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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen und Ausgeben von Messwerten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Vorrichtungen sind überall dort anwendbar, wo Messwerte, insbesondere von Sensoren aufgenommene Messwerte, als analoge Signale erfasst und in digitalisierter Form an ein übergeordnetes System übermittelt werden sollen.
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Herkömmliche Vorrichtungen weisen dafür eine Eingangsschnittstelle auf, an die ein Sensor, der analoge Sensor-Signale ausgibt, angeschlossen werden kann. Die Eingangsschnittstelle ist mit einem Wandler, z. B. einem herkömmlichen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler), zum Umwandeln von analogen Sensor-Signalen in digitale Ausgangs-Signale verbunden. Die analogen Sensor-Signale übertragen dabei die aufgenommenen Messwerte in analoger Form und die digitalen Ausgangs-Signale einen entsprechenden digital verarbeiteten Messwert. Über eine ebenfalls vorgesehene Kommunikations-Schnittstelle können die digitalen Ausgangs-Signale zur weiteren Verarbeitung an externe Systeme ausgegeben werden. Herkömmlicherweise ist dabei für jeden Sensor eine derartige Vorrichtung vorgesehen, die an die jeweilige Art und Funktion des Sensors angepasst ist, wobei mehrere Vorrichtungen zum Auslesen mehrerer Sensoren seriell oder parallel zueinander geschaltet werden können.
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Die
DE 10 2006 054 421 A1 zeigt eine derartige Vorrichtung mit einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung, wobei die Messwandlerschaltung zumindest eine Sensoreinheit, eine anwendungsspezifische Signalverarbeitungseinheit und eine Kommunikations-Schnittstelle aufweist. Damit kann aus einem von einem Sensor erzeugten analogen Sensor-Signal zunächst ein konditioniertes moduliertes Sensor-Signal und anschließend in der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit, die z. B. als ein A/D-Wandler ausgeführt sein kann, daraus ein digitales Ausgangs-Signal erzeugt werden. Das digitalisierte Ausgangs-Signal beinhaltet dabei einen Messwert, der proportional zu einer von dem Sensor gemessenen Messgröße ist. Über eine Regel-/Auswerteeinheit kann das digitale Ausgangs-Signal über die Kommunikations-Schnittstelle zur weiteren Verarbeitung ausgegeben werden. Die anwendungsspezifische Signalverarbeitungseinheit kann dabei austauschbar in einen Steckplatz in der Messwandlerschaltung eingesteckt werden, wobei die Signalverarbeitungseinheit funktionell unterschiedlich ausgebildet sein kann, z. B. auch als ein Tiefpass.
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Die
WO 2006/128399 A1 beschreibt weiterhin eine Vorrichtung zum Erfassen und Verarbeiten einer Vielzahl von Messwerten in einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage (HGÜ-Anlage). Dabei ist vorgesehen, Sensor-Signale von mehreren als Sensor ausgeführten Messeinheiten, die einen Strom oder eine Spannung an Hochspannungs- oder Gleichspannungsleitungen messen, insbesondere über eine Vorverarbeitungseinheit in die HGÜ-Anlage einzusteuern. Die Vorverarbeitungseinheit nimmt dabei analoge Sensor-Signale der Messeinheiten auf, wandelt diese zunächst in digitale Sensor-Signale und anschließend in optische Sensor-Signale um, die in der HGÜ-Anlage später über ein optisches Bussystem weitergeleitet werden. Jedem Sensor ist dabei eine Vorverarbeitungseinheit zugeordnet.
