DE10024959B4 - Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von Daten - Google Patents

Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von Daten Download PDF

Info

Publication number
DE10024959B4
DE10024959B4 DE10024959.0A DE10024959A DE10024959B4 DE 10024959 B4 DE10024959 B4 DE 10024959B4 DE 10024959 A DE10024959 A DE 10024959A DE 10024959 B4 DE10024959 B4 DE 10024959B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
data
unit
measuring
amount
compression
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10024959.0A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10024959A1 (de
Inventor
Dietmar Spanke
Hainer Wetteborn
Rolf Deserno
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Priority to DE10024959.0A priority Critical patent/DE10024959B4/de
Priority to PCT/EP2001/005241 priority patent/WO2001091081A1/de
Priority to AU2001260286A priority patent/AU2001260286A1/en
Publication of DE10024959A1 publication Critical patent/DE10024959A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10024959B4 publication Critical patent/DE10024959B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00Electric signal transmission systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00Measuring or testing not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D9/00Recording measured values
    • G01D9/005Solid-state data loggers

Abstract

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 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, wobei die Komprimiereinheit (6) jeweils die Meßdaten unter Verwendung einer optimierten Kodierungstabelle, bei der einerseits der Informationsgehalt möglichst vollständig erhalten bleibt, und bei der andererseits die Datenmenge minimal ist, und nach der Lauflänge komprimiert, wobei die Komprimiereinheit (6) in jedem der beiden Fälle die zu übertragende Datenmenge ermittelt und wobei die Komprimiereinheit (6) jeweils die Variante auswählt, bei der die zu übertragende 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 Übertragungsstandards 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.
  • Aus dem Stand der Technik ist die US 5,684,693 bekannt geworden, die eine Methode zum Komprimieren und Formatieren eines Datenstromes, der von einer Sensoranordnung einer Bohrlochprotokollierungssonde stammt, beschreibt.
  • Ferner sind aus dem Stand der Technik, bspw. der US 5,672,975 Mikrowellen-Füllstandsmessgeräte bekannt, die in industriellen Prozessen verwendet werden, um den Füllstand eines Füllgutes eines Speichertankes zu messen.
  • Darüber hinaus ist aus der EP 0 716 404 A1 ein Verfahren zur seriellen Übertragung von digitalen Messwerten bekannt geworden, das zur Erzielung einer möglichst hohen Übertragungsrate bei minimalem Aufwand hinsichtlich der benötigten Übertragungsleitungen die Messwerte in so kurzen zeitlichen Abständen ermittelt, dass ihre Abweichung vom jeweils vorausgehend ermittelten Messwert im Regelfall durch lediglich zwei Bit darstellbar ist, von denen das eine das Vorzeichen und das andere den Wert der Abweichung wiedergibt.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 40 30 620 A1 ist ein Verfahren zur Datenreduktion in der digitalen Verarbeitung einer Folge von Signalwerten bekannt geworden, das in der Elektrizitätsversorgung angewendet wird, da Signalwerte, die hier als Abtastwerte von Phasenströmen oder Spannungen gewonnen werden, sehr stark korrelieren.
  • Aus der DE 42 09 382 C1 ist ein Verfahren zur Datenreduktion bei der Speicherung und/oder Übertragung digitaler Audiosignale bekannt geworden, bei dem die Abbildung des Audiosignals mit einer Filterbank mit perfekter Rekonstruktion erfolgt, so dass der psychoakustische Verdeckungseffekt maximal zur Hälfte ausgenutzt wird.
  • Ferner ist aus der US 5,892,847 ein Verfahren und System zur Komprimierung und Dekomprimierung von digitalen Daten zum Speichern und Übertragen von Bildern bekannt geworden. Das Verfahren und System umfasst dabei einen Enkoder, der die Bilder komprimiert und die komprimierten Bilder in einem speziellen Dateiformat abspeichert, sowie einen Dekoder, der die komprimierten Bilder wieder dekomrpimiert.
  • 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, wobei es sich bei der Meßeinheit um ein Füllstandsmeßgerät mit Sendeeinheit und Empfangseinheit handelt, 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, wobei die Komprimiereinheit jeweils die Meßdaten unter Verwendung einer optimierten Kodierungstabelle und zusätzlich nach der Lauflänge komprimiert, wobei anschließend die Komprimiereinheit zu jeder der beiden Kodierungen die zu übertragende Datenmenge ermittelt und dann die Variante auswählt, 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.
  • Bei den Meßsignalen handelt es sich um elektromagnetische Signale, z. B. Mikrowellensignale, oder um Ultraschall-signale. 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 Gesetzmäßigkeit 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 sequentielles 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 Datenkomprimierung durchzuführen. Durch die Datenkomprimierung wird der Informationsgehalt, der in den Daten steckt, nicht geschmälert. Ausgenutzt wird also bei der Vorrichtung im Bereich der Füllstandsmessung 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 Meßwertbereitstellung 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 c 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 höherwertigen 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 Kodierungstabelle 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 Datenkomprimierung, 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.
  • 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:
  • 1: eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2: eine Darstellung von zwei schematisierten Hüllkurven bei unterschiedlichen Füllständen und
  • 3: ein Flußdiagramm, das die Zusammenarbeit zwischen Meßstelle und Regel-/Auswerteeinheit zwecks Auffinden und Übertragen einer minimierten Datenmenge beschreibt.
  • 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 Echosignale als Funktion der Laufzeit zwischen Antenne 12 und Oberfläche 14 des Füllguts 13 beschreibt. Die korrekte Taktung von Absendung der Sendesignale 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.
  • 2 zeigt eine Darstellung von zwei schematisierten Hüllkurven bei unterschiedlichen 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 Antennenbereich 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.
  • 3 zeigt ein Flußdiagramm, das das Zusammenwirken von Meßstelle und Regel-/Auswerteeinheit im Hinblick auf den Datenaustausch gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung verdeutlicht. Diese Ausführungsform wird bevorzugt im Zusammenhang mit der Übertragung 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 Datenmenge 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 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, heranzuziehen 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 übertragen. 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.
  • Bezugszeichenliste
  • 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 (8)

