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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Schaltschranküberwachungs- und Steuerungssystem
zum Überwachen
und/oder Steuern und/oder Regeln von schaltschrankspezifischen Funktionen
mit einer Steuerungseinrichtung und mehreren unterschiedlichen daran über eine
Sensoranschlusseinrichtung mit mindestens einer Sensoranschlussstelle
ankoppelbaren oder angekoppelten Sensoren und/ oder Aktoren.
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Ein
derartiges Schaltschranküberwachungs- und
Steuerungssystem ist in der
DE 199 11 824 A1 angegeben. Bei diesem bekannten
Schaltschranküberwachungs-
und Steuerungssystem ist eine Basisüberwachungseinrichtung zum Überwachen,
Steuern und/oder Regeln von Schaltschrankfunktionen einerseits mit
einer Netzanschlusseinheit an ein übergeordnetes, z.B. öffentliches
Netz anschließbar
und andererseits über
einen Feldbus mit weiteren Überwachungseinrichtungen
zum Überwachen,
Steuern und/oder Regeln von Schaltschrank funktionen verbunden oder
verbindbar, wobei die weiteren Überwachungseinrichtungen
eine Art Satellitengeräte
bilden und z.B. in anderen Schaltschränken als die Basisüberwachungseinrichtung
angeordnet sein können. Die
Satellitengeräte
können
auf diese Weise über
die Basisüberwachungseinrichtung
an das übergeordnete
Netz angeschlossen werden. Auch kann eine den Satellitengeräten übergeordnete
Auswertung und Datenverarbeitung in der Basisüberwachungseinrichtung durchgeführt werden,
so dass die Satellitengeräte
relativ einfach ausgeführt
sein können. Gleichwohl
sind die Satellitengeräte ähnlich wie
die Basisüberwachungseinrichtung
mit Anschlüssen
für Sensoren
und/oder Aktoren versehen, an die gegebenenfalls eine relativ große Anzahl
von Sensoren bzw. Aktoren angeschlossen sind, um abhängig von der
Einsatzsituation eines Schaltschranks die gewünschten Überwachungs- und Steuerungsmaßnahmen
durchführen
zu können.
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Welche Überwachungs-
und Steuerungsmaßnahmen
mit einer derartigen Schaltschranküberwachungs- und Steuerungseinrichtung
zum Ermöglichen
eines flexiblen Einsatzes eines Schaltschranks bereitgestellt werden,
ist in der WO 97/34345 gezeigt. Mit den vielfältigen Überwachungs- und Steuerungsmöglichkeiten
ist auch ein entsprechend großer Aufwand
der Anordnung verbunden, um die Signale der verschiedenen Sensoren
aufzunehmen und die Steuerung der unterschiedlichen Einbau- oder
Anbaukomponenten des Schaltschranks vorzunehmen. Beispielsweise
sind Feuchtesensoren, Türsensoren bzw.
Zugangssensoren, Temperaturfühler,
Vibrationssensoren, Rauchsensoren, Strommesswandler, Spannungsmesswandler
und gegebenenfalls auch zusätzliche
Kundentemperatursensoren anzuschließen und unterschiedliche Klimatisierungskomponenten,
wie Wärmetauscher,
Lüfter,
Kühlgerät, Heizung und/oder
Kundenlüfter
zu betreiben. Zudem kann gefordert sein, eine Versorgungsspannung
oder Betriebs werte zu überwachen
und eventuell einen Notbetrieb aufrecht zu erhalten. Darüber hinaus
müssen die
verschiedenen Informationen einem Benutzer dargestellt werden, und
es sind auch Eingabemöglichkeiten
zum Einstellen der gewünschten
Vorgabewerte oder Betriebsabläufe
vorzusehen.
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In
der
DE 199 1 1 318
A1 ist gezeigt, wie eine Schaltschranküberwachungseinrichtung mit
mindestens einem Basisgerät
an ein Netz ankoppelbar ist und über
dieses Informationen ausgeben und z.B. zum Konfigurieren empfangen
kann. Das Basisgerät ist
mit mehreren Funktionskarten-Steckplätzen für verschiedene Funktionskarten
und mindestens einem Netzwerkkarten-Steckplatz ausgerüstet. Mit
diesen Maßnahmen
sind weitere Anpassungsmöglichkeiten
und eine vereinfachte Bedienungsmöglichkeit gegeben.
