DE102015210621B4

DE102015210621B4 - Steuergerät mit Kommunikationsschnittstelle, Empfangsgerät und Verfahren zur Kommunikation

Info

Publication number: DE102015210621B4
Application number: DE102015210621.7A
Authority: DE
Inventors: Ante Cobanov; Martin Wiesner; Manuel Braun; Ralf Blumentritt
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-06-11
Also published as: US10234850B2; DE102015210621A1; US20160363926A1; CN106246979B; CN106246979A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät (1) zur Ansteuerung eines elektrischen oder fluidischen Ventilantriebs (4), mit einer Steuereinrichtung (2), die ausgebildet ist, Steuersignale für den Ventilantrieb (4) bereitzustellen und eine von einer Sensoreinrichtung (5) erfasste antriebsbezogene Messinformation zu erhalten, sowie mit einer Kommunikationsschnittstelle (3), die ausgebildet ist, ein Stromsignal auszugeben und die antriebsbezogene Messinformation in einen Stromsignalpegel innerhalb eines Stromintervalls (SI) gemäß einem Kommunikationsprotokoll umzusetzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) ferner ausgebildet ist, wenigstens zwei verschiedene Gerätezustandsinformationen zu erzeugen, und dass die Kommunikationsschnittstelle (3) ferner ausgebildet ist, die wenigstens zwei verschiedenen Gerätezustandsinformationen in verschiedene Stromsignalpegel (P1, P2, P3, P4) außerhalb des Stromintervalls (SI) umzusetzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zur Ansteuerung eines elektrischen oder fluidischen Ventilantriebs, mit einer Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, Steuersignale für den Ventilantrieb bereitzustellen und eine von einer Sensoreinrichtung erfasste antriebsbezogene Messinformation zu erhalten, sowie mit einer Kommunikationsschnittstelle, die ausgebildet ist, ein Stromsignal auszugeben und die antriebsbezogene Messinformation in einen Stromsignalpegel innerhalb eines Stromintervalls gemäß einem Kommunikationsprotokoll umzusetzen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Empfangsgerät zur Kommunikation mit dem Steuergerät, wobei das Empfangsgerät ausgebildet ist, das vom Steuergerät ausgegebene Stromsignal zu empfangen, dessen Stromsignalpegel zu erfassen und einen erfassten Stromsignalpegel innerhalb des Stromintervalls in eine antriebsbezogene Messinformation umzusetzen.
Schließlich betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einem Steuergerät zur Ansteuerung eines elektrischen oder fluidischen Ventilantriebs und einem Empfangsgerät.
Aus dem Stand der Technik ist ein Steuergerät bekannt, das dazu dient, einen elektrischen oder fluidischen Ventilantrieb anzusteuern. Der Ventilantrieb und/oder das zugehörige Ventil werden von einer Sensoreinrichtung überwacht, die eine bestimmte Messgröße, wie beispielsweise die Position eines Kolbens, erfasst und diese als antriebsbezogene Messinformation an das Steuergerät überträgt. Das Steuergerät wiederrum überträgt die Messinformation über eine analoge Stromschnittstelle an ein Empfangsgerät wie beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung.
Die Übertragung der Messinformation über die analoge Stromschnittstelle ist gemäß einem Kommunikationsprotokoll konfiguriert. Insbesondere ist die analoge Stromschnittstelle eingerichtet, die Messinformation in einem Stromintervall von 4 mA bis 20 mA zu übertragen. Das heißt, verschiedene Messwerte der Messinformation werden auf verschiedene Stromsignalpegel innerhalb des Stromintervalls von 4 mA bis 20 mA abgebildet bzw. in diese umgesetzt und dann an das Empfangsgerät übertragen.
Das Empfangsgerät empfängt das Stromsignal, erfasst die Stromsignalpegel und setzt diese in die Messinformation um. Das Empfangsgerät ist somit über die am Ventilantrieb und/oder Ventil erfasste Messgröße informiert und kann diese z. B. zur Überwachung und/oder Ansteuerung des Steuergeräts und des zugehörigen Ventilantriebs verwenden.
Die DE 10 2011 085 877 A1 beschreibt ein Kommunikationsverfahren, bei dem Prozessdaten in Form analoger Stromwerte in einem Bereich zwischen 4 und 20 mA übertragen werden. Die Prozessdaten liegen zunächst digital vor und werden über eine Stromschnittstelle in die analogen Stromwerte umgesetzt. Zur Überwachung der Digital-/Analog-Umsetzung wird der erzeugte Strom gemessen, digitalisiert und mit den digitalen Soll-Prozessdaten verglichen. Im Fehlerfall wird eine Fehlermeldung in Form eines Stromwertes außerhalb des Bereichs von 4 bis 20 mA, beispielsweise > 21 mA oder < 3,8 mA ausgegeben.
Die DE 10 2011 111 558 A1 beschreibt eine Auswerte- und Steuereinheit, bei der eine Stromaufnahme unabhängig von eventuell vorgenommenen Fehlerstromeinstellungen auf 3,6 mA und/oder 21 mA gemäß der NAMUR Empfehlung NE 043 setzt.
Die DE 10 2004 021 750 A1 führt an, dass gemäß der NAMUR Empfehlung NE 43 Alarmzustände über Ströme außerhalb des dem Messwert zugeordneten Strombereichs signalisiert werden sollen und dass der Fehlerstrom unter 3,8 mA oder über 20,5 mA liegen sollte.
Die DE 10 2005 027 047 A1 beschreibt, dass ein Messumformer, beispielsweise ein Temperatursensor, einem Messumformerspeisegerät einen Messwert bereitstellt. Der Messumformer stellt neben dem Messwert noch weitere Zusatzinformationen, im Wesentlichen Diagnoseinformationen, zur Verfügung. Die Kommunikation zwischen dem Messumformerspeisegerät und dem Messumformer erfolgt nach dem HART-Standard.
