CN115442390A - 具有至少两个测量装置的测量组件和这种测量组件的操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种具有至少两个测量装置和更高级别的单元的测量组件，其特征在于，所述测量组件进一步地具有网络分配器，其中所述测量装置通过两线以太网连接与所述网络分配器连接，所述测量装置完全通过所述两线以太网连接被供电，并且所述网络分配器通过以太网连接与所述更高级别的单元连接。

Description

具有至少两个测量装置的测量组件和这种测量组件的操作 方法

技术领域

本申请涉及一种测量组件和这种测量组件的操作方法。

背景技术

从现有技术中已知各种测量组件。

在填充物位测量技术领域中的标准商用测量装置直接在现场计算测量结果，即在测量装置本身中。通常，为了计算这些目标测量值，即实际感兴趣的测量结果，在测量装置中设置了具有有限的能量需求和有限的计算能力的小型微控制器系统。

例如，在利用雷达技术或其他无线电技术的测量系统中，因为目标测量值的确定通常需要获取所谓的回波曲线，并且该回波曲线可能包括许多值离散的和时间离散的数据点或基本值，因此计算可能通常需要大量的计算工作。因为为了获得目标测量值不得不使用相应的复杂算法处理回波曲线，因此产生大量的计算工作。该大量的计算工作导致每秒有限次数的计算以及测量装置的非常静态的行为，特别是对于回波曲线中具有特殊特征的应用情况。在这种情况下，现场通常使用相应的参数化，即参数的调适、参数的设定(设定参数)或参数的调整(参数调整)，以便测量装置能够在给定的情况下正常工作。

在辐射测量的情况下，将不同辐射测量装置的原始计数率组合并由此计算单个测量变量，例如填充物位、密度、密度分布或相界的位置。在现有技术中，为此目的在各种传感器之间设置单独的物理通信通道，通过其使辐射测量装置相互通信，即，安装单独的电缆作为传感器之间的通信线路。在这种情况下，辐射测量装置作为主装置，从从属测量装置检索测量值。除了这些通信线路以外，对于每个传感器还需要单独的电源，即具有至少两条线路的另一电缆。这导致大量的布线需求，这被认为是不利的。

在图1中以示例的方式示意性地描述了根据现有技术的这种测量组件90的示意图。

图1中示出的测量组件90基本上具有3个辐射测量装置81、82、83，例如辐射密度测量装置。辐射测量装置81、82、83中的每一个都通过电源电缆92连接到电源单元91。在本情况下，电源单元91配置为三个辐射测量装置81、82、83的共用电源单元，但是也可以配置为可以以分散的方式布置的三个独立的电源模块。例如，为了在测量装置81、82、83之间实现例如用于计算(由所有测量确定的)组合测量值的各个测量的原始数据的通信，它们通过通信线路93彼此连接。在这里示出的示例性实施方案中，通信线路93从第一测量装置81路由到第二测量装置82并从那里路由到第三测量装置83。

例如，另一通信线路94从第三测量装置83最后通向布置在控制室中的更高级别的单元3。

在这一点上应注意，测量装置也可以彼此之间相距显著远的距离布置，从而可能产生不可忽视的布线需求。对于电力的供应，也产生了该布线需求。对于易爆危险的区域中的应用，还必须为上面提到的各个电缆提供防爆电缆馈通装置。因此，这些电缆中的每一个都构成潜在的误差来源并且在设计测量装置、测量组件的安装以及操作中(例如用于检修和维护)都需要相当大的工作量。该工作量意味着测量组件的操作员的成本增加，无论在采集期间还是在运行操作期间。

可编程逻辑控制器(PLC)的使用构成第二变体。例如，具有4-20mA的两线传感器可以与之相连。为了在该变体中计算测量值，需要将所需要的计算编程到控制单元。此外，4-20mA信号需要根据物理测量变量进行缩放。因此，整个系统在调试期间对于用户来说变得更加复杂。虽然布线需求降低了，但是由于额外需要的可编程逻辑控制器而变得更加昂贵。这也被认为是不利的。

发明内容

因此，本发明的目的是开发一种具有测量装置的测量组件以及这种测量组件的操作方法，使得与现有技术相比，降低了成本和工作量。

通过具有以下特征的测量组件和下文所述的这种测量组件的操作方法实现该目的。

从进一步限定的方案和下面的描述中，本发明的有利的实施方案、改进和变形变得显而易见。进一步限定的方案中单独引用的特征可以以任何有技术意义的方式彼此组合以及与在下面的描述中更详细地呈现的特征组合，并且可以代表本发明的其他有利的实施方案变形。

