CN108710355A - 用于筑路机械的测量系统和测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于筑路机械的测量系统和测量方法。用于筑路机械的测量系统(1)包括控制单元(2)，所述控制单元使用现场总线(6)可操作地连接到至少一个现场设备(3,4,5)，其中在所述测量系统(1)中能够分别向连接在所述现场总线(6)中的每个现场设备(3,4,5)分配专用总线地址。此外，本发明还涉及对至少一个现场设备(3,4,5)编址的方法。

Description

用于筑路机械的测量系统和测量方法
本申请是向中国知识产权局提交的申请日为2013年8月1日的标题为“用于筑路机械的测量系统和测量方法”的第201310331867.0号申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于筑路机械的测量系统以及方法。
背景技术
筑路机械中用于测量层厚的现有测量系统包括控制单元，所述控制单元借助现场总线连接到多个(优选为三个)仰角测量传感器中的每一个。为此，控制单元针对这三个传感器中的每个设置有相应的接线盒，所述接线盒借助总线系统与每个相应的传感器连接。
复式连接器条带的使用是公知的，所述复式连接器条带被集成到控制单元中并且可操作地连接到所述控制单元。连接器条带为每个传感器提供一个插口。每个插口形成用于特定一种传感器类型的具体用途，其中传感器均可借助相应的现场总线连接到插口。这样的问题在于，使用多个传感器还需要使用多条现场总线线缆，这导致成本增加且布线复杂化。
虽然设置在控制单元的连接器条带中的插口并不总是需要被占用，但是这些插口并不能被任意占用。因此，分别对于使用不同传感器或不同传感器组合来说，必须始终使用具体地与其适配的连接器条带，以实现传感器与测量系统的控制单元之间的功能通信。这导致不希望的高制造成本。此外，由于单独适配的连接器条带，现有的测量系统无法灵活使用。
此外，对所使用的传感器进行编址对于现有测量系统来说是不可改变地预先确定的，这是因为相应传感器将仅在恰好处于对应的插口中时才能操作。因此，现有测量系统的应用选择相当受限。
发明内容
基于上述测量系统，本发明的目的在于使用技术上设计的简单特征来改进测量系统以及方法，使得本发明可结合任意数量的不同现场设备并且分别在测量系统内或通过该测量方法来确保单个现场设备的灵活且可靠的编址。
该目的分别由本发明来实现。并公开了本发明的改进发展。
本发明涉及一种用于筑路机械，(尤其是路面整修机)的测量系统。该测量系统包括控制单元，所述控制单元通过现场总线可操作地连接到至少一个现场设备。现场设备包括电压输入端和电压输出端，其中，电压输入信号借助现场总线能够从控制单元传输到现场设备的电压输入端。
根据本发明实现了，基于电压输入信号的量值，专用总线地址能够被分配给现场设备。由此，现场设备适于从所述电压输入信号产生电压输出信号，所述电压输出信号与所述电压输入信号相差失调电压并且能够从现场设备的电压输出端借助现场总线传输到又一现场设备的电压输入端，使得基于由现场设备输出的电压输出信号，在测量系统中可向所述又一现场设备分配不同的专用总线地址。
基于本发明，可将该测量系统扩展至任何数量的现场设备(例如，传感器或致动器)，其中由所连接的现场设备自身可容易地执行对连接在测量系统中的现场设备的编址。
借助本发明，连接到测量系统中的相应现场设备配置成基于施加给相应电压输入端的电压电平来识别其单独的地址并且产生周期性CAN(控制器局域网络)消息，所述CAN消息可通过现场总线传输到控制单元。所述控制单元通过使用相应CAN消息(心跳，Heardbeat)可从相应的现场设备地址来确定其标识符(CAN标识符)。还可能的是，控制单元通过使用相应CAN消息以及包含在其中的用户数据来确定相应传感器类型。例如，如果存在数个“超声波调平传感器”类型的传感器并且例如在控制单元处激活操作模式“Big-ski”，则传感器的安装位置产生于布线顺序(即，从地址序列得出)。
由于该编址，还可能的是，其他CAN标识符能够被计算并且可用于传输其他消息，在每条消息中，所连接的现场设备的测量数据是可传输的。
借助本发明，在测量系统中连接的每个现场设备自身能够使用被施加在电压输入端处的电压电平来为自身在测量系统中编址，这些电压电平在现场设备之间相差失调电压的倍数，故而能够实现相应的现场设备与控制单元的无误差快速通信。在测量系统中连接的现场设备因此设计成为向自身分配总线地址。
