DE10024959A1 - Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von Daten - Google Patents
Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von DatenInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung (1) zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von Daten zwischen einer Meßeinheit (2) zur Messung einer physikalischen Größe und einer Regel-/Auswerteeinheit (3), die anhand der von der Meßeinheit bereitgestellten Meßdaten die physikalische Größe mit einer vorgegebenen Genauigkeit bestimmt, wobei die Meßeinheit (2) mit der Regel-/Auswerteeinheit (3) über zumindest eine Datenleitung (4) verbunden ist. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Datenübertragung zwischen einer Meßeinheit (2) und einer entfernten Regel-/Auswerteeinheit (3) zu optimieren. DOLLAR A Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest eine Komprimiereinheit (6) vorgesehen ist, die der Meßeinheit (2) zugeordnet ist und die die von der Meßeinheit (2) in einem vorgegebenen Zyklus gelieferten Meßdaten derart komprimiert, daß einerseits der Informationsgehalt der Meßdaten vollständig oder derart reduziert über die Datenleitung (4) an die Regel-/Auswerteeinheit (3) übertragen wird, daß die physikalische Größe mit der vorgegebenen Genauigkeit bestimmt ist, und daß andererseits die übertragene Datenmenge minimal ist.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum unidirektionalen oder
bidirektionalen Austausch von Daten zwischen einer Meßeinheit, die eine
physikalischen Größe mißt, und einer Regel-/Auswerteeinheit, die anhand der
von der Meßeinheit bereitgestellten Meßdaten die physikalische Größe mit
einer vorgegebenen Genauigkeit bestimmt, und wobei die Meßeinheit mit der
Regel-/Auswerteeinheit über zumindest eine Datenleitung verbunden ist.
Meßeinheiten zur Bestimmung/Überwachung einer physikalischen Größe, wie
Füllstand, Druck, Temperatur, Durchfluß, Dichte, liefern neben einer Fülle von
Meßdaten auch sonstige Informationen, die für den Anwender und das
Bedien- und Servicepersonal von Wichtigkeit sind. Bei dieser zusätzlichen
Information kann es sich z. B. um Geräteparameter oder um Service- oder
Diagnosedaten handeln.
Der Zeitfaktor kommt ins Spiel, sobald die Meßeinheit räumlich von der Regel-
/Auswerteeinheit getrennt ist und beide Einheiten über eine Datenleitung
miteinander kommunizieren. Die Übertragung der Meßdaten über die
Datenleitung erfolgt üblicherweise nach einem der bekannten Übertragungs
standards bzw. Feldprotokolle. Nachteil zumindest einiger der Feldprotokolle
ist, daß sie eine relative geringe Datenübertragungsrate besitzen. Dies macht
sich insbesondere dann negativ bemerkbar, wenn die zu messende oder zu
regelnde physikalische Größe anhand einer Datenmenge ermittelt wird, die
sich aus einer Vielzahl einzelner Meßdaten zusammensetzt. Die zeitliche
Verzögerung, bis der Meßwert der physikalischen Größe letztendlich
bereitgestellt oder angezeigt wird, ist in Verbindung mit hochgenauen Meß-
und Regelsystemen natürlich ziemlich störend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Datenübertragung zwischen
einer Meßeinheit und einer räumlich von der Meßeinheit getrennten Regel-/
Auswerteeinheit zu optimieren.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest eine Komprimiereinheit
vorgesehen ist, die der Meßeinheit zugeordnet ist und die die von der
Meßeinheit in einem vorgegebenen Zyklus gelieferten Meßdaten derart
komprimiert, daß einerseits der Informationsgehalt der Meßdaten vollständig
oder derart reduziert über die Datenleitung an die Regel-/Auswerteeinheit
übertragen wird, daß die physikalische Größe mit der vorgegebenen
Genauigkeit bestimmt ist, und daß andererseits die übertragene Datenmenge
minimal ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
handelt es sich bei der Meßeinheit um ein Füllstandsmeßgerät mit
Sendeeinheit und Empfangseinheit, wobei das Füllstandsmeßgerät den
Füllstand eines Füllguts in einem Behälter über die Laufzeit von Meßsignalen
ermittelt, die an der Oberfläche des Füllguts als Echosignale reflektiert
werden. Bei den Meßsignalen handelt es sich um elektromagnetische Signale,
z. B. Mikrowellensignale, oder um Ultraschallsignale. Im Falle von
Mikrowellensignalen breiten sich diese entweder im Freifeld aus, oder sie
werden über ein leitfähiges Element in den Behälter hineingeführt.
