CN1647002A - 用于过程技术的测量设备和用于测量设备的操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于过程技术的测量设备，该测量设备可应用于过程自动化领域中的测量和/或清除和/或校准安装，用于测量pH值和/或氧化还原电势和/或其他过程参数。所述测量设备具有核心单元(1)，其中至少一个测量模块(2)可以连接到该核心单元(1)。可以利用分配给每个测量模块(2)的选择线(3)，由核心单元(1)选择每个测量模块(2)。

Description

用于过程技术的测量设备和用于测量设备的操作方法
本发明涉及用于过程技术的测量设备，该测量设备可应用于过程自动化领域中的测量和/或清除和/或校准安装，用于通过核心单元测量pH和/或氧化还原电势和/或其他过程参数，其中至少一个测量模块可以连接到该核心单元。
本发明还涉及用于过程技术的测量设备的操作方法，该操作方法可应用于过程自动化领域中的测量和/或清除和/或校准安装，用于通过核心单元测量pH和/或氧化还原电势和/或其他过程参数。
上文所述类型的测量设备通常包括基于测量模块的扩展潜力，例如，该测量模块配备了不同的传感器并且随后还可以集成到其后的核心单元中，并且连接与其相关的模块。
为了与测量设备通信，已知的测量模块具有复杂的通信装置，诸如例如，专用接口控制器，其相对而言是昂贵的，或者必须由测量模块的计算单元自身执行与核心单元的通信，因此相对较少的资源可供用于测量数据的捕获。
本发明的目的在于提供改进的测量设备，以及用于测量设备的改进的操作方法，其中测量模块可以灵活地与核心单元通信，并且为了参与同核心单元的通信，该测量模块可以仅具有非常少的内建智能信息。
在上文所述类型的测量设备中，根据本发明实现了该目的，其中基于分配给测量模块的选择线，由核心单元选择每个测量模块。
在该选择线上，核心单元向特定的测量模块发信号通知该模块已被核心单元选中用于通信，并且用于数据传输。经由分配到测量模块的选择线的本发明的信号通知的使用使得省略了测量模块中复杂的评估用电子装置。测量模块的电子装置可以仅监控分配到测量模块的选择线的逻辑状态。
如果核心单元具有模块机盒，可以通过插入到为测量模块提供的插件位置将测量模块集成到该机盒中，则可以将核心单元的选择线分配到每个插件位置。然后，依赖于测量模块插入到核心单元的插件位置中，获得了选择线同测量模块的连接。
本发明的实施例的有利形式的特征在于所有的测量模块均可以通过中心传输线同核心单元相连接。
在传输线上传输的来自核心单元的信号以这种方式同时到达所有的连接到核心单元的测量模块。然而，只有由核心单元通过向其分配的选择线选择的测量模块利用这个在传输线上传输的来自核心单元的信号；其他的测量模块未被选择并且因此不利用这个在传输线上传输的来自核心单元的信号。
本发明的实施例的另一有利形式的特征在于每个测量模块具有模块传输线。由核心单元通过特定的选择线选择的测量模块可以在该模块传输线上向核心单元传输数据。例如，每条连接到核心单元的测量模块的模块传输线可以连接到核心单元的单独的数据输入端。
非常有利的是本发明的实施例的另一种形式，其中测量模块的模块传输线可以连接到多路器的输入端，其中多路器的输出端可以连接到核心单元，并且其中可以通过选择线控制多路器。
根据本发明的多路器的使用使得可以进行下述操作，即在多路器的控制下，借助于选择线，多路器的输出端与模块传输线接通，在测量模块的模块传输线范围中的该模块传输线对应于核心单元通过选择线选择的测量模块。
在本实施例的形式中非常有利的是选择线的双重利用，一方面，用于测量模块的选择，而另一方面，用于多路器的控制。
对于专用的应用情况，核心单元可以通过特定的传输线同时选择多个测量模块，因此所述多个测量模块可以同时地接收并利用在中心传输线上发送自核心单元的信号。在该情况中，在将多路器用于刚才所解释的模块传输线束时，必须确保任何一个所述多个同时选择的测量模块不会应答。
可替换地，可以这样设置多路器，即一旦激活了多于一个的选择线，使任何一个连接到测量模块的模块传输线的输入端都不接通到多路器的输出端，并且由此不接通到核心单元。
多个测量模块的同时选择可以用于，例如在核心单元系统启动时以一种广播的形式同时向连接到中心传输线的测量模块发送初始化消息，该消息不需要测量模块应答。而且，以这种方式，可以将报告传输给所有的测量模块，通知核心单元中的故障等。
