WO2008080754A1 - Method for operating a field device in two operating states - Google Patents

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WO2008080754A1
WO2008080754A1 PCT/EP2007/063459 EP2007063459W WO2008080754A1 WO 2008080754 A1 WO2008080754 A1 WO 2008080754A1 EP 2007063459 W EP2007063459 W EP 2007063459W WO 2008080754 A1 WO2008080754 A1 WO 2008080754A1
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operating state
change
terminal voltage
power
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PCT/EP2007/063459
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Roland Dieterle
Stefan Maier
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Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a field device in two operating states according to the preamble of claim 1.
  • field devices are used regularly, which measure process variables by means of sensors in the process flow or controlled by actuators controlled variables.
  • the corresponding field devices determine, for example, the pressure, the flow, the fill level, the dielectric constant, the boundary layer, the temperature or a different physical and / or chemical process variable as a process variable in a process flow.
  • Applicants are producing and distributing field devices under the name of Cerabar, Deltabar, Deltapilot, Promass, Levelflex, Micropilot, Prosonic, Soliphant, Liquiphant, Easytemp, which are primarily intended to provide at least one of the above-identified process variables of a medium in a container determine and / or monitor.
  • a key factor in the use of such field devices is the power consumption of the field device, as they have to make do with little available energy due to battery operation or explosion protection.
  • the energy consumption is generally lowered by so-called low-energy electronic components or on the other hand, at least parts of the field device are switched off for a certain period or put into a sleep mode.
  • field devices and / or parts of the field device e.g. the microcontroller, for a period in which these parts of the field device or the entire field device are not used switched off.
  • an intelligent unit for energy control is usually present in the field device.
  • the field device e.g. the microcontroller
  • ESE energy control unit
  • the sleep mode or the switching off of parts of the radio module of the power control unit is controlled internally in the field device and not triggered by an external signal.
  • the object of the invention is to propose a method that allows a simple, external signaling of the operating state change and shortens the initialization time of the field device.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the operation of a field device according to the invention
  • Fig. 2 a second embodiment of the inventive operation a field device
  • Fig. 1 is a first embodiment for the operation according to the invention of the field device 1 in two operating states via a wired communication means, e.g. a field bus 10 or a two-wire line 10, shown.
  • the field device 1 is shown as a process measuring device for determining the fill level according to the transit time principle of microwaves.
  • the field device 1 either contains at least one sensor 15 for determining a measured variable of the process variable to be measured and a measuring transducer 4 for processing the determined measured variable or at least one actuator 15 for influencing a process variable by means of a manipulated variable and a measuring transducer 4 for setting the manipulated variable.
  • a measured value and / or the manipulated variable a manipulated variable is determined from the process variable, which is signal-processed further and / or to a higher-level unit, e.g. a control center 6, is sent.
  • the communication of the field device 1 to the superordinated unit, e.g. a control center 6, takes place in this embodiment via a fieldbus system 10, for example, according to a HART, PROFIBUS or FOUNDATION FIELDBUS - standard, based on the known cable connections.
  • a fieldbus system 10 or two-wire line 10 data D between the field device 1 and the control center 6 are sent according to one of the abovementioned standards and power L is provided by the power supply unit 5 in the feeder 6 to the field device 1.
  • This power is limited to a maximum power value, for example due to the explosion protection in process plants.
  • the power consumption of the field device 1 is also limited.
  • the first method is to reduce the power consumption of the components by using low energy devices in the electronics of the field device 1.
  • the components and devices that consume a lot of power and are at least temporarily unused are turned off or put into a standby mode or sleep mode.
  • the electronics in the transmitter 4 of the field device 1 in this case represents the largest energy consumers.
  • Switching the field device 1 is in this embodiment by a change of the power supply unit 5 from the field device 1 provided supply line VL on a maintenance performance EL.
  • the change to the sleep mode is effected, for example, by a lowering of the terminal voltage K below a defined threshold value.
  • This threshold value can also be dependent, for example, on the currently flowing loop current I in a two-wire loop.
  • the change to the sleep or standby mode of the field device 1 would depend not only on a fixed threshold value of the terminal voltage, but on the actual power provided by the power supply unit.
  • a second embodiment for the operation of the field device 1 according to the invention is shown in two operating states via a wireless communication means.
  • the control center 6 transmits and receives data D from a radio module 14 coordinated with the field device 1 via the transmitting / receiving units 8 and antennas 9 integrated therein.
  • the field device 1 is supplied with the required power in this case by an energy store integrated in the radio module 14 3, eg in the form of a battery or a fuel cell.
  • the field device 1 is connected to the radio module 14 via a field bus or two-wire line 10.
  • a power supply unit 5 is provided which supplies the field device 1 with the necessary energy and switches the field device 1 into the two operating modes.
  • the field device 1 with the adjunct radio module 14 represents a self-sufficient system that provides the power supply and communication independently regulates.
