DE102008036404A1

DE102008036404A1 - Einrichtung zum Ermitteln und Ausgeben einer elektrischen Größe

Info

Publication number: DE102008036404A1
Application number: DE102008036404A
Authority: DE
Inventors: Martin Wechsler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2009-02-19
Also published as: US20090043938A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (1) zum Ermitteln und Ausgeben mindestens einer elektrischen Größe von analogen zeitabhängigen elektrischen Signalen in Form von mindestens einem zeitlichen Strom- und einem zeitlichen Spannungsverlauf, die an Messeingängen mit nachgeschalteten Digitalisierern anliegen, mit mindestens einem softwaregesteuerten Prozessor (6) zur Berechnung der Größe anhand der digitalisierten elektrischen Signale und mit einer Kommunikationsschnittstelle (9), über welche die Größe an jeweils einen von mehreren in Frage kommenden externen Bussen (2) ausgebbar ist. Um eine kostengünstig herstellbare Einrichtung (1) zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung (1) eine Basiseinheit (PMD) und einen busspezifischen Adapter (7) umfasst, dass die Basiseinheit (PMD) mit dem Adapter (7) über eine von dem zugehörigen externen Bus (2) unabhängige Schnittstelle (8) kommuniziert, wobei der Adapter (7) jeweils als Master und die Basiseinheit (PMD) als Slave arbeitet, und dass der Adapter (7) modulartig auswechselbar ist und mit dem zugehörigen externen Bus (2) über eine an diesen Bus (2) angepasste Schnittstelle (9) kommuniziert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Einrichtungen zur elektrischen Leistungsüberwachung bekannt, bei denen die Leistung als spezielle elektrische Größe anhand der an den Messeingängen der Einrichtung anliegenden Strom- und Spannungsverläufe ermittelt wird, wobei ein softwaregesteuerter Prozessor die Leistung (und weitere elektrische Größen) nach der Digitalisierung der Strom- und Spannungsverläufe mittels A/D-Wandlern berechnet. Die Ausgabe der Leistung (der weiteren elektrischen Größen) erfolgt über eine Kommunikationsschnittstelle, die mit einem externen Bus verbindbar ist. Jede Einrichtung ist nur an einen einzigen externen Bus anschließbar, und zwar an den Bus, für den die Kommunikationsschnittstelle ausgelegt ist. Die Einrichtungen werden folglich busspezifisch ausgeliefert, für einen Profibus also mit einer Profibus-Kommunikationsschnittstelle.
Nachteilig ist dabei, dass aufgrund der vielen unterschiedlichen Busse eine Vielzahl von unterschiedlichen Einrichtungen hergestellt werden müssen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung anzugeben, die kostengünstig herstellbar ist.
Die Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben; die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Die Lösung sieht vor, dass die Einrichtung eine Basiseinheit und einen busspezifischen Adapter umfasst, dass die Basiseinheit mit dem Adapter über eine von dem zugehörigen externen Bus unabhängige Schnittstelle kommuniziert, wobei der Adapter jeweils als Master und die Basiseinheit als Slave arbeitet, und dass der Adapter modulartig auswechselbar ist und mit dem zugehörigen externen Bus über eine an diesen Bus angepasste Schnittstelle kommuniziert. Auf diese Weise muss nur noch eine einzige Basiseinheit bereitgestellt werden; die Anpassung an die unterschiedlichen Busse erfolgt über den speziell an den jeweiligen Bus angepassten Adapter. Jede Einrichtung kann dabei mit unterschiedlichen Adaptern kommunizieren. Der Serviceaufwand für die Einrichtungen lässt sich auf diese Weise reduzieren, da beim Auftreten eines Problems mit dem Adapter nur dieser ausgetauscht werden muss. Eine Anpassung an neue oder alternative externe Busse lässt sich durch Anpassung des Adapters mit geringem Aufwand durchführen.
Ein technisch einfacher Wechsel des Adapters ist gegeben, wenn dieser von außen auf die Einrichtung aufsteckbar ist.
Störungssicherer ist es, wenn der Adapter eine galvanische Trennung vom externen Bus aufweist.
Die Einrichtung lässt sich vereinfachen, wenn der Adapter über eine zusätzliche Intelligenz in Form eines softwaregesteuerten Prozessors, insbesondere eines Mikrocontrollers, verfügt.
Kostengünstiger ist es, wenn die Kommunikation zwischen der Basiseinheit und dem Adapter jeweils über dieselbe Schnittstelle erfolgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer an einen externen Bus angeschlossenen Einrichtung,
2 den Adapter der Einrichtung gemäß 1 als Blockdiagramm und
3 die Einrichtung einschließlich aufgestecktem Adapter.
In 1 ist eine Einrichtung 1 zum Ermitteln und Ausgeben von elektrischen Größen, insbesondere der elektrischen Leistung oder des Effektivwerts der elektrischen Leistung, als Blockdiagramm gezeigt. Der Effektivwert der elektrischen Leistung bzw. die elektrische Leistung selbst stehen hier beispielhaft für die zu ermittelnde und auszugebende elektrische Größe, die nach ihrer Ermittlung an einen externen Bus 2, hier einen PROFIBUS 2a, ausgegeben wird.
Die Einrichtung 1 weist eine Basiseinheit PMD (Power Monitoring Device) mit Messeingängen 3, 4 auf, wobei am Messeingang 3 eine Wechselspannung U(t) anliegt, während der Messeingang 4 mit einem Wechselstrom I(t) beaufschlagt ist. Allgemein gesagt liegen an den Messeingängen 3, 4 also analoge zeitabhängige elektrische (Wechsel-)Signale an, wofür die Wechselspannung U(t) und der Wechselstrom I(t) hier beispielhaft stehen. Den Messeingängen 3, 4 sind als Digitalisierer 5 A/D-Wandler 3a, 4a nachgeschaltet. Ein softwaregesteuerter Prozessor 6 sorgt dafür, dass die digitalisierten Werte des zeitlichen Verlaufs der Wechselspannung U(t) und des Wechselstroms I(t) dem Adapter 7 über eine interne Schnittstelle 8 bereitgestellt werden. (Anstelle dieser Signale können auch daraus abgeleitete Größen übergeben werden.) Die Basiseinheit PMD und der Adapter 7 kommunizieren im Master-Slave-Modus, wobei die Basiseinheit PMD jeweils im Slave-Modus und der Adapter 7 jeweils im Master-Modus arbeiten. Der Adapter 7 fordert als Master von der Basiseinheit PMD jeweils Daten an, hier den digitalisierten Strom- und Spannungsverlauf, welche ihm dann von der Basiseinheit PMD übergeben werden.
Jeder externe Bus 2 benötigt einen also an diesen Bus 2 angepassten Adapter 7. Dagegen ist die busunabhängige interne Schnittstelle 8 jeweils identisch.
Der Adapter 7 lässt sich in drei Bereiche unterteilen: einen Bereich 7a mit softwaregesteuertem Mikrocontroller als Prozessor DPC31 (zusätzliche Intelligenz), eine galvanische Trennung 7b und einen jeweiligen an den externen Bus 2 angepassten Bustreiber 7c.
Der Mikrocontroller holt sich die von der Basiseinheit PMD erfassten und berechneten elektrischen Größen und übergibt diese an den galvanisch getrennten Bustreiber 7c, der ihn über eine an den externen Bus 2 angepasste Schnittstelle 9 an den externen Bus 2 ausgibt bzw. dort zur Verfügung stellt.
Der Adapter 7 ist also mit der Basiseinheit PMD über die vom jeweiligen externen Bus 2 unabhängige Schnittstelle 8 und mit dem jeweiligen externen Bus 2, für den der Adapter 7 ausgelegt ist, über eine an diesen Bus angepasste, also busabhängige Schnittstelle 9 verbunden.
2 zeigt die Darstellung von 1 mit einem differenzierter dargestellten Adapter 7. So ist die interne Schnittstelle 8 als serielle Schnittstelle UART ausgebildet, und der Adapter 7 verfügt hier über einen speziellen Kernprozessor 80C31. Die Datenübertragung in Richtung Bustreiber 7c erfolgt intern über eine zweite Schnittstelle 8a (ebenfalls eine serielle Schnittstelle UART). Der galvanisch getrennte Bustreiber 7c (hier ADM2486) ist über die externe Schnittstelle 9 (hier RS-485) mit einem PROFIBUS 2a als externem Bus 2 verbunden. Wie 2 zeigt, ist auch die Spannungsversorgung DCDC (Spannung 5V) des Bustreibers 7c galvanisch von der des Bereichs 7a getrennt. Zur Zustandsanzeige des Mikrocontrollers dienen LEDs 10; für dessen Takt sorgt ein Quarz 11. Die 3,3 V stehen für die Spannungsversorgung des Mikrocontrollers. Dieser ist mit verschiedenen Speichern 12 verbunden, welche über unterschiedliche Kommunikationsprotokolle Daten mit dem Mikrocontroller austauschen.
In 3 ist eine Basiseinheit PMD mit separat aufgestecktem (und damit wechselbarem) Adapter 7 dargestellt. Der Adapter 7 ist als ein auf das Gehäuse steckbares Modul 14 mit einer Anschlussbuchse 14a zum Anschließen des externen Busses 2 ausgebildet, hier des Profibusses 2a. 3 zeigt darüber hinaus noch eine Anschlussleiste 15 sowie Befestigungsmittel 16.