作为本发明目的的另一种解决方案，提供了用于上文所述类型的测量设备的操作方法，即由核心单元通过分配给测量模块的选择线选择测量模块。
本发明的操作方法的另外的有利的实施例提供了，以这样一种方式通过选择线控制多路器，即，在选定的测量模块的模块传输线上发送的数据通过多路器传递到核心单元。
根据本发明，提供了操作方法的实施例的另一种形式，即，在中心传输线上将核心单元发送的数据传输到所有的测量模块。
本发明的操作方法的另外的变化方案是特别有利的，其中仅在通过选择线选择的测量模块中使用核心单元发送的数据。
本发明的操作方法的实施例的另外的形式提供了，由核心单元周期性地选择测量模块用于通信或者数据传输。该措施确保了可以有规律地由核心单元收集测量模块中可能出现的数据并且评估这些数据，诸如例如，传感器的测量数据或者计算结果等等。
此外，可以以这样的方式周期性地向测量模块装载控制数据，优选地，由核心单元通过中心传输线向各个测量模块传输该控制数据。
关于某个选择时段的由核心单元执行的测量模块的周期性选择可以方便地由时间片表示，该时间片的大小对应于每个测量模块的选择时段的持续时间。可以由核心单元将这些时间片分配给独立的测量模块。
这样，该时间片的大小确定了核心单元选择下一个用于通信的测量模块之前的、核心单元选择测量模块并且与测量模块通信的时间长度。
在本发明的操作方法的实施例的另外的形式中特别有利的是核心单元非周期性地选择测量模块。
由于所涉及的原理，测量模块的非周期性的选择使得可以减少所出现的等待时间。在第一测量模块的选择和该第一测量模块的重新选择之间的对其它测量模块的选择产生了该等待时间。
对于测量模块的非周期性性的选择，非常有利的是，选择用于核心单元同测量模块通信的周期时间，使得周期性地分配到测量模块的所有的时间片的总和略小于总的周期时间。
周期中剩余的空闲时间可以用于非周期性地选择测量模块。当数据一例如由于偶发事件-必须以最小延迟传输到和/或读取自测量模块时，这是特别有利的。
由核心单元执行的对具有不同选择时段的不同测量模块的周期性的选择也是非常有利的。这意味着每个不同的测量模块有差别地接收大的时间片。这使得可以对测量模块和核心单元之间的数据传输进行优先排序。
在该情况中改变选择时段的长度，即分配给测量模块的时间片的大小，也是特别有利的。以这种方式，原则上可以在核心单元操作期间改变数据通信的优先排序并且可以动态地适应变化的要求。这样，在大部分时间上是不活跃的，但是在活跃时必须将很大的数据量传输到核心单元的测量模块可以在活跃时，如果必要，迅速地将这些数据量传输到核心单元，而不会加重核心单元和剩余测量模块之间的通信的负担。
该情况中另外的优势在于，如已经指出的，由于测量模块可以在需要时迅速地将已确定的数据传输到核心单元，因此测量模块不必具有其自己的大的数据存储器。
用于对测量模块和核心单元的通信进行优先排序的另一种可行方案是在周期中多次选择测量模块，即，在周期中将多个时间片分配给这些测量模块。除了非周期性分配的时间片，即使在周期性通信的情况中，可以将多个时间片分配给一个测量模块，并且这些时间片还可以具有不同的大小。
如权利要求1～4中的一个的测量设备提供了本发明的目的的另外的解决方案，该测量设备具有至少一个测量模块。
除了测量模块，还可以连接其他的设备，诸如例如，计算单元或者某些其他的扩展了核心单元功能的设备。该计算单元以上述方式同核心单元通信，并且不需要该计算单元寄存测量数据，或者不必将其功能限制于测量数据的寄存。
同样地，可以在测量模块以及计算单元中进行测量数据的预处理和/或测量数据的处理。
基于下文对本发明的实施例的示例的描述，如附图中所说明的，本发明的应用和优势的另外的特征、潜力将变得显而易见。其中，所有的，不论是单独地还是以任何形式组合地描述或者说明的特征，形成了本发明的主旨，而不依赖于本专利的权利要求中的总结或者将其提出的示例，也不依赖于其系统说明，也不依赖于附图中和描述中的说明。
图1示出了本发明的测量设备，并且
图2示意性地示出了将通信周期分为不同的选择时段。
图1的测量设备包括核心单元1，向该核心单元1分配了多个测量模块2。
所有的测量模块2通过图1中用虚线表示的中心传输线4与核心单元1相连接。中心传输线4用于从核心单元1向测量模块2传输信号以及数据。所有测量模块2同时接收核心单元1通过中心传输线4传输的数据。
