DE3615463A1 - ARRANGEMENT FOR TRANSMITTING SIGNALS IN A MEASURING ARRANGEMENT - Google Patents
ARRANGEMENT FOR TRANSMITTING SIGNALS IN A MEASURING ARRANGEMENTInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Signalübertragung in einer Meßanordnung mit einem Meßumformer, der mit einem entfernt davon angeordneten Auswertegerät durch eine Zwei drahtleitung verbunden ist, über die einerseits die für den Betrieb des Meßumformers erforderliche Gleichstromener gie vom Auswertegerät zum Meßumformer und andrerseits das die Meßgröße darstellende Meßwertsignal vom Meßumformer zum Auswertegerät übertragen werden, wobei der Meßumformer mit der Zweidrahtleitung über eine Meßumformer-Schnittstel le verbunden ist, welche die vom Meßumformer benötigte Gleichstromenergie aus der Zweidrahtleitung entnimmt und das Meßwertsignal an die Zweidrahtleitung anlegt, und wo bei das Auswertegerät mit der Zweidrahtleitung über eine Auswerte-Schnittstelle verbunden ist, die zum Anlegen der Versorgungsgleichspannung an die Zweidrahtleitung und zum Empfang des über die Zweidrahtleitung übertragenen Meß wertsignals ausgebildet ist, und mit wenigstens einer Kommunikationseinheit, die über eine Kommunikations- Schnittstelle parallel zum Meßumformer an die Zweidraht leitung anschließbar ist, wobei in der Meßumformer- Schnittstelle, in der Auswerte-Schnittstelle und in jeder Kommunikations-Schnittstelle jeweils eine Kommunikations- Schnittstellenschaltung vorhanden ist, die einen Signal geber zum Senden eines vom Meßwertsignal unterscheidbaren Kommunikationssignals über die Zweidrahtleitung und einen Signalempfänger zum Empfang der von anderen Kommunikations- Schnittstellenschaltungen kommenden Kommunikationssignale enthält.The invention relates to an arrangement for signal transmission in a measuring arrangement with a transmitter, which with a remote evaluation unit arranged by a two wireline is connected, on the one hand, the for the operation of the transmitter required DC current gie from the evaluation device to the transmitter and on the other hand the measured value signal from the transmitter representing the measured variable are transmitted to the evaluation device, the transmitter with the two-wire line via a transmitter interface le which is the one required by the transmitter Takes DC power from the two-wire line and applies the measured value signal to the two-wire line, and where for the evaluation unit with the two-wire line via a Evaluation interface is connected to create the DC supply voltage to the two-wire line and to Receive the measurement transmitted over the two-wire line value signal is formed, and with at least one Communication unit that has a communication Interface parallel to the transmitter to the two-wire line can be connected, whereby in the transmitter Interface, in the evaluation interface and in everyone Communication interface one communication each Interface circuitry is present that has a signal transmitter for sending a signal that can be distinguished from the measured value signal Communication signal over the two-wire line and one Signal receiver for receiving communications from other Interface circuits coming communication signals contains.
Meßanordnungen, bei welchen der Meßumformer und das Aus wertegerät räumlich voneinander getrennt und nur durch eine Zweidrahtleitung miteinander verbunden sind, werden sehr weitgehend verwendet. Durch die Kommunikationsein heit, die zusätzlich an die Zweidrahtleitung anschließbar ist und Kommunikationssignale über die Zweidrahtleitung senden und empfangen kann, ist es insbesondere möglich, am Ort des Meßumformers oder auch von einer anderen Stel le aus Abgleich-, Einstell-, Überprüfungs- oder Wartungs arbeiten unter Ausnutzung des Auswertegeräts durchzufüh ren. Die Kommunikationseinheit ist beispielsweise ein ta schenrechnerähnliches Gerät mit einer Tastatur und mit einer numerischen oder alphanumerischen Anzeige. Durch Betätigung der Tastatur kann die Bedienungsperson die be nötigten Informationen vom Auswertegerät abrufen, und die als Antwort auf die Abfrage vom Auswertegerät übermittel ten Informationen werden auf der Anzeige der Kommunika tionseinheit sichtbar gemacht. Die für diesen Informa tionsaustausch übertragenen Kommunikationssignale sind Impulsfolgen, die über die Zweidrahtleitung gehen und entsprechend den zu übertragenden Informationen moduliert