本發(fā)明涉及一種用于傳輸電能和數(shù)據(jù)包(2)的電分離接口(50)。接口(50)基于初級線圈(8)的時鐘控制的極性反轉(zhuǎn)，使得在次級線圈(8')中感應(yīng)出對應(yīng)的交流電壓信號。在每個周期的每個極性反轉(zhuǎn)之后，初級線圈(8)與電源電壓(7)或地分離達(dá)每種情況下所定義的死區(qū)時間。根據(jù)本發(fā)明，電脈沖在根據(jù)所定義的串行傳輸標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)于要被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包(2)的對應(yīng)的周期的死區(qū)時間內(nèi)在初級線圈(8)中被生成。通過對次級線圈(8')中感應(yīng)出的交流電壓信號進(jìn)行整流，能夠使用所傳輸?shù)哪芰?。同時，初級側(cè)生成的脈沖能夠根據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)由次級線圈(8')被檢測為要被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包(2)。這種將死區(qū)時間用作“位”的做法實現(xiàn)了與極性反轉(zhuǎn)時鐘速率相對應(yīng)的快速數(shù)據(jù)傳輸速率。此外，能夠擴展接口(50)，使得雙向通信是可能的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于向現(xiàn)場設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)和能量的接口。

背景技術(shù)

在自動化技術(shù)中，尤其是在過程自動化技術(shù)中，經(jīng)常使用用于檢測和/或影響各種被測變量的現(xiàn)場設(shè)備。待確定的被測變量例如能夠是溫度、料位、流量、壓力、pH值、氧化還原電位、電導(dǎo)率或介質(zhì)的介電值。為了檢測對應(yīng)的測量值，現(xiàn)場設(shè)備都包括合適的傳感器或基于合適的測量原理。Endress+Hauser集團(tuán)生產(chǎn)和銷售各種此類現(xiàn)場設(shè)備。

與現(xiàn)場設(shè)備的通信，例如，從諸如過程控制中心的上級單元開始，經(jīng)由適合過程自動化的接口進(jìn)行。在軟件方面，接口與對應(yīng)的需求一致。例如，4-20mA已成為符合DIN IEC60381-1標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定模擬標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，通過向前和返回線路流入或流出現(xiàn)場設(shè)備的直流電流被設(shè)置為使得其代表過程變量的當(dāng)前值。如果是兩線制現(xiàn)場設(shè)備，則現(xiàn)場設(shè)備的能源供應(yīng)和單位信號的傳輸經(jīng)由同一兩線制線路進(jìn)行。在四線制接口的情況下，能量供應(yīng)經(jīng)由兩條附加線路分離地進(jìn)行。例如，在公開文件DE 10 2013 114 377 A1中示出了具有4-20mA接口的現(xiàn)場設(shè)備。

在現(xiàn)代處理設(shè)備中，測量值的傳輸或與現(xiàn)場設(shè)備的通信越來越多地借助于數(shù)字協(xié)議進(jìn)行，諸如例如，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)61131-9的“IO-Link”、“PROFIBUS”、“HART”、“無線HART”、“Modbus”或“以太網(wǎng)”。與基于電流的傳輸協(xié)議相比，這樣做的優(yōu)點是功耗更低。這簡化了在易爆區(qū)域的使用，因為能夠降低現(xiàn)場設(shè)備的能耗。

為了符合易爆區(qū)域中的對應(yīng)的防爆要求，接口還必須被設(shè)計為使得現(xiàn)場設(shè)備與上級單元電分離。另外，傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備的功率必須不超過臨界最大值。尤其是通過電分離防止了在設(shè)備部件之間出現(xiàn)補償電流，或者防止應(yīng)力被傳遞到相應(yīng)的其他區(qū)域，從而在易爆區(qū)域有點火的風(fēng)險。

就防爆而言，接口內(nèi)的電分離與電路部件的能量供應(yīng)以及上級單元和現(xiàn)場設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換有關(guān)。在這種場境下，能量和對應(yīng)的數(shù)據(jù)包例如經(jīng)由獨立的信道被傳輸。因此，能量供應(yīng)能夠經(jīng)由變壓器進(jìn)行，其中數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)交換經(jīng)由光耦合器進(jìn)行。然而，這尤其在易爆區(qū)域中與更高的空間要求、成本、測試工作和附加的批準(zhǔn)工作相關(guān)聯(lián)。另外，通常需要經(jīng)由共同的上級單元來操作若干現(xiàn)場設(shè)備，從而進(jìn)一步增加了空間需求。

因此，從現(xiàn)有技術(shù)已知經(jīng)由由初級線圈和感應(yīng)耦合的次級線圈組成的公共變壓器來傳輸數(shù)據(jù)包和用于操作現(xiàn)場設(shè)備的能量。在這方面，信號的開關(guān)頻率和脈沖傳輸(其根據(jù)所實施的傳輸標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)于數(shù)據(jù)包)的調(diào)制方法是已知的。這例如在公開文件DE 10 2007060 555 A1中描述。然而，其中描述的解決方案具有數(shù)據(jù)傳輸速率必須顯著地小于開關(guān)頻率的缺點，因為開關(guān)頻率被用作調(diào)制的載波頻率。這限制了數(shù)據(jù)傳輸速率。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的是提供一種電分離接口，該接口能夠?qū)崿F(xiàn)向防爆區(qū)域中的現(xiàn)場設(shè)備的高數(shù)據(jù)傳輸率。

本發(fā)明利用用于傳輸電能和數(shù)據(jù)包的電分離接口實現(xiàn)了該目的，該接口包括以下組件：

-具有至少一個初級線圈和至少一個次級線圈的線圈裝置，其中該線圈裝置被設(shè)計為使得該初級線圈和該至少一個第一次級線圈彼此電感耦合，例如，借助于對應(yīng)的鐵磁線圈芯，但也彼此電解耦，