用于处理和/或自动化现场设备的附加模块的制作方法

本发明涉及一种用于处理和/或自动化现场设备的附加模块，用于显示至少一条关于开关状态的信息、和/或参数、和/或一条诊断信息，和/或将所述信息发送到外部单元。

背景技术：

在过程和/或自动化工程中，许多不同的现场设备用于确定和/或监视至少一个过程变量。这些是例如用于记录诸如液位、流量、压力、温度、ph值和电导率的相应过程变量的液位测量设备、流量计、压力和温度测量设备、ph-氧化还原电位计、电导率计等。现场设备通常包括至少部分地且至少暂时与该过程接触的至少一个传感器单元，以及例如用于检测、评估和/或提供信号的电子单元。在本申请的上下文中，所有测量设备原则上称为现场设备，其在所述过程附近被使用，以及提供或处理过程相关信息，即包括远程i/o、无线适配器和位于现场级别的数字电子组件。多种这样的现场设备由endress+hauser公司制造和销售。

流量测量设备特别是科里奥利(coriolis)、超声、涡流、热和/或磁感应流量测量设备。

液位测量设备特别是微波液位测量设备、超声波液位测量设备、时域反射测量设备(tdr)、放射液位测量设备、电容液位测量设备、导电液位测量设备和/或温度敏感液位测量设备。

压力测量设备特别是绝对压力、相对压力、或差分压力设备。

温度测量设备特别是具有热电偶和温度依赖电阻器的测量设备。

限位测量设备特别是振动限位测量设备、超声波限位测量设备和/或电容性或电导性限位测量设备。

分析测量设备特别是ph传感器、电导率传感器、氧与活性氧传感器、(光谱)光度传感器和/或离子选择性电极。

为了显示信息、操作状态、测量值、设备参数等，现场设备经常具有诸如显示器的至少一个显示单元，或至少一个视觉和/或听觉显示元件。光学显示元件是发光元件——特别地，是led。听觉元件例如是蜂鸣器。

关于所需的空间、相应的现场设备的功率消耗，和/或当现场设备在潜在的爆炸性环境中使用时，诸如在例如具有满足ip69k标准的封装现场设备的情况，使用单独的视觉或听觉显示元件证明是有利的。然而，显示选项的带宽仅限于开关状态、操作状态和/或故障或误动的存在。

de102006016381a1描述了例如具有包括至少一个led的显示单元的现场设备。de102008037194a1描述了具有外壳的现场设备，其中布置有显示设备，其例如包括至少一个led，用于显示无线通信单元的功能或状态。

除了这种显示元件在现有现场设备中的固定集成之外，还已知使用随后可附接的插头。为此，经常在过程和/或自动化工程中使用m12插头。然而，它们不能在本地(即，在该过程中的安装位置处)显示现场设备的故障或误动。为了扩展对应的显示模块的显示选项，文件号为102013108532.6的尚未发表的德国专利申请描述了具有至少四个显示元件的插头，其中第一显示元件发出现场设备操作准备就绪的信号，其中第二和第三显示元件发出现场设备的两个反效开关输出的信号，其中第四显示元件发出现场设备的故障或误动的信号，其中提供电路，其设计为使得使用现场设备的等效开关输出识别现场设备的故障或误动，并且当识别出故障或误动时，第四显示元件被激活。

相应的光学显示元件例如经常也用于振动液位测量设备，诸如由申请人在指定liquiphant和soliphant下生产和销售的，并且通过其检测给定的液位。这种现场设备——通常也被指定为限位开关——优选用作泵的干运行保护，或作为过流保护。由根据使用类型配置的现场设备的开关输出来输出相应的开关状态。在这种情况下，这也被称为min-max安全性。关于限位开关的相应开关输出或开关状态的现场信息对于客户通常是非常重要的，使得具有至少一个发光元件的显示元件经常被集成在现场设备中，其可以至少可视化相应开关状态和/或操作电压。