sind. Dabei besteht das Problem, daß das Meßwertsignal durch die Kommunikationssignale beeinträchtigt oder ge stört werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Energie für die Kommunikationssignale aus der gleichen, im Auswertegerät enthaltenen Energiequelle entnommen wird, die auch die Gleichstromenergie für den Meßumformer und die Energie für die Meßwertsignale liefert, wie es bei den allgemein üblichen Meßanordnungen der Fall ist, bei denen das Meßwertsignal durch einen zwischen 4 und 20 mA verän derlichen Gleichstrom gebildet ist, der auch den Versor gungsgleichstrom für den Meßumformer enthält. Eine weitere Einschränkung bekannter Anordnungen dieser Art besteht in den begrenzten Kommunikationsmöglichkeiten; gewöhnlich können die Kommunikationseinheiten nur mit einer Gegen stelle, beispielsweise mit dem Auswertegerät, Informatio nen austauschen.Measuring arrangements in which the transmitter and the off value device spatially separated from each other and only by a two-wire line are connected together used very widely. Through communication unit that can also be connected to the two-wire line and communication signals over the two-wire line can send and receive, it is particularly possible at the location of the transmitter or from another location le from adjustment, setting, checking or maintenance work using the evaluation device ren. The communication unit is, for example, a ta Computer-like device with a keyboard and with a numeric or alphanumeric display. By Pressing the keyboard can be the operator retrieve the necessary information from the evaluation unit, and the in response to the query from the evaluation device Information is shown on the display of the communication unit made visible. The for this informa tion exchange are transmitted communication signals Pulse trains that go over the two-wire line and modulated according to the information to be transmitted are. The problem is that the measured value signal affected by the communication signals or ge can be disturbed. This applies in particular if the Energy for the communication signals from the same, energy source contained in the evaluation device is taken, which is also the direct current energy for the transmitter and provides the energy for the measured value signals, as is the case with the generally customary measuring arrangements is the case in which change the measured value signal by a between 4 and 20 mA direct current is formed, which also the supplier DC current for the transmitter contains. Another Limitation of known arrangements of this type is in the limited communication options; usually can the communication units only with one counter place, for example with the evaluation device, Informatio replace.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung der eingangs angegebenen Art, bei welcher beliebig viele an die Zweidrahtleitung angeschlossene Teilnehmerstellen, zu denen auch der Meßumformer und das Auswertegerät gehö ren, miteinander Kommunikationssignale austauschen können, ohne daß dadurch die gleichzeitige übertragung des Meß wertsignals über die gleiche Zweidrahtleitung gestört oder beeinträchtig wird.The object of the invention is to create an arrangement of the type specified at the beginning, in which any number subscriber stations connected to the two-wire line, which also includes the transmitter and the evaluation unit can exchange communication signals with each other, without the simultaneous transmission of the measurement value signal over the same two-wire line or is affected.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Signalgeber jeder Kommunikations-Schnittstellenschal tung zur impulsförmigen Verringerung der Versorgungsgleich spannung auf der Zweidrahtleitung gemäß einer das Kommuni kationssignal darstellenden Pulsmodulation ausgebildet ist, und daß der Signalempfänger jeder Kommunikations-Schnitt stellenschaltung auf die impulsförmigen Spannungsänderun gen auf der Zweidrahtleitung anspricht. According to the invention, this object is achieved in that the signal generator of every communication interface scarf device for the impulsive reduction of the supply equality voltage on the two-wire line according to the communication is formed pulse signal modulation cation signal, and that the signal receiver each communication cut switch to the pulsed voltage changes on the two-wire line.