  • the radio module 14 receives over the wireless communication link from the feeder 6 a corresponding data signal D which is to cause a switching of the operating state in the power supply unit 5 of the radio module 14.
  • the feeder 5 provides the supply power VL or the maintenance power El to the field device 1 and communicates the current operating state via the wireless radio link to the control center 6.
  • Fig. 3 shows an embodiment of the inventive structure of a transmitter 4 of the field device 1.
  • the transmitter 4 includes a variety of electronics 16, such as a measuring electronics 12, a microcontroller 11, a volatile memory unit 2, a voltage stabilizing unit 13, an energy storage 3 and a comparator 7.
  • the construction of the transmitter according to the invention operates according to the following principle.
  • the power supply unit 5, which can be integrated in a power point 6 or a radio module 14 as shown above, supplies the field device 1 in the operating state with a supply power VL, which is composed of the loop current I and the terminal voltage K on the field device.
  • the power supply unit 5 switches over to a maintenance power EL, in that the terminal voltage K at the field device 1 is lowered in consideration of the current loop current I.
  • a voltage stabilizing unit 13 is provided, which stabilizes the changes in the terminal voltage K due to the operation switching, so that the microcontroller 11, the measuring electronics 12, the sensor or actuator 15, the volatile memory unit 2 and the energy storage 3 always be supplied with the same voltage.
  • the comparator 7 in the transmitter 4 of the field device 1 detects this change in the terminal voltage K and outputs an operating state signal B to the microcontroller 11 on.
  • This microcontroller 1 then offset the meter electronics 12 and themselves in a sleep mode or turn off the meter electronics and themselves.
  • the microcontroller 11 stores all the necessary data in the volatile memory unit 2, which is supplied by an energy store 3 during the sleep mode for data maintenance. This ensures that when a wake-up or restart of the switched-off electronics 6 and in particular the microcontroller 11, the run-up and Initialization phase is shortened. It is possible by this embodiment according to the invention that the microcontroller 11 can work again immediately after waking up, since the parameter sets, the last state and the last values were kept in the volatile memory unit 2.
  • the initialization phase of the field device 1 In the initialization phase of the field device 1, more energy is often consumed than is necessary for the actual measurement process of the field device itself.
  • This high energy consumption in the initialization phase of the field device 1 is due to the fact that parameter sets, such as e.g. the operating parameters and the default values from a nonvolatile memory, e.g. EPROM in the microcontroller 11 or in the volatile memory unit 2 must be read.
  • the effective remaining life of the field device 1, e.g. in battery mode largely determined by the energy consumption in the initialization phase.
  • the embodiment according to the invention shortens the initialization phase and thus produces a more favorable energy balance of the field device 1.
  • Semi-permanent memory elements can also be used as the securement unit 2 in the exemplary embodiments, whereby an energy storage device 3 for providing the conservation energy of the storage unit can be dispensed with.
  • an energy storage device 3 for providing the conservation energy of the storage unit can be dispensed with.
  • the Ferroelectric Random Access Memory (FRAM or FeRAM) is a non-volatile, electronic storage type based on crystals with ferroelectric properties.
  • the structure corresponds to that of a DRAM cell, only one instead of a "normal" capacitor used ferroelectric capacitor.
  • Ferroelectric materials can have a permanent polarization analogous to ferromagnetic materials even without an external field. By an external field, this polarization can be “switched” in another direction, on which the memory mechanism is based.
  • Magneto-resistive Random Access Memory (MRAM) is a nonvolatile memory technique developed since the 1990's. In contrast to conventional memory techniques, such as DRAM or SRAM, the information is stored not with electrical but with magnetic charge elements, ie the property of certain materials is used, which change their electrical resistance under the influence of magnetic fields. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

The invention comprises a method for operating a field device which has two operating states and is connected to a feed device via at least one communication/supply line, wherein, in a first operating state, the entire electronics of the field device are supplied with a predefined supply power by the feed device, and wherein, in a second operating state, at least parts of the electronics of the field device are supplied with a predefined maintenance power by the feed device. The invention provides for a changeover to the respectively other operating state by changing the terminal voltage (K) applied to the input of the communication/supply line (10) of the field device (1).

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Betreiben eines Feldgeräts in zwei BetriebszuständenMethod for operating a field device in two operating states
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Feldgeräts in zwei Betriebszust änden gemäß den Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating a field device in two operating states according to the preamble of claim 1.
