DE102017115990A1

DE102017115990A1 - signal converter

Info

Publication number: DE102017115990A1
Application number: DE102017115990.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2017-07-17
Publication date: 2018-01-25
Also published as: DE202016104000U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Signalwandler (S) zur Umwandlung einer durch eine Vorrichtung (V) zur Umwandlung von elektrischen Signalen erzeugten digitalen Frequenz in ein für eine Speicher-Programmierbare-Steuerung lesbares Signal, wobei das von der Vorrichtung ausgegebene Signal eine 12V DC Frequenz mit – je nach Analogwert – 100 bis 1000Hz ist. Der erfindungsgemäße Signalwanler ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine Elektronik umfasst, die das von der Vorrichtung (V) erzeugte Signal mittels Schmitt-Trigger und Operationsverstärker in ein für eine SPS lesbares Signal umwandelt, wobei die Ausgabe der Frequenz zeitsynchron zur eingehenden Frequenz erfolgt.The present invention relates to a signal converter (S) for converting a digital frequency generated by a device (V) for converting electrical signals into a readable for a memory programmable controller signal, wherein the signal output from the device has a 12V DC frequency - depending on the analog value - is 100 to 1000Hz. The signal converter according to the invention is characterized in that it comprises electronics which convert the signal generated by the device (V) by means of Schmitt trigger and operational amplifier into a signal readable by a PLC, wherein the output of the frequency is time-synchronous to the incoming frequency.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Signalwandler zur Umwandlung einer durch eine Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischen Signalen (bspw. Temperatur und andere) erzeugten digitalen Frequenz in ein für eine Speicher-Programmierbare-Steuerung (SPS) lesbares Signal. Die Verwendung ist in der Hauptsache die Modernisierung von bestehenden Anlagen, in denen Systeme bzw. Vorrichtungen verwendet werden, die als Sender für Temperaturwerte und andere analoge Signale Anwendung finden (bspw. einem kontaktlosen Messwertübertrager für im Mantel einer Galette angeordnete Temperaturfühler; DE 4417009 C1 ). The present invention relates to a signal converter for converting a digital frequency generated by a device for converting electrical signals (eg, temperature and others) into a signal readable for a memory programmable controller (PLC). The main use is the modernization of existing installations where systems or devices are used which are used as transmitters for temperature values and other analogue signals (eg a contactless transmitter for temperature sensors arranged in the shell of a godet; DE 4417009 C1 ).

Anwendungsbereiche sind z. B. die Kunstfaserherstellung sowie andere Prozesse, in denen Analogsignale durch eine solche Vorrichtung in eine Frequenz gewandelt werden. Areas of application are z. As the synthetic fiber production and other processes in which analog signals are converted by such a device into a frequency.

Stand der Technik State of the art

Die Analogwertwandlung gemäß dem Stand der Technik kann in der Regel bis zu acht Analogwerte erfassen und in je eine Frequenz wandeln. Bei mehr als einem Messkanal wird die Ausgabe über einen Multiplexer gesteuert. Versorgung und Signalauswertung erfolgt über eine Zweidraht Lösung. Die Auswertung ist derzeit nur durch die aus der DE 4417009 C1 bekannten Vorrichtung möglich und wird dann mittels Analogwerten zur auswertenden Steuerung übertragen. The analog value conversion according to the prior art can usually detect up to eight analog values and convert them into one frequency each. With more than one measuring channel, the output is controlled by a multiplexer. Supply and signal evaluation via a two-wire solution. The evaluation is currently only by the out of the DE 4417009 C1 known device is possible and is then transmitted by means of analog values for evaluating control.

Das von dieser Vorrichtung ausgegebene Signal ist eine 12V DC Spannung mit einer Frequenz von – je nach Analogwert – 100 bis 1000Hz. Dieses Signal ist allerdings kein Standard Signal, welches mit herkömmlichen Geräten ausgewertet werden kann. Die Spannung sinkt nicht, wie bei „normalen“ Frequenzsignalen auf 0V, sondern weist einen Spannungsbereich von Low 5V und High 12V auf. Das Frequenzsignal wird auf den Minuspol der Spannungsversorgung moduliert. Dies macht einen Einsatz von Hardware anderer Hersteller unmöglich. The signal output by this device is a 12V DC voltage with a frequency of - depending on the analog value - 100 to 1000Hz. However, this signal is not a standard signal that can be evaluated with conventional devices. The voltage does not drop, as with "normal" frequency signals to 0V, but has a voltage range of Low 5V and High 12V. The frequency signal is modulated to the negative pole of the power supply. This makes it impossible to use hardware from other manufacturers.

