DE19603942A1 - Datenerfassungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenerfassungsvorrichtung zur selbständigen und unabhängigen Erfassung und Speicherung elektrischer Größen.

Die Datenerfassung orientiert sich gewöhnlich an aktuellen Ereignissen und Kurzzeiträumen. Sollen Daten über längere Zeiträume erfaßt werden, ist der Einsatz von netzversorgten Geräten praktisch unumgänglich. Der Batteriebetrieb etc. bringt ansonsten etliche Risiken für den Gerätebetreiber mit sich.

Eine weitere Einschränkung besteht in dem zur Verfügung ste­ henden Datenspeichervolumen und in der Sicherung der Spei­ cherdaten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Datenerfas­ sungsvorrichtung zu schaffen, die lange Zeit unabhängig be­ treibbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Datenerfassungs­ vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vor­ teilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein erfindungsgemäßes Datenerfassungssystem umfaßt somit we­ nigstens einem Meßwerteingang zum Erfassen elektrischer Si­ gnale, wenigstens einen Zeitgeber für die Zeitzuordnung der erfaßten elektrischen Signale, wenigstens einen nichtflüchti­ gen Speicher zum Speichern der elektrischen Signale, wenig­ stens einen Steuerausgang, eine Steuereinheit, eine Kommuni­ kationsschnittstelle.

Über den Meßwerteingang (die Meßwerteingänge) werden externe Ereignisse und physikalische Größen erfaßt. Diese können Spannungen, Ströme, Frequenzen, Temperaturen, pH-Werte, Luft­ feuchte, Lichteinfall, Windgeschwindigkeiten, Entfernun­ gen, Wiederholungen, Anzahlen etc. oder Zeiträume elektrischer Signale sein, wie sie durch Sensoren oder Wandler erfaßt wer­ den. Es lassen sich somit praktisch alle physikalischen oder chemischen Vorgänge erfassen und als elektrisches Signal auf­ zeichnen. Es können auch Ereignisse gezählt werden.

Dabei ist zweckmäßig die Empfindlichkeit und/oder Funktion des mindestens einen Meßwerteingangs einstellbar oder sie ist wählbar.

An die erfindungsgemäße Datenerfassungsvorrichtung können praktisch alle Meßumformer, die physikalische Größen in elek­ trische Signale umwandeln, angeschlossen werden und Meßwerte physikalischer Größen aufzeichnen. Vorteilhaft können Skalie­ rung und Bereichsanpassung für die Meßumformer vom Benutzer eingestellt werden.

Der wenigstens eine Zeitgeber ermöglicht die genaue Zeitzu­ ordnung der Meßwerte und Ereignisse. Dies ist für Langzeiter­ fassungen und deren Auswertung unumgänglich.

Mittels des nicht flüchtigen Speichers können Meßwerte und Zeiten über praktisch unbegrenzte Zeiträume gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden. Die Speichergröße ist dabei zweckmäßig der Datenmenge und dem Erfassungszeitraum ange­ paßt.

Eine eigene Steuereinheit versetzt die erfindungsgemäße Da­ tenerfassungseinrichtung in die Lage, über längere Zeiträume unabhängig von einer externen Steuerung zu funktionieren. Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit einen Rechner (Mikrorechner) oder auch ein Schaltwerk umfassen.

Der wenigstens eine Steuerausgang ermöglicht es, auf externe Ereignisse zu reagieren. Damit kann dem Langzeiteinsatz der Datenerfassungsvorrichtung Rechnung getragen werden und au­ ßerdem kann die Vorrichtung einfache Steuerungsaufgaben über­ nehmen.

Die vielseitige Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Datener­ fassungseinrichtung ist durch die vorgesehene Kommunikations­ schnittstelle ermöglicht. Über diese kann der Anwender Ein­ stellungen vornehmen und verändern, Daten und Meßwerte ausle­ sen, Steuerungsvorgänge auslösen. Die Kommunikationsschnitt­ stelle dient somit zu Steuer- und Überwachungsaufgaben.

Eine hierzu vorgesehene Schnittstelle ermöglicht indessen auch eine externe Energieversorgung innerhalb eines Systems, ohne auf übliche oder speziell vorgesehene Versorgungsan­ schlüsse angewiesen zu sein.

Eine andere Möglichkeit der Energieversorgung in Form einer eigenen Energieversorgung völlig autark besteht in einer inter­ nen oder geräteeigenen Energieversorgung. Hierzu können eine Batterie, elektrochemische Wandler, fotoelektrische Wandler, thermoelektrische Wandler dienen. Die Datenerfassungsvorrich­ tung kann so über lange Zeiträume unabhängig betrieben wer­ den.

