DE10321652A1 - Modular data acquisition and transmission system and transmission device therefor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein modulares Datenerfassungs- und Übertragungssystem mit zumindest einer Datenerfassungseinrichtung (1) zum Erfassen und/oder Bereitstellen von Daten (d, p, T, v, omega), einem digitalen Datennetz mit zumindest zwei Ethernet-Übertragungsstrecken (9, 9), zumindest einer Zentraleinrichtung (PC) zum Verarbeiten erfasster Daten und/oder zum Steuern entfernt angeordneter Einrichtungen (7, 7 DEG ) über das Datennetz und zumindest einer Überbrückungseinrichtung (50) zum Übertragen der Daten. DOLLAR A Um größere Strecken als der maximalen Distanz des Übertragungssystems zu überbrücken, ist die Datenerfassungseinrichtung (1) bzw. die Überbrückungseinrichtung (50) als zwischengeschaltete Übertragungseinrichtung (51) zwischen zumindest zwei Übertragungsstrecken (9, 9) des Datennetzsystems ausgebildet und weist eine Steuereinrichtung (3) zur Übertragung von Daten der einen Übertragungsstrecke (9) auf die andere Übertragungsstrecke (9), wobei die Steuereinrichtung (3) empfangene Daten der einen Übertragungsstrecke vor der Übertragung auf die andere Übertragungsstrecke so verarbeitet, dass die Übertragungsstrecken (9, 9) eigenständige Übertragungsstrecken des Datenübertragungssystems sind.The invention relates to a modular data acquisition and transmission system with at least one data acquisition device (1) for acquiring and / or providing data (d, p, T, v, omega), a digital data network with at least two Ethernet transmission links (9, 9), at least one central device (PC) for processing recorded data and / or for controlling remote devices (7, 7 DEG) via the data network and at least one bridging device (50) for transmitting the data. DOLLAR A In order to bridge longer distances than the maximum distance of the transmission system, the data acquisition device (1) or the bridging device (50) is designed as an intermediate transmission device (51) between at least two transmission links (9, 9) of the data network system and has a control device ( 3) for the transmission of data from one transmission path (9) to the other transmission path (9), the control device (3) processing received data from the one transmission path before transmission to the other transmission path in such a way that the transmission paths (9, 9) are independent Transmission paths of the data transmission system are.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein modulares Datenerfassungs- und Übertragungssystem mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Daten über eine Übertragungsstrecke in einem Datennetz mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 2 bzw. auf eine Moduleinrichtung zum Ansteuern eines Moduls auf einer Übertragungsstrecke innerhalb eines Datennetzes mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 21.The Invention relates to a modular data acquisition and transmission system with the preamble features of claim 1, a transmission device to transfer of data about a transmission link in a data network with the generic features of the claim 2 or on a module device for controlling a module a transmission link within a data network with the generic features of claim 21.
Daten von verschiedenen, weiträumig verteilten, stationären oder mobilen Sensoren zeitsynchron zu erfassen und fehlersicher einer Messwarte zuzuführen, ist seit langem eine Standardanforderung an die Datenerfassung. Allgemein bekannt ist eine Vielzahl von Individuallösungen, die jede für sich bestimmte Bereiche zuverlässig abdeckt. Ein allgemeingültiger Lösungsansatz unter Berücksichtigung aller Erfordernisse existierte bisher jedoch nicht.Data of different, spacious distributed, stationary or mobile sensors to be recorded synchronously and fail-safe to a control room, has long been a standard requirement for data collection. A large number of individual solutions are well known, the each for certain areas reliably covers. A general one approach taking into account all However, requirements have not yet existed.
Zentrale Signalaufbereitungs- und Datenerfassungseinrichtungen, die zumeist in kostenintensiven, voluminösen 19''-Gehäusen eingebaut sind, können bei zunehmend größeren Entfernungen nicht eingesetzt werden, da die hochempfindlichen Sensorsignale durch eine unvermeidliche Einkopplung von elektromagnetischen Störungen auf analogen Übertragungswegen bereits verfälscht werden, bevor Sie in einer Zentraleinrichtung verstärkt und digitalisiert werden können.headquarters Signal processing and data acquisition devices, mostly in expensive, voluminous 19 '' housings installed are, can at increasingly larger distances not be used because the highly sensitive sensor signals due to the inevitable coupling of electromagnetic interference analog transmission paths already falsified be strengthened before and in a central facility can be digitized.