Bei den Meßdaten, die das Füllstandsmeßgerät liefert, handelt es sich
bevorzugt um die Amplitudenwerte der Echosignale als Funktion der Laufzeit
von der Meßeinheit zur Oberfläche des Füllguts. Die entsprechenden
Meßdaten werden im folgenden als die Meßdaten der digitalen Hüllkurve
bezeichnet.
Vorrichtungen, die den Füllstand eines Füllguts in einem Behälter über die
Laufzeit von Meßsignalen bestimmen, nutzen die physikalische Gesetzmäßig
keit aus, wonach die Laufstrecke gleich dem Produkt aus Laufzeit und
Ausbreitungsgeschwindigkeit ist. Im Falle der Füllstandsmessung entspricht
die Laufstrecke dem doppelten Abstand zwischen Antenne und Oberfläche
des Füllguts. Das eigentliche Nutzechosignal, also der Anteil des Meßsignals,
der an der Oberfläche des Füllguts reflektiert wird, und dessen Laufzeit
werden anhand der sog. Echofunktion bzw. der digitalen Hüllkurve bestimmt,
wobei - wie bereits gesagt - die Hüllkurve die Amplituden der Echosignale als
Funkton des Abstandes 'Antenne - Oberfläche des Füllguts' wiedergibt. Der
Füllstand selbst ergibt sich dann aus der Differenz zwischen dem bekannten
Abstand der Antenne von dem Boden des Behälters und dem durch die
Messung bestimmten Abstand der Oberfläche des Füllguts von der Antenne.
Werden hochfrequente Mikrowellensignale als Meßsignale eingesetzt, so
werden die Echosignale vor der Auswertung üblicherweise über ein sequen
tielles Abtastverfahren in den Niederfrequenzbereich transformiert. Das durch
die Transformation kreierte Zwischenfrequenzsignal wird anschließend
ausgewertet. Es zeichnet sich dadurch aus, daß es den gleichen Verlauf wie
die Hüllkurve hat; allerdings ist es gegenüber dieser um einen definierten
Zeitverzögerungsfaktor gestreckt. Der Vorteil der Transformation auf die
Zwischenfrequenz ist vornehmlich darin zu sehen, daß relativ langsame und
damit kostengünstige elektronische Bauteile zur Signalerfassung und/oder
Signalauswertung verwendet werden können. Eine Ausführungsform eines
Verfahrens zur sequentiellen Abtastung von Echosignalen ist übrigens in der
DE 31 07 444 A1 beschrieben.
Um den Füllstand eines Füllguts in einem Behälter zu bestimmen, kann die
Hüllkurve, die aus einer Vielzahl von Meßdaten besteht, oder ein Teil der
Hüllkurve über eine Datenleitung übertragen werden. Jeder Meßwert setzt
sich wiederum aus einer vorgegebenen Anzahl von digitalen Zeichen
zusammen. Da die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines digitalen Zeichens
vom vorhergehenden Zeichen abhängig ist, ist es möglich, eine Daten
komprimierung durchzuführen. Durch die Datenkomprimierung wird der
Informationsgehalt, der in den Daten steckt, nicht geschmälert. Ausgenutzt
wird also bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich der Füllstands
messung das aus der Informationsübertragung bekannte Prinzip, wonach eine
zusammenhängende Datenreihe nur in dem Grenzfall, daß sie aus zufälligen
und voneinander völlig unabhängigen Werten besteht, die maximal zur
Verfügung stehende Anzahl von digitalen Zeichen pro Wert tatsächlich
benötigt. Ist dies nicht der Fall, kann eine verlustfreie Komprimierung der
Daten vorgenommen werden. Näheres hierzu ist in dem Buch 'Nachrichten
technik' von Steinbuch, Rupprecht, erschienen im Springer Verlag, 1973
angeführt. Auf Seite 359 dieses Buches wird auf die Veröffentlichung von
Shannon: 'Mathematische Theorie der Informationsübertragung' aus dem
Jahre 1948 aufmerksamn gemacht. In dieser Veröffentlichung werden die
Erfordernisse, die für eine vollständige Informationsübertragung erfüllt sein
müssen, erläutert.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist es besonders günstig,
wenn der Meßeinheit oder der Komprimiereinheit eine Recheneinheit
zugeordnet ist, die aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Meßwerten bzw.
die aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Amplitudenwerten der digitalen
Hüllkurve die Differenz berechnet und die so gewonnenen Meßdaten zwecks
Komprimierung der Komprimiereinheit zur Verfügung stellt. Hierdurch läßt sich
die Datenmenge, die zur Bestimmung des Füllstandes ausgewertet werden
muß, auf die Hälfte reduzieren.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die
Komprimiereinheit die Anzahl der Meßwerte reduziert. Beispielsweise wird nur
jeder n-te Meßwert komprimiert, wobei n ⊃ N und N < 1 ist. Hierdurch kommt
es zwar zu einer geringfügigen Einbuße im Hinblick auf die Meßgenauigkeit,
jedoch wird dieses Minus an Information durch die beschleunigte Meßwert
bereitstellung in hohem Maße ausgeglichen.
Gemäß einer vorteilhaften Alternative der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
weiterhin vorgesehen, daß die Recheneinheit/Komprimiereinheit aus einer
vorgegebenen Anzahl m von aufeinanderfolgenden Meßwerten, mit m ⊃ N,
jeweils einen auswählt bzw. bestimmt und komprimiert, wobei es sich bei dem
ausgewählten bzw. bestimmten und nachfolgend komprimierten Meßwert
entweder um den ersten Meßwert, den letzten Meßwert, den maximalen
Meßwert, den minimalen Meßwert, den Median (die Werte werden sortiert und
die minimalen und maximalen Werte werden verworfen) oder den Mittelwert
der m aufeinanderfolgenden Meßwerte handelt.
Bevorzugt komprimiert und überträgt die Komprimiereinheit nur die höher
wertigen Bits eines jeden Meßwertes.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
schlägt eine Dekomprimiereinheit vor, die der Regel-/Auswerteeinheit
zugeordnet ist. Insbesondere wird es durch diese Ausgestaltung möglich, der
Komprimiereinheit und der Dekomprimiereinheit dieselbe feste Kodierungs
tabelle vorzugeben, nach der beide die Meßdaten komprimieren bzw.
dekomprimieren. Es erübrigt sich dann das regelmäßige Mit-Übertragen der
Kodierungstabelle über die Datenleitung, was notwendig wird, wenn zu jedem
Datensatz eine optimale Kodierungstabelle in der Meßeinheit bestimmt wird.
Gemäß der Theorie der Informationsübertragung existiert zu jedem
Datensatz, der sich beispielsweise aus einer Vielzahl einzelner Meßwerte
zusammensetzt, eine optimale Kodierungstabelle, also eine Kodierungstabelle
bei der einerseits der Informationsgehalt möglichst vollständig erhalten bleibt,
und bei der andererseits die Datenmenge minimal ist. Ein Algorithmus, nach
dem diese optimale Kodierungstabelle erstellt werden kann, ist unter dem
Namen seines Entdeckers als Huffmann-Algorithmus bekannt geworden. Der
Huffmann-Algorithmus, ebenso wie andere bekannte Algorithmen zur Daten
komprimierung, beispielsweise die Lauflängenkodierung, die nachfolgend
noch als bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschrieben wird, sind in dem Buch 'Algorithmen in C' von Robert Sedgewick,
Addison-Wesley Publishing Company - Verlag, Kapitel 22) beschrieben.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, daß die
Recheneinheit/Komprimiereinheit die Meßdaten nach einer variablen
Kodierungstabelle komprimiert; die Kodierungstabelle wird jeweils auf den
Zyklus, mit dem die Meßdaten zur Verfügung gestellt werden, synchronisiert;
weiterhin wird die Kodierungstabelle so bestimmt ist, daß sie optimal an die in
einem Zyklus zu übertragenden Meßdaten, beispielsweise an die Meßdaten
einer digitalen Hüllkurve, angepaßt ist.