Die NAMUR-Empfehlung 43 „Vereinheitlichung des Signalpegels für die Ausfallinformation von digitalen Messumformern mit analogem Ausgangssignal”, Leverkusen, 2003 (Version 03.02.2003, S. 1–8) beschreibt Strombereiche für die Signalpegel von digitalen Messumformern.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das Zusammenspiel zwischen dem Steuergerät und dem Empfangsgerät zu verbessern, so dass es dem Empfangsgerät ermöglicht wird, das Steuergerät umfassender zu überwachen.
Diese Aufgabe wird für ein Steuergerät der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Steuergerät ist die Steuereinrichtung ferner ausgebildet, wenigstens zwei verschiedene Gerätezustandsinformationen zu erzeugen, und die Kommunikationsschnittstelle ist ferner ausgebildet, die wenigstens zwei verschiedenen Gerätezustandsinformationen in verschiedene Stromsignalpegel außerhalb des Stromintervalls umzusetzen. Die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen umfassen wenigstens eine Initialisierungsinformation, eine Kalibrierungsinformation, eine Fehlercodeinformation, eine Pegelüberschreitungsinformation, und/oder eine Parameterfehlerinformation.
Das erfindungsgemäße Steuergerät ist somit ausgebildet, wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen zu erzeugen und diese über die Kommunikationsschnittstelle zu übertragen. Folglich kann ein mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät in kommunikativer Verbindung stehendes Empfangsgerät umfassender über den Betrieb bzw. die Zustände des Steuergeräts informiert werden und dieses damit besser überwachen. Im Ergebnis wird somit das Zusammenspiel zwischen Steuergerät und Empfangsgerät verbessert.
Vorzugsweise betreffen die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen jeweils einen Betriebszustand des Steuergerätes, des Ventilantriebs, eines dem Ventilantrieb zugehörigen Ventils, und/oder eines anderen mit dem Steuergerät in Verbindung stehenden externen Geräts. Eine oder beide der wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen stellen eine Initialisierungsinformation, eine Kalibrierungsinformation, eine Fehlercodeinformation, eine Pegelüberschreitungsinformation, oder eine Parameterfehlerinformation dar.
Die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen werden erfindungsgemäß über dieselbe Kommunikationsschnittstelle übertragen, die auch zur Übertragung der von der Sensoreinrichtung empfangenen antriebsbezogenen Messinformation verwendet wird. Folglich ist es nicht nötig, eine zusätzliche Kommunikationsschnittstelle vorzusehen, und der von der vorliegenden Erfindung beabsichtigte Vorteil kann kostengünstig erzielt werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das erfindungsgemäße Steuergerät abwärtskompatibel mit konventionellen Empfangsgeräten ist. Die Abwärtskompatibilität wird insbesondere dadurch gewährleistet, dass die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen in verschiedene Stromsignalpegel außerhalb des Stromintervalls umgesetzt werden, und damit keine Stromsignalpegel innerhalb des Stromintervalls gemäß dem Kommunikationsprotokoll belegen. Hierfür werden die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen mittels Stromsignalpegeln übertragen, die oberhalb und/oder unterhalb des von dem Kommunikationsprotokoll vorgegebenen Stromintervalls liegen. Insbesondere können die Stromsignalpegel für die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen oberhalb des größten und/oder unterhalb des kleinsten Stromsignalpegels des Stromintervalls liegen.
Zweckmäßigerweise können die Gerätezustandsinformationen ausschließlich in Stromsignalpegel umgesetzt werden, die oberhalb des Stromintervalls liegen. Alternativ dazu können die Gerätezustandsinformationen auch ausschließlich in Stromsignalpegel umgesetzt werden, die unterhalb des Stromintervalls liegen. Es ist auch möglich, dass eine erste Gerätezustandsinformation in einen Stromsignalpegel oberhalb des Stromintervalls umgesetzt wird, und eine zweite Gerätezustandsinformation in einen Stromsignalpegel unterhalb des Stromintervalls umgesetzt wird. Ferner ist es zum Zwecke der erhöhten Übertragungssicherheit auch möglich, dass eine erste Gerätezustandsinformation in einen ersten Stromsignalpegel oberhalb des Stromintervalls und in einen zweiten Stromsignalpegel unterhalb des Stromintervalls umgesetzt wird, während eine zweite Gerätezustandsinformation in einen dritten Stromsignalpegel oberhalb des Stromintervalls und in einen vierten Stromsignalpegel unterhalb des Stromintervalls umgesetzt wird. Dieser Ansatz kann auch für mehr als zwei Gerätezustandsinformationen angewendet werden.
Die hier erwähnten Stromsignalpegel innerhalb und außerhalb des Stromintervalls können z. B. feste Gleichstromwerte sein. Das heißt, jeder Stromsignalpegel kann eine bestimmte Gleichstromstärke bzw. einen bestimmten Amperewert darstellen.
Erfindungsgemäß wird ferner das von dem Kommunikationsprotokoll für die Übertragung der antriebsbezogenen Messinformation vorgegebene Stromintervall beibehalten. Die Messinformation wird in einen entsprechenden Stromsignalpegel innerhalb des Stromintervalls gemäß dem Kommunikationsprotokoll umgesetzt. Das Kommunikationsprotokoll kann z. B. ein kontinuierliches Stromintervall vorgeben, das zur Übertragung der Messinformation bestimmt ist. Der Stromsignalpegel kann dabei innerhalb des Stromintervalls vorzugsweise kontinuierliche Werte annehmen. Alternativ dazu kann das Kommunikationsprotokoll auch eine Vielzahl diskreter Stromsignalpegel innerhalb des Stromintervalls vorgeben.
