Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde, insbesondere an einem Analogausgang.

Herkömmlicherweise wird einem Benutzer eine Datenblattangabe zur am Analogausgang zulässigen Bürde zur Verfügung gestellt, um die am Analogausgang angeschlossene Ausgangslast der angeschlossenen nachfolgenden Schaltung korrekt zu wählen oder abzustimmen. Dies ist von besonderer Bedeutung bei industriellen Signalumformern mit Analogausgang für ein Spannungssignal, d.h. einem Spannungsausgang beispielsweise im Bereich 0...10 V, oder einem Stromsignal, d.h. einem Stromausgang beispielsweise im Bereich 0...20 mA, , denn bei Nicht-Einhaltung der Datenblattangabe ist unter Umständen je nach Anwendung mit Messfehlern, einer fehlerhaften Ansteuerung oder einem Komplettausfall der Ausgangssignale zu rechnen.

Beispielsweise kann ein Spannungsausgang in der Regel ab 10 kQ und ein Stromausgang bis 500 Q oder 700 Q betrieben werden. Der jeweilige Grenzwert der Bürde ergibt sich aus dem internen Aufbau des Signalumformers. Um bei einem Spannungsausgang bei Vollaussteuerung von 10 V die Bürde von 10 kQ treiben zu können, muss der Ausgang in der Lage sein, einen Strom von 1 mA treiben zu können. Ein Stromausgang, der mit 20 mA seinen maximalen Wert hat, muss bei einer Bürde von 500 Q eine Spannung von 10 V aufbauen können.

Wenn diese Werte nicht eingehalten werden, kommt es im oberen Bereich der Kennlinie für den Zusammenhang zwischen Eingangssignal und Ausgangssignal des Signalumformers zu falschen Messwerten und Nicht-Linearitäten. Dass ein gemessener Wert bzw. das zugehörige Ausgangssignal aufgrund einer bei der Installation einer Anlage angeschlossenen Bürde nicht korrekt ist, fällt herkömmlicherweise erst bei der Inbetriebnahme der Anlage auf. Auch wenn sich die angeschlossene Bürde durch Alterung oder einen Defekt der Anlage in unzulässiger Weise verändert, kann dies im Betrieb der Anlage nicht präventiv erkannt werden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Technik zur Bestimmung und/oder Überwachung einer an einem Analogausgang angeschlossenen Bürde anzugeben. Alternativ oder ergänzend besteht die Aufgabe, die Überwachung der angeschlossenen Bürde mit möglichst geringem Mehraufwand zu erreichen.

Die Aufgabe wird oder die Aufgaben werden mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

Gemäß einem Vorrichtungsaspekt ist eine Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde mindestens eines Analogausgangs bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Signalumformer, der mindestens einen Eingang und mindestens einen Analogausgang aufweist. Der Signalumformer ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem am Eingang anliegenden Eingangssignal ein Ausgangssignal am Analogausgang auszugeben. Das Ausgangssignal ist (beispielsweise entweder) ein Strom oder eine Spannung. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, ergänzend zum Strom als Ausgangssignal die Spannung oder ergänzend zur Spannung als Ausgangssignal den Strom am Analogausgang zu erfassen. Ferner ist die Steuereinheit, dazu ausgebildet, die Bürde aus dem Ausgangssignal in Kombination mit dem erfassten Strom oder der erfassten Spannung zu bestimmen, und auf der Grundlage der bestimmten Bürde einen Hinweis auszugeben.

Indem die Steuereinheit die Kenntnis des Ausgangssignals (beispielsweise als Soll- Wert) mit der Erfassung (beispielsweise Messung) des Stroms bzw. der Spannung als die zum Ausgangssignal komplementäre Ist-Größe zur Bestimmung (beispielsweise Berechnung) der Bürde kombiniert, ermöglichen Ausführungsbeispiele durch den Hinweis die Überwachung der am Analogausgang angeschlossene Bürde. Vorzugsweise genügt die Erfassung der zum Ausgangssignal komplementären Ist-Größe, um mit der bereits vorhandenen Kenntnis des Ausgangssignals und der Rechenkapazität der Steuerung die Bürde zu bestimmen, so dass Ausführungsbeispiele der Vorrichtung die Überwachung der Bürde mit möglichst geringem Mehraufwand erreichen. Der Signalumformer kann ein Messumformer sein, beispielsweise gemäß der Norm DIN 1319. Insbesondere kann der Signalumformer ein Messwandler (beispielsweise ein Stromwandler oder ein Spannungswandler), ein Messverstärker (beispielsweise ein Trennverstärker), oder ein Messumsetzer (beispielsweise mit einem digitalen Eingang und dem mindestens einen Analogausgang) sein.

Die Bürde kann ein am Analogausgang angeschlossener Widerstand (beispielsweise ein Gesamtwiderstand von Anschlussleitungen und am Analogausgang angeschlossener Schaltung) sein bzw. einem solchen Widerstand entsprechen. Ferner kann die Bürde optional nur einen Wirkanteil des angeschlossenen Widerstands und/oder keinen Scheinwiderstand umfassen.

Die Steuereinheit kann einen Mikrokontroller umfassen, beispielsweise zum Bestimmen (insbesondere Berechnen) der Bürde und/oder zum Ausgeben des Hinweises. Da der Rechenaufwand zur Bestimmung der Bürde im Wesentlichen eine Division umfasst, können Ausführungsbeispiele der Vorrichtung ohne eine Leistungssteigerung des Mikrokontrollers die Überwachung der Bürde erreichen.

Die Steuereinheit kann eine Regeleinheit sein. Beispielsweise kann die Steuereinheit als Regeleinheit das Ausgangssignal regeln (beispielsweise messen und in Reaktion auf eine Abweichung von einem Soll-Wert korrigieren).

Die bestimmte Bürde kann auch als angeschlossene Bürde bezeichnet werden.

Die Steuereinheit (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann den Strom oder die Spannung am Analogausgang in einer analogen Domäne und/oder als Messwert erfassen. Der am Analogausgang erfasste Strom oder die am Analogausgang erfasste Spannung kann in der analogen Domäne gemessen werden und/oder als Ist-Wert erfasst werden. Vorteilhafterweise kann hierzu ein bestehender Analogeingang der Steuereinheit genutzt werden.

Alternativ oder ergänzend kann der Steuereinheit das Ausgangssignal in einer digitalen Domäne und/oder als Soll-Wert vorliegen. Das Ausgangssignal kann in einer digitalen Domäne und/oder als Soll-Wert des Signalumformers (z.B. als eine Steuergröße der Steuereinheit oder als Führungsgröße des Ausgangssignals als Regelgröße der Regeleinheit) erfasst oder bereitgestellt sein. Dadurch kann eine Messeinheit für das Analogsignal entfallen und/oder die Bürde kann in der digitalen Domäne bestimmt werden (beispielsweise durch Berechnen einer Division von Spannung und Strom). Vorteilhafterweise kann das Ausgangssignal ohne Nutzung eines Analog-Digital-Wandlers (fachsprachlich: 'Analog to Digital Converter" oder ADC) der Steuereinheit zur Bestimmung der Bürde vorliegen. In einem ersten Beispiel kann das Ausgangssignal unabhängig vom Analogausgang oder (in Signalverarbeitungsrichtung) vor dem Analogausgang an die Steuereinheit bereitgestellt (beispielsweise vom Signalumformer übermittelt) sein. In einem zweiten Beispiel kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, den Soll-Wert des Ausgangssignals aufgrund des Eingangssignals zu bestimmen.