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Nachteilig dabei ist, dass die Größe derartiger Vorrichtungen mit der Anzahl der Sensoren stark wächst, da jedem Sensor eine separate Vorrichtung mit einer Vielzahl von elektronischen und elektrischen Bauelementen zugeordnet ist, so dass bei einer Vielzahl von Sensoren auch der Material- und Kostenaufwand steigt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen und Ausgeben von Messwerten zu schaffen, die bei geringem Material- und Kostenaufwand einfach, kompakt und modular aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Erfassen und Ausgeben von Messwerten gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, mehrere elektrische und elektronische Bauteile so auf einem Schaltungsträger anzuordnen und miteinander zu verbinden, dass darüber von mehreren, d. h. einer Vielzahl, von Sensoren ausgegebene analoge Sensor-Signale erfasst und in digitale Ausgangs-Signale umwandelbar sind, die dann an eine externe Verarbeitungseinheit ausgegeben werden können. Die analogen Sensor-Signale übertragen dabei insbesondere von den Sensoren erfasste Messwerte in analoger Form und die digitalen Ausgangs-Signale entsprechend verarbeitete Messwerte in digitaler Form. Vorzugsweise ist es aber auch denkbar, zusätzlich zu den analogen Sensor-Signalen, digitale Eingangs-Signale von Sensoren zu verarbeiten, wobei unter digitalen Eingangs-Signalen Signale verstanden werden, die lediglich einen ON bzw. OFF-Zustand (vgl. ”0” und ”1”) aufweisen können und keine Werte dazwischen.
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Als Sensoren werden dabei insbesondere Bauelemente verstanden, die eine physikalische oder chemische Messgröße, z. B. einen Druck, eine Temperatur oder eine Stoffkonzentration, messen und in Abhängigkeit der Messung einen entsprechenden Messwert erzeugen, der über ein analoges Sensor-Signal übertragen werden kann. Das analoge Sensor-Signal ist dabei beispielsweise ein Stromsignal mit einem Stromwert zwischen 0 mA und 20 mA, wobei aus dem Stromwert vorzugsweise über einen linearen Zusammenhang der Messwert berechnet werden kann. Alternativ können sich die Messwerte auch aus nicht-linearen Zusammenhängen ergeben. Derartige Sensoren sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Im Fall des digitalen Eingangs-Signals kann der ON-Zustand beispielsweise durch ein Stromsignal mit 0 mA und der OFF-Zustand beispielsweise durch ein Stromsignal mit 20 mA dargestellt werden, die vom jeweiligen Sensor erzeugt und ausgegeben werden.
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Erfindungsgemäß ist auf dem Schaltungsträger mindestens eine Eingangs-Schnittstelle mit mehreren Eingängen vorgesehen, wobei die Eingänge vorzugsweise dazu dienen, die analogen Sensor-Signale aufzunehmen. An die Eingangs-Schnittstellen sind somit mehrere Sensoren anschließbar, wobei jedem Eingang vorzugsweise nur ein Sensor zugeordnet ist. Die Eingangs-Schnittstelle kann dabei als eine standardisierte Eingangs-Schnittstelle ausgebildet sein, an der mehrere Sensoren über eine oder mehrere herkömmliche Steckverbindungen angeschlossen werden können. An die Eingänge kann aber beispielsweise auch eine Spannungsversorgung angeschlossen werden, um die Vorrichtung mit Spannung zu versorgen, oder über einen oder mehrere Eingänge eine Masse definiert werden, um vorteilhafterweise Erdschleifen innerhalb der Vorrichtung verhindern zu können, die die Signalqualität bei derartig kleinen Strömen negativ beeinflussen.
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Weiterhin sind auf dem Schaltungsträger ein oder mehrere Recheneinheiten vorgesehen, die mit den Eingängen der Eingangs-Schnittstellen verbunden sind und die die aufgenommenen analogen Sensor-Signale in entsprechende digitale Sensor-Signale umwandeln können, d. h. der aufgenommene Stromwert kann anschließend in digitalisierter Form weiterverarbeitet werden. Die Recheneinheiten sind dabei vorzugsweise als herkömmliche Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) mit mehreren Kanälen ausgeführt, wobei jeder Kanal ein analoges Sensor-Signal von einem bestimmten Sensor verarbeiten kann. Im Stand der Technik sind dabei A/D-Wandler mit z. B. acht oder sechzehn Kanälen bekannt.
