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Die Erfindung betrifft eine Analogeingangsschaltung zur Implementierung eines Analogeingangs und ein Verfahren zum Betrieb einer Analogeingangsschaltung.
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Analogeingangsschaltungen und damit realisierte Analogeingänge, zum Beispiel Analogeingänge für Thermoelemente, Widerstandsthermometer und Messumformersignale mit 4..20 mA, sollen bei Leittechnikbaugruppen möglichst unempfindlich gegen eventuelle Störspannungen sein. Im Falle einer Störung soll die Störspannung möglichst gut unterdrückt und nur das Nutzsignal als Messwert erfasst werden. Gerade bei kleinen Netzspannungen, wie sie zum Beispiel von Thermoelementen und Widerstandsthermometern geliefert werden, wirkt sich eine große Störspannung, wie zum Beispiel das Netzbrummen, negativ aus. Es entsteht nicht nur eine ungewollte Messwertunruhe, sondern es kann auch durch Gleichrichteffekte zu einer Verfälschung des Signals kommen.
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Bisher werden Signale mit einem großen Störspannungsanteil, zum Beispiel Messsignale, wie sie von Thermoelementen geliefert werden, mit einem Mittelungsverfahren gemessen. Dabei erfolgen die Messung und eine anschließende Mittelung (Mittelwertbildung) über zumindest eine, oftmals mehrere Perioden des Störsignals, also zum Beispiel über mehrere Netzperioden. Dies wird oftmals jedoch nur bei einer besonderen Auffälligkeit der Messwerte durchgeführt und ist aufwändig. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass eine solche Messung stets nur eine Momentaufnahme darstellt und veränderte Betriebssituationen der jeweiligen Anlage, auf die sich die Messung bezieht, zu veränderten Störspannungsverhältnissen führen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Analogeingangsschaltung und ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, die bzw. das Störspannungen identifiziert und bei einer besonderen Ausführungsform ein Maß für eine Störspannungsamplitude oder dergleichen als Diagnosekriterium liefert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Analogeingangsschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einer Analogeingangsschaltung, die einen AD-Wandler umfasst, wobei der AD-Wandler aus einem im Weiteren auch als Gebersignal bezeichneten Signal eines an die Analogeingangsschaltung anschließbaren oder angeschlossenen Gebers oder Sensors einen Bitstrom mit Digitalwerten entsprechend dem Gebersignal erzeugt, Folgendes vorgesehen: Die Analogeingangsschaltung umfasst eine Verarbeitungseinheit, mittels derer der Bitstrom zur Generierung eines Messwerts entsprechend dem Gebersignal verarbeitbar ist und beim Betrieb der Analogeingangsschaltung verarbeitet wird. Die Verarbeitungseinheit ist funktional in zwei Bereiche (Funktionsbereiche), nämlich einen ersten und einen zweiten Funktionsbereich, geteilt. Zu dem ersten Funktionsbereich gehört ein Mittelwertbildner. Zu dem zweiten Funktionsbereich gehören ein HP-Filter (Hochpassfilter) und im Anschluss daran ein weiterer Mittelwertbildner. Zur Unterscheidung werden der Mittelwertbildner des ersten Funktionsbereichs als erster Mittelwertbildner und der Mittelwertbildner des zweiten Funktionsbereichs als zweiter Mittelwertbildner bezeichnet. Der von dem AD-Wandler generierte Bitstrom ist beiden Funktionsbereichen und den dortigen Mittelwertbildnern zuführbar und wird diesen beim Betrieb der Analogeingangsschaltung zugeführt. Der zweite Mittelwertbildner ist im Vergleich zum ersten Mittelwertbildner ein schneller Mittelwertbildner mit einer kürzeren Messzeit. Am Ausgang des ersten Funktionsbereichs ist der Messwert und am Ausgang des zweiten Funktionsbereichs ein Diagnosewert zu einer das Gebersignal überlagernden Störspannung abgreifbar.