Eine zu der vorgenannten Ausführungsform alternative Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, daß die Recheneinheit/
Komprimiereinheit die Meßdaten nach einer Lauflängenkodierung
komprimiert. Nähere Information hierzu kann dem Buch 'Algorithmen in C'
entnommen werden. Die Lauflängenkodierung bzw. die Kodierung mit
variabler Länge ist immer dann vorteilhaft anwendbar, wenn ein Datensatz
eine Vielzahl gleicher Werte aufweist. Als Beispiel sei ein Datensatz mit der
Zeichenfolge AAAAABBBBBBBB genannt. Bei der Lauflängenkodierung wird
nun nach einem Sonderzeichen, beispielsweise einem %-Zeichen, die Anzahl
der nachfolgenden Zeichen geschrieben. Im gewählten Beispiel läßt sich der
obige aus dreizehn Zeichen bestehende Datensatz folgendermaßen
darstellen: %5A%8B - ohne Informationseinbuße kann er also durch einen
aus sechs Zeichen bestehenden Datensatz ersetzt werden.
Als besonders günstig hat sich eine Vorrichtung herausgestellt, deren
Einzelkomponenten folgendermaßen ausgestaltet sind: Die Recheneinheit/
Komprimiereinheit komprimiert beispielsweise jeweils die Meßdaten unter
Verwendung einer optimierten Kodierungstabelle und zusätzlich nach der
Lauflänge; anschließend ermittelt die Recheneinheit/Komprimiereinheit zu
jeder der beiden Kodierungen die Anzahl der zu übertragenden Meßdaten
und wählt dann die Variante aus, bei der die zu übertragende Datenmenge
minimal ist. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Komprimierungs
methoden verwendet werden, um dann die günstigste Variante zu ermitteln.
Die Datenübertragung über die Datenleitung erfolgt bevorzugt nach einem
bekannten Übertragungsstandard. Als Beispiele sind hier das HART-Protokoll,
der Fieldbus Foundation - Standard oder der Profibus PA - Standard zu
nennen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1: eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2: eine Darstellung von zwei schematisierten Hüllkurven bei unterschied
lichen Füllständen und
Fig. 3: ein Flußdiagramm, das die Zusammenarbeit zwischen Meßstelle und
Regel-/Auswerteeinheit zwecks Auffinden und Übertragen einer minimierten
Datenmenge beschreibt.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Ein Füllgut 13 ist in einem Behälter 15
gelagert. Zur Bestimmung des Füllstandes L dient das Füllstandsmeßgerät 8,
das in einer Öffnung 18 im Deckel 19 des Behälters 15 montiert ist. Über die
Antenne 12 werden in der Signalerzeugungs-/Sendeeinheit 9 erzeugte
Sendesignale, insbesondere Mikrowellen, in Richtung der Oberfläche 14 des
Füllguts 13 abgestrahlt. An der Oberfläche 14 werden die gesendeten Signale
als Echosignale reflektiert. Diese Echosignale werden in der Empfangseinheit
10 empfangen und gegebenenfalls auf die Zwischenfrequenz transformiert.
Insbesondere wird - wie bereits an vorhergehender Stelle beschrieben - die
zeitgedehnte digitale Hüllkurve gebildet, die die Amplitudenwerte der Echo
signale als Funktion der Laufzeit zwischen Antenne 12 und Oberfläche 14 des
Füllguts 13 beschreibt. Die korrekte Taktung von Absendung der Sende
signale und Empfang der Echosignale erfolgt übrigens über die Sende-
Empfangsweiche 11. Selbstverständlich können auch eine Sendeantenne und
eine separate Empfangsantenne zum Einsatz kommen.
Die Meßdaten eines jeden Datensatzes, also im gezeigten und bevorzugten
Fall die Meßdaten einer digitalen Hüllkurve, werden in der Recheneinheit 7
und/oder in der Komprimiereinheit 6 nach einer festen oder variablen
Kodierungstabelle komprimiert. Anschließend werden die komprimierten
Meßdaten über die Datenleitung 4, 5 an die Regel-/Auswerteeinheit 3
weitergeleitet und in der Dekomprimiereinheit 17 entsprechend der jeweils
verwendeten Kodierungstabelle dekomprimiert. Der Meßwert wird an der
Anzeige-/Ausgabeeinheit 16 angezeigt bzw. ausgegeben.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung von zwei schematisierten Hüllkurven bei unter
schiedlichen Füllständen L1, L2. Digitale Hüllkurven haben unabhängig vom
Füllstand die folgenden Eigenschaften: Nach einem ausgeprägten Peak, der
in der Nähe des Nullpunkts auftritt und der durch Reflexionen im Antennen
bereich des Füllstandsmeßgeräts 8 verursacht wird, fällt die Kurve über eine
vom jeweiligen Füllstand abhängige mehr oder weniger langen Distanz auf
einen nahezu konstanten Amplitudenwert ab. Ein zweiter Peak beruht auf der
Reflexion der Meßsignale an der Oberfläche 14 des Füllguts 13 beim
Füllstand L1 bzw. beim Füllstand L2. Je weniger Füllgut 13 in dem Behälter 15
vorhanden ist, um so weiter wandert der Peak in Richtung der positiven x-
Achse, wobei die Amplitude des Peaks geringfügig kleiner wird.
