DE102020116093A1 - Techniques for measuring electrical parameters of a machine or system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung (400) zum Messen von elektrischen Kenngrößen (143) einer Maschine oder Anlage (140), mit: einem Funktionsmodul (420) mit Impulsausgang (421), wobei das Funktionsmodul (420) ausgebildet ist, eine elektrischen Kenngröße (143) einer Maschine oder Anlage (140) zu erfassen, die elektrische Kenngröße gemäß einem Signalisierungsprotokoll (424) in ein Einheitssignal mit versetztem Nullpunkt (423) umzuwandeln, und das Einheitssignal (423) als eine Folge von Impulsen (422) über den Impulsausgang (421) auszugeben; und einem Messgerät (110), das ausgebildet ist, das Einheitssignal (423) über den Impulsausgang (421) des Funktionsmoduls (420) zu empfangen, einen Messwert der elektrischen Kenngröße (143) basierend auf dem empfangenen Einheitssignal (423) zu bestimmen und den Messwert der elektrischen Kenngröße (143) anzuzeigen (111), wobei das Funktionsmodul (420) ausgebildet ist, sowohl eine Energiegröße (E) als auch eine Feld- oder Leistungsgröße (U, I, P) in ein Einheitssignal mit versetztem Nullpunkt (423) umzuwandeln und über den Impulsausgang (421) auszugeben.The invention relates to a measuring arrangement (400) for measuring electrical parameters (143) of a machine or system (140), comprising: a function module (420) with a pulse output (421), the function module (420) being designed, an electrical parameter ( 143) of a machine or system (140), to convert the electrical parameter according to a signaling protocol (424) into a standard signal with offset zero point (423), and to convert the standard signal (423) as a sequence of pulses (422) via the pulse output ( 421) to output; and a measuring device (110) which is designed to receive the unit signal (423) via the pulse output (421) of the function module (420), to determine a measured value of the electrical parameter (143) based on the received unit signal (423) and to determine the Display (111) the measured value of the electrical parameter (143), the function module (420) being designed to convert both an energy variable (E) and a field or power variable (U, I, P) into a standard signal with offset zero point (423) to be converted and output via the pulse output (421).
Description
Die Erfindung betrifft Techniken zum Messen von elektrischen Kenngrößen einer Maschine oder Anlage, insbesondere von Energie, Strom, Spannung und Leistung, bei denen die elektrische Kenngröße in ein Einheitssignal mit versetztem Nullpunkt umgewandelt wird, wobei das Umwandeln sowohl eine Energiegröße als auch eine Feld- oder Leistungsgröße der Maschine oder Anlage betrifft. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Messanordnung mit Messgerät und Funktionsmodul, welches ein Einheitssignal mit versetztem Nullpunkt über einen Impulsausgang des Funktionsmoduls an das Messgerät überträgt.The invention relates to techniques for measuring electrical parameters of a machine or system, in particular energy, current, voltage and power, in which the electrical parameter is converted into a standard signal with an offset zero point, the conversion being both an energy variable and a field or The performance of the machine or system. The invention relates in particular to a measuring arrangement with a measuring device and a function module, which transmits a standard signal with an offset zero point to the measuring device via a pulse output of the function module.
Derzeit verfügbare Systeme der Energie- und Strommesstechnik werden eingesetzt, um Maschinen und Anlage zu überwachen und so die Effizienz in Unternehmen und Organisationen zu steigern. Energiemessgeräte erfassen und überwachen elektrische Kenngrößen von Maschinen und Anlagen. Stromwandler wandeln z.B. Wechselströme mit hohen Amperezahlen, z.B. bis 4000 A in Sekundärströme mit niedrigen Amperezahlen, wie z.B. von 1A bis 5A. Eine Steuerung sammelt alle relevanten Energiekenngrößen der Fertigungsprozesse und protokolliert diese in einer Datenbank.Currently available systems of energy and electricity measurement technology are used to monitor machines and systems and thus increase efficiency in companies and organizations. Energy measuring devices record and monitor electrical parameters of machines and systems. Current transformers convert e.g. alternating currents with high amperage, e.g. up to 4000 A, into secondary currents with low amperage, such as from 1A to 5A. A control system collects all the relevant energy parameters of the manufacturing processes and logs them in a database.
Eine genauere Untersuchung der Messanordnung
Die folgende Tabelle 1 listet die gewonnenen elektrischen Kenngrößen über dem Impulsausgang bei einer beispielhaften Konfiguration der Maschine oder Anlage
Die Darstellung macht deutlich, dass bei kleinen Energiewerten, d.h. kleiner als 1000 Ws, die inverse Aktualisierungsrate (1/Aktualisierungsrate) gegen unendlich strebt. Folgerichtig bedeutet das, dass für 0 Ws keine Aktualisierung der Werte stattfindet.The illustration makes it clear that with small energy values, i.e. less than 1000 Ws, the inverse update rate (1 / update rate) tends towards infinity. This consequently means that for 0 Ws, the values are not updated.