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Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass nicht für jeden angeschlossenen Sensor eine eigenständige Recheneinheit notwendig ist, sondern lediglich ein Kanal der Recheneinheit verwendet wird, wodurch der Platz- und der Verkabelungsaufwand minimiert werden kann. Lediglich wenn die Anzahl der anzusteuernden Sensoren höher als die Anzahl der Kanäle ist, können auch mehrere Recheneinheiten parallel betrieben werden.
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Der oder die mehrkanaligen Recheneinheiten weisen dabei jeweils einen Steuereingang auf, über den sie ansteuerbar sind. Darüber kann festgelegt werden, welcher Kanal der Recheneinheit verarbeitet werden soll. Das digitalisierte Sensor-Signal kann dann über einen Messausgang der jeweiligen Recheneinheit ausgegeben und z. B. über ein Bussystem, insbesondere einen I2C-Bus, übertragen werden. Ein Bussystem hat dabei den Vorteil, dass bei Verwendung von mehreren Recheneinheiten Kabelaufwand dadurch gespart werden kann, dass die Messausgänge der Recheneinheiten über eine Leitung seriell miteinander verbunden werden können. Die Übertragung der digitalen Sensor-Signale kann allerdings auch über ein Nicht-Bus-System erfolgen.
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Auf dem Schaltungsträger ist insbesondere zum Speichern der digitalen Sensor-Signale eine Speichereinheit vorgesehen, die insbesondere mit den Messausgängen der Recheneinheiten verbunden ist, so dass sie die digitalisierten Sensor-Signale aufnehmen und vorzugsweise dauerhaft abspeichern kann. Die Speichereinheit ist dabei vorzugsweise als eine nichtflüchtige Speichereinheit ausgeführt.
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Zur Steuerung der Recheneinheiten und zur Verarbeitung der digitalen Sensor-Signale ist auf dem Schaltungsträger weiterhin eine Steuereinheit, z. B. ein Mikrocontroller, angeordnet, die mit den Steuereingängen der Recheneinheiten verbunden ist, so dass die Steuereinheit Steuer-Signale zur Steuerung der Recheneinheiten an diese übermitteln kann. Die Anbindung an die Recheneinheiten erfolgt dabei vorzugsweise ebenfalls über ein Bussystem, so dass die Steuereingänge mehrerer Recheneinheiten seriell über lediglich eine Leitung mit dem Mikrocontroller verbunden werden können. Es ist aber auch denkbar, jede Recheneinheit über eine separate Leitung von der Steuereinheit anzusteuern. Die Steuereinheit ist weiterhin auch mit der Speichereinheit verbunden, so dass die Steuereinheit auf die gespeicherten digitalen Sensor-Signale zugreifen und diese verarbeiten kann. Die Steuereinheit dient somit als zentrale Intelligenz der Vorrichtung, auf der eine Steuersoftware gespeichert ist, die an die Funktion der Vorrichtung anpassbar ist. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass über ein vorzugsweise standardisiertes Bauteil (Mikrocontroller) die Verarbeitung der Signale in den Recheneinheiten zentral gesteuert werden kann. Die Steuereinheit kann vorteilhafterweise auch einfach angepasst werden, falls das System erweitert wird, d. h. zusätzliche Kanäle oder Recheneinheiten angeschlossen sind; dadurch kann ein modularer Aufbau gewährleistet werden.
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Insbesondere kann die Steuersoftware dabei auch so ausgebildet sein, dass fehlerhaft zugeordnete Sensoren korrigiert werden können. Dies ist z. B. dann nötig, wenn ein Sensor versehentlich mit dem falschen Eingang kontaktiert wurde. Die Steuereinheit kann dies entsprechend korrigieren, indem sie das auf der Speichereinheit gespeicherte digitale Sensor-Signal entsprechend einem anderen Sensor zuordnet oder die Zuordnung der Kanäle der Recheneinheiten zu den Sensoren entsprechend anpasst. Durch die Möglichkeit einer nachträglichen Anpassung von fehlerhaft installierten Sensoren wird eine zusätzliche Modularität des Systems erreicht.