[0002] In der industriellen Messtechnik, insb. in der Automatisierungs- undIn industrial metrology, esp. In the automation and
Prozesssteuerungstechnik, werden regelmäßig Feldgeräte eingesetzt, die im Prozessablauf mittels Sensoren Prozessvariablen messen oder mittels Aktoren Regelgrößen steuern. Die entsprechenden Feldgeräte ermitteln beispielsweise den Druck, den Durchfluss, den Füllstand, die Dielektrizitätskonstante, die Grenzschicht, die Temperatur oder eine andersartige physikalische und/oder chemische Prozessgröße als eine Prozessvariable in einem Prozessablauf. Von der Anmelderin werden beispielsweise Feldgeräte unter dem Namen Cerabar, Deltabar , Deltapilot, Promass, Levelflex, Micropilot, Prosonic, Soliphant, Liquiphant, Easytemp produziert und vertrieben, die vorwiegend dazu bestimmt sind, zumindest eine der oben bezeichneten Prozessvariablen eines Mediums in einem Behälter zu bestimmen und/oder zu überwachen.Process control technology, field devices are used regularly, which measure process variables by means of sensors in the process flow or controlled by actuators controlled variables. The corresponding field devices determine, for example, the pressure, the flow, the fill level, the dielectric constant, the boundary layer, the temperature or a different physical and / or chemical process variable as a process variable in a process flow. By way of example, Applicants are producing and distributing field devices under the name of Cerabar, Deltabar, Deltapilot, Promass, Levelflex, Micropilot, Prosonic, Soliphant, Liquiphant, Easytemp, which are primarily intended to provide at least one of the above-identified process variables of a medium in a container determine and / or monitor.
[0003] Ein entscheidender Faktor in der Anwendung solcher Feldgeräte ist der Energieverbrauch des Feldgeräts, da diese aufgrund von Batteriebetrieb oder dem Explosionsschutz mit wenig zur Verfügung stehender Energie auskommen müssen. Es gibt verschieden Ansätze den Energieverbrauch im Feldgerät zu minimieren; einerseits wird der Energieverbrauch durch so genannte Niedrigenergie Elektronik-Bauteile generell gesenkt oder andererseits werden zumindest Teile des Feldgeräts für einen bestimmten Zeitraum ausgeschalten oder in einen Schlafmodus gefahren. Aus diesem Grund werden Feldgeräte und/oder Teile des Feldgeräts, wie z.B. der Mikrocontroller, für einen Zeitraum, in dem diese Teile des Feldgeräts oder das gesamte Feldgerät nicht genutzt werden, ausgeschalten. Hierzu ist meist eine intelligente Einheit zur Energiesteuerung im Feldgerät vorhanden. In derA key factor in the use of such field devices is the power consumption of the field device, as they have to make do with little available energy due to battery operation or explosion protection. There are various approaches to minimize power consumption in the field device; On the one hand, the energy consumption is generally lowered by so-called low-energy electronic components or on the other hand, at least parts of the field device are switched off for a certain period or put into a sleep mode. For this reason, field devices and / or parts of the field device, e.g. the microcontroller, for a period in which these parts of the field device or the entire field device are not used switched off. For this purpose, an intelligent unit for energy control is usually present in the field device. In the
[0004] DE 10 2004 020 393 A1 wird eine solche Energie Steuer Einheit (ESE) für ein Funkmodul vorgestellt und gleichzeitig auf verschiedene Energieverwaltungsmöglichkeiten hingewiesen, wie intelligent und anwendungsabhängig der Energieverbrauch verringert werden kann.DE 10 2004 020 393 A1, such an energy control unit (ESE) is presented for a radio module and at the same time to different Energy management options pointed out how smart and application-dependent energy consumption can be reduced.
[0005] In dieser Veröffentlichung wird der Schlafmodus bzw. das Ausschalten von Teilen des Funkmoduls von der Energie-Steuer-Einheit (ESE) intern im Feldgerät geregelt und nicht durch ein externes Signal ausgelöst.In this publication, the sleep mode or the switching off of parts of the radio module of the power control unit (ESE) is controlled internally in the field device and not triggered by an external signal.
[0006] In der DE 11 2004 000 478 T5 wird eine Variante vorgestellt das Feldgerät durch eine externe Einheit über den Feldbus in den Schlafmodus zu versetzt und wieder aufzuwecken. Hierzu wird von der externen Einheit über den Feldbus in dem seriellen Übertragungssignal ein spezielles serielles Schlaf- oder Aufwecksignal an den Mikrocontroller übertragen, welche das Sensormodul in den Schlafmodus setzt und wieder aufweckt.In DE 11 2004 000 478 T5 a variant is presented to put the field device by an external unit via the field bus in the sleep mode and wake up again. For this purpose, a special serial sleep or wake-up signal is transmitted from the external unit via the fieldbus in the serial transmission signal to the microcontroller, which sets the sensor module in the sleep mode and wakes it up again.
[0007] Nachteilig an den obigen Ausführungsbeispielen zur Senkung des Energieverbrauchs bei Feldgeräten ist, dass in den Feldgeräten ein kompliziertes und aufwendiges Energieverwaltungssystem integriert werden muss.A disadvantage of the above embodiments for reducing the energy consumption of field devices that in the field devices, a complicated and expensive power management system must be integrated.