Die Erfindung hat es daher zur Aufgabe, eine Lösung für die oben beschriebenen Probleme bei der Messung von Energiegrößen einer Maschine oder Anlage zu schaffen, insbesondere ein Messkonzept zu schaffen, bei dem der oben beschriebene Stillstand in der Aktualisierung der Zählerwerte nicht auftritt.The object of the invention is therefore to create a solution to the above-described problems when measuring energy quantities of a machine or system, in particular to create a measurement concept in which the above-described standstill in updating the counter values does not occur.
Ferner hat die Erfindung zur Aufgabe, ein einfaches und einheitliches Messkonzept zur Messung sowohl von Energiegrößen als auch von Feld- und Leistungsgrößen der Maschine oder Anlage zu schaffen, das eine hinreichende Messgenauigkeit gewährleistet.A further object of the invention is to create a simple and uniform measurement concept for measuring both energy variables and field and power variables of the machine or system, which ensures adequate measurement accuracy.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.This object is achieved by the objects with the features according to the independent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims, the description and the drawings.
Die Erfindung basiert auf der Idee, über einen Impulsausgang neben Energiegrößen auch Feld- und Leistungsgrößen zu übertragen und dabei eine garantierte minimale Aktualisierungsrate zu gewährleisten. Dies wird dadurch erreicht, dass der Impulsausgang mit versetztem Nullpunkt betrieben wird. Der Vorteil liegt darin, dass dann nicht mehr beide Funktionsmodule benötigt werden. Alle Messwerte können mit dem Impulsausgang ausgegeben werden. Das Funktionsmodul mit Analogausgang lässt sich damit einsparen.The invention is based on the idea of transmitting not only energy quantities but also field and power quantities via a pulse output and thereby ensuring a guaranteed minimum update rate. This is achieved by operating the pulse output with an offset zero point. The advantage is that both function modules are no longer required. All measured values can be output with the pulse output. The function module with analog output can thus be saved.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die oben dargestellte Aufgabe gelöst durch eine Messanordnung zum Messen von elektrischen Kenngrößen einer Maschine oder Anlage, mit: einem Funktionsmodul mit Impulsausgang, wobei das Funktionsmodul ausgebildet ist, eine elektrische Kenngröße einer Maschine oder Anlage zu erfassen, die elektrische Kenngröße gemäß einem Signalisierungsprotokoll in ein Einheitssignal mit versetztem Nullpunkt umzuwandeln, und das Einheitssignal als eine Folge von Impulsen über den Impulsausgang auszugeben; und einem Messgerät, das ausgebildet ist, das Einheitssignal über den Impulsausgang des Funktionsmoduls zu empfangen, einen Messwert der elektrischen Kenngröße basierend auf dem empfangenen Einheitssignal zu bestimmen und den Messwert der elektrischen Kenngröße anzuzeigen, wobei das Funktionsmodul ausgebildet ist, sowohl eine Energiegröße als auch eine Feld- oder Leistungsgröße in ein Einheitssignal mit versetztem Nullpunkt umzuwandeln und über den Impulsausgang auszugeben.According to a first aspect, the object presented above is achieved by a measuring arrangement for measuring electrical parameters of a machine or system, with: a function module with pulse output, the function module being designed to detect an electrical parameter of a machine or system, the electrical parameter according to convert a signaling protocol into a unit signal with offset zero point and output the unit signal as a train of pulses via the pulse output; and a measuring device that is designed to receive the unit signal via the pulse output of the function module, to determine a measured value of the electrical parameter based on the received unit signal and to display the measured value of the electrical parameter, the function module being designed to have both an energy variable and a Convert the field or power quantity into a standard signal with offset zero point and output it via the pulse output.
Mit einer solchen Messanordnung tritt der oben beschriebene Stillstand in der Aktualisierung der Zählerwerte nicht auf. Die Messanordnung stellt ein einfaches und einheitliches Messkonzept zur Messung sowohl von Energiegrößen als auch von Feld- und Leistungsgrößen der Maschine oder Anlage bereit, mit dem eine hinreichende Messgenauigkeit erzielt werden kann.With such a measuring arrangement, the above-described standstill in updating the counter values does not occur. The measuring arrangement provides a simple and uniform measuring concept for measuring both energy quantities and field and power quantities of the machine or system, with which a sufficient measuring accuracy can be achieved.
Eine solche Messanordnung bietet den technischen Vorteil, dass über den Impulsausgang neben Energiegrößen auch Feld- und Leistungsgrößen übertragen werden können und dabei eine garantierte minimale Aktualisierungsrate gewährleistet wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Impulsausgang mit versetztem Nullpunkt betrieben wird. Der Vorteil liegt darin, dass dann nicht mehr beide Funktionsmodule benötigt werden. Alle elektrischen Kenngrößen können mit dem Impulsausgang ausgegeben werden. Das Funktionsmodul mit Analogausgang lässt sich damit einsparen.Such a measuring arrangement offers the technical advantage that, in addition to energy variables, field and power variables can also be transmitted via the pulse output, thereby ensuring a guaranteed minimum update rate. This is achieved by operating the pulse output with an offset zero point. The advantage is that both function modules are no longer required. All electrical parameters can be output with the pulse output. The function module with analog output can thus be saved.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Messanordnung ist der Impulsausgang ausgebildet, Impulse auszugeben, wobei jedem Impuls eine vorgegebene Impulswertigkeit oder Impulsausgangsfrequenz zugewiesen ist, welche der erfassten elektrischen Kenngröße entspricht, wobei einem Messbereichsanfang der elektrischen Kenngröße eine von Null verschiedene Impulswertigkeit oder Impulsausgangsfrequenz zugeordnet ist.In an exemplary embodiment of the measuring arrangement, the pulse output is designed to output pulses, with each pulse being assigned a predetermined pulse value or pulse output frequency which corresponds to the detected electrical parameter, with the start of the measuring range being the electrical parameter is assigned a pulse valency or pulse output frequency other than zero.
Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass durch die Zuordnung einer von Null verschiedenen Impulswertigkeit oder Impulsausgangsfrequenz an den Messbereichsanfang eine garantierte minimale Aktualisierungsrate gewährleistet werden kann.This has the technical advantage that a guaranteed minimum update rate can be guaranteed by assigning a pulse value or pulse output frequency other than zero to the start of the measuring range.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Messanordnung ist das Messgerät ausgebildet, basierend auf einer Zählung der empfangenen Impulse den Messwert der elektrischen Kenngröße zu bestimmen.In an exemplary embodiment of the measuring arrangement, the measuring device is designed to determine the measured value of the electrical parameter based on a count of the received pulses.
Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass die elektrische Kenngröße nicht mehr in analoger Form übertragen werden muss, sondern als Impulssequenz übertragen werden kann. Durch die garantierte Aktualisierungsrate können auch Analogsignale mit geringer Amplitude effizient als Impulssequenz übertragen werden.This has the technical advantage that the electrical parameter no longer has to be transmitted in analog form, but can be transmitted as a pulse sequence. Thanks to the guaranteed update rate, even analog signals with a low amplitude can be efficiently transmitted as a pulse sequence.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Messanordnung ist das Funktionsmodul ausgebildet, das Einheitssignal mit versetztem Nullpunkt in Form von S0-Impulsen über den Impulsausgang auszugeben.In an exemplary embodiment of the measuring arrangement, the function module is designed to output the standard signal with offset zero in the form of S0 pulses via the pulse output.
Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass über den Impulsausgang neben der Übertragung von Energien auch analoge Größen, z.B. analoge Feld- und Leistungsgrößen mittels S0 Impulse übertragen werden können und auch bei diesen eine Übertragung mit garantierter Aktualisierungsrate möglich ist.This has the technical advantage that, in addition to the transmission of energies, analog quantities, e.g. analog field and power quantities, can also be transmitted via S0 pulses via the pulse output, and transmission with a guaranteed update rate is also possible with these.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Messanordnung ist das Funktionsmodul ausgebildet, die elektrische Kenngröße gemäß dem Signalisierungsprotokoll in eine Aktualisierungsrate mit versetztem Nullpunkt umzuwandeln und über den Impulsausgang auszugeben.In an exemplary embodiment of the measuring arrangement, the function module is designed to convert the electrical parameter according to the signaling protocol into an update rate with an offset zero point and to output it via the pulse output.
Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass beim Umwandeln der elektrischen Kenngröße in eine Aktualisierungsrate mit versetztem Nullpunkt eine minimale Aktualisierungsrate gewährleistet werden kann, so dass ein Stillstand in der Aktualisierung und damit ein Stocken der Übertragung vermieden werden kann.This achieves the technical advantage that when converting the electrical parameter into an update rate with an offset zero point, a minimum update rate can be guaranteed so that a standstill in the update and thus a stagnation of the transmission can be avoided.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Messanordnung überschreitet die inverse Aktualisierungsrate mit versetztem Nullpunkt nicht einen vorgegebenen Wert.In an exemplary embodiment of the measuring arrangement, the inverse update rate with the offset zero point does not exceed a predetermined value.
Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass über den vorgegebenen Wert die Aktualisierung der übertragenen Kenngrößen gesteuert werden kann und sich damit ein optimales Übertragungsverhalten der elektrischen Kenngrößen einstellen lässt.This has the technical advantage that the update of the transmitted parameters can be controlled via the specified value and an optimal transmission behavior of the electrical parameters can be set.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Messanordnung ist das Funktionsmodul ausgebildet, eine analoge Feld- oder Leistungsgröße basierend auf einer Folge von Impulsen über den Impulsausgang an das Messgerät zu übertragen.In an exemplary embodiment of the measuring arrangement, the functional module is designed to transmit an analog field or power variable based on a sequence of pulses to the measuring device via the pulse output.
Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass die analoge Feld- oder Leistungsgröße mit einem Funktionsmodul mit Impulsausgang übertragen werden kann, so dass kein zweites Funktionsmodul mit Analogausgang nötig ist.This has the technical advantage that the analog field or power variable can be transmitted with a function module with a pulse output, so that a second function module with an analog output is not necessary.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Messanordnung umfasst das Messgerät einen elektronischen Zähler, der ausgebildet ist, einen Messwert der analogen Feld- oder Leistungsgröße basierend auf einer Zählung der an das Messgerät übertragenen Impulse zu bestimmen.In an exemplary embodiment of the measuring arrangement, the measuring device comprises an electronic counter which is designed to determine a measured value of the analog field or power variable based on a count of the pulses transmitted to the measuring device.
Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass mit dem Zähler sich ein sehr einfaches Messverfahren realisieren lässt, das sich nicht nur zur Zählung von Energien nutzen lässt, sondern auch zum Messen von analogen Größen.This has the technical advantage that a very simple measuring method can be implemented with the counter, which can be used not only to count energies, but also to measure analog quantities.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Messanordnung umfasst das Messgerät eines der Folgenden oder eine Kombination daraus: einen Strommesser, einen Spannungsmesser, einen Leistungsmesser, einen Frequenzmesser, einen Leistungsfaktormesser, einen Oberschwingungsmesser, einen Energiezähler.In an exemplary embodiment of the measuring arrangement, the measuring device comprises one of the following or a combination thereof: an ammeter, a voltmeter, a power meter, a frequency meter, a power factor meter, a harmonic meter, an energy meter.
Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass über den Impulsausgang mit versetztem Nullpunkt eine Vielzahl unterschiedlicher Messgeräte mit Messdaten versorgt werden können.This has the technical advantage that a large number of different measuring devices can be supplied with measurement data via the pulse output with offset zero point.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Messanordnung ist das Messgerät ausgebildet, einen Energieverbrauch der Maschine oder Anlage zusammen mit gemessenen Feld- und Leistungsgrößen anzuzeigen.In an exemplary embodiment of the measuring arrangement, the measuring device is designed to display an energy consumption of the machine or system together with measured field and power variables.
Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass über ein einziges Funktionsmodul sowohl Energien als auch analoge Feld- und Leistungsgrößen übertragen werden können und die Auswertung zusammen in dem Messgerät erfolgen kann.This has the technical advantage that energies as well as analog field and power quantities can be transmitted via a single function module and the evaluation can take place together in the measuring device.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Messanordnung ist das Messgerät ausgebildet, eine Verbindungsunterbrechung zu dem Funktionsmodul zu erkennen, wenn das Messgerät über einen vorgegebenen Zeitraum keine Impulse über den Impulsausgang des Funktionsmoduls empfängt.In an exemplary embodiment of the measuring arrangement, the measuring device is designed to detect an interruption in the connection to the function module if the measuring device does not receive any pulses via the pulse output of the function module for a predetermined period of time.
Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass über den Impulsausgang mit versetztem Nullpunkt eine Drahtbrucherkennung bzw. Verbindungsunterbrechung zwischen Funktionsmodul und Messgerät realisiert werden kann.This has the technical advantage that a wire break detection or connection interruption between the function module and the measuring device can be implemented via the pulse output with offset zero point.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Messanordnung umfasst die Messanordnung eine Netzwerkschnittstelle zu einem Kommunikationsnetzwerk mit einer Steuerung der Maschine oder Anlage, wobei die Netzwerkschnittstelle ausgebildet ist, den Messwert der elektrischen Kenngröße an die Steuerung zu übertragen, um die Maschine oder Anlage über die Steuerung anzusteuern.In an exemplary embodiment of the measuring arrangement, the measuring arrangement comprises a network interface to a communication network with a controller of the machine or system, the network interface being designed to transmit the measured value of the electrical parameter to the controller in order to control the machine or system via the controller.
Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass der Steuerung alle verfügbaren elektrischen Kenngrößen zur Verfügung gestellt werden können, so dass die Steuerung eine optimale Steuerung der Maschine oder Anlage in Bezug auf Energieeffizient, schnelles Anlaufverhalten, etc. vornehmen kann.This has the technical advantage that all available electrical parameters can be made available to the controller, so that the controller can optimally control the machine or system in terms of energy efficiency, fast start-up behavior, etc.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Funktionsmodul zum Übertragen einer elektrischen Kenngröße einer Maschine oder Anlage an ein Messgerät, wobei das Funktionsmodul Folgendes umfasst: einen Impulsausgang zum Übertragen von Impulsen an das Messgerät; einen Prozessor, der ausgebildet ist, die elektrische Kenngröße zu erfassen, die elektrische Kenngröße gemäß einem Signalisierungsprotokoll in ein Einheitssignal mit versetztem Nullpunkt umzuwandeln, und das Einheitssignal als eine Folge von Impulsen über den Impulsausgang an das Messgerät zu übertragen, wobei das Funktionsmodul ausgebildet ist, sowohl eine Energiegröße als auch eine Feld- oder Leistungsgröße in ein Einheitssignal mit versetztem Nullpunkt umzuwandeln und über den Impulsausgang zu übertragen.According to a second aspect, the object is achieved by a function module for transmitting an electrical parameter of a machine or system to a measuring device, the function module comprising: a pulse output for transmitting pulses to the measuring device; a processor which is designed to detect the electrical parameter, to convert the electrical parameter according to a signaling protocol into a standard signal with offset zero point, and to transmit the standard signal as a sequence of pulses via the pulse output to the measuring device, the function module being designed, to convert both an energy variable and a field or power variable into a standard signal with offset zero point and to transmit it via the pulse output.