Die Beibehaltung des von dem Kommunikationsprotokoll vorgegebenen Stromintervalls trägt zu dem oben bereits erwähnten Vorteil der Abwärtskompatibilität bei. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Steuergerät dadurch sowohl im Zusammenspiel mit Empfangsgeräten betrieben werden, die für einen Empfang der Gerätezustandsinformationen ausgebildet sind, wie auch mit konventionellen Empfangsgeräten, die ausschließlich für eine Kommunikation innerhalb des Stromintervalls gemäß dem Kommunikationsprotokoll konfiguriert sind. Demzufolge kann das erfindungsgemäße Steuergerät sehr vielseitig eingesetzt werden.
Die antriebsbezogene Messinformation wird von einer Sensorvorrichtung erfasst. Das erfindungsgemäße Steuergerät ist ausgebildet, die erfasste Messinformation zu erhalten. Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung separat von dem erfindungsgemäßen Steuergerät vorgesehen sein und Übertragungsmittel umfassen, um die Messinformation an das Steuergerät zu übertragen. Dementsprechend kann das Steuergerät ausgebildet sein, die von der Sensorvorrichtung erfasste Messinformation zu empfangen. Die Sensorvorrichtung kann dem Ventilantrieb und/oder dem vom Ventilantrieb angetriebenen Ventil zugeordnet sein. Beispielsweise ist die Sensorvorrichtung im Ventilantrieb und/oder im Ventil angeordnet. Ist die Sensorvorrichtung im Ventilantrieb angeordnet, so kann die erfasste Messinformation über eine Kommunikationsschnittstelle zwischen dem Steuergerät und dem Ventilantrieb übertragen werden.
Die von der Sensorvorrichtung erfasste antriebsbezogene Messinformation kann z. B. eine quantitativ bestimmbare Eigenschaft des Ventilantriebs, des vom Ventilantrieb angetriebenen Ventils, oder eines vom Ventil beeinflussten Fluids darstellen. Beispielsweise stellt die Messinformation die aktuelle Ist-Position eines Kolbens dar.
Der von dem erfindungsgemäßen Steuergerät angesteuerte elektrische und/oder fluidische Ventilantrieb kann separat vom Steuergerät vorgesehen sein. Alternativ können Steuergerät und Ventilantrieb als integrierte Einheit bereitgestellt werden. Beispielsweise können Steuergerät und Ventilantrieb im selben Gehäuse angeordnet sein. Das Steuergerät und der Ventilantrieb können über eine Schnittstelle miteinander kommunikativ in Verbindung stehen.
Das erwähnte Kommunikationsprotokoll ist vorzugsweise ein in der Prozessautomation verwendetes Kommunikationsprotokoll, über welches Steuergeräte und Empfangsgeräte miteinander kommunizieren. Das Kommunikationsprotokoll gibt insbesondere das Stromintervall vor, in dem die Stromsignalpegel zur Übertragung der Messinformation liegen, z. B. zwischen 4 mA und 20 mA. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um das Kommunikationsprotokoll eines analogen Stromausgangs; insbesondere um den 4/20-mA-Standard.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen von einer Geräteausfallinformation verschieden sind.
Das heißt, die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen zeigen nicht bloß einen Ausfall des Steuergeräts an, sondern stellen beispielsweise einen oder mehrere von einem Ausfall verschiedene Betriebszustände des Steuergeräts dar. Das Empfangsgerät, das diese über eine bloße Ausfallinformation hinausgehenden Gerätezustandsinformationen erhält, kann somit umfassender über den Zustand des Steuergeräts informiert werden.
Es ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen wenigstens eine Initialisierungsinformation, eine Kalibrierungsinformation, eine Fehlercodeinformation, eine Pegelüberschreitungsinformation, und/oder eine Parameterfehlerinformation umfassen.
Beispielsweise sind die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen aus dieser Gruppe von verschiedenen Informationsarten auswählbar. Vorzugsweise können die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen jeweils die gleiche der aufgeführten Informationsarten umfassen. Alternativ dazu können die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen auch jeweils verschiedene der aufgeführten Informationsarten umfassen. Als Beispiel für den erstgenannten Fall können die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen jeweils eine Initialisierungsinformation umfassen. Zum Beispiel kann eine erste Gerätezustandsinformation anzeigen, dass eine Initialisierung begonnen wurde, und eine zweite Gerätezustandsinformation kann anzeigen, dass eine Initialisierung abgeschlossen wurde. Zweckmäßigerweise können verschiedene Stadien eines Initialisierungsvorgangs angezeigt werden. Gleichermaßen können auch verschiedene Stadien, wie z. B. Beginn oder Abschluss, eines Kalibrierungsvorgangs angezeigt werden.
Im zweitgenannten Fall, in dem die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen verschiedene der aufgeführten Informationsarten umfassen, kann z. B. eine erste Gerätezustandsinformation anzeigen, dass sich das Steuergerät in einem Initialisierungszustand befindet, und eine zweite Gerätezustandsinformation anzeigen, dass sich das Steuergerät in einem Kalibrierungszustand befindet. Zusätzlich dazu kann eine dritte, vierte, und/oder fünfte Gerätezustandsinformation die verbleibenden der aufgeführten Informationsarten – also eine Fehlercodeinformation, eine Pegelüberschreitungsinformation, und/oder eine Parameterfehlerinformation darstellen.
Die Fehlercodeinformation kann einen Fehlercode umfassen, der einem bestimmten Fehlertyp zugeordnet ist. Zweckmäßigerweise kann eine erste Gerätezustandsinformation einen ersten Fehlercode darstellen und eine zweite Gerätezustandsinformation einen zweiten Fehlercode darstellen. Vorzugsweise betrifft die Fehlercodeinformation einen Fehler, der vom System bzw. von dem Steuergerät und/oder dem Empfangsgerät selbst behoben werden kann. Vorzugsweise kann das Empfangsgerät dann entsprechend dem empfangenen Fehlercode einen bestimmten Befehl an das Steuergerät senden, um zu bewirken, dass der Fehler behoben wird.