例如，基于由控制单元传输的电压输入信号，借助现场总线直接连接到控制单元的现场设备向其自身分配总线地址1。如果现场设备借助现场总线连接到控制单元，那么存在施加在现场设备的电压输入端处的例如0.5伏的电压输入信号。借助优选为0.5伏的失调电压，该现场设备从该电压输入信号产生相应地1伏的电压输出信号。电压输入信号是0.5伏的现场设备基于该电压值为自身分配以总线地址1，而另一现场设备基于现已变为1.0伏的电压输入信号确定其总线地址(例如，总线地址2)。其他现场设备的编址能够以这种方式继续。因此，该测量系统可根据需要扩展至其他现场设备。
优选地，由控制单元传输到现场设备的电压输入信号值对应于失调电压值。例如，电压输入信号和失调电压(如上所述)均为0.5伏。备选地，电压输入信号以及失调电压均可总计为0.1伏的倍数。这使得能够用施加到相应的现场设备的电压输入信号与失调电压的商来一般地计算相应的现场设备的总线地址(总线地址＝相应的现场设备处的电压输入信号(V)/失调电压(V))。根据该实施方式，还可能执行从1开始的整数编址。
例如，如下现场设备为自身分配总线地址3：所述现场设备连接到已经串联连接的两个现场设备(第一现场设备具有总线地址1并且第二现场设备具有总线地址2)，并且对于由控制单元输出的0.3伏的初始电压输入信号，该初始电压输入信号由第一现场设备增加以0.3伏的相应失调电压而达到0.6伏，并由第二现场设备增加达到0.9伏，这是因为现在串联连接的第三现场设备，在0.3伏的失调电压下接收0.9伏的电压输入信号。因此，得到的商是3，这与总线地址对应。
然而，备选地，还可能的是，由控制单元输出的电压输入信号以及失调电压包括不同的电压电平。对于0.5伏的初始电压输入信号以及0.1伏的选定失调电压，直接连接所述控制单元的现场设备会收到总线地址5，然后是总线地址6等等。以这种方式，测量系统的能量消耗可根据需要被调整并改善。
优选地，电压输入为具有0至20伏值域的模拟电压输入。从0.5伏的电压输入信号开始且该电压输入信号分别以0.5伏的失调电压步进增加，在该测量系统中可能为多达40个现场设备编址。该电压输入优选为A/D(模/数)转换器。其能够将模拟电压输入信号转换为数字电压信号，使用失调电压所述数字电压信号可被进一步良好地处理为电压输出信号。
然而，还可能想到，定位在测量系统中相应的现场设备的模拟电压输入形成具有比上述甚至更大的值域，例如具有0至50伏的值域。当现场设备用于与根据本发明的复杂测量系统中的各种其他现场设备结合使用时，这尤其有利。
优选地，所述电压输出具有0至20伏值域的模拟电压输出。如上所述，该值域可被任意扩展，故根据本发明可形成不同的复杂测量系统。根据又一实施方式的电压输出包括D/A(数/模)转换器。该D/A(数/模)转换器可模拟化借助失调电压产生的电压输出信号，使得所述电压输出信号可良好地传输到在现场总线中随后连接的现场设备的电压输入端。
为了精确地编址在根据本发明的测量系统内相应的现场设备，有利的是该失调电压是0.1伏的整数倍(优选为0.5伏)。例如对于编址，借助现场总线与控制单元可操作地串联连接的三个现场设备、以及对于在第一现场设备的电压输入端处施加的0.5伏的电压输入信号以及将0.5伏作为失调电压，因此可在现场设备的相应电压输入端处产生以0.5伏步进增加的电压输入信号。根据该示例，因此第二现场设备的电压输入端施加以1伏的电压输入信号，并且在第三现场设备的电压输入端施加以1.5伏的电压输入信号。通过0.5伏的失调电压，相应的现场设备可为自身分配唯一的总线地址。
根据本发明的另一实施方式，实现了，自动地执行向连接到所述测量系统的所述现场设备分配相应的专用总线地址。为此，新连接到测量系统的现场设备自动地为自身产生总线地址，该总线地址尚未被分配给测量系统中的其他现场设备。这使得能够以特别简单的方式产生控制单元与所连接的现场设备之间的功能通信。借助自动总线编址，操作人员可容易地扩展根据本发明的测量系统。
优选地实现了，通过新连接至现场总线的每个又一现场设备，专用总线地址被自动地分配给每个新连接的现场设备。因此，操作者不再需要担心该现场总线专用的插口不可用。相反，因此能够通过添加附加现场设备以根据需要在功能上扩展该测量系统。
当现场总线至少部分地设计成线缆到线缆的连接，优选为螺旋线缆，该测量系统可以特别灵活的方式被使用。由此，该测量系统能够尤其灵活地应用于筑路机械中，并且在不同点处可容易地附接到所述筑路机械。
优选地，现场总线为数字现场总线，由此可在控制单元和与其连接的现场设备之间建立良好通信。有利地，该现场总线是CAN总线系统，借助所述CAN总线系统，可在现场设备与控制单元之间建立非常快速的通信。
为了使得测量系统适于不同的使用条件，优选地实现了，多个现场设备可拆除地连接到所述现场总线。由此可能的是，现场设备是可容易更换的，并且尤其在出现缺陷的情况下可由其他现场设备来替换。由于现场设备的可更换性，还可能根据需要对该测量系统的功能或复杂性进行改变，以使得所述测量系统适于不同的测量需求。