Ein solches Funktionsmodul bietet den technischen Vorteil, dass über den Impulsausgang neben Energiegrößen auch Feld- und Leistungsgrößen übertragen werden können und dabei eine garantierte minimale Aktualisierungsrate gewährleistet wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Impulsausgang mit versetztem Nullpunkt betrieben wird. Der Vorteil liegt darin, dass kein weiteres Funktionsmodul mit Analogausgang mehr benötigt wird. Alle elektrischen Kenngrößen können mit dem Impulsausgang ausgegeben werden. Das Funktionsmodul mit Analogausgang lässt sich damit einsparen.Such a function module offers the technical advantage that, in addition to energy values, field and power values can also be transmitted via the pulse output, thereby ensuring a guaranteed minimum update rate. This is achieved by operating the pulse output with an offset zero point. The advantage is that no further function module with analog output is required. All electrical parameters can be output with the pulse output. The function module with analog output can thus be saved.
In einer beispielhaften Ausführungsform des Funktionsmoduls ist jedem Impuls eine vorgegebene Impulswertigkeit oder Impulsausgangsfrequenz zugewiesen, welche der erfassten elektrischen Kenngröße entspricht, wobei einem Messbereichsanfang der elektrischen Kenngröße eine von Null verschiedene Impulswertigkeit oder Impulsausgangsfrequenz zugeordnet ist.In an exemplary embodiment of the function module, each pulse is assigned a predetermined pulse value or pulse output frequency, which corresponds to the recorded electrical parameter, with a pulse value or pulse output frequency other than zero being assigned to the start of the measuring range of the electrical parameter.
Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass durch die Zuordnung einer von Null verschiedenen Impulswertigkeit oder Impulsausgangsfrequenz an den Messbereichsanfang eine garantierte minimale Aktualisierungsrate gewährleistet werden kann.This has the technical advantage that a guaranteed minimum update rate can be guaranteed by assigning a pulse value or pulse output frequency other than zero to the start of the measuring range.
Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Messen von elektrischen Kenngrößen einer Maschine oder Anlage, mit folgenden Schritten: Erfassen einer elektrischen Kenngröße einer Maschine oder Anlage durch ein Funktionsmodul mit Impulsausgang; Umwandeln der erfassten elektrischen Kenngröße gemäß einem Signalisierungsprotokoll in ein Einheitssignal mit versetztem Nullpunkt; Übertragen des Einheitssignals als eine Folge von Impulsen über den Impulsausgang des Funktionsmoduls an ein Messgerät; Bestimmen eines Messwertes der elektrischen Kenngröße basierend auf dem übertragenen Einheitssignal durch das Messgerät; und Anzeigen des Messwertes der elektrischen Kenngröße durch das Messgerät, wobei das Umwandeln in ein Einheitssignal mit versetztem Nullpunkt sich sowohl auf eine Energiegröße als auch auf eine Feld- oder Leistungsgröße bezieht.According to a third aspect, the object is achieved by a method for measuring electrical parameters of a machine or system, with the following steps: detecting an electrical parameter of a machine or system by a function module with a pulse output; Converting the detected electrical parameter according to a signaling protocol into a standard signal with offset zero point; Transmitting the standard signal as a sequence of pulses via the pulse output of the function module to a measuring device; Determination of a measured value of the electrical parameter based on the transmitted standard signal by the measuring device; and displaying the measured value of the electrical characteristic variable by the measuring device, the conversion into a standard signal with an offset zero point relating both to an energy variable and to a field or power variable.
Mit einem solchen Verfahren tritt der oben beschriebene Stillstand in der Aktualisierung der Messwerte nicht auf. Das Verfahren stellt ein einfaches und einheitliches Messkonzept zur Messung sowohl von Energiegrößen als auch von Feld- und Leistungsgrößen der Maschine oder Anlage bereit, mit dem eine hinreichende Messgenauigkeit erzielt werden kann.With such a method, the above-described standstill in the updating of the measured values does not occur. The method provides a simple and uniform measurement concept for measuring both energy variables and field and power variables of the machine or system, with which sufficient measurement accuracy can be achieved.
Gemäß einem vierten Aspekt wird die oben dargestellte Aufgabe gelöst durch ein computerlesbares nicht-flüchtiges Medium, auf dem Computerinstruktionen gespeichert sind, welche bei Ausführung auf einem Computer den Computer dazu veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.According to a fourth aspect, the above-described object is achieved by a computer-readable non-volatile medium on which computer instructions are stored which, when executed on a computer, cause the computer to carry out the method according to the first aspect.
Gemäß einem fünften Aspekt wird die oben dargestellte Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor läuft.According to a fifth aspect, the object presented above is achieved by a computer program with a program code for carrying out the method according to the first aspect when the computer program runs on a computer or processor.
Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einerMessanordnung 100 zur Messung elektrischer Kenngrößen141 ,142 einer Maschine oder Anlage140 mit zwei Funktionsmodulen; -
2 ein Messdiagramm der inversen Aktualisierungsrate200 bei einer Energiemessung an einer Maschine oder Anlage140 über einen Impulsausgang eines Funktionsmoduls; -
3 ein Messdiagramm der inversen Aktualisierungsrate300 bei einer Energiemessung an einer Maschine oder Anlage140 über einen Impulsausgang eines Funktionsmoduls, bei dem der Messwert in ein Einheitssignal mit versetztem Nullpunkt umgewandelt wird gemäß einer Ausführungsform; -
4 eine schematische Darstellung einerMessanordnung 400 zur Messung elektrischer Kenngrößen143 einer Maschine oder Anlage140 mit einem Funktionsmodul 420 mit Impulsausgang 421 , bei dem die elektrische Kenngröße in ein Einheitssignalmit versetztem Nullpunkt 423 umgewandelt wird gemäß einer Ausführungsform; und -
5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens500 zum Messen von elektrischen Kenngrößen einer Maschine oder Anlage gemäß einer Ausführungsform.
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1 a schematic representation of a measuringarrangement 100 for measuringelectrical parameters 141 ,142 a machine orsystem 140 with two function modules; -
2 a measurement diagram of theinverse update rate 200 for energy measurement on a machine orsystem 140 via a pulse output of a function module; -
3 a measurement diagram of theinverse update rate 300 for energy measurement on a machine orsystem 140 via a pulse output of a function module, in which the measured value is converted into a standard signal with an offset zero point, according to one embodiment; -
4th a schematic representation of a measuringarrangement 400 for measuring electrical parameters143 a machine orsystem 140 with afunction module 420 withpulse output 421 , in which the electrical parameter is converted into a standard signal with offset zero423 is converted according to one embodiment; and -
5 a schematic representation of aprocess 500 for measuring electrical parameters of a machine or system according to one embodiment.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof, and in which there is shown, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be carried out. It goes without saying that other embodiments can also be used and structural or logical changes can be made without deviating from the concept of the present invention. The following detailed description is therefore not to be taken in a limiting sense. Furthermore, it goes without saying that the features of the various exemplary embodiments described here can be combined with one another, unless specifically stated otherwise.
Die Aspekte und Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen.The aspects and embodiments are described with reference to the drawings, wherein like reference characters generally refer to like elements.
Es werden Vorrichtungen beschrieben, und es werden Verfahren beschrieben. Es versteht sich, dass Grundeigenschaften der Vorrichtungen auch für die Verfahren gelten und umgekehrt. Deshalb wird der Kürze halber gegebenenfalls auf eine doppelte Beschreibung solcher Eigenschaften verzichtet.Devices are described and methods are described. It goes without saying that the basic properties of the devices also apply to the method and vice versa. Therefore, for the sake of brevity, a duplicate description of such properties is omitted.
Die im Folgenden beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren nutzen die Umwandlung eines Messwertes gemäß einem Signalisierungsprotokoll in ein Einheitssignal mit versetztem Nullpunkt, auch als offset zero oder live-zero bezeichnet. Einheitssignale sind normierte elektrische oder pneumatische Signale in der Prozessautomation. Für diese Einheitssignale gibt es eine Fülle von Einheitsreglern und Messumformern (Transmitter) von verschiedenen Herstellern. Messumformer bzw. Sensoren messen Prozessgrößen (Temperatur, Niveau, usw.) und formen den Messwert in das Einheitssignal um, damit diese von Auswertegeräten wie z. B. Anzeige, Prozessleitsystem, SPS (speicher-programmierbare Steuerung) oder DDC („Direct Digital Control“) verarbeitet werden können.The devices and methods described below use the conversion of a measured value in accordance with a signaling protocol into a standard signal with an offset zero point, also referred to as offset zero or live zero. Standard signals are standardized electrical or pneumatic signals in process automation. There is an abundance of standard controllers and measuring transducers (transmitters) from various manufacturers for these standard signals. Transmitters or sensors measure process variables (temperature, level, etc.) and convert the measured value into the standard signal so that it can be used by evaluation devices such as B. display, process control system, PLC (programmable logic controller) or DDC ("Direct Digital Control") can be processed.
In industriellen Anwendungen werden Einheitssignale mit versetztem Nullpunkt verwendet. Wenn dem Messbereichsanfang ein von Null verschiedenes elektrisches Signal zugeordnet wird, kann eine Drahtbruchüberwachung realisiert werden. Man bezeichnet das von Null abweichende Anfangssignal für 0 Prozent Messwert von z.B. 4 mA bzw. 0,2 bar auch als „versetzten Nullpunkt“. Ein Signal von 0 mA bzw. 0 bar ist somit immer ein sicherer Hinweis auf eine Störung.Standard signals with offset zero point are used in industrial applications. If an electrical signal other than zero is assigned to the start of the measuring range, wire break monitoring can be implemented. The non-zero starting signal for 0 percent is called Measured value of 4 mA or 0.2 bar, for example, also as "offset zero point". A signal of 0 mA or 0 bar is therefore always a reliable indication of a malfunction.