Die Pegelüberschreitungsinformation kann qualitativ darstellen, dass eine bestimmte Messgröße oder Variable, die vom Steuergerät erfasst und/oder erhalten wird, einen vordefinierten Schwellenwert überschritten oder unterschritten hat. Hierbei muss der konkrete Wert der Messgröße bzw. der Variable nicht mitübertragen werden. Die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen können jeweils verschiedene Messgrößen bzw. Variablen betreffen.
Die Parameterfehlerinformation kann anzeigen, dass ein in dem Steuergerät, dem Ventilantrieb, und/oder dem Ventil gespeicherter Parameter fehlerhaft ist. In diesem Zusammenhang kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, einen oder mehrere in dem Steuergerät, dem Ventilantrieb, und/oder dem Ventil gespeicherte Parameter auszulesen und zu evaluieren. Entsprechend dem Evaluationsergebnis kann dann über eine Gerätezustandsinformation mitgeteilt werden, dass ein bestimmter Parameter fehlerhaft ist. Vorzugsweise können sich die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen jeweils auf verschiedene Parameter beziehen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann sich eine Gerätezustandsinformation auch auf eine Vielzahl von Parametern beziehen und beispielsweise anzeigen, dass mindestens einer aus der Vielzahl von Parametern fehlerhaft ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stromschnittstelle ausgebildet ist, die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen in verschiedene Stromsignalpegel umzusetzen, die eine vorbestimmte Pegeldifferenz zueinander aufweisen, die vorzugsweise mindestens 0,2 mA, insbesondere 0,5 mA beträgt.
Insbesondere wird hierbei eine Mindestpegeldifferenz zwischen zwei benachbarten Stromsignalpegeln außerhalb des Stromintervalls vorgegeben. Dies hat den Vorteil, dass empfangsseitig eine sichere Detektion der jeweiligen Stromsignalpegel gewährleistet werden kann. Die Mindestpegeldifferenz kann anwendungsabhängig für die Stromsignalpegel außerhalb des Stromintervalls gewählt werden. Vorzugsweise beträgt die Mindestpegeldifferenz 0,2 mA.
Gerade bei den zu übertragenden wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen kann eine Fehlübertragung besonders folgenreich sein und daher ist eine große Mindestpegeldifferenz speziell in diesem Zusammenhang von Vorteil. Zweckmäßigerweise kann die Mindestpegeldifferenz für die Stromsignalpegel außerhalb des Stromintervalls daher auch 0,5 mA oder mehr betragen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung ferner ausgebildet, eine Geräteausfallinformation zu erfassen, und die Stromschnittstelle ist ferner ausgebildet, die wenigstens zwei verschiedenen Gerätezustandsinformationen in verschiedene Stromsignalpegel außerhalb des Stromintervalls mit einer vorbestimmten Maximalpegeldauer umzusetzen, und die Geräteausfallinformation in einen Stromsignalpegel außerhalb des Stromintervalls mit einer vorbestimmten Mindestpegeldauer umzusetzen, die größer ist als die Maximalpegeldauer.
Insbesondere kann in dieser Ausgestaltung außerhalb des Stromintervalls zusätzlich zu den wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen auch noch wenigstens eine Geräteausfallinformation übertragen werden. Die Geräteausfallinformation kann dabei in den gleichen Stromsignalpegel wie eine der wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen umgesetzt werden.
Die Unterscheidung zwischen Geräteausfallinformation und Gerätezustandsinformation erfolgt dann über die jeweilige Dauer, mit der der Stromsignalpegel gehalten wird. Hierbei kann für die Umsetzung der Gerätezustandsinformationen eine Maximalpegeldauer vorbestimmt werden; das heißt, dass zur Übertragung der Gerätezustandsinformationen der Pegel des Stromsignals nur für eine vorgebbare Maximaldauer gehalten wird. Zweckmäßigerweise wird bei/nach Ablauf der Maximaldauer der Pegel des Stromsignals geändert. Vorzugsweise wird der Pegel des Stromsignals dabei auf einen Stromsignalpegel innerhalb des Stromintervalls gemäß dem Kommunikationsprotokoll geändert.
Dementsprechend wird für die Übertragung der Geräteausfallinformation der Pegel des Stromsignals mit einer vorbestimmten Mindestpegeldauer gehalten, die größer ist als die Maximalpegeldauer. Vorzugsweise kann für die Übertragung der Geräteausfallinformation der Pegel des Stromsignals auch dauerhaft auf den die Geräteausfallinformation abbildenden Stromsignalpegel gesetzt werden.
Die Geräteausfallinformation kann z. B. dann übertragen werden, wenn angezeigt werden soll, dass das Steuergerät und/oder eine zugehörige Einheit wie z. B. der Ventilantrieb oder das dem Ventilantrieb zugehörige Ventil einen Defekt aufweist und beispielsweise gewartet oder ausgewechselt werden muss. Insbesondere kann die Geräteausfallinformation dabei Defekte betreffen, die nicht selbständig vom System bzw. von dem Steuergerät und/oder dem Empfangsgerät behoben werden können.
Vorzugsweise wird für die Übertragung der Geräteausfallinformation die Stromstärke 0 mA gewählt. So kann die Geräteausfallinformation selbst dann noch mitgeteilt werden, wenn die Stromversorgung des Steuergeräts ausgefallen ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Stromintervall gemäß dem Kommunikationsprotokoll das Intervall von 3,8 mA bis 20,8 mA. Dabei können die Stromsignalpegel von 3,8 mA und 20,8 mA beispielsweise den jeweils kleinsten bzw. größten definierten Stromsignalpegel für die Übertragung der antriebsbezogenen Messinformation darstellen. Alternativ dazu kann das Stromintervall auch innerhalb des Intervalls von 3,8 mA bis 20,8 mA liegen. Vorzugsweise umfasst das Stromintervall das Intervall von 4 mA bis 20 mA und die Stromsignalpegel von 4 mA und 20 mA stellen den jeweils kleinsten bzw. größten definierten Stromsignalpegel für die Übertragung der antriebsbezogenen Messinformation dar.
