DE102011002038B3 - Filling level sensor for determination of filling level in toroidal container, has evaluation unit determining total filling level measurement value, and total filling level output outputting total filling level measurement values - Google Patents

Filling level sensor for determination of filling level in toroidal container, has evaluation unit determining total filling level measurement value, and total filling level output outputting total filling level measurement values Download PDF

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Abstract

The sensor (10) has a communication unit (22) receiving data packets with source information and single filling level measurement values at a communication input (24). The single filling level measurement values are read from the data packets, the source information assigned to storage and the received data packets are output at a communication output (26). An evaluation unit (20) determines a total filling level measurement value from the single filling level measurement values. A total filling level output (28) i.e. analog output, outputs the total filling level measurement values.

Description

Die Erfindung betrifft einen Füllstandssensor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a filling level sensor according to the preamble of claim 1.

Es gibt eine ganze Reihe bekannter Füllstandssensoren, die auf so unterschiedlichen Prinzipien wie einem mechanischen Schwimmer, der Erfassung des Mediums durch Kapazitätsänderung oder der Laufzeit elektromagnetischer Pulse beruhen. Bei den zuletzt genannten laufzeitbasierten Messverfahren wird wegen der unkontrollierten Wellenausbreitung häufig das Verfahren der Zeitbereichsreflektometrie (TDR, Time Domain Reflectometry) bevorzugt. Es basiert auf der Bestimmung von Laufzeiten eines elektromagnetischen Signals, um den Abstand einer Diskontinuität des Leitungswellenwiderstandes zu ermitteln, wie er an der Grenzfläche zwischen Luft und dem Medium auftritt, dessen Füllstand gemessen werden soll. Der Unterschied zum ebenfalls für Füllstandsanwendungen eingesetzten Radarprinzip besteht darin, dass die elektromagnetischen Wellen nicht ins Freie abgestrahlt, sondern entlang eines Leiters geführt werden.There are a number of known level sensors based on such different principles as a mechanical float, the detection of the medium by capacitance change, or the propagation time of electromagnetic pulses. In the case of the last-mentioned time-based measuring methods, time domain reflectometry (TDR) is often preferred because of uncontrolled wave propagation. It is based on the determination of propagation times of an electromagnetic signal to determine the distance of a continuity of the line wave resistance, as it occurs at the interface between air and the medium whose level is to be measured. The difference to the radar principle also used for level applications is that the electromagnetic waves are not emitted to the outside, but are guided along a conductor.

Besondere Herausforderungen stellt die Messung des Füllstandpegels bei einer unruhigen Oberfläche in einem bewegten Behälter. Dies tritt beispielsweise in Vorratsbehältern einer Abfüllanlage auf, die sich in Rotationsbewegung befinden und dabei die Flüssigkeit aufgrund der Trägheit an die Außenwand drängen. Dadurch entsteht im Zusammenhang mit dem teilweise hochdynamisch geregelten Zu- und Abfluss eine ständige, unregelmäßige Wellenbewegung. Die punktuelle Messung des Füllstandssensors ist dann nicht repräsentativ für den tatsächlichen Füllstandspegel, so dass der Füllstand nur mit großem Messfehler bestimmt wird.Special challenges are the measurement of the fill level on a turbulent surface in a moving container. This occurs, for example, in reservoirs of a bottling plant, which are in rotational motion and thereby urge the liquid due to the inertia of the outer wall. This creates in connection with the sometimes highly dynamic regulated inflow and outflow a constant, irregular wave motion. The punctual measurement of the level sensor is then not representative of the actual level, so that the level is determined only with a large measurement error.

Eine herkömmliche Lösung besteht darin, den Füllstand an mehreren Stellen mit Hilfe mehrerer über den Umfang des Vorratsbehälters verteilter Füllstandssensoren zu messen. Da hierbei die Füllstandssensoren die Drehbewegung mitvollziehen, muss die Messinformation über Schleifkontakte an eine zentrale Steuerung übermittelt werden.A conventional solution is to measure the level in several places by means of several level sensors distributed over the circumference of the reservoir. Since the level sensors detect the rotational movement, the measurement information must be transmitted via sliding contacts to a central control.

Mehrere Schleifkontakte sind wegen deren Verschleißanfälligkeit problematisch. Außerdem benötigen mehrere Füllstandssensoren eine entsprechende Anzahl von Anschlüssen an die zentrale Steuerung, die meist als SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) ausgeführt ist und bei der die Anzahl notwendiger Anschlüsse erneut zu höheren Kosten führt.Several sliding contacts are problematic because of their susceptibility to wear. In addition, several level sensors require a corresponding number of connections to the central control, which is usually designed as a PLC (programmable logic controller) and in which the number of necessary connections again leads to higher costs.

Aus diesen Gründen ist wünschenswert, die Messinformationen vorab zu konsolidieren und dann gebündelt über einen einzigen Schleifkontakt auszugeben. Dafür sind übliche Füllstandssensoren aber nicht ausgebildet. In einer herkömmlichen Konfiguration werden mehrere Füllstandssensoren, die auf Reed-Kontakten basieren, in Reihe geschaltet. Der kumulierte, von den lokalen Füllständen abhängige Widerstand wird von einem Zusatzgerät in einen äquivalenten Stromwert umgesetzt und so mittels des Schleifkontakts übertragen. Man braucht dabei nicht nur ein Zusatzgerät, sondern dieses Zusatzgerät muss zudem noch an die konkrete Konfiguration angepasst werden, insbesondere die Anzahl beteiligter Sensoren. Das ganze System ist fehleranfällig und unflexibel. Wird die Reihenschaltung unterbrochen, etwa weil einer der Sensoren ausfällt, so wird kein sinnvoller Messwert mehr erzeugt. Es gibt keinerlei Informationen über die Verteilung der einzelnen Messwerte oder über den Status der beteiligten Sensoren.For these reasons, it is desirable to pre-consolidate the measurement information and then output bundled over a single wiper. But usual level sensors are not designed for this purpose. In a conventional configuration, multiple level sensors based on reed contacts are connected in series. The cumulative resistance, which is dependent on the local fill levels, is converted by an auxiliary device into an equivalent current value and thus transmitted by means of the sliding contact. It not only needs an additional device, but this additional device must also be adapted to the specific configuration, in particular the number of sensors involved. The whole system is error prone and inflexible. If the series connection is interrupted, for example because one of the sensors fails, then no meaningful measured value is generated anymore. There is no information about the distribution of the individual measured values or about the status of the sensors involved.

Aus der US 2004/0052450 A1 ist eine optische Ringarchitektur bekannt. Dabei werden Sensoren, beispielsweise Kameras, mit Mikroprozessoren ausgestattet, die untereinander über bidirektionale Lichtleitfasern verbunden werden, um einen Kommunikationsring zu bilden.From the US 2004/0052450 A1 For example, an optical ring architecture is known. In this case, sensors, such as cameras, equipped with microprocessors, which are connected to each other via bidirectional optical fibers to form a communication ring.

Die DE 198 03 686 A1 beschreibt eine Kommunikation gleichberechtigter Stationen eines ringförmigen, seriellen Lichtwellenleiter-Busses. Darüber können Prozessdaten schnell und streng zeitzyklisch ausgetauscht werden.The DE 198 03 686 A1 describes a communication of equal stations of an annular, serial optical fiber bus. In addition, process data can be exchanged quickly and strictly time-cyclically.