  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 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, wobei die Komprimiereinheit (6) jeweils die Meßdaten unter Verwendung einer optimierten Kodierungstabelle, bei der einerseits der Informationsgehalt möglichst vollständig erhalten bleibt, und bei der andererseits die Datenmenge minimal ist, und nach der Lauflänge komprimiert, wobei die Komprimiereinheit (6) in jedem der beiden Fälle die zu übertragende Datenmenge ermittelt und wobei die Komprimiereinheit (6) jeweils die Variante auswählt, bei der die zu übertragende Datenmenge minimal ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, 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.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, 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.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Komprimiereinheit (6) nur jeden n-ten Meßwert komprimiert, wobei n ⊂ N und N > 1 ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, wobei die Komprimiereinheit (6) nur die höherwertigen Bits eines jeden Meßwertes komprimiert.
  6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dekomprimiereinheit (17) vorgesehen ist, die der Regel-/Auswerteeinheit (3) zugeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenübertragung über die Datenleitung (4) nach einem Übertragungsstandard erfolgt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei es sich bei dem Übertragungsstandard beispielsweise um das HART-Protokoll, den Fieldbus Foundation-Standard oder den Profibus PA-Standard handelt.
DE10024959.0A 2000-05-22 2000-05-22 Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von Daten Expired - Fee Related DE10024959B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10024959.0A DE10024959B4 (de) 2000-05-22 2000-05-22 Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von Daten
PCT/EP2001/005241 WO2001091081A1 (de) 2000-05-22 2001-05-09 Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen austausch von daten
AU2001260286A AU2001260286A1 (en) 2000-05-22 2001-05-09 Device for uni-directionally or bi-directionally exchanging data

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10024959.0A DE10024959B4 (de) 2000-05-22 2000-05-22 Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von Daten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10024959A1 DE10024959A1 (de) 2001-12-20
DE10024959B4 true DE10024959B4 (de) 2014-08-21

Family

ID=7642888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10024959.0A Expired - Fee Related DE10024959B4 (de) 2000-05-22 2000-05-22 Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von Daten

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2001260286A1 (de)
DE (1) DE10024959B4 (de)
WO (1) WO2001091081A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018117175A1 (de) * 2018-07-16 2020-01-16 Vega Grieshaber Kg Verbindungsvorrichtung zwischen Feldgerät und Vor-Ort-Anzeige

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10258472B3 (de) * 2002-12-09 2004-05-13 Siemens Ag Verfahren zum Verarbeiten von digitalen Datenwerten
DE102005026521A1 (de) * 2005-06-08 2006-12-14 Endress + Hauser Process Solutions Ag Verfahren zur Reduktion des Datentransfers zwischen einem Feldgerät der Automatisierungstechnik und einer Steuereinheit
DE102010044182A1 (de) 2010-11-19 2012-06-06 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Einstellen eines Messgeräts
DE102010063430A1 (de) 2010-12-17 2012-06-21 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Überwachung der Funktion eines Feldgeräts
DE102013015402B4 (de) * 2013-09-17 2020-02-20 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, Sensor für ein Kraftfahrzeug, Sensorvorrichtung und Kraftfahrzeug
EP3285126A1 (de) * 2016-08-15 2018-02-21 Siemens Aktiengesellschaft Prozessmessgerät
DE102017125136B4 (de) * 2017-10-26 2023-10-12 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bereitstellen eines digitalen Sensorsignals eines Ultraschallsensors
DE102019106190B4 (de) 2018-03-16 2023-04-27 Elmos Semiconductor Se Dekompression von Ultraschallsignalen die mittels Signalobjektklassen basierender Annäherung komprimiert wurden
DE102018133299A1 (de) * 2018-12-21 2020-06-25 Endress+Hauser SE+Co. KG Verfahren zur Datenkomprimierung bei Füllstandsmessung
DE102019106204B4 (de) 2019-03-12 2023-04-27 Elmos Semiconductor Se Ultraschallsystem mit zentralisierter Objekterkennung auf Basis von dekomprimierten Ultraschallsignalen mehrerer Sensoren und zugehöriges Kompressionsverfahren