Claims

Einrichtung (1) zum Ermitteln und Ausgeben mindestens einer elektrischen Größe von analogen zeitabhängigen elektrischen Signalen in Form von mindestens einem zeitlichen Strom- und einem zeitlichen Spannungsverlauf, die an Messeingängen mit nachgeschalteten Digitalisierern anliegen, mit mindestens einem softwaregesteuerten Prozessor (6) zur Berechnung der Größe anhand der digitalisierten elektrischen Signale und mit einer Kommunikationsschnittstelle (9), über welche die Größe an jeweils einen von mehreren in Frage kommenden externen Bussen (2) ausgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) eine Basiseinheit (PMD) und einen busspezifischen Adapter (7) umfasst, dass die Basiseinheit (PMD) mit dem Adapter (7) über eine von dem zugehörigen externen Bus (2) unabhängige Schnittstelle (8) kommuniziert, wobei der Adapter (7) jeweils als Master und die Basiseinheit (PMD) als Slave arbeitet, und dass der Adapter (7) modulartig auswechselbar ist und mit dem zugehörigen externen Bus (2) über eine an diesen Bus (2) angepasste Schnittstelle (9) kommuniziert.
Einrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (7) auf die Einrichtung (1) aufsteckbar ist.
Einrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (7) eine galvanische Trennung vom externen Bus (2) aufweist.
Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (7) über eine zusätzliche Intelligenz in Form eines softwaregesteuerten Prozessors (DPC31) verfügt.
Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation mit der Einrichtung (1) mit dem Adapter (7) jeweils über dieselbe Schnittstelle (8) erfolgt, die nach Art einer Einheitsschnittstelle ausgebildet ist.