Die Steuereinheit (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann ferner einen Grenzwert der Bürde ausgeben. Alternativ oder ergänzend kann der ausgegebene Hinweis von einem Vergleich des Grenzwertes der Bürde mit der bestimmten Bürde abhängen. Alternativ oder ergänzend kann der ausgegebene Hinweis einen Restwert der Bürde, beispielsweise eine Differenz zwischen dem Grenzwert der Bürde und der bestimmten Bürde ausgeben. Der Restwert der Bürde kann auch als Reserve der Bürde bezeichnet werden. Ausführungsbeispiele können dadurch die Häufigkeit der Ausgabe des Hinweises reduzieren oder nur in relevanten Situationen auf die Bürde hinweisen.

Der Grenzwert der Bürde kann, wenn der Strom das Ausgangssignal ist, eine Obergrenze (d.h. ein Höchstwert oder Maximum) sein. Der Hinweis kann ausgegeben werden, wenn die bestimmte Bürde einen oberen Bürde-Schwellwert überschreitet. Der obere Bürde-Schwellwert kann 75% bis 90% der Obergrenze der Bürde sein.

Alternativ oder ergänzend kann der Grenzwert der Bürde, wenn die Spannung das Ausgangssignal ist, eine Untergrenze (d.h. Mindestwert oder Minimum) sein. Der Hinweis kann ausgegeben werden, wenn die bestimmte Bürde einen unteren Bürde- Schwellwert unterschreitet. Der untere Bürde-Schwellwert kann 110% bis 125% der Untergrenze der Bürde sein.

Der Grenzwert oder beide Grenzwerte oder einer oder beide Bürde-Schwellwerte kann bzw. können in einem Speicher (beispielsweise in einem flüchtigen Speicher oder einem Festspeicher) der Steuereinheit gespeichert sein. Beispielsweise können (vor- zugsweise bei einem zwischen Strom und Spannung als dem Ausgangssignal umschaltbaren Signalumformer) sowohl die Obergrenze als auch die Untergrenze gespeichert sein.

Der Signalumformer (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann den Strom als Ausgangssignal am Analogausgang ausgeben, und die Steuereinheit kann den Hinweis ausgeben, wenn die bestimmte Bürde größer als eine Obergrenze der Bürde ist. Alternativ oder ergänzend kann die Obergrenze der Bürde einem Höchstwert der Spannung entsprechen (beispielsweise der größten Spannung, die der Signalumformer aufzubauen vermag), um einen Höchstwert des Stroms als Ausgangssignal (beispielsweise eine Obergrenze eines Stromintervalls des Ausgangssignals) zu treiben oder auszugeben. Dadurch können Ausführungsbeispiele der Vorrichtung den gezielten Hinweis auf die Bürde an diesem Analogausgang oder einem der Analogausgänge ausgeben und/oder auf eine präzise Fehlerstelle in einer langen oder komplexen Verkettung von Steuersignalen hinweisen.

Der Hinweis kann ausgegeben werden bevor der Signalumformer in einen nicht-linearen Bereich (beispielsweise hinsichtlich des Ausgangssignals als Funktion des Eingangssignals) kommt. Beispielsweise kann der Hinweis ausgegeben werden, wenn die Spannung zum Treiben des Stroms als Ausgangssignal kleiner ist als der Höchstwert der Spannung. Beispielsweise kann der Hinweis ausgegeben werden, wenn die Spannung zum Erreichen des Stroms als Ausgangssignal kleiner ist als der Höchstwert der Spannung und/oder größer als ein Spannung-Schwellwert. Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können dadurch auf eine fehlerhafte Beschaltung des Analogausgangs (beispielsweise einen Kabelbruch oder eine gelöste Klemme) hinweisen, bevor ein fehlerhaftes Ausgangssignal ausgegeben wird oder bevor es zu einer Beschädigung der mit dem Ausgangssignal angesteuerten Anlage kommt. Der Spannung-Schwellwert kann 75% bis 90% des Höchstwertes der Spannung sein.

Der Signalumformer (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann die Spannung als Ausgangssignal am Analogausgang ausgeben, und die Steuereinheit kann den Hinweis ausgeben, wenn die bestimmte Bürde kleiner als eine Untergrenze der Bürde ist. Alternativ oder ergänzend kann die Untergrenze der Bürde einem Höchstwert des Stroms (beispielsweise dem größten Strom, den der Signalumformer zu treiben vermag) entsprechen, um einen Höchstwert der Spannung als Ausgangssignal (beispielsweise eine Obergrenze eines Spannungsintervalls des Ausgangssignals) aufzubauen oder auszugeben.

Der Hinweis kann ausgegeben werden bevor der Signalumformer in einen nicht-linearen Bereich (beispielsweise hinsichtlich des Ausgangssignals als Funktion des Eingangssignals) kommt. Beispielsweise kann der Hinweis ausgegeben werden, wenn der Strom zum Erreichen der Spannung als Ausgangssignal kleiner ist als der Höchstwert des Stroms und/oder größer als ein Strom-Schwei Iwert ist. Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können dadurch auf einen fehlerhaften Zustand des Analogausgangs (beispielsweise einen Kurzschluss oder Feuchtigkeit) hinweisen, bevor ein fehlerhaftes Ausgangssignal ausgegeben wird oder bevor es zu einer Beschädigung der mit dem Ausgangssignal angesteuerten Anlage kommt. Der Strom-Schwellwert kann 75% bis 90% des Höchstwertes des Stroms sein.

Die Vorrichtung (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann ferner einen Schalter zum Trennen der angeschlossenen Bürde vom Analogausgang umfassen. Die Steuereinheit kann ferner dazu ausgebildet sein, den Schalter zum Trennen zu betätigen (beispielsweise anzusteuern), wenn die bestimmte Bürde den Grenzwert der Bürde verletzt, beispielsweise die Untergrenze unterschreitet oder die Obergrenze überschreitet. Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können dadurch eine (beispielsweise thermische) Beschädigung des Signalumformers und/oder der nachgeschalteten Schaltung und/oder eine Brandgefahr durch eine schadhafte elektrische Verbindung am Analogausgang vermeiden.

Der Schalter (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann mindestens einen Feldeffekt- Transistor und/oder ein elektromechanisches Relais umfassen. Alternativ oder ergänzend kann der Schalter zwischen dem Analogausgang des Signalumformers und einer Klemme zum Anschluss der Bürde elektrisch angeordnet sein. Beispielsweise kann der Schalter dazu ausgebildet sein, den mindestens einen Pol des Analogausgangs des Signalumformers und eine dem jeweiligen Pol zugeordnete Klemme wahlweise elektrisch leitend zu verbinden und elektrisch zu trennen. Der Feldeffekt-Transistor kann eine schnelle Trennung ermöglichen, um thermische Schäden an kleinsten Massen in elektronischen Bauteilen zu vermeiden. Das elektromechanische Relais kann eine galvanische Trennung sicherstellen, beispielsweise wenn eine Überspannung in der am Analogausgang nachgeschalteten Schaltung die Ursache für die unzulässige Bürde ist.