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Auf der Speichereinheit können neben den digitalen Sensor-Signalen auch Parameter, z. B. charakteristische Einstellung und Informationen von angeschlossenen Sensoren, die zur Verarbeitung der digitalen Sensor-Signale benötigt werden, oder Informationen über die Vorrichtung gespeichert sein, auf die die Steuereinheit somit auch Zugriff hat.
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Zur externen Ansteuerung der Vorrichtung ist eine vorzugsweise standardisierte Kommunikations-Schnittstelle, z. B. eine Ethernet-Schnittstelle, vorgesehen, die ebenfalls auf dem Schaltungsträger angeordnet ist und die insbesondere mit der Steuereinheit und mit der Speichereinheit verbunden ist. Darüber können zum einen Anforderungs-Signale, z. B. eine Anforderung zum Auslesen eines bestimmten Sensors, von externen Systemen, z. B. einer Workstation, an die Vorrichtung übertragen werden und zum anderen die erfassten und verarbeiteten Messwerte über die digitalen Ausgangs-Signale an dieselben oder weitere externe Systeme ausgegeben werden, wobei die Übertragung insbesondere über ein Netzwerk mit einem standardisierten Netzwerkprotokoll, z. B. ein Ethernet-Netzwerk mit einem TCP-IP Protokoll, gewährleistet werden kann. Benötigte Informationen bezüglich der Einbindung der Vorrichtung in das Ethernet-Netzwerk können dabei auf der Speichereinheit gespeichert sein, um die Vorrichtung eindeutig im Netzwerk identifizieren zu können.
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Das hat den Vorteil, dass die Vorrichtung auch in ein standardisiertes Netzwerk eingebunden werden kann und aus dem Netzwerk heraus auch einfach steuerbar und konfigurierbar ist. Zudem können die ermittelten digitalen Messwerte dezentral, z. B. an einer Workstation, einem Server oder einem Arbeitsplatzrechner, weiterverwendet werden, während von der Vorrichtung analoge Messwerte der Sensoren an unterschiedlichen Positionen erfasst, digitalisiert und ausgegeben werden können. Somit bildet die Vorrichtung eine einfache und eigenständige Lösung, analoge Sensor-Signale zu erfassen und zur dezentralen Weiterverarbeitung in digitalisierter Form auszugeben. Die Vorrichtung dient dabei vorzugsweise lediglich der Aufnahme und Weiterleitung von Sensor-Signalen und übernimmt somit keine Steueraufgaben, wodurch der Rechen- und Kostenaufwand gering gehalten werden kann, da zusätzliche Komponenten entfallen.
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Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung dabei kompakt ausgeführt, d. h. alle Komponenten sind platzsparend auf einem Schaltungsträger angeordnet und auf diesem z. B. über Leiterbahnen miteinander verbunden. Zudem sind die Komponenten standardisiert und somit einfach austauschbar und mit bekannten Lösungen verbindbar, so dass auch eine Modularität erreicht werden kann. Weiterhin ist die Vorrichtung einfach erweiterbar, indem z. B. weitere Eingangs-Schnittstellen oder Recheneinheiten auf dem Schaltungsträger angeordnet werden können. Somit ist zum Auslesen einer Vielzahl von Sensoren keine Vielzahl an Vorrichtungen nötig, sondern lediglich eine Erweiterung des Systems in wenigen Komponenten, die nur mit geringem zusätzlichen Platzaufwand und Materialaufwand verbunden ist. Zudem können auch weitere Schnittstellen, z. B. serielle Schnittstellen (RS232) oder USB-Schnittstellen oder ähnliche Schnittstellen zur Konfiguration der Steuereinheit, d. h. zum Überspielen der Steuersoftware, einfach auf dem Schaltungsträger nachgerüstet werden. Es können auch mehrere derartige Schaltungsträger z. B. übereinander angeordnet werden, um Platz zu sparen, falls der Bauraum in einer Dimension eingeschränkt ist.