当多个现场设备借助现场总线可操作地串联连接到控制单元时，可能实现现场设备与控制单元之间的尤其快速的数据传送。还可能的是，借助将现场设备在现场总线中连接成类似于菊花链，尤其对于操作人员来说容易地保持对测量系统组件的概览，这有助于提高测量系统的可用性。
当现场设备借助Y形分配器优选地分别连接到现场总线时，处理尤其简单。借助使用Y形分配器，可能在测量系统中分别可操作地快速且容易地连接现场设备或从所述测量系统移除所述现场设备。
即使将现场设备以及附接到其上的Y形分配器从连接到现场总线的现场设备链移除，所形成的间隙也可由现场总线容易地闭合，这是因为现场总线释放的端部被简单地插接到一起。由此，可能使得现场设备执行新编址以补偿被移除的现场设备。
作为相应的一个或多个现场设备借助Y形分配器与现场总线的连接的替代方式，可能实现的是，每个现场设备均包括用于接收电压输入信号的输入连接器以及用于传输电压输出信号的输出连接器，现场设备借助所述输入连接器和输出连接器能够连接到现场总线。由此，优选实现的是，输入连接器具有联接到其上的现场总线部段，电压输入信号借助该现场总线部段被传输，并且输出连接器具有联接到其上的不同的现场总线部段，所述电压输出信号借助该不同的现场总线部段被传输。这使得可能不必要地依赖于特定于制造商的类型的现场设备，而在测量系统中可操作地连接来自不同制造商的现场设备。
在筑路中，当现场设备是传感器或致动器时，根据本发明的测量系统可被尤其方便地使用。如果现场设备被设计为传感器，那么传感器例如可以是调平传感器或材料流量传感器。然而，传感器也可被设计成超声波单一传感器、宽量程传感器或机械传感器，以有利地可操作地集成到所述测量系统中。
根据本发明的具体实施方式，实现了，所述控制单元是所述筑路机械的外部操作站。通过使用外部操作站，操作者在铺设新路面期间可取回和/或致动在测量系统中所连接的现场设备，使得可能实现铺路期间的实时铺设监测，由此当铺设路面时可快速地对不规则性作出响应。
此外，还可能的是，该测量系统优选地可操作地连接到筑路机械的致动器，所述致动器被设置用于铺路，使得所述致动器的调节根据由测量系统的现场设备记录的测量值发生。这使得能够基于现场设备实际检测到的值来自动地控制筑路机械的致动器。以这种方式，例如在铺路期间的平面中的不均匀性可被响应，这是因为存在路面整修机的熨平板的自动位置控制。
本发明还涉及一种用于在筑路机械的测量系统中对至少一个现场设备编址的方法。其中，现场设备使用现场总线与测量系统的控制单元连接，其中，控制单元将电压输入信号传输给现场设备的电压输入端，基于所述电压输入信号的大小来向所述现场设备分配专用总线地址。根据本发明实现了，现场设备基于所述电压输入信号的大小来产生电压输出信号，所述电压输出信号与所述电压输入信号相差失调电压并且能够从现场设备的电压输出端借助现场总线传输到又一现场设备的电压输入端。由此可能的是，基于现场设备输出的电压输出信号，在测量系统中也向所述又一现场设备分配专用总线地址。
根据本发明，一个现场设备的电压输出端与另一现场设备的电压输入端联接，使得当对多个现场设备进行菊花链接时，由于由相应的现场设备执行的失调，电压输入信号在各个现场设备之间渐增。基于增加的输入电压信号，每个现场设备均可为自己建立单个总线地址，借助所述总线地址可建立与控制单元的可靠通信。
借助根据本发明的方法，可能建立适于具体情况的灵活测量系统，该测量系统尤其用于筑路机械。先前已知的设置于控制单元处的将有限数量的传感器可操作地连接到所述控制单元连接器条带不再必要。根据本发明的测量系统和方法还防止了操作人员将现场设备错误地连接到控制单元或者连接器被连接在错误的位置中。
附图说明
在下文中参考下述的附图来更详细地阐述本发明的实施方式。
图1示出了根据本发明的测量系统的实施方式；以及
图2示出了根据本发明的测量系统的电路图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明实施方式的测量系统1。该测量系统1包括控制单元2，所述控制单元根据图1被设计成外部操作站。
作为现场设备，测量系统1包括第一传感器3、第二传感器4和第三传感器5。全部传感器3、4、5由现场总线6可操作地与控制单元2串联连接。借助现场总线6，控制单元2可与传感器3、4、5通信，使得由传感器3、4、5检测到的测量值可被传输到控制单元2并且由该控制单元来处理。