Teure breitbandige Telemetriesysteme stellten bisher größtenteils Individuallösungen ohne existierende Standardschnittstellen dar. Vornehmlich basieren diese Lösungen auf störanfälligen PCM-Einwegübertragungen (PCM: Pulse Code Modulation) mit nur bedingten Sicherungsschichten, z.B. einer Vorwärts-Fehlerkorrektur, und mit konstanten, aber nicht vernachlässigbaren Signalverzögerungen.expensive So far, broadband telemetry systems have largely provided individual solutions without existing standard interfaces. Mainly based these solutions on interference-prone PCM one-way transmissions (PCM: Pulse Code Modulation) with only conditional link layers, e.g. forward error correction, and with constant but not negligible signal delays.
Für die Verbindung von beispielsweise Computern ist ein lokales Datennetz (LAN: Local Area Network) mit dem Ethernet-Standard bekannt. Bei dem Unterstandard Ethernet 100BaseT beträgt dabei die weitest zulässige Entfernung zweier zu verbindender Computer 205 m, sofern zwei sogenannte Hubs als Verteilereinrichtungen mit einem maximal zulässigen Abstand von 5 m zwischen diesen und jeweils einem maximal zulässigen Abstand von 100 m zwischen einem Hub und einem Computer angesetzt werden. Wie bei diesem Substandard sind auch die weiteren Substandards, insbesondere auch mit einer Funkschnittstelle (WLAN: Wireless Local Area Network) auf maximale Übertragungsreichweiten zwischen zwei Stationen beschränkt.For the connection of computers, for example, is a local data network (LAN: Local Area Network) with the Ethernet standard known. With the sub-standard Ethernet 100BaseT this is most permissible Distance of two computers to be connected 205 m, if two so-called hubs as distribution devices with a maximum permissible distance of 5 m between this and in each case a maximum permissible distance of 100 m between a hub and a computer. As with this substandard are the other sub-standards, especially with a radio interface (WLAN: Wireless Local Area Network) for maximum transmission ranges confined between two stations.
Während die meisten Standardsysteme noch industriellen Ansprüchen genügen, erfordern Anwendungen im Freiluftbereich mit wasserfesten Gehäusen und Steckverbindern sowie einem erweiterten Temperaturbereich meist teure Speziallösungen. Durch längere Signallaufzeiten und steigende Abtastraten zur Realisierung höherer analoger Bandbreiten, z. B. bei akustischen Messungen, stoßen synchrone Datenerfassungssysteme bereits heute an ihre physikalischen Grenzen bezüglich hochpräziser simultaner Abtastungen für exakte Korrelationsanalysen.While the Most standard systems still meet industrial requirements, require applications in the open air area with waterproof housings and connectors as well an extended temperature range usually expensive special solutions. Through longer Signal propagation times and increasing sampling rates to realize higher analog Bandwidths, e.g. B. in acoustic measurements, encounter synchronous Data acquisition systems are already reaching their physical limits in terms of high-precision simultaneous samples for exact correlation analyzes.
Gerade kundenspezifische Systemanforderungen, die bisher nicht mit herkömmlichen Standardsystemen realisiert werden konnten, führten in der Vergangenheit zu teuren, weil schwer zu vermarktenden Einzelentwicklungen mit Prototypencharakter, deren Test und Erprobung zumeist erst im praktischen Einsatz erfolgte und zu zeit- und kostenintensiven Nacharbeiten führte.Just customer-specific system requirements that were previously not possible with conventional Standard systems could be implemented in the past too expensive, because difficult to market individual developments with The character of a prototype, the testing and testing of which is usually only practical Use took place and for time-consuming and cost-intensive reworking led.
Mangelnde Flexibilität ermöglichte bisher die Verwendung von Hardwarekomponenten nur zur Realisierung von vorher fest definierten Messaufgaben. Schon geringfügige Spezifikationsänderungen machen kostenintensive Nachentwicklungen erforderlich. Eine Recycelfähigkeit, selbst nur von Teilen der Hardwarekomponenten, für zukünftige andere Messaufgaben ist dabei ausgeschlossen.lack flexibility enabled So far, the use of hardware components only for implementation of previously defined measurement tasks. Even minor changes to the specification make expensive post-development necessary. A recyclability, even only from parts of the hardware components, for future other measurement tasks is excluded.