Bei der Signalübertragungsanordnung nach der Erfindung be einflußt der Signalgeber jeder Kommunikations-Schnittstel lenschaltung impulsweise die vom Auswertegerät an die Zweidrahtleitung angelegte Spannung, und die dadurch auf der Zweidrahtleitung auftretenden impulsförmigen Spannungs änderungen können von den Signalempfängern aller Kommuni kations-Schnittstellenschaltungen empfangen werden. Es be steht somit keine Einschränkung hinsichtlich der Anzahl und der Art der an die Zweidrahtleitung angeschlossenen Teilnehmerstellen. Insbesondere kann eine Kommunikations einheit nicht nur mit dem Meßumformer oder dem Auswerte gerät in Verbindung treten, sondern auch mit weiteren, an die gleiche Zweidrahtleitung angeschlossenen Kommunika tionseinheiten. Es ist besonders vorteilhaft, daß auch der Meßumformer und das Auswertegerät, unabhängig vom Vorhan densein einer Kommunikationseinheit, zusätzlich zu der Übertragung des Meßwertsignals noch Kommunikationssignale in beiden Übertragungsrichtungen austauschen können. Da durch kann der Meßumformer zum Auswertegerät zusätzliche Informationen liefern, die für die Auswertung des Meßwert signals und für die Überwachung des Betriebs des Meßumfor mers verwendet werden können, und das Auswertegerät kann den Betrieb des Meßumformers durch Steuersignale beein flussen.In the signal transmission arrangement according to the invention be the signal transmitter influences every communication interface the circuit from the evaluation unit to the Two-wire line applied voltage, and the result of the two-wire line occurring pulse-shaped voltage Changes can be made by the signal receivers of all communi- cation interface circuits are received. It be there is no limit to the number and the type of connected to the two-wire line Participant positions. In particular, a communication unit not only with the transmitter or the evaluation device, but also with others the same two-wire communica connected units. It is particularly advantageous that the Transmitter and the evaluation device, regardless of the existing being a communication unit, in addition to that Transmission of the measured value signal or communication signals can exchange in both directions. There through the transmitter can add to the evaluation device Provide information for the evaluation of the measured value signals and for monitoring the operation of the transducer mers can be used, and the evaluation device can affect the operation of the transmitter by control signals rivers.
Da alle Kommunikationssignale impulsförmige Spannungsände rungen sind, können sie vom Meßwertsignal eindeutig unter schieden werden, wenn das Meßwertsignal durch ein Strom signal gebildet ist, wie es insbesondere bei dem genorm ten Meßwertsignal in Form eines zwischen 4 und 20 mA ver änderlichen Gleichstroms der Fall ist. Die Übertragung des Meßwertsignals kann daher ohne Störung oder Beeinträchti gung gleichzeitig mit der Übertragung von Kommunikations signalen erfolgen. Since all communication signals change pulse-like voltages are measured, they can be clearly removed from the measured value signal be distinguished if the measured value signal by a current signal is formed, as is particularly the case with the standard th measured value signal in the form of a between 4 and 20 mA ver changeable direct current is the case. The transfer of the Measured value signal can therefore without interference or interference supply simultaneously with the transmission of communication signals occur.
Schließlich lassen sich die impulsförmigen Spannungsände rungen auf der Zweidrahtleitung mit sehr einfachen und betriebssicheren Schaltungen erzeugen und empfangen. Die Amplitude der impulsförmigen Spannungsänderungen kann sehr groß sein, wodurch eine sehr hohe Störsicherheit der Si gnalübertragung erzielt wird. Im Grenzfall kann die Span nung auf der Zweidrahtleitung bei jedem Spannungsimpuls durch vollständigen Kurzschluß auf den Wert Null gebracht werden.Finally, the pulse-shaped voltage changes on the two-wire line with very simple and generate and receive reliable circuits. The Amplitude of the pulsed voltage changes can be very be large, which means that the Si signal transmission is achieved. In the limit, the chip voltage on the two-wire line with each voltage pulse brought to zero by a complete short circuit will.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous refinements and developments of the Er invention are characterized in the subclaims.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:Further features and advantages of the invention result from the following description of an embodiment based on the drawing. The drawing shows:
Fig. 1 das Prinzipschema einer Meßanordnung, bei der die Erfindung anwendbar ist, Fig. 1 shows the principle scheme of a measuring device in which the invention is applicable,
Fig. 2 das Schaltbild der drei Schnittstellen der Meß anordnung von Fig. 1 in näheren Einzelheiten und Fig. 2 shows the circuit diagram of the three interfaces of the measuring arrangement of Fig. 1 in more detail and
Fig. 3 Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Signalen. Fig. 3 diagrams of the temporal course of signals.