In der DE 40 25 025 A1 wird ein synchronisiertes, rechnergestütztes digitales Messsystem mit mehreren verteilten Messstellen offenbart. Darin sendet ein Hauptknoten Synchronisierungsnachrichten an eine Mehrzahl von Nebenknoten, die durch Übertragungsstrecken zu einem Ring zusammengeschaltet sind.In the DE 40 25 025 A1 a synchronized, computer-aided digital measuring system with several distributed measuring points is disclosed. Therein, a master node sends synchronization messages to a plurality of slave nodes that are interconnected by transmission links to form a ring.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Füllstand bei lokal unterschiedlichem Pegel zu bestimmen.It is therefore an object of the invention to determine a level at locally different level.

Diese Aufgabe wird durch einen Füllstandssensor gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, den Füllstandssensor für eine Kommunikation im Ring mit anderen Füllstandssensoren auszurüsten. Der Füllstandssensor misst wie jeder in dem Ring beteiligte Füllstandssensor einen eigenen Einzelfüllstandsmesswert, und diese Einzelfüllstandsmesswerte werden dann über den Ring zwischen den teilnehmenden Füllstandssensoren ausgetauscht, indem Datenpakete von einem Vorgänger in dem Ring empfangen und an einen Nachfolger in dem Ring weitergereicht werden. Der Füllstandssensor entnimmt dem Datenpaket jeweils einen oder mehrere Einzelfüllstandsmesswerte sowie eine Quelleninformation, die der Identifikation des Ursprungs der Einzelfüllstandsmesswerte dient. Die Quelleninformation wird beispielsweise aus der Seriennummer des Füllstandssensors erzeugt. Aus den diversen Einzelfüllstandsmesswerten, die jeweils den lokalen Pegel des dort messenden Füllstandssensors enthalten, berechnet der Füllstandssensor einen Gesamtfüllstandsmesswert und stellt diesen an einem Gesamtfüllstandsausgang bereit. Der Gesamtfüllstandsmesswert ist beispielsweise der Mittelwert der Einzelfüllstandsmesswerte, wobei aber auch Gewichtungen denkbar sind, um bekannte Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des zu messenden Mediums auszugleichen.This object is achieved by a level sensor according to claim 1. The invention is based on the basic idea to equip the level sensor for communication in the ring with other level sensors. The level sensor, like each level sensor involved in the ring, measures its own single level reading, and these single level readings are then exchanged across the ring between the participating level sensors by receiving data packets from a predecessor in the ring and passing it on to a follower in the ring. The level sensor extracts one or more individual level measurement values from the data packet as well as source information which serves to identify the origin of the individual level measurement values. The source information becomes For example, generated from the serial number of the level sensor. From the various individual level readings, each containing the local level of the level sensor measuring there, the level sensor calculates a total level reading and provides it at a total level output. The total level measurement, for example, the average of the individual level readings, but also weights are conceivable to compensate for known irregularities of the surface of the medium to be measured.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass aufgrund der einfachen Ringstruktur keine Notwendigkeit besteht, ein Konzept für die Nutzung eines gemeinsamen Übertragungsmediums zu implementieren. Dadurch bleibt die Kommunikation sehr einfach und kann besonders kostengünstig umgesetzt werden.The invention has the advantage that due to the simple ring structure there is no need to implement a concept for the use of a common transmission medium. As a result, the communication remains very simple and can be implemented particularly cost-effectively.

Es ist erfindungsgemäß zwar denkbar, aber nicht zwingend erforderlich, dass ein Füllstandssensor in dem Ring die Rolle eines Kommunikationsmasters wie bei einem Bus übernimmt. Stattdessen wird vorzugsweise ein Kommunikationsring gleichberechtigter Teilnehmer (peer-to-peer) mit Punkt-zu-Punkt-Kommunikation aufgebaut. Jeder teilnehmende Füllstandssensor sammelt während des Betriebs fortlaufend alle erreichbaren Einzelfüllstandsmesswerte, berechnet den Gesamtfüllstandsmesswert und legt diesen an seinem Gesamtfüllstandsausgang bereit. Aus Sicht der teilnehmenden Füllstandssensoren spielt keine Rolle, ob ein Gesamtfüllstandsausgang überhaupt angeschlossen ist und welcher Füllstandssensor gegebenenfalls dafür ausgewählt wurde. Die Füllstandssensoren sind damit untereinander völlig gleichartig und austauschbar, und die Variantenvielfalt reduziert sich. Es entfällt jegliche Parametrierung der Füllstandssensoren, unabhängig von der Anzahl, der Position oder der Rolle in dem Ringverbund. Das System ist skalierbar und erlaubt flexible Anpassungen an die konkrete Anwendung, ohne dass anlagenseitig etwas geändert werden muss. Der Ringverbund verhält sich nach außen wie ein einziger Sensor. Es fällt in dem Steuerungsrechner trotz der mehreren teilnehmenden Füllstandssensoren kein zusätzlicher Rechen- oder Verarbeitungsaufwand an.Although it is conceivable according to the invention, it is not absolutely necessary for a filling level sensor in the ring to assume the role of a communications master, as in the case of a bus. Instead, preferably, a peer-to-peer communication ring is established using point-to-point communication. Each participating level sensor continuously accumulates all achievable single level readings during operation, calculates the total level reading, and provides it at its total level output. From the point of view of the participating level sensors, it does not matter if a total level output is connected at all and which level sensor has been selected for it. The level sensors are thus completely identical and interchangeable with each other, and the variety of variants is reduced. It eliminates any parameterization of the level sensors, regardless of the number, position or role in the ring composite. The system is scalable and allows flexible adaptation to the specific application without having to change anything on the system side. The ring composite behaves outward like a single sensor. There is no additional computational or processing effort in the control computer despite the multiple participating level sensors.

Die Kommunikationseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, anhand der empfangenen Datenpakete eine dynamische Liste aller an der Kommunikation teilnehmenden Füllstandssensoren aufzubauen und in der Liste jeweils zu jedem teilnehmenden Füllstandssensor dessen aktuellen Einzelfüllstandsmesswert zu speichern. Der Füllstandssensor braucht also keinerlei Vorab-Information über die Teilnehmer in dem Ringverbund. Die relevanten Informationen, wie Anzahl und Identität der Teilnehmer, deren Status und aktueller Messwert und dergleichen, werden unter gleichberechtigten Teilnehmern sukzessiv als dynamische Liste (Dictionary) aus den empfangenen Datenpaketen gewonnen. Damit wird der Einrichtungsaufwand erheblich reduziert.The communication unit is preferably configured to use the received data packets to build up a dynamic list of all the fill level sensors participating in the communication and to store the current single fill level reading in the list for each participating fill level sensor. The level sensor thus needs no advance information about the participants in the ring network. The relevant information, such as the number and identity of the participants, their status and current measured value and the like, are successively obtained as equitable participants as a dynamic list (Dictionary) from the received data packets. This considerably reduces the setup effort.

Die Kommunikationseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, die dynamische Liste dadurch aufzubauen und aktuell zu halten, dass bei Empfang eines ersten Datenpakets mit einer Quelleninformation eines bisher unbekannten Teilnehmers ein neuer Eintrag in der Liste angelegt und bei Empfang weitere Datenpakete mit Quelleninformationen bereits bekannter Teilnehmer der vorhandene Eintrag mit dem aktuellen Einzelfüllstandsmesswert überschrieben wird. So werden Datenpakete unabhängig davon richtig verarbeitet, ob der das Datenpaket sendende Teilnehmer bisher bekannt war oder nicht. Der Ringverbund organisiert sich selbst.The communication unit is preferably designed to build up the dynamic list and keep it up to date that upon receipt of a first data packet with source information of a previously unknown subscriber, a new entry is created in the list and upon receipt of further data packets with source information of already known subscribers the existing entry is overwritten with the current single level reading. Thus, data packets are processed correctly regardless of whether the data packet sending the subscriber was previously known or not. The Ringverbund organizes itself.

