten Einrichtung can meet higher reserve the communication paths between the parent device are 10 10 und den Feldgeräten and the field devices 11 11 bis to 18 18 entsprechend angepasst. adjusted accordingly.
  • [0049] [0049]
    Für den Fall, dass im oben genannten Kommunikationspfad zwischen der übergeordneten Einrichtung In the event that, in the above-mentioned communication path between the higher-level device 10 10 und dem nicht direkt erreichbaren Feldgerät and not directly accessible field device 18 18 über die Feldgeräte over the field devices 12 12 , . 13 13 , . 14 14 und and 17 17 die Leistungsbereitstellung des Feldgeräts the service provision of the field device 17 17 abnimmt, wird der Kommunikationspfad zwischen der übergeordneten Einrichtung decreases, the communication path between the parent device 10 10 und dem Feldgerät and the field device 18 18 beispielsweise über die Feldgeräte For example, over the field devices 12 12 , . 13 13 , . 14 14 und and 16 16 geleitet. passed.
  • Bezugszeichenliste Reference numeral list
  • 10 10
    übergeordnete Einrichtung overarching body
    11 bis 18 11 to 18
    Feldgerät Field device
    20 20
    Kommunikationsverbindung Communication link
    30 30
    Hindernis Obstacle
    111 111
    Kommunikationseinrichtung Communication device
    112 112
    Spannungsmesseinrichtung Voltage measuring device
    113 113
    Energiespeicheinheit Energiespeicheinheit
    114 114
    Signalverarbeitungsmittel Signal processing means
    115 115
    Wandlereinrichtung Transducer means
    116 116
    Energiesteuereinheit Power control unit
    117 117
    thermoelektrischer Generator thermoelectric generator
    118 118
    Schaltvorrichtung Switching device
    1181 1181
    Öffnerkontakt NC
    119 119
    Schaltsteuereinrichtung Switching control means
Patent Citations
Cited PatentFiling datePublication dateApplicantTitle
GB2479156A * Title not available
US20110216695 *4 Mar 20108 Sep 2011Rosemount Inc.Apparatus for interconnecting wireless networks separated by a barrier
US20110261738 *27 Apr 201027 Oct 2011International Business Machines CorporationAdaptive wireless sensor network and method of routing data in a wireless sensor network
Classifications
International ClassificationG01D21/00, G08C17/00
Cooperative ClassificationG06F1/3209
Legal Events
DateCodeEventDescription
16 May 2012R012Request for examination validly filed
6 Feb 2013R016Response to examination communication
13 Mar 2013R018Grant decision by examination section/examining division
14 Nov 2013R020Patent grant now final
Effective date: 20130809
24 Jul 2016R081Change of applicant/patentee
Owner name: ABB SCHWEIZ AG, CH
Free format text: FORMER OWNER: ABB TECHNOLOGY AG, ZUERICH, CH
24 Jul 2016R082Change of representative
Representative=s name: MARKS, FRANK DIETER, DIPL.-ING. PAT.-ING., DE