Fig. 1 zeigt eine Meßanordnung mit einem Meßumformer 10, der durch eine Zweidrahtleitung 11 mit einem entfernt da von angeordneten Auswertegerät 12 verbunden ist. Der Meß umformer 10 enthält einen Sensor 13 zur Erfassung einer zu messenden physikalischen Meßgröße (z.B. Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Füllstand) und einen mit dem Sensor 13 verbundenen elektronischen Meßwandler 14, der ein den Augenblickswert der Meßgröße darstellendes elektrisches Signal abgibt. Der Meßumformer 10 enthält keine eigene Energiequelle, sondern bezieht die für seinen Betrieb er forderliche Gleichstromenergie über die Zweidrahtleitung 11 von einer im Auswertegerät 12 enthaltenen Spannungsquelle 15. Über die gleiche Zweidrahtleitung wird ein den Augen blickswert der Meßgröße darstellendes Meßwertsignal vom Meßumformer 10 zum Auswertegerät 12 übertragen. Der Meßum former 10 ist mit der Zweidrahtleitung 11 über eine Meßum former-Schnittstelle 16 verbunden, die einerseits die Ener gieversorgung des Meßumsetzers 10 aus der Zweidrahtleitung 11 sicherstellt und andererseits das Ausgangssignal des Meßwandlers 14 in ein zur Übertragung über die Zweidraht leitung 11 geeignetes Meßwertsignal umsetzt. Einer üblichen Technik entsprechend ist das Meßwertsignal der über die Zweidrahtleitung 11 fließende Gleichstrom I M , der sich aus dem Versorgungsgleichstrom I 0 des Meßumformers und einem Korrekturstrom I K zusammensetzt. Der Korrekturstrom I K wird gleichfalls der Spannungsquelle 15 entnommen und vom Meßumformer 10 unter Berücksichtigung der jeweiligen Größe des Versorgungsgleichstroms I 0 so eingestellt, daß der Ge samtstrom I M zwischen den Stromwerten 4 und 20 mA den zu übertragenden Meßwert darstellt. Schließlich enthält der Meßumformer 10 noch eine Kommunikations-Elektronik 17, die ebenfalls über die Meßumformer-Schnittstelle 16 mit der Zweidrahtleitung verbunden ist. Fig. 1 shows a measuring arrangement with a transmitter 10 , which is connected by a two-wire line 11 to a remote from there arranged evaluation device 12 . The transducer 10 contains a sensor 13 for detecting a physical quantity to be measured (eg temperature, pressure, humidity, level) and an electronic transducer 14 connected to the sensor 13 , which emits an electrical signal representing the instantaneous value of the measured variable. The measuring transducer 10 does not contain its own energy source, but obtains the direct current energy required for its operation via the two-wire line 11 from a voltage source 15 contained in the evaluation device 12 . Via the same two-wire line, a measured value signal representing the eyesight of the measured variable is transmitted from the transmitter 10 to the evaluation device 12 . The measuring transducer 10 is connected to the two-wire line 11 via a measuring transducer interface 16 which, on the one hand, ensures the energy supply of the transducer 10 from the two-wire line 11 and, on the other hand, converts the output signal of the transducer 14 into a measured value signal suitable for transmission via the two-wire line 11 . According to a conventional technique, the measured value signal is the direct current I M flowing over the two-wire line 11 , which is composed of the direct current supply current I 0 of the transmitter and a correction current I K. The correction current I K is also taken from the voltage source 15 and set by the transmitter 10 taking into account the respective size of the supply direct current I 0 so that the total current I M between the current values 4 and 20 mA represents the measured value to be transmitted. Finally, the transmitter 10 also contains communication electronics 17 , which is likewise connected to the two-wire line via the transmitter interface 16 .
Zur Verbindung des Auswertegeräts 12 mit der Zweidrahtlei tung 11 dient eine Auswerte-Schnittstelle 18, die einer seits die Übertragung der vom Meßumformer 10 benötigten Gleichstromenergie von der Spannungsquelle 15 zur Zwei drahtleitung 11 bewirkt und andererseits aus dem über die Zweidrahtleitung 11 fließenden Gesamtstrom I M ein für die Anzeige des Meßwerts oder für eine Weiterverarbeitung ge eignetes Signal ableitet. Das Auswertegerät 12 enthält ferner eine Kommunikations-Elektronik 19, die über die Auswerte-Schnittstelle 18 mit der Zweidrahtleitung 11 ver bunden ist. To connect the evaluation device 12 with the two-wire line 11 serves an evaluation interface 18 , which on the one hand causes the transmission of the direct current energy required by the transmitter 10 from the voltage source 15 to the two wire line 11 and, on the other hand, from the total current I M flowing via the two-wire line 11 suitable for the display of the measured value or for further processing derived signal. The evaluation device 12 also contains communication electronics 19 , which is connected to the two-wire line 11 via the evaluation interface 18 .