Die Vorrichtung (z. B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann ferner einen Speicher zum Speichern der bestimmten Bürde umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet sein, die Bürde zu verschiedenen Zeiten (beispielsweise in einer Zeitreihe) und/oder bei verschiedenen Ausgangssignalen zu bestimmen, und optional die Zeitreihe und/oder einen (gewichteten und/oder zeitlich gleitenden) Mittelwert oder Median der bestimmten Bürden im Speicher zu speichern. Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können durch Auslesen des Speichers bei der Fehlersuche zwischen einer graduellen Alterung und einem unvermittelt eingetretenem Defekt unterscheiden.

Die Steuereinheit (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann dazu ausgebildet sein, den Hinweis oder einen weiteren Hinweis auszugeben, wenn die bestimmte Bürde von der gespeicherten Bürde abweicht und/oder sich zeitlich verändert (beispielsweise in der Zeitreihe verändert). Ausführungsbeispiele können somit ein relatives und/oder selbst-adaptives Kriterium für die Überwachung der Bürde (beispielsweise für die Ausgabe des Hinweises) anwenden und/oder eine (beispielsweise langfristige) Überwachung der Bürde ermöglichen, beispielsweise ohne Vorbestimmung oder ohne Eingabe oder ohne Anpassung des (oberen und/oder unteren) Bürde-Schwellwertes der Bürde (dessen Überschreitung oder Unterschreitung die Ausgabe des Hinweises auslöst).

Die Steuereinheit (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann dazu ausgebildet sein, den Hinweis oder einen weiteren Hinweis auf einen Kurzschluss oder Feuchtigkeit am Analogausgang auszugeben, wenn die bestimmte Bürde kleiner als ein vorbestimmter Minimalwert (beispielsweise der untere Bürde-Schwellwert) ist und/oder (beispielsweise um mindestens 10% oder 25%) kleiner als die gespeicherte Bürde ist und/oder in der Zeitreihe abnimmt (beispielsweise um mindestens 50% in einer vorbestimmten Zeit, beispielsweise einer Sekunde). Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit (z.B. gemäß dem Vorrichtungsas- pekt) dazu ausgebildet sein, den Hinweis oder einen weiteren Hinweis auf einen Kabelbruch oder eine lose elektrische Verbindung (beispielsweise eine fehlerhafte Klemmstelle) am Analogausgang auszugeben, wenn die bestimmte Bürde größer als ein vorbestimmter Maximalwert (beispielsweise der obere Bürde-Schwellwert) ist und/oder (beispielsweise um mindestens 10% oder 25%) größer als die gespeicherte Bürde ist und/oder in der Zeitreihe zunimmt (beispielsweise um mindestens 50% in einer vorbestimmten Zeit, beispielsweise einer Sekunde) oder (beispielsweise periodisch und/oder zwischen zwei verschiedenen Bürde-Werten) alterniert.

Die Vorrichtung (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann ferner eine Benutzerschnittstelle zum Ausgeben der bestimmten Bürde, des Grenzwertes oder der Grenzwerte (beispielsweise der Obergrenze und/oder der Untergrenze), des Hinweises, des weiteren Hinweises und/oder des Restwertes der Bürde umfassen.

Die Benutzerschnittstelle zum Ausgeben des Hinweises kann den Hinweis lokal ausgeben oder über eine Netzwerkschnittstelle ausgeben. Zum lokalen Ausgeben kann die Benutzerschnittstelle eine Signallampe (beispielsweise eine LED), einen akustischen Signalgeber (beispielsweise einen Lautsprecher) und/oder eine grafische Anzeige (beispielsweise zum textbasierten Ausgeben des Hinweises) umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Netzwerkschnittstelle eine leitungsgebundenen Netzwerkanschluss (beispielsweise Ethernet) oder einen drahtlosen Netzwerkanschluss umfassen. Der drahtlose Netzwerkanschluss (beispielsweise für ein Funknetzwerk) kann gemäß der Norm IEEE 802.11 (Wi-Fi) oder einer Radiozugangstechnik des "Third Generation Partnership Project" (3GPP) ausgebildet sein, beispielsweise gemäß "Long Term Evolution" (LTE) bzw. der vierten Mobilfunkgeneration (4G) oder gemäß "New Radio" (NR) bzw. der fünften Mobilfunkgeneration (5G).

Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit einen Webserver umfassen. Die Benutzerschnittstelle kann ein webbasiertes Verwaltungssystem umfassen.

Die Steuereinheit (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann ferner dazu ausgebildet sein, die bestimmte Bürde und/oder ein zulässiges Intervall für die Bürde auszugeben, optional mittels einer grafischen Anzeige und/oder eines Webservers der Vorrichtung. Das zulässige Intervall kann die Untergrenze der Bürde und/oder die Obergrenze der Bürde umfassen. Die bestimmte Bürde und/oder der Restwert der bestimmten Bürde kann in dem Intervall angezeigt sein.

Zur ergänzenden Erfassung des Strom bzw. der Spannung (d.h. komplementär zum Ausgangssignal) kann die Steuereinheit einen Analogeingang umfassen, der mit einem Messpunkt des Signalumformers elektrisch leitend verbunden ist. Alternativ kann ein Digitaleingang der Steuereinheit über einen Analog-Digital-Wandler (DAC) der Steuereinheit oder des Signalumformers mit dem Messpunkt gekoppelt sein.

Der Signalumformer (z.B. gemäß dem Vorrichtungsaspekt) kann einen Wahlsignaleingang aufweisen. Der Signalumformer kann dazu ausgebildet sein, in Abhängigkeit von einem am Wahlsignaleingang anliegenden (beispielsweise erfassten) Wahlsignal entweder den Strom oder die Spannung als das Ausgangssignal am Analogausgang auszugeben. Mit anderen Worten kann der Signalumformer gemäß dem Wahlsignal steuerbar (beispielsweise umschaltbar) sein, so dass der Analogausgang des Signalumformers entweder ein Spannungsausgang oder ein Stromausgang ist.

Das Wahlsignal kann an den Wahlsignaleingang von der Steuereinheit (beispielsweise einem Digitalausgang der Steuereinheit) ausgegeben werden. Das Wahlsignal kann an den Wahlsignaleingang von der Steuereinheit (beispielsweise einem Digitalausgang der Steuereinheit) ausgegeben werden. Dadurch kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, komplementär zum Ausgangssignal (gemäß dem Wahlsignal) die am Messpunkt erfasste Messspannung entweder als den Strom oder die Spannung am Analogausgang zur Bestimmung der Bürde zu verwenden.

