DE19715047A1 - Elektrische Schaltung - Google Patents
Elektrische SchaltungInfo
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B19/02—Programme-control systems electric
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- G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zur
Verarbeitung eines Meßsignal von einem Sensor und zur
Erzeugung eines Steuersignals für einen Aktor.
Beispielsweise bei einer Wasseraufbereitungsanlage ist es
erforderlich, den Chlorgehalt und/oder den pH-Wert genau zu
messen und in Abhängigkeit davon die gesamte
Wasseraufbereitungsanlage zu steuern. Zu diesem Zweck ist
beispielsweise ein Chlorsensor und/oder ein pH-Wert-Sensor
vorgesehen, deren Meßsignale verschiedenen elektrischen
Schaltungen zugeführt sind, die dann den oder die Aktoren
ansteuern.
In jeder der Schaltungen wir das zugehörige Meßsignal
aufbereitet und es wird das davon abhängige Steuersignal
erzeugt, mit dem dann der zugehörige Aktor beaufschlagt wird.
Üblicherweise bildet somit jeder der Sensoren mit der
zugehörigen elektrischen Schaltung ein abgeschlossenes System.
Die Steuerung und/oder Regelung dieses System kann durch einen
Benutzer mit Hilfe von jeweils speziellen Ein- und
Ausgabevorrichtungen vorgegeben werden.
Insgesamt weisen die beschriebenen Systeme den Nachteil auf,
daß sie sich zumeist stark voneinander unterscheiden. Dies
hat zur Folge, daß ein Benutzer sich auf verschiedene Arten
der Kommunikation mit den verschiedenen Systemen einstellen
muß. Des weiteren haben derartige Einzelsysteme den Nachteil,
daß nur geringe Stückzahlen davon gebaut werden, wodurch die
Kosten für das einzelne System sich erhöhen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Schaltung zur
Verarbeitung eines Meßsignals von einem Sensor und zur
Erzeugung eines Steuersignals für einen Aktor zu schaffen, das
einfach zu bedienen ist, mit geringen Kosten hergestellt und
möglichst flexibel eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Schaltung der
eingangs genannten Art durch die Erfindung dadurch gelöst,
daß eine erste, im Wesentlichen einen analogen Aufbau
aufweisende, integrierte Schaltung vorgesehen ist, die mit dem
Meßsignal beaufschlagbar ist, und die zur Durchführung einer
Analog-/Digital-Wandlung geeignet ist, und daß eine zweite,
im Wesentlichen einen digitalen Aufbau aufweisende,
integrierte Schaltung vorgesehen ist, die mit der ersten
integrierten Schaltung verbunden ist, und die zur Erzeugung
des Steuersignals geeignet ist.
Nach der Erfindung wird die elektrische Schaltung im
Wesentlichen in einen analogen Teil und einen digitalen Teil
aufgeteilt. Jeder der beiden Teile wird als integrierte
Schaltung ausgestaltet. Der analoge Teil übernimmt dabei im
Wesentlichen die Umsetzung des Meßsignals in ein digitales
Signal und der digitale Teil hat im Wesentlichen die Aufgabe,
das von dem analogen Teil erzeugte digitale Signal
weiterzuverarbeiten. Dabei kann von dem digitalen Teil eine
erwünschte Steuerung und/oder Regelung durchgeführt werden.
Mit Hilfe des von dem digitalen Teil der elektrischen
Schaltung erzeugten Steuersignal wird dann der Aktor
beaufschlagt.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht in der
Vereinheitlichung der für die elektrische Schaltung
erforderlichen Bauteile. Insbesondere ist es möglich, ein- und
dieselbe erste integrierte Schaltung für verschiedene Sensoren
zu verwenden. Entsprechendes gilt für die zweite integrierte
Schaltung. Bei den integrierten Schaltungen handelt es sich
deshalb nicht mehr um spezielle, an einen bestimmten Sensor
angepaßte Schaltungen, sondern es handelt sich um
vereinheitliche Schaltungen, die flexibel eingesetzt werden
können.