Die Kommunikationseinheit ist vorzugsweise dafür ausgebildet, die dynamische Liste in einem Datenpaket auszugeben und zu empfangen. Statt in einem Datenpaket nur den aktuellen Einzelmesswert des jeweils sendenden Füllstandssensors unterzubringen, werden in dieser bevorzugten Weiterbildung die Teile der dynamischen Listen oder sogar die gesamten dynamischen Listen ausgetauscht. Jeder Teilnehmer füttert damit die Kommunikation innerhalb des Ringverbunds mit zusätzlichen oder sogar allen ihm verfügbaren aktuellen Informationen über den ganzen Ringverbund. Eine mögliche Implementierung ist, dass stets nur ein einziges Datenpaket kreist, in dem jeder teilnehmende Füllstandssensor bei der Weitergabe Aktualisierungen vornimmt und aus dem sich jeder teilnehmende Füllstandssensor für die von ihm benötigten Informationen bedient.The communication unit is preferably designed to output and receive the dynamic list in a data packet. Instead of accommodating only the current individual measured value of the respective transmitting level sensor in a data packet, the parts of the dynamic lists or even the entire dynamic lists are exchanged in this preferred development. Each participant feeds the communication within the ring network with additional or even all current information available to him on the entire ring network. One possible implementation is that there is always only one data packet revolving in which each participating level sensor makes updates as it is relayed, and from which each participating level sensor makes use of the information it requires.

Das Datenpaket enthält bevorzugt einen Zeitstempel, wobei die Kommunikationseinheit dafür ausgebildet ist, die Zeitstempel bekannter und empfangener Einzelfüllstandsmesswerte zu vergleichen und jeweils nur die neuesten Einzelfüllstandsmesswerte zu verarbeiten. Anhand des Zeitstempels wird erkannt, wie aktuell ein Einzelfüllstandsmesswert ist. Möglicherweise standen dem Füllstandssensor schon von früheren Datenpaketen aktuellere Informationen zur Verfügung.The data packet preferably contains a time stamp, wherein the communication unit is designed to compare the time stamps of known and received single level measurement values and to process only the latest single level measurement values in each case. The timestamp is used to determine how current a single level reading is. It is possible that the level sensor has more recent information available from earlier data packages.

Die Kommunikationseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, Datenpakete mit einem Zeitstempel ab einem vorgegebenen Alter nicht mehr weiterzugeben. Damit wird verhindert, dass ein Datenpaket unnötige Kommunikationskapazitäten blockiert, obwohl dessen Informationen schon veraltet sind.The communication unit is preferably designed to no longer forward data packets with a time stamp from a predetermined age. This prevents a data packet from blocking unnecessary communication capacity even though its information is already outdated.

Die Kommunikationseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, ein wiederholt empfangenes Datenpaket nicht mehr weiterzugeben. Wenn ein Datenpaket ein zweites Mal empfangen wird, hat es jeden Teilnehmer in dem Ring bereits passiert, so dass dieses Datenpaket an keiner Stelle noch einen Informationsgewinn verspricht.The communication unit is preferably designed to no longer forward a repeatedly received data packet. When a data packet is received a second time, it has already passed each subscriber in the ring, so that this data package promises nowhere or an information gain.

Die Kommunikationseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, ein empfangenes Datenpaket nicht mehr weiterzugeben, wenn es die Quelleninformation des eigenen Füllstandssensors enthält. Dies stellt prinzipiell einen Spezialfall eines bereits bekannten Datenpakets dar. Solange jeder Teilnehmer zuverlässig dafür sorgt, dass die eigenen Datenpakete nur einmal durch den Ringverbund kreisen, sind die in den vorherigen Absätzen beschriebenen Maßnahmen deshalb überflüssig. Sie dienen aber einer redundanten Absicherung gegen unnötige Kommunikation. Der Füllstandssensor kann den Zeitschlitz für die nicht mehr erfolgte Weitergabe nutzen, ein neues, eigenes Datenpaket mit einem aktuellen Einzelfüllstandsmesswert zu generieren und in den Ringverbund auszugeben.The communication unit is preferably designed to no longer forward a received data packet if it contains the source information of its own fill level sensor. In principle, this represents a special case of an already known data packet. As long as each participant reliably ensures that their own data packets circulate only once through the ring network, the measures described in the preceding paragraphs are therefore superfluous. But they serve a redundant protection against unnecessary communication. The level sensor can use the time slot for the no longer passed on to generate a new, separate data package with a current single level reading and output in the ring network.

Die Kommunikationseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, Datenpakete auszugeben und zu empfangen, die zusätzliche Diagnosedaten enthalten. Zusätzlich zu dem Einzelfüllstandsmesswert werden dabei beispielsweise Ausfallmeldungen, Fehlermeldungen, Wartungsanforderungen oder Prüfsummen für die Integrität des Datenpakets ausgetauscht. Die Teilnehmer kennen dann nicht nur die diversen Einzelfüllstandsmesswerte, sondern auch die Status der übrigen Teilnehmer.The communication unit is preferably designed to output and receive data packets containing additional diagnostic data. In addition to the single level measurement, for example, failure messages, error messages, maintenance requests or checksums for the integrity of the data packet are exchanged. The participants then not only know the various individual level readings, but also the status of the other participants.

Die Kommunikationseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, zyklisch ein eigenes Datenpaket mit einem aktuellen Einzelfüllstandsmesswert des eigenen Sensors zu erzeugen und auszugeben. Beispielsweise wird alle 50 ms ein Datenpaket ausgegeben. Der Zyklus kann angepasst werden, um die Lücken zwischen den empfangenen und weiterzugebenden Datenpaketen für die Ausgabe neuer, eigener Datenpakete auszunutzen.The communication unit is preferably designed to cyclically generate and output its own data packet with a current single-level measured value of its own sensor. For example, a data packet is output every 50 ms. The cycle can be adapted to exploit the gaps between the received and to be forwarded data packets for the output of new, separate data packets.

Die Kommunikationseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, empfangene Datenpakete rasch weiterzugeben. Damit wird eine schnelle Kommunikation über den Ringverbund und somit eine kurze Ansprechzeit für die Erzeugung eines Gesamtfüllstandsmesswerts erreicht. Datenpakete können in wenigen Millisekunden und jedenfalls unterhalb von zehn Millisekunden weitergegeben werden.The communication unit is preferably designed to quickly forward received data packets. This achieves rapid communication via the ring network and thus a short response time for generating a total level measurement. Data packets can be forwarded within a few milliseconds and in any event within ten milliseconds.

Der Kommunikationseingang und der Kommunikationsausgang ist bevorzugt von den voneinander getrennten Kommunikationsleitungen eines IO-Link-Anschlusses gebildet.The communication input and the communication output is preferably formed by the separate communication lines of an IO-Link connection.

Der IO-Link ist an sich für eine bidirektionale Kommunikation ausgelegt und wird in dieser vorteilhaften Weiterbildung aufgetrennt. Die eingehende Kommunikationsverbindung des zuvor bidirektionalen Anschlusses wird mit einem Vorgänger-Füllstandssensor, die ausgehende Kommunikationsverbindung mit einem Nachfolger-Füllstandssensor verbunden. Damit kann die Ringkommunikation sehr einfach auf Basis eines bereits zuvor vorgesehenen IO-Link-Anschlusses realisiert werden. Die Teilnehmer arbeiten dabei zugleich als Repeater, so dass Reichweitenbegrenzungen des IO-Link-Protokolls von beispielsweise höchstens 20 m nicht mehr für den Ringverbund als Ganzen, sondern allenfalls noch den Abstand zwischen zwei teilnehmenden Füllstandssensoren gelten.The IO-Link is in itself designed for bidirectional communication and is separated in this advantageous development. The incoming communication link of the previously bidirectional port is connected to a preceding level sensor, the outgoing communication link to a successor level sensor. Thus, the ring communication can be realized very easily on the basis of an already previously provided IO-Link connection. At the same time, the subscribers work as repeaters, so that range limits of the IO-Link protocol of, for example, at most 20 m no longer apply to the ring network as a whole, but possibly even the distance between two participating level sensors.