Die Steuereinheit kann dazu ausgebildet ist, am selben Messpunkt abhängig vom Wahlsignal entweder ergänzend zum Strom als Ausgangssignal die Spannung oder ergänzend zur Spannung als Ausgangssignal den Strom zu erfassen.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiel, die wahlweise miteinander kombinierbar sind, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde mindestens eines Analogausgangs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines Signalgenerators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, der in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde einsetzbar ist;

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm der Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit Eingangs- und Ausgangsanschlüsse, die in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde einsetzbar sind;

Fig. 4 schematisch eine Anzeige zur Ausgabe der bestimmten Bürde und einer Reserve gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, die in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde einsetzbar ist für ein Stromsignal; und

Fig. 5 schematisch eine Anzeige zur Ausgabe der bestimmten Bürde und einer Reserve gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, die in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde einsetzbar ist für ein Spannungssignal.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde mindestens eines Analogausgangs. Die Vorrichtung ist allgemein mit Bezugszeichen 100 bezeichnet. Die Vorrichtung 100 umfasst einen Signalumformer 110 der mindestens einen Eingang 112 aufweist. Der Eingang 112 kann Eingangssignale von einer Eingabevorrichtungen 116 erfassen (beispielsweise empfangen).

Die Eingabevorrichtungen 116 können Sensoren oder Trenntransformatoren sein. Beispiele der Sensoren 116 sind Spannungssensoren zur Überwachung der Funktion einer Stromversorgungen und Stromsensoren zur Überwachung der Last eines Verbrauchers (beispielsweise eines Aktors) sein. Das Eingangssignal kann ein analoges Signal oder ein digitales Signal sein. Der Signalumformer 110 kann den mindestens einen Analogausgang 114 umfassen oder mit dem mindestens einen Analogausgang 114 ausgangsseitig elektrisch leitend verbunden sein. Der Signalumformer 110 kann abhängig von einem am Eingang 112 anliegenden Eingangssignal ein Ausgangsignal am Analogausgang 1 14 ausgeben.

Beispielsweise kann der Signalumformer 110 einen Analog-Digital-Umsetzer 206 (auch: Analog-Digital-Wandler oder fachsprachlich: 'Analog to Digital Convertor" oder ADC) umfassen, der das Eingangssignal zur Weiterverarbeitung in einer digitalen Domäne durch eine Verarbeitungseinheit 208 des Signalumformers 110 umsetzt. Der Signalumformer 110 kann ferner einen Digital-Analog-Umsetzer (fachsprachlich: "Digital to Analog Convertor" oder DAC) 202 umfassen, der ein Steuersignal 201 zur Steuerung eines Signalgenerators 200 erzeugt. Der Signalgenerator 200 erzeugt das Ausgangssignal für den Analogausgangs 114.

Das Ausgangsignal kann ein Stromsignal oder ein Spannungssignal sein. Jeder Analogausgang 114 gibt das jeweilige Ausgangssignal an eine Ausgabevorrichtung 118 aus. Beispiele der Ausgabevorrichtungen 118, die auch als nachfolgende Schaltungen bezeichnet werden, sind Aktoren, Trenntransformatoren, Impedanz-Anpassungen und Steuerungen bzw. deren Eingänge. Typisches Beispiel einer Steuerung ist eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Die Bürde ist eine Eigenschaft der am jeweiligen Ausgang 114 der Vorrichtung 100 elektrisch leitend angeschlossenen Ausgabevorrichtung 118 und/oder der Verdrahtung zwischen dem Ausgang 114 und Ausgabevorrichtung 118.

Während in Fig. 1 der Betrieb des Analogausgangs 114 als Spannungsausgang gezeigt ist, können dieselben oder entsprechende Merkmale der Vorrichtung 100 für den (beispielsweise umschaltbaren) Betrieb des Analogausgangs als Stromausgang 114 vorgesehen sein.

Der Signalwandler 110 kann ferner mit einer Steuereinheit 120 kommunikativ verbunden sein. Beispielsweise erfasst die Steuereinheit 120 den Soll-Wert des Ausgangssignals (hier: die Spannung Usoii). Alternativ oder ergänzend gibt die Steuereinheit 120 den Soll-Wert des Ausgangssignals vor. Beispielsweise überträgt die Steuereinheit das dem Ausgangssignal entsprechenden Steuersignal an den DAC 202 des Signalumformers 110 oder an den Signalgenerator 200. Die Steuereinheit 120 erfasst am Analogausgang 114 ergänzend zum Strom als Ausgangssignal die Spannung (beispielsweise in einem umschaltbaren Zustand für das Stromsignal) oder ergänzend zur Spannung als Ausgangssignal den Strom (beispielsweise in einem umschaltbaren Zustand für das Spannungssignal).

Dadurch berechnet die Steuereinheit 120 die Bürde aus dem Ausgangssignal in Kombination mit dem erfassten Strom (Imess, z.B. wie in Fig. 1 gezeigt) oder der erfassten Spannung (U mess)-

Die Steuereinheit 120 kann ferner eine Benutzerschnittstelle 140 (beispielsweise eine Anzeige) umfassen oder mit dieser in Verbindung stehen, derart, dass die Steuereinheit 120 basierend auf der bestimmten Bürde eine Hinweis über die Benutzerschnittstelle 140 ausgeben kann. Die Benutzerschnittstelle 140 kann beispielsweise eine grafische Benutzerschnittstelle (beispielsweise eine Anzeige) oder eine Webschnittstelle umfassen, um einem Benutzer die bestimmte Bürde 102 und/oder den Hinweis 104, 106 (beispielsweise eine Nachrichten) anzuzeigen.

Die Benutzerschnittstelle 140 kann ferner eine Anweisung vom Benutzer empfangen, die angibt, ob der Strom oder die Spannung als das Ausgangssignal gewählt werden soll. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit 120 zwischen Strom und Spannung als dem Ausgangssignal umschalten.

Der Signalumformer 110 kann einen Signalgenerator 200 umfassen, der wahlweise die Spannung U oder den Strom I als Ausgangssignal erzeugt. Der Signalumformer 110 umfasst einen Wahlsignaleingang für ein Wahlsignal, das vorgibt, ob das Steuersignal 201 als Vorgabe für die Spannung U und den Strom I interpretiert und am Analogausgang 114 ausgeben wird.

Der Grenzwert der Bürde R, beispielsweise die Obergrenze Rmax der Bürde bei einem Stromausgang oder die Untergrenze Rmin der Bürde bei einem Spannungsausgang, kann konstruktionsbedingt für die Vorrichtung 100 oder in der Fertigung der Vorrichtung 100 bestimmt sein. Im Betrieb und/oder für den Betrieb der Vorrichtung 100 kann vom Grenzwert der Bürde ein entsprechender Grenzwert des Steuersignals 201 oder des Ausgangssignals abgeleitet sein. Alternativ oder ergänzend kann direkt von der Spannung als Soll-Wert oder Ausgangssignal der Grenzwert für den gemessenen Strom abgeleitet werden. Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Signalgenerators 200, der zwischen Stromsignal und Spannungssignal umschaltbar ist, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Signalgenerator 200 kann in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 einsetzbar sein.