Dies hat zur Folge, daß der Benutzer immer mit ein- und
derselben elektrischen Schaltung konfrontiert ist. Unabhängig
von dem angeschlossenen Sensor ist somit die Kommunikation des
Benutzers mit der elektrischen Schaltung immer gleich. Dies
erleichtert dem Benutzer den Umgang mit der elektrischen
Schaltung ganz wesentlich. Des weiteren können durch die
Vereinheitlichung Fehlbedienungen, die häufig bei
unterschiedlichen Kommunikationseinrichtungen auftreten,
sicher vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Vereinheitlichung
besteht in einer Kostensenkung bei der Herstellung der
elektrischen Schaltung. Durch die Vereinheitlichung können
große Stückzahlen der elektrischen Schaltung auf immer
dieselbe Art und Weise hergestellt werden. Es ist nicht mehr
erforderlich, an bestimmte Sensoren angepaßte und damit teure
Spezialschaltungen herzustellen. Die Herstellungskosten der
elektrischen Schaltung können damit verringert werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die
erste integrierte Schaltung dazu geeignet, das beaufschlagte
Meßsignal einem von mehreren verschiedenartigen Sensoren
zuzuordnen. Wird also an die erste integrierte Schaltung ein
bestimmter Sensor angeschlossen, so ist die Schaltung in der
Lage, aus dem empfangenen Meßsignal abzuleiten, um welchen
Sensor es sich handelt. Beispielsweise ist die Schaltung
derart ausgestaltet, daß sie die Meßsignale von einem
Chlorsensor, einem pH-Wert-Sensor, einem Temperatursensor
und/oder einem Feuchtesensor automatisch voneinander
unterscheiden kann. Möglich ist auch die Unterscheidung von
Trübungs- Leitfähigkeits- und Sauerstoff- bzw. Gassensoren.
Hat die erste integrierte Schaltung dann den angeschlossenen
Sensortyp erkannt, so ist es möglich, das empfangene
Meßsignal entsprechend dem erkannten Sensortyp
weiterzuverarbeiten.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
ist die erste integrierte Schaltung dazu geeignet, das
beaufschlagte Meßsignal vorzugsweise mittels einer Kennlinie
zu normieren. Das von der ersten integrierten Schaltung
empfangene Meßsignal wird also derart umgesetzt, daß es
bestimmten vorgegebenen Normwerten entspricht. Dies hat den
Vorteil, daß die nachfolgende Weiterverarbeitung des
Meßsignals einheitlich auf der Grundlage dieser Normwerte
erfolgen kann. Eine spezielle Anpassung der nachfolgenden
Auswertung beispielsweise an einen bestimmten Spannungswert
oder einen bestimmten Stromwert des angeschlossenen Sensors
ist somit nicht erforderlich. Die beschriebene Normierung
stellt somit einem weiteren Schritt der Vereinheitlichung dar.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die erste integrierte
Schaltung dazu geeignet ist, einen Dauerstrom, einen
Strompuls, eine Stromimpulsfolge oder dergleichen zu erzeugen,
mit dem ein angeschlossener Sensor zur Erzeugung eines
Meßsignals beaufschlagbar ist. Die erste integrierte
Schaltung ist also nicht nur dazu vorgesehen, das von einem
Sensor empfangene Meßsignal zu verarbeiten, sondern sie ist
ebenfalls dazu ausgestaltet, dem angeschlossenen Sensor den
für die Durchführung der Messung erforderlichen Strom
zuzuführen. Dies hat den Vorteil, daß der Sensor keine
separate Spannungs- und/oder Stromversorgung benötigt, sondern
daß nur durch den Anschluß des Sensors an die erste
integrierte Schaltung bereits sämtliche Voraussetzungen für
die Durchführung von Messungen erfüllt sind.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die
zweite integrierte Schaltung zur Erzeugung eines
pulsweitenmodulierten Steuersignals und/oder zur Erzeugung
eines digitalen Steuersignals geeignet. Dies hat den Vorteil,
daß insbesondere mit Hilfe des digitalen Steuersignals
außerhalb der zweiten integrierten Schaltung bekannte
Protokolle zur Ansteuerung des Aktors erzeugt werden können,
so beispielsweise das sogenannte Profibus-Protokoll und/oder
das sogenannte Feldbus-Protokoll das sogenannte HART-Pro
tokoll.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
zweite integrierte Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignals
nach dem sogenannten Profibus-Protokoll und/oder nach dem
sogenannten Feldbus-Protokoll und/oder nach dem sogenannten
HART-Protokoll geeignet. In diesem Fall wird also die
Erzeugung des Steuersignals nach dem jeweiligen Protokoll
unmittelbar durch die zweite integrierte Schaltung
durchgeführt. Weitere zusätzliche passive und/oder aktive
Bauteile außerhalb der zweiten integrierten Schaltung sind
also nicht erforderlich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite integrierte
Schaltung dazu geeignet ist, einen angeschlossenen Aktor
mittels des erzeugten Steuersignals zu steuern und/oder zu
regeln. Die zweite integrierte Schaltung dient also
gleichzeitig zur Steuerung oder Regelung des Aktors. Weitere
zusätzliche Bauteile sind somit nicht erforderlich. Insgesamt
ergibt sich damit ein Steuer- oder Regelkreis, der aus sehr
wenigen Bauteilen aufgebaut ist. Dies stellt einen weiteren
Schritt in Richtung einer Vereinheitlichung sowie in Richtung
einer Kostensenkung dar.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind an
die zweite integrierte Schaltung mehrere der ersten
integrierten Schaltungen anschließbar. Jede der ersten
integrierten Schaltungen ist einem Sensor zugeordnet. Damit
ist es möglich, eine Mehrzahl von Sensoren an eine einzige
zweite integrierte Schaltung anzuschließen. Der wesentliche
Vorteil besteht darin, daß die erste und die zweite
integrierte Schaltung einheitlich ausgestaltet sind und
dadurch in einer hohen Stückzahl hergestellt werden können.
Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten aus.
Des weiteren ist es durch die Verwendung einer einheitlichen
ersten integrierten Schaltung möglich, durch eine
entsprechende hohe Integration der Schaltung die Möglichkeit
zu schaffen, eine Vielzahl verschiedener Sensoren an ein- und
denselben integrierten Schaltkreis anschließen zu können.
Damit ist es möglich, mit Hilfe von nur zwei Bauteilen,
nämlich der ersten und der zweiten integrierten Schaltung,
einen Steuer- und/oder Regelkreis aufzubauen, bei dem eine
Vielzahl unterschiedlichster Sensoren Meßsignale an die
jeweils zugehörigen ersten integrierten Schaltungen liefern,
und bei dem eine Vielzahl unterschiedlichster Aktoren von der
zweiten integrierten Schaltung angesteuert werden.
Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn die ersten
integrierten Schaltungen und die zweite integrierte Schaltung
zum Multiplexbetrieb geeignet sind. Auf diese Weise wird
erreicht, daß die Meßsignale der verschiedenen
angeschlossenen Sensoren fehlerfrei von den ersten
integrierten Schaltungen empfangen werden können, um dann
ebenfalls fehlerfrei von der zweiten integrierten Schaltung
verarbeitet werden zu können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die
zweite integrierte Schaltung einen programmierbaren
Mikroprozessor, vorzugsweise einen digitalen Signalprozessor
auf. Durch die Möglichkeit der Programmierung des
Mikroprozessors wird eine äußerst flexible und jederzeit
änderbare Anpassung an die verschiedenartigsten Sensoren,
sowie an die jeweils gewünschten Steuerungen und/oder
Regelungen erreicht. So ist es beispielsweise möglich, durch
einen entsprechenden Austausch einer Software-Komponente das
Meßsignal eines bestimmten angeschlossenen Sensors auf eine
andere Art und Weise als zuvor zu verarbeiten. Diese andere
Art und Weise kann dabei eine völlig andere Regelung des von
dem Meßsignal abhängigen Aktors sein. Durch einen
entsprechenden modularen Aufbau der Programmierung des
Mikroprozessors kann die erfindungsgemäße Schaltung ohne
größeren Aufwand an die verschiedensten Anwendungen, die
verschiedensten Sensoren, die verschiedensten Aktoren sowie an
sonstige spezielle Randbedingungen angepaßt werden.
Ebenfalls ist es durch die Programmierung des Mikroprozessors
möglich, das gesamte System mit Hilfe eines angeschlossenen
Personalcomputers zu testen und mögliche Fehler zu
korrigieren. In einfacher Weise können dann auch von dem
Personalcomputer verbesserte Versionen der einzelnen Software-Kom
ponenten in die zweite integrierte Schaltung eingespielt
werden. Auf diese Weise können verbesserte Sensoren und/oder
verbesserte Aktoren durch die jeweils zugehörigen Software-Kom
ponenten berücksichtigt bzw. neu konfiguriert werden.