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Ähnlich zeigt
auch die
DE 100 07
271 A1 eine Schaltschranküberwachung- und Steuerungsanlage mit mehreren an
ein Netz angeschlossenen Schaltschranküberwachungs- und Steuerungseinrichtungen,
wobei Maßnahmen
für eine
einfache Bedienung ergriffen sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltschranküberwachungs-
und Steuerungssystem der eingangs genannten Art bereit zu stellen, das
mit möglichst
wenig Aufwand vereinfachte Verwendungsmöglichkeiten bietet.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hiernach
ist vorgesehen, dass die Sensoranschlusseinrichtung eine Erkennungseinrichtung
zum Unterscheiden der verschiedenen Sensoren und/oder Aktoren aufweist,
die beliebig und austauschbar an die mindestens eine Anschlussstelle
in gleicher Weise anschließbar
sind.
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Mit
diesen Maßnahmen
kann ein Benutzer unterschiedliche Sensoren und/oder Aktoren an
den vorhandenen Sensoranschlussstellen, die mit geeigneten Stecker-/Kupplungseinheiten
ausgestattet sind, verwechslungsfrei anschließen und wahlweise austauschen.
Auch können
je nach Einsatzbedingungen auf einfache Weise passende Sensoren
gewählt werden,
wobei die Erkennungseinrichtung die jeweils angeschlossenen Sensoren
und/oder Aktoren automatisch erkennt.
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Eine
eindeutige Erkennung unterschiedlicher Sensoren und/oder Aktoren
wird mit einfachen Maßnahmen
dadurch erreicht, dass Sensoren und/oder Aktoren mit jeweils eingebautem
unterschiedlichem festem ohmschem Codierwiderstand vorgesehen sind,
die über
ein oder mehrere Anschlusselemente eines Sensor- /Aktorports mit einem darin angeordneten
Bezugswiderstand zum Ezeugen eines unterschiedlichen Spannungsabfalls
zusammenwirken, und dass die Erkennungseinrichtung eine Erkennungsstufe
aufweist, die anhand gespeicherter Zuordnungswerte zu den Spannungsabfällen die
verschiedenen Sensoren und/ oder Aktoren unterscheidet.
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Eine
einfache Zuführung
und Abgabe von Eingangssignalen und/oder Ausgangssignalen unterschiedlicher
Art wird dadurch auf einfache Weise erreicht, dass die Sensoranschlussstellen
für verschiedenartige
Eingangssignale von den und Ausgangssignale zu den Sensoren und/oder
Aktoren separate Anschlusselemente aufweisen und dass die Sensoren
und/oder Aktoren entsprechend der von ihnen gelieferten oder empfangenen
Signalart mit komplementären
Anschlusselementen zum Zuführen
oder Aufnehmen der Eingangssignale oder Ausgangssignale versehen
sind.
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Dabei
werden auch bei wenigen Anschlusselementen relativ viele Sensoren
und/ oder Aktoren dadurch anschließbar, dass zumindest über einen Teil
der Anschlussselemente pro Anschlusselement auch verschiedenartige
Eingangssignale oder Ausgangssignale zuführbar oder abgebbar sind.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass mindestens
zwei verschiedene Sensoren zum Erzeugen der verschiedenen Signalarten durch
Widerstandsänderung,
Stromänderung,
Spannungsänderung,
Frequenzänderung, Änderung
des Tastverhältnisses
bei einem Pulsweitensignal, einen Ein-/Ausschaltvorgang, Kapazitätsänderung
oder Änderung
eines spektralen Transmissions-, Reflektions- oder Absorptionsverhaltens
vorhanden sind.
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Zusätzlich oder
alternativ zu der genannten Unterscheidung mittels Codierwiderständen bestehen
vorteilhafte Maßnahmen
zur Erkennung darin, dass die Unterscheidung verschiedener Sensoren und/oder
Aktoren in Abhängigkeit
von einer Belegung der Anschlusselemente (a bis h) mit den komplementären Anschlusselementen
und/oder aufgrund der Signalart erfolgt.