Damit die Spannung das Ausgangssignal am Analogausgang 114 ist, sind die Wahltransistoren 155 leitend geschaltet (d.h. geschlossen) entsprechend dem Wahlsignal am Wahlsignaleingang 154. Dadurch ist der untere Pol 114-2 des Analogausgangs 114 mit der Masse elektrisch leitend verbunden. Die Spannung am Pol 114-1 des Analogausgangs 114 ist das Ausgangssignal und ist über die Rückkopplung 156 an den zweiten Eingang des Operationsverstärkers entsprechend dem am ersten Eingang 201 des Operationsverstärkers anliegenden Steuersignal geregelt.

Damit der Strom das Ausgangssignal am Analogausgang 114 ist, sind die Wahltransistoren 155 sperrend geschaltet (d.h. offen) entsprechend dem Wahlsignal am Wahlsignaleingang 154. Der zwischen den Polen 114-1 und 114-2 des Stromausgangs 114 fließende Strom führt an den Messwiderständen 152 (und damit am unteren Pol 114-2 des Analogausgangs 114) zu einem proportionalen Spannungsabfall gegenüber der Masse, welcher als Rückkopplung 158 an den zweiten Eingang des Operationsverstärkers den Strom als Ausgangssignal regelt entsprechend dem am ersten Eingang 201 des Operationsverstärkers anliegenden Steuersignal 201.

Über das Wahlsignal bestimmt die Steuereinheit 120 (beispielsweise ein Mikrocontroller als Teil der Steuereinheit 120), ob entweder ein Stromsignal oder ein Spannungssignal als Ausgangssignal am Analogausgang 114 ausgegeben wird. Beispielsweise ist bei einem Wahlsignal von 0 V am Wahlsignaleingang 154 das Ausgangssignal ein Stromsignal (weil der bipolare NPN-Transistor die gemeinsame Gate-Spannung der beiden Wahltransistoren 155 als selbstsperrende Feldeffekttransistoren auf Masse zieht und dadurch sperrt). Bei einem positiven Wahlsignal (beispielsweise von 5 V) am Wahlsignaleingang 154 ist das Ausgangssignal ein Spannungssignal, da die Wahltransistoren leitend geschaltet sind.

Das zweite Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 zur Überwachung einer Bürde kann den in Fig. 2 schematisch gezeigten Signalgenerator 200 umfassen. Der Signalgenerator 200 kann am ersten (positiven) Eingang des Operationsverstärkers eine Steuerspannung 201 empfangen (zum Beispiel eine PWM-Vorgabe) vom DAC 202 der Vorrichtung 100.

Der Signalgenerator 200 umfasst Messwiderstände 152 zur Messung des Stroms als Ausgangssignal, d.h. zur Messung des Stroms am Analogausgang 114 in seiner Funktion als Stromausgang. Zum Beispiel kann ein Messwiderstand von 50 Ohm bei einem Strom von 20 mA einen Spannungsabfall von 1 V ergeben.

In einem Ausführungsbeispiel wählt die Steuereinheit 120 durch das Wahlsignal den Analogausgang 114 als Stromausgang, d.h. den Strom l _so ii als Ausgangssignal, aus. Der Strom l _S0 n ist durch die Steuerspannung am Eingang 201 vorgegeben (d.h. geführt und geregelt). Zur Berechnung der Bürde 102 ist es erforderlich, an einem Messpunkt 160 des Signalgenerators 200 die Spannung Umess am Analogausgang 114 zu messen. Dazu kann der Messpunkt 160 an einen Analogeingang der Steuereinheit 120 angeschlossen sein. Alternativ kann die Steuereinheit 120 oder der Signalumformer 110 (beispielsweise der Signalgenerator 200) einen zusätzlichen Analog-Digital- Wandler (ADC) 204 umfassen, der eingangsseitig an den Messpunkt 160 angeschlossen und ausgangsseitig an einen Digitaleingang der Steuereinheit 120 angeschlossen ist. Der ADC 204 wandelt die Spannung Umess des Analogausgangs 114 in einen Digitalwert und überträgt diesen an die Steuereinheit 120 (z.B. einen Mikrocontroller).

Bei jedem Ausführungsbeispiel kann das Ausgangssignal dem (beispielsweise pulsweitenmodulierten, PWM) Steuersignal 201 als Vorgabe entsprechen. Alternativ oder ergänzend kann der Strom, der intern zur Rückkopplung an den Operationsverstärker fließt, der Steuereinheit 120 bekannt sein und von dieser herausgerechnet werden.

In einer Variante jedes Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 ist der Analogausgang 114 ein Stromausgang, beispielsweise mit dem Wertebereich (oder Intervall) von 0...20 mA. Beispielsweise steuert die Steuereinheit 120 den Analogausgang 110 zur Ausgabe eines Stroms mit dem Höchstwert des Intervalls (z.B. 20 mA) zur Bestimmung der Bürde.

Nachstehende Tabelle I zeigt beispielhaft das Ausgangssignal als Stromsignal (beispielsweise von 20 mA), die am Messpunkt 160 gemessene Spannung und die basierend auf dem Ohm’schen Gesetz berechnete Bürde. Ein schaltungsbedingter Offset der Bürde beträgt beispielsweise 50 bis 60 Q. Der Innenwiderstand von 50 bis 60 0 (beispielsweise ein Großteil von 50 0 des Innenwiderstands von 60 O) fällt am Messwiderstand 152 zur Bestimmung des Stroms als Ausgangssignal ab. Das schaltungsbedingte Offset der Vorrichtung 100 kann durch Test- experimente gemessen oder direkt oder durch Simulationssoftware (z.B. LT-Spice) berechnet werden.

Die Steuereinheit 120 kann die Bürde bestimmen aus dem Strom / als Ausgangssignal, der gemessenen Spannung U am Analogausgang 114 und gegebenenfalls dem Offset, beispielsweise gemäß dem Zusammenhang: R = ^U / _} - 60 1 (F1 )

Dabei ist U die Spannung am Messpunkt 160, / das Stromsignal gemäß dem Steuersignal 201 (z.B. PWM-Signal) als Vorgabe 201 was als Ausgangssignal ausgegeben werden soll. Der in der Formel F1 genannte Wert von 60 Q ist ein Beispiel für das schaltungsbedingte Offset.

Tabelle I

Der Zusammenhang gemäß Formel F1 gilt nur bis zu einer limitierenden Spannung (d.h. dem Höchstwert der Spannung) von 12,8 V am Messpunkt 160. Ab dann ist keine gültige Ausgabe des Stromsignals (beispielsweise für eine Messung oder Ansteuerung) mehr möglich und die Steuereinheit 120 gibt über die Benutzerschnittstelle 140 (z.B. ein Web-Based-Management, WBM) den Hinweis (beispielsweise eine Alarmmeldung) aus.