Durch die Verwendung eines digitalen Signalprozessors wird
insbesondere die Verarbeitungsgeschwindigkeit der zweiten
integrierten Schaltung wesentlich erhöht. Durch die Ausführung
beispielsweise von Additions- oder Multiplikationsbefehlen
unmittelbar in der Hardware, und nicht in der Form von
sogenanntem Microcode, wird erreicht, daß eine Steuerung
und/oder eine Regelung wesentlich schneller abläuft, und damit
auch komplizierte und zeitaufwendige Regelungen in einem
Echtzeitbetrieb durchgeführt werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
weist die zweite integrierte Schaltung einen flüchtigen und
einen nicht-flüchtigen Speicher, vorzugsweise einen
wiederbeschreibbaren nicht-flüchtigen Speicher auf. Die für
den Betrieb eines Mikroprozessors erforderlichen Speicher sind
damit unmittelbar auf der zweiten integrierten Schaltung
untergebracht. Durch eine entsprechende hochintegrierte
Ausführung der zweiten integrierten Schaltung ist es dabei
möglich, daß nicht nur ein wiederbeschreibbarer nicht
flüchtiger Speicher vorgesehen sein kann, sondern daß auch
ein sogenannter Festwertspeicher sich unmittelbar auf der
zweiten integrierten Schaltung befinden kann. Auf diese Weise
wird die Verarbeitungsgeschwindigkeit der zweiten integrierten
Schaltung weiter erhöht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
erste integrierte Schaltung und die zweite integrierte
Schaltung über eine digitale Verbindung, vorzugsweise über ein
Mikroprozessorbussystem oder ein Personalcomputerbussystem
miteinander verbunden, z. B. über eine RS 485-Schnittstelle
oder einen PC-Bus. Damit handelt es sich bei der Verbindung
zwischen der ersten und der zweiten integrierten Schaltung um
ein normiertes Bussystem. Dies eröffnet die Möglichkeit, daß
beispielsweise anstelle der ersten integrierten Schaltung ein
Personalcomputer an die zweite integrierte Schaltung
angeschlossen werden kann, der zum Zwecke des Testens der auf
der zweiten integrierten Schaltung gespeicherten Programme die
Meßsignale bestimmter Sensoren simuliert. Damit ist es
möglich, daß die gesamte zweite integrierte Schaltung
ausgetestet werden kann, ohne daß hierzu aufwendige und
insbesondere kostenintensive Tests mit realen Sensoren und
dergleichen erforderlich wären. Selbstverständlich ist es auch
möglich, derartige Simulationen in umgekehrter Weise
durchzuführen, daß also die erste integrierte Schaltung mit
einem Personalcomputer verbunden wird, und damit die erste
integrierte Schaltung von diesem Personalcomputer ausgetestet
wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die
erste integrierte Schaltung und die zweite integrierte
Schaltung jeweils als separates Bauteil ausgebildet. Jede der
beiden integrierten Schaltungen ist also auf einem separaten
Träger und somit in der Form eines sogenannten Chips
vorgesehen. Dies hat den Vorteil, daß in einem Gesamtsystem
die erste integrierte Schaltung exakt entsprechend der Anzahl
der angeschlossenen Sensoren vorhanden ist. Die zweite
integrierte Schaltung ist in einem Gesamtsystem nur ein
einziges Mal vorhanden. Diese Ausgestaltung hat insbesondere
Vorteile im Hinblick auf eine weitere Kostenreduzierung. Es
wird allerdings darauf hingewiesen, daß es auch möglich ist,
eine Mehrzahl der ersten integrierten Schaltungen,
beispielsweise etwa zehn erste integrierte Schaltungen sowie
eine einzige zweite integrierte Schaltung auf einem einzigen
Träger, also auf einem einzigen Chip unterzubringen. Dies kann
insbesondere durch eine entsprechend hohe Integrierung der
Bauteile der ersten und der zweiten integrierten Schaltung
erreicht werden. Insgesamt ist dann für die Erstellung eines
Gesamtsystems nur noch ein einziger Chip erforderlich. In
diesem Fall ist es jedoch möglich, daß bei der Verwendung von
nur wenigen Sensoren in einem System einige der vorhandenen
ersten integrierten Schaltungen nicht benutzt werden.
Besonders zweckmäßig ist es, die erfindungsgemäße Schaltung im
Rahmen der Umwelttechnik einzusetzen, beispielsweise unter
Verwendung eines Feuchtesensors und/oder eines
Temperatursensors und/oder eines ph-Wert-Sensors und/oder
eines Leitfähigkeitssensors und/oder eines Gassensors und/oder
eines Sauerstoffsensors und/oder eines Chlorsensors und/oder
eines Trübungssensors. Bei dem Leitfähigkeitssensor kann es
sich dabei um eine induktive oder konduktive Leitfähigkeit
handeln.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der einzigen Figur
der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle
beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in
beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen
oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer
Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der
Zeichnung.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches
Blockschaltbild der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung.
In der Figur ist eine elektrische Schaltung 1 dargestellt, die
eine Mehrzahl von ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 und
eine einzige zweite integrierte Schaltung 5 aufweist. Jede der
ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 ist mit der zweiten
integrierten Schaltung 5 verbunden. Diese Verbindung ist
digital ausgestaltet und es kann sich beispielsweise um ein
Mikroprozessorbussystem oder ein Personalcomputerbussystem
handeln.
