具有用于本地获取电能的过程自动化设备的现场设备制造技术

一种过程自动化设备的现场设备（１），该现场设备具有用于与上级控制单元相连的电连接端（６）以及用于供给作为辅助能量的工作压力的流体的压力连接端（２），其中集成有用于本地馈送电能的装置，其中用于本地馈送电能的装置包括流体的工作电压产生单元（８），该工作电压产生单元具有至少部分施加有工作压力的压电元件装置（１０），该压电元件装置由此产生用于本地馈送的电能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种过程自动化设备的现场设备，该现场设备具有用于与上级控制单元相连的电连接端以及用于供给驱动压力作为辅助能量的流体压力连接端，其中集成有用 于本地馈送电能的装置。
技术介绍
本专利技术的应用领域广泛涉及原理上由压力介质驱动的现场设备，比如电动气动位 置调节器，这些现场设备直接或者间接地获取优选为气动的辅助能量，辅助能量服务于位 置调节器用于驱动目的。用现场设备来表示如下设备该设备可分散地设置在现场中，即 在要控制的过程附近中的过程自动化设备中，并且该设备利用了用于检测过程量和/或用 于影响过程的功能。这种设备通常称作测量变换器、控制元件或执行器。其通常具有用于 连接到网络的装置并且使用自动化技术中的通信标准来通信。对于这种通信标准的例子是 CAN、HART、PROFIBUS或者基于以太网、PR0FINET、 IP等等。 现场设备尤其是4-20mA设备以及这种具有现场总线的由所连接的总线线路供给能量的现场设备仅仅有限地提供电能。这些设备面临着在电能需求方面不断提高的要求。因此，新的集成到现场设备中的功能模块比如数据无线电模块要求额外的电能。现场设备的显示器的背光照明或者用作调节阀的比例阀的电磁体在前面所描述的能量供给方案的情况下也难以实现，其中该比例阀在没有预控压力的情况下直接操作阀的总线级。 由DE 102006009979Al得到一种技术解决方案，其提出了用于在现场设备中提高的能量需求的能量管理单元。该提高的能量需求在此是由于集成无线电模块而造成的，该无线电模块用于将有线通信转换成无线通信。为了使能耗最小化并且由此为了延长集成在现场设备中的储能器的使用寿命，当不需要无线通信时关断无线电模块的能量管理单元。仅在可预先给定的工作时间接通无线电模块，使得在提高工作能量的情况下可以进行无线通信。 该解决方案的缺点是，无线电模块的可用性必须视所提供的能量而定，并且其并 不针对无线通信的需求。因此，无线电模块并非无限制地提供，存在如下风险储能器被放 电使得导致功能干扰。此外，能量管理单元连同储能器一起实现成现场设备要求相当高的 设备技术开销。 由DE 102004009734A1得到一种用于在现场设备中本地馈送电能的可选的解决 方案，其并不对通过总线线路输送的电能进行限制。为了本地能量供给，使用通过光波导接 收的光能，该光能被转换成电能。光波导首先被设计用于在现场设备与上级的控制装置之 间进行数据传输，并且在其功能上在能量供给方面进行扩展。然而，该技术解决方案要求相 当高的且足够长的从光能至现场设备的传输。此外，该解决方案仅仅适于在此未示出的这 类带有光波导端子的现场设备。 由DE 20023865U1得到了一种现场设备，该现场设备包括分析电子装置以及带有 特定的接口单元的通信单元，该接口单元可以与附加的供电单元相连。该供电单元以最为简单的方式可以构造为电池，并且同样具有借助储能器进行本地能量馈送的上述缺点。此 外，还建议附加的供电单元配备有太阳能电池、Peltier元件、无线电能量换能器或者振动 能量换能器。选择用于本地馈送电能的装置取决于所提供的环境能量的类型。原理上，在 此也可以从环境中获取电能，并且例如在所建议的振动能量换能器的情况下保证了现场设 备受到足够强的工作振动以便获得足够的电能。
技术实现思路
