CONEXIÓN DE BUS PARA EL ACOPLAMIENTO DE UN APARATO DE CAMPO EN UN BUS DE CAMPO.

Conexión de bus (1) para el acoplamiento de un aparato de campo (2) en un bus de campo (3),

en la que la conexión de bus (1) presenta un circuito (5) para la emisión y recepción de señales de bus de datos (RxD, TxD, TRS) así como para la generación de al menos una tensión de funcionamiento regulada (UA1) y la tensión de funcionamiento regulada (UA1) es generada a partir de una tensión de bus (UBus) que alimenta al bus de campo (3), caracterizada porque está prevista una resistencia (T1) controlable para la generación de otra tensión de funcionamiento (UA2), porque están previstos medios de conmutación (OP, R1, R2, R3, R5, Z1, Z2), que activan la resistencia (T1) controlable en función de la tensión del bus (UBus) de tal manera que la tensión de entrada (UE) del circuito (5) es regulada a su tensión de alimentación mínima necesaria, y porque se alimenta al aparato de campo (2) la suma de la tensión de funcionamiento regulada (UA1) y la otra tensión de funcionamiento (UA2) como tensión de alimentación (UA)

Conexión de bus para el acoplamiento de un aparato de campo en un bus de campo.

La invención se refiere a una conexión de bus para el acoplamiento de un aparato de campo en un bus de campo según la reivindicación 1 de la patente.

En la automatización de procesos y el control de procesos se emplean los llamados aparatos de campo, que miden variables del proceso en el ciclo del proceso, por ejemplo por medio de sensores o controlan variables de regulación por medio de actuadores.

En este caso, se emplean como sensores diferentes tipos de aparatos de medición utilizados en la técnica de medición y regulación, como por ejemplo aparatos de medición de la presión, de la temperatura, del caudal de flujo y del nivel de llenado. Las señales de medición suministradas por estos aparatos de medición con transmitidas, en general, a una central de mando o de control de orden superior, en la que la transmisión de señales se realiza en forma digital entre el aparato de campo y la central de mando o de control a través de un bus de datos. En este caso se emplean buses de campo como PROFIBUS, ETHERNET o Bus de Campo Foundation.

La conexión del bus se realiza a través de conexiones de bus o circuitos de conexión, que con circuitos especiales, los llamados transceptores (Medium Attachment Unit), asumen las funciones de emisión y de recepción necesarias para la comunicación a través del bus de campo, en particular realizan una adaptación de nivel.

Tales transceptores se realizan, en general, con microprocesadores, ASICs o a través de FPGAs. Así, por ejemplo, la Firma Siemens ofrece un circuito ASIC SIM 1, con el que se pueden conectar, con pocos componentes externos, aparatos de campo en un bus de campo, en particular en un PROFIBUS. Los aparatos de campo de este tipo conectados comprenden, además de la parte de detección analógica, un microprocesador (controlador de aplicación) para el control de la aplicación y un controlador subordinado como controlador de procesos para el control de la conexión del bus.

Con frecuencia, los aparatos de campo no se conectan en una fuente de tensión externa, sino que se alimentan a través de la línea de bus de datos (alimentado por bus), es decir que la tensión del bus está presente como tensión de entrada en la conexión del bus. Las publicaciones US 2008/174178 A1 y WO 96/04735 publican disposiciones de este tipo.

La figura 1 muestra una conexión de bus alimentada por bus, que está constituida con el circuito ASIC SIM1 (SIMATIC NET) mencionado anteriormente, que conecta un aparato de bus 2 a un bus de campo 3, aquí un PROFIBUS.

Para la conexión del aparato de campo 2 en el bus de campo 3, de acuerdo con la figura 1, un circuito de acoplamiento y de regulación de la tensión 8 está conectado a través de un puente rectificador 4 en el PROFIBUS 3 de dos hilos, mencionado en adelante como bus de campo. Entre el puente rectificador 4 y un hilo respectivo del bus de campo 3 está conectada una bobina de la red D1 y un fusible S en serie o bien una bobina de la red D2. La tensión del bus U_Bus proporciona, por ejemplo, un acoplador de segmentos (no representado) y comprende, por ejemplo, un intervalo de tensión de 9 V a 32 V.