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Verschiedene
vorteilhafte Ausstattungsvarianten werden dadurch erreicht, dass
zumindest zwei verschieden arbeitende Sensoren und/oder Aktoren aus
der Kategorie der Temperatursensoren, Feuchtesensoren, Rauchsensoren,
Vibrationssensoren, Schließzustandssensoren,
Zugangssensoren, Spannungssensoren und /oder Klimatisierungskomponenten
vorhanden sind.
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Eine
für einen
einfachen, übersichtlichen Aufbau
mit der Möglichkeit,
z.B. durch Programmierung, Änderungen
oder Ergänzungen
vorzunehmen, besteht darin, dass die Sensoranschlusseinrichtung ein
Prozessorsystem zum Aufnehmen der Eingangssignale und Bereitstellen
der Aktorsignale aufweist, dass die Erkennungseinrichtung eine in
dem Prozessorsysem ausgebildete Zuordnungseinrichtung zum Zuordnen
der von den Sensoren und/oder Aktoren kommenden Eingangssignale
zu den Zuordnungswerten und zu einer zugehörigen Verarbeitungsweise aufweist
und dass auf der Grundlage der Zuordnung eine Datenaufbereitung
und Datenausgabe zur Anzeige, Steuerung und/oder Regelung erfolgt.
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Dabei
ist es für
die Signalzuführung
und Signalabgabe günstig
vorzusehen, dass zwischen dem Sensor-/Aktorport und dem Prozessorsystem
zur Aufnahme, Aufbereitung und Weiterleitung der Eingangssignale
ein Anschlusscontroller mit integriertem oder externem A/D-Wandler
und/oder ein Controller für
eine serielle Schnittstelle und/oder eine Treibereinheit für die Ausgangssignale
angeordnet ist/sind.
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Ist
weiterhin vorgesehen, dass zwischen dem Prozessorsystem und dem
Sensor-/Aktorport oder dem Anschlusscontroller und/oder dem Controller
für die
serielle Sensorschnittstelle zur gesteuerten Verteilung der Eingangssignale
von den und der Ausgangssignale zu den Anschlusselementen mindestens
ein Multiplexer angeordnet ist, so wird bei vielfältigen Auslegungsmöglichkeiten
ein einfacher Aufbau erreicht, wobei auch wenige Anschlusselemente
ausreichen, die programmgesteuert, z.B. zyklisch, abgefragt bzw.
beaufschlagt werden können.
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Mit
den Maßnahmen,
dass in der Sensoranschlusseinrichtung eine Netzschnittstelle und/oder eine
serielle Außenschnittstelle
ausgebildet ist, werden die Datenabgabe nach außen und die Datenaufnahme von
außen
von übergeordneten Überwachungs-
und/oder Steuerungseinrichtungen auch von entfernten Stellen aus
auf einfache Weise ermöglicht.
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Für eine benutzerfreundliche
Verwendung sind weiterhin die Maßnahmen von Vorteil, dass die Sensoranschlusseinrichtung
als selbständige
Einheit ausgebildet ist, dass die Steuereinrichtung mindestens ein
Satellitengerät
und/oder übergeordnetes
Basisgerät
aufweist, dass das mindestens eine Satellitengerät mit einer Netzkoppeleinheit
versehen und mit dieser unmittelbar an ein Netz oder an das Basisgerät angeschlossen
oder anschließbar
ist, das seinerseits eine Netzanschlusseinheit aufweist und mit dieser
an das Netz anschließbar
ist, und dass die Sensoranschlusseinrichtung mit dem Satellitengerät und/oder
dem Basisgerät
verbindbar ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Schaltschranküberwachungs- und Steuerungssystems mit einer Schaltschranküberwachungs- und Steuerungseinrichtung
und daran über
eine Sensorkoppeleinrichtung angeschlossenen Sensoren und Aktoren,
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2 eine
nähere
Ausgestaltung einer Sensoranschlusseinheit der Sensoranschlusseinrichtung nach 1 und
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3 eine
Einbindung eines Schaltschranküberwachungs-
und Steuerungssystems in ein übergeordnetes Überwachungssystem.