而且，向每个测量模块2分配其自己的选择线3，该选择线将测量模块2连接到核心单元1。该选择线3用于使得其测量模块2由核心单元1选中用于通信或者数据传输。
仅有一个以这种方式选择的测量模块2利用核心单元1通过中心传输线4传输的信号。未选择的测量模块2不利用来自核心单元1的信号。
为了将数据从测量模块2传输到核心单元1，向每个测量模块2分配模块传输线5。如图1所示，测量模块2的模块传输线5连接到多路器6的输入端6a。多路器6的输出端6b连接到核心单元1。
多路器6用于选择一条测量模块2的模块传输线5，并且用于经由多路器6的输出端6b将该模块传输线5连接到核心单元1。通过选择线3产生用于选择模块传输线5的多路器6的控制，该选择线3也作用在多路器6上，如图1所示。这样，通过选择线，一方面，核心单元1选择了用于通信的测量模块2，而另一方面，通过选择线3控制多路器6。
通过这种方式，总是可以将模块传输线5从多路器6的输入端6a通过多路器6的输出端6b连接到核心单元1，该核心单元1对应选择线3选择的测量模块2。
这样，能够进行所选择的测量模块2和核心单元1之间的通信。
原则上还可以通过选择线3同时选择所有的或者至少多个测量模块2。然而，即使在该操作状态中，仅有一个所选测量模块2可以通过其模块传输线5和多路器6与核心单元1通信。
可替换地，可以设置多路器6使得，一旦多于一条选择线3被激活，则任何一个连接到测量模块2的模块传输线5的输入端6a都不接通到多路器6的输出端6a并且因此不接通到核心单元1。
可以将专用的初始化命令或者其他的指明专用的操作条件的命令，诸如例如，误差等等，传输到核心单元1的该操作模式中的所有测量模块2，由此实现了一种广播。
除了上文所描述的专用的操作条件之外，只有核心单元1通过选择线3特别选择的测量模块2可以通过其模块传输线5与核心单元1通信。
然而，为了能够对多个测量模块2编址，在核心单元1中提供了用于同测量模块2通信的时间控制。
很常见地，该时间控制提供了下述操作，即核心单元1通过分配给测量模块2的分立的选择线3顺序选择所有连接到该核心单元1的测量模块2。这样，由核心单元1维持了选择特定的测量模块2的具体的选择时段Ta。在该时段中，所选测量模块2可以同核心单元1交换数据。可以依赖于所选择的测量模块2，在不同的数据率下执行该数据交换。
为了鉴别最新配置在测量设备中的测量模块2，可以根据识别样本，通过不同的数据率连续地询问该新的测量模块2。一旦核心单元1接受到反馈自新的测量模块2的有效识别样本，则存储与之相关的关于新的测量模块2的信息并且将该信息用于同该测量模块2的进一步的通信。随后，向新的测量模块2提供选择时段Ta。这使得测量模块可以集成到本发明的测量设备2中，而不需要专门地将测量模块2调节到安装在测量设备中的通信参数，诸如例如选择时段Ta。
经过选择时段Ta之后，核心单元1通过选择线3选择下一个测量模块2。该选择同样地维持了选择时段Ta。
一旦所有的连接到核心单元1的测量模块2以这种方式被选择过一次，则开始新的通信周期，并且由核心单元1重新选择用于通信的第一测量模块2。
为了影响通信的优先排序，也可以将不同的选择时段Ta、Tb、Tc分配给独立的测量模块。
也可以将分配给独立的测量模块2的选择时段Ta、Tb、Tc看作时间片，该时间片的大小与各自的选择时段Ta、Tb、Tc的持续时间成比例，并且在饼形图的情况下，在图2中图形化地表示了该时间片。
将选择时段Ta、Tb、Tc分配给三个不同的测量模块2(图1)，并且选择时段Ta、Tb、Tc表示核心单元1周期性地选择这三个测量模块2，也就是在每个通信周期中选择一次。顺时针遍历图2的饼形图得到该选择序列，通信周期开始自选择时段Ta。
同样在图2中示出的选择时段Tx，该选择时段Tx是选择时段Ta、Tb、Tc的和与通信周期的周期时间Ta+Tb+Tc+Tx之间的时间差，其对应于空闲的时间片并且核心单元1使用该选择时段Tx，例如，用以非周期性地选择独立的测量模块2。
在下述情况中这是特别有用的，需要将额外的数据从核心单元1传输到特定的测量模块2，以及在周期性通信的限制范围中分配给测量模块2的时间片对于足够迅速的传输特定的数据而言是不够大的，例如，在一个通信周期中。
如已经示出的，核心单元1和测量模块2之间的通信的优先排序可以通过改变时间片的大小来进行。例如，在本示例中，选择时段Tc大于选择时段Tb。
除此以外，还可以在一个通信周期中向测量模块2分配多个大小相同的或者大小不同的时间片。