Beispielsweise besteht in der Ölindustrie das langjährige Problem, Pipelines für den Ferntransport von Öl über hunderte Kilometer zu überwachen. In vorgegebenen Abständen werden verschiedene Parameter der Transportbedingungen und des Öls mit Sensoren und dergleichen erfasst und an eine Auswertezentrale übermittelt. Für die Übermittlung werden Kabel verwendet, welche wegen der großen Distanzen und der zwingend erforderlichen Abschirmung aufwendig zu installieren und teuer sind.For example exists in the oil industry the longtime Problem, pipelines for the long distance transportation of oil over hundreds Monitor kilometers. At predetermined intervals are different parameters of transport conditions and oil with sensors and the like detected and transmitted to an evaluation center. For the transmission cables are used, which because of the large distances and the mandatory required shielding is complex to install and expensive.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein modulares Datenerfassungs- und Übertragungssystem bzw. eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Daten über zumindest eine Übertragungsstrecke derart zu verbessern, dass auch weitere Distanzen überbrückt werden können. Vorzugsweise soll eine Ansteuerung einzelner Module auf einer Übertragungsstrecke aus der Ferne mit einem einfachen Aufwand ohne spezielle Zusatzeinrichtungen ermöglicht werden.The The object of the invention is to provide a modular data acquisition and transmission system or a transmission device to transfer of data about at least one transmission link to improve in such a way that further distances are also bridged can. A control of individual modules on a transmission link is preferably intended can be done remotely with a simple effort without special additional equipment.
Diese Aufgabe wird durch ein modulares Datenerfassungs- und Übertragungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. eine Übertragungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst. Eine Ansteuermöglichkeit mit eigenständigem erfinderischem Gehalt ist Gegenstand der Moduleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 21. Ein Verfahren zur Zeitsynchronisierung ist Gegenstand der Merkmale des Patentanspruchs 24.This object is achieved by a modular data acquisition and transmission system with the features of claim 1 or a transmission device with the features of claim 2. A control option with egg Ingenious inventive content is the subject of the module device with the features of claim 21. A method for time synchronization is the subject of the features of claim 24.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.advantageous Refinements are the subject of dependent claims.
Das Datenerfassungs- und Übertragungssystem ermöglicht, eine beliebige Anzahl verschiedener physikalischer Größen von weiträumig verteilten, stationären oder mobilen Messstellen kontinuierlich zu erfassen, fehlersicher zu übertragen und an beliebigen Orten mit einer definierten Verzögerung auszugeben und/oder auf einem Computer zeitsynchronisiert zu speichern. Ermöglicht wird auch die einfache direkte Ansteuerung entfernter Module und daran angeschlossener Geräte. Dabei können im wesentlichen kostengünstige Komponenten für bereits standardisierte lokale Datennetze verwendet werden.The Data acquisition and transmission system allows any number of different physical quantities of wide-ranging distributed, stationary or mobile measuring points continuously, fail-safe transferred to and output at any location with a defined delay and / or store them in a time-synchronized manner on a computer. Is made possible also the simple direct control of remote modules and on them connected devices. You can essentially inexpensive Components for already standardized local data networks are used.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:On embodiment is explained below with reference to the drawing. Show it:
Wie
aus
Die
Ein- und Ausgangsmodule
Das
erste der dargestellten Ein- und Ausgangsmodule
Die
Verbindung des Schnittstellenmoduls
Abgesehen
von ggf. aber nicht notwendig dem ersten und dem letzten Modul weist
jedes Modul
Die Übertragungsstrecken
Um
ein besonders einfach strukturiertes Datenerfassungs- und Übertragungssystem
auszubilden, weist jedes Modul
Jeder Übertragungsstrecken-Anschluss
Die
Datenschnittstelleneinrichtungen
Die
Steuereinrichtung
Der
Einsatz jeweils einer eigenen Datenschnittstelleneinrichtung
Außerdem führt von
der Koppeleinrichtung des Übertragungsstrecken-Anschlusses
Der
bevorzugte Gleichspannungskonverter
Vorzugsweise
weist das Kabel der Übertragungsstrecke
Sowohl
die Datenschnittstelleneinrichtungen
Die
dargestellten weitere beispielhafte Module werden anhand der
Abhängig von
der Ausbildung der Eingänge und
Ausgänge
An
die Steuereinrichtung
Das
für die Übertragungsstrecken
Zum
Erhöhen
der Modularität
und der Flexibilität
beim Aufbau des Moduls weist das Ein- und Ausgangsmodul
Da über die
Eingänge
und Ausgänge
Wie
aus
Das
Ein- und Ausgangsmodul
Möglich ist
der Einsatz des Transceivermoduls
Für die Übertragung über größere Distanzen als
dies für
das entsprechende WLAN-Datennetz möglich ist, können auch
zwei Transceiver-Module
Ein
in
Bei
z. B. 100 MBps-Ethernet (100BaseT) als Standard für die Übertragung
der Daten d über
die jeweilige Übertragungsstrecke
Die
einzelnen Module sind vorzugsweise auch in sich modular aufgebaut,
um sie bedarfsweise aufbauen, nach einem Einsatz wieder zerlegen
und für
andere Zwecke wieder bedarfsweise neu zusammengestellt einsetzen
zu können.