具有至少两个测量装置和更高级别的单元的测量组件的特征在于，测量组件进一步地具有网络分配器，其中测量装置通过两线以太网连接与网络分配器连接，测量装置完全通过两线以太网连接被供电，并且网络分配器通过以太网连接与更高级别的单元连接。

因此，根据本发明的测量组件的特征在于，测量装置通过以太网连接进行连接并被供电。由于供电和通信通过同一条线路进行的事实，所以每个测量装置仅需要一条线路，这显著地降低了布线需求。测量装置通过网络分配器可以与更高级别的单元通信，而且可以彼此通信，以便单个或数个测量装置可以例如将其他测量装置的原始数据和/或由更高级别的单元提供的额外信息用于自己的测量值确定。任选地，网络分配器和更高级别的单元之间的以太网连接也可以以无线的方式实现。

例如，测量装置可以配置为辐射测量装置，其中测量装置彼此之间交换原始测量数据，或至少一个辐射测量装置接收另一辐射测量装置的原始测量数据和/或来自更高级别的单元的额外信息并且在测量值确定时也考虑它们。在测量值确定时，例如，辐射测量装置可以因此处理自己的原始测量数据和至少一个其他辐射测量装置的原始测量数据和/或由更高级别的单元提供的额外信息。

在至少一个测量装置配置为辐射测量装置的情况下，可以实现，例如其还处理另一辐射测量装置的原始测量数据，并且因此，例如考虑另一来源的辐射或背景辐射。额外地或可选择地，更高级别的单元可以提供例如关于背景辐射的额外信息。因此，可以显著提高所获得的测量值的质量和可靠性。

在一个测量装置中，不论是否是辐射测量装置的示例，因此在确定测量值时，即在计算测量值时，处理外部性质的额外数据，即特别是来自另一测量装置和/或更高级别的单元的数据。虽然由此增加了测量装置处理额外数据时的计算工作，但是实现了可以避免控制单元或通用评估装置的复杂的编程。

可选择地，测量装置也可以配置为压力测量装置。在这种情况下，例如，压力测量装置在测量值确定时也可以考虑另一压力测量装置的压力测量数据和/或由更高级别的单元提供的额外信息。

在测量值确定时考虑另一测量装置的测量数据或额外信息的表述特别是指，在由测量装置输出的测量值的计算中也对它们进行处理，即，特别是，在用于测量值的计算的算法中将它们作为输入值进行处理。与不可获得这些额外的测量数据和/或额外信息的情况相比，提供有额外的测量数据和/或额外信息的测量装置因此执行额外的计算操作。

优选地，两线以太网连接(two-wire Ethernet connection)可以配置为以太网APL连接。以太网APL允许基于两线的供电和现场设备与更高级别的单元的通信，以及现场设备彼此之间的通信。以太网APL还允许测量装置以本质上安全的方式配置，以便它们也可以用在易爆危险的区域中。

通过以太网APL连接的通信可以在更高级别的单元和网络分配器之间以及网络分配器和测量装置之间以基于IP的方式进行。基于IP的通信的优点在于由于IP地址而能够唯一地识别测量装置并且测量装置能够以快速且有效的方式相互通信。

有利地，网络分配器配置为APL交换机。这种APL交换机能够为连接的测量装置供电并且能够分配各个数据包。在这种情况下，APL交换机也可以通过APL供电，例如由更高级别的单元通过APL上行链路供电。因此，APL交换机可以任选地包括APL上行链路并且有利地通过它被供电。

可选择地，APL交换机可以具有纯以太网上行链路。特别是在这种情况下，APL交换机可以具有自己的电源，其形式为交换机的内部或外部用于并网电源的电源适配器。然而，APL交换机在交换机本身通过APL供电的情况下也可以具有额外的电源适配器。例如，这在APL交换机通过以太网APL的电源没有为所连接的测量装置提供足够的电源的情况下可能是必要的。

在优选的实施方案中，测量装置以如下这种方式进行配置，它们可以布置在易爆危险的区域中，特别是在根据指令2014/34/EU(ATEX)的0区中。这意味着测量装置可以布置在长期或在很长时间段内存在由空气与具有气体、蒸气或雾形式的易燃物质的混合物组成的爆炸性气氛的区域中，而不产生测量装置爆炸的风险。

根据本发明的前述具有至少两个测量装置的测量组件的操作方法的特征在于，测量装置完全通过两线以太网连接被供电，并且所述至少两个测量装置通过网络分配器相互通信并且将至少一个组合测量值传输给更高级别的单元。

