DE10318704A1

DE10318704A1 - Vorrichtung zur Ausgabe von Messsignalen

Info

Publication number: DE10318704A1
Application number: DE2003118704
Authority: DE
Inventors: Roland Grozinger
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: WO2004095389A1; DE10318704B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ausgabe eines bestimmten Messsignals von mehreren Messsignalen, die von Feldgeräten erzeugt werden. Die Erfindung beinhaltet, dass mindestens zwei Messsignal-Eingänge (1) vorgesehen sind, an denen die Messsignale der Feldgeräte (2) anliegen, dass mindestens ein Messsignal-Ausgang (20) vorgesehen ist, an dem das bestimmte Messsignal ausgegeben wird, und dass mindestens ein Kennzeichnungsein-/ausgang (25) vorgesehen ist, über welchen gekennzeichnet ist, welches Messsignal am Messsignal-Ausgang (20) anliegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ausgabe eines bestimmten Messsignals von mehreren Messsignalen, die von Feldgeräten erzeugt werden. Bei den Messsignalen kann es sich beispielsweise um den Füllstand eines Mediums in einem Behälter handeln, um die Temperatur eines Mediums oder um den Druck. Es kann sich z.B. auch um die Hüllkurve einer Füllstandsmessung nach dem Laufzeitverfahren handeln. Unter Messsignalen sollen weiterhin ebenfalls aufbereitete Messwerte verstanden werden, in dem Sinne, dass z.B. aus der Füllhöhe der Inhalt eines Behälters berechnet und als Messsignal ausgegeben wird oder z.B. das Erreichen oder Unterschreiten eines Füllstandes mit einem 4...20 mA-Signal. Weiterhin kann es sich auch darum handeln, dass z.B. digitale Messsignale analog oder dass analoge Signale digitalisiert ausgegeben werden. Bei den Feldgeräten handelt es sich somit um Füllstand-, Temperatur- oder z.B. auch um Druckmessgeräte.

In der modernen Mess- und Automatisierungstechnik ist es möglich, über entsprechende Bussysteme – z.B. Profibus^® oder Fieldbus^® Foundation – mehrere Messgeräte zu betreiben und die entsprechenden Messsignale oder Messwerte abzufragen. Wird jedoch z.B. ein Protokoll oder eine SPS verwendet, die nur einen Messwert abfragen und verarbeiten kann, so ist dadurch eine Beschränkung gegeben, durch die die Vorteile, die sich durch eine Vielzahl von Messwerten und die damit verbundenen Informationen ergeben, nicht ausgenützt werden können. Somit ist es erstrebenswert, über eine Vorrichtung möglichst alle Messsignale einer SPS zugänglich zu machen. Dabei ist dann das Problem der Zuordnung bzw. der Auswahl der Signale gegeben, so dass auch eine sinnvolle Weiterverarbeitung und Auswertung der Messsignale stattfinden kann. Es muss also bekannt sein, um welches Signal es sich handelt. Eine andere Problematik liegt darin, dass die Mess- oder Feldgeräte meist digitale Messsignale erzeugen. Gelegentlich kann es vorkommen, dass analoge Messsignale erwünscht sind. Solche analogen Signale haben z.B. den Vorteil, dass sie sehr leicht auszuwerten sind. Weiterhin sind die erforderlichen Auswerteeinheiten meist kostengünstiger, bzw. meist schon vorhanden. Gemäß dem Stand der Technik werden die digitalen Messsignale durch jeweils eigene Digital-Analog-Wandler/Konverter in analoge Messsignale umgewandelt, die dann jeweils auf einen einzelnen analogen Ausgang gegeben werden. Dies erfordert dann ggf. auch auf der Empfängerseite eine entsprechende Anzahl von analogen Eingängen. Der große Nachteil dieser Umsetzung liegt in den hohen Kosten, die durch die vielfachen Bauteile: Digital-Analog-Konverter, analoger Ausgang und analoger Eingang hervorgerufen werden.