Die Schnittstelleneinrichtungen (
Auch ist die Kombination verschiedener der beschriebenen Module oder weiterer Funktions- und Bauelemente zu einer größeren Einrichtung möglich. Bevorzugt wird jedoch eine enge Kopplung mehrerer eigenständiger solcher Module. Dazu weisen die Module vorteilhafterweise Gehäuse mit mechanischen und/oder elektrischen Kopplungselementen auf.Also is the combination of different modules or further functional and structural elements for a larger facility possible. Prefers however, there will be a close coupling of several independent such modules. To the modules advantageously have housings with mechanical and / or electrical coupling elements.
Möglich ist auch die Kopplung mit herkömmlichen Ethernet-LAN- oder WLAN-Datennetzeinrichtungen, solange deren maximale Distanz zum Kopplungspunkt eingehalten wird.Is possible also the coupling with conventional ones Ethernet LAN or WLAN data network devices, as long as their maximum distance to Coupling point is observed.
Die Übertragungsstrecken
sind jeweils durch ein Kabel mit Datenleitungen
Bei
Verwendung einer Übertragungsstrecke, die
LAN-kompatibel ist, können
die Module, aus
Das
System ist gekennzeichnet durch die Verbindung einer beliebigen
Anzahl von Ein/Ausgangsmodulen
Zwei
beliebige, benachbarte Module
Das
System ermöglicht
durch einfache Modulkombinationen verschiedenartigste, insbesondere sämtliche
Netztopologien
Jedes
Modul
Der
Gleichspannungskonverter
Ein
Herzstück
der Module
An
das Ein- und/oder Ausgabemodul
Um
eine flexible Anpassung an die Erfordernisse unterschiedlichster
Sensoren zu erreichen, kann eine analoge Signalaufbereitungseinrichtung
Das
vorzugsweise als hochpeglige (high-level) Spannung aufbereitete
Sensorsignal wird vor der Digitalisierung einem analogen Filter
Durch
die zeitkontinuierlich einzulesenden oder auszugebenden Messdaten
ist eine synchrone Echtzeitverarbeitung in der Datenerfassungseinrichtung
Der
asynchrone Transport der Messdaten hat zur Folge, das nicht bekannt
ist, wann diese ihr Bestimmungsziel, z.B. den Computer
Beim
Einlesen von Messdaten beginnt die Messung bei den Ein-/Ausgangsmodulen
Entsprechend
umgekehrt funktioniert die Ausgabe analoger und digitaler Daten
bei den Ausgangsmodulen
Voraussetzung
dafür ist,
dass jede Steuereinrichtung
Die
Kommunikation zwischen den Modulen erfolgt vorzugsweise auf Basis
von Netzwerk- und Internetprotokolle, wie z.B. HTTP, HTTPS, FTP,
SMTP oder POP3. D.h. die interne Kommunikation zwischen den Modulen
ist kompatibel zu der in Intranet-Netzen und im Internet. Das ermöglicht die
direkte An- und Einbindung des Systems in vorhandene LAN oder WLAN-Netze
ohne zusätzliche Schnittstellen-
oder Protokoll-Konverter sowie nach Freischaltung von in der Regel
vorhandenen Internet-Gateways auch die Kommunikation mit dem System über das
Internet. Implementierte Web-, FTP- und E-Mail-Server oder -Clients
in der Steuereinrichtung
Vorteilhafterweise
weisen die entsprechenden Module
Wie
dies aus
Ein Einsatz ist bei einer Vielzahl insbesondere technischer Überwachungs- und Prüfanwendungen vorteilhaft. Die Überwachung und Steuerung der ortsfesten Ölpipeline ist ein Beispiel für eine weite zu überbrückende Distanz. Auch der Einsatz bei mobilen Objekten ist vorteilhaft. Der Einbau einer Vielzahl von Sensoren in einem Flugzeug lässt Schwingungen und Belastungen bei unterschiedlichen Flugbedingungen zentral überwachen.On Is used in a large number of technical monitoring and testing applications advantageous. The supervision and control of the fixed oil pipeline is an example of a long distance to be bridged. Use with mobile objects is also advantageous. The installation A large number of sensors in an aircraft release vibrations and loads monitor centrally in different flight conditions.