Die Vorrichtung 100 (beziehungsweise der Analogausgang 114 als Funktion des Ein- gangs 112) kann bis zu einer Spannung von 12,6 V am Analogausgang 114 linear arbeiten. Daraus ergibt sich eine maximale Bürde von 570 Q. Ab der Obergrenze von 570 O verhält sich die Vorrichtung 100 nicht-linear für den Höchstwert des Stromsignals (beispielsweise für 20 mA) und gibt ab dieser Grenze falsche Messwerte oder Steuerströme aus. Da der Strom als Ausgangssignal (d.h. als Soll-Wert) vorgegeben ist beziehungsweise mittels des Signalgenerators geregelt ist (beispielsweise mittels des Operationsverstärkers als Regler), wird die außen an der Vorrichtung 100 angeschlossene Last (d.h. die Bürde), wie bereits oben erwähnt, aus der Spannung U am Messpunkt 160 berechnet. Der Maximalwert der Last (d.h. die Obergrenze der Bürde) kann in der Produktion bestimmt werden. Eventuell kann die Obergrenze direkt von der Spannung U abgeleitet werden.

Tabelle II zeigt ein weiteres Beispiel für die berechnete Bürde basierend auf dem Ohm’schen Gesetz, die gemessene Spannung am ersten Messpunkt 160 und das Ausgangssignal als Strom (hier: 10 mA). Die Vorrichtung 100 kann bis zu 12,9 V linear arbeiten. Daraus ergibt sich eine Obergrenze der Bürde von 1230 Q. Ab der Grenze von 1230 O für den 10 mA Strom verhält sich die Vorrichtung nicht-linear und gibt ab dieser Grenze falsche Messwerte oder zu niedrige Stromsignale aus.

Tabelle II

Zusätzlich zur Berechnung der Bürde kann die Vorrichtung 100 (beispielsweise die Steuereinheit 120) den bestimmten Wert der Bürde oder einen Restwert (auch: Reserve) der Bürde für den Benutzer in der Benutzerschnittstelle 140, beispielsweise im web-basierten Management (WBM) anzeigen und/oder mit der Obergrenze der Vor- richtung 100 vergleichen oder verrechnen.

Zum Beispiel wird nach dem Einschalten der Vorrichtung 100 die extern angeschlossene Bürde wie oben beschrieben ermittelt (vorzugsweise durch Ausgabe des Höchstwertes des Stroms als Ausgangssignal im Intervall) und in einem Speicher zur weiteren Verwendung (beispielsweise während des Betriebs der Vorrichtung 100) bis zur nächsten Berechnung abgelegt.

Beispiel 1 : Die Steuereinheit 120 kann mindestens einen der folgenden Schritte ausführen.

- Die Steuereinheit 120 gibt das Wahlsignal für ein Stromsignal aus, beispielsweise in Reaktion auf eine Eingabe eines Benutzers.

- Der Analogausgang 114 ist ein Stromausgang und (beispielsweise über das Steuersignal 201 als PWM-Stufe) so eingestellt, dass 20 mA fließen sollten.

- Die Steuereinheit 120 ermittelt einen internen Spannungsabfall (z. B. durch Simulationssoftware oder Auslesen aus einem Speicher).

- Die hierfür an den Klemmen 114-1 und 114-2 des Analogausgangs 114 notwendige Spannung ist 9,2 V. Dieser Wert kann sich Zusammensetzen aus 8 V und einem internen Spannungsabfall von 1 ,2 V (der beispielsweise in einer Gleichung herausgerechnet wird).

- Die bestimmte (beispielsweise berechnete) Bürde ist somit R = U/l = (9,2 V - 1 ,2V) / 20 mA, also R = 400 Q.

- Die Steuereinheit 120 stellt fest, dass die bestimmte Bürde im mit OK markierten Bereich der Tabelle I ist.

- Die Steuereinheit 120 gibt einen Hinweis an der Benutzerschnittstelle 140 aus, dass die bestimmte Bürde zulässig (d. h. in Ordnung oder OK) ist.

Beispiel 2: Die Steuereinheit 120 kann mindestens einen der folgenden Schritte ausführen.

- Die Steuereinheit 120 gibt das Wahlsignal für ein Stromsignal aus, beispielsweise in Reaktion auf eine Eingabe eines Benutzers.

- Der Analogausgang 114 ist als Stromausgang so eingestellt, dass 20 mA fließen sollten.

- Die Steuereinheit 120 ermittelt einen internen Spannungsabfall (z.B. durch Simulationssoftware oder Auslesen aus einem Speicher).

- Die hierfür an den Klemmen notwendige Spannung ist 12,6 V, zusammengesetzt aus 11 ,4 V und dem internen Spannungsabfall von 1 ,2 V. Letzteres kann in der Gleichung F1 herausgerechnet werden. - Die bestimmte (beispielsweise berechnete) Bürde ist somit R = U/l = (12,6 V - 1 ,2 V) / 20 mA, also R = 570 Q.

- Die Steuereinheit 120 stellt fest, dass die bestimmte Bürde im Grenzbereich gemäß Tabelle I ist.

- Die Steuereinheit 120 gibt an die Benutzerschnittstelle 140 den Hinweis aus, dass die bestimmte Bürde im Grenzbereich ist.

Beispiel 3:

- Der Analogausgang als Stromausgang ist so eingestellt, dass 20,0 mA fließen sollten (tatsächlich fließen nur 19,7 mA).

- Die an den Klemmen notwendige Spannung ist 11 ,6 V + interner Spannungsabfall von 1 ,2 V (wird in der Gleichung herausgerechnet) = 12,8 V.

- Die berechnete Bürde ist somit R = U/l = (12,8 V - 1 ,2 V) / 19,7 mA, also R = 588 O > Obergrenze der Bürde.

- Die Bürde ist zu groß (beispielsweise im nichtlinearen Bereich) gemäß Tabelle I.

- Die Steuereinheit 120 sendet einen Hinweis, dass die bestimmte Bürde zu groß oder unzulässig ist an die Benutzerschnittstelle 140.

Die Vorrichtung 100 kann in diesem Fall bis zu 12,8 V an den Klemmen 114-1 und 114-2 anlegen, um den Strom von 20 mA zu treiben. Wobei zu beachten ist, dass dies schon der nicht zulässige Bereich der Vorrichtung 100 ist (und beispielsweise unbedingt zu vermeiden gilt). Die Vorrichtung 100 sollte ab einer Spannung von 12,6 V eine Meldung ausgegeben, um zu signalisieren, dass die Bürde unzulässig hoch ist. Dies kann die Vorrichtung dem Benutzer an der Benutzerschnittstelle 140 (beispielsweise über das WBM) anzeigen, optional zusammen mit einer berechneten verbleibenden Bürde (Restwert oder Reserve), die noch zusätzlich möglich (d.h. anschließbar) wäre.

Im vorgenannten Beispielfall wäre das Limit schon erreicht.

Vorzugsweise gibt die Benutzerschnittstelle 140 (beispielsweise der WBM) auch eine Bestätigung aus, dass oder ob sich die Vorrichtung 100 in ihrem vorgesehenen Betriebsbereich befindet. Wenn der Benutzer eine zu große (bei I-Out, d.h. Stromsignal als Ausgangssignal) oder zu kleine (bei ll-Out, d.h. Spannungssignal als Ausgangssignal) Bürde angeschlossen hat, bekommt der Benutzer nun über Benutzerschnittstelle 140 einen entsprechenden Hinweis, z.B. indem eine Störmelde-LED leuchtet oder als Alarmmeldung einer fehlerhaften Bürde (beispielsweise im WBM).