例如，包含了光谱仪并且相比于温度传感器而言在每个通信周期中必须向核心单元1传输相对大量的数据的测量模块2，可以在一个通信周期中接收选择时段Ta的四个时间片，具有温度传感器的测量模块仅接收选择时段Ta的一个时间片，其中该温度传感器仅评估变化非常缓慢的温度。
改变选择时段Ta、Tb、Tc也是特别有利的。以这种方式，原则上可以在核心单元1的操作期间改变通信的优先排序，并且可以动态地适应变化的要求。以这种方式，在大部分时间上是不活跃的但是在变得活跃时必须传输很大的数据量到核心单元1的测量模块2，可以在需要时迅速地将这些数据量传输到核心单元1，而无需在不活跃时承担核心单元1和剩余的模块2之间的通信。
该情况中的另外的优点是，由于测量模块2可以在需要时迅速地将获得的数据(如已经示出的)传输到核心单元1，因此测量模块2不需要其自己的大的数据存储器，并且不需要在扩展的时间周期上缓存数据本身。
本发明的另外的可行的实施例涉及具有测量设备的测量系统，该测量设备配备有至少一个测量模块2。
在本发明的实施例的另一种形式中，除了用于每个测量模块2的中心传输线4和模块传输线5，可以提供每个测量模块2和多路器6之间的双向通信连接(未示出)。在该情况中，多路器6的输出端6b通过双向通信连接仍连接到核心单元1。在该情况中，多路器6由选择线3控制，由此选择了一个测量模块2。在该情况中，不需要测量模块2的明确选择，如所讨论的示例的情况中所达到的程度，由此选择线3仅仍然将核心单元1连接到多路器6并且选择线3不需要作用于每个测量模块2。
本发明的实施例的另一种形式的情况是非常有利的，其中，在核心单元1和测量模块2之间的数据传输之前，将控制命令发送到多路器6，在多路器6中评估这些控制命令并且该控制命令影响测量模块2的选择。在本实施例的形式中，可以完全地除去选择线3。

Claims (14)

1.用于过程技术的测量设备，该测量设备应用于过程自动化领域中的测量和/或清除和/或校准安装，用于测量pH值和/或氧化还原电势和/或其他过程参数，具有核心单元(1)，其中至少一个测量模块(2)可以连接到该核心单元(1)，其特征在于，核心单元(1)可以通过分配给每个测量模块(2)的选择线(3)选择每个测量模块(2)。
2.权利要求1的测量设备，其中所有的测量模块(2)均可以通过中心传输线(4)同核心单元(1)相连接。
3.权利要求1或2的测量设备，其中每个测量模块(2)具有模块传输线(5)。
4.权利要求3的测量设备，其中模块传输线(5)可以连接到多路器(6)的输入端(6a)，其中多路器(6)的输出端(6b)可以连接到核心单元(1)，并且其中可以通过选择线(3)控制多路器(6)。
5.具有权利要求1～4中的一个所要求的测量设备的测量系统，其特征在于，所述测量系统具有至少一个测量模块(2)。
6.用于过程技术的测量设备的操作方法，该操作方法应用于过程自动化领域中的测量和/或清除和/或校准安装，用于测量pH值和/或氧化还原电势和/或其他过程参数，具有核心单元(1)，其中至少一个测量模块(2)可以连接到该核心单元(1)，其特征在于，核心单元(1)可以通过分配给每个测量模块(2)的选择线(3)选择每个测量模块(2)。
7.权利要求6的操作方法，其中可以由选择线(3)控制多路器(6)，使得在选定的测量模块(2)的模块传输线(5)上传输的数据通过多路器(6)传递到核心单元(1)。
8.权利要求6或7的操作方法，其中在中心传输线(4)上将核心单元(1)传输的数据传输到所有的测量模块(2)。
9.权利要求6～8中的一个的操作方法，其中仅在通过选择线(3)选择的测量模块(2)中使用核心单元(1)发送的数据。
10.权利要求6～9中的一个的操作方法，其中由核心单元(1)周期性地选择测量模块(2)。
11.权利要求6～10中的一个的操作方法，其中核心单元(1)周期性地选择不同的测量模块(2a、2b、2c)用于不同的选择时段(Ta、Tb、Tc)。
12.权利要求11的操作方法，其中改变选择时段(Ta、Tb、Tc)。
13.权利要求6～12中的一个的操作方法，其中在一个周期之中多次选择测量模块(2)。
14.权利要求6～13中的一个的操作方法，其中由核心单元(1)非周期性地选择测量模块(2)。
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