In einem Zug können beispielsweise Drucksensoren eingesetzt werden, um die Druckverhältnisse bei Durchfahrt durch einen Tunnel zu testen. Außerdem können weitere Sensoren im Tunnel angeordnet werden. Eine Synchronisierung der beiden Systeme kann z.B. bei Einfahrt in den Tunnel über eine der funkgestützten Übertragungsstrecken erfolgen. Bei Ausfahrt aus dem Tunnel kann über eine solche funkgestützte Übertragungsstrecke eine Übertragung der in einem der beiden Systeme erfassten Daten zu der zentralen Steuereinrichtung des anderen der beiden Systeme erfolgen.In one train For example, pressure sensors are used to determine the pressure conditions to test when passing through a tunnel. In addition, other sensors in the tunnel to be ordered. The two systems can be synchronized e.g. when entering the tunnel via a of radio-supported transmission links respectively. When exiting the tunnel, such a radio-supported transmission path can be used a transfer the data recorded in one of the two systems to the central one Control device of the other of the two systems.
- 1, 1°1, 1 °
- Ein- und Ausgangsmodul(e)On- and output module (s)
- 2, 2'2, 2 '
- erste/zweite LAN-Datenschnittstelleneinrichtungfirst second LAN data interface device
- 33
- Steuereinrichtungcontrol device
- 44
- DatenerfassungseinrichtungData acquisition device
- 55
- Analog-FilterAnalog filter
- 66
- Analoge Signalaufbereitungseinrichtunganalog Signal conditioning device
- 77
- SeeuoreinrichtungSeeuoreinrichtung
- 7°7 °
- externe Einrichtung, z.B. Pumpeexternal Establishment, e.g. pump
- 7'7 '
- Eingang und/oder Ausgangentrance and / or exit
- 88th
- GleichspannungskonverterDC converter
- 99
- Übertragungsstrecke, leitungsgebundenTransmission link, wired
- 10, 10'10 10 '
- erster, zweiter ÜbertragungsstreckenanschlussFirst, second link connection
- 1111
- Datenleitungen/LAN-KommunikationskanalData lines / LAN communication channel
- 1212
- Versorgungsleitungensupply lines
- 1313
- Galvanische Trennungseinrichtunggalvanic separating means
- 1414
- SpeicherStorage
- 1515
- UhrClock
- 1616
- Vorgängermodulpredecessor module
- 1717
- Nachfolgermodulsuccessor module
- 1818
- Digital-Ein- und AusgangsmodulDigital input and output module
- 1919
- Ein- und/oder Ausgang für digitale DatenOn- and / or exit for digital data
- 2020
- Analog-AusgangsmodulAnalog Output Module
- 2121
- DatenausgabeeinrichtungData output means
- 2222
- Analoge Ausgängeanalog outputs
- 2323
- Digital-AusgangsmodulDigital Output Module
- 2424
- Koppler-/VerteilermodulCoupler / splitter box
- 2525
- Verteilereinrichtung (z.B. LAN Switch oder Hub)distribution facility (e.g. LAN switch or hub)
- 2626
- Transceivermodultransceiver module
- 2727
- Funkschnittstellen-Zugriffspunkt/-SteuereinrichtungRadio interface access point / indicating controller
- 2828
- Antenneantenna
- 2929
- LeistungsversorgungsmodulPower supply module
- 3030
- Spannungskonvertervoltage converter
- 3131
- Spannungsquellevoltage source
- 3232
- SchnittstellenmodulInterface Module
- 3333
- SchnittstellenwandlerInterface Converters
- 3434
- Externes Gerät mit Standardschnittstelleexternal Device with Standard Interface
- 3535
- Übertragungsstrecke, funkgestütztTransmission link, radio supported
- 36, PC36 PC
- Computercomputer
- 3737
- Externes Stromversorgungsmodulexternal Power supply module
- 3838
- Linear verkettete LAN-TopologieLinear concatenated LAN topology
- 3939
- Linear verkettete LAN/WLAN-TopologieLinear concatenated LAN / WLAN topology
- 4040
- Linear verkettete WLAN-TopologieLinear concatenated WLAN topology
- 4141
- Hierarchische LAN-Topologiehierarchical LAN topology
- 4242
- Hierarchische WLAN-Topologiehierarchical WLAN topology
- 4343
- Ringförmige LAN-TopologieAnnular LAN topology
- 4949
- Pipelinepipeline
- 5050
- Übertragungseinrichtungtransmission equipment
- 5151
- Überbrückungsmodulbridging module
- XX
- Clientclient
- YY
- Serverserver
- ZZ
- Steuereinrichtung mit Standardbrowser, FTP-Transfercontrol device with standard browser, FTP transfer
- oder E-Mail-Programmor Email client
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