Um das Signal dennoch auswerten zu können, wird es in der Anzahl der Sensoren entsprechende Analogwerte gesplittet und kann somit von nachfolgenden Steuerungen ausgewertet werden. Dieses Verfahren verursacht Abweichungen zwischen tatsächlichem und angezeigtem Messwert mit einem Unterschied von bis zu 10°C, was in bestimmten Applikationen nicht toleriert werden kann. Zudem ist diese Lösung sehr teuer und fehleranfällig. In order to be able to evaluate the signal nevertheless, it is split in the number of sensors corresponding analog values and can thus be evaluated by subsequent controls. This method causes deviations between the actual and the displayed measured value with a difference of up to 10 ° C, which can not be tolerated in certain applications. In addition, this solution is very expensive and error-prone.

Die eingesetzten Digital/Analog Wandler sind, bedingt durch die Analogwert Skalierung, nur für bestimmte Temperaturbereiche einsetzbar (z.B. 0–200°C oder 200–400°C). Andere Bereiche können nur durch einen Firmware-Tausch realisiert werden. Dies bedeutet einen hohen Verwaltungsaufwand und Fehlerquelle. Due to the analog value scaling, the digital / analogue converters used can only be used for certain temperature ranges (eg 0-200 ° C or 200-400 ° C). Other areas can only be realized by a firmware exchange. This means a high administrative burden and source of error.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Signalwandler zu schaffen, welches zur einfachen Umwandlung einer durch eine Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischen Signalen erzeugten digitalen Frequenz in ein für eine SPS lesbares Signal geeignet ist. It is an object of the present invention to provide a signal converter which is suitable for easily converting a digital frequency generated by a device for converting electrical signals into a signal readable by a PLC.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Signalwandlers sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben. According to the invention the above object is achieved according to the preamble of claim 1 in conjunction with the characterizing features. Advantageous embodiments and further developments of the signal converter according to the invention are specified in the dependent subclaims.

Erfindungsgemäß ist ein Signalwandler der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass der Signalwandler eine Elektronik umfasst, die das von der Vorrichtung erzeugte Signal mittels Schmitt-Trigger und Operationsverstärker in ein für eine SPS lesbares Signal umwandelt, wobei die Ausgabe der in dem Signal enthaltenen Frequenz zeitsynchron zur eingehenden Frequenz erfolgt. According to the invention, a signal converter of the type mentioned above is characterized in that the signal converter comprises electronics which converts the signal generated by the device by Schmitt trigger and operational amplifier into a readable signal for a PLC, wherein the output of the frequency contained in the signal is time synchronous to the incoming frequency.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Signalwandler-Synchronisationseingang vorgesehen, dessen anliegende Spannung die Versorgungsspannung zu einem angeschlossenen Vorrichtungen steuert und den Messzyklus startet, wobei bei Vorliegen von vorzugsweise 18 bis 24V DC am Synchronisationseingang die angeschlossene Vorrichtung mit 12V DC versorgt wird. In a preferred embodiment of the invention, a signal converter synchronization input is provided, whose applied voltage controls the supply voltage to a connected devices and starts the measurement cycle, wherein in the presence of preferably 18 to 24V DC at the synchronization input, the connected device is supplied with 12V DC.

Darüber hinaus ist eine Steuerung vorgesehen, mittels der der Eingang nach einem beendeten Messzyklus oder bei einem Neustart für 50ms auf 0V geschaltet wird und durch Unterbrechen der Versorgungsspannung ein neuer Messzyklus gestartet wird. In addition, a control is provided, by means of which the input is switched to 0 V for 50 ms after a completed measuring cycle or during a restart and a new measuring cycle is started by interrupting the supply voltage.