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass aufgrund der kürzeren Messzeit des zweiten Mittelwertbildners der vom AD-Wandler stammende Bitstrom feiner abgetastet wird als mittels des ersten Mittelwertbildners. Der erste Mittelwertbildner muss mit einer ausreichend langen Messzeit betrieben werden, damit die Mittelwertbildung zu einer Eliminierung periodischer Störungen führt, wie sie sich aufgrund eines das Gebersignal überlagernden Störspannung oder dergleichen ergeben. Das Ergebnis der Verarbeitung des Bitstroms mittels des ersten Mittelwertbildners ist damit der Messwert als Maß für das von dem Geber ursprünglich ausgegebene Gebersignal ohne Störungen. Die kürzere Messzeit und die daraus resultierende feinere Abtastung des zweiten Mittelwertbildners führt dazu, dass die im Rahmen der Mittelwertbildung mit der langen Messzeit eliminierten Störungen gerade erhalten bleiben. Das Ergebnis der Verarbeitung des Bitstroms mittels des zweiten Mittelwertbildners ist damit zunächst eine mit der kurzen Messzeit abgetastete Version der Störspannung und auf Basis einer solchen Abtastung kann mittels an sich bekannter Verfahren zum Beispiel eine Amplitude und/oder eine Frequenz der Störspannung oder dergleichen ermittelt werden. Der Diagnosewert oder ein Diagnosedatensatz umfasst solche Informationen und kann zur automatischen Bewertung der Qualität des parallel ausgegebenen Messwerts verwendet werden. So kann zum Beispiel bei einer einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert überschreitenden Amplitude der Störspannung ein optisches und/oder akustisches und/oder ein automatisch auswertbares Signal erzeugt werden, das auf die Ausnahmesituation hinweist. Genauso steht der oder jeder Diagnosewert auch für eine Auswertung durch einen Experten zur Verfügung. Eine graphische Ausgabe der mit der kurzen Messzeit erfassten Abtastwerte kann zum Beispiel für eine Darstellung der Störspannung verwendet werden, wie sie ansonsten nur bei Anschluss eines Oszillographen oder dergleichen erhältlich ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
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Als AD-Wandler zur Erzeugung des dem ersten und dem zweiten Funktionsbereich der Verarbeitungseinheit zugeführten Bitstroms kommt ein AD-Wandler in Form eines sogenannten Sigma-Delta-Wandlers in Betracht. Ein solcher AD-Wandler erzeugt auf Basis einer ausreichend feinen (schnellen) Abtastung des Gebersignals einen Bitstrom mit einer Folge von Digitalwerten, die dem zweiten Mittelwertbildner der Verarbeitungseinheit eine Extraktion von Einzelwerten (Abtastwerten) aus dem Bitstrom erlaubt, welche die dem Gebersignal überlagerte Störspannung in ausreichender Form beschreiben. Der zweite Mittelwertbildner muss dabei nicht notwendig als Mittelwertbildner betrieben werden. Der zweite Mittelwertbildner kann theoretisch jeden Digitalwert des Bitstroms berücksichtigen oder jeden zweiten, dritten, fünften, usw. Digitalwert. Dann wird der zweite Mittelwertbildner als Abwärtstaster betrieben. Die Messzeit des zweiten Mittelwertbildners kann theoretisch so kurz sein, dass jeweils nur ein einzelner Digitalwert in die Messzeit fällt. Eine eventuelle Mittelwertbildung reduziert sich dann auf den trivialen Fall, dass bei einer Menge mit genau einem Element der Mittelwert dem Zahlenwert des jeweiligen Elements entspricht. Bei einer längeren Messzeit kann der zweite Mittelwertbildner den Mittelwert der in die Messzeit fallenden Digitalwerte bilden. Damit werden hochfrequente Anteile der Störspannung geglättet. Ob eine Mittelwertbildung erfolgt oder der zweite Mittelwertbildner als reiner Abwärtstaster betrieben wird, ist zweitrangig. Wichtig ist die im Vergleich zur Messzeit des ersten Mittelwertbildners kürzere Messzeit.