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Eine Steuerung der Vorrichtung kann dabei beispielsweise wie folgt ausgeführt sein: Zunächst wird von extern, z. B. einer Workstation oder einem Arbeitsplatzrechner, ein Anforderungs-Signal, z. B. die Anforderung zum Auslesen eines bestimmten Sensors, über ein Ethernet-Netzwerk an die Vorrichtung übermittelt und über die Kommunikations-Schnittstelle an die Steuereinheit übertragen. Auf der Steuereinheit wird das Anforderungs-Signal von der installierten Steuersoftware verarbeitet, so dass in Abhängigkeit des Anforderungs-Signals zunächst die entsprechende Recheneinheit angesteuert und das dem auszulesenden Sensor zugeordnete analoge Sensor-Signal digitalisiert wird.
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Das digitalisierte Sensor-Signal wird anschließend über den Messausgang der entsprechenden Recheneinheit ausgegeben und auf die Speichereinheit übertragen und dort als ein digitaler Wert abgespeichert. Die Steuereinheit berechnet anschließend, insbesondere in Abhängigkeit eines dem ausgelesenen Sensor zugeordneten, beispielsweise auf der Speichereinheit gespeicherten Skalierungsfaktors, aus dem abgespeicherten Wert einen tatsächlichen Messwert, der über das digitale Ausgangs-Signal über die Kommunikations-Schnittstelle an den anfordernden Arbeitsplatzrechner oder die Workstation ausgegeben werden kann. Zum Bestimmen des tatsächlichen Messwerts können neben dem Skalierungsfaktor auch weitere auf der Speichereinheit gespeicherte Parameter des Sensors berücksichtigt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgendend anhand eines Ausführungsbeispiels und dazugehöriger Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
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2 einen schematischen Aufbau eines Netzwerks mit der eingebundenen Vorrichtung gemäß 1.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit einem Schaltungsträger 2, z. B. einer kunststoffgespritzten Platine, auf der elektrische und elektronische Bauteile angeordnet und z. B. über Leiterbahnen miteinander verbunden sind. Der Schaltungsträger 2 kann dabei beispielsweise in ein eigenständiges Gehäuse eingebaut sein oder in ein bereits vorhandenes Steuerungs- und/oder Regelsystem integriert werden.
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Insbesondere sind auf dem Schaltungsträger 2 mehrere Eingangsschnittstellen 3a, 3b, 3c mit jeweils mehreren Eingängen 3a.i, 3b.i, 3c.i, mit i = 1..10, zum Erfassen von analogen Sensor-Signalen AS und digitalen Eingangs-Signalen DSS angeordnet. Die Eingangsschnittstellen 3a, 3b, 3c sind dabei beispielsweise als Buchsen ausgeführt, in die jeweils ein Stecker 4a, 4b, 4c eingesteckt werden kann. Die Buchsen 3a, 3b, 3c weisen dabei z. B. Nuten 5 auf, denen am Stecker 4a, 4b, 4c entsprechend gegensätzlich ausgeführte Vorsprünge 6, die in die Nuten 5 eingeschoben werden können, gegenüberliegen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Stecker 4a, 4b, 4c lediglich in einer bestimmten Orientierung auf die Buchsen 3a, 3b, 3c aufgesteckt werden können und somit ein Vertauschschutz ausgebildet wird. Weiterhin sind die Nuten 5 bzw. Vorsprünge 6 auf jeder Buchse 3a, 3b, 3c bzw. jedem Stecker 4a, 4b, 4c derartig versetzt zueinander angeordnet, dass jeder Stecker 4a, 4b, 4c nur auf eine bestimmte Buchse 3a, 3b, 3c aufgesteckt werden kann.
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An den Steckern 4a, 4b, 4c sind ebenso wie an den Buchsen 3a, 3b, 3c Anschlüsse 4a.i, 4b.i, 4c.i, mit i = 1...10, zum Anschluss von mehreren Sensoren Si sowie einer Spannungsversorgung V vorgesehen. Jedem Anschluss 4a.i, 4b.i, 4c.i ist dabei ein Eingang 3a.i, 3b.i, 3c.i zugeordnet; somit wird ein Interface zum Erfassen von analogen Sensor-Signalen AS oder digitalen Eingangs-Signalen DSS, die von den Sensoren Si ausgegeben werden, geschaffen. Der Vertauschschutz gewährleistet dabei eine eindeutige Zuordnung, d. h. ein verdrehtes Aufstecken eines Steckers 4a, 4b, 4c oder ein Aufstecken auf die falsche Buchse 3a, 3b, 3c und eine dadurch bewirkte fehlerhafte Zuordnung zu den Sensoren Si, kann verhindert werden.