Der Signalwandler weist vorzugsweise zwei Frequenzeingänge und zwei Frequenzausgänge auf und kann somit in dieser Ausführung zwei Vorrichtungen und dementsprechend bis zu vorzugsweise 16 Temperatursensoren abdecken. Die für die angeschlossenen Vorrichtungen benötigte 12V DC Spannung wird innerhalb des Signalwandlers erzeugt. The signal converter preferably has two frequency inputs and two frequency outputs and can thus cover two devices in this embodiment and accordingly up to preferably 16 temperature sensors. The 12V DC voltage required for the connected devices is generated within the signal converter.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Signalwandlers ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Other objects, features, advantages and applications of the signal converter according to the invention will become apparent from the following description of an embodiment the drawing. All described and / or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of the summary in individual claims or their dependency.

In den Zeichnungen zeigen In the drawings show

1 ein Prinzip-Anschlussbild des erfindungsgemäßen Signalwandlers; 1 a principle connection diagram of the signal converter according to the invention;

2 ein Prinzip-Blockschaltbild des Signalwandlers für Kanal 1; 2 a principle block diagram of the signal converter for channel 1 ;

3 die Darstellung eines mehrkanaligen Funktionsblockes. 3 the representation of a multi-channel function block.

Ausführung der Erfindung Embodiment of the invention

Die 1 zeigt ein Prinzip-Anschlussbild des erfindungsgemäßen Signalwandlers S mit zwei 12V DC Puls Eingängen (1, 2), zwei Sychronisierungsimpuls-Eingängen (3, 4), um den Frequenz-Multiplexer zu starten, zwei Frequenzausgängen (5, 6) zur SPS, Drehzahlerkennung zur SPS 18V DC Signal (7, 8), 12V DC Spannungsversorgung für die Vorrichtung V (9, 10), 0V Spannungsversorgung und Frequenzsignal der Vorrichtung V (11, 12) und 12V Drehzahlpuls der Vorrichtung V (13, 14). The 1 shows a schematic connection diagram of the signal converter S according to the invention with two 12V DC pulse inputs ( 1 . 2 ), two synchronizing pulse inputs ( 3 . 4 ) to start the frequency multiplexer, two frequency outputs ( 5 . 6 ) to PLC, speed detection to PLC 18V DC signal ( 7 . 8th ), 12V DC power supply for device V ( 9 . 10 ), 0V power supply and frequency signal of the device V ( 11 . 12 ) and 12V speed pulse of the device V ( 13 . 14 ).

Die in den vorliegenden Signalwandler integrierte Software ist vorzugsweise auf einer Rockwell ControlLogix SPS als Funktionsbaustein implementiert, kann aber auf jede SPS mit entsprechender Rechenleistung portiert werden. Somit besteht keine Abhängigkeit mehr zu einem Hersteller und der Anwender ist frei in der Wahl seiner Steuerung. The software integrated in the present signal converter is preferably implemented on a Rockwell ControlLogix PLC as a function block, but can be ported to any PLC with the appropriate computing power. Thus, there is no longer any dependency on a manufacturer and the user is free to choose his controller.

Der Funktionsbaustein liest die eingehende Frequenz und prüft in erster Instanz, ob eine Änderung stattfindet und erkennt somit, ob ein geeignetes Gerät angeschlossen ist. Ist dies nicht der Fall wird ein Alarm Bit gesetzt. Ist ein gültiges Frequenzsignal vorhanden, wird dieses in entsprechende Segmente mit Einzelfrequenzen zerlegt und den einzelnen Messwerten zugeordnet. Um die Synchronisierung zwischen Software und Hardware zu gewährleisten, wird mit einem Puls der Messzyklus gestartet. Dieser Puls nimmt für 50ms die 18V DC Spannung den entsprechenden Synchroneingängen (3, 4) der Hardware weg und startet somit auch hier einen Messzyklus. Mit Beginn der Messung wird die eingehende Frequenz in Scheiben von ca. 200ms zerschnitten und einzeln zwischengespeichert. The function block reads the incoming frequency and checks in the first instance whether a change is taking place and thus detects whether a suitable device is connected. If this is not the case, an alarm bit is set. If a valid frequency signal is present, it is divided into corresponding segments with individual frequencies and assigned to the individual measured values. To ensure the synchronization between software and hardware, the measuring cycle is started with one pulse. This pulse takes the 18V DC voltage for 50ms to the corresponding synchronous inputs ( 3 . 4 ) of the hardware and thus starts a measuring cycle here. At the beginning of the measurement, the incoming frequency is cut into slices of approx. 200ms and buffered individually.