An jede der ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 ist
jeweils ein Sensor 6, 7, 8 angeschlossen. Bei den Sensoren 6,
7, 8 handelt es sich um verschiedene Sensortypen, was durch
die Darstellung als Kreis, als Dreieck bzw. als Viereck zum
Ausdruck gebracht werden soll. Bei den Sensoren 6, 7, 8 kann
es sich aber auch um gleichartige Sensortypen handeln.
An jeder der ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 ist nur
ein einziger der Sensoren 6, 7, 8 abgeschlossen. In der Figur
sind drei erste integrierte Schaltungen 2, 3, 4 mit den
zugehörigen drei Sensoren 6, 7, 8 dargestellt. Es versteht
sich jedoch, daß die Anzahl der ersten integrierten
Schaltungen 2, 3, 4 und der zugehörigen Sensoren 6, 7, 8 auch
größer oder kleiner sein kann. Insbesondere ist es auch
möglich, nur eine einzige integrierte Schaltung 2 und einen
einzigen zugehörigen Sensor 6 vorzusehen.
Bei den Sensoren 6, 7, 8 kann es sich um einen Feuchtesensor
und/oder einen Temperatursensor und/oder einen ph-Wert-Sensor
und/oder einen Leitfähigkeitssensor und/oder einen Gassensor
und/oder einen Sauerstoffsensor und/oder einen Chlorsensor
und/oder einen Trübungssensor handeln. Die genannten Sensoren
6, 7, 8 können dabei konduktiv, also mediumsberührend, oder
induktiv, also gekapselt, ausgestaltet sein. Des weiteren
handelt es sich bei den Sensoren 6, 7, 8 um niederohmig-e
und/oder hochohmige Bauteile, die ein analoges Meßsignal
abgeben. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise bei dem
Gassensor oder dem Sauerstoffsensor erforderlich, daß der
genannte Sensor einen analogen Dauerstrom und/oder eine
Dauerspannung zugeführt bekommt. Bei dem Chlorsensor oder dem
Trübungssensor ist es hingegen erforderlich, daß dem
genannten Sensor unter anderem Strompulse zugeführt werden.
Der genannte Dauerstrom bzw. die genannten Strompulse werden
von der ersten integrierten Schaltung 2, 3, 4 erzeugt und über
die Verbindungsleitung dem jeweiligen Sensor 6, 7, 8
zugeführt.
Die ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 sind dazu
vorgesehen, die von den Sensoren 6, 7, 8 empfangenen
Meßsignale aufzubereiten und im Hinblick auf eine weitere
Verarbeitung durch die zweite integrierte Schaltung 5 zu
verarbeiten. Dies soll nachfolgend anhand der ersten
integrierten Schaltung 2 und des zugehörigen Sensors 6
beschrieben werden. Dabei wird angenommen, daß es sich bei
dem Sensor 6 beispielhaft um einen Chlorsensor handelt.
Wie bereits erläutert, erzeugt die erste integrierte Schaltung
2 einen Strompuls und/oder einen Spannungspuls und/oder eine
Folge derartiger Pulse, der bzw. die dem Sensor 6 zugeführt
wird bzw. werden in Abhängigkeit von dem gemessenen
Chlorgehalt liefert der Sensor 6 ein Meßsignal zurück an die
erste integrierte Schaltung 2. Dieses Meßsignal wird von der
ersten integrierten Schaltung 2 einer Verstärkung und/oder
einer Filterung und/oder einer Zwischenspeicherung zugeführt.
Des weiteren ist in der ersten integrierten Schaltung 2 eine
Analog-Digital-Wandlung des empfangenen Meßsignals
vorgesehen. Eine weitere Funktion der ersten integrierten
Schaltung 2 besteht darin, zu erkennen, welchem Sensortyp das
empfangene Eingangssignal zuzuordnen ist. Relevante
Informationen für diese Erkennung können dabei von der zweiten
integrierten Schaltung an die erste integrierte Schaltung
überspielt werden. Eine weitere Funktion kann darin bestehen,
Signale zur Funktionsüberprüfung der angeschlossenen Sensoren
zu erzeugen und/oder auszuwerfen. Die genannten Funktionen
können auch anders als in der beschriebenen Reihenfolge
ausgeführt werden.