Alternativ sind der Kommunikationseingang und der Kommunikationsausgang an eine gemeinsame Busleitung angeschlossen. Dadurch entsteht ein klassischer Ringbus. Dies ermöglicht ebenfalls die notwendige Kommunikation, erfordert aber vergleichsweise mehr Aufwand.Alternatively, the communication input and the communication output are connected to a common bus line. This creates a classic ring bus. This also allows the necessary communication, but requires relatively more effort.

Der Gesamtfüllstandsausgang ist bevorzugt ein Analogausgang, insbesondere ein 4–20 mA-Ausgang. Damit ist der gesamte Ringverbund, der über den Gesamtfüllstandsausgang eines teilnehmenden Füllstandssensors angeschlossen ist, abwärtskompatibel zu einem einzelnen Füllstandssensor, der seinen Messwert an einem entsprechenden Analogausgang bereitstellt.The total level output is preferably an analog output, in particular a 4-20 mA output. Thus, the entire ring assembly connected across the full level output of a participating level sensor is backward compatible with a single level sensor providing its reading at a corresponding analogue output.

Bevorzugt weist der Füllstandssensor einen Diagnoseausgang zur Ausgabe einer Diagnoseinformation über einen Ringverbund auf, an dem der Füllstandssensor teilnimmt. Damit können über den Gesamtfüllstandswert hinaus auch Status- und sonstige Informationen der Teilnehmer ausgegeben werden. Als Diagnoseausgang dient der vorhandene Gesamtfüllstandsausgang oder ein eigener, insbesondere digitaler Ausgang.The fill level sensor preferably has a diagnostic output for outputting diagnostic information via a ring connection, in which the fill level sensor participates. In addition to the overall level value, status and other information of the participants can be output. The diagnostic output is the existing total level output or a separate, in particular digital output.

Die Sensoreinheit weist bevorzugt einen Sender und einen Empfänger zum Aussenden und Empfangen eines elektromagnetischen Signals auf, insbesondere eines Mikrowellensignals, wobei die Auswertungseinheit dafür ausgebildet ist, den Einzelfüllstandsmesswert anhand einer Laufzeit des elektromagnetischen Signals bis zu einer Grenzfläche eines in dem Behälter befindlichen Mediums zu bestimmen. Derartige Radar- und TDR-Sensoren liefern besonders präzise und robuste Einzelfüllstandsmesswerte.The sensor unit preferably has a transmitter and a receiver for emitting and receiving an electromagnetic signal, in particular a microwave signal, wherein the evaluation unit is adapted to determine the single level reading based on a transit time of the electromagnetic signal up to an interface of a medium located in the container. Such radar and TDR sensors provide very precise and robust single level readings.

In vorteilhafter Weiterbildung ist ein Ringverbund mehrerer erfindungsgemäßer Füllstandssensoren vorgesehen, die jeweils über ihren Kommunikationseingang mit dem Kommunikationsausgang des Vorgängers und über ihren Kommunikationsausgang mit dem Kommunikationseingang des Nachfolgers ringförmig verbunden sind, wobei der Gesamtfüllstandsausgang mindestens eines Füllstandssensors mit einer übergeordneten Steuerung zum Auslesen des Gesamtfüllstandsmesswerts verbunden ist. Dieser Ringverbund bestimmt den Füllstand an mehreren Stellen als Einzelfüllstandsmesswert der teilnehmenden Füllstandssensoren, sammelt die einzelnen Messwerte mittels Kommunikation in dem Ringverbund, und gibt einen daraus berechneten Gesamtfüllstandsmesswert an eine übergeordnete Steuerung aus, etwa eine Anlagensteuerung, ein Messgerät oder eine Anzeige.In an advantageous embodiment, a ring network of several inventive level sensors is provided, which are each annularly connected via their communication input to the communication output of the predecessor and their communication output to the communication input of the successor, the total level output of at least one level sensor is connected to a higher-level control for reading the total level measurement , This ring compound determines the level multiple points as a single level reading of the participating level sensors, collects the individual measured values by means of communication in the ring network, and outputs a calculated total level measurement to a higher-level control, such as a plant control, a meter or a display.

Der Ringverbund ist bevorzugt an einem bewegten Behälter montiert, der Teil einer Abfüllanlage ist, wobei der Behälter insbesondere eine Drehbewegung ausführt, und wobei der Gesamtfüllstandsausgang über einen Schleifkontakt mit der nicht mitbewegten übergeordneten Steuerung verbunden ist. Das Messmedium in einem solchen Behälter ist unruhig und daher durch eine lokale, punktuelle Messung meist kein aussagekräftiger Füllstand bestimmbar. Der erfindungsgemäße Ringverbund ermöglicht dennoch eine robuste und genaue Messung des gesamten Füllstands durch Zusammenführung mehrerer Einzelmesswerte.The ring composite is preferably mounted on a moving container, which is part of a filling plant, wherein the container in particular performs a rotational movement, and wherein the overall level output is connected via a sliding contact with the non-moving superordinate control. The measuring medium in such a container is restless and therefore by a local, punctual measurement usually no meaningful level can be determined. The ring composite according to the invention nevertheless allows a robust and accurate measurement of the entire fill level by merging a plurality of individual measured values.

In einer alternativen Ausgestaltung zu einer selbstorganisierten Kommunikationsstruktur gleichberechtigter Teilnehmer erkennt derjenige Füllstandssensor, dessen Gesamtfüllstandsausgang mit der übergeordneten Steuerung verbunden ist, diese Verbindung bevorzugt selbsttätig und nimmt daraufhin die Rolle eines Kommunikationsmasters ein, wobei die übrigen Füllstandssensoren die Rolle von Kommunikationsslaves einnehmen.In an alternative embodiment to a self-organized communication structure equal participants recognizes the level sensor whose total level output is connected to the parent control, this connection preferably automatically and then takes the role of a communication master, the remaining level sensors take the role of communication slaves.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:The invention will be explained below with regard to further advantages and features with reference to the accompanying drawings with reference to embodiments. The figures of the drawing show in:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Füllstandssensors; und 1 a schematic sectional view of an embodiment of a level sensor according to the invention; and

2 eine schematische Blockdarstellung eines Ringverbundes von mehreren Füllstandssensoren gemäß 1 an einem torusförmigen Vorratsbehälter. 2 a schematic block diagram of a ring composite of several level sensors according to 1 on a toroidal reservoir.

1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Füllstandssensors 10. Der beispielhaft gezeigte Füllstandssensor 10 arbeitet nach dem TDR-Prinzip. Ebenso sind aber auch andere an sich bekannte Messprinzipien zur Bestimmung eines Füllstands denkbar, von denen einleitend einige genannt wurden. 1 shows an embodiment of a level sensor according to the invention 10 , The fill level sensor shown by way of example 10 works on the TDR principle. Likewise, however, other measuring principles known per se for determining a filling level are conceivable, some of which were mentioned in the introduction.