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Bei einer Ausführungsform der Analogeingangsschaltung umfasst diese eine Funktionseinheit zur Aufbereitung des Messwerts im Anschluss an den ersten Mittelwertbildner im ersten Funktionsbereich der Verarbeitungseinheit und/oder eine Funktionseinheit zur Aufbereitung des Diagnosewerts im Anschluss an den zweiten Mittelwertbildner im zweiten Funktionsbereich der Verarbeitungseinheit. Mittels einer solchen Funktionseinheit oder zweier solcher Funktionseinheiten kann eine vorgegebene Signalformung erfolgen, zum Beispiel eine zusätzliche Filterung oder eine Bandbreitenbegrenzung. Speziell im Falle einer Funktionseinheit im Anschluss an den zweiten Mittelwertbildner können mittels dieser aus der Folge der entsprechend der kurzen Messzeit erfassten Digitalwerte (Abtastwerte) die Frequenz und/oder die Amplitude der Störspannung oder weitere charakteristische Werte ermittelt werden.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Analogeingangsschaltung oder eines Verfahrens zu deren Betrieb ist die Messzeit des ersten Mittelwertbildners aufgrund des Diagnosewerts dynamisch veränderbar und wird beim Betrieb der Analogeingangsschaltung aufgrund des Diagnosewerts dynamisch verändert. Wenn die Messzeit des ersten Mittelwertbildners möglichst genau der Periodendauer der Störspannung entspricht, also zum Beispiel der Periodendauer der Netzspannung bei einem Netzbrummen als Störspannung, führt die Mittelwertbildung zu einer Elimination der überlagerten Störspannung (die Störspannung wird „herausgemittelt”). Die Periodendauer der Störspannung ist aber nicht immer bekannt. Indem die Messzeit des ersten Mittelwertbildners anpassbar ist und im Betrieb angepasst wird, kann eine Veränderung der Messzeit in Richtung auf die Periodendauer der Störspannung erfolgen. Wenn die Frequenz der Störspannung und damit mittelbar auch deren Periodendauer oder die Periodendauer oder die Periodendauer und die Frequenz der Störspannung als Diagnosewert am Ausgang des zweiten Funktionsbereichs zur Verfügung stehen, kann die Periodendauer unmittelbar zur Anpassung der Messzeit, zum Beispiel ausgehend von einem Vorgabewert, insbesondere der Periodendauer der Netzfrequenz als Vorgabewert, oder zur direkten Vorgabe der Messzeit des ersten Mittelwertbildners verwendet werden.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen
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1 eine Blockdarstellung einer Analogeingangsschaltung mit einer davon umfassten Verarbeitungseinheit,
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2 Details der Verarbeitungseinheit entsprechend dem hier vorgeschlagenen Ansatz,
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3 bis 5 Signalverläufe zur Veranschaulichung der Funktion der Analogeingangsschaltung.
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Die Darstellung in 1 zeigt in Form einer schematisch vereinfachten Blockdarstellung eine Übersicht über die Schaltungsanordnung einer Analogeingangsschaltung 10. Zum Erhalt eines Messwerts 12, insbesondere eines Messwerts 12 aus einem mittels zumindest eines Automatisierungsgeräts (nicht gezeigt) gesteuerten und/oder überwachten technischen Prozesses, ist an die Analogeingangsschaltung 10 ein mitunter auch als Sensor bezeichneter Geber 14 angeschlossen, zum Beispiel ein Sensor/Geber 14 in Form eines Thermoelements. Die Analogeingangsschaltung 10 ist zum Beispiel Teil einer Funktionalität einer ebenfalls nicht gezeigten Erfassungsbaugruppe, zum Beispiel einer mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder dergleichen kombinierbaren oder mit einer solchen kommunikativ verbindbaren Erfassungsbaugruppe, insbesondere einer Analogeingabebaugruppe mit zumindest einer oder mehreren unabhängigen Analogeingangsschaltungen 10 der hier vorgeschlagenen Art.