In Fig. 1 ist weiterhin eine Kommunikationseinheit 20 dargestellt, die parallel zum Meßumformer 10 an die Zwei drahtleitung 11 angeschlossen und so ausgebildet ist, daß sie mit dem Meßumformer 10 oder mit dem Auswertegerät 12 einen Informationsaustausch durchführen kann, ohne daß der normale Betrieb der Meßanordnung dadurch beeinträch tigt wird. Die Kommunikationseinheit 20 ist ein taschen rechnerähnliches Gerät mit einer Tastatur 21 und einer Digitalanzeige 22 sowie mit der erforderlichen Elektronik für die Signalverarbeitung. Die Verbindung mit der Zwei drahtleitung 11 erfolgt über eine Kommunikations-Schnitt stelle 23 und eine zweiadrige Anschlußleitung 24, die mittels Anschlußklemmen 25, 26 nach Bedarf an die Zwei drahtleitung 11 angeklemmt werden kann.In Fig. 1, a communication unit 20 is also shown, which is connected in parallel to the transmitter 10 to the two wire line 11 and is designed such that it can carry out an information exchange with the transmitter 10 or with the evaluation device 12 without the normal operation of the measuring arrangement is affected. The communication unit 20 is a pocket-like device with a keyboard 21 and a digital display 22 and with the electronics required for signal processing. The connection to the two wire line 11 takes place via a communication interface 23 and a two-wire connecting line 24 , which can be clamped to the two wire line 11 by means of terminals 25 , 26 as required.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß die Kommunikationseinheit 20 mit einer eigenen Ener giequelle (z.B. Batterie) ausgestattet ist. Es wäre je doch auch möglich, den zur Energieversorgung der Kommu nikationseinheit erforderlichen Gleichstrom ebenfalls der Spannungsquelle 15 im Auswertegerät 12 über die Zwei drahtleitung zu entnehmen.In the described embodiment, it is assumed that the communication unit 20 is equipped with its own energy source (eg battery). It would also be possible, however, to also take the direct current required for the power supply of the communication unit from the voltage source 15 in the evaluation device 12 via the two-wire line.
Fig. 2 zeigt die Schaltbilder der drei Schnittstellen 16, 18 und 23 von Fig. 1 in näheren Einzelheiten. FIG. 2 shows the circuit diagrams of the three interfaces 16 , 18 and 23 from FIG. 1 in more detail.
In der Meßumformer-Schnittstelle 16 ist die Spannung der Zweidrahtleitung 11 über eine Diode 27 und einen Konstant stromgenerator 28 an die Klemmen eines Kondensators 29 an gelegt, dem eine Zenerdiode 30 parallelgeschaltet ist. Die Zenerdiode 30 bestimmt die Betriebsspannung U B für die Elektronik des Meßumformers. Der Kondensator 29 dient als Energiespeicher, der bei einer Spannungsverringerung oder einem Kurzschluß auf der Zweidrahtleitung 11 die Energie versorgung überbrückt. Die Diode 27 verhindert, daß in diesem Fall der Kondensator 29 über die Zweidrahtleitung 11 entladen wird.In the transmitter interface 16 , the voltage of the two-wire line 11 is connected via a diode 27 and a constant current generator 28 to the terminals of a capacitor 29 , to which a Zener diode 30 is connected in parallel. The Zener diode 30 determines the operating voltage U B for the electronics of the transmitter. The capacitor 29 serves as an energy store, which bridges the energy supply in the event of a voltage reduction or a short circuit on the two-wire line 11 . The diode 27 prevents the capacitor 29 from being discharged via the two-wire line 11 in this case.
Zur Erzeugung eines den Meßwert darstellenden Meßstroms I M enthält die Meßumformer-Schnittstelle 16 einen Nebenschluß zweig 31, der einen steuerbaren Konstantstromgenerator 32 enthält. Über den Nebenschlußzweig 31 fließt ein kontinu ierlicher Gleichstrom, der gleichfalls aus der Spannungs quelle 15 entnommen wird und sich auf der Zweidrahtleitung 11 dem Versorgungsgleichstrom I 0 überlagert. Der Konstant stromgenerator 32 wird durch ein stetig veränderliches Ausgangssignal des Meßwandlers 14 so gesteuert, daß der über den Nebenschlußzweig 31 fließende Gleichstrom den Korrekturstrom I K bildet, der zusammen mit dem Versorgungs gleichstrom I 0 den zwischen 4 und 20 mA veränderlichen Meß strom I M bildet.To generate a measured current I M representing the measured value, the transmitter interface 16 contains a shunt branch 31 which contains a controllable constant current generator 32 . About the shunt branch 31 flows a continuous direct current, which is also taken from the voltage source 15 and superimposed on the two-wire line 11, the supply direct current I 0 . The constant current generator 32 is controlled by a continuously variable output signal of the transducer 14 so that the direct current flowing through the shunt branch 31 forms the correction current I K , which together with the supply direct current I 0 forms the between 4 and 20 mA variable measuring current I M .