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5838266A (en) * 1990-12-12 1998-11-17 Universal Video Communications Corp. Data processing apparatus and method using data compression
US5672975A (en) * 1995-06-07 1997-09-30 Rosemount Inc. Two-wire level transmitter
US5684693A (en) * 1995-11-14 1997-11-04 Western Atlas International, Inc. Method for bit-stream data compression

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SEDGEWICK, Robert: Algorithmen in C. Bonn : Addison-Wesley, 1992. S. 371-384. - ISBN 3-89319-376-6
STEINBUCH, K. ; RUPPRECHT, W.: Nachrichtentechnik. 2., neubearb. Aufl. Berlin : Springer-Verl., 1973. S. 358-360. - ISBN 3-540-06038-9

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018117175A1 (de) * 2018-07-16 2020-01-16 Vega Grieshaber Kg Verbindungsvorrichtung zwischen Feldgerät und Vor-Ort-Anzeige

Also Published As

Publication number Publication date
DE10024959A1 (de) 2001-12-20
WO2001091081A1 (de) 2001-11-29
AU2001260286A1 (en) 2001-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10024959B4 (de) Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von Daten
DE102018109001A1 (de) Verfahren zum Erzeugen einer kompakten Darstellung von Radardaten, eine Radarvorrichtung und eine Radardatenverarbeitungsschaltung
EP2037412B1 (de) Verfahren und Anordnung zur arithmetischen Enkodierung und Dekodierung mit Verwendung mehrerer Tabellen
EP3009813B1 (de) Vibronischer sensor
DE2357033C2 (de) Vorrichtung zur Messung von Werkstoffeigenschaften, insbesondere einer Härte, nach einer Kontakt-Impedanz-Methode
DE19540170A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Unterdrückung von Festzielechos bei der Abstandsmessung nach dem Impulslaufzeitprinzip
EP2652461A1 (de) Verfahren zur überwachung der funktion eines feldgeräts
EP2798317B1 (de) Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung eines grenzwertes einer prozessgrösse
DE60110493T2 (de) Entropie Kodierer/Dekodierer zur schnellen Datenkompression und -dekompression
DE102013104699A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung des Füllstandes mittels einer Helixantenne
WO2002065066A1 (de) Mit mikrowellen arbeitendes füllstandsmessgerät
DE102019132354A1 (de) FMCW-basiertes Abstandsmessgerät
DE112018007571B4 (de) Stift, sensorvorrichtung und stiftsystem
DE102022117146A1 (de) Nutzungsorientierte komprimierung für datenströme aus einem test- und messinstrument
EP1358450B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur grobunterscheidung eines füllgutes in einem behälter in flüssigkeit oder schüttgut
DE2918069C2 (de) Vorrichtung zur Fernmessung von Übertragungsdaten einer Hochspannungsleitung
EP2095196A2 (de) System und verfahren zur verlustfreien verarbeitung von prozesswerten einer technischen anlage oder eines technischen prozesses
DE10353132B3 (de) Verfahren zur Kompression von Daten
DE2365218B2 (de) Verfahren zum codieren und komprimieren von schwarz-weiss-videoinformation und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE4418094B4 (de) Adaptiver Cursor zur Interpretation von Anzeigen von gruppierten Datenwörtern
CN102890268A (zh) 一种雷达信号无损压缩的方法
WO2020126279A1 (de) Verfahren zur datenkomprimierung bei füllstandsmessung
DE102018102367A1 (de) Verfahren zur Detektion von potentiellen Fehlerzuständen an einem FMCW-basierten Füllstandsmessgerät
DE10309455B3 (de) Verfahren zur Einsparung von Speicherplatz für eine Folge numerischer Werte
KR102627365B1 (ko) 배전설비 pd 진단시스템의 prpd 데이터 포맷변환 및 압축 방법

Legal Events

Date Code Title Description
OR8 Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8105 Search report available
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: ENDRESS + HAUSER GMBH + CO. KG, 79689 MAULBURG, DE

8110 Request for examination paragraph 44
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee