[发明专利]安全地限制电功率消耗的方法和安全电路

说明书

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

技术领域

本发明涉及一种用于安全地限制现场设备的电气部件中的电功率消耗的方法和安全电路。

背景技术

在自动化技术中，特别是在过程自动化技术中，经常应用现场设备，其用于记录和/或影响过程变量。用于记录过程变量的是传感器，其例如集成在料位测量设备、流量测量设备、压力和温度测量设备、pH-氧化还原电位测量设备、电导率测量设备等中。其记录相应的过程变量、料位、流量、压力、温度、pH值、氧化还原电位和电导率。用于影响过程变量的是致动器，例如阀或泵等，通过其可以改变管道部分中的介质流动或容器中的料位。在本发明的上下文中，术语“容器”也指非封闭的容器，例如盆地、湖泊和流动的水体。通常，所有设备都被称为现场设备，其应用于过程附近并且传递或处理过程相关信息。因此，结合本发明，术语“现场设备”还补充地指远程I/O、无线电适配器，并且通常指电子部件，其布置在现场级。大量的这些现场设备由Endress+Hauser公司生产和销售。

由于现场设备通常用于爆炸危险区域，例如在油箱中或在类似条件下，所以其必须相应地被实施为防爆安全的。这方面的安全规范是在标准IEC/EN 60079中针对欧洲航天建立的。据此，现场设备的电气组件必须被实施为使得其不能点燃爆炸危险区域的大气。

在这种情况下，灌封封装代表了用于这种电气组件的防爆安全实施例的非常合适的技术手段。在标准EN 60079第18部分中阐述了为此所必需的灌封封装的规范。部件在耐压壳体中的布置形成防爆的另一措施。在标准IEC/EN 60079的部分1中定义了耐压壳体在这种情况下必须满足的规范。

然而，现场设备的某些组件不能通过灌封或耐压壳体来保证安全。特别地，现场设备的传感器模块(例如，在压力测量设备的情况下的压力传感器或基于雷达的料位测量设备的天线单元)需要与爆炸危险区域直接接触。因此，这些电气组件必须被实施为本质安全的(Ex-i)。这意味着需要限制提供给其的最大电功率P_e,max(或最大提供的稳定电流I_max)以及存储在其中的最大电能W_max。在这种情况下，必须选择限制，使得即使在最大连续功率P_e,max或最大存储能量W_max的释放时，在临界温度T_krit以上在电气部件内没有不允许的加热。在这种情况下，临界温度T_krit是这样的温度，即高于该温度，则爆炸危险区域的大气可以被电气部件点燃。在标准IEC/EN 60079的部分11中规定了电子组件的本质安全实施例。在这种情况下，临界温度T_krit取决于存在的气体混合物，并且在标准IEC/EN 60079部分1中被划分为不同的等级。

在公开WO 2012/034796 A2中描述了一种用于现场设备的本质安全的电气部件的安全电路。其示出的安全电路控制电输入路径，通过该电输入路径向待使得安全的部件供电，使得防止待使得安全的部件的加热到高于临界温度T_krit。该控制基于输入路径到接地的计时短路。在这种情况下，由定时比设定最大可传输功率。由上级单元施加安全电路用于为电输入路径计时的定时比和时钟频率。