然而，以发光元件的形式的这样的显示元件的缺点是经常难以看到它们——特别是从远距离和/或当视角不垂直时。因此，在具有文件号102013113438.6的先前未发表的德国专利申请中描述了显示模块，其具有诸如光导的偏转体，其偏转在至少一个发光元件出射的光。

技术实现要素：

基于上述现有技术，本发明的目的是扩展现场设备中的光学显示元件的功能。

根据本发明，该目的通过用于处理和/或自动化现场设备的附加模块来实现，其至少包括模块外壳、和至少部分地布置在模块外壳内的光学接收单元、电子模块单元、和显示/传输单元，其中光学接收单元被设计为从现场设备无线地接收至少一个第一光学信号并且将至少一个第一光学信号转换成至少一个第一电信号，其中电子模块单元电连接到接收单元和显示/传输单元，其中电子模块单元被设计为从至少一个第一电信号中提取至少一条现场设备信息，并将所述信号发送到显示/传输单元，并且其中显示/传输单元被设计为显示至少一条信息和/或将所述信息发送到至少一个外部单元。例如，一条现场设备信息可以是关于开关状态和/或操作状态的信息、和/或参数、和/或诊断信息。该参数可以是介质的物理或化学参数、和/或过程环境(诸如压力或温度)、以及传感器参数。在振动传感器的情况下，这可以例如是谐振单元的质量、尺寸或谐振频率。另一方面，在电容性液位测量设备的情况下，这可以是例如探针或附加电极的电容和/或尺寸。在这种情况下，单独参数和变量根据所使用的现场设备而不同。要发送的现场设备信息也可以是测量值。一条诊断信息提供了对现场设备内的故障和/或误动的洞察。在这种情况下，相应诊断信息在不同类型的现场设备之间也是不同的。然而，来自至少一个第一光学信号和至少一个第一电信号的信息总是在现场设备内提供的信息。

附加模块可用于显示光学信号的所有现场设备，即特别是用于具有至少一个光学显示元件——特别是具有诸如led的发光元件形式的显示元件——的现场设备。由于许多现场设备已经具有在可见光谱的可见范围内发光的显示元件，所以可以使用根据本发明的附加模块来容易且经济地改进这些现场设备。接收单元可以适用于现场设备中的显示元件以及适用于借助显示元件显示的光学信号——特别是参照其强度和/或波长。

有利地，因此根据本发明的附加模块的使用不需要对电子电路的任何干预以及现场设备的相应组件的布置。因此，可以相应地集成附加模块而没有任何影响。这对于在安全关键的环境中(例如在潜在的爆炸性环境中，其必须满足特殊的安全要求)使用的现场设备特别有利。

相应地，可以通过使用根据本发明的附加模块来有利地扩展现场设备的功能。来自现场设备的至少一个第一光学信号可以仅包含如上所述的由相应设备元件已经显示的现场设备信息，或也可以包含其它现场设备信息——特别是不能借助简单的光学显示元件访问的信息。然后可以由显示/传输单元显示该信息。然而，现场设备也可以在没有电子单元的情况下进行重新设计——例如，添加接口。在这种情况下，显示/传输单元被设计为使得其将信息发送到外部单元。外部单元可以例如是现场级别的设备或中央安装控制单元。

本发明允许许多实施例，其中一些是从属权利要求的主题。

有利的是，模块外壳具有插入式连接单元，借助该插入式连接单元，附加模块被可拆卸地安装在现场设备上或现场设备中。

在优选实施例中，接收单元具有被设计为从现场设备接收至少一个第一光学信号并将所述信号转换成至少一个第一电信号的光电检测器。光电检测器适用于现场设备内的相应显示元件，或被设计为从现场设备检测第一光学信号。在这种情况下要考虑的重要因素是例如led的发光强度、第一光学信号的传输速度——其特别地取决于所选择的传输方法——以及现场设备内显示元件和光电检测器之间的距离。