[0008] Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, das eine einfache, externe Signalisierung der Betriebszustandsänderung ermöglicht und die Initialisierungszeit des Feldgeräts verkürzt.The object of the invention is to propose a method that allows a simple, external signaling of the operating state change and shortens the initialization time of the field device.
[0009] Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die im Anspruch 1 angeführten Merkmale.The object of the invention is achieved by the features cited in claim 1.
[0010] Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments are specified in the subclaims.
[0011] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. In den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind zur besseren Übersicht und zur Vereinfachung die Bauteile oder die Bauteilgruppen, die sich in ihrem Aufbau und/oder in ihrer Funktion entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt:Further details, features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the following description of the accompanying drawings in which preferred embodiments of the invention are shown. In the figures illustrated embodiments of the invention, the components or the component groups that correspond in their construction and / or in their function, provided with the same reference numerals for clarity and simplicity. It shows:
[0012] Fig. 1 : ein erstes Ausführungsbeispiel zum erfindungsgemäßen Betrieb eines Feldgeräts,FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the operation of a field device according to the invention, FIG.
[0013] Fig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel zum erfindungsgemäßen Betrieb eines Feldgeräts undFig. 2: a second embodiment of the inventive operation a field device and
[0014] Fig. 3: ein Ausführungsbeispiel des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Messumformers des Feldgeräts.3: an embodiment of the construction of a transmitter according to the invention of the field device.
[0015] In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel zum erfindungsgemäßen Betrieb des Feldgeräts 1 in zwei Betriebzuständen über ein leitungsgebundenes Kommunikationsmittel, z.B. einen Feldbus 10 oder eine Zweidrahtleitung 10, aufgezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Feldgerät 1 als ein Prozessmessgerät zur Bestimmung des Füllstands nach dem Laufzeitprinzip von Mikrowellen dargestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf diese Art von Feldgerät 1 beschränkt, sondern der erfindungsgemäße Betrieb kann auf jedes Feldgerät angewendet werden. Das Feldgerät 1 enthält entweder zumindest einen Sensor 15 zur Ermittlung einer Messgröße der zu messenden Prozessgröße und einem Messumformer 4 zur Verarbeitung der ermittelten Messgröße aus oder zumindest einen Aktor 15 zum Beeinflussen einer Prozessgröße mittels einer Stellgröße und einem Messumformer 4 zum Einstellen der Stellgröße. Im Messumformer 4 wird aus der Prozessgröße ein Messwert und/oder der Stellgröße ein Stellwert ermittelt, der signaltechnisch weiterverarbeitet wird und/oder an eine übergeordnete Einheit, z.B. eine Leitstelle 6, gesendet wird. Die Kommunikation des Feldgeräts 1 zu der übergeordneten Einheit, z.B. einer Leitstelle 6, erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel über ein Feldbussystem 10 beispielsweise nach einem HART-, PROFIBUS- oder FOUNDATION FIELDBUS - Standard, anhand der bekannten Kabelverbindungen. Über diesen Feldbus 10 bzw. Zweidrahtleitung 10 werden Daten D zwischen dem Feldgerät 1 und der Leitstelle 6 nach einem der oben erwähnten Standards gesendet und Leistung L von dem Speisegerät 5 in der Leistelle 6 dem Feldgerät 1 bereitgestellt. Diese Leistung wird beispielsweise aufgrund des Explosionsschutzes in Prozessanlagen auf einen maximalen Leistungswert beschränkt. Durch die Beschränkung der dem Feldgerät 1 zur Verfügung stehenden Leistung L ist somit auch der Leistungsverbrauch des Feldgeräts 1 beschränkt.In Fig. 1 is a first embodiment for the operation according to the invention of the field device 1 in two operating states via a wired communication means, e.g. a field bus 10 or a two-wire line 10, shown. In this embodiment, the field device 1 is shown as a process measuring device for determining the fill level according to the transit time principle of microwaves. However, the invention is not limited only to this type of field device 1, but the operation of the invention can be applied to any field device. The field device 1 either contains at least one sensor 15 for determining a measured variable of the process variable to be measured and a measuring transducer 4 for processing the determined measured variable or at least one actuator 15 for influencing a process variable by means of a manipulated variable and a measuring transducer 4 for setting the manipulated variable. In the transmitter 4, a measured value and / or the manipulated variable a manipulated variable is determined from the process variable, which is signal-processed further and / or to a higher-level unit, e.g. a control center 6, is sent. The communication of the field device 1 to the superordinated unit, e.g. a control center 6, takes place in this embodiment via a fieldbus system 10, for example, according to a HART, PROFIBUS or FOUNDATION FIELDBUS - standard, based on the known cable connections. Via this field bus 10 or two-wire line 10, data D between the field device 1 and the control center 6 are sent according to one of the abovementioned standards and power L is provided by the power supply unit 5 in the feeder 6 to the field device 1. This power is limited to a maximum power value, for example due to the explosion protection in process plants. As a result of the limitation of the power L available to the field device 1, the power consumption of the field device 1 is also limited.