Daher ist die Aufgabe der Erfindung, die kostengünstige Ausgabe eines bestimmten Messsignals von mehreren Messsignalen zu ermöglichen, wobei eine Zuordnung der Messsignale, bzw. eine Auswahl möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens zwei Messsignal-Eingänge vorgesehen sind, an denen die Messsignale der Feldgeräte anliegen, dass mindestens ein Messsignal-Ausgang vorgesehen ist, an dem das bestimmte Messsignal ausgegeben wird, und dass mindestens ein Kennzeichnungsein-/ausgang vorgesehen ist, über welchen gekennzeichnet ist, welches Messsignal am Messsignal-Ausgang anliegt. Die Vorrichtung der Erfindung besitzt also mehrere Eingänge, jedoch weniger Ausgänge, wobei nur ein Ausgang die kostengünstigste Ausgestaltung ist. Über den Kennzeichnungsein-/ausgang wird gekennzeichnet, welches der Messsignale am Ausgang anliegt. Diese Kennzeichnung ermöglicht es, ein Messsignal auszuwählen, bzw. eine Kennung für die Messsignale zu übermitteln. Die Realisierung hängt davon ab, ob die Reihenfolge der Ausgabe von der Vorrichtung der Erfindung gesteuert wird oder ob die Auswahl von außen, z.B. von der angeschlossenen SPS erfolgt. Es kann auch eine Kombination von beiden Möglichkeiten vorliegen. Die an den Messsignal-Eingängen anliegenden Messsignale können dabei analog oder digital sein.

Dementsprechend sind dann die Eingänge auszugestalten. Der Messsignal-Ausgang kann ebenfalls analog oder digital sein. Es können also auch entsprechende Wandler oder Konverter vorgesehen sein.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei dem Kennzeichnungsein-/ausgang um einen digitalen oder analogen Kennzeichnungsein-/ausgang handelt. Solch ein digitaler Ein-/Ausgang (I/O-Port) ist bei den meisten Speicherprogrammierbaren Steuereinheiten (SPS), bei Prozessleitsystemen oder bei Industrie-PCs standardmäßig vorhanden. Weiterhin stellt eine digitale Verbindung eine sehr einfache Ausgestaltung dar. Der Vorteil ist also, eine Ausstattung zu verwenden, die standardmäßig vorgesehen ist und die somit kostengünstig ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens eine Messwertaufbereitungseinheit vorgesehen ist, die die Messsignale von den Messsignal-Eingängen empfängt und aufbereitet. Diese Messwertaufbereitungseinheit dient z.B. dazu, aus dem Füllstand auf den Tankinhalt zu schließen. Diese Messwertaufbereitungseinheit berechnet also aus den direkten Messwerten – z.B. Füllstand – die für den Benutzer eigentlich interessierenden Daten – z.B. Inhalt eines Behälters -. Für den Benutzer ergeben sich somit direkt die benötigten Daten. Es können jedoch auch von einem Feldgerät mehrere unterschiedliche Messsignale übertragen werden, z.B. Füllstand, Temperatur im Sensor, Kennung des Feldgerätes usw. Die Messwertaufbereitungseinheit kann dann diese unterschiedlichen Informationen zu jeweils eigenen Messsignalen aufbereiten und weiter zur Ausgabe der Messsignale schicken, so dass die Anzahl der auszugebenden Messsignale größer ist als die Anzahl der Feldgeräte. Es kann sich bei der Messwertaufbereitungseinheit auch um einen entsprechenden Datenspeicher für die Zwischenspeicherung der Messsignale handeln.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens eine Multiplexereinheit vorgesehen ist, die das bestimmte Messsignal an den Messsignal-Ausgang übergibt. Durch diese Multiplexereinheit wird das bestimmte Messsignal an den Messsignal-Ausgang übergeben. Dabei ist es erforderlich, dass die Multiplexereinheit dahingehend gesteuert wird, welches Messsignal das bestimmte Messsignal ist und somit weitergegeben werden muss. Eine solche Steuereinheit, die wiederum mit entsprechenden Ein- und Ausgängen verbunden sein kann, kann in der Multiplexereinheit selbst implementiert sein oder getrennt von ihr vorliegen. Diese Multiplexereinheit kann ein elektronisches Bauteil sein, es kann sich jedoch auch um einen Programmierschritt in einem Mikroprozessor handeln. Letzteres ist vor allem dann praktizierbar, wenn es sich bei den Messsignalen um digitale Signale handeln, bzw. wenn die Messwertaufbereitungseinheit zwischen den Messsignal-Eingängen und der Multiplexereinheit befindlich ist und wenn die Messwertaufbereitungseinheit digitale Signale erzeugt.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem Messsignal-Ausgang um einen analogen Messsignal-Ausgang handelt. Über diesen können somit direkt analoge Messsignale ausgegeben werden. Damit verbunden ist eine Ausgestaltung, die beinhaltet, dass mindestens ein Digital-Analog-Konverter vorgesehen ist, der mindestens das bestimmte Messsignal in ein analoges Signal umwandelt, in dem Fall, dass das bestimmte Messsignal ein digitales Signal ist. Dies ermöglicht die analoge Ausgabe von digitalen Messsignalen. Der Vorteil liegt hier darin, dass nur noch eine Konverter und nur noch ein analogen Ausgang benötigt werden. Diese Ausgestaltung ist somit deutlich preisgünstiger als der Stand der Technik bzgl. der analogen Ausgabe.