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Als Sensoren Si werden dabei insbesondere Bauelemente verstanden, die eine physikalische oder chemische Messgröße, z. B. einen Druck, eine Temperatur oder eine Stoffkonzentration, messen und in Abhängigkeit der Messgröße ein entsprechendes analoges Sensor-Signal AS ausgeben können. Das analoge Sensor-Signal AS wird dabei beispielsweise durch ein Stromsignal mit einem Stromwert zwischen I = 0 mA und 20 mA gebildet, wobei der Stromwert I des Stromsignals einen tatsächlichen Messwert MW repräsentiert, der über einen linearen Zusammenhang aus dem Stromwert I berechnet werden kann, d. h. MW = x·I + B1, wobei x ein Umrechnungsfaktor ist und B1 einen Offset angibt. Derartige Sensoren sind im Stand der Technik hinreichend bekannt.
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Soll beispielsweise ein Füllstand gemessen werden, kann über das digitale Eingangs-Signal DSS ein entsprechender Stromwert I ausgegeben werden, der den Zuständen ”Voll” bzw. ”ON” (20 mA) und ”Nicht voll” bzw. ”OFF”, (0 mA) entspricht.
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Auf dem Schaltungsträger 2 sind weiterhin drei Recheneinheiten 7a, 7b, 7c vorgesehen, die als A/D-Wandler ausgeführt sind, d. h. die Recheneinheiten 7a, 7b, 7c können aufgenommene analoge Sensor-Signale AS in digitale Sensor-Signale DS umwandeln; somit kann ein aufgenommener analoger Stromwert I anschließend als ein digitaler Wert W weiterverarbeitet werden. Es ist dazu auch möglich mehr oder weniger als drei Recheneinheiten 7a, 7b, 7c zu verwenden, je nachdem, wie viele Sensoren Si zum Auslesen an der Vorrichtung 1 angeschlossen werden sollen. Die Recheneinheiten 7a, 7b, 7c sind dabei gemäß dieser Ausführung jeweils achtkanalig ausgeführt, d. h. jede Recheneinheit 7a, 7b, 7c weist acht Kanäle 8 auf, wobei jeder Kanal 8 mit einem der Eingänge 3a.i, 3b.i, 3c.i verbunden ist, so dass ein erfasstes analoges Sensor-Signal AS an die jeweilige Recheneinheit 7a, 7b, 7c übermittelt werden kann.
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Hierzu kann über eine interne Steuerung in der Recheneinheit 7a, 7b, 7c festgelegt werden, welcher der acht Kanäle 8 verarbeitet werden soll, d. h. welches analoges Sensor-Signal AS in ein digitales Sensor-Signal DS umgewandelt werden soll. Die interne Steuerung kann dabei über einen Steuereingang 9 ein Anforderungs-Signal F aufnehmen, wobei über das Anforderungs-Signal F die Information übertragen wird, welches analoge Sensor-Signal AS digitalisiert werden soll. Das digitalisierte Sensor-Signal DS kann dann über einen Messausgang 10 an den Recheneinheiten 7a, 7b, 7c ausgegeben werden, wobei die Übertragung insbesondere über einen herkömmlichen seriellen Bus, z. B. einen I2C-Bus, stattfinden kann.
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Der Messausgang 10 ist mit einer Speichereinheit 11, die ebenfalls auf dem Schaltungsträger 2 angeordnet ist, verbunden, so dass die digitalen Sensor-Signal DS von den Recheneinheiten 7a, 7b, 7c an diese Speichereinheit 11 übertragen und darauf gespeichert werden können. Auf der Speichereinheit 11 können weiterhin auch Parameter P gespeichert sein, z. B. charakteristische Kenngrößen der angeschlossenen Sensoren Si und/oder Netzwerkparameter der Vorrichtung 1 zur Verwendung der Vorrichtung 1 in einem Netzwerk 101.