Damit eignet sich die erfindungsgemäße Datenerfassungsvor­ richtung für die Langzeiterfassung und Protokollierung physi­ kalischer Größen und die anschließende Auswertung über den Erfassungszeitraum. Interne und externe Ereignisse können ei­ genständig erfaßt und überwacht werden. Seitens des Gerätes sind eigenständige Reaktionen darauf möglich.

Über die Kommunikationsschnittstelle ist es dem Benutzer er­ möglicht, Geräteparameter extern einzustellen. Das Gerät braucht nicht aufgesucht zu werden, wenn beispielsweise das Meßprogramm modifiziert werden soll. Derartige Funktionsein­ stellungen ähneln Fernsteuerungen. Auf diese Weise kann auch das Auslesen von Daten aus dem Speicher ausgelöst werden. Hierzu kann eine Benutersoftware vorgesehen sein, die das Ein- und Auslesen der Daten über eine Kommunikationsverbin­ dung selbständig steuert und dadurch den Benutzer entlastet.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Datenerfassungsvorrichtung ist eine Ereignissteuerung der Meßwerterfassung vorgesehen derart, daß ein oder mehrere Grenzwerte vorgesehen sind und bei der Unter- oder Über­ schreiten eine Messung vorgenommen wird. Wird beispielsweise ein Kontakt geschlossen, so kann für diesen Fall ein bestimm­ ter Ablauf vorgesehen sein. Ähnliches kann bei Überschreiten oder Unterschreiten von Grenzwerten geschehen. Entsprechend den Erfordernissen sind die Grenzwerte zweckmäßig einstell­ bar.

Die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Meßwerterfas­ sungen (Meßintervalle) können vorteilhaft einstellbar oder wählbar sein. Hierdurch können die Meßaufgaben weitgehend frei gewählt werden.

Aufgrund des elektrischen Aufbaus können verschiedene Pro­ gramme vorgesehen sein. Diese ermöglichen die Verwendung der erfindungsgemäßen Datenerfassungsvorrichtung außer als Daten­ logger auch als Prozeßregler und dezentrales Datenerfassungs­ gerät oder Datenanzeige. Weiterhin sind selbständige Reaktio­ nen auf Ereignisse möglich.

Wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Datenerfassungs­ vorrichtung ist, daß beliebige Meßdaten über lange Zeiträume netzunabhängig erfaßt werden können. Es können die verschie­ densten physikalischen Größen in einstellbaren Zeitinterval­ len aufgenommen und gespeichert werden. Zu jedem beliebigen Zeitpunkt können die Daten ausgelesen werden.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Da­ tenerfassungsvorrichtung kann ein Auswertesystem angeschlos­ sen sein. Dies kann vorteilhaft über eine Schnittstelle vor­ gesehen sein. Auf diese Weise können die Meßwerte durch be­ liebige Datenverarbeitungsanlagen weiter verarbeitet und aus­ gewertet werden. Das Datenformat und die Datenorganisation sowie Auswertung sind beliebig, z. B. kann eine Tabellenkalku­ lation oder grafische Aufbereitung und/oder Auswertung ge­ wählt werden.

Eine optische Kontrolle durch den Benutzer ist durch eine An­ zeige ermöglicht. Dies erleichtert insbesondere die Justage des Geräts.

Es können mehrere Datenvererfassungsvorrichtungen an diesel­ be Kommunikationsschnittstelle angeschlossen sein (Netzwerk) Hierdurch kann ein Verbund von erfindungsgemäßen Datenerfas­ sungsvorrichtungen geschaffen werden. Dabei ist eine Adreßzu­ ordnung der einzelnen Systeme und Erkennung jedes einzelnen Systems vorgesehen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung kann die Datenerfassungs­ vorrichtung auch im Netzwerkverbund betrieben werden. Es kann so ein externes Ein- und Ausgabegerät für die Datenerfassung mit Kleinrechnern oder die Steuerung von Vorgängen geschaffen werden.

Es können beliebig viele Datenlogger in einem Modul zusammen­ gefaßt werden.

Entsprechend dem Anwendungsfall kann das Gerät in zweckmäßi­ gen Gehäusen, z. B. Kunststoffgehäusen oder wasserdichten Me­ tallgehäusen, eingebaut sein. Damit kann ein ausreichender Schutz gegen Umwelteinflüsse geschaffen werden. Bei einer Er­ weiterung können die Gehäuse modular zu Blöcken zusammenge­ setzt werden.

Die Erfindung wird im folgenden weiter anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels beschrieben. Diese Beschreibung dient dabei lediglich zu Erläuterungszwecken und ist nicht einschränkend auszulegen.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch den Aufbau einer als Datenlogger ausgeführten erfindungsgemäßen Datener­ fassungseinrichtung.