Aufgrund der Datenkomprimierung kann die Information, die in einem
zusammenhängenden Datensatz, beispielsweise in der digitalen Hüllkurve
steckt, in einem verkürzten Zeitraum über die Datenleitung 4, 5 übertragen
werden. Meßwerte können also in relativ kurzen Zeitabständen aktualisiert
werden, was bei schnellen Regelprozessen natürlich enorm wichtig ist; oder -
alternativ und aus anderer Sicht - kann innerhalb eines festgelegten Zeitraums
eine erweiterte Datenmenge und folglich mehr Information über die
Datenleitung übertragen werden.
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm, das das Zusammenwirken von Meßstelle und
Regel-/Auswerteeinheit im Hinblick auf den Datenaustausch gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verdeutlicht.
Diese Ausführungsform wird bevorzugt im Zusammenhang mit der Über
tragung der Daten der digitalen Hüllkurven, die für die Ermittlung des
Füllstands L eines Füllguts 13 in einem Behälter 15 herangezogen werden,
verwendet.
Die Komprimiereinheit 6 und die Dekomprimiereinheit 17 haben direkten
Zugriff auf dieselbe Kodierungstabelle; eine feste Kodierungstabelle ist also in
beiden Einheiten 6, 17 abgespeichert. Diese Kodierungstabelle ist bevorzugt
so ausgelegt, daß die Anzahl der Meßwerte, die in jedem Datensatz in Form
von Bytes enthalten sind, und/oder die Anzahl der digitalen Zeichen (Bits), die
jeden Meßwert eineindeutig charakterisieren, minimal gehalten wird. Ersteres
kann beispielsweise dadurch realisiert werden, daß die Differenz zweier
aufeinanderfolgender Meßwerte kodiert wird. Weiterhin ist es möglich, nur
jeden n-ten Wert oder einen von jeweils m aufeinanderfolgenden Werten für
die Meßwertbestimmung heranzuziehen. Da die Meßwerte bzw. die
Differenzwerte zweier aufeinanderfolgender Meßwerte einer Hüllkurve
teilweise gleich bzw. eine hohe Ähnlichkeit aufweisen, läßt sich hier über z. B.
die Lauflängenkodierung die zu übertragende Datenmenge effektiv
verkleinern.
Wie bereits zuvor erwähnt, ist es auch möglich, die bei den unterschiedlichen
Komprimierungs-Algorithmen zu übertragende Datenmenge zu bestimmen.
Anschließend wählt die Recheneinheit 7 wählt die Methode zum
Komprimieren der Meßdaten aus, bei der die zu übertragende Datenmenge
minimal ist. Hierbei ist allerdings zu beachten, daß eine variable Kodierungstabelle
jeweils zusammen mit den Daten, die in dem Datensatz enthalten sind,
über die Datenleitung 4; 5 mitübertragen werden muß. Um die tatsächliche
Übertragungszeit korrekt zu ermitteln, sind die Daten der Kodierungstabelle
stets bei der zu übertragenden Datenmenge zu berücksichtigen.
Zur Erzielung einer weiteren Optimierung kann die zu übertragende Daten
menge anhand von zumindest zwei unterschiedlichen Algorithmen berechnet
werden. Die Übertragung erfolgt letztlich nach dem Algorithmus, bei dem die
minimale Datenmenge zu übertragen ist. Diese setzt sich - wie bereits
erwähnt - aus den komprimierten Meßdaten und den Daten der
Kodierungstabelle zusammen.
Kommen wir jetzt aber auf das konkrete Beispiel zurück, das in der Fig. 3
dargestellt ist. Vorgegeben ist die Kodierungstabelle und die Anzahl P der
Meßwerte, die in einem Datensatz vorhanden sind und die zwecks
Auswertung der physikalischen Größe, hier also des Füllstands L, heranzu
ziehen sind.