Das weit verbreitete Highway Addressable Remote Transducer (HART) Kommunikationssystem basiert auf dem vorstehend bereits erwähnten 4/20-mA-Standard und setzt daher ebenfalls ein Intervall von 4 mA bis 20 mA ein. Dementsprechend kann das vorliegende Steuergerät auch derart ausgebildet sein, dass es innerhalb des Intervalls von 4 mA bis 20 mA mit dem HART-Kommunikationssystem kompatible Signale ausgibt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Stromsignalpegel, in die die Gerätezustandsinformationen und/oder die Geräteausfallinformation umgesetzt werden, kleiner gleich 3,5 mA und/oder größer gleich 21 mA. Vorzugsweise liegen diese Stromsignalpegel in einem Intervall von 0 mA bis 3,5 mA und/oder 21 mA bis 24 mA.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Kommunikationsschnittstelle eine analoge Stromschnittstelle. Insbesondere wird dabei das Stromsignal von der analogen Stromschnittstelle ausgegeben.
Die oben erwähnte Aufgabe wird für ein Empfangsgerät der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Das erfindungsgemäße Empfangsgerät ist dementsprechend ausgebildet, wenigstens zwei erfasste Stromsignalpegel außerhalb des Stromintervalls in zwei verschiedene Gerätezustandsinformationen umzusetzen. Die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen umfassen wenigstens eine Initialisierungsinformation, eine Kalibrierungsinformation, eine Fehlercodeinformation, eine Pegelüberschreitungsinformation, und/oder eine Parameterfehlerinformation.
Insbesondere stammt das Stromsignal dabei von einem oben beschriebenen Steuergerät und weist somit eine oder mehrere der oben beschriebenen Signaleigenschaften auf. Vorzugsweise ist das Empfangsgerät ausgebildet, ein Stromsignal mit einer oder mehrerer der oben beschriebenen Eigenschaften zu erfassen und entsprechend umzusetzen. Insbesondere ist das Empfangsgerät ausgebildet, Umsetzungen von erfasstem Stromsignalpegel in Messinformation, Gerätezustandsinformation, und/oder Geräteausfallinformation vorzunehmen, die jeweils den oben beschriebenen, von dem Steuergerät vorgenommenen Umsetzungen von Messinformation, Gerätezustandsinformation, und/oder Geräteausfallinformation in Stromsignalpegel entsprechen bzw. sich invers dazu verhalten.
Vorzugsweise kann das Empfangsgerät selbst auch ein Steuergerät der oben beschriebenen Art sein, das dazu ausgebildet ist, mit einem weiteren Steuergerät der gleichen Art zu kommunizieren. Alternativ dazu kann das Empfangsgerät auch als dem Steuergerät übergeordnete Steuerung ausgebildet sein. Insbesondere kann das Empfangsgerät Steuermittel umfassen und ausgebildet sein, ein Steuergerät der oben beschriebenen Art gemäß den empfangenen Gerätezustandsinformationen anzusteuern. Vorzugsweise ist das Empfangsgerät als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet.
Die oben erwähnte Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei die Schritte: Erfassen einer ersten und zweiten Gerätezustandsinformation, Umsetzen der ersten und zweiten Gerätezustandsinformation in zwei verschiedene Stromsignalpegel außerhalb eines für die Kommunikation einer antriebsbezogenen Messinformation vorgegebenen Stromintervalls gemäß einem Kommunikationsprotokoll, Übertragen des Stromsignals mit den beiden Stromsignalpegeln von dem Steuergerät zu dem Empfangsgerät, Empfangen des Stromsignals an dem Empfangsgerät, Erfassen der Stromsignalpegel des Stromsignals; Umsetzen der Stromsignalpegel in die erste und die zweite Gerätezustandsinformation. Die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen umfassen wenigstens eine Initialisierungsinformation, eine Kalibrierungsinformation, eine Fehlercodeinformation, eine Pegelüberschreitungsinformation, und/oder eine Parameterfehlerinformation.
Vorzugsweise werden für das Verfahren ein Steuergerät und/oder ein Empfangsgerät der jeweils oben beschriebenen Art verwendet.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt
1 ein Blockdiagramm einer Anordnung, die das erfindungsgemäße Steuergerät und das erfindungsgemäße Empfangsgerät umfasst,
2 ein Schaubild, das ein Stromintervall und verschiedene Stromsignalpegel außerhalb des Stromintervalls darstellt,
3 einen zeitlichen Verlauf des Stromsignalpegels eines von einem Steuergerät ausgegebenen Stromsignals,
4 ein Flussdiagramm, das schematisch Schritte eines Verfahrens zur Kommunikation zwischen einem Steuergerät und einem Empfangsgerät zeigt.
In der nachstehenden Figurenbeschreibung werden für funktionsgleiche Komponenten der dargestellten Ausführungsformen jeweils gleiche Bezeichnungen verwendet, wobei auf eine mehrfache Beschreibung funktionsgleicher Komponenten verzichtet wird.
Die 1 zeigt schematisch eine Anordnung, die das erfindungsgemäße Steuergerät 1 und das erfindungsgemäße Empfangsgerät 7 umfasst. Die in der 1 gezeigten Pfeile sollen dabei schematisch die Richtung der Informationsflüsse zwischen den verschiedenen funktionalen Einheiten andeuten.