Bei der Erkennung des Sensortyps wertet die erste integrierte
Schaltung 2 das empfangene Meßsignal nach sensorspezifischen
Kriterien aus. Die bereits beschriebene Zuordnung wird dabei
von der ersten integrierten Schaltung 2 automatisch
durchgeführt. Damit ist es möglich, jeden Sensor aus einer
Menge verschiedenartiger Sensoren ohne Weiteres, insbesondere
ohne besondere Voreinstellungen an die erste integrierte
Schaltung 2 anzuschließen.
Eine weitere Funktion, die vor oder nach der Analog-/Digital-Wand
lung von der ersten integrierten Schaltung 2 durchgeführt
werden kann, ist die Normierung des empfangenen Meßsignals
insbesondere auf vorgegebene Normwerte. Die Normierung kann
dabei durch einen einfachen Abgleich oder dergleichen
erfolgen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß die Normierung
mittels einer Kennlinie durchgeführt wird, wobei die Kennlinie
beispielsweise in einem Festwertspeicher in der ersten
integrierten Schaltung 2 abgespeichert sein kann, oder mittels
einer entsprechenden Kommunikation von der zweiten
integrierten Schaltung 5 abgerufen werden kann. Gegebenenfalls
ist zum Zwecke der Normierung auf der ersten integrierten
Schaltung 2 ein Mikroprozessor oder dergleichen untergebracht.
Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß die Normierung mit Hilfe
eines auf der zweiten integrierten Schaltung 5 vorhandenen
Mikroprozessors durchgeführt wird. Als weitere Funktion kann
die Generierung einer Stromsenke für einen analogen
Stromausgang vorgesehen sein, die mittels z. B. einer
Pulsweitenmodulation angesteuert werden kann.
Zur Durchführung der genannten Funktionen weist die erste
integrierte Schaltung 2 einen im Wesentlichen analogen Aufbau
auf. Sie ist beispielsweise in der Form eines sogenannten ASIC
(application specific integrated circuit) separat ausgeführt
und auf einem einzigen Träger, also auf einem einzigen Chip
untergebracht.
Die vorstehenden Ausführungen bezüglich der ersten
integrierten Schaltung 2 und des zugehörigen Sensors 6 gelten
in entsprechender Weise auch für die anderen ersten
integrierten Schaltungen 3, 4 mit den jeweils zugehörigen
Sensoren 7, 8.
Sind, wie in der Figur dargestellt, mehrere erste integrierte
Schaltungen 2, 3, 4 mit einer einzigen zweiten integrierten
Schaltung 5 verbunden, so sind die genannten ersten
integrierten Schaltungen 2, 3, 4 und die genannte zweite
integrierte Schaltung 5 zum Multiplex-Betrieb geeignet. Dies
bedeutet, daß die ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 in
einer vorgegebenen Reihenfolge und nach einem vorgegebenen
Zeitablauf Signale an die zweite integrierte Schaltung senden
bzw. von dieser empfangen. Bei den zwischen den ersten
integrierten Schaltungen 2, 3, 4 und der zweiten integrierten
Schaltung 5 übertragenen Signalen handelt es sich um digitale
Signale.
Die zweite integrierte Schaltung 5 weist einen im Wesentlichen
digitalen Aufbau auf. Sie ist als separater ASIC (application
specific integrated circuit) ausgebildet und auf einem
einzigen Träger, also auf einem einzigen Chip untergebracht.
Die zweite integrierte Schaltung 5 ist mit einem digitalen
Signalprozessor sowie mit einem flüchtigen Speicher (RAM,
random access memory) und einem wiederbeschreibbaren nicht
flüchtigen Speicher (EEPROM, electronically erasable
programmable read-only memory) versehen. Ein Festwertspeicher
(ROM, read-only memory) kann außerhalb der zweiten
integrierten Schaltung 5, aber auch innerhalb derselben
vorgesehen sein. Des weiteren ist eine Ansteuerung eines
graphischen und/oder alphanumerischen Bildschirms sowie von
Signalgebern wie Leuchtdioden, Relais und dergleichen
vorgesehen. Ebenfalls kann eine Schaltung zur Generierung
eines programmierbaren Punkt-Signals mit einer exakten
Amplitude zur Ansteuerung eines analogen Stromausgangs
vorgesehen sein.
Zur Kommunikation mit einem Benutzer ist die zweite
integrierte Schaltung 5 mit einer Anzeigeeinrichtung 9,
beispielsweise einem Bildschirm, und einer Eingabevorrichtung
10, beispielsweise einer Tastatur, versehen.