测量装置可以通过两线以太网连接交换原始数据，并且测量装置中的至少一个可以确定组合测量值并将其传输给更高级别的单元。因此，可以实现的是，在测量装置中的一个中确定测量值，并且可以省略单独的PLC。

至少一个测量装置接收另一测量装置的原始测量数据和/或来自更高级别的单元的额外信息并且在测量值确定时考虑它们。在测量值确定时，例如，辐射测量装置可以因此处理自己的原始测量数据和至少一个其他辐射测量装置的原始测量数据和/或由更高级别的单元提供的额外信息。

优选地，测量装置以基于IP的方式相互通信。这允许测量装置彼此之间快速且有效的通信，优选地，测量装置与更高级别的单元之间快速且有效的通信。更高级别的单元通过两线以太网连接可以提供例如关于当前日期和时间或关于背景辐射的额外信息或外围数据，并且将它们传输给测量装置中的至少一个。当确定测量值时，测量装置也可以处理该额外信息，以便可以以这种方式提高各个测量装置和整个测量组件的测量精度。

在方法的改进中，至少一个测量装置通过两线以太网连接将原始测量数据传输给另一测量装置，特别是主装置。其他测量装置将自己的原始测量数据和传输的原始测量数据处理成组合测量值并将其传输给更高级别的单元。

因此，在测量装置中的一个中计算组合测量值，以便不需要控制单元的复杂的编程。为此目的，执行组合测量值的计算的测量装置必须具有足够的计算能力。

在方法的改进中，至少一个测量装置，优选地主装置，在处理仅其自己的原始测量数据，或其自己的和传输的原始测量数据时考虑额外信息。

由于本发明，减少了测量组件中的布线需求，因为各个测量装置仅通过两线线路连接到现场交换机，并且通信和供电都通过该两线线路进行。通过以太网和基于此的通信层，各个测量装置之间的连续通信是可能的，而不必提供额外的物理通道。因此，测量装置可以彼此交换它们的原始测量数据用于确定测量变量。通过星形拓扑结构减少了布线的工作量，这从而节省了成本。通过省略单独的电源单元以及通过较少数量的线路也便于在易爆炸的区域中安装测量装置。

提出的现场装置的优选实施方案、特征和特性与提出的方法的优选的实施方案、特征和特性相对应，反之亦然。

附图说明

下面参照附图基于示例性实施方案对本发明进行详细地说明。在附图中：

图1示出了根据现有技术(已经讨论过)的测量组件的示意图。

图2示出了根据本申请的测量组件的示意图。

除非另有说明，否则在附图中，相同的附图标记表示相同的组件，或具有相同的功能的彼此相对应的组件。

具体实施方式

图2示出了根据本申请的测量组件1的示意图。

根据图2的测量组件1基本上由三个测量装置21、22、23组成，所述测量装置以星型拓扑结构通过两线以太网连接7连接到配置为以太网APL现场交换机的网络分配器5。通过两线以太网连接7进行供电和与测量装置21、22、23的通信。

两线以太网连接配置为以太网APL连接，这允许通过两条物理线路-即两线线路-与测量装置21、22、23进行以太网通信以及为测量装置21、22、23供电。电力供应，即对两线线路的电力馈送，在根据以太网APL(APL＝高级物理层(Advanced Physical Layer))配置的网络分配器5中进行。以太网APL是基于根据IEEE 802.3cg的10BASE-T1L的特殊的2线以太网。

在本示例性的实施方案中，网络分配器5具有单独的外部电源单元11，电源单元11配置为电源适配器，并且为网络分配器5提供用于其自身的操作并用于向测量装置21、22、23提供电力的必要电力。

网络分配器通过以太网连接9连接到更高级别的单元3。取决于各个应用情况的要求，例如，以太网连接9可以配置为以太网、快速以太网、千兆以太网，或无线地配置为WLAN连接。除了更高级别的单元3以外，例如服务PC形式的服务站13也连接到网络分配器5。因此，服务站13可以监控整个测量组件1的状态并且使各种测量装置21、22、23配置成不必建立与各个传感器/测量装置21、22、23的直接物理链路。

由于以太网APL连接7，测量装置21、22、23以本质上安全的方式配置并且因此可以布置在易爆危险的区域的根据指令2014/34/EU(ATEX)的0区中。在本示例性的实施方案中，网络分配器5配置为现场交换机(field switch)并且以可以布置在1区中的这种方式配置。更高级别的单元3和服务站13布置在2区中。