[0016] Wie schon beschrieben, gibt es grundsätzlich zwei Methoden den Leistungsverbrauch im Feldgerät 1 zu senken. Die erste Methode ist es, den Leistungsverbrauch der Bauteile zu senken, indem Niedrigenergie-Bauelemente in den Elektroniken des Feldgeräts 1 verwendet werden. In einer zweiten Methode, werden die Bauteile und Bauelemente, die viel Leistung verbrauchen und zumindest zeitweise nicht genutzt werden, abgeschaltet oder in einen Standby-Modus oder Schlaf-Modus versetzt. Die Elektronik im Messumformer 4 des Feldgeräts 1 stellt hierbei den größten Energieverbraucher dar.As already described, there are basically two methods To reduce power consumption in the field device 1. The first method is to reduce the power consumption of the components by using low energy devices in the electronics of the field device 1. In a second method, the components and devices that consume a lot of power and are at least temporarily unused are turned off or put into a standby mode or sleep mode. The electronics in the transmitter 4 of the field device 1 in this case represents the largest energy consumers.
[0017] Das Umschalten des Feldgeräts 1 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Wechsel des Speisegeräts 5 von der dem Feldgerät 1 bereitgestellten Versorgungsleitung VL auf eine Erhaltungsleistung EL. Der Wechsel in den Schlaf-Modus wird beispielsweise durch eine Erniedrigung der Klemmenspannung K unter einen definierten Schwellenwert bewirkt. Dieser Schwellenwert kann beispielsweise auch von dem aktuell fließenden Schleifenstrom I in eine Zweileiterschleife abhängig sein. Dadurch wäre der Wechsel in den Schlaf- oder Standby-Modus des Feldgeräts 1 nicht nur von einem festen Schwellwert der Klemmenspannung abhängig, sondern von der vom Speisegerät bereitgestellten tatsächlichen Leistung.Switching the field device 1 is in this embodiment by a change of the power supply unit 5 from the field device 1 provided supply line VL on a maintenance performance EL. The change to the sleep mode is effected, for example, by a lowering of the terminal voltage K below a defined threshold value. This threshold value can also be dependent, for example, on the currently flowing loop current I in a two-wire loop. As a result, the change to the sleep or standby mode of the field device 1 would depend not only on a fixed threshold value of the terminal voltage, but on the actual power provided by the power supply unit.
[0018] In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel zum erfindungsgemäßen Betrieb des Feldgeräts 1 in zwei Betriebzuständen über ein drahtloses Kommunikationsmittel aufgezeigt. Die Leitstelle 6 sendet und empfängt Daten D von einem dem Feldgerät 1 beigeordneten Funkmodul 14 über die darin integrierten Sende-/Empfangseinheiten 8 und Antennen 9. Die Versorgung des Feldgeräts 1 mit der nötigen Leistung erfolgt in diesem Fall durch einen in dem Funkmodul 14 integrierten Energiespeicher 3, z.B. in der Form einer Batterie oder einer Brennstoffzelle. Das Feldgerät 1 ist über einen Feldbus bzw. Zweidrahtleitung 10 an das Funkmodul 14 angeschlossen. In dem Funkmodul 14 ist ein Speisegerät 5 vorgesehen, das das Feldgerät 1 mit der notwendigen Energie versorgt und das Feldgerät 1 in die beiden Betriebsmoden schaltet.In Fig. 2, a second embodiment for the operation of the field device 1 according to the invention is shown in two operating states via a wireless communication means. The control center 6 transmits and receives data D from a radio module 14 coordinated with the field device 1 via the transmitting / receiving units 8 and antennas 9 integrated therein. The field device 1 is supplied with the required power in this case by an energy store integrated in the radio module 14 3, eg in the form of a battery or a fuel cell. The field device 1 is connected to the radio module 14 via a field bus or two-wire line 10. In the radio module 14, a power supply unit 5 is provided which supplies the field device 1 with the necessary energy and switches the field device 1 into the two operating modes.
[0019] Das Feldgerät 1 mit dem beigeordneten Funkmodul 14 stellt ein autarkes System dar, das die Energieversorgung und die Kommunikation selbstständig regelt. Das Funkmodul 14 erhält über die drahtlose Kommunikationsstrecke von der Leistelle 6 ein entsprechendes Datensignal D das ein Umschalten des Betriebszustands in dem Speisegerät 5 des Funkmoduls 14 bewirken soll. Das Speisegerät 5 stellt je nach Anweisung der Leistelle 6 die Versorgungsleistung VL oder Erhaltungsleistung El dem Feldgerät 1 bereit und kommuniziert den aktuellen Betriebszustand über die drahtlose Funkverbindung zur Leitstelle 6.The field device 1 with the adjunct radio module 14 represents a self-sufficient system that provides the power supply and communication independently regulates. The radio module 14 receives over the wireless communication link from the feeder 6 a corresponding data signal D which is to cause a switching of the operating state in the power supply unit 5 of the radio module 14. Depending on the instruction of the feeder 6, the feeder 5 provides the supply power VL or the maintenance power El to the field device 1 and communicates the current operating state via the wireless radio link to the control center 6.