根据本发明的该实施方式，现场总线6包括第一Y形分配器7和第二Y形分配器8。第一Y形分配器7将第一传感器3连接到现场总线6，第二Y形分配器8将第二传感器4连接到现场总线6。然而，根据本发明的测量系统并不局限于第一和第二Y形分配器7、8，而是取决于在测量系统中使用的传感器的数量可通过其他Y形分配器扩展。
Y形分配器7、8均包括传感器端子9，所述传感器端子9可联接到相应传感器3、4、5，以便将相应传感器3、4、5借助相关Y形分配器可操作地连接到现场总线6。
第一和第二连接器部段10、11从每个Y形分配器7、8延伸，以将相应Y形分配器7、8连接到现场总线6。两个Y形分配器7、8均借助传感器端子9联接到传感器3、4。借助传感器端子9，第一和第二连接器部段10、11的每个相应端部设置到一起。在第一和第二连接器部段10、11的另一端处，设置有相应分配连接器12，所述分配连接器将相应Y形分配器7、8联接到现场总线6的螺旋线缆21的线缆部段13。为了联接相应分配连接器12，螺旋线缆部段13包括线缆连接器20，每个所述线缆连接器均形成于螺旋线缆部段13的端部。所述螺旋线缆部段13适于可操作地连接到分配连接器12、传感器3、4、5以及控制单元2。还可能设计线缆连接器20，使得所述线缆连接器可操作地彼此连接，例如以形成现场总线部段。
传感器3、4借助Y形分配器7、8连接到现场总线6，其中，第三传感器5被直接连接到螺旋线缆部段13的线缆连接器20。传感器3、4、5一起可操作地串联连接到控制单元2。
图2示出了根据本发明的测量系统1的示意图。第一和第二传感器3、4各自借助第一和第二Y形分配器7、8连接到现场总线6的线缆部段13，并且借助所述线缆部段13连接到控制单元2。
在图2中示意性地示出了现场总线6中的一共六个接口a、b、c、d、e和f。在接口a和b之间、c和d之间、以及e和f之间都相应地形成有线缆部段13。图2中的接口a、b、c、d、e和f示意性地示出了如图1所示的线缆连接器20和分配连接器12之间的连接。
第一Y形分配器7定位在接口b和c之间，第二Y形分配器8位于接口d和e之间。在图2的示意图中，仅第一和第二传感器3、4被连接到现场总线6。然而，这并不旨在对本发明施加任何限制。而是，可以根据需要扩展测量系统1。
根据图2，现场总线6包括接地线14、操作电压线15、用于对传感器3、4编址的电压线16、以及第一和第二通信线17、18，这些线均被连接到传感器3、4并且均可操作地连接到控制单元2。
接地线14在相应接地输入端14a处连接到传感器3、4。操作电压线15被连接到传感器3、4的操作输入端15a。通常，在操作电压线15上施加24伏的操作电压。
电压线16、16′和16″被传感器3、4用于分别为各自分配专用总线地址。电压线16被连接到第一传感器3的电压输入端16a端，电压线16′被连接到电压输出端16b，其中电压输入信号能够由电压线16借助电压输入端16a传输到第一传感器3，并且由失调电压改变而成为电压输出信号，所述电压输出信号能够借助电压输出端16b传输到设置于传感器3和4之间的电压线16′。由此可能借助电压线16、16′和16″在各传感器之间传输不同的电压电平。
由第一传感器3通过电压输出端16b输出的电压输出信号是第二传感器4的电压输入信号，并且与第一传感器3的电压输入信号相差前述的失调电压。这使得传感器3、4能够基于不同的电压输入信号来产生其单独的总线地址，使得在测量系统1中出现传感器3、4的唯一地址。
可在电压输入端16a处监测(tap)由控制单元2输出的电压输入信号(例如，0.5伏)。例如通过0.5伏的失调电压，那么在第一传感器3的电压输出端16b端处为1.0伏的电压输出信号，可在电压输入端16a’处监测(tap)作为第二传感器4的电压输入信号的该电压输出信号。基于该示例，1.5伏的电压输出信号被施加在第二传感器4的电压输出端16b’处。
通信线17、18提供用于连接于测量系统1中的控制单元2与传感器3和4之间的数据传送。传感器3、4还可借助通信线17、18与控制单元2双向通信。为了连接通信线17、18，通信端口17a、18a分别被设置在传感器3和4上。
根据该示意图，测量系统1可由其他传感器扩展。传感器3、4、线缆部段13和Y形分配器7、8可以模块化的方式被组装，使得产生测量系统1的不同变体。
根据本发明的测量系统的原理可用于不同的工业部门中，并且不仅仅设计用于筑路机械。此外，根据本发明的测量系统被跨部门地用于全部工业技术领域。

Claims (14)

1.一种用于筑路机械的测量系统(1)，包括控制单元(2)，所述控制单元使用现场总线(6)可操作地连接到至少一个现场设备(3,4,5)，其中，所述现场设备(3,4,5)包括电压输入端(16a)和电压输出端(16b)，其中，电压输入信号借助所述现场总线(6)能够从所述控制单元(2)传输到所述现场设备(3,4,5)的所述电压输入端(16a)，