由于如以太网APL等两线以太网通信解决方案，可以进行具有10Mbit/s的快速以太网通信，同时向易爆危险的区域(危险区域)中的测量装置供电。由于基于MAC地址和IP地址的以太网APL的通信，测量装置因此可以通过网络相互通信并交换它们的原始测量数据(原始数据)。然后，位于网络中的一个或多个装置可以根据这些原始数据计算总测量值，例如，总填充物位。此外，可以通过控制系统，即更高级别的单元3，为测量系统提供额外信息。例如，示例包括外部辐射的存在、特殊工艺条件或用于衰减补偿的当前日期和时间。然后，可以通过两线以太网通信将确定的总测量值传输到控制系统。

附图标记列表

1 测量组件

3 更高级别的单元

5 网络分配器

7 两线以太网连接

9 以太网连接

11 电源适配器/电源单元

13 服务站

21 第一测量装置

22 第二测量装置

23 第三测量装置

81 第一测量装置

82 第二测量装置

83 第三测量装置

90 测量组件

91 电源单元

92 电源电缆

93 通信线路

94 另一通信线路

Claims (18)

1.一种测量组件(1)，所述测量组件(1)具有至少两个测量装置(21，22，23)和更高级别的单元(3)，

其特征在于，

所述测量组件(1)进一步地具有网络分配器(5)，其中所述测量装置(21，22，23)通过两线以太网连接(7)与所述网络分配器(5)连接，所述测量装置(21，22，23)完全通过所述两线以太网连接(7)被供电，并且所述网络分配器(5)通过以太网连接(9)与所述更高级别的单元(3)连接。

2.根据权利要求1所述的测量组件(1)，

其特征在于，

所述两线以太网连接(7)配置为以太网APL连接。

3.根据权利要求1或2所述的测量组件(1)，

其特征在于，

在所述更高级别的单元(3)和所述网络分配器(5)之间以及在所述网络分配器(5)和所述测量装置(21，22，23)之间进行基于IP的通信。

4.根据权利要求1或2所述的测量组件(1)，

其特征在于，

所述网络分配器(5)配置为APL交换机。

5.根据权利要求4所述的测量组件(1)，

其特征在于，

所述APL交换机(5)具有以太网上行链路。

6.根据权利要求5所述的测量组件(1)，

其特征在于，

所述APL交换机由所述更高级别的单元(3)通过APL上行链路供电。

7.根据权利要求1或2所述的测量组件(1)，

其特征在于，

所述网络分配器(5)具有自己的电源单元(11)。

8.根据权利要求7所述的测量组件(1)，

其特征在于，

所述自己的电源单元(11)是用于并网电源(11)的电源适配器(11)。

9.根据权利要求1或2所述的测量组件(1)，

其特征在于，

所述测量装置(21，22，23)能够布置在易爆危险的区域中。

10.根据权利要求9所述的测量组件(1)，

其特征在于，

所述测量装置(21，22，23)能够布置在根据指令2014/34/EU的0区中。

11.根据前述权利要求中任一项所述的具有至少两个测量装置(21，22，23)的测量组件(1)的操作方法，

其特征在于，

所述测量装置(21，22，23)完全通过所述两线以太网连接(7)被供电，并且所述至少两个测量装置(21，22，23)通过所述网络分配器(5)相互通信并且将至少一个组合测量值传输给所述更高级别的单元(3)。

12.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于，

所述测量装置(21，22，23)以基于IP的方式相互通信。

13.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于，

至少一个测量装置(21，22，23)通过所述两线以太网连接(7)将原始测量数据传输给另一测量装置(21，22，23)，并且其他所述测量装置(21，22，23)将自己的原始测量数据和传输的所述原始测量数据处理成所述组合测量值并将其传输给所述更高级别的单元(3)。

14.根据权利要求13所述的方法，

其特征在于，

至少一个测量装置(21，22，23)通过所述两线以太网连接(7)将原始测量数据传输给主装置，并且其他所述测量装置(21，22，23)将自己的原始测量数据和传输的所述原始测量数据处理成所述组合测量值并将其传输给所述更高级别的单元(3)。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述更高级别的单元(3)通过所述两线以太网连接(7)将额外信息传输给至少一个测量装置(21，22，23)。

16.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，

所述额外信息是外围数据。

17.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，

所述至少一个测量装置(21，22，23)在处理所述原始测量数据时考虑所述额外信息。

18.根据权利要求14所述的方法，

其特征在于，

所述更高级别的单元(3)通过所述两线以太网连接(7)将额外信息传输给至少一个测量装置(21，22，23)，所述主装置在处理所述原始测量数据时考虑所述额外信息。

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