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1 zeigt
ein Schaltschranküberwachungs-
und Steuerungssystem 1 mit einer ein Basisgerät 2 und
ein Satellitengerät 3 aufweisenden Schaltschranküberwachungs-
und Steuerungseinrichtung 20, an die über Ankoppeleinheiten 3.2 des Satellitengeräts 3 eine
Sensoranschlusseinrichtung 4 mit mehreren Sensoranschlusseinheiten 4' angeschlossen
ist. An jede Sensoranschlusseinheit 4' sind mehrere Sensoren 5 und/oder
Aktoren 6 über Sensoranschlussstellen 4.1 anschließbar. Das
Basisgerät 2 ist über eine
Netzanschlusseinheit 2.1 mit einem lokalen Netz (LAN) oder öffentlichen
Netz 10 (vgl. 3) verbindbar, um auch von einer
entfernten Stelle aus eine Kontrolle des Schaltschranküberwachungs- und Steuerungssystems 1 und
erforderlichenfalls Einflussmöglichkeiten
für berechtigte
Personen zu ermöglichen.
Beispielsweise können
in der Schaltschranküberwachungs-
und Steuerungseinrichtung 20 gespeicherte Daten abgefragt
oder geändert
oder ergänzt
werden oder Verarbeitungsprogramme eingelesen oder verändert werden.
Auch das Satellitengerät 3 ist über eine
Netzkoppeleinheit 3.1 an ein übergeordnetes Netz 10 oder
lokales Netz (LAN) anschließbar,
wobei es sich bei der Netzkoppeleinheit 3.1 vorteilhafterweise
um denselben Anschluss handelt, an den alternativ auch das Basisgerät 2 über den
entsprechend ausgelegten Satellitenanschluss 2.2 angeschlossen
werden kann. Das Satellitengerät 3 kann
somit auch selbsttätig
eine Überwachung
und/oder Steuerung oder Regelung der Sensoren 5 und/oder
Aktoren 6 über
die Sensoranschlusseinrichtung 4 vornehmen.
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Wie 2 zeigt,
werden die Sensorsignale und/oder Aktorsignale als Eingangssignale
und/oder Ausgangssignale über
Anschlusselemente a bis h einem Sensor-/Aktorport 4.2 zugeführt bzw. über diesen
abgegeben. Von dem Sensor- /Aktorport 4.2 werden
die Eingangssignale einer Stufe mit mehreren Multiplexern 4.4 zugeführt und
gelangen über
diese in einen daran angeschlossenen Anschlusscontroller 4.5,
der einen integrierten A/D-Wandler 4.51 für eine Analog/Digital-Wandlung
analoger Eingangssignale und einen Zähler 4.52 zum Feststellen
einer Frequenz digitaler oder analoger Eingangssignale aufweist.
Parallel zu dem Anschlusscontroller 4.5 ist vorliegend
für komplexere
Eingangssignale und/oder Ausgangssignale eine serielle Sensorschnittstelle 4.6 insbesondere
in Form eines I2 C-Controllers angeordnet.
Mittels eines ebenfalls parallel zu dem Anschlusscontroller 4.5 und
der seriellen Sensorschnittstelle 4.6 angeordneten Treibers 4.9 können an
digitalen oder analogen Ausgängen
der Sensor-/Aktorports 4.2 auch größere Lasten betrieben werden.
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Der
Anschlusscontroller 4.5, die serielle Sensorschittstelle 4.6 sowie
der Treiber 4.9 sind mit einem Prozessorsystem 4.7 verbunden,
das übergeordnete
Steuerungsmaßnahmen
für die
Ansteuerung der Sensoren 5 und/oder Aktoren 6 sowie
die Verarbeitung der empfangenen Eingangssignale und abgegebenen
Ausgangssignale übernimmt.
