DE10322278B4 - Sensorsimulator zum Test von Messumformern - Google Patents

Abstract

Simulator zum Testen eines Messumformers mit einer Messumformerschnittstelle, wobei der Simulator aufweist: eine Simulatorschnittstelle, die an die Messumformerschnittstelle anschließbar ist, und Signale an den Messumformer ausgibt und/oder Signale vom Messumformer empfängt; und eine Steuerschaltung zur Simulation von Signalen, welche das Ausgangssignal an der Simulatorschnittstelle bilden, wobei die Schnittstelle eine galvanisch getrennte Schnittstelle umfasst, wobei der Simulator einen amperometrischen, insbesondere einen Gassensor, oder einen potentiometrischen Sensor, insbesondere einen pH-Sensor oder einen Redox-Sensor, simuliert.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Testvorrichtung für Messumformermodule.
• Umformermodule werden im Betrieb gewöhnlich mit einem Sensormodul verbunden, welches eine Prozessgröße erfasst, und welches ein Sensormodulsignal bereitstellt, welches von Umformern verarbeitet und gegebenfalls weitergeleitet wird.
• Das US-Patent 5,777,550 beschreibt ein Messgerät mit einem gemeinsam mit einem Sensor in dem Messgerät integrierten Messumformer. Das Messgerät umfasst weiter einen Testsignalgenerator, der ein Sensorsignal simulieren kann, um die Funktion des Messgeräts zu testen.
• Das Patent DE 100 01 484 C1 beschreibt eine Vorrichtung zur Nachbildung elektrischer Sensor- oder Aktor-Komponenten, die dazu dient, Elektrik/Elektronik-Komponenten und/oder reale Sensor/Aktor-Komponenten zu testen. Die zu testenden Komponenten können über Signalpins mit der Vorrichtung verbunden und mit Signalen beaufschlagt werden.
• Die Gebrauchsmusterschrift DE 88 01 324 U1 beschreibt ein Prüfgerät für Elektroniksysteme von Durchflussmessern mit einer elektronischen Schaltung, welche ein Rechen- und Steuerwerk umfasst. Die elektronische Schaltung bildet Durchflusssensoren unterschiedlichen Prinzips elektrisch nach und stellt entsprechende Ausgangssignale für die Eingänge der Elektroniksysteme zur Verfügung.
• In der internationalen Anmeldung WO 00/55593 A2 ist ein System zur Messung von Umgebungsinformationen beschrieben, welches einen Sensor und einen dem Sensorbetrieb und der Bereitstellung von Messdaten dienenden Controller umfasst. Der Controller umfasst außerdem einen Simulator zur Simulation eines Sensorbetriebs, welcher zum Testen des Controllers dient.
• Aus DE 691 20 922 T2 ist ein Verfahren zum Prüfen von Temperaturmessschaltungen und eine Testvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt. Die Temperaturmessschaltung umfasst eine Messvorrichtung und mit dieser über einen Multiplexer verbundene Thermosonden. Zur Durchführung von Testverfahren integriert die Temperaturmessschaltung Funktionen der Simulation des Widerstands, der Messung des Widerstands, der Messung der Spannung und der Verarbeitung von Daten. Zur Simulation eines Widerstands eines Temperatursensors können mittels eines Multiplexers entsprechende Widerstandssimulatoren mit der Messvorrichtung verbunden werden.
• Im US-Patent 4,922,194 wird ein Sensorsimulator beschrieben, der einen Widerstandstemperatursensor simuliert, um Systeme oder Komponenten zu testen, die im Normalbetrieb Signale von Widerstandstemperatursensoren empfangen. Der Sensorsimulator ist als auf einer Leiterkarte angeordnete Schaltung ausgestaltet, die über Steckkontakte mit externen Kontakten verbindbar ist. Über die Steckkontakte wird ein Ausgangssignal des Simulators ausgegeben.
• Die Deutsche Patentanmeldung 100 55 090.8 der Anmelderin beschreibt einen Steckverbinder zum Anschluss einer Übertragungsleitung an mindestens einen Sensor, wobei der Steckverbinder eine Schnittstelle mit galvanisch getrennter Übertragung von Signalen und Energie von der Übertragungsleitung zum Sensor umfasst.
• Die Übertragungsleitung ist insbesondere dazu geeignet, einen Sensor an einen Umformer anzuschließen. Die beschriebenen Steckverbinder können auch unmittelbar an einem Umformergehäuse angeordnet werden, wenn ein Sensor direkt von einem Umformergehäuse anzuordnen ist.
• Der Sensor muss entsprechend mit einem Mindestmaß an elektronischen Schaltungen ausgestattet sein, um das über die Schnittstelle übertragene Trägersignal mittels Lastmodulation modulieren zu können, um Messdaten zu übertragen. Gleichermaßen muss der Umformer in der Lage sein, die übertragenen Daten auswerten zu können.
• In der nicht vorveröffentlichten Deutschen Patentanmeldung 102 18 606.5 offenbart die gleiche Anmelderin einen potentiometrischen Sensor, insbesondere einen pH-Sensor, welcher ein Speicherelement zum Speichern von Kalibrationsdaten, Historiendaten und logistischen Informationen aufweist. Diese Daten werden einem zum Sensor passenden Umformer über eine geeignete Schnittstelle zur Verfügung gestellt, damit der Umformer diese bei der Auswertung des vom Sensor übertragenen Sensorsignals berücksichtigen kann. Die Schnittstelle kann wiederum eine galvanisch getrennte Schnittstelle der zuvor beschriebenen Art sein.
• Mit der beschriebenen erhöhten Funktionalität der Sensormodule und der Umformermodule steigt naturgemäß die Zahl der theoretisch möglichen Fehlerquellen. Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass die beschriebenen erweiterten Kommunikationsmöglichkeiten zwischen der Schnittstelle eines Umformers und der komplementären Sensorschnittstelle einen Ansatz geben um die Funktionalitäten des Umformermoduls zu überprüfen.
• Hierzu stellt die vorliegende Erfindung einen Sensorsimulator zum Testen eines Messumformers mit einer Messumformerschnittstelle bereit, wobei der Sensorsimulator eine Simulatorschnittstelle aufweist, die zur Umformerschnittstelle kompatibel ist, und eine Simulationsschaltung, zur Simulation von Sensordaten, welche das Ausgangssignal an der Simulatorschnittstelle bilden.
• Optional umfasst der Simulator einen Signaleingang, der an den Kommunikationsausgang des Umformers, beispielsweise einen 4 ... 20 mA-Ausgang, einen HART-Ausgang, einen Profibus-Ausgang oder einen Fieldbus Foundation-Ausgang, angeschlossen werden um die Richtigkeit der von dem Umformern kommunizierten Signale zu überprüfen, bzw. um diese Signale mit den vom Sensorsimulator generierten Signale zu korrelieren.
• Die simulierten Signale können einerseits Messwerte und Kalibrationsdaten repräsentieren, um die korrekte Wandlung durch den Umformer zu überprüfen, und andererseits können sie Zustandsdaten treffen, wie beispielsweise den Ausfall einer Komponente des Sensors. In diesem Fall ist zu überprüfen, ob der Umformer die korrekte Fehlermeldung kommuniziert, falls dieses vorgesehen ist.
• Sofern der Umformer für einen Sensor mit einem Speichermodul ausgelegt ist, so kann der Simulator verschiedene Lese- und Schreibroutinen auslösen, um die Kommunikation zwischen dem Umformer und dem Speichermodul zu überprüfen.
• Die Schnittstelle kann einerseits eine galvanisch getrennte Schnittstelle, insbesondere eine induktive Schnittstelle zur Übertragung von Energie zum Sensor und zum Datenaustausch zwischen Sensor und Umformer umfassen. Der Datenaustausch vom Umformer zum Sensor bzw. zum Simulator erfolgt beispielsweise durch umformerseitige Modulation des Energiesignals und die Datenübertragung vom Sensor zum Umformer erfolgt durch Sensorseitige bzw. sensorsimulatorseitige Lastmodulation des Energiesignals.
• In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Sensorsimulator in einen Sensor integriert, wobei die Steuerschaltung entweder in periodischen Abständen, oder ereigneisgesteuert, d. h. nach Zuständen, die das Auftreten eines Fehlers als wahrscheinlich erscheinen lassen, eine Testroutine durch Simulation von Sensorzuständen auslöst.