[0020] In Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aufbaus eines Messumformers 4 des Feldgeräts 1. Der Messumformer 4 umfasst eine Vielzahl von Elektronik 16, wie beispielsweise eine Messelektronik 12, einen Mikrokontroller 11 , eine flüchtige Speichereinheit 2, eine Spannungsstabilisierungseinheit 13, einen Energiespeicher 3 und einen Komparator 7.In Fig. 3 shows an embodiment of the inventive structure of a transmitter 4 of the field device 1. The transmitter 4 includes a variety of electronics 16, such as a measuring electronics 12, a microcontroller 11, a volatile memory unit 2, a voltage stabilizing unit 13, an energy storage 3 and a comparator 7.
[0021] Der erfindungsgemäße Aufbau des Messumformers arbeitet nach folgendem Prinzip. Das Speisegerät 5, das wie oben gezeigt in einer Leistelle 6 oder einem Funkmodul 14 integriert sein kann, versorgt das Feldgerät 1 im Betriebszustand mit einer Versorgungsleistung VL, die sich aus dem Schleifenstrom I und der Klemmenspannung K am Feldgerät zusammen setzt.The construction of the transmitter according to the invention operates according to the following principle. The power supply unit 5, which can be integrated in a power point 6 or a radio module 14 as shown above, supplies the field device 1 in the operating state with a supply power VL, which is composed of the loop current I and the terminal voltage K on the field device.
[0022] Soll das Feldgerät in einen Schlafzustand versetzt werden, schaltet das Speisegerät 5 in eine Erhaltungsleistung EL um, indem die Klemmenspannung K am Feldgerät 1 unter Berücksichtigung des aktuellen Schleifenstromes I erniedrigt wird. In der Elektronik 16 des Feldgeräts 1 ist eine Spannungsstabilisierungseinheit 13 vorgesehen, die die Änderungen der Klemmenspannung K aufgrund der Betriebsumschaltungen stabilisiert, so dass der Mikrokontroller 11 , die Messelektronik 12, der Sensor bzw. Aktor 15, die flüchtige Speichereinheit 2 und der Energiespeicher 3 immer mit der gleichen Spannung versorgt werden.If the field device is to be put into a sleep state, the power supply unit 5 switches over to a maintenance power EL, in that the terminal voltage K at the field device 1 is lowered in consideration of the current loop current I. In the electronics 16 of the field device 1, a voltage stabilizing unit 13 is provided, which stabilizes the changes in the terminal voltage K due to the operation switching, so that the microcontroller 11, the measuring electronics 12, the sensor or actuator 15, the volatile memory unit 2 and the energy storage 3 always be supplied with the same voltage.
[0023] Der Komparator 7 im Messumformer 4 des Feldgeräts 1 ermittelt diese Änderung der Klemmenspannung K und gibt ein Betriebszustandsignal B an den Mikrokontroller 11 weiter. Dieser Mikrokontroller 1 versetzt dann die Messelektronik 12 und sich selbst in einen Schlaf-Modus oder schaltet die Messelektronik und sich selbst aus. Zuvor speichert jedoch der Mikrokontroller 11 alle notwendigen Daten in der flüchtigen Speichereinheit 2 ab, die während dem Schlaf-Modus zur Datenerhaltung von einem Energiespeicher 3 versorgt wird. Dadurch wird erreicht, dass bei einem Aufwecken oder Neustart der ausgeschalteten Elektronik 6 und insbesondere der Mikrokontroller 11 die Hochlauf- und Initalisierungsphase verkürzt wird. Es ist durch diese erfindungsgemäße Ausführung möglich, dass der Mikrokontroller 11 direkt nach dem Aufwecken wieder arbeiten kann, da die Parametersätze, der letzte Zustand und die letzten Werte in der flüchtigen Speichereinheit 2 gehalten wurden.The comparator 7 in the transmitter 4 of the field device 1 detects this change in the terminal voltage K and outputs an operating state signal B to the microcontroller 11 on. This microcontroller 1 then offset the meter electronics 12 and themselves in a sleep mode or turn off the meter electronics and themselves. Beforehand, however, the microcontroller 11 stores all the necessary data in the volatile memory unit 2, which is supplied by an energy store 3 during the sleep mode for data maintenance. This ensures that when a wake-up or restart of the switched-off electronics 6 and in particular the microcontroller 11, the run-up and Initialization phase is shortened. It is possible by this embodiment according to the invention that the microcontroller 11 can work again immediately after waking up, since the parameter sets, the last state and the last values were kept in the volatile memory unit 2.