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Zu der Analogeingangsschaltung 10 gehören bei der gezeigten Ausführungsform eingangsseitig eine grundsätzlich optionale Signalanpassung 16, ein Messwertverstärker und HP-Filter (Hochpassfilter) 18, ein AD-Wandler 20, eine optionale Potentialtrennung 22 und eine Verarbeitungseinheit 24. Der AD-Wandler 20 gibt einen Bitstrom 26 aus und die Verarbeitungseinheit 24 verarbeitet den eingehenden Bitstrom 26, ggf. den nach einer Potentialtrennung 22 resultierenden Bitstrom 26. Am Ausgang der Verarbeitungseinheit 24 ist ein aufgrund des vom Geber 14 erhaltenen Signals (Gebersignal) resultierender Messwert 12 erhältlich. Mittels der optionalen Signalanpassung 16 kann zum Beispiel eine Bestromung des Gebers 14 erfolgen.
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Der vom AD-Wandler 20 gelieferte Bitstrom 26 ist eine Folge digitaler Zahlenwerte. Die Zahlenwerte resultieren aufgrund der Analog-Digital-Wandlung des dem AD-Wandler 20 eingangsseitig zugeführten Signals. Die Anzahl der Zahlenwerte pro Zeiteinheit ergibt sich aufgrund einer jeweiligen Abtastrate des AD-Wandlers 20. Bei einer höheren Abtastrate ergibt sich ein Bitstrom 26 mit einer pro Zeiteinheit höheren Anzahl von Zahlenwerten als bei einer geringeren Abtastrate. Die Abtastrate des AD-Wandlers 20 ist so gewählt, dass eine Überabtastung des eingangsseitigen Signals erfolgt. Das Signal wird also mit einer höheren Abtastrate verarbeitet, als dies für die Darstellung der Signalbandbreite benötigt wird, zum Beispiel mit einer im Vergleich zu einer für die Darstellung der Signalbandbreite benötigten Abtastrate doppelten oder vierfachen Abtastrate. Solche Abtastraten sind speziell mit einem AD-Wandler 20 in Form eines sogenannten Sigma-Delta-Wandlers gut realisierbar.
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Die Darstellung in 2 zeigt die Verarbeitungseinheit 24 mit weiteren Details. Die Verarbeitungseinheit 24 verarbeitet den eingehenden Bitstrom 26 und gibt ausgangsseitig einen resultierenden, digitalen Messwert 12 aus. Intern ist die Verarbeitungseinheit 24, die zum Beispiel mittels eines FPGA oder dergleichen realisiert ist, in zwei Funktionsbereiche geteilt. Jedem der beiden Funktionsbereiche wird der Bitstrom 26 zugeführt. Damit resultieren zwei Verarbeitungspfade innerhalb der Verarbeitungseinheit 24, nämlich ein erster, in der Darstellung in 2 oben gezeigter Verarbeitungspfad mit dem Messwert 12 als Ausgang/Ergebnis sowie ein zweiter, in der Darstellung in 2 unten gezeigter Verarbeitungspfad mit einem Diagnosewert 28 oder einem Diagnosedatensatz – zusammenfassend als Diagnosewert 28 bezeichnet – als Ausgang/Ergebnis.
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Zum ersten Verarbeitungspfad gehören eine erste Funktionseinheit 30 zur Messwertbildung und eine anschließende, optionale zweite Funktionseinheit 32 zur Aufbereitung des Messwerts 12. Am Ende des ersten Verarbeitungspfads erfolgt schließlich die Ausgabe des Messwerts 12.