Die folgenden Ausgestaltungen spezifizieren den Kennzeichnungsein-/ausgang und seine unterschiedliche Rolle innerhalb der Vorrichtung.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Ausgabe der Messsignale zyklisch erfolgt. Die einzelnen Messsignale werden also jeweils in einer gewissen Reihenfolge nacheinander ausgegeben. Diese Reihenfolge muss jedoch auf der Seite des Empfängers der Messsignale bekannt sein. Daher ist damit eine folgende Ausgestaltung verbunden, die vorsieht, dass der Kennzeichnungsein-/ausgang derart ausgestaltet ist, dass mindestens ein Kennzeichen des bestimmten Messsignals, das am Messsignal-Ausgang anliegt, ausgegeben wird. Somit ist es möglich, dass die Reihenfolge der Ausgabe nicht fest vorgegeben sein und entsprechend der Anzahl der Feldgeräte z.B. im Falle der Erweiterung adaptiert werden muss, da durch die Kennzeichnung jeweils bekannt gemacht wird, um welches Messsignal es sich handelt. Im Gegensatz dazu wird es möglich, Feldgeräte beliebig anzuschließen oder wieder wegzunehmen. Es muss nur die Nummerierung der Feldgeräte bekannt sein. Das Kennzeichen des Messsignals – z.B. auch ein Schlüssel für die Art und den Typ des Feldgerätes – kann z.B. bei einem analogen Ausgang direkt als Zahl übermittelt werden. Weitere Kodierungen sollten für die fachlich qualifizierte Person nahe liegen. Es kann sich auch um einen digitalen Ausgang handeln.