Herkömmlicherweise wird eine fehlerhafte Bürde vom Benutzer unter Umständen erst zu einem sehr späten Zeitpunkt erkannt. Denn im unteren Bereich des Analogausgangs (beispielsweise bei kleinen Strömen) merkt man unter Umständen nicht, dass die Bürde einen Messfehler erzeugt oder der Fehler tritt erst bei größeren Ausgangswerte auf.

Beispiel 4:

Analogausgang ist als Stromausgang so eingestellt, dass 10 mA fließen sollten.

Die hierfür an den Klemmen 114-1 und 114-2 notwendige Spannung ist 9,6 V.

Die berechnete Bürde ist dann R = U/l = 8V / 10 mA, also R = 800 Q.

Gemäß Tabelle I und II kann die Vorrichtung 100 immer noch 11 ,5 V an den Klemmen anlegen, um den Strom von 20 mA zu treiben. Das ergibt eine maximale Bürde von 575 O für einen Höchstwert des Stroms von 20 mA. Die Vorrichtung wird nun im Bereich bis 14,375 mA linear Arbeiten und oberhalb dieser Stromgrenze falsche Messwerte bzw. zu niedrige Stromsignale ausgeben.

In einem anderen Ausführungsbeispiel, das mit anderen Ausführungsbeispiele kombiniert werden kann, wählt die Steuereinheit 120 durch das Wahlsignal den Analogausgang als Spannungsausgang aus. Der Strom, der durch den Analoganschluss 114 fließt, wird über den Spannungsabfall am Messwiderstand 150 am Messpunkt 160 vor dem Anschluss 114-1 gemessen. Hierzu wird derselbe Messpunkt verwendet. Die gemessene Spannung geht ebenfalls wie bei I-Out (d.h. der vorgenannten Konfiguration als Stromausgang) in eine Spannungsgrenze, d.h. einen Maximalwert an Spannung, welche der Signalgenerator 200 aufzubauen vermag. So kann auch in diesem Fall die angeschlossene Bürde bestimmt werden, sofern die Spannungsgrenze noch nicht erreicht ist.

Mit anderen Worten wird, um die Bürde zu berechnen, ein Strom über die Messung des Spannungsabfalls an einem Messwiderstand 150 (beispielsweise 10 Q) gemessen werden als zur Spannung als Ausgangssignal komplementäre Messgröße. Die gemessene Spannung geht auch in eine Grenze, die die Schaltung der Vorrichtung 100 liefern kann. Das schaltungsbedingte Offset der Vorrichtung 100 kann durch Testexperimente gemessen oder direkt oder durch Simulationssoftware (z.B. LT-Spice) berechnet werden und/oder in der Steuereinheit 120 gespeichert sein.

Nach dem Einschalten der Vorrichtung 100 wird die extern angeschlossene Bürde wie oben beschrieben bestimmt und in einem Speicher zur weiteren Verwendung (beispielsweise im Betrieb der Vorrichtung 100) bis zur nächsten Berechnung, zum Beispiel für eine andere Ausgabevorrichtung 118 oder eine Änderung des gewählten Signals, gespeichert.

Vorzugsweise wird die bestimmte Bürde für den Benutzer in der Benutzeroberfläche 140 angezeigt und mit der (beispielsweise gespeicherten) Obergrenze der Bürde verglichen oder verrechnen.

Tabelle III zeigt beispielhaft die berechnete Bürde basierend auf dem Ohm’schen Gesetz, den gemessenen Spannungsabfall über den Messwiderstand 150 am Messpunkt 160 und das Ausgangssignal als Spannungssignal (hier beispielsweise ein Soll-Wert von 10 V). Aufgrund des bekannten Werts des Messwiderstand 150 und des bekannten Werts des Innenwiderstands (beispielsweise 10Q + 1 ,2 Q) kann die Steuereinheit den Strom am Analogausgang 114 anhand des gemessenen Spannungsabfalls berechnen. Die Steuereinheit 120 kann die Bürde auf der Grundlage des berechneten Stroms und der Ausgangsspannung bestimmen. Tabelle III

In einer Variante jedes Ausführungsbeispiels kann die Vorrichtung 100 zur Überwachung der Bürde außerdem bei jeder Bestimmung (beispielsweise Berechnung) der Bürde die mögliche übrige Bürde (d.h. den Restwert) berechnen und diese über die Benutzerschnittstelle 140 ausgeben (beispielsweise anzeigen). Die Vorrichtung 100 kann ferner die Überschreitung der Bürde berechnen und sie dem Benutzer über die Benutzerschnittstelle 140 ausgeben (beispielsweise anzeigen).

Wenn der Benutzer Im Fall U-Out (d.h. einer Konfiguration des Analogausgangs als Spannungsausgangs) eine zu kleine Bürde angeschlossen hat, gibt die Steuereinheit 120 über Benutzerschnittstelle 140 einen entsprechenden Hinweis aus, z.B. durch das Leuchten einer Störmelde-LED oder als Alarmmeldung einer fehlerhaften Bürde (beispielsweise im WBM).

Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 bietet dem Benutzer den Vorteil, dass die angeschlossene Ausgangsbürde bei Bedarf bzw. Notwendigkeit gemessen wird. Hiermit können nicht nur falsch angeschlossene Ausgangslasten, sondern auch ein Leitungsdefekt bzw. Kabelbruch festgestellt werden. Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm, das die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse der Vorrichtung 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das dritte Ausführungsbeispiel kann einzelne oder alle Merkmale der vorgenannten Ausführungsbeispielen oder der Figuren 1 oder 2 weiterbilden. Die Vorrichtung 100 kann einen oder mehrere der Eingänge 112 umfassen, die jeweils mit einer oder mehreren Eingabevorrichtungen 116 verbunden oder verbindbar sind. Das Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 kann mindestens einen der in Fig. 3 gezeigten Eingänge 112 umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung 100 über den mindestens einen Analogausgang 114 mit einer oder mehreren Ausgabevorrichtungen 118 verbunden oder verbindbar sein. Das Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 kann den in Fig. 3 gezeigten Analogausgang 114 mehrfach umfassen.

Ein Digital-Analog-Wandler (DAC) 202 erzeugt eine Steuerspannung 201 (beispielsweise mittels Pulsweitenmodulation, PWM) für einen Signalgenerator 200, der das Ausgangssignal für den Analogausgang 114 erzeugt. Der Signalgenerator 200 kann gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel oder der Fig. 2 ausgebildet sein.

Die Steuereinheit 120 kann, beispielsweise wie in Fig. 3 schematisch gezeigt, ein Wahlsignal an den Signalgenerator 200 sendet, das angibt, welches analoge Ausgangssignal erzeugt und/oder welche zum Ausgangssignal komplementäre Messgröße gemessen wird.

Fig. 4 zeigt schematisch die Ausgabe der anhand des bekannten Stromsignals (als Ausgangssignal) und der gemessenen Spannung (als der zum Ausgangssignal komplementären Messgröße) berechneten Bürde 102. Im Falle eines Kabelkurzschlusses ist die Bürde Null oder nahezu Null. Im Falle einer Unterbrechung der Kabelverbindung ist die Bürde unendlich oder sehr groß.