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Die Messwertbildung mittels der ersten Funktionseinheit 30 erfolgt zum Beispiel per Mittelwertbildung, d. h. entsprechend einer jeweiligen Abtastrate der Funktionseinheit 30 werden während einer vorgegebenen oder vorgebbaren Messzeit 40 (4) einzelne Zahlenwerte des Bitstroms 26, zum Beispiel jeder Zahlenwert, jeder zweite Zahlenwert oder allgemein jeder n-te Zahlenwert (n = [1..N]) addiert und die resultierende Summe durch die Anzahl der in die Summenbildung eingeflossenen Zahlenwerte dividiert. Siehe dazu auch die Darstellung in 4 und die zugehörige Beschreibung. Im Interesse einer besseren Lesbarkeit der nachfolgenden Beschreibung – aber ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit – wird die erste Funktionseinheit 30 im Folgenden auch als Mittelwertbildner 30 bezeichnet.
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Zum zweiten Verarbeitungspfad gehören ein HP-Filter 34 oder dergleichen, eine dritte Funktionseinheit 36 zur Störsignalmessung und eine optionale vierte Funktionseinheit 38 zur Signalaufbereitung. Am Ende des zweiten Verarbeitungspfads erfolgt schließlich die Ausgabe des Diagnosewerts 28.
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Per Hochpass (HP-Filter 34) wird aus dem eingehenden Bitstrom 26 der Wechselanteil und somit die dem vom Geber 14 erhältlichen Signal überlagerte Störspannung ausgekoppelt. Diese wird separat mittels der Störsignalmessung (dritte Funktionseinheit 36) mit einer im Vergleich zur Messzeit 40 des ersten Mittelwertbildners 30 des ersten Verarbeitungspfads kürzeren Messzeit gemessen. Die dritte Funktionseinheit 36 wird im Folgenden auch – ebenfalls ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit – als Mittelwertbildner und zur Unterscheidung von dem ersten Mittelwertbildner 30 als zweiter Mittelwertbildner 36 bezeichnet.
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Aus zum Beispiel hundert Störspannungsmesswerten lässt sich mittels des zweiten Mittelwertbildners 36 eine ausreichend exakte Aussage zur Störspannungsamplitude und -frequenz einer zum Beispiel aufgrund von Netzeinkopplung resultierenden Störspannung ermitteln. Anstelle eines HP-Filters 34 kann auch die Differenz des Aktualwerts der vom AD-Wandler 20 stammenden schnellen Messung und einem aus einer Mehrzahl solcher Messwerte gebildeten Mittelwert verwendet werden.
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Neben Diagnosewerten 28 zu Amplitude und/oder Frequenz der Störspannung ist auch eine Bildung eines Diagnose-Datensatzes möglich, welcher die in der Messung abgetasteten Störspannungswerte, nämlich zum Beispiel die letzten n Störspannungswerte, umfasst. Ein damit verfügbarer Störspannungsverlauf lässt sich mittels eines Diagnosewerkzeugs visualisieren. Damit ist eine Darstellung des Störspannungsverlaufs möglich, wie sie ansonsten von einem Oszillographen bekannt ist.
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Zur Generierung eines Bitstroms 26 mit einer für die Störsignalmessung (dritte Funktionseinheit/zweiter Mittelwertbildner 36) ausreichenden Datenmenge erfolgt die bereits erwähnte Überabtastung des von dem angeschlossenen Geber 14 erhältlichen Signals. AD-Wandler 20 vom Typ Sigma-Delta erzeugen einen solchen Bitstrom 26. Insofern kommt als AD-Wandler 20 speziell – allerdings nicht notwendig – ein Sigma-Delta AD-Wandler 20 in Betracht. Alternativ kommen auch andere bekannte AD-Wandler-Typen und deren Betrieb mit einer ausreichend hohen Abtastrate in Betracht.
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Aufgrund der Überabtastung ist in dem Bitstrom 26 auch der Störspannungsverlauf enthalten. Informationen zur Störspannung sind sowohl bei der Inbetriebsetzung einer zu automatisierenden Anlage wie auch im Betrieb einer automatisierten Anlage wichtig. Diese Informationen helfen zum Beispiel, Probleme bei der Kabelführung und Verdrahtung zu erkennen und qualitativ schlechten Messwerten vorzubeugen. Ohne solche Informationen ist das Erkennen von aufgrund von Störspannungen verfälschten Messwerten 12 sehr aufwändig, vor allem zeitaufwändig, und fehleranfällig. Mittels des hier vorgeschlagenen Ansatzes ist damit eine erhebliche Zeitersparnis beim Erkennen von eventuellen Störspannungen sowie bei der Bewertung eines Einflusses solcher Störspannungen auf einen jeweiligen Messwert 12 möglich.