本专利技术的任务是提供一种带有用于本地馈送电能的装置的现场设备，该现场设备 在技术上简单地构造并且保证了可靠的电能供给。 该任务基于根据权利要求1的前序部分与其特征部分相结合的现场设备来解决。 其后的从属权利要求表明了本专利技术的有利的改进方案。 本专利技术包含如下技术教导用于本地馈送电能的装置包括流体的工作电压产生单 元，该工作压力产生单元具有至少部分施加工作压力的压电元件装置，该压电元件装置由 此产生电能用于本地馈送。 根据本专利技术的解决方案的优点尤其是在于，电能并不由环境产生而是由为现场设 备供电的能量载体产生，该能量载体持久可用。因此，由此也可以持久地产生电能，并且能 量需求始终能得到满足。在此，能量载体(压力介质)具有相当高的能量密度，使得由于压 电效应以流体的工作电压供给单元的相对小的技术开销可以直接产生电能。压电元件通过 已知方式将机械压力转换成电压。 在过程自动化设备中，尤其是在采用定位的情况下，本身存在压力介质用于对现 场设备供给优选为气动的能量。在此通常提供了压力空气，然而也可以提供天然气或者其 他优选的气动介质作为压力介质。在定位时，尤其是在电动气动位置调节器中，压力空气的 一部分被分出用于形成预控制的控制压力回路，该部分作为提供方用于气动辅助能量。该 控制空气在此施加能量以使连接在其后的气动放大器、加压级通风、关闭或者排气，该能量 不能以电能形式来提供。为了获取电能的目的，气动辅助能量在此也可以用于施加到压电 元件装置而无需对现场设备的结构做很大改变。 优选地，压电元件装置构造为弹性支承的能够振动的压电表面换能器。因此，借助 这样的表面换能器可以基于压电效应特别有效地获得电能。表面换能器基本上由压电陶瓷 膜构成，该膜在两侧被覆盖以导电材料，用以电接触。接着，该结构嵌入到柔韧的聚合物复 合材料中。由此，压电陶瓷被电绝缘，以机械方式施加预张力，并使得易碎的材料变得更为 牢固，以便也能承受压力介质施加。 由于尤其是表面换能器的振动产生可用于能量馈送的电能，所以根据改进本专利技术 的措施之一建议的是，交变工作压力作用于压电元件装置上，以便产生与交变频率对应的 交变电压或者脉冲直流电压。 有利的是，为了产生交变的工作压力，机械振动装置可以将从流体压力连接端获 取的持久压力转换成交变的工作压力。在此，持久的压力通过交变地传导至周围环境而被 切碎从而产生机械振动，该振动被提供给压电元件装置。机械振动装置在没有辅助能量的 情况下就能得到并且激励与工作压力相匹配的振动频率。在最为简单的情况下，机械振动 装置构造为由工作压力旋转流过的能够振动的管的支架。 根据另一改进本专利技术的措施建议的是，在压电元件装置之后连接有用于对所产生 的交变电压或脉冲直流电压进行整流和/或平滑的整流装置。适合于此的例如是公知的与 平滑电容器组合的二极管桥电路。 另外，在需要时工作电压产生单元也可以与蓄电池单元相连。蓄电池单元在此用 于临时缓存所产生的电能，以便在工作干扰时至少还能提供电能一定的时间，由此尽管工 作压力故障例如由于馈压管路的拆除但仍能保持控制现场设备，以便例如进行规定的应急 关断。 作为对蓄电池单元的附加或者代替，经电连接端馈送电能通过优选为数据总线的 双线总线线路等来实现。为了保持根据本专利技术的解决方案的自主本地能量供给的优点，省 去了额外的布线。附图说明 以下与参照唯一的附图对本专利技术的优选实施例的描述一同更为详细地阐述了其 他改进本专利技术的措施。该附图示出了带有用于本地馈送电能的装置的现场设备的示意性方 框图。具体实施例方式根据附图，用作电动气动位置调节器的现场设备1从流体的压力连接端2分出用 于供给气动预控制级3以及连接在其后的增压级4的压力空气，它们的工作压力用于施加 到调节驱动装置5以操作(在此未进一步示出的)配件。 预控制级3的电控制由现场设备1的电连接端6来进行，借助该电连接端将现场 设备1连接到数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过程自动化设备的现场设备（１），该现场设备具有用于与上级控制单元相连的电连接端（６）以及用于供给作为辅助能量的工作压力的流体的压力连接端（２），其中集成有用于本地馈送电能的装置，其特征在于，用于本地馈送电能的装置包括流体的工作电压产生单元（８），该工作电压产生单元具有至少部分施加有工作压力的压电元件装置（１０），该压电元件装置由此产生用于本地馈送的电能。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S泰布兰德尔，
申请(专利权)人：ABB技术股份公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]