Wie aus der Figur hervorgeht, ist die zweite integrierte
Schaltung 5 mit Aktoren 11, 12, 13 gekoppelt. Bei diesen
Aktoren kann es sich beispielsweise um ein Relais und/oder ein
Ventil und/oder einen Thyristor oder dergleichen handeln.
Diese verschiedenartigen Aktorentypen sollen in der Figur
durch die kreisförmige bzw. dreieckförmige bzw. viereckförmige
Darstellung der Aktoren 11, 12, 13 zum Ausdruck kommen.
Wie aus der Figur hervorgeht, ist die zweite integrierte
Schaltung 5 in der Lage, eine Mehrzahl von Aktoren 11, 12, 13
anzusteuern. Das jeweils zugehörige Steuersignal wird dabei
von der zweiten integrierten Schaltung 5 erzeugt und über
Verbindungsleitungen dem jeweiligen Aktor 11, 12, 13
zugeführt. Es versteht sich, daß dabei die in der Figur zum
Ausdruck gebrachten Aktortypen auch andersartig angeordnet
bzw. vorgesehen sein können.
Die zweite integrierte Schaltung 5 ist derart ausgestaltet,
daß sie ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal erzeugen kann.
Ein derartiges pulsweitenmoduliertes Steuersignal ist in der
Fig. 5 beispielsweise auf der Leitung 14 vorhanden, die die
zweite integrierte Schaltung 5 mit dem Aktor 12 verbindet.
Des weiteren ist die zweite integrierte Schaltung 5 in der
Lage, ein digitales Steuersignal zu erzeugen. Derartige
digitale Steuersignale sind beispielsweise auf den Leitungen
15, 16 vorhanden, die an die zweite integrierte Schaltung 5
angeschlossen sind.
Das digitale Steuersignal auf der Leitung 15 ist einer
Einrichtung 17 zugeführt, mit deren Hilfe das digitale
Steuersignal entsprechend einem sogenannten Profibus-Protokoll
umgeformt wird. Dabei ist es möglich, verschiedene Profibus-Pro
tokolle zu realisieren, unter anderem auch sogenannte
eigensichere Protokolle. Des weiteren kann auch das sogenannte
Feldbus-Protokoll zur Kommunikation verwendet werden. Die
Einrichtung 17 erzeugt ein digitales Ausgangssignal, mit dem
der Aktor 11 beaufschlagt ist.
Das digitale Steuersignal auf der Leitung 16 ist einer
Einrichtung 18 zugeführt, mit dessen Hilfe das digitale
Steuersignal entsprechend einem sogenannten HART-Protokoll
umgeformt wird. Von der Einrichtung 18 wird ein analoges
Ausgangssignal erzeugt, mit dem der Aktor 13 beaufschlagt ist.
Die zweite integrierte Schaltung 5 ist dazu ausgestaltet, daß
sie eine Steuerung und/oder eine Regelung der angeschlossenen
Aktoren 11, 12, 13 mit Hilfe der erzeugten Steuersignale
durchführen kann. Die zweite integrierte Schaltung 5 wertet zu
diesem Zweck die empfangenen Meßsignale von den Sensoren 6,
7, 8 aus und berechnet in Abhängigkeit davon entsprechend der
gewünschten Steuerung oder Regelung die optimalen
Steuersignale für die Aktoren 11, 12, 13. Die gewünschte
Steuerung oder Regelung, insbesondere die gewünschten
Sollwerte für die zu messenden Meßgrößen können von dem
Benutzer beispielsweise mit Hilfe der Eingabevorrichtung 10
eingegeben werden. Des weiteren ist es möglich, daß der
Benutzer über die Ausgabevorrichtung 9 die gesamte Steuerung
oder Regelung verfolgt und überwacht.
Es ist jedoch auch möglich, daß die Steuerung und/oder
Regelung der Aktoren nicht unmittelbar auf der zweiten
integrierten Schaltung 5 durchgeführt wird. Statt dessen kann
vorgesehen sein, daß zwischen der zweiten integrierten
Schaltung 5 und den Aktoren 11, 12, 13 sogenannte
speicherprogrammierbare Steuerungen oder
mikroprozessorbasierte Steuerungen oder ein Personalcomputer
oder dergleichen zwischengeschaltet ist. Insbesondere bei
Verwendung eines Personalcomputers ist es möglich, diesen auch
zu Testzwecken der gesamten elektrischen Schaltung 1 zu
verwenden.