Außerdem stellt
das Prozessorsystem 4.7 über eine Außenverbindung 4.8 in
Form einer Netzschnittstelle 4.81 und/oder einer seriellen
Außenschnittstelle 4.82,
wie z.B. einer RS 232 Schnittstelle, eine Datenausgabe und Dateneingabe
für eine
Anzeige, Überwachung und/oder
Steuerung oder Regelung auch von einer entfernten Stelle aus für eine Bedienperson
zur Verfügung.
Diese Außenverbindung
kann z.B. die Kommunikation über
die Ankoppeleinheit 3.2 des Satellitengeräts 3 herstellen.
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Zum
Unterscheiden unterschiedlicher Sensoren 5 und/oder Aktoren 6 sind
diese mit einem abhängig
vom Sensortyp unterschiedlichen Codierwiderstand Rc ausgestattet,
dem ein Bezugswiderstand Rref an dem entsprechenden
Anschlusselement (z.B. e) zugeordnet ist. Der Codierwiderstand Rc und der feste Bezugswiderstand Rref bilden einen Spannungsteiler, an dem
in Abhängigkeit
von der Größe des Codierwiderstand
Rc unterschiedliche Spannungen abfallen,
die über
den entsprechenden Mulitplexer 4.4 und A/D-Wandler 4.51 in
dem Anschlusscontroller 4.5 vorverarbeitet und zur Erkennung
des Sensors 5 und/oder Aktors 6 an eine Erkennungseinheit in
dem Prozessorsystem 4.7 weitergeleitet werden. Die Erkennungseinheit
weist eine Zuordnungseinrichtung 4.71 auf, in der mittels
einer Zuordnungstabelle der erfasste Spannungswert einem Code des angeschlossenen
Sensors 5 und/oder Aktors 6 zugeordnet wird. Hierdurch
können
die verschiedenen Sensoren 5 und/oder Aktoren 6 unterschieden
werden. In Abhängigkeit
von dem Sensor 5 und/oder Aktor 6 können dann
die von diesem erhaltenen Eingangsdaten mit entsprechenden darauf
zugeschnittenen Programmen verarbeitet oder die abzugebenden Ausgangssignale
für einen
betreffenden Aktor 6 bereitgestellt und abgegeben werden.
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Alternativ
zu Ohm'schen Widerständen ist zum
Unterscheiden der Sensoren und /oder Aktoren die Verwendung von
Zenerdioden in den Anschlüssen
der Sensoren/Aktoren möglich.
Durch die Verwendung von unterschiedlichen Zenerdioden mit unterschiedlichen
Zenerspannungen kann erkannt werden, um welchen Sensor-/Aktortyp
es sich handelt.
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Durch
Verwendung von zwei Zener-Dioden, die an zwei Eingängen von 4.2 angeschlossen
werden, kann bei 10 unterschiedlichen Zener-Spannungsarten 100 unterschiedliche
Sensoren/Aktoren erkannt werden.
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Ein
weiteres Anschlusselement, z.B. das Anschlusselement g, wird für ein Strom-Eingangssignal eines
Messstroms IX verwendet, das über ein
komplementäres
Anschlusselement von einem Sensor 5 aus zugeführt wird,
der auf eine Messgrößenänderung
mit einer charakteristischen Stromänderung reagiert.
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Zum
Abgreifen des Strom-Eingangssignals ist in dem Sensor/Aktorport 4.2 an
dem entsprechenden Anschlusselement g ein weiterer Bezugswiderstand
Rref' angeschlossen
und an Masse gelegt. Das Stromsignal wird dann ebenfalls weiter über einen zugeordneten
Multiplexer 4.4 an den Anschlusscontroller 4.5 weitergeleitet
und dem Prozessorsystem 4.7 zur Verarbeitung zugeführt.