在另一优选实施例中，显示/传输单元具有led、rgbled或显示器。在这种情况下，显示/传输单元仅用于附加显示单元的功能。这里，可以限制自己再现由显示元件在现场设备内显示的信息。在这种情况下，显示/传输单元可以包括led。然而，如果通过传输不能被光学显示元件显示的附加现场设备信息来扩展显示功能，则例如rgbled或显示器也更适合，因为这样的显示元件可以不同地描述了更多数量的不同条设备信息。

或者，显示/传输单元可以在这里具有蓝牙或无线接口。在这种情况下，可以将至少一条信息发送到至少一个外部单元。无线接口可以例如是wlan模块。因此，可以利用用于发送信息的新接口扩展现有现场设备的功能。有利的是，由于从现场设备到附加模块的传输是借助现场设备的光学显示元件和光学传输，所以不需要现场设备内的改变。这又是有利的，特别是当现场设备在潜在的爆炸性环境中使用时。不需要改变现场设备中的在这种情况下必须满足严格安全要求的电子器件。

当然，显示/传输单元也具有显示和传输接口两者。

还有利的是，电子模块单元包括至少一个运算单元。因此可以评估并相应地处理并转发包含来自现场设备的至少一条信息的至少一个第一电信号。根据用于借助至少一个第一光学信号光学发送至少一条现场设备信息的方法，至少一个运算单元必须能够执行某些方法和协议。例如，在这方面有利的是，至少一个运算单元被设计为执行协议(特别是irda编码或uart编码协议)，以便从现场设备的至少一个第一光学信号中提取至少一条信息。如果至少一个设备信息被调制成至少一个光学信号上，则这是特别合适的。

在一个优选实施例中，附加模块被设计用于与现场设备的双向通信。然而，在这种情况下，接收单元不足以在附加模块内接收至少一个第一光学信号。相反，在这种情况下有利的是，附加模块具有用于将至少一个第二光学信号发送到现场设备的光学传输单元。附加模块的光学传输单元再次需要适应于相应的现场设备。

在这种情况下，可以选择不同类型的传输来发送至少一个第一和至少一个第二光学信号。如果附加模块必须被设计为仅显示至少一条信息，则仅转发显示元件的光学信号就足够了。如果需要发送附加信息，则必须选择特定的传输方法，借助其可以将至少一条现场设备信息覆盖在至少一个第一光学信号上——和可能至少一个第二光学信号上。为此可以想到各种选项。

本发明还通过处理和/或自动化现场设备实现，所述处理和/或自动化现场设备包括至少一个传感器模块和具有光学显示单元的现场设备电子器件，以及具有根据本发明的附加模块，其中现场设备电子器件被设计为将至少一个第二电信号施加到光学显示单元，该至少一个第二电信号包含至少一条现场设备信息，其中光学显示单元被设计为发送包含至少一条现场设备信息的第一光学信号，并且其中附加模块被布置为使得接收单元面向光学显示单元。在这种情况下，问题是配备有附加模块的现场设备，其中附加模块安装在现场设备中或现场设备上。在该布置中，应注意至少一个第一光学信号不受阻碍地到达接收单元。因此，现场设备的光学显示单元和附加模块的接收单元应当相互面对布置，特别是使得接收单元位于至少一个第一光学信号的光束路径内。现场设备的光学显示单元可以例如是显示器或光学显示元件，特别是发光元件，并且特别是led。优选地，led应被设计为借助至少一个以对应于光的视觉范围的波长发送的光学信号显示至少一个开关状态、操作状态和/或关于故障和/或误动的一条信息。例如，可以以不同的颜色显示不同条信息。常常使用绿色显示操作状态，黄色显示开关状态，以及红色显示故障和/或误动。