Claims (6)

1. Simulator zum Testen eines Messumformers mit einer Messumformerschnittstelle, wobei der Simulator aufweist: eine Simulatorschnittstelle, die an die Messumformerschnittstelle anschließbar ist, und Signale an den Messumformer ausgibt und/oder Signale vom Messumformer empfängt; und eine Steuerschaltung zur Simulation von Signalen, welche das Ausgangssignal an der Simulatorschnittstelle bilden, wobei die Schnittstelle eine galvanisch getrennte Schnittstelle umfasst, wobei der Simulator einen amperometrischen, insbesondere einen Gassensor, oder einen potentiometrischen Sensor, insbesondere einen pH-Sensor oder einen Redox-Sensor, simuliert.
2. Simulator nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Signaleingang, der an einen Kommunikationsausgang des Messumformers angeschlossen werden kann, um eine Rückkopplung der Messumformersignale zu ermöglichen.
3. Simulator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die simulierten Signale Messwerte, Zustandsdaten, oder Kalibrationsdaten simulieren.
4. Simulator nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Simulator ein Speichermodul aufweist, welches die Funktionalität eines Sensorspeichermoduls aufweist, wobei die Steuerschaltung geeignet ist, Signale zur Initialisierung von Lese- und/und oder Schreibbefehlen seitens des Messumformers zu generieren.
5. Simulator nach Anspruch 1, wobei die Schnittstelle eine induktive Schnittstelle zur Übertragung von Energie zu einem Sensor und zum Datenaustausch zwischen Sensor und Messumformer ist.
6. Simulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Simulator in einen Sensor integriert ist, und die Steuerschaltung entweder in periodischen Abständen, oder ereignisgesteuert, eine Testroutine durch Simulation von Sensorzuständen auslöst.