其特征在于，
基于所述电压输入信号的大小，专用总线地址能够被分配给所述现场设备(3,4,5)，其中，所述现场设备(3,4,5)适于从所述电压输入信号来产生电压输出信号，所述电压输出信号由所述电压输入信号增加以失调电压并且能够从所述现场设备(3,4,5)的所述电压输出端(16b)借助所述现场总线传输到又一现场设备(3,4,5)的电压输入端(16a)，使得基于由所述现场设备(3,4,5)输出的所述电压输出信号，在所述测量系统(1)中能够向所述又一现场设备分配不同的专用总线地址，其中所述现场总线(6)被至少部分地设计成线缆与线缆的连接，并且所述现场设备(3，4，5)和又一现场设备(3，4，5)借助Y形分配器(7,8)分别相应地连接到所述现场总线(6)；
其中，所述现场设备接收操作电压，并通过所述操作电压执行所述失调电压。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述电压输入端(16a)具有0至20伏值域的模拟电压输入。
3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述电压输出端(16b)具有0至20伏值域的模拟电压输出。
4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述失调电压是0.1伏的整数倍，尤其是0.5伏。
5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，自动地执行向连接到所述测量系统(1)的所述现场设备(3,4,5)分配相应的专用总线地址。
6.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，通过将任何附加的现场设备连接到所述现场总线(6)，专用总线地址被自动地分配给所述新连接的现场设备(3,4,5)。
7.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述现场总线(6)为螺旋线缆(21)。
8.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述现场总线(6)是数字现场总线，优选为CAN总线。
9.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于，多个现场设备(3,4,5)能够拆除地连接到所述现场总线(6)。
10.根据权利要求9所述的测量系统，其特征在于，多个现场设备(3,4,5)能够借助使用所述现场总线(6)可操作地串联连接到所述控制单元(2)。
11.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述现场设备均包括用于接收所述电压输入信号的输入连接器以及用于传输所述电压输出信号的输出连接器，所述现场设备借助所述输入连接器和所述输出连接器能够连接到所述现场总线(6)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的测量系统，其特征在于，所述现场设备(3,4,5)是传感器或致动器。
13.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述控制单元(2)是所述筑路机械的外部操作站。
14.一种用于在筑路机械的测量系统(1)中对至少一个现场设备(3,4,5)编址的方法，其中所述现场设备(3,4,5)借助现场总线(6)与所述测量系统(1)的控制单元(2)连接，其中所述控制单元(2)将电压输入信号传输给所述现场设备(3,4,5)的电压输入端(16a)，基于所述电压输入信号的大小来向所述现场设备(3,4,5)分配专用总线地址，其中，所述现场设备接收操作电压，并通过所述操作电压执行失调电压，所述现场设备以所述失调电压增加所述电压输入信号的大小来产生增加的电压输出信号，并且能够将所述增加的电压输出信号从所述现场设备的电压输出端借助所述现场总线传输到又一现场设备的电压输入端，使得基于由所述现场设备输出的所述增加的电压输出信号，在所述测量系统中向所述又一现场设备分配不同的专用总线地址，其中所述现场总线(6)被至少部分地设计成线缆与线缆的连接，并且所述现场设备(3,4,5)和又一现场设备(3,4,5)借助Y形分配器(7,8)分别相应地连接到所述现场总线(6)。
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