Als Steuereinheit ist ein Mikroprozessor 2 vorgesehen. Mit diesem ist über eine A/D-Schnittstelle und einen Bus 4 eine Eingabeeinheit 6 mit analogen Eingängen 8, 10, 12 verbunden. Über eine D/A-Schnittstelle und einen Bus 14 ist eine Ausga­ beeinheit 16 mit analogen Ausgängen 18, 20, 22 mit dem Mikro­ prozessor 2 verbunden. Die Eingabeeinheit 6 und die Ausgabe­ einheit 16 sind über einen Bus 24 miteinander verbunden. Eine serielle Schnittstelle 24 (z. B. RS232) mit zwei Anschlüssen 26, 28 ist über einen Bus 30 und einen UART-Umsetzer mit dem Mikroprozessor 2 verbunden.

Eine Batterie 32, im vorliegenden Fall eine Lithiumbatterie, stellt die Spannungsversorgungsquelle dar. Ihre Lebensdauer ist 10 Jahre.

Zwei Taktgeber 34, 36 dienen zur zeitlichen Steuerung der Meßwerterfassung und Datenspeicherung, ferner für den Betrieb des Mikroprozessors.

Eine Anzeige 38 ist über einen Bus 40 mit dem Mikroprozessor 2 verbunden.

Ein nichtflüchtiger Speicher 42 ist über einen Bus 44 mit dem Mikroprozessor verbunden. Ein weiterer nichtflüchtiger Spei­ cher 46 ist über einen Bus 48 mit dem Mikroprozessor 2 ver­ bunden. Der Speicher 46 kann als Speichererweiterung des Speichers 46 dienen.

Der beschriebene Datenlogger in der gezeigten Ausführung kann z. B. für 8000 Messungen mit einer allerdings sensorabhängigen Genauigkeit von < 1% und einer Meßauflösung von z. B. 0,05% eingesetzt werden. Datenerfassungsintervalle können zwischen 1 s und 12 Stunden liegen. Damit sind Aufzeichnungszeiten über 10 Jahre möglich. Selbstverständlich sind diese Angaben lediglich exemplarisch. Es können auch andere Genauigkeiten realisiert werden. Diese hängen von den jeweiligen Geräteaus­ legungen und Spezifikationen ab.

Das Gerät ist über die serielle Schnittstelle 24 frei pro­ grammierbar. Insbesondere die Funktionen können auf diesem Wege modifiziert werden. Die Betriebsarten der Sensoren kön­ nen frei gewählt werden.

Die Abmessungen eines solchen Datenloggers können z. B. sein: 100 mm × 55 mm × 30 mm und kleiner.

Es ist ein Stand-alone-Betrieb oder ein Remote-Betrieb mög­ lich. Die Betriebsart und der Einsatzzweck des Geräts als Da­ tenlogger können während des Betriebs umgestellt werden. Es kann dezentrales Datenerfassungsgerät, aber auch Prozeßregler sein. Es handelt sich um ein autarkes, allein handlungsfähi­ ges Meßwerterfassungssystem, das bedarfsweise umfunktioniert werden kann.

Claims (15)

1. Datenerfassungsvorrichtung, mit

• - wenigstens einem Meßwerteingang (6) zum Erfassen elektri­ scher Signale,
• - wenigstens einem Zeitgeber (34, 36) für die Zeitzuordnung der erfaßten elektrischen Signale,
• - wenigstens einem nichtflüchtigen Speicher (42, 44) zum Speichern der elektrischen Signale,
• - wenigstens einem Steuerausgang (24),
• - einer Steuereinheit (2),
• - einer Kommunikationsschnittstelle (24).

2. Datenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuereinheit (2) einen Rechner (Mikrorechner) umfaßt.

3. Datenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit ein Schalt­ werk umfaßt.

4. Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine geräteeigene Energie­ versorgung (32) vorgesehen ist.

5. Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Energieversorgung über eine Schnittstelle vorgesehen ist.

6. Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit und/oder Funktion des mindestens einen Meßwerteingangs einstellbar ist.

7. Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ereignissteuerung der Meßwerterfassung vorgesehen ist, derart, daß ein oder mehrere Grenzwerte vorgesehen sind, bei deren Unter- oder Überschreiten, auch des Zeitpunktes des Ereignisses, eine Messung vorgenommen wird.

8. Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte einstellbar sind.

9. Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Meßwerterfassungen (Meßintervalle) einstellbar sind.

10. Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auswertesystem ange­ schlossen ist.

11. Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Datenauswertung über die Kommunikationsschnittstelle ein Anschluß an eine Datenverarbeitungsanlage vorgesehen ist.

12. Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeige (38) vorge­ sehen ist.

13. Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Datenverarbei­ tungsvorrichtungen an dieselbe Kommunikationsschnitt­ stelle angeschlossen sind (Netzwerk).

14. Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Prozeßgeber realisierbar sind.

15. Datenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß selbständige Reaktionen auf Ereignisse möglich sind.