Um Überschneidungen und Fehlmessungen zu vermeiden, werden Übergangsbereiche ausgeblendet und Störungen gefiltert. Nach Segmentierung werden die Temperaturen anhand der jeweiligen Frequenz berechnet und einzeln am Funktionsblock ausgegeben. Nach jedem Messzyklus wird die Hardware neu synchronisiert um den Gleichtakt zwischen Software und Hardware zu gewährleisten. In einigen Mehrkanalsystemen ist der erste Sensor als Testsensor deklariert. Dies bedeutet ein Festwert wird über die erste Frequenz ausgegeben. Diese Funktion kann im Software Funktionsblock bei Bedarf aktiviert werden. Ist sie aktiviert, wird bei Verlassen eines Wertebereiches des Festwertes ein Alarm ausgelöst, um zum Beispiel eine Störung des angeschlossenen Systems zu erkennen. Die Software-Funktionsblöcke sind für einkanalige (nicht multiplexte) und mehrkanalige (multiplexte) Systeme verfügbar. To avoid overlapping and incorrect measurements, transition areas are hidden and interference is filtered. After segmentation, the temperatures are calculated based on the respective frequency and output individually at the function block. After each measurement cycle, the hardware is re-synchronized to ensure common mode between software and hardware. In some multi-channel systems, the first sensor is declared as a test sensor. This means a fixed value is output via the first frequency. This function can be activated in the software function block if required. If it is activated, an alarm is triggered when leaving a value range of the fixed value in order, for example, to detect a fault in the connected system. The software function blocks are available for single-channel (non-multiplexed) and multi-channel (multiplexed) systems.

Da auf Analogwerte und deren Wandlung vollständig verzichtet wird, ist die Messgenauigkeit der einzelnen Werte um ein vielfaches höher. In der bestehenden Lösung ist eine maximale Temperaturgenauigkeit von ±5°C möglich, was bedeutet, dass innerhalb einer acht kanaligen Messung 10°C Unterschied sein können. Mit dem erfindungsgemäßen Signalwandler ist diese Ungenauigkeit 0°C. Diese Ungenauigkeit ist nur die Messung nach der ersten Wandlung in eine Frequenz. Ebenfalls gibt es keine ungenauen Messwerte aufgrund von falscher Kalibrierung, Bauteilalterung. Die zurzeit eingesetzten Geräte sind nur für bestimmte Temperaturbereiche einsetzbar, da sie durch den Analogbereich eingeschränkt sind. Dieser Nachteil entfällt vollständig und der vorliegende Signalwandler mit der dazugehörigen Software kann für jede Temperatur von 0–600°C eingesetzt werden. Womit nur ein Gerät für alle Temperaturen nötig ist. Since analog values and their conversion are completely dispensed with, the measurement accuracy of the individual values is many times higher. In the existing solution, a maximum temperature accuracy of ± 5 ° C is possible, which means that within an eight-channel measurement, 10 ° C can be a difference. With the signal converter according to the invention, this inaccuracy is 0 ° C. This inaccuracy is only the measurement after the first conversion to a frequency. Also, there are no inaccurate readings due to improper calibration, component aging. The devices currently in use can only be used for certain temperature ranges because they are restricted by the analog range. This disadvantage is completely eliminated and the present signal converter with the associated software can be used for any temperature from 0-600 ° C. Which means that only one device is needed for all temperatures.

Die Umsetzungskosten sind um ein vielfaches niedriger: Der Signalwandler ersetzt eine Vielzahl an Geräten, die vorliegend zur Wandlung eines Mess-Signales verwendet werden. Hierdurch reduzieren sich die Kosten in der Anschaffung, Instandhaltung und Lagerhaltung enorm. The implementation costs are many times lower: The signal converter replaces a large number of devices that are used here for the conversion of a measurement signal. As a result, the costs of purchase, maintenance and warehousing are reduced enormously.