Das erfindungsgemäße Steuergerät 1 umfasst eine Steuereinrichtung 2 und eine Kommunikationsschnittstelle 3. Dem Steuergerät 1 zugeordnet ist ein elektrischer oder fluidischer Ventilantrieb 4. Das Steuergerät 1 dient der Ansteuerung des elektrischen oder fluidischen Ventilantriebs 4 und weist zu diesem Zweck die Steuereinrichtung 2 auf, die dazu ausgebildet ist, Steuersignale für den Ventilantrieb 4 bereitzustellen, um eine vorgebbare Bewegung des Ventilantriebs zu bewirken. Wie in der 1 durch den Pfeil von der Steuereinrichtung 2 zu dem Ventilantrieb 4 angedeutet, werden die Steuersignale von der Steuereinrichtung 2 an den Ventilantrieb 4 übertragen. Dies kann über eine entsprechende Übertragungsleitung oder auch drahtlos erfolgen.
Dem Ventilantrieb 4 ist ein Ventil 6 zugeordnet, das von dem Ventilantrieb 4 gemäß den von der Sensoreinrichtung 2 empfangenen Steuersignalen angetrieben werden kann. Eine Sensoreinrichtung 5 ist dem Ventilantrieb 4 und/oder dem Ventil 6 zugeordnet und ausgebildet, eine quantitativ bestimmbare Eigenschaft des Ventilantriebs 4, des vom Ventilantrieb angetriebenen Ventils 2, oder eines von Ventil beeinflussten Fluids/Massenstroms zu erfassen und als antriebsbezogene Messinformation an die Steuereinrichtung 2 auszugeben.
Das Steuergerät 1 umfasst ferner eine Kommunikationsschnittstelle 3, die dazu ausgebildet ist, Informationen als ein Stromsignal an das Empfangsgerät 7 zu übertragen. Vorzugsweise sind die Kommunikationsschnittstelle 3 und das Empfangsgerät 7 dazu über eine Übertragungsleitung 8 miteinander verbunden. Die Kommunikationsschnittstelle 3 umfasst vorzugsweise eine analoge Stromschnittstelle. Die Übertragungsleitung 8 ist vorzugsweise als 2-Leitersystem oder 3-Leitersystem ausgebildet. Als 3-Leitersystem umfasst die Übertragungsleitung 8 insbesondere einen Versorgungsleiter, einen Signalleiter und einen Masseleiter.
Die Kommunikationsschnittstelle 3 erhält die Messinformation von der Steuereinrichtung 2 und setzt die Messinformation in einen bestimmten Stromsignalpegel um. Das heißt, entsprechend dem aktuellen Wert der Messinformation prägt die Kommunikationsschnittstelle 3 einen Gleichstrom mit einer bestimmten Stromstärke in die Übertragungsleitung 8 ein. Vorzugsweise gibt die Kommunikationsschnittstelle 3 zur Übertragung der antriebsbezogenen Messinformation ein im Wertebereich des Stromintervalls kontinuierliches bzw. analoges Stromsignal aus.
Das Empfangsgerät 7 empfängt das Stromsignal über die Übertragungsleitung 8 und erfasst den Pegel des Stromsignals. Das Empfangsgerät 7 setzt dann den erfassten Stromsignalpegel in eine Messinformation um.
Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung 2 ausgebildet, wenigstens zwei verschiedene Gerätezustandsinformationen zu erzeugen. Die wenigstens zwei verschiedenen Gerätezustandsinformationen werden der Kommunikationsschnittstelle 3 bereitgestellt. Diese setzt die wenigstens zwei verschiedenen Gerätezustandsinformationen in verschiedene, diskrete Strompegel außerhalb des Stromintervalls um und prägt ein entsprechendes Stromsignal auf der Übertragungsleitung 8 ein.
Das Empfangsgerät 7 empfängt das Stromsignal über die Übertragungsleitung 8 und erfasst die Pegel des Stromsignals. Das Empfangsgerät 7 setzt dann die erfassten Stromsignalpegel in die wenigstens zwei verschiedenen Gerätezustandsinformationen um.
Die 2 zeigt ein Schaubild, das ein Stromintervall SI gemäß einem Kommunikationsprotokoll, sowie verschiedene Stromsignalpegel P1, P2, P3, P4 außerhalb des Stromintervalls darstellt. Das Stromintervall SI dient hierbei der Übertragung der antriebsbezogenen Messinformation und die Stromsignalpegel P1, P2, P3, P4 dienen der Übertragung der wenigstens zwei verschiedenen Gerätezustandsinformationen.
Wie der 2 entnommen werden kann, ist das Stromintervall SI gemäß dem Kommunikationsprotokoll vorzugsweise für den Bereich von 4,0 mA bis 20,0 mA vorgegeben. Dementsprechend wird die Messinformation abhängig von ihrem aktuellen Wert auf einen Stromsignalpegel zwischen 4,0 mA und 20,0 mA abgebildet bzw. in diesen umgesetzt.
Die Stromsignalpegel P1, P2, P3, P4, die der Übertragung der wenigstens zwei verschiedenen Gerätezustandsinformationen dienen, sind vorzugsweise größer gleich 21,0 mA und/oder kleiner gleich 3,5 mA. In dem in der 2 gezeigten Beispiel nehmen die Stromsignalpegel P1, P2, P3, P4 die Werte 21,5 mA, 21,0 mA, 3,5 mA und 3,0 mA an. Zur Übertragung der wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen können wenigstens zwei der Stromsignalpegel ausgewählt werden.

Wie durch die Punkte in der 2 angedeutet, kann die Reihe von Stromsignalpegeln, die für die Übertragung der wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen vorgesehen sind, auch nach oben hin oder unten hin fortgesetzt werden. Die nachstehende Auflistung zeigt eine beispielhafte Fortschreibung der Stromsignalpegel bis 0 mA bzw. 24 mA:

Stromwert [mA]	zu übertragende Information
0,0	Gerätezustandsinformation 1
0,5	Gerätezustandsinformation 2
1,0	Gerätezustandsinformation 3
1,5	Gerätezustandsinformation 4
2,0	Gerätezustandsinformation 5
2,5	Gerätezustandsinformation 6
3,0	Gerätezustandsinformation 7
3,5	Gerätezustandsinformation 8
21,0	Gerätezustandsinformation 9
21,5	Gerätezustandsinformation 10
22,0	Gerätezustandsinformation 11
22,5	Gerätezustandsinformation 12
23,0	Gerätezustandsinformation 13
23,5	Gerätezustandsinformation 14
24,0	Gerätezustandsinformation 15

In der 3 ist schematisch ein zeitlicher Verlauf des Stromsignalpegels eines von der Kommunikationsschnittstelle 3 des Steuergeräts 1 ausgegebenen Stromsignals gezeigt.