Die im Folgenden beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren nutzen die Übertragung von elektrischen Kenngrößen über einen Impulsausgang bzw. auch als S0-Schnittstelle bezeichnet. Der Impulsausgang bietet auch die Möglichkeit einer Drahtbruch-Erkennung. Die Spannung für Ein/Aus liegt abweichend zu 0V, z.B. bei LOW=5V und bei HIGH=24V. Der Impulsausgang ist ideal dafür geeignet, Energien zu übertragen. Jedem Impuls wird eine Wertigkeit zugewiesen, z.B. Impulswertigkeit = x (Energieeinheiten) pro Impuls. Somit reicht ein einfacher Zähler aus, um die Gesamtenergie zu bestimmen.The devices and methods described below use the transmission of electrical parameters via a pulse output or also referred to as an S0 interface. The pulse output also offers the option of wire break detection. The voltage for on / off differs from 0V, e.g. LOW = 5V and HIGH = 24V. The pulse output is ideal for transferring energies. Each pulse is assigned a value, e.g. pulse value = x (energy units) per pulse. A simple counter is therefore sufficient to determine the total energy.
Während sich Einheitssignale für Werte wie Strom, Spannung, Temperatur oder Leistung eignen, werden Zählerstände mit Hilfe von Impulsen übertragen. Die Schnittstelle wird z.B. in folgenden Messgeräten eingesetzt: Wasserzähler, Gaszähler, Elektrizitätszähler, Wärmezähler, etc.While standard signals are suitable for values such as current, voltage, temperature or power, meter readings are transmitted with the help of pulses. The interface is used, for example, in the following measuring devices: water meters, gas meters, electricity meters, heat meters, etc.
Solche Zähler mit Impulsausgang werden verwendet, um Impulse, die einem bestimmten Wert entsprechen, zu einem Empfänger zu übertragen. Die Kennzeichnung des Impulswertes liegt in der Verantwortung des Zählerherstellers. Er kann die Impulswertigkeit: x (Energieeinheiten) pro Impuls oder die Impulsausgangsfrequenz: x Impulse pro (Energieeinheiten) angeben. Üblicherweise werden zwei verschiedene Strom/Spannungspegel verwendet, nämlich Klasse A: 25V/8mA und Klasse B: 14V/2mA.Such counters with pulse output are used to transmit pulses corresponding to a certain value to a receiver. The identification of the pulse value is the responsibility of the meter manufacturer. It can indicate the pulse valency: x (energy units) per pulse or the pulse output frequency: x pulses per (energy units). Usually two different current / voltage levels are used, namely class A: 25V / 8mA and class B: 14V / 2mA.
Der Impulsausgang verfügt über ein Lifezero-Signal. Damit sind Empfänger und Sender in der Lage, einen Kabelbruch von einem 0-Signal zu unterscheiden. Der Impuls lässt sich beispielsweise folgendermaßen definieren: 30 ms ≤ t_EIN ≤ 120 ms und 30 ms ≤ t_AUS.The pulse output has a lifezero signal. This means that the receiver and transmitter are able to differentiate between a broken cable and a 0 signal. The pulse can be defined as follows, for example: 30 ms ≤ t_ON ≤ 120 ms and 30 ms ≤ t_OFF.
Der Impulsausgang kann als offener Kollektor eines Transistors realisiert sein, der einem Optokoppler nachgeschaltet ist. Beim Anschluss der Schnittstelle sollte daher auf die Polarität geachtet werden. Wie oben beschrieben, werden die Klassen A und B genutzt, A für lange, B für kurze Übertragungswege. In Klasse B können bis zu 15 V Gleichspannung, in Klasse A bis zu 27 V Gleichspannung angeschlossen werden. Der maximale Strom wird mit 15 mA bzw. 27 mA angegeben, das entspricht einem Widerstand von 1 kΩ. Dabei entspricht ein Strom von kleiner 2 mA einem LOW-Wert, einer höher als 10 mA einem HIGH-Wert. Gängige DDCs können mit dieser Schwelle arbeiten. Das Signal wird vom Zähler als Impulsfolge ausgegeben, wobei ein einzelner Impuls mindestens 30 ms andauert.The pulse output can be implemented as an open collector of a transistor, which is connected downstream of an optocoupler. When connecting the interface, you should therefore pay attention to the polarity. As described above, classes A and B are used, A for long and B for short transmission paths. In class B, up to 15 V DC voltage can be connected, in class A up to 27 V DC voltage. The maximum current is specified as 15 mA or 27 mA, which corresponds to a resistance of 1 kΩ. A current of less than 2 mA corresponds to a LOW value, a current higher than 10 mA corresponds to a HIGH value. Common DDCs can work with this threshold. The signal is output by the counter as a pulse train, with a single pulse lasting at least 30 ms.
Eine Alternative zur S0-Schnittstelle ist der potentialfreie Kontakt, welcher der Übertragung eines Zustandes zwischen elektrischen Geräten dient. Der Kontakt wird üblicherweise über ein Relais oder einen Optokoppler realisiert. Dabei werden die elektrischen Stromkreise der zu verbindenden Geräte galvanisch voneinander abgekoppelt. Diese Lösung ist die einfachste und sicherste Methode um z. B. digitale Datenpunkte elektrisch zu übertragen.An alternative to the S0 interface is the potential-free contact, which is used to transfer a status between electrical devices. The contact is usually made via a relay or an optocoupler. The electrical circuits of the devices to be connected are galvanically decoupled from one another. This solution is the simplest and safest method to e.g. B. to transmit digital data points electrically.