[0024] In der Initalisierungsphase des Feldgeräts 1 wird oft mehr Energie verbraucht als für den eigentlichen Messvorgang des Feldgeräts selbst notwendig ist. Dieser hohe Energieverbrauch in der Initalisierungsphase des Feldgeräts 1 kommt daher, dass Parametersätze, wie z.B. die Betriebsparameter und die Defaultwerte aus einem nichtflüchtigen Speicher, z.B. EPROM in den Mikrokontroller 11 oder in die flüchtigen Speichereinheit 2 eingelesen werden müssen. Bei solchen ungünstigen Verhältnissen wird die effektive Restlaufzeit des Feldgeräts 1 , z.B. im Batteriebetrieb zum größten Teil durch den Energieverbrauch in der Initalisierungsphase bestimmt. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung verkürzt die Initalisierungsphase und erzeugt somit eine günstigere Energiebilanz des Feldgeräts 1.In the initialization phase of the field device 1, more energy is often consumed than is necessary for the actual measurement process of the field device itself. This high energy consumption in the initialization phase of the field device 1 is due to the fact that parameter sets, such as e.g. the operating parameters and the default values from a nonvolatile memory, e.g. EPROM in the microcontroller 11 or in the volatile memory unit 2 must be read. In such unfavorable conditions, the effective remaining life of the field device 1, e.g. in battery mode, largely determined by the energy consumption in the initialization phase. The embodiment according to the invention shortens the initialization phase and thus produces a more favorable energy balance of the field device 1.
[0025] Es können auch halb-permanente Speicherelemente als Seichereinheit 2 in den Ausführungsbeispielen eingesetzt werden, wodurch auf einen Energiespeicher 3 zur Bereitstellung der Erhaltungsenergie der Speichereinheit verzichtet werden kann. Es gibt grundlegend zwei Arten von halb-permanenten Speicherelementen das FRAM oder das MRAM.Semi-permanent memory elements can also be used as the securement unit 2 in the exemplary embodiments, whereby an energy storage device 3 for providing the conservation energy of the storage unit can be dispensed with. There are basically two types of semi-permanent memory elements, FRAM or MRAM.
[0026] Das Ferroelectric Random Access Memory (FRAM oder FeRAM) ist ein nichtflüchtiger, elektronischer Speichertyp auf der Basis von Kristallen mit ferroelektrischen Eigenschaften. Der Aufbau entspricht dem einer DRAM-Zelle, nur wird anstelle eines "normalen" Kondensators ein ferroelektrischer Kondensator eingesetzt. Ferroelektrische Materialien können analog zu ferromagnetischen Materialien eine permanente Polarisation auch ohne externes Feld besitzen. Durch ein externes Feld kann diese Polarisation in eine andere Richtung "umgeschaltet" werden, worauf auch der Speicher-Mechanismus beruht. Das Magneto-resistive Random Access Memory (MRAM) ist eine nichtflüchtige Speicher-Technik, die seit den 90er Jahren entwickelt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Speichertechniken, wie DRAM oder SRAM, werden die Informationen nicht mit elektrischen, sondern mit magnetischen Ladungselementen gespeichert, d.h. es wird die Eigenschaft bestimmter Materialien ausgenutzt, die ihren elektrischen Widerstand unter dem Einfluss magnetischer Felder ändern. BezugszeichenlisteThe Ferroelectric Random Access Memory (FRAM or FeRAM) is a non-volatile, electronic storage type based on crystals with ferroelectric properties. The structure corresponds to that of a DRAM cell, only one instead of a "normal" capacitor used ferroelectric capacitor. Ferroelectric materials can have a permanent polarization analogous to ferromagnetic materials even without an external field. By an external field, this polarization can be "switched" in another direction, on which the memory mechanism is based. Magneto-resistive Random Access Memory (MRAM) is a nonvolatile memory technique developed since the 1990's. In contrast to conventional memory techniques, such as DRAM or SRAM, the information is stored not with electrical but with magnetic charge elements, ie the property of certain materials is used, which change their electrical resistance under the influence of magnetic fields. LIST OF REFERENCE NUMBERS
Tabelle 1Table 1
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Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Feldgeräts das zwei Betriebszustände aufweist und das mit einem Speisegerät über zumindest eine Kommunikations-Λ/ersorgungsleitung verbunden ist, wobei in einem ersten Betriebszustand die gesamte Elektronik des Feldgeräts mit einer vorgegebenen Versorgungsleistung von dem Speisegerät versorgt wird und wobei in einem zweiten Betriebszustand zumindest Teile der Elektronik des Feldgeräts mit einer vorgegebenen Erhaltungsleistung von dem Speisegerät versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, dass einen Wechsel in den jeweilig anderen Betriebszustand durch eine Änderung der am Eingang der Kommunikations-Λ/ersorgungsleitung (10) des Feldgeräts (1) anliegenden Klemmenspannung (K) bewirkt wird.1. A method for operating a field device having two operating states and which is connected to a power supply via at least one communication Λ / ersorgungsleitung, wherein in a first operating state, the entire electronics of the field device is supplied with a predetermined supply power from the power supply and wherein in one second operating state at least parts of the electronics of the field device are supplied with a predetermined maintenance performance of the power supply, characterized in that a change in the respective other operating state by a change in the input of the communication Λ / supply line (10) of the field device (1) Terminal voltage (K) is effected.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der am Eingang der Kommunikations-Λ/ersorgungsleitung (10) des Feldgeräts (1) anliegenden Klemmenspannung (K) durch eine Änderung einer Ausgangsspannung (Ua) im Speisegerät (5) bewirkt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a change in the input of the communication Λ / supply line (10) of the field device (1) applied terminal voltage (K) by a change of an output voltage (Ua) in the supply device (5) is effected ,