Im Zeitbereich von t0 bis t1 setzt die Kommunikationsschnittstelle 3 antriebsbezogene Messinformationen in im Stromwertebereich kontinuierliche bzw. analoge Stromsignalpegel innerhalb des Stromintervalls SI um und prägt ein entsprechendes Stromsignal auf der Übertragungsleitung 8 ein. Alternativ zu den hier gezeigten analogen Stromsignalpegeln können zur Codierung einzelner Messwerte innerhalb des Stromintervalls SI auch diskrete Stromsignalpegel verwendet werden.
Zum Zeitpunkt t1 bestimmt die Steuereinrichtung 2, dass eine erste Gerätezustandsinformation übertragen werden soll. Die Kommunikationsschnittstelle 3 setzt die erste Gerätezustandsinformation in einen Stromsignalpegel außerhalb des Stromintervalls um. Beispielhaft setzt die Kommunikationsschnittstelle 3 die Gerätezustandsinformation, wie in 3 gezeigt, in den Stromsignalpegel P2 bzw. 21,0 mA um und prägt ein entsprechendes Stromsignal auf der Übertragungsleitung 8 ein.
Der Stromsignalpegel P2 wird für eine vorbestimmte Maximalpegeldauer gehalten. Danach setzt die Kommunikationsschnittstelle 3 den Stromsignalpegel an ihrem Ausgang wieder zurück auf einen Wert innerhalb des Stromintervalls SI. Insbesondere setzt die Kommunikationsschnittstelle 3 dabei die Umsetzung und Übertragung von antriebsbezogenen Messinformationen fort. In dem in der 3 gezeigten Beispiel geschieht dies zum Zeitpunkt t2.
Vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 erhält das Empfangsgerät keine neuen antriebsbezogenen Messinformationen über die Kommunikationsschnittstelle 3. Für diesen Zeitbereich kann das Empfangsgerät einfach die zuletzt empfangene antriebsbezogene Messinformation halten bzw. speichern. Bis zum Empfang einer neuen antriebsbezogenen Messinformation kann das Empfangsgerät dann auf Basis der gehaltenen bzw. gespeicherten antriebsbezogenen Messinformation arbeiten. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Verhältnisse der verschiedenen Zeitbereiche in der 3 nicht maßstabsgetreu gezeigt sind. Tatsächlich ist der Zeitbereich t1 bis t2 wesentlich kürzer als die Zeitbereiche t0 bis t1 und t2 bis t3, in denen sich, wie gezeigt, der die antriebsbezogene Messinformation abbildende Stromsignalpegel deutlich ändert. Vorzugsweise ist die vorbestimmte Maximalpegeldauer hinsichtlich des Dynamikverhaltens der antriebsbezogenen Messinformation kurz genug gewählt, so dass sich der Wert der antriebsbezogenen Messinformation während der Maximalpegeldauer maximal um einen vorbestimmten absoluten Wert und/oder Prozentsatz ändern kann.
Vor dem Zeitpunkt t3 bestimmt die Steuereinrichtung 2, dass ein Geräteausfall vorliegt. Zum Beispiel stellt die Steuereinrichtung 2 fest, dass die als antriebsbezogenen Messinformation erhaltene Ist-Position eines Kolbens von einer Soll-Position zu weit abweicht. Dementsprechend gibt die Steuereinrichtung 2 die Geräteausfallinformation an die Kommunikationsschnittstelle 3.
Die Kommunikationsschnittstelle 3 setzt die Geräteausfallinformation in einen Stromsignalpegel P3 bzw. 3,5 mA außerhalb des Stromintervalls SI und in eine vorbestimmte Mindestpegeldauer um, die größer ist als die Maximalpegeldauer, mit der die Gerätezustandsinformationen übertragen werden. Die Kommunikationsschnittstelle 3 prägt ein entsprechendes Stromsignal auf die Übertragungsleitung 8 ein. Wie der 3 entnommen werden kann, wird dementsprechend der Pegel P3 bzw. 3,5 mA des Stromsignals von dem Zeitpunkt t3 bis mindestens zu dem Zeitpunkt t4 gehalten.
Das Empfangsgerät 7, das dieses Stromsignal empfängt und dessen Stromsignalpegel erfasst, kann so aus der Dauer, mit der ein Stromsignalpegel außerhalb des Stromintervalls SI gehalten wird, bestimmen, ob es sich um eine Übertragung einer Gerätezustandsinformation oder um eine Übertragung einer Geräteausfallinformation handelt. Hierzu muss das Empfangsgerät 7 lediglich bestimmen, ob die Dauer eines Stromsignalpegels außerhalb des Stromintervalls SI größer gleich der vorbestimmten Mindestpegeldauer ist.