Dafür sieht eine spezielle Ausgestaltung vor, dass in dem Kennzeichnungsein-/ausgang mindestens ein digitaler Ausgang vorgesehen ist, über welchen mindestens ein Kennzeichen des bestimmten Messsignals ausgegeben wird. Dies erlaubt z.B. mit der Verwendung von Binärzahlen eine sehr einfache Kodierung der Messsignale. Es wird also z.B. ein Signal an die einzelnen Leitungen angelegt oder nicht. Dadurch lassen sich über Binärzahlen die einzelnen Feldgerät passend kodieren. Sind z.B. 4 digitale Ausgänge vorhanden, so lassen sich damit 2⁴ = 16 Messsignale kodieren. Dies ist eine sehr einfache und praktische Ausgestaltung. Vor allem nutzt diese Ausgestaltung ebenfalls die standardmäßig vorhandenen digitalen Ein-/Ausgänge aus.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung beinhaltet, dass der Kennzeichnungsein-/ausgang derart ausgestaltet ist, dass mindestens ein Kennzeichen für das bestimmte Messsignal, das am Messsignal-Ausgang anliegen soll, eingegeben wird. Dies ist also die Umkehrung der obigen Ausgestaltung derart, dass nun von außen ausgewählt wird, welches Messsignal an den Messsignal-Ausgang zu geben ist. Dies ermöglicht es z.B. einer SPS, die jeweils benötigen Messsignale auszuwählen. Der Signaleingang kann dabei wie der obige Signalausgang für die Kennzeichnung analog oder digital sein. Es sollte dabei auch der Fall abgefangen werden, dass nicht ein Messsignal abgefragt werden kann, das nicht an der Vorrichtung der Erfindung anliegt. Dafür sollte z.B. ein spezielles Signal an den Messsignal-Ausgang angelegt werden, dass einen solchen Fehler signalisiert.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass in dem Kennzeichnungsein-/ausgang mindestens ein digitaler Eingang vorgesehen ist, über welchen mindestens ein Kennzeichen des bestimmten Messsignals eingegeben wird. Es werden also wieder z.B. bei der Kodierung durch Binärzahlen über das Anlegen oder das Nicht-Anlegen eines Strom- oder Spannungssignals binäre Einsen und Nullen übertragen, über die sich dann die Nummer des an den Ausgang anzulegenden Messsignals ergibt.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1: ein Schema der Vorrichtung zur analogen Ausgabe von Messsignalen gemäß dem Stand der Technik;
2: ein Schema einer Ausgestaltung der Vorrichtung, bei der digitale Messsignal als analoge Signale ausgegeben werden, wobei von außen ein Signal gegeben wird, welches Messsignal analog ausgegeben werden soll; und
3: ein Schema einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung, bei der die Messsignale zyklisch ausgegeben werden.
1 zeigt den Stand der Technik, bei dem für jedes einzelne Messsignal der Feldgeräte 2 ein eigener Digital-Analog-Konverter 15 vorgesehen ist, der ein digitales Messsignal in ein analoges umwandelt und dann jeweils auf einen einzelnen analogen Ausgang 20 gibt. In der 1 sind zehn Feldgeräte 2 an den digitalen oder analogen Signaleingängen 1 angeschlossen, so dass zehn Konverter 15, zehn Ausgänge 20 und dementsprechend auf der Seite des Empfänger, hier durch eine SPS 21 gegeben, auch zehn analoge Eingänge 22 erforderlich sind. Diese Umsetzung ist sehr kostenintensiv.
2 zeigt eine Ausgestaltung der Vorrichtung der Erfindung. Die Messsignale der Feldgeräte 2 gelangen von den Messsignal-Eingängen 1 an die Messwertaufbereitungseinheit 5. Diese übergibt die Messsignale an die Multiplexereinheit 10, die hier als ein separater Block ausgestaltet ist. Es ist jedoch auch die Umsetzung als ein Programmteil innerhalb eines Mikroprozessors möglich, wenn es sich um digitale Messsignale von den Feldgeräten 2 oder um digital aufbereitete Messsignale von der Messwertaufbereitungseinheit 5 handelt. Von der Multiplexereinheit 10 wird ein Messsignal bedingt durch eine Kodierung/Kennung/Kennzeichen vom Kennzeichnungsein-/ausgang 25, d.h. durch die Anforderung von der SPS zum bestimmten Messsignal (dargestellt durch die gestrichelte Linie innerhalb der Multiplexereinheit 10) gemacht und hier an den Digital-Analog-Konverter 15 übergeben. Dieses Messsignal gelangt dann als analoges Signal auf den analogen Ausgang 20. Auf Seite der SPS 21 ist somit nur ein analoger Eingang 22 erforderlich. Die Auswahl, welches Messsignal zu übertragen ist, geschieht hier über vier digitale Eingänge 27, an die als Binärzahl die Kennung des Messsignals übergeben wird, wodurch eine Kodierung von 16 Messsignalen möglich ist. Dafür befindet sich bei der SPS 21 ein digitaler Auswahlausgang 30, der entsprechend das Signal zur Steuerung der Multiplexereinheit 10 ausgibt.
3 demonstriert eine Ausgestaltung der Erfindung, in der die Messsignale zyklisch ausgegeben werden. Damit die Reihenfolge der ausgegebenen Messsignal nicht fest vorgegeben werden muss, wird zu jedem Messsignale eine Kennung des entsprechenden Feldgerätes 2 an die SPS 21 übergeben. In der hier gezeigten Ausgestaltung wird also jedes analoge Messsignal von einer digitalen Kennung begleitet. Diese Ausgestaltung ist also sehr ähnlich zur Ausgestaltung in 2, wobei auf der Seite der SPS 21 aus dem Auswahlausgang 30 ein digitaler Kennungseingang 31 geworden ist. Weiterhin kommen im hier gezeigten Fall die Steuersignale bzgl. der Auswahl der Messsignale von der Messwertaufbereitungseinheit 5, welche die Kennung an den Kennzeichnungsein-/ausgang 25 übermittelt und gleichzeitig die Multiplexereinheit 10 zur Auswahl des bestimmten Messsignals steuert. Eine solche Ausgestaltung legt es z.B. auch nahe, die Messwertaufbereitungseinheit 5 und die Multiplexereinheit 10 in einem Mikroprozessor zu vereinen.