Der Füllstandssensor 10 weist eine Sonde 12, die in das Messmedium getaucht wird, und einen Sensorkopf 14 mit der erforderlichen Elektronik auf. An die Sonde 12 ist ein Sender 16 zum Einkoppeln von Mikrowellenpulsen sowie ein Empfänger 18 zum Empfangen von Signalen der Sonde 12 und Umwandeln in ein elektronisches Signal angeschlossen. Eine Auswertungseinheit 20 steuert den Sender 16 und bestimmt die Signallaufzeit zwischen dem Absenden eines Mikrowellenpulses und dem Empfang eines Empfangspulses von einer Grenzfläche des zu messenden Mediums. Daraus wird über die Lichtgeschwindigkeit ein Messwert für den Füllstand des Mediums abgeleitet. Weitere Elektronik, wie Verstärker oder Sendersteuerungen, ist in 1 zur Vereinfachung weggelassen.The level sensor 10 has a probe 12 , which is immersed in the measuring medium, and a sensor head 14 with the required electronics on. To the probe 12 is a transmitter 16 for coupling microwave pulses and a receiver 18 for receiving signals from the probe 12 and converting to an electronic signal. An evaluation unit 20 controls the transmitter 16 and determines the signal propagation time between the transmission of a microwave pulse and the reception of a reception pulse from an interface of the medium to be measured. From this, a measured value for the level of the medium is derived via the speed of light. Other electronics, such as amplifiers or transmitter controls, is in 1 omitted for simplicity.

Eine Kommunikationseinheit 22 ist mit der Auswertungseinheit 20 sowie mit einem Kommunikationseingang 24 und einem Kommunikationsausgang 26 verbunden. Über die Kommunikationsanschlüsse 24, 26 werden Datenpakete von anderen Füllstandssensoren empfangen und an andere Füllstandssensoren weitergeleitet. Vorzugsweise sind die Kommunikationsanschlüsse 24, 26 dadurch realisiert, dass ein standardisierter IO-Link-Port aufgetrennt wird, so dass ein Pin als Kommunikationseingang 24 und der andere Pin als Kommunikationsausgang 26 benutzt wird. Damit wird die IO-Link-Physik eingesetzt, um die OSI-Schicht 1 zu realisieren, und somit finden standardisierte Ausgangstreiber für die Erzeugung der binären Signale zum Datenaustausch Verwendung. Um die Störsicherheit der Übertragung zu verbessern, können zum Senden Push/Pull-Stufen verwendet werden.A communication unit 22 is with the evaluation unit 20 as well as with a communication input 24 and a communication output 26 connected. Via the communication connections 24 . 26 Data packets from other level sensors are received and forwarded to other level sensors. Preferably, the communication ports are 24 . 26 realized by a standardized IO-Link port is split, so that a pin as a communication input 24 and the other pin as the communication output 26 is used. This uses the IO-Link physics to the OSI layer 1 to realize, and thus find standardized output drivers for the generation of binary signals for data exchange use. In order to improve the interference immunity of the transmission, push / pull stages can be used for transmission.

Die Auswertungseinheit berechnet mit Hilfe der Informationen aus den Datenpaketen und ihres eigenen Messwerts einen Gesamtmesswert und gibt diesen an einem Ausgang 28 aus, der vorzugsweise als 4-20 mA Analogausgang ausgebildet ist. Ein weiterer Ausgang 30, insbesondere ein Digitalausgang, kann vorgesehen sein, um Diagnosedaten auszugeben.Using the information from the data packets and their own measured value, the evaluation unit calculates an overall measured value and outputs it to an output 28 out, which is preferably designed as a 4-20 mA analog output. Another exit 30 , in particular a digital output, may be provided to output diagnostic data.

2 zeigt einen Ringverbund von mehreren, hier beispielhaft vier Füllstandssensoren 10a–d, die verteilt an einem torusförmigen Vorratsbehälter 32 einer Abfüllanlage angebracht sind. Der Vorratsbehälter 32 befindet sich in Rotationsbewegung. Deshalb entsteht aufgrund von Wellenbewegungen und dergleichen eine unruhige Oberfläche der Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter 32, die zudem aufgrund der Zentrifugalkräfte nach außen gedrängt wird. Wegen dieser Dynamik lässt sich der Füllstand in dem Vorratsbehälter 32 mit einer Punktmessung nicht zuverlässig bestimmen, sondern es werden mehrere lokale Messungen der Füllstandssensoren 10a–d zusammengeführt. 2 shows a ring network of several, here four exemplary level sensors 10a -D, which is distributed on a toroidal storage container 32 a bottling plant are attached. The storage tank 32 is in rotational motion. Therefore, due to wave motions and the like, a rough surface of the liquid in the reservoir is generated 32 , which is also forced outward due to centrifugal forces. Because of this dynamic, the level in the reservoir can be 32 with a point measurement not reliably determine, but there are several local measurements of the level sensors 10a -D merged.

Die Füllstandssensoren 10a–d sind an dem Vorratsbehälter 32 montiert und vollziehen demnach die Drehbewegung mit. Untereinander sind die Füllstandssensoren 10a–d jeweils von Kommunikationsausgang 26 zu Kommunikationseingang 24 zu einem Ringverbund zusammengeschlossen. Der Ausgang 28 eines der Füllstandssensoren 10d ist über einen nur grob angedeuteten Schleifkontakt an eine übergeordnete Steuerung angeschlossen.The level sensors 10a -D are at the reservoir 32 mounted and therefore carry out the rotation with. One behind the other are the level sensors 10a -D each from communication output 26 to communication input 24 to a Ring composite joined together. The exit 28 one of the level sensors 10d is connected via a only roughly indicated sliding contact to a higher-level control.

Die Füllstandssensoren 10a–d kommunizieren über den Ringverbund mit Hilfe von Datenpaketen 36. Jeder teilnehmende Füllstandssensor 10a–d erzeugt Datenpakete 36, die zumindest eine Quelleninformation und eine Messinformation enthalten. Beispielsweise enthält jedes Datenpaket 36 eine Paketkennung, Prozessdaten und eine Prüfsumme. Die Paketkennung ist so ausgestaltet, dass das Datenpaket 36 eindeutig dem sendenden Füllstandssensor 10a zugeordnet werden kann. Dazu wird beispielsweise eine eindeutige Seriennummer der Füllstandssensoren 10a–d verwendet. Weiterhin kann die Paketkennung eine laufende Nummer enthalten, die das Datenpaket 36 identifiziert.The level sensors 10a -D communicate via the ring network using data packets 36 , Each participating level sensor 10a -D generates data packets 36 containing at least source information and measurement information. For example, contains each data packet 36 a packet identifier, process data and a checksum. The packet identifier is designed in such a way that the data packet 36 clearly the sending level sensor 10a can be assigned. For this purpose, for example, a unique serial number of the level sensors 10a -D used. Furthermore, the packet identifier may contain a serial number containing the data packet 36 identified.

Die Prozessdaten umfassen in erster Linie einen Füllstandswert. Dabei handelt es sich um den selbst gemessenen Füllstandswert, optional aber auch bekannte weitere Füllstandswerte von anderen teilnehmenden Füllstandssensoren 10a–d. Außerdem können mit dem Datenpaket 36 zusätzliche Informationen, wie Fehlerzustände oder Warnungen übertragen werden.The process data primarily includes a level value. This is the self-measured fill level value, but optionally also known further fill level values of other participating fill level sensors 10a d. Moreover, with the data package 36 additional information such as error conditions or warnings are transmitted.