El circuito de acoplamiento y de regulación de la tensión 8 está conectado con el aparato de campo 2 a través de líneas de datos L1 para la transmisión de los datos RxD, TxD y RTS. El aparato de campo 2 está constituido por una parte digital 7, en la que está conectada la línea de datos L1, y una parte de detección 6 que, como se ha explicado al principio, asume la función de un aparato de medición y está conectado a través de un bus de datos L2 con la parte digital 7.

El circuito ASIC SIM1 mencionado anteriormente de la Firma Siemens, mencionado a continuación como circuito 5, asume en el circuito de acoplamiento y de regulación de la tensión 8 la comunicación entre la parte digital 7 del aparato de campo 2 y el bus de campo 3 y proporciona adicionalmente varias tensiones de alimentación para consumidores locales, en particular para la parte digital y la parte de detección 7 y 6, de manera que la tensión de bus U_Bus tomada en el puente rectificador sirve como tensión de alimentación para el circuito 5. El potencial negativo del bus V^-_Bus es alimentado al circuito 5 a través de la entrada E81 del circuito de acoplamiento y de regulación de la tensión 8, el potencial positivo del bus V⁺_Bus alimentado a través de una entrada E82 del circuito de acoplamiento y de regulación de la tensión 8 para la alimentación de la tensión a una entrada V_E del circuito 5 y a través de un condensador C3 y una resistencia R7 para el desacoplamiento de una señal de recepción de bus de campo a una entrada RX_IN del circuito 5. Además, el potencial positivo del bus V⁺_Bus es alimentado a un regulador longitudinal, que está constituido por un transistor bipolar T y una resistencia de medición R6, a través de una entrada E83 del circuito de acoplamiento y de regulación de la tensión 8 y es regulado por el circuito 5 a una tensión de funcionamiento constante U_A1, con preferencia a 6,3 V. A tal fin, a partir de la caída de la tensión de la resistencia de medición R6, alimentada a las entradas de medición M1 y M2 del circuito 5, se genera una señal de control para la activación del electrodo de base del transistor T. La tensión de funcionamiento U_A1, proporcionada en salidas A81 y A83 del circuito de acoplamiento y de regulación de la tensión 8, es apoyada con un condensador C1.

Adicionalmente, en las salidas V1 y V2 del circuito están disponibles tensiones de alimentación reguladas de 3 V y 5 V para consumidores externos, que son apoyadas, respectivamente, con un condensador C2 y C4, respectivamente.

En esta aplicación según la figura 1, la tensión de funcionamiento regulada U_A1, de 6,3 V se selecciona para que, en el caso de tensión mínima del bus U_Bus de 9 V, sea posible una modulación segura de la señal del bus de campo. Puesto que la tensión del bus de campo U_Bus comprende un intervalo de valores de 9 V a 32 V, en el caso de una tensión del bus U_Bus mayor que 9 V, el resto cae en el regulador longitudinal (T, R6) y se convierte en calor. En la práctica, se ha comprobado que la mayoría de las veces aparecen tensiones del bus U_Bus claramente mayores que 9 V.

Por lo tanto, la invención tiene el cometido de preparar una conexión de bus del tipo mencionado al principio con pérdidas eléctricas lo más reducidas posible.

Este cometido se soluciona por medio de un circuito de bus con las características de la reivindicación 1 de la patente.

Un circuito de bus de este tipo con un circuito para la emisión y recepción de señales de bus de datos así como para la generación de al menos una tensión de funcionamiento regulada, derivada a partir de la tensión del bus, comprende de acuerdo con la invención una resistencia controlable para la generación de otra tensión de funcionamiento así como medios de circuito, que activan la resistencia controlable en función de la tensión del bus, de tal manera que se regula la tensión de entrada del circuito a su tensión de alimentación mínima necesaria, de manera que se alimenta al aparato de campo la suma de la tensión de funcionamiento regulada y de la otra tensión de funcionamiento como tensión de alimentación.