Auf der Hardware selbst läuft keine Software/Firmware, was bei den bestehenden Geräten zu Wartungskosten und Inkompatibilität führt. Durch das vereinfachte und digitale Design kann auf aufwendige Verkabelung für Analogsignal vollständig verzichtet werden. There is no software / firmware running on the hardware itself, resulting in maintenance costs and incompatibility with existing equipment. Due to the simplified and digital design can be dispensed with cumbersome wiring for analog signal completely.

Auf kostspielige, zeitintensive und teilweise schwierige Rekalibrierungen kann verzichtet werden, da diese Lösung gegenüber der bestehenden Lösung zu 100% digital ist (abgesehen vom Temperatursensor selbst). Costly, time-consuming and sometimes difficult recalibrations can be dispensed with since this solution is 100% digital compared to the existing solution (apart from the temperature sensor itself).

Zurzeit ist die Auswertung z.B. einer Temperatur wie folg gelöst: Wandlung des Anlogen Temperatursignals in eine Frequenz; Wandlung der Frequenz in ein Analogsignal zur Übergabe an die SPS; Wandlung des Analogsignals in einen Digitalwert in der SPS;
Zukünftige Auswertung: Wandlung des Anlogen Temperatursignals in eine Frequenz; Übergabe der Frequenz an eine SPS; hierdurch entfallen die mehrfachen Analogwert-Wandlungen, welche sehr fehleranfällig sind. At present, the evaluation of, for example, a temperature is solved as follows: conversion of the analogue temperature signal into a frequency; Conversion of the frequency into an analog signal for transfer to the PLC; Conversion of the analog signal into a digital value in the PLC;
Future evaluation: Conversion of the analogue temperature signal into a frequency; Transfer of the frequency to a PLC; This eliminates the multiple analog value conversions, which are very error prone.

Der erfindungsgemäße Signalwandler S beschränkt sich in seiner Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsformen. Vielmehr sind eine Vielzahl von Ausgestaltungsvariationen denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch machen. The signal converter S according to the invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, a variety of design variations are conceivable, which make use of the solution shown even with fundamentally different type of execution.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4417009 C1 [0001, 0003]

Claims

Signal converter (S) for converting a digital frequency generated by a device (V) for converting electrical signals into a signal readable for a programmable logic controller, the signal output by the device having a 12V DC frequency with - depending on the analog value - 100 to 1000Hz, characterized in that the signal converter (S) comprises electronics which converts the signal generated by the device (V) by means of Schmitt trigger and operational amplifier in a readable signal for a PLC, wherein the output of the frequency synchronous to incoming frequency takes place.

Signal converter (S) according to claim 1, characterized in that the converted voltage 18V DC is up to 24V DC.

Signal converter (S) according to claims 1 and 2, characterized in that at least one signal converter synchronization input (S) ( 3 . 4 ) whose applied voltage controls the supply voltage to a connected device (V) and starts the measurement cycle, wherein in the presence of 18V DC to 24V DC at the synchronization input ( 3 . 4 ) the connected device (V) is supplied with 12VDC.

Signal converter (S) according to claim 3, characterized in that a control is provided, by means of which the input is switched to 0V after a completed measuring cycle or at a restart for 50ms and by interrupting the supply voltage, a new measuring cycle is started.

Signal converter (S) according to one of the preceding claims, characterized in that the synchronous pulse by means of an LED on the front side of the signal converter (S) is displayed.

Signal converter (S) according to one of the preceding claims, characterized in that the hardware of the signal converter (S) consists of a control cabinet built-in device, which is mounted on DIN rail.

Signal converter (S) according to one of the preceding claims, characterized in that the hardware of the signal converter (S) has two 12VDC pulse inputs ( 1 . 2 ), which, like the frequency for a temperature measurement, are converted to a 18V to 24VDC signal and thus can be used to evaluate the rotational speed signal of a rotating device (V) by means of software provided.