Die Prüfsumme stellt einen datenpaketspezifischen Wert dar, mit dem die Konsistenz des Datenpakets 36 überprüft oder ein korruptes Datenpaket 36 repariert werden kann. Möglichkeiten der Prüfsumme sind CRC-Prüfungen oder andere Prüfsummen, die beispielsweise aus einer logischen Verknüpfung der einzelnen Bits des Datenpakets 36 entstehen. Die einzelnen Bytes des Datenpakets 36 können mit einem Paritätsbit abgesichert werden.The checksum represents a data package-specific value that determines the consistency of the data packet 36 checked or a corrupt data packet 36 can be repaired. Possibilities of the checksum are CRC checks or other checksums, for example, from a logical combination of the individual bits of the data packet 36 arise. The individual bytes of the data packet 36 can be secured with a parity bit.

Um eine eindeutige Synchronisation zwischen den teilnehmenden Füllstandssensoren 10a–d herzustellen, kann es sinnvoll sein, das Gesamtpaket mit einer Start- und Endkennung zu versehen, die eindeutig ist und im Datenstrom der variablen Daten nicht vorkommen kann. Eine Synchronisation kann wegen der asynchron arbeitenden teilnehmenden Füllstandssensoren 10a–d erforderlich werden. Beispielsweise könnte ein Füllstandssensor 10a–d einen Reset erfahren, oder die Füllstandssensoren 10a–d erwachen zu unterschiedlichen Zeitpunkten aus einem Reset, und ein Füllstandssensor 10a–d empfängt deshalb nur einen Teil eines Datenpakets 36. Weiterhin können sehr starke Störungen auf den Kommunikationsleitungen dazu führen, dass eine scheinbare Start-Bedingung eines Bytes ausgelöst wird.For a clear synchronization between the participating level sensors 10a -D, it may be useful to provide the whole package with a start and end identifier that is unique and can not occur in the variable data stream. Synchronization may be due to the asynchronous participating level sensors 10a -D required. For example, a level sensor could 10a -D get a reset, or the level sensors 10a -Wake at different times from a reset, and a level sensor 10a Therefore, -d only receives part of a data packet 36 , Furthermore, very strong interference on the communication lines can cause an apparent start condition of a byte to be triggered.

Jeder Füllstandssensor 10a–d sendet eigene Datenpakete 36 mit dem zuletzt gemessenen Füllstandswert, beispielsweise zyklisch alle 50 ms. Darüber hinaus werden empfangene Datenpakete 36 ausgewertet und rasch, innerhalb von wenigen Millisekunden weitergeleitet. Das Datenpaket 36 wird auf Konsistenz geprüft und, soweit erforderlich und möglich, mit Hilfe der Prüfsumme korrigiert. Korrupte Datenpakete 36 werden verworfen.Each level sensor 10a -D sends its own data packets 36 with the last measured level value, for example cyclically every 50 ms. In addition, received data packets 36 evaluated and quickly forwarded within a few milliseconds. The data package 36 is checked for consistency and, if necessary and possible, corrected with the help of the checksum. Corrupt data packets 36 are discarded.

Mit dieser Kommunikation sind je nach Anzahl teilnehmender Füllstandssensoren 10a–d Gesamtzykluszeiten, in denen also alle erforderlichen Informationen über den Ringverbund aktualisiert wurden, von einigen 100 ms oder noch weniger realisierbar. Dies führt zu Ansprechzeiten für aktualisierte Gesamtfüllstandsmesswerte an dem Ausgang 28 in ähnlicher Größenordnung.With this communication, depending on the number of participating level sensors 10a -D total cycle times, in which all required information was updated via the ring network, of a few 100 ms or even less. This results in response times for updated total level readings at the output 28 in a similar order of magnitude.

Empfängt ein Füllstandssensor 10a–d ein eigenes Datenpaket 36, so hat es den Ringverbund einmal vollständig passiert und wird deshalb nicht mehr weitergegeben. Das gleiche gilt vorzugsweise für jedes bereits bekannte Datenpaket 36 gleich welchen Ursprungs. Wird nämlich beispielsweise die Paketkennung aufgrund von Übertragungsfehlern verändert, erkennt kein Füllstandssensor 10a–d das Datenpaket 36 noch als sein eigenes. Nochmals eine weitere Alternative, um die Ringkommunikation von nicht mehr benötigten Datenpaketen 36 zu befreien, ist ein Zeitstempel für jedes Datenpaket 36, wobei Datenpakete mit einem gewissen Alter nicht mehr weitergegeben werden.Receives a level sensor 10a -D your own data package 36 , so it has the ring compound once completely happened and is therefore no longer passed. The same is preferably true for any already known data packet 36 of whatever origin. If, for example, the packet identifier is changed due to transmission errors, no level sensor detects 10a -D the data packet 36 still as his own. Yet another alternative to the ring communication of no longer needed data packets 36 Freeing is a timestamp for each data packet 36 , whereby data packets with a certain age are no longer passed on.

Jeder Füllstandssensor 10a–d führt eine dynamische Liste, in der die übrigen teilnehmenden Füllstandssensoren 10a–d aufgeführt sind. Zu jedem Füllstandssensor 10a–d wird von der Auswertungseinheit 20 dessen gemessener Füllstandswert und etwaige weitere Zustandsdaten gespeichert, die das Datenpaket 36 enthält. Diese Liste wird jeweils um einen Eintrag erweitert, wenn ein Datenpaket 36 eines bisher unbekannten Teilnehmers empfangen wird. Datenpakete 36 eines bereits bekannten Teilnehmers werden genutzt, um dessen Informationen und insbesondere dessen Füllstandsmesswert zu aktualisieren. Jeder Füllstandssensor 10a–d hat somit die vollständige Information über die anderen Teilnehmer, deren Messwerte und deren Status.Each level sensor 10a -D keeps a dynamic list of the remaining participating level sensors 10a -D are listed. To every level sensor 10a -D is from the evaluation unit 20 its measured level value and any other status data stored that the data packet 36 contains. This list is extended by one entry each, if a data packet 36 a previously unknown participant is received. data packets 36 an already known subscriber are used to update its information and in particular its fill level reading. Each level sensor 10a Thus d has complete information about the other participants, their measurements and their status.

Die Auswertungseinheit 20 in jedem Füllstandssensor 10a–d berechnet aus den Füllstandsmesswerten einen Gesamtfüllstand in dem Vorratsbehälter 32, beispielsweise durch einfache oder gewichtete Mittelwertbildung. Diverse Filter, etwa um unterschiedliche Behältergeometrien, Ab- und Zuläufe, Sensortypen, Sondenlängen und ähnliches zu erfassen, können sowohl individuell in jedem Füllstandssensor 10a–d vor Absenden eines Datenpakets 36 als auch während der Mittelwertbildung angewandt werden. Beispielsweise ist bei einer Abfüllanlage bekannt, dass im Bereich der Abflüsse des Abfüllrings ein niedrigerer, von der Abfüllgeschwindigkeit abhängiger Füllstandswert gemessen wird, und dies kann ein Filter ausgleichen.The evaluation unit 20 in every level sensor 10a -D calculates a total level in the reservoir from the level measurements 32 , for example, by simple or weighted averaging. Various filters, for example to detect different container geometries, outlets and inlets, sensor types, probe lengths and the like, can be individually in each level sensor 10a -D before sending a data packet 36 as well as during averaging. For example, it is known in a bottling plant that in the region of the outflows of the filling ring, a lower, dependent on the filling speed level value is measured, and this can compensate for a filter.