Der Konstantstromgenerator 28 liefert den konstanten Ver sorgungsgleichstrom I 0 für die Elektronik des Meßumformers. Der vom Konstantstromgenerator 28 bestimmte Strom wird durch den Konstantstromgenerator 32 kontrolliert oder ist fest auf den Stromwert I 0 eingestellt. Die Konstantstrom generatoren 28 und 32 können in einer Einheit zusammenge faßt werden. Anstelle des Konstantstromgenerators 28 kann auch ein Spannungsregler eingesetzt werden.The constant current generator 28 supplies the constant United supply direct current I 0 for the electronics of the transmitter. The current determined by the constant current generator 28 is controlled by the constant current generator 32 or is permanently set to the current value I 0 . The constant current generators 28 and 32 can be summarized in one unit. Instead of the constant current generator 28 , a voltage regulator can also be used.
In der Auswerte-Schnittstelle 18 ist in den einen Leiter der Zweidrahtleitung 11 ein Widerstand 33 eingefügt, über den der Meßstrom I M =I0+I K fließt. Am Widerstand 33 kann somit eine Spannung abgegriffen werden, die dem Meßstrom I M proportional ist und die Meßwertinformation enthält. Diese Spannung kann zur Anzeige des Meßwerts verwendet oder in beliebiger Weise zur Auswertung der Meßwertinformation verarbeitet werden. Im einfachsten Fall wäre es auch mög lich, anstelle des Widerstands 33 in die Zweidrahtleitung einen entsprechend geeichten Strommesser einzufügen, der dann direkt den Meßwert anzeigen würde.In the evaluation interface 18 , a resistor 33 is inserted into one conductor of the two-wire line 11 , through which the measuring current I M = I 0 + I K flows. A voltage can thus be tapped at the resistor 33 which is proportional to the measuring current I M and contains the measured value information. This voltage can be used to display the measured value or processed in any way to evaluate the measured value information. In the simplest case, it would also be possible to insert a suitably calibrated ammeter instead of the resistor 33 into the two-wire line, which would then directly display the measured value.
Die bisher beschriebenen Teile der Meßumformer-Schnitt stelle 16 und der Auswerte-Schnittstelle 18 entsprechen einer üblichen Ausbildung von Meßanordnungen mit Zweidraht verbindung, bei denen die Meßwertinformation durch einen zwischen 4 und 20 mA veränderlichen Gleichstrom übertragen wird.The previously described parts of the transmitter interface 16 and the evaluation interface 18 correspond to a conventional design of measuring arrangements with two-wire connection, in which the measured value information is transmitted by a between 4 and 20 mA variable direct current.
Die Kommunikations-Schnittstelle 23 der Kommunikationsein heit 20 besteht im wesentlichen aus einer mit der Elektro nik 34 der Kommunikationseinheit verbundenen Kommunika tions-Schnittstellenschaltung 40. Eine Kommunikations- Schnittstellenschaltung 50 völlig gleicher Art ist zusätz lich zu den zuvor beschriebenen üblichen Bestandteilen in der Meßumformer-Schnittstelle 16 angeordnet, und die Aus werte-Schnittstelle 18 enthält eine weitere Kommunikations- Schnittstellenschaltung 60 der gleichen Art. Da die drei Kommunikations-Schnittstellenschaltungen 40, 50 und 60 den gleichen Aufbau und die gleiche Funktionsweise haben, gilt die folgende Beschreibung der Kommunikations-Schnittstel lenschaltung 40 auch für die beiden anderen Kommunikations- Schnittstellenschaltungen 50 und 60.The communication interface 23 of the communication unit 20 consists essentially of a communication interface circuit 40 connected to the electronics 34 of the communication unit. A communication interface circuit 50 of completely the same type is arranged in addition to the usual components described above in the transmitter interface 16 , and the evaluation interface 18 contains a further communication interface circuit 60 of the same type. Since the three communication interface circuits 40 , 50 and 60 have the same structure and the same mode of operation, the following description of the communication interface circuit 40 also applies to the other two communication interface circuits 50 and 60 .