Nach dem Programmstart bei Punkt 20 erfolgt unter den Programmpunkten
21 bis 25 die sukzessive Komprimierung der Meßdaten P eines Datensatzes.
Hierzu wird zu jedem Wert p, mit p = 1, 2, . . . . P, anhand der fest vorgegebenen
Kodierungstabelle die entsprechende Kodierung ermittelt (Punkt 22);
anschließend wird der kodierte Wert in einem Puffer gespeichert. Liegen die
kodierten, komprimierten Daten des Datensatzes vollständig vor, werden die
Daten von der Meßeinheit 2 über die Datenleitung 4, 5 entsprechend dem
jeweils verwendeten Feldprotokoll an die Regel-/Auswerteeinheit 3 über
tragen. Diese Übertragung ist durch den Programmpunkt 26 charakterisiert.
In der Regel-/Auswerteeinheit 3 erfolgt die Dekomprimierung der Daten unter
den Programmpunkten 27 bis 31. Insbesondere wird sukzessive zu jedem der
Werte p = 1, 2, . . . ., P die Dekodierung anhand der fest vorgegebenen
Kodierungstabelle gesucht; der entsprechende dekodierte Wert von p wird
gespeichert. Stehen alle dekodierten Werte P des Datensatzes zur Verfügung,
so wird unter Punkt 32 der aktuelle Meßwert, der durch den Datensatz
repräsentiert wird, ermittelt. Der aktuelle Meßwert wird an der Anzeige-/
Ausgabeeinheit angezeigt bzw. ausgegeben.
1
erfindungsgemäße Vorrichtung
2
Meßeinheit
3
Regel-/Auswerteeinheit
4
Datenleitung
5
Datenleitung
6
Komprimiereinheit
7
Recheneinheit
8
Füllstandsmeßgerät
9
Signalerzeugungs-/Sendeeinheit
10
Empfangseinheit
11
Sende-/Empfangsweiche
12
Antenne
13
Füllgut
14
Oberfläche des Füllguts
15
Behälter
16
Anzeige-/Ausgabeeinheit
17
Dekomprimiereinheit
18
Öffnung
19
Deckel
Claims (14)
1. Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von Daten
zwischen einer Meßeinheit (2) zur Messung einer physikalischen Größe und
einer Regel-/Auswerteeinheit (3), die anhand der von der Meßeinheit
bereitgestellten Meßdaten die physikalische Größe mit einer vorgegebenen
Genauigkeit bestimmt,
wobei die Meßeinheit (2) mit der Regel-/Auswerteeinheit (3) über zumindest eine Datenleitung (4) verbunden ist,
wobei zumindest eine Komprimiereinheit (6) vorgesehen ist, die der Meßeinheit (2) zugeordnet ist und die die von der Meßeinheit (2) in einem vorgegebenen Zyklus gelieferten Meßdaten derart komprimiert, daß einerseits der Informationsgehalt der Meßdaten vollständig oder derart reduziert über die Datenleitung (4) an die Regel-/Auswerteeinheit (3) übertragen wird, daß die physikalische Größe mit der vorgegebenen Genauigkeit bestimmt ist, und daß andererseits die übertragene Datenmenge minimal ist.