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Über ein
weiteres Anschlusselement, z.B. das Anschlusselement d, können mehrere
verschiedene Eingangssignale, nämlich
ein Widerstands-, Spannungs- oder
Frequenz-Eingangssignal über
ein entsprechendes komplementäres
Anschlusselement des Sensors 5 zugeführt werden, wobei ein gegen Masse
geschalteter äußerer Referenzwiderstand
Rr bei einem Widerstands-Eingangssignal
oder einem digitalen Eingangssignal verwendet wird, der in dem entsprechenden
Sensor 5 angeordnet sein kann. Um das Spannungs-Eingangssignal
bereit zu stellen, wird z.B. ein Sensor verwendet, der die Messgröße aufgrund
des Seebeckeffekts in eine Gleichspannung bei Temperaturänderung
umwandelt, so dass es sich dabei um einen Temperatursensor handelt. Zum
Erzeugen eines Widerstands-Eingangssignals kann bei einem Temperatursensor
z.B. ein Widerstand mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten,
beispielsweise ein Halbleiterwiderstand verwendet werden. Weitere
Sensortypen können darauf
beruhen, dass eine Messgrößenänderung durch
eine Änderung
der Kapazität,
der Frequenz oder des Tastverhältnisses
eines PWM-Signals erfasst wird. Ein digitales Eingangssignal kann
z.B. durch einen Ein-/Ausschaltvorgang erhalten werden, etwa mit
einem Reed-Relais als Türkontaktschalter.
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So
kann ein Temperatursensor beispielsweise auch als Quarzthermometer
ausgebildet sein, bei dem die Resonanzfrequenz eines Schwingquarzes bei
Temperaturänderung
verändert
wird und ein digitales Signal im Sensor gebildet und als Eingangssignal
dem Sensor-/Aktorport 4.2 zugeführt wird. Für den Aufbau verschiedener
Feuchtesensoren können folgende
Effekte genutzt werden: Änderung
der Leitfähigkeit
durch Feuchtigkeit, Änderung
der Elektrizitätskonstane
durch Feuchtigkeit oder Absorption langwelliger Infrarotstrahlung
je nach Wassermenge (Infrarothygrometer).
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Komplexere
Eingangssignale können über weitere
Anschlusselemente, z.B. die Anschlusselemente b und c einer I2-C-Schnittstelle zugeführt und von dort aus über zugeordnete
Multiplexer 4.5 an den I2-C-Controller 4.6 und
das Prozessorsystem 4.7 weitergeleitet werden. Auf diese
Weise können
Messwerte des Sensors mit Hilfe eines Bus-Protokolls ausgelesen
werden und auch Daten einer Zugangskontrolleinheit, beispielsweise
einer Kartenleseeinheit, einer Transpondereinheit oder dgl. weitergeleitet werden.
Anstelle eines I2-C-Buses kommen beispielsweise
auch ein CAN-Bus, ein LON-Bus oder ein Profi-Bus in Betracht.
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Über weitere
Anschlusselemente, z.B. die Anschlusselemente a und h, werden ein
Masseanschluss und ein Versorgungsspannungsanschluss für die Sensoren 5 und/oder
Aktoren 6 zur Verfügung gestellt.
Damit kann dann z.B. der Spannungsabfall für den Codierwiderstand Rc oder eine Widerstandsmessung erzeugt werden.
Zum Betreiben einer Last über
den Treiber 4.9 kann z.B. das Anschlusselement b verwendet
werden.
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Für die Erkennung
der verschiedenen Sensoren 5 und/oder Aktoren 6 kann
alternativ zu der Erkennung über
den Codierwiderstand Rc oder zusätzlich die
Zuführung
der Eingangssignale über
verschiedene Anschlusselemente a bis h und/ oder die in einer entsprechenden
Detektionseinheit des Prozessorsystems 4.7 erfasste Signalart
ausgenutzt werden.
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Die
Sensoren 5 und/oder die Aktoren 6 können aufgrund
der beschriebenen Maßnahmen
stets in gleicher Weise an dem Sensor-/Aktorport 4.2 angeschlossen
werden. Jede Sensoranschlusseinheit 4' der Sensoranschlusseinrichtung 4 kann
mit mehreren Verbindungseinheiten nach 2 versehen
sein, und zur Vervielfachung der Anschlussmöglichkeiten können an
ein Satellitengerät 3 mehrere
Sensoranschlusseinheiten 4' angeschlossen
werden, die jeweils in einem eigenen Gehäuse untergebracht sein können.