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Die Darstellungen in 3, 4 und 5 zeigen prinzipielle Signalverläufe, wie sie sich beim Betrieb einer Analogeingangsschaltung 10 ergeben.
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Die Darstellung in 3 zeigt exemplarisch ein von einem Geber 14 (1) erhältliches Messsignal 42 mit einer überlagerten Störspannung (Messsignal 42 = Gebersignal + Störspannung), zum Beispiel mit einem überlagerten Netzbrummen. Der aufgrund des Gebersignals resultierende Messwert 12 entspricht dem Gleichanteil des Messsignals 42 und ist in der Darstellung in 3 als horizontale Linie eingezeichnet.
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Die Darstellung in 4 zeigt das Messsignal 42 zusammen mit einer vom ersten Mittelwertbildner 30 verwendeten, vorgegebenen oder vorgebbaren Messzeit 40. Während der Messzeit 40 aufgenommene Abtastwerte (nicht gezeigt) des Messsignals 42 werden durch den Mittelwertbildner 30 addiert und durch die Anzahl der Abtastwerte dividiert. Am Ende einer jeden periodisch wiederholten Messzeit 40 ergibt sich dann am Ausgang des Mittelwertbildners 30 ein Messwert 12, der dem arithmetischen Mittel der Abtastwerte während der Messzeit 40 entspricht. Wenn die Messzeit 40 ausreichend groß gewählt ist oder der Beginn und das Ende einer jeden Messzeit 40 in Phase mit der jeweiligen Störspannung ist, verschwindet bei einer sinusförmigen Störspannung aufgrund der Mittelwertbildung die überlagerte Störspannung und es verbleibt das vom Geber 14 gelieferte ungestörte Signal.
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Die Darstellung in 5 zeigt die Abtastung des hochpassgefilterten (2: HP-Filter 34) Messsignals 42 durch den zweiten Mittelwertbildner 36. Aufgrund der Hochpassfilterung ist der Gleichanteil eliminiert und das verbleibende Messsignal 42 stellt die überlagerte Störspannung oder zumindest im Wesentlichen die überlagerte Störspannung dar. Die von der Koordinatenachse ausgehenden vertikalen Linien bis zum Messsignal 42 veranschaulichen die einzelnen Abtastungen und die resultierenden Abtastwerte. Dabei kommt es nicht darauf an, ob der zweite Mittelwertbildner 36 einen Mittelwert aus mehreren Abtastwerten bildet oder als triviale Form eines Mittelwerts nur einen einzigen Abtastwert verwendet und dann als Abwärtstaster (Downsampler) arbeitet. Wesentlich ist, dass die Abtastung mittels des zweiten Mittelwertbildners 36 ausreichend feingranular erfolgt, so dass eine Erfassung des Verlaufs der Störspannung möglich ist. Der Abstand zwischen zwei Abtastwerten oder zwei aufeinander folgenden Mittelwerten mehrerer Abtastwerte ist die Messzeit des zweiten Mittelwertbildners 36 und die gewünschte Feingranularität der Abtastung und die Erfassung der Störspannung ergibt sich, indem die Messzeit des zweiten Mittelwertbildners 36 kürzer als die Messzeit 40 des ersten Mittelwertbildners 36 ist, insbesondere um Größenordnungen kürzer, zum Beispiel hundertmal kürzer. Der zweite Mittelwertbildner 36 ist demnach ein im Vergleich zum ersten Mittelwertbildner 30 schneller Mittelwertbildner mit einer im Vergleich zur Messzeit 40 des ersten Mittelwertbildners 30 kürzeren Messzeit.