Der Ringverbund ist in der Lage, trotz verschiedener auftretender Fehler zumindest noch einen Gesamtfüllstand geringerer Genauigkeit auszugeben. Wenn beispielsweise der Ring an einer Stelle unterbrochen ist, kann das noch verbundene Ringsegment weiterarbeiten. Jeder Füllstandssensor 10a–d sendet deshalb vorzugsweise seine Datenpakete 36 auch dann, wenn er selbst nichts mehr empfängt. Dann besteht die Chance, dass bei dem mit der übergeordneten Steuerung verbundenen Füllstandssensor 10d noch Datenpakete 36 ankommen. Selbst wenn bei diesem Füllstandssensor 10d gar keine Datenpakete 36 mehr ankommen, kann zumindest noch ein Füllstand aufgrund der eigenen Messung an dem Ausgang 28 ausgegeben werden. Damit bleibt die Anlage betriebsfähig, wenn auch mit verringerter Prozessgüte.The ring composite is able to output at least one more total level of lower accuracy despite various errors occurring. For example, if the ring is interrupted at one point, the still connected ring segment can continue working. Each level sensor 10a Therefore, -d preferably transmits its data packets 36 even if he himself receives nothing. Then there is a chance that the level sensor connected to the higher-level controller 10d still data packets 36 Arrive. Even if this level sensor 10d no data packets at all 36 arrive more, at least one more level due to its own measurement at the output 28 be issued. The system thus remains operational, albeit with a reduced process quality.

Werden von einem Füllstandssensor 10a–d nur noch korrupte Datenpakete 36 empfangen, so kann dieser Füllstandssensor 10a–d in der dynamischen Liste inaktiv gesetzt und der Mittelwert dennoch aus den übrigen Messwerten gebildet werden.Are from a level sensor 10a -D only corrupt data packets 36 receive, so this level sensor 10a -D are set inactive in the dynamic list and the mean value is nevertheless formed from the other measured values.

Derartige Fehlerzustände können auf dem Diagnoseausgang 30 an die übergeordnete Steuerung gemeldet werden. Diese weiß dann, dass die Messfunktion nur noch eingeschränkt oder gar nicht mehr zur Verfügung steht. Ein entsprechendes Fehlersignal kann auch über den Ausgang 28 ausgegeben werden, etwa als Fail-high oder Fail-low. Das System ermöglicht durch den eingeschränkten Betrieb eine erhöhte Verfügbarkeit der Anlage. Erforderliche Reparaturen können in ohnehin vorgesehene Wartungszeiten verlagert werden. Ist gar kein Betrieb mehr möglich, so wird dies sofort entsprechend gemeldet.Such error conditions can be on the diagnostic output 30 be reported to the higher-level control. This then knows that the measurement function is limited or no longer available. A corresponding error signal can also be output 28 output as fail-high or fail-low. The system allows increased availability of the system due to limited operation. Required repairs can be moved to scheduled maintenance times. If no operation is possible any more, this will be reported immediately.

Ist ein zusätzlicher digitaler Diagnoseausgang 30 vorgesehen, so wird dessen Kommunikationsleitung üblicherweise in einem Kabel mit dem Analoganschluss an den Ausgang 28 verlegt. Dann sollte die Bitdarstellung beziehungsweise Modulation so gestaltet werden, dass die durch kapazitive Einkopplung von der digitalen Kommunikationsleitung auf die Analogleitung verursachten Störungen im Mittel verschwinden. Auch sollte die Flankensteilheit der digitalen Treiber so gering wie möglich sein.Is an additional digital diagnostic output 30 provided, its communication line is usually in a cable with the analog connection to the output 28 laid. Then the bit representation or modulation should be designed so that the interference caused by capacitive coupling of the digital communication line to the analog line disappear on average. Also, the slew rate of the digital drivers should be as low as possible.

Alternativ zu der bisher beschriebenen Ringkommunikation unter gleichberechtigten Teilnehmern könnte auch einer der Füllstandssensoren 10a–d zum Master werden. Die Masterrolle übernimmt vorzugsweise derjenige Füllstandssensor 10d, der an der Impedanz an seinem Ausgang 28 erkennt, dass eine Verbindung zu einer übergeordneten Steuerung besteht. Nochmals alternativ kann anstelle der Verbindung über eine getrennte IO-Link-Schnittstelle eine gemeinsame Busleitung verwendet werden, um die Füllstandssensoren 10a–d miteinander zu einem Ring zu verbinden.As an alternative to the previously described ring communication among equal participants, one of the level sensors could also be used 10a -D become a master. The master roll preferably takes over that level sensor 10d that is due to the impedance at its output 28 detects that there is a connection to a higher-level controller. As another alternative, instead of the connection via a separate IO-Link interface, a common bus line can be used to connect the level sensors 10a -D to join together to form a ring.

Claims (19)