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Zur Steuerung der Vorrichtung 1 und zur Verarbeitung der digitalen Sensor-Signale DS ist auf dem Schaltungsträger 2 weiterhin eine Steuereinheit 12, z. B. ein Mikrokontroller, angeordnet, die insbesondere mit den Recheneinheiten 7a, 7b, 7c und der Speichereinheit 11 verbunden ist. Die Verbindung zu den Recheneinheiten 7a, 7b, 7c wird dabei vorzugsweise ebenfalls über ein Bussystem gewährleistet, um bei Verwendung von mehreren Recheneinheiten 7a, 7b, 7c den Übertragungs- und Verkabelungsaufwand zu minimieren. Die Steuereinheit 12 bildet dabei die zentrale Intelligenz der Vorrichtung 1, wobei auf der Steuereinheit 12 eine Steuersoftware gespeichert ist, die an die Funktion der Vorrichtung 1 angepasst ist. So kann die Steuersoftware beispielsweise aus den auf der Speichereinheit 11 gespeicherten digitalen Sensor-Signalen DS digitale Ausgangs-Signale DA ermitteln, die auf einem ebenfalls auf dem Schaltungsträger angeordneten Ausgangs-Speicher 11a, z. B. einem Datenpuffer (data buffer) zum Zwischenspeichern von Daten, gespeichert und anschließend ausgegeben werden können.
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Zur Ausgabe der ermittelten digitalen Ausgangs-Signalen DA ist auf dem Schaltungsträger 2 weiterhin eine Kommunikations-Schnittstelle 13 vorgesehen, die als normierte Schnittstelle, z. B. als Ethernet-Schnittstelle, ausgeführt sein kann, um Daten über ein herkömmliches Netzwerk 101 aufnehmen und ausgeben zu können. Die Kommunikations-Schnittstelle 13 ist dabei mit der Speichereinheit 11, dem Ausgangs-Speicher 11a und mit der Steuereinheit 12 verbunden. Über die Kommunikations-Schnittstelle 13 können somit insbesondere auf dem Ausgangs-Speicher 11a gespeicherte digitale Ausgangs-Signale DA in ein Netzwerk 101 zur Weiterverarbeitung ausgegeben werden und aus dem Netzwerk 101 Parameter P zum Speichern auf der Speichereinheit 11 sowie Anforderungs-Signale F aufgenommen werden, die dann von der Steuereinheit 12 und der darauf installierten Steuersoftware verarbeitet werden. Die Steuereinheit 12 mit der Steuersoftware kann dabei beispielsweise wie folgt ausgebildet sein:
Die Steuereinheit 12 kann beispielsweise zunächst in Abhängigkeit des Anforderungs-Signals F, das z. B. das Auslesen eines bestimmten Sensors Si anfordert, die Recheneinheiten 7a, 7b, 7c ansteuern. In der entsprechend angesprochenen Recheneinheit 7a, 7b, 7c wird dann über die interne Steuerung der entsprechende, dem auszulesenden Sensor Si zugeordnete Kanal 8 verarbeitet und das digitalisierte Sensor-Signal DS über den Messausgang 10 der entsprechenden Recheneinheit 7a, 7b, 7c an die Speichereinheit 11 übertragen. In der Speichereinheit 11 wird ein diesem digitalen Sensor-Signal DS entsprechender 16 Bit Wert W zwischen 0 und 65535 gespeichert.