wobei die Meßeinheit (2) mit der Regel-/Auswerteeinheit (3) über zumindest eine Datenleitung (4) verbunden ist,
wobei zumindest eine Komprimiereinheit (6) vorgesehen ist, die der Meßeinheit (2) zugeordnet ist und die die von der Meßeinheit (2) in einem vorgegebenen Zyklus gelieferten Meßdaten derart komprimiert, daß einerseits der Informationsgehalt der Meßdaten vollständig oder derart reduziert über die Datenleitung (4) an die Regel-/Auswerteeinheit (3) übertragen wird, daß die physikalische Größe mit der vorgegebenen Genauigkeit bestimmt ist, und daß andererseits die übertragene Datenmenge minimal ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
wobei es sich bei der Meßeinheit (2) um ein Füllstandsmeßgerät (8) mit
Sendeeinheit (9) und Empfangseinheit (10) handelt,
wobei das Füllstandsmeßgerät (8) den Füllstand (L) eines Füllguts (13) in
einem Behälter (15) über die Laufzeit von Meßsignalen ermittelt, die an der
Oberfläche (14) des Füllguts (13) als Echosignale reflektiert werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
wobei es sich bei den Meßdaten um die Amplitudenwerte der Echosignale als
Funktion des Abstandes von der Meßeinheit (2) zur Oberfläche (14) des
Füllguts (13), also um die sogenannte digitale Hüllkurve oder um zumindest
einen Teilbereich der digitalen Hüllkurve handelt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
wobei der Meßeinheit (2) oder der Komprimiereinheit (6) eine Recheneinheit
(7) zugeordnet ist, die aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Meßwerten
bzw. die aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Amplitudenwerten der
digitalen Hüllkurve die Differenz berechnet und die so gewonnenen Meßdaten
zwecks Komprimierung der Komprimiereinheit (6) zur Verfügung stellt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4,
wobei die Komprimiereinheit (6) nur jeden n-ten Meßwert komprimiert, wobei n
⊃ N und N < 1 ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
wobei die Recheneinheit (7)/Komprimiereinheit (6) aus einer vorgegebenen
Anzahl m von aufeinanderfolgenden Meßwerten, mit m ⊃ N, jeweils einen
auswählt bzw. bestimmt und komprimiert, wobei es sich bei dem
ausgewählten bzw. bestimmten und nachfolgend komprimierten Meßwert
entweder um den ersten Meßwert, den letzten Meßwert, den maximalen
Meßwert, den minimalen Meßwert, den Median oder den Mittelwert der m
aufeinanderfolgenden Meßwerte handelt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 5 oder 6,
daß die Komprimiereinheit (6) nur die höherwertigen Bits eines jeden
Meßwertes komprimiert.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine Dekomprimiereinheit (17) vorgesehen ist, die der Regel-
/Auswerteeinheit (3) zugeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8,
wobei die Komprimiereinheit (6) und die Dekomprimiereinheit (17) die
Meßdaten nach einer festen Kodierungstabelle komprimieren bzw.
dekomprimieren.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8,
wobei die Recheneinheit (7)/Komprimiereinheit (6) die Meßdaten nach einer variablen Kodierungstabelle komprimiert,
wobei die Kodierungstabelle auf den Zyklus, mit dem die Meßdaten zur Verfügung gestellt werden, synchronisiert ist und
wobei die Kodierungstabelle so bestimmt ist, daß sie optimal an die in einem Zyklus zu übertragenden Meßdaten, beispielsweise an die Meßdaten einer digitalen Hüllkurve, angepaßt ist.
wobei die Recheneinheit (7)/Komprimiereinheit (6) die Meßdaten nach einer variablen Kodierungstabelle komprimiert,
wobei die Kodierungstabelle auf den Zyklus, mit dem die Meßdaten zur Verfügung gestellt werden, synchronisiert ist und
wobei die Kodierungstabelle so bestimmt ist, daß sie optimal an die in einem Zyklus zu übertragenden Meßdaten, beispielsweise an die Meßdaten einer digitalen Hüllkurve, angepaßt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4,
wobei die Recheneinheit (7)/Komprimiereinheit (6) die Meßdaten nach einer
Lauflängenkodierung komprimiert.
12. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4,
wobei die Recheneinheit (7)/Komprimiereinheit (6) jeweils die Meßdaten unter Verwendung einer optimierten Kodierungstabelle und nach der Lauflänge komprimiert,
wobei die Recheneinheit (7)/Komprimiereinheit (6) in jedem der beiden Fälle die Anzahl der zu übertragenden Meßdaten ermittelt und
wobei die Recheneinheit (7)/Komprimiereinheit (6) jeweils die Variante auswählt, bei der die Anzahl der die zu übertragende Datenmenge minimal ist.
wobei die Recheneinheit (7)/Komprimiereinheit (6) jeweils die Meßdaten unter Verwendung einer optimierten Kodierungstabelle und nach der Lauflänge komprimiert,
wobei die Recheneinheit (7)/Komprimiereinheit (6) in jedem der beiden Fälle die Anzahl der zu übertragenden Meßdaten ermittelt und
wobei die Recheneinheit (7)/Komprimiereinheit (6) jeweils die Variante auswählt, bei der die Anzahl der die zu übertragende Datenmenge minimal ist.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Datenübertragung über die Datenleitung (4) nach einem
Übertragungsstandard erfolgt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
wobei es sich bei dem Übertragungsstandard beispielsweise um das HART-
Protokoll, den Fieldbus Foundation - Standard oder den Profibus PA -
Standard handelt.
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