在特别优选的实施例中，借助调制来发送至少一条现场设备信息。借助现场设备电子器件将至少一条现场设备信息调制为到现场设备的光学显示元件的光学信号。此外，电子模块单元还能够从至少一个相应的第一电信号中提取至少一条信息，然后对该信号进行解调。当然，也可以使用其它光学传输方法。例如，在de102012112160a1中描述了具有至少一个显示元件的现场设备的非视觉数据传输的方法。显示元件可以被设计为视觉地描绘至少一条现场设备信息。对于数据传输，优选地，同时发送非可见光学信号。为此，现场设备必须配备有被设计用于非可见数据传输的显示元件，这往往是相当罕见的。

在另一优选实施例中，附加模块被可拆卸地附接在现场设备电子器件内，并且特别地，安装在光学显示元件上方。因此，附加模块被布置在现场设备电子器件的外壳内。然而，优选地，它被布置为使得来自在潜在爆炸性气氛中使用的保护性规定中的任何现有的安全要求被保留。然后这种布置特别紧凑。

在这种情况下，有利的是现场设备电子器件具有窗口，其中所显示的传输单元被布置成面向窗口。这是必要的，特别是当显示/传输单元具有显示器或led，以便借助显示/传输单元显示至少一条现场设备信息时。

也有利的是，现场设备电子器件具有现场设备外壳，这使得能够在潜在的爆炸性环境中使用现场设备。

如上所述，优选实施例中的光学显示单元具有至少一个发光光学显示单元——特别是led——以用于显示至少一个光信号——特别是彩色信号。在这种情况下，有利的是，光学显示单元借助光信号——特别是彩色信号——显示现场设备的至少一个开关状态和/或操作状态和/或故障、和/或误动。

在另一优选实施例中，现场设备具有现场设备接收单元——特别是另一光电检测器——以用于从附加模块接收至少一个第二光学信号。例如，为了实现现场设备和附加模块之间的双向通信，该措施是必需的。

附图说明

下面将参照图1至图5进一步说明本发明以及多个有利的实施例。在附图中：

图1示出了根据现有技术的包括光学显示元件的液位测量设备的示意图，

图2示出了根据本发明的附加模块的示意图，

图3示出了根据本发明的在现场设备内的附加模块的布置，

图4示出了借助适当的电子模块单元评估的典型传输信号，

图5示出了光电检测器形式的接收单元的框图，

图6示出了根据本发明的在适用于双向通信的现场设备内的附加模块的布置。

具体实施方式

图1示出了现场设备1的示意图。其例如是振动液位测量设备、或限位开关。传感器单元2包括振动叉形式的机械谐振单元3。然而，通用现场设备中的谐振单元也可以是单个棒或膜。传感器单元2经由颈管3a电连接到布置在封装的现场设备外壳5中的现场设备电子器件4。中央控制单元6负责测量值处理并控制现场设备1。借助第二电信号8，所述单元还控制光学显示单元9，其中三个发光光学显示元件9a以led的形式布置。此外，这里所述的示例中的现场设备电子器件4具有输出单元7，其例如可以用于参数化现场设备1。然而，输出单元是可选组件。

为了使用根据本发明的附加模块10，相应的现场设备1必须通过光学显示元件9可用，并且现场设备电子器件4必须被设计为控制该光学显示单元9。对于本发明的一个实施例，它们应当例如能够将至少一条现场设备信息调制到光学显示单元9上。

图2示出了根据本发明的附加模块10的示意图。第一光学信号12到达附加模块的接收单元13，附加模块可以例如是光电检测器。接收单元13与电子模块单元15和显示/传输单元17一起布置在外壳中。借助接收单元13将该至少一个第一光学信号12转换成至少一个第一电信号14，并且将其转发到电子模块单元15的至少一个运算单元16。在那里，评估该至少一个第一电信号，并且提取至少一条现场设备信息并将其发送到显示/传输单元。根据设计，显示/传输单元17可以显示至少一条现场设备信息，或者将所述信息发送到外部单元18。