In diesem Beispiel wird die Bürde 102 basierend auf dem Stromsignal und der am ersten Messpunkt 160 gemessenen Spannung bestimmt. Die gemessene Bürde 102 ist kleiner als die Obergrenze 104 der Bürde, d.h. die maximal zulässige Bürde Rmax, für die Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 arbeitet somit im linearen Bereich. Daher gibt es einen Restwert 106 (auch: Reserve) der Bürde 102, um den die Bürde 102 anwachsen könnte und die Vorrichtung 100 weiterhin im linearen Bereich arbeiten kann. In diesem Beispiel bedeutet dies, dass die Vorrichtung 100 mit höherer Spannung linear arbeiten kann für ein definiertes Stromsignal.

Fig. 5 zeigt schematisch die anhand des bekannten Spannungssignals (als Ausgangssignal) und des gemessenen Stroms (als der zum Ausgangssignal komplementären Messgröße) berechnete Bürde 102. Im Falle eines Kabelkurzschlusses ist die Bürde 102 minimal oder Null, und im Falle eines Ausfalls der Kabelverbindung ist die Bürde 102 sehr hoch oder unendlich.

In diesem Beispiel wird die Bürde 102 basierend auf dem Spannungssignal und dem (beispielsweise mittels der Messwiderstände 150) am Messpunkt 160 gemessenen Strom bestimmt. Die gemessene Bürde ist größer als die Untergrenze 104 der Bürde 102 (d.h. die minimal zulässige Bürde Rmin) für die Vorrichtung 100. Somit arbeitet die Vorrichtung 100 im linearen Bereich. Daher gibt es einen sogenannten Restwert 106 (auch: Reserve) der Bürde 102, um den die Bürde 102 abnehmen könnte und die Vorrichtung 100 weiterhin im linearen Bereich arbeiten kann. In diesem Beispiel bedeutet dies, dass die Vorrichtung 100 mit höherer Strom für ein definiertes Spannungssignal linear arbeiten kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung bietet dem Anwender den Vorteil, dass die Anschlussbürde 102 am Ausgang bei Bedarf oder Notwendigkeit gemessen wird. Alternativ oder ergänzend können nicht nur eine unzulässige angeschlossene Ausgangsbürde 102 erkannt werden, sondern auch ein Leitungsdefekt, ein Kabelbruch, eine (beispielsweise durch Vibrationen) gelöste Klemme oder Kontaktkorrosion anhand zeitlicher Veränderungen der Bürde und/oder Schwellwerten für die Bürde bestimmt und/oder mit dem Hinweis ausgegeben werden.

In jedem Ausführungsbeispiel kann der ausgegebene Hinweis einen Wert (beispielsweise Betrag) der bestimmten Bürde 102 (d.h. der aktuellen ausgangsseitigen Bürde) oder einen Restbetrag 106 (beispielsweise einen Abstand in Ohm) bis zum Erreichen eines Grenzwertes 104 der ausgangsseitigen Bürde angeben. Alternativ oder ergänzend kann der ausgegebene Hinweis angeben, dass das Ausgangssignal nicht korrekt ist. Beispielsweise kann der ausgegebene Hinweis angeben, dass ein mittels des Signalumformers 110 gemessener Wert nicht korrekt ist (beispielsweise weil der gemes- sene Wert nicht durch das Ausgangssignal korrekt repräsentiert ist) und/oder ein Zusammenhang zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal nicht einer Kennlinie des Signalumformers 110 entspricht (beispielsweise an einer bestimmten Stelle der Kennlinie des Signalumformers 110 oder an der aktuellen Stelle der Kennlinie des Signalumformers). Beispielsweise kann der ausgegebene Hinweis eine Nicht- Linearität zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal angeben.

Alternativ oder ergänzend kann der ausgegebene Hinweis mindestens einen bzw. eine der folgenden Fehler bzw. Ursachen angeben:

- eine fehlerhafte Verdrahtung am Analogausgang 114;

- einen zu geringen Leitungsquerschnitt am Analogausgang 114;

- eine fehlerhafte (beispielsweise nicht korrekt angezogene) Klemmstelle 114-1 oder 114-2 am Analogausgang 114;

- eine Nutzung eines falschen Eingangs oder eines falschen Eingangstyps einer am Analogausgang 114 angeschlossenen speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) oder anderen nachfolgenden Schaltung;

- eine falsche Konfiguration eines Eingangs 112 einer am Analogausgang 114 angeschlossenen SPS oder anderen nachfolgenden Schaltung;

- Verbindungsstellen am Analogausgang 114, die über die Zeit fehlerhaft geworden sind, beispielsweise durch Korrosion, insbesondere Oxidation; und

- einen Leitungsbruch am Analogausgang 114, insbesondere durch Vibration o- der Bewegung.

Bei bestehenden Signalumformern liegt der Strom oder die Spannung, die der Signalumformer auszugeben versucht, bestenfalls als interner Soll-Wert vor. Selbst wenn dieser auch dem Benutzer bekannt ist, ist es damit nicht einfach möglich, den zulässigen Bereich der Bürde 102 für eine an den Analogausgang 114 des Signalumformers anzuschließende Schaltung zu berechnen und vorherzusagen.

Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 sind daher so ausgebildet ist, dass sie die an den Analogausgang 114 angeschlossene Bürde 102 ermittelt und überwacht. Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist für Fachkundige ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können. Ferner können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Schaltung an die Lehre der Erfindung anzupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.

TI

Bezugszeichenliste

Vorrichtung zur Überwachung einer Bürde 100

Bürde 102

Hinweis auf Grenzwert der Bürde, beispielsweise Obergrenze und/oder Untergrenze 104

Hinweis auf Restwert (auch: Reserve) der Bürde 106

Signalumformer der Vorrichtung 110

Eingang der Vorrichtung oder des Signalumformers, beispielsweise Analogeingang oder Digitaleingang 112

Analogausgang der Vorrichtung 114

Eingabevorrichtung, beispielsweise Sensor 116

Ausgabevorrichtung, beispielsweise Aktor oder SPS 118

Steuereinheit der Vorrichtung, beispielsweise Mikrocontroller 120

Benutzerschnittstelle, beispielsweise Anzeige 140

Messwiderstand für Strom bei Spannungsausgang 150

Messwiderstände für Strom bei Stromausgang 152

Wahlsignaleingang 154

Wahltransistoren 155

Rückkopplung zur Regelung der Spannung als Ausgangssignal 156

Rückkopplung zur Regelung des Stroms als Ausgangssignal 158

Messpunkt 160

Signalgenerator 200

Steuersignal, beispielsweise Steuerspannung, für Signalgenerator 201

Digital-Analog-Wandler der Vorrichtung 202

Zusätzlicher Analog-Digital-Wandler, beispielsweise in Signalumformer oder Steuereinheit 204

Analog-Digital-Wandler der Vorrichtung 206

Signalverarbeitung der Vorrichtung 208

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