Füllstandssensor (10) zur Bestimmung des Füllstands in einem Behälter (32), mit einer Sensoreinheit (12, 16, 18) zur Erzeugung einer von dem Füllstand abhängigen Messgröße und mit einer Auswertungseinheit (20), die dafür ausgebildet ist, aus der Messgröße einen Einzelfüllstandsmesswert für den Füllstand zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandssensor (10) einen Kommunikationseingang (24) zum Anschluss eines Vorgängers in einem Ringverbund mehrerer Füllstandssensoren (10a–d), einen Kommunikationsausgang (26) zum Anschluss eines Nachfolgers in dem Ringverbund und eine Kommunikationseinheit (22) aufweist, die dafür ausgebildet ist, an dem Kommunikationseingang (24) Datenpakete (36) mit mindestens einer Quelleninformation und mindestens einem Einzelfüllstandsmesswert zu empfangen, Einzelfüllstandsmesswerte aus dem Datenpaket (36) auszulesen und deren Quelleninformation zugeordnet zu speichern sowie empfangene Datenpakete (36) an dem Kommunikationsausgang (26) auszugeben, dass in der Auswertungseinheit (20) aus den Einzelfüllstandsmesswerten ein Gesamtfüllstandsmesswert bestimmbar ist und dass der Füllstandssensor (10) einen Gesamtfüllstandsausgang (28) umfasst, um den Gesamtfüllstandsmesswert auszugeben.Level sensor ( 10 ) for determining the level in a container ( 32 ), with a sensor unit ( 12 . 16 . 18 ) for generating a dependent of the level measurement and with an evaluation unit ( 20 ), which is designed to determine from the measurand a single fill level measurement for the fill level, characterized in that the fill level sensor ( 10 ) a communication input ( 24 ) for connecting a predecessor in a ring network of several level sensors ( 10a -D), a communication output ( 26 ) for connecting a successor in the ring network and a communication unit ( 22 ), which is adapted to the communication input ( 24 ) Data packets ( 36 ) with at least one source information and at least one single level measurement value, single level measurement values from the data packet ( 36 ) and to store the associated source information and received data packets ( 36 ) at the communication output ( 26 ) that in the evaluation unit ( 20 ) a total level measurement value can be determined from the individual level measurements and that the level sensor ( 10 ) a total level output ( 28 ) to output the total level measurement. Füllstandssensor (10) nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationseinheit (22) dafür ausgebildet ist, anhand der empfangenen Datenpakete (36) eine dynamische Liste aller an der Kommunikation teilnehmenden Füllstandssensoren (10a–d) aufzubauen und in der Liste jeweils zu jedem teilnehmenden Füllstandssensor (10a–d) dessen aktuellen Einzelfüllstandsmesswert zu speichern.Level sensor ( 10 ) according to claim 1, wherein the communication unit ( 22 ) is designed to be based on the received data packets ( 36 ) a dynamic list of all filling level sensors participating in the communication ( 10a -D) and in the list to each participating level sensor ( 10a -D) to store its current single level reading. Füllstandssensor (10) nach Anspruch 2, wobei die Kommunikationseinheit (22) dafür ausgebildet ist, die dynamische Liste dadurch aufzubauen und aktuell zu halten, dass bei Empfang eines ersten Datenpakets (36) mit einer Quelleninformation eines bisher unbekannten Teilnehmers (10a–d) ein neuer Eintrag in der Liste angelegt und bei Empfang weitere Datenpakete (36) mit Quelleninformationen bereits bekannter Teilnehmer (10a–d) der vorhandene Eintrag mit dem aktuellen Einzelfüllstandsmesswert überschrieben wird.Level sensor ( 10 ) according to claim 2, wherein the communication unit ( 22 ) is designed to build the dynamic list and keep it up to date that upon receipt of a first data packet ( 36 ) with source information of a previously unknown participant ( 10a -D) a new entry is created in the list and upon receipt further data packets ( 36 ) with source information of already known participants ( 10a -D) the existing entry is overwritten with the current single-level measurement value. Füllstandssensor (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Kommunikationseinheit (22) dafür ausgebildet ist, die dynamische Liste in einem Datenpaket (36) auszugeben und zu empfangen.Level sensor ( 10 ) according to claim 2 or 3, wherein the communication unit ( 22 ) is designed to store the dynamic list in a data packet ( 36 ) to spend and receive. Füllstandssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Datenpaket (36) einen Zeitstempel enthält, und wobei die Kommunikationseinheit (22) dafür ausgebildet ist, die Zeitstempel bekannter und empfangener Einzelfüllstandsmesswerte zu vergleichen und jeweils nur die neuesten Einzelfüllstandsmesswerte zu verarbeiten. Level sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the data packet ( 36 ) contains a timestamp, and wherein the communication unit ( 22 ) is adapted to compare the time stamps of known and received single level measurements and to process only the latest single level measurements. Füllstandssensor (10) nach Anspruch 5, wobei die Kommunikationseinheit (22) dafür ausgebildet ist, Datenpakete (36) mit einem Zeitstempel ab einem vorgegebenen Alter nicht mehr weiterzugeben.Level sensor ( 10 ) according to claim 5, wherein the communication unit ( 22 ) is designed to store data packets ( 36 ) with a time stamp from a given age no longer pass. Füllstandssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationseinheit (22) dafür ausgebildet ist, ein wiederholt empfangenes Datenpaket (36) nicht mehr weiterzugeben.Level sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the communication unit ( 22 ) is adapted to receive a repeatedly received data packet ( 36 ) no longer pass. Füllstandssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationseinheit (22) dafür ausgebildet ist, ein empfangenes Datenpaket (36) nicht mehr weiterzugeben, wenn es die Quelleninformation des eigenen Füllstandssensors (10) enthält.Level sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the communication unit ( 22 ) is adapted to receive a received data packet ( 36 ) when the source information of its own level sensor ( 10 ) contains. Füllstandssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationseinheit (22) dafür ausgebildet ist, Datenpakete (36) auszugeben und zu empfangen, die zusätzliche Diagnosedaten enthalten.Level sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the communication unit ( 22 ) is designed to store data packets ( 36 ) and receive additional diagnostic data. Füllstandssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationseinheit (22) dafür ausgebildet ist, zyklisch ein eigenes Datenpaket (36) mit einem aktuellen Einzelfüllstandsmesswert des eigenen Sensors (10) zu erzeugen und auszugeben.Level sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the communication unit ( 22 ) is designed to cycle its own data packet ( 36 ) with a current single level measurement of the own sensor ( 10 ) to generate and output. Füllstandssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationseinheit (22) dafür ausgebildet ist, empfangene Datenpakete (36) rasch weiterzugeben.Level sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the communication unit ( 22 ) is adapted to receive received data packets ( 36 ) to pass on quickly. Füllstandssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kommunikationseingang (24) und der Kommunikationsausgang (26) von den voneinander getrennten Kommunikationsleitungen eines IO-Link-Anschlusses gebildet ist.Level sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the communication input ( 24 ) and the communication output ( 26 ) is formed by the separate communication lines of an IO-Link connection. Füllstandssensor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Kommunikationseingang (24) und der Kommunikationsausgang (26) an eine gemeinsame Busleitung angeschlossen sind.Level sensor ( 10 ) according to one of claims 1 to 11, wherein the communication input ( 24 ) and the communication output ( 26 ) are connected to a common bus line. Füllstandssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gesamtfüllstandsausgang (28) ein Analogausgang ist, insbesondere ein 4–20 mA-Ausgang.Level sensor ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the total level output ( 28 ) is an analogue output, in particular a 4-20 mA output. Füllstandssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen Diagnoseausgang (30) zur Ausgabe einer Diagnoseinformation über einen Ringverbund aufweist, an dem der Füllstandssensor (10) teilnimmt.Level sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, which has a diagnostic output ( 30 ) for outputting diagnostic information via a ring connection, on which the filling level sensor ( 10 ) participates. Füllstandssensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (12, 16, 18) einen Sender (16) und einen Empfänger (18) zum Aussenden und Empfangen eines elektromagnetischen Signals aufweist, insbesondere eines Mikrowellensignals, und wobei die Auswertungseinheit (20) dafür ausgebildet ist, den Einzelfüllstandsmesswert anhand einer Laufzeit des elektromagnetischen Signals bis zu einer Grenzfläche eines in dem Behälter (32) befindlichen Mediums zu bestimmen.Level sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor unit ( 12 . 16 . 18 ) a transmitter ( 16 ) and a receiver ( 18 ) for emitting and receiving an electromagnetic signal, in particular a microwave signal, and wherein the evaluation unit ( 20 ) is adapted to measure the single level measurement based on a transit time of the electromagnetic signal up to an interface of one in the container ( 32 ) to determine medium. Ringverbund mehrerer Füllstandssensoren (10a–d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Füllstandssensoren (10a–d) jeweils über ihren Kommunikationseingang (24) mit dem Kommunikationsausgang (26) des Vorgängers und über ihren Kommunikationsausgang (26) mit dem Kommunikationseingang (24) des Nachfolgers ringförmig verbunden sind, und wobei der Gesamtfüllstandsausgang (28) mindestens eines Füllstandssensors (10d) mit einer übergeordneten Steuerung zum Auslesen des Gesamtfüllstandsmesswerts verbunden ist.Ring compound of several level sensors ( 10a D) according to one of the preceding claims, wherein the level sensors ( 10a -D) in each case via their communication input ( 24 ) with the communication output ( 26 ) of the predecessor and via its communication output ( 26 ) with the communication input ( 24 ) of the successor are annularly connected, and wherein the total level output ( 28 ) at least one level sensor ( 10d ) is connected to a superordinate controller for reading the total level reading. Ringverbund nach Anspruch 17, wobei der Ringverbund an einem bewegten Behälter (32) montiert ist, der Teil einer Abfüllanlage ist, wobei der Behälter (32) insbesondere eine Drehbewegung ausführt, und wobei der Gesamtfüllstandsausgang über einen Schleifkontakt mit der nicht mitbewegten übergeordneten Steuerung verbunden ist.Ring composite according to claim 17, wherein the ring composite on a moving container ( 32 ), which is part of a filling plant, wherein the container ( 32 ) performs in particular a rotational movement, and wherein the total level output is connected via a sliding contact with the non-moving superordinate control. Ringverbund nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Füllstandssensor (10d), dessen Gesamtfüllstandsausgang mit der übergeordneten Steuerung verbunden ist, diese Verbindung selbsttätig erkennt und daraufhin die Rolle eines Kommunikationsmasters einnimmt, wobei die übrigen Füllstandssensoren (10a–c) die Rolle von Kommunikationsslaves einnehmen.Ring assembly according to claim 17 or 18, wherein the level sensor ( 10d ), whose total level output is connected to the higher-level control, recognizes this connection automatically and then assumes the role of a communications master, the remaining level sensors ( 10a -C) assume the role of communication slaves.
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