在特别优选的实施例中，附加模块10可以集成到现有的现场设备电子器件4中，如图3所示。当然，然后现场设备外壳5的外壳尺寸必须相应地适配。此外，有用的是将现场设备外壳5的盖19设计为透明的，即特别是包含窗口。该窗口应该被设计为使得其对于至少一个第一光学信号12的波长是透明的，并且也可以对于至少一个第二光学信号35(参见图6)的波长是透明的。

现场设备1的传感器单元2将表示测量值的信号发送到现场设备电子器件4，所述现场电子器件在第一步骤中执行测量值评估20。通常，使用用于测量值评估的单元21来评估确定的测量值，以借助用于控制测量设备23的开关单元来确定例如如何进行传输信号的调节。而且，现场设备电子器件4与光学显示单元8通信，以借助至少一个光学显示元件显示至少一条现场设备信息。根据本发明，仅显示由光学显示元件9另外显示的信息，或者至少一条附加的现场设备信息被施加到光学显示元件，该信息被包含在现场设备的光学显示元件9的至少一个第一光学信号12中。然后，至少一个第一光学信号12被布置在现场设备电子器件4的上游但在现场设备外壳5内的附加模块10接收，并且如图2所述进一步处理。

图4描绘了例如用于发送至少一条设备信息24的传输帧。标识符26在起始位25之后，并且之后可选地(虚线框出的框)是指令的信息和长度。然后之后是相应数据29(即对应的现场设备信息)的传输。

附加模块10的接收单元13可以例如包括光电检测器30。图5描绘了例如以光电检测器形式的可能的接收单元13的框图。在选择光电检测器时，应考虑现场设备的光学显示元件9a(诸如led)的发光强度、附加模块10和现场设备1之间的通信速度、以及接收单元12和光学显示元件9a之间的距离。至少一个第一光学信号12到达光电检测器30。在其被转发到电子模块单元15之前，依靠光电检测器30被转换成至少一个第一电信号的检测到的至少一个光学信号12被放大器31放大，并且也经过比较器32。

对至少一个第一光学信号的波长敏感的光电晶体管或光电二极管例如适合作为光电检测器30。放大器31和比较器32可以是单独集成和协调的，或者其中两个组件均已经针对彼此优化的组合变型也是可以想象的，如虚线框出的框所示。

本发明的另一实施例是图6的主题。如图3所示，示出了根据本发明的现场设备1内的附加模块10的布置。与图3的实施例相比，图6所示的版本适用于现场设备1和附加模块10之间的双向通信。下面将不再考虑已经示出的附图标记。差异一方面包括在光学现场设备接收单元33的集成。这可以例如包含与附加模块10的接收单元13类似的光接收器。此外，在这种情况下附加模块10必须具有光学传输单元34，其包含至少一个第二光学信号35，其包含至少一条信息(诸如现场设备参数集等)。因此，也可以使用附加模块10来参数化现场设备1。当然，在其中现场设备1的中央控制单元6为此目的设计的双向通信的情况下，将要执行协议——特别地是irda或uart编码的协议，以便从现场设备1的至少一个第二光学信号35中提取至少一条信息。

附图标记列表

1根据现有技术的具有显示单元的现场设备

2传感器单元

3机械谐振单元

3a颈管

4电子单元

5现场设备外壳

6电子单元的控制单元

7输出单元

8第二电信号

9显示单元

9a以led的形式的显示单元

10附加模块

11模块外壳

12第一光学信号

13接收单元

14第一电信号

15电子模块单元

16附加模块的运算单元

17显示/传输单元

18至少一条设备信息的显示或传输

19现场设备电子器件的盖——特别是透明盖

20测量值确定

21测量值评估

22用于控制测量设备的开关单元

23用于控制显示单元的开关单元

24用于发送至少一条设备信息的传输帧

25起始位

26标识符

27命令

28长度

29数据

30光学接收器

31放大器

32比较器

33光学现场设备接收单元

34附加模块的光学传输设备

35第二光学信号