Die Kommunikations-Schnittstellenschaltung 40 enthält einen Signalgeber 41 und einen Signalempfänger 42, die über die Anschlußleitung 24 mit der Zweidrahtleitung 11 verbunden sind. In entsprechender Weise enthält die Kommu nikations-Schnittstellenschaltung 50 des Meßumformers 10 einen Signalgeber 51 und einen Signalempfänger 52, und die Kommunikations-Schnittstellenschaltung 60 des Auswer tegeräts 12 enthält einen Signalgeber 61 und einen Signal empfänger 62.The communication interface circuit 40 contains a signal transmitter 41 and a signal receiver 42 , which are connected to the two-wire line 11 via the connecting line 24 . In a corresponding manner, the communication interface circuit 50 of the transmitter 10 contains a signal transmitter 51 and a signal receiver 52 , and the communication interface circuit 60 of the evaluation device 12 contains a signal transmitter 61 and a signal receiver 62 .
Der Signalgeber 41 besteht im wesentlichen aus einem gesteuerten Nebenschlußzweig 43, der die Anschlußleitung 24 und somit auch die Zweidrahtleitung 11 überbrückt. In dem Nebenschlußzweig 43 liegt ein Schalter, der bei dem darge stellten Beispiel ein Schalttransistor 44 ist. An die Basis des Schalttransistors 44 wird von der Elektronik 34 ein Steuersignal angelegt, das entsprechend der zu sendenden Information pulsmoduliert ist.The signal transmitter 41 consists essentially of a controlled shunt branch 43 which bridges the connecting line 24 and thus also the two-wire line 11 . In the shunt branch 43 is a switch, which is a switching transistor 44 in the example presented Darge. The electronics 34 apply a control signal to the base of the switching transistor 44 which is pulse-modulated in accordance with the information to be transmitted.
Wenn der Schalttransistor 44 des Signalgebers 41 stromfüh rend ist, ist die Zweidrahtleitung 11 praktisch kurzge schlossen, und über den Nebenschlußzweig 43 fließt ein Strom, der aus der Spannungsquelle 15 entnommen wird. Da mit dieser Kurzschlußstrom auf einen zulässigen Wert be grenzt wird, ist in der Auswerte-Schnittstelle 18 ein Strombegrenzer 35 in Reihe mit der Spannungsquelle 15 in die Zweidrahtleitung 11 eingefügt. Der Strombegrenzer 35 kann im einfachsten Fall durch einen ausreichend hochoh migen Widerstand gebildet sein, doch wird aus einem spä ter noch erläuterten Grund bei der dargestellten Ausfüh rungsform ein gesteuerter Konstantstromgenerator als Strombegrenzer verwendet.If the switching transistor 44 of the signal generator 41 is current-carrying, the two-wire line 11 is practically short-circuited, and a current flows through the shunt branch 43 and is taken from the voltage source 15 . Since this short-circuit current is limited to a permissible value, a current limiter 35 is inserted in series with the voltage source 15 in the two-wire line 11 in the evaluation interface 18 . The current limiter 35 can be formed in the simplest case by a sufficiently high ohmic resistance, but for a reason which will be explained later, a controlled constant current generator is used as the current limiter in the embodiment shown.
Infolge des Kurzschlusses bricht die Spannung U auf der Zweidrahtleitung 11 zusammen, so daß sie vom Ruhewert U 0 auf den Wert 0 geht. Jedem vom Signalgeber 41 erzeugten Stromimpuls entspricht somit ein negativ gerichteter Span nungsimpuls auf der Zweidrahtleitung 11, wie im Diagramn A von Fig. 3 dargestellt ist, und die Folge dieser Span nungsimpulse ist durch das dem Schalttransistor 44 zuge führte Steuersignal gestaltet.As a result of the short circuit, the voltage U on the two-wire line 11 breaks down, so that it goes from the idle value U 0 to the value 0. Each current pulse generated by the signal generator 41 thus corresponds to a negatively directed voltage pulse on the two-wire line 11 , as shown in diagram A in FIG. 3, and the sequence of these voltage pulses is designed by the control signal supplied to the switching transistor 44 .