1: Messsignal-Eingang
2: Feldgerät
5: Messwertaufbereitungseinheit
10: Multiplexereinheit
15: Digital-Analog-Konverter
20: Messsignal-Ausgang
21: SPS
22: Analoger Messsignal-Eingang
25: Kennzeichnungsein-/ausgang
26: Digitaler Ausgang
27: Digitaler Eingang
30: Auswahlausgang
31: Kennungseingang

Claims

Vorrichtung zur Ausgabe eines bestimmten Messsignals von mehreren Messsignalen, die von Feldgeräten (2) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Messsignal-Eingänge (1) vorgesehen sind, an denen die Messsignale der Feldgeräte (2) anliegen, dass mindestens ein Messsignal-Ausgang (20) vorgesehen ist, an dem das bestimmte Messsignal ausgegeben wird, und dass mindestens ein Kennzeichnungsein-/ausgang (25) vorgesehen ist, über welchen gekennzeichnet ist, welches Messsignal am Messsignal-Ausgang (20) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Kennzeichnungsein-/ausgang (25) um einen digitalen oder analogen Kennzeichnungsein-/ausgang (25) handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Messwertaufbereitungseinheit (5) vorgesehen ist, die die Messsignale von den Messsignal-Eingängen (1) empfängt und aufbereitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Multiplexereinheit (10) vorgesehen ist, die das bestimmte Messsignal an den Messsignal-Ausgang (20) übergibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Messsignal-Ausgang (20) um einen analogen Messsignal-Ausgang (20) handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Digital-Analog-Konverter (15) vorgesehen ist, der mindestens das bestimmte Messsignal in ein analoges Signal umwandelt, in dem Fall, dass das bestimmte Messsignal ein digitales Signal ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabe der Messsignale zyklisch erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennzeichnungsein-/ausgang (25) derart ausgestaltet ist, dass mindestens ein Kennzeichen des bestimmten Messsignals, das am Messsignal-Ausgang (20) anliegt, ausgegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kennzeichnungsein-/ausgang (25) mindestens ein digitaler Ausgang (26) vorgesehen ist, über welchen mindestens ein Kennzeichen des bestimmten Messsignals ausgegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennzeichnungsein-/ausgang (25) derart ausgestaltet ist, dass mindestens ein Kennzeichen für das bestimmte Messsignal, das am Messsignal-Ausgang (20) anliegen soll, eingegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kennzeichnungsein-/ausgang (25) mindestens ein digitaler Eingang (27) vorgesehen ist, über welchen mindestens ein Kennzeichen des bestimmten Messsignals eingegeben wird.