Die oben bereits dargestellte Tabelle 1 listet die gewonnenen Messwerte gemäß
Die Darstellung macht deutlich, dass bei kleinen Energiewerten, d.h. kleiner als 1000 Ws, die inverse Aktualisierungsrate (1/Aktualisierungsrate) gegen unendlich strebt. Folgerichtig bedeutet das, dass für 0 Ws keine Aktualisierung der Werte stattfindet.The illustration makes it clear that for small energy values, ie less than 1000 Ws, the inverse update rate (1 / update rate) tends towards infinity. This consequently means that for 0 Ws, the values are not updated.
Die Darstellung der
Die folgende Tabelle 2 listet die gewonnenen elektrischen Kenngrößen über den Impulsausgang bei der bereits zu
Die Darstellung macht deutlich, dass bei kleinen Energiewerten, d.h. kleiner als 1000 Ws, die inverse Aktualisierungsrate (1/Aktualisierungsrate) nicht mehr gegen unendlich strebt, sondern den Wert
Dieses Verhalten lässt sich nun auch auf die Feld- und Leistungsgrößen
Im Gegensatz zur oben zu
Die Messanordnung
Der Impulsausgang
Die Messanordnung
Bei der Nutzung von Einheitssignalen mit versetztem Nullpunkt
Die Messanordnung
Bei der Messanordnung
Zähler mit Impulsausgang werden verwendet, um Impulse, die einem bestimmten Wert entsprechen, zu einem Empfänger zu übertragen. Die Kennzeichnung des Impulswertes liegt in der Verantwortung des Zählerherstellers. Er kann die Impulswertigkeit: x (Energieeinheiten) pro Impuls oder die Impulsausgangsfrequenz: x Impulse pro (Energieeinheiten) angeben. Üblicherweise werden zwei verschiedene Strom/Spannungspegel verwendet, nämlich Klasse A: 25V/8mA und Klasse B: 14V/2mA.Pulse output counters are used to transmit pulses corresponding to a certain value to a receiver. The identification of the pulse value is the responsibility of the meter manufacturer. It can indicate the pulse valency: x (energy units) per pulse or the pulse output frequency: x pulses per (energy units). Usually two different current / voltage levels are used, namely class A: 25V / 8mA and class B: 14V / 2mA.
Der Impulsausgang
In einer Ausführungsbeispiel kann der Impulsausgang
Alternative zur Realisierung des Impulsausgangs
In der Messanordnung
In einer Ausführungsform ist das Funktionsmodul
Das Funktionsmodul
Beispielsweise kann das Messgerät
Das Messgerät
Das Messgerät
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Messanordnung
Neben der Messanordnung
Jedem Impuls
Das Verfahren
Das Verfahren
Das Verfahren
Es ist selbstverständlich, dass die Merkmale der verschiedenen beispielhaft hierin beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, außer wenn spezifisch anderweitig angegeben. Wie in der Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt müssen einzelne Elemente, die in Verbindung stehend dargestellt wurden, nicht direkt miteinander in Verbindung stehen; Zwischenelemente können zwischen den verbundenen Elementen vorgesehen sein. Ferner ist es selbstverständlich, dass Ausführungsformen der Erfindung in einzelnen Schaltungen, teilweise integrierten Schaltungen oder vollständig integrierten Schaltungen oder Programmiermitteln implementiert sein können. Der Begriff „beispielsweise“ ist lediglich als ein Beispiel gemeint und nicht als das Beste oder Optimale. Es wurden bestimmte Ausführungsformen hierin veranschaulicht und beschrieben, doch für den Fachmann ist es offensichtlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichartigen Implementierungen anstelle der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen verwirklicht werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.It goes without saying that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another, unless specifically stated otherwise. As shown in the description and the drawings, individual elements that have been shown in connection need not be directly related to one another; Intermediate elements can be provided between the connected elements. Furthermore, it goes without saying that embodiments of the invention can be implemented in individual circuits, partially integrated circuits or completely integrated circuits or programming means. The term "for example" is meant as an example only and not as the best or optimal. Certain embodiments have been illustrated and described herein, but it will be apparent to those skilled in the art that a variety of alternative and / or similar implementations can be made in lieu of the embodiments shown and described without departing from the concept of the present invention.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019119910 | 2019-07-23 | ||
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102020116093A1 true DE102020116093A1 (en) | 2021-01-28 |
Family
ID=74098701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102020116093.3A Pending DE102020116093A1 (en) | 2019-07-23 | 2020-06-18 | Techniques for measuring electrical parameters of a machine or system |
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Country | Link |
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DE (1) | DE102020116093A1 (en) |
-
2020
- 2020-06-18 DE DE102020116093.3A patent/DE102020116093A1/en active Pending
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