Die 4 zeigt ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einem Steuergerät 1 zur Ansteuerung eines elektrischen oder fluidischen Ventilantriebs 4 und einem Empfangsgerät 7. Das gezeigte Verfahren umfasst die Schritte: Erfassen S1 einer ersten und zweiten Gerätezustandsinformation, Umsetzen S2 der ersten und zweiten Gerätezustandsinformation in zwei verschiedene Stromsignalpegel P1, P2, P3, P4 außerhalb eines für die Kommunikation einer antriebsbezogenen Messinformation vorgegebenen Stromintervalls SI gemäß einem Kommunikationsprotokoll, Übertragen S3 des Stromsignals mit den beiden Stromsignalpegeln P1, P2, P3, P4 von dem Steuergerät 1 zu dem Empfangsgerät 7, Empfangen S4 des Stromsignals an dem Empfangsgerät 7, Erfassen S5 der Stromsignalpegel P1, P2, P3, P4 des Stromsignals, und Umsetzen S6 der Stromsignalpegel P1, P2, P3, P4 in die erste und die zweite Gerätezustandsinformation.
Für das Verfahren können insbesondere das oben beschriebene Steuergerät 1 und/oder das oben beschriebene Empfangsgerät 7 eingesetzt werden.

Claims

Steuergerät (1) zur Ansteuerung eines elektrischen oder fluidischen Ventilantriebs (4), mit einer Steuereinrichtung (2), die ausgebildet ist, Steuersignale für den Ventilantrieb (4) bereitzustellen und eine von einer Sensoreinrichtung (5) erfasste antriebsbezogene Messinformation zu erhalten, sowie mit einer Kommunikationsschnittstelle (3), die ausgebildet ist, ein Stromsignal auszugeben und die antriebsbezogene Messinformation in einen Stromsignalpegel innerhalb eines Stromintervalls (SI) gemäß einem Kommunikationsprotokoll umzusetzen, wobei die Steuereinrichtung (2) ferner ausgebildet ist, wenigstens zwei verschiedene Gerätezustandsinformationen zu erzeugen, und die Kommunikationsschnittstelle (3) ferner ausgebildet ist, die wenigstens zwei verschiedenen Gerätezustandsinformationen in verschiedene Stromsignalpegel (P1, P2, P3, P4) außerhalb des Stromintervalls (SI) umzusetzen, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen wenigstens eine Initialisierungsinformation, eine Kalibrierungsinformation, eine Fehlercodeinformation, eine Pegelüberschreitungsinformation, und/oder eine Parameterfehlerinformation umfassen.
Steuergerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen von einer Geräteausfallinformation verschieden sind.
Steuergerät (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschnittstelle (3) ausgebildet ist, die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen in verschiedene Stromsignalpegel (P1, P2, P3, P4) umzusetzen, die eine vorbestimmte Pegeldifferenz zueinander aufweisen, die vorzugsweise mindestens 0,2 mA oder 0,5 mA beträgt.
Steuergerät (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) ferner ausgebildet ist, eine Geräteausfallinformation zu erfassen, und dass die Stromschnittstelle (3) ferner ausgebildet ist, die wenigstens zwei verschiedenen Gerätezustandsinformationen in verschiedene Stromsignalpegel (P1, P2, P3, P4) außerhalb des Stromintervalls (SI) mit einer vorbestimmten Maximalpegeldauer umzusetzen, und die Geräteausfallinformation in einen Stromsignalpegel (P1, P2, P3, P4) außerhalb des Stromintervalls (SI) mit einer vorbestimmten Mindestpegeldauer umzusetzen, die größer ist als die Maximalpegeldauer.
Steuergerät (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromintervall (SI) gemäß dem Kommunikationsprotokoll das Intervall von 3,8 mA bis 20,8 mA, vorzugsweise das Intervall von 4 mA bis 20 mA umfasst.
Steuergerät (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsignalpegel (P1, P2, P3, P4), in die die Gerätezustandsinformationen und/oder die Geräteausfallinformation umgesetzt werden, kleiner gleich 3,5 mA und/oder größer gleich 21 mA sind.
Steuergerät (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsschnittstelle (3) eine analoge Stromschnittstelle umfasst.
Empfangsgerät (7) zur Kommunikation mit einem Steuergerät (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Empfangsgerät (7) ausgebildet ist, das vom Steuergerät (1) ausgegebene Stromsignal zu empfangen, dessen Stromsignalpegel zu erfassen und einen erfassten Stromsignalpegel innerhalb des Stromintervalls (SI) in eine antriebsbezogene Messinformation umzusetzen, wobei das Empfangsgerät (7) ferner ausgebildet ist, wenigstens zwei erfasste Stromsignalpegel (P1, P2, P3, P4) außerhalb des Stromintervalls (SI) in zwei verschiedene Gerätezustandsinformationen umzusetzen, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen wenigstens eine Initialisierungsinformation, eine Kalibrierungsinformation, eine Fehlercodeinformation, eine Pegelüberschreitungsinformation, und/oder eine Parameterfehlerinformation umfassen.
Verfahren zur Kommunikation zwischen einem Steuergerät (1) zur Ansteuerung eines elektrischen oder fluidischen Ventilantriebs (4) und einem Empfangsgerät (7), umfassend die Schritte: Erfassen (S1) einer ersten und zweiten Gerätezustandsinformation, Umsetzen (S2) der ersten und zweiten Gerätezustandsinformation in zwei verschiedene Stromsignalpegel (P1, P2, P3, P4) außerhalb eines für die Kommunikation einer antriebsbezogenen Messinformation vorgegebenen Stromintervalls (SI) gemäß einem Kommunikationsprotokoll, Übertragen (S3) des Stromsignals mit den beiden Stromsignalpegeln (P1, P2, P3, P4) von dem Steuergerät (1) zu dem Empfangsgerät (7), Empfangen (S4) des Stromsignals an dem Empfangsgerät (7), Erfassen (S5) der Stromsignalpegel (P1, P2, P3, P4) des Stromsignals, Umsetzen (S6) der Stromsignalpegel (P1, P2, P3, P4) in die erste und die zweite Gerätezustandsinformation, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Gerätezustandsinformationen wenigstens eine Initialisierungsinformation, eine Kalibrierungsinformation, eine Fehlercodeinformation, eine Pegelüberschreitungsinformation, und/oder eine Parameterfehlerinformation umfassen.