In entsprechender Weise ist es möglich, insbesondere bei
Ausgestaltung der Verbindungen zwischen den ersten
integrierten Schaltungen 2, 3, 4 und der zweiten integrierten
Schaltung 5 als Personalcomputerbussystem, einen
Personalcomputer an dieses Bussystem anzuschließen, um
ebenfalls den Personalcomputer zum Testen der gesamten elek
trischen Schaltung 1 zu verwenden.
Claims (18)
1. Elektrische Schaltung (1) zur Verarbeitung eines
Meßsignals von einem Sensor (6, 7, 8) und zur Erzeugung
eines Steuersignals für einen Aktor (11, 12, 13), dadurch
gekennzeichnet, daß eine erste, im Wesentlichen einen
analogen Aufbau aufweisende, integrierte Schaltung (2, 3,
4) vorgesehen ist, die mit dem Meßsignal beaufschlagbar
ist, und die zur Durchführung einer Analog-/Digital-Wand
lung geeignet ist, und daß eine zweite, im
Wesentlichen einen digitalen Aufbau aufweisende,
integrierte Schaltung (5) vorgesehen ist, die mit der
ersten integrierten Schaltung (2, 3, 4) verbunden ist,
und die zur Erzeugung des Steuersignals geeignet ist.
2. Schaltung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste integrierte Schaltung (2, 3, 4) dazu
geeignet ist, das beaufschlagte Meßsignal einem von
mehreren verschiedenartigen Sensoren (6, 7, 8)
zuzuordnen.
3. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste integrierte
Schaltung (2, 3, 4) dazu geeignet ist, das beaufschlagte
Meßsignal vorzugsweise mittels einer Kennlinie zu
normieren.
4. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste integrierte
Schaltung (2, 3, 4) dazu geeignet ist, das beaufschlagte
Meßsignal zu verstärken und/oder zu filtern und/oder
zwischenzuspeichern.
5. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste integrierte
Schaltung (2, 3, 4) dazu geeignet ist, einen Dauerstrom
und/oder eine Dauerspannung oder einen Strompuls und/oder
ein Spannungspuls oder dergleichen zu erzeugen, mit dem
ein angeschlossener Sensor (6, 7, 8) zur Erzeugung eines
Meßsignals beaufschlagbar ist.
6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein programmierbarer
Stromausgang für einen analogen Meßwertausgang erzeugbar
ist.
7. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite integrierte
Schaltung (5) zur Erzeugung mindestens eines
pulsweitenmodulierten Steuersignals geeignet ist.
8. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite integrierte
Schaltung (5) zur Erzeugung eines digitalen Steuersignals
geeignet ist.
9. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite integrierte
Schaltung (5) zur Erzeugung eines Steuersignals nach dem
sogenannten Profibus-Protokoll und/oder nach dem
sogenannten HART-Protokoll geeignet ist.
10. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite integrierte
Schaltung (5) dazu geeignet ist, mindestens einen
angeschlossenen Aktor (11, 12, 13) mittels des erzeugten
Steuersignals zu steuern und/oder zu regeln.
11. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an die zweite integrierte
Schaltung (5) mehrere der ersten integrierten Schaltungen
(2, 3, 4) anschließbar sind.
12. Schaltung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten integrierten Schaltungen (2, 3, 4) und die
zweite integrierte Schaltung (5) zum Multiplexbetrieb
geeignet sind.
13. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite integrierte
Schaltung (5) einen programmierbaren Mikroprozessor,
vorzugsweise einen digitalen Signalprozessor aufweist.
14. Schaltung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite integrierte Schaltung (5) einen flüchtigen
und einen nicht-flüchtigen Speicher, vorzugsweise einen
wiederbeschreibbaren nicht-flüchtigen Speicher aufweist.
15. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste integrierte
Schaltung (2, 3, 4) und die zweite integrierte Schaltung
(5) über eine digitale Verbindung, vorzugsweise über ein
Mikroprozessorbussystem oder ein
Personalcomputerbussystem miteinander verbunden sind.
16. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste integrierte
Schaltung (2, 3, 4) und die zweite integrierte Schaltung
(5) jeweils als separates Bauteil ausgebildet ist.
17. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor bzw. als Sensoren
(6, 7, 8) ein Feuchtesensor und/oder ein Temperatursensor
und/oder ein pH-Wert-Sensor und/oder ein induktiver oder
konduktiver Leitfähigkeitssensor und/oder ein Gassensor
und/oder ein Sauerstoffsensor und/oder ein Chlorsensor
und/oder ein Trübungssensor vorgesehen ist.
18. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch deren Verwendung in der
Umwelttechnik, insbesondere bei der Flüssigkeitsanalyse
und/oder der Gasanalyse.
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