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der am Eingang der Kommunikations-Λ/ersorgungsleitung (10) des Feldgeräts (1) anliegenden Klemmenspannung (K) durch eine Änderung eines Eingangswiderstands der Elektronik (16) im Feldgerät (1) bewirkt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that a change in the input of the communication Λ / supply line (10) of the field device (1) voltage applied terminal voltage (K) by changing an input resistance of the electronics (16) in the field device (1) is effected.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bedarfsfall dem Feldgerät (1) der Wechsel von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand mittels einer vorgegebenen Erniedrigung der Klemmenspannung (K) signalisiert wird.4. The method of claim 1, 2 or 3, characterized in that, if necessary, the field device (1) the change from the first operating state to the second operating state by means of a predetermined decrease in the terminal voltage (K) is signaled.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem vorgegeben Zeitbereich und/oder durch eine Erhöhung der Klemmenspannung (K) der Wechsel des Feldgeräts (1) von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand bewirkt wird.5. The method of claim 2, 3 or 4, characterized in that after a predetermined time range and / or by increasing the terminal voltage (K), the change of the field device (1) of the second Operating state is effected in the first operating state.
6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Klemmenspannung (K) durch ein Überschreiten oder ein Unterschreiten zumindest eines vorgegeben Schwellwerts der Klemmenspannung (K) mittels eines Komparators (7) in dem Feldgerät (1) ermittelt wird.6. The method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the change in the terminal voltage (K) by exceeding or falling below at least a predetermined threshold value of the terminal voltage (K) by means of a comparator (7) in the field device (1). is determined.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Komparator (7) ein Betriebszustandssignal (B) ausgegeben wird, mittels dem zumindest Teile der Elektronik (16) des Feldgeräts (1) in den zweiten Betriebszustand versetzt werden.7. The method according to claim 6, characterized in that from the comparator (7) an operating condition signal (B) is output, by means of which at least parts of the electronics (16) of the field device (1) are placed in the second operating state.
8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen der vorgegeben Versorgungsleistung (VL) oder der vorgegeben Erhaltungsleistung (EL) die Änderung der Klemmenspannung (K) an einen aktuell vorhandenen Schleifenstrom (I) angepasst wird.8. The method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that to achieve the predetermined supply power (VL) or the predetermined maintenance power (EL), the change of the terminal voltage (K) is adapted to a currently present loop current (I).
9. Verfahren nach Anspruch 1 , 4, 5, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebszustand zumindest eine flüchtige Speichereinheit (2) im Feldgerät (1) mit der zur Erhaltung der Daten (D) notwendigen Erhaltungsleistung (EL) versorgt wird.9. The method of claim 1, 4, 5, 7 or 8, characterized in that in the second operating state, at least one volatile memory unit (2) in the field device (1) with the preservation of the data (D) necessary maintenance power (EL) is supplied ,
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der flüchtigen Speichereinheit (2) im Feldgerät (1) zumindest die zur Initialisierung des Feldgeräts (1) und dem Hochfahren des Feldgeräts (1) in den ersten Betriebszustand notwendigen Daten (D) abgespeichert werden und diese Daten (D) zumindest für den Zeitraum des zweiten Betriebszustand durch die bereitgestellte Erhaltungsleistung (EL) in der flüchtigen Speichereinheit (2) aufrechterhalten werden.10. The method according to claim 9, characterized in that stored in the volatile memory unit (2) in the field device (1) at least the initialization of the field device (1) and the startup of the field device (1) in the first operating state necessary data (D) and these data (D) are maintained in the volatile memory unit (2) at least for the period of the second operating state by the provided maintenance power (EL).
11. Verfahren nach Anspruch 1 , 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Elektronik (16) des Feldgeräts (1) oder die flüchtigen Speichereinheit (2) in dem Feldgerät (1) zumindest teilweise und/oder zeitweise mittels eines Energiespeichers (3) mit der notwendigen Erhaltungsleistung (EL) versorgt werden. 11. The method of claim 1, 7, 9 or 10, characterized in that parts of the electronics (16) of the field device (1) or the volatile Memory unit (2) in the field device (1) at least partially and / or temporarily supplied by means of an energy storage device (3) with the necessary maintenance performance (EL).
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