De esta manera, el circuito no se cargue ya con toda la tensión del bus, sino solamente con la tensión de alimentación mínima necesaria, para que se generen pérdidas comparativamente mínimas, que son reducidas todavía en una medida considerable por los medios de circuito adicionales.

Con esta conexión de circuito de acuerdo con la invención se aprovecha toda la tensión del bus, menos una tensión residual, necesaria para la modulación de la señal, en el regulador longitudinal y la tensión de pérdida del circuito de entrada (rectificador, fusible y bobinas de la red), como tensión de alimentación para el aparato de campo o bien para las unidades funcionales (parte digital, parte de detección, etc.) del aparato de campo, con lo que existe una variabilidad grande con respecto a la utilización de las unidades funcionales del aparato de campo, en particular del aparato de medición a utilizar como parte de detección.

En un desarrollo de la invención, está previsto un amplificador de operaciones...

1. Conexión de bus (1) para el acoplamiento de un aparato de campo (2) en un bus de campo (3), en la que la conexión de bus (1) presenta un circuito (5) para la emisión y recepción de señales de bus de datos (RxD, TxD, TRS) así como para la generación de al menos una tensión de funcionamiento regulada (U_A1) y la tensión de funcionamiento regulada (U_A1) es generada a partir de una tensión de bus (U_Bus) que alimenta al bus de campo (3), caracterizada porque está prevista una resistencia (T1) controlable para la generación de otra tensión de funcionamiento (U_A2), porque están previstos medios de conmutación (OP, R1, R2, R3, R5, Z1, Z2), que activan la resistencia (T1) controlable en función de la tensión del bus (U_Bus) de tal manera que la tensión de entrada (U_E) del circuito (5) es regulada a su tensión de alimentación mínima necesaria, y porque se alimenta al aparato de campo (2) la suma de la tensión de funcionamiento regulada (U_A1) y la otra tensión de funcionamiento (U_A2) como tensión de alimentación (U_A).

2. Conexión de bus (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque como medio de circuito está previsto un amplificador de operaciones (OP), al que se alimenta una tensión de referencia (U_Ref) derivada a partir de la tensión del bus (U_Bus).

3. Conexión de bus (1) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque la tensión de referencia (U_Ref) se refiere a un potencial (V⁺_Bus) de la tensión del bus (U_Bus).

4. Conexión de bus (1) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque la tensión de referencia (U_Ref) se refiere al potencial de referencia (GND5) del circuito (5).

5. Conexión de bus (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizada porque la tensión de referencia (U_Ref) es acondicionada en un diodo-Z (Z1, Z2), que está conectado en serie con una resistencia previa (R3, R5).

6. Conexión de bus (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizada porque están previstos medios de circuito (R4, Z4) para la limitación de la tensión de funcionamiento (U_OP) del amplificador de operaciones (OP).

7. Conexión de bus (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque está previsto un transistor bipolar (T1) como resistencia controlable.

8. Conexión de bus (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque está previsto un transistor de efecto de campo (T1) como resistencia controlable.

9. Conexión de bus (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque para la limitación de la otra tensión de salida (U_A2) está previsto un medio de circuito (Z3), con preferencia un diodo-Z.

10. Conexión de bus (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el aparato de campo (2) comprende una parte digital (10, 11, 12, 13) y una parte de detección (6).

11. Conexión de bus (1) de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque a la parte de detección (6) se alimenta la suma de la tensión de funcionamiento regulada (U_A1) y la otra tensión de funcionamiento (U_A2) como tensión de alimentación (U_A).

12. Conexión de bus (1) de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, caracterizada porque la parte digital del aparato de campo (2) comprende un convertidor de nivel (10) y un convertidor Step-Down (13), a los que se alimenta la suma de la tensión de funcionamiento regulada (U_A1) y la otra tensión de funcionamiento (U_A2) como tensión de alimentación (U_A).