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Die Steuereinheit 12 berechnet dann aus diesem digitalen Sensor-Signal DS in Abhängigkeit von dem ausgelesenen Sensor Si zugeordneten, auf der Speichereinheit 11 gespeicherten Parametern P einen tatsächlichen Messwert MW. Die Parameter P beinhalten dabei spezifische Kenngrößen des jeweiligen Sensors Si, wie z. B. einen Maximalwert Pmax, einen Minimalwert Pmin sowie den Skalierungsfaktor Px. Der Skalierungsfaktor Px dient dabei der Umrechnung des gespeicherten Wertes W in einen tatsächlichen Messwert MW, wobei der folgende lineare Zusammenhang gilt: MW = Px·W + B2, mit einem Offset B2. Mit dem Maximal- und dem Minimalwert Pmax, Pmin kann der Messwert MW zusätzlich spezifiziert werden.
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Somit kann mit dem Skalierungsfaktor Px aus einem digitalisierten Wert W, der dem analogen Stromwert I entspricht, über einen linearen Zusammenhang ein tatsächlicher Messwert MW der vom Sensor Si gemessenen Messgröße MG zugeordnet werden, z. B. eine Temperatur zwischen Pmax = 0° und Pmin = 100°. Der ermittelte Messwert MW wird anschließend von der Steuereinheit 12 an den Ausgangs-Speicher 11a übertragen und dort zwischengespeichert. Von dort kann der Messwert MW über das digitale Ausgangs-Signal DA über die Kommunikationsschnittstelle 13 ausgegeben werden, um diesen Messwert MW z. B. an einem PC visualisieren zu können.
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Gemäß 2 sind in dem Netzwerk 101 beispielhaft zwei Arbeitsplatzrechner, Server oder Workstations 102 sowie die Vorrichtung 1 eingebunden. An die Vorrichtung 1 sind über die Eingangs-Schnittstellen 3a, 3b, 3c drei Sensoren S1, S2, S3 angeschlossen. Von einem der Arbeitsplatzrechner oder der Workstations 102 kann, z. B. über eine Software zum Visualisieren von Messwerten MW von Sensoren Si, ein Anforderungs-Signal F erzeugt und über das Netzwerk 101 über ein standardisiertes Protokoll, z. B. ein TCP/IP Protokoll, an die Vorrichtung 1 übermittelt werden, die dieses Anforderungs-Signal F über die Kommunikations-Schnittstelle 13 aufnimmt und ein entsprechendes einem Sensor Si zugeordnetes digitales Ausgangs-Signal DA mit einem Messwert MW ermittelt und an die Kommunikations-Schnittstelle 13 ausgibt, so dass dieses über das Netzwerk 101 an die Arbeitsplatzrechner oder die Workstations 102 zum Visualisieren des ermittelten Messwertes MW übertragen werden kann.
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Die Netzwerkparameter der Vorrichtung 1, die der Identifizierung und Zuordnung der Vorrichtung 1 im Netzwerk 101 dienen, sind z. B. auf der Speichereinheit 11 gespeichert. Die Netzwerkparameter sind dabei z. B. eine MAC-Adresse, eine TCP-IP Adresse, ein Port, eine Seriennummer, eine Product ID, usw., so dass eine eindeutige Zuordnung der Vorrichtung 1 im Netzwerk 101 möglich ist.
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Über das Netzwerk 101 können dabei auch die Netzwerkparameter über ein Daten-Signal N auf die Speichereinheit 11 übertragen werden, die Informationen über die angeschlossenen Sensoren Si oder das Netzwerk 101 enthalten. Zusätzlich kann dafür auch eine weitere Daten-Schnittstelle 14, z. B. eine USB-Schnittstelle oder eine serielle Schnittstelle (RS232) oder ähnlich, vorgesehen sein, über die auch mit einem anderen Übertragungsprotokoll Daten übertragen werden können. Insbesondere kann darüber auch die Steuereinheit 12 programmiert, bzw. eine Steuersoftware installiert werden, die der Steuerung der Steuereinheit 12 dient. Die serielle Schnittstelle (RS232) ist allerdings optional, d. h. es können auch Steuereinheiten 12 verwendet werden, die über die Kommunikations-Schnittstelle 13 per TCP/IP-Protokoll Daten empfangen und senden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006054421 A1 [0004]
- WO 2006/128399 A1 [0005]