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Aus den bereits erwähnten zum Beispiel einhundert Störspannungsmesswerten, die während einer Abtastperiode mit einer Dauer von zum Beispiel 1/50 s entsprechend einer tatsächlichen oder erwarteten Frequenz der Störspannung von 50 Hz aufgenommen werden, also einer Abtastung mit einer Abtastrate von 5 kHz, lassen sich der Verlauf der Störspannung rekonstruieren und eine Frequenz der Störspannung sowie deren Amplitude ermitteln. Gemäß dem sogenannten Nyquist-Shannon-Abtasttheorem würde eine Abtastrate größer als 100 Hz, also zum Beispiel 110 Hz, für eine Erkennung einer Frequenz der jeweiligen Störspannung von bis zu 50 Hz ausreichen. Höhere Abtastraten, also zum Beispiel einhundert Abtastungen während einer Abtastperiode, liefern sehr schnell ausreichend verlässliche Werte für die Frequenz und/oder Amplitude der Störspannung und damit die Basis für den Diagnosewert 28.
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Mit dem Diagnosewert 28, also Detailinformationen zur jeweiligen Störspannung, lässt sich zum Beispiel auch dynamisch die Dauer der von dem ersten Mittelwertbildner 30 verwendeten Messzeit 40 an die Frequenz der Störspannung anpassen, so dass die von dem ersten Mittelwertbildner 30 durchgeführte Mittelwertbildung die überlagerte Störspannung möglichst gut eliminiert. Dies führt auch zu einer Verbesserung der Qualität des Messwerts 12. Zudem erlaubt eine solche Anpassung Messzeiten 40 entsprechend der tatsächlichen Störspannungsfrequenz, so dass jeweils am Ende einer Störspannungsperiode ein aktualisierter Messwert 12 zu Verfügung steht. Auf diese Weise kann – anders als bei Messzeiten 40 entsprechend einem Vielfachen einer tatsächlichen oder vermuteten Periodendauer des Störsignals – die Dynamik des Messwerts 12 besser erfasst und auf eventuelle Änderungen des Messwerts 12 schneller reagiert werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das oder die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereichten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden eine Analogeingangsschaltung 10 und ein Verfahren zu deren Betrieb, wobei die Analogeingangsschaltung 10 einen AD-Wandler 20 zur Erzeugung eines Bitstroms 26 aus einem Gebersignal sowie eine Verarbeitungseinheit 24, mittels derer der Bitstrom 26 zur Generierung eines Messwerts 12 entsprechend dem Gebersignal verarbeitbar ist, umfasst, wobei die Verarbeitungseinheit 24 funktional in zwei Bereiche geteilt ist, nämlich einen ersten Funktionsbereich mit einem ersten Mittelwertbildner 30 und einem zweiten Funktionsbereich mit einer Reihenschaltung eines HP-Filters 34 und eines zweiten Mittelwertbildners 36, wobei beiden Funktionsbereichen der Bitstrom 26 zuführbar ist und am Ausgang des ersten Funktionsbereichs der Messwert 12 und am Ausgang des zweiten Funktionsbereichs ein Diagnosewert 28 zu einer das Gebersignal überlagernden Störspannung abgreifbar ist und wobei der zweite Mittelwertbildner 36 im Vergleich zum ersten Mittelwertbildner 30 ein schneller Mittelwertbildner mit einer kürzeren Messzeit ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Analogeingangsschaltung
- 12
- Messwert
- 14
- Geber/Sensor
- 16
- Signalanpassung
- 18
- HF-Filter
- 20
- AD-Wandler
- 22
- Potentialtrennung
- 24
- Verarbeitungseinheit
- 26
- Bitstrom
- 28
- Diagnosewert
- 30
- erste Funktionseinheit/erster Mittelwertbildner
- 32
- zweite Funktionseinheit
- 34
- HF-Filter
- 36
- dritte Funktionseinheit/zweiter Mittelwertbildner
- 38
- vierte Funktionseinheit
- 40
- Messzeit
- 42
- Messsignal