Anstatt die Zweidrahtleitung 11 durch den Schalttransistor 44 vollständig kurzzuschließen, ist es auch möglich, in Reihe mit dem Schalttransistor 44 einen Widerstand 45 an zuordnen, wie in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist. Die Spannung auf der Zweidrahtleitung 11 fällt dann bei jedem Stromimpuls vom Ruhewert U 0 auf einen vorgegebenen Span nungswert U 1 ab, der von 0 verschieden ist, wie das Dia gramm B von Fig. 3 zeigt.Instead of completely short-circuiting the two-wire line 11 through the switching transistor 44 , it is also possible to assign a resistor 45 in series with the switching transistor 44 , as shown in broken lines in FIG. 2. The voltage on the two-wire line 11 then drops with each current pulse from the idle value U 0 to a predetermined voltage value U 1 , which is different from 0, as the diagram B of FIG. 3 shows.
Der Signalempfänger 42 der Kommunikations-Schnittstellen schaltung 40 ist so ausgebildet, daß er auf negativ ge richtete impulsförmige Spannungsänderungen der in den Dia grammen A und B von Fig. 3 dargestellten Art anspricht. Er weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Schmitt-Trigger 46 auf, dem die Spannung der Zweidraht leitung 11 über ein aus einem Kondensator 47 und einem Widerstand 48 bestehendes RC-Glied zugeführt wird. Der Schmitt-Trigger 46 spricht daher nur auf impulsförmige Spannungsänderungen auf der Zweidrahtleitung an und setzt diese in ein Digitalsignal um, das der Elektronik 34 zuge führt wird.The signal receiver 42 of the communication interface circuit 40 is designed so that it responds to negative ge directed pulse-shaped voltage changes of the type shown in the diagrams A and B of FIG. 3. In the exemplary embodiment shown, it has a Schmitt trigger 46 to which the voltage of the two-wire line 11 is supplied via an RC element consisting of a capacitor 47 and a resistor 48 . The Schmitt trigger 46 therefore responds only to pulsed voltage changes on the two-wire line and converts this into a digital signal which is fed to the electronics 34 .
In gleicher Weise erzeugt der Signalgeber 51 in der Kommu nikations-Schnittstellenschaltung 50 des Meßumformers 10 unter Steuerung durch die Kommunikations-Elektronik 17 auf der Zweidrahtleitung 11 negativ gerichtete impulsförmige Spannungsänderungen, auf welche der Signalempfänger 42 in der Kommunikationseinheit 20 und der Signalempfänger 62 im Auswertegerät 12 ansprechen, und der Signalgeber 61 in der Kommunikations-Schnittstellenschaltung 60 des Auswer tegeräts 12 erzeugt unter Steuerung durch die Kommunika tions-Elektronik 19 auf der Zweidrahtleitung 11 negativ gerichtete impulsförmige Spannungsänderungen, auf welche die Signalempfänger 42, 52 der beiden anderen Komnunika tions-Schnittstellenschaltungen 40, 50 ansprechen.In the same way, the signal generator 51 in the communication interface circuit 50 of the transmitter 10 under the control of the communication electronics 17 on the two-wire line 11 generates negatively directed pulse-shaped voltage changes, to which the signal receiver 42 in the communication unit 20 and the signal receiver 62 in the evaluation device 12 respond, and the signal generator 61 in the communication interface circuit 60 of the evaluation device 12 generates, under the control of the communication electronics 19 on the two-wire line 11, negatively directed pulse-shaped voltage changes, to which the signal receivers 42 , 52 of the other two communication interface circuits 40 , Address 50 .
Somit können alle an die Zweidrahtleitung 11 angeschlosse nen Einheiten nach Belieben miteinander in Verbindung tre ten und über die Zweidrahtleitung Informationen austau schen. Alle Kommunikations-Schnittstellenschaltungen sind in identischer Weise ausgebildet, und jede Schnittstelle kann die von jeder anderen Schnittstelle gesendeten Kommu nikationssignale empfangen. Nach einer an sich bekannten Technik wird durch geeignete codierte Adressensignale er reicht, daß jede Teilnehmerstelle nur die für sie bestimm ten Informationen auswertet. Alle Schnittstellen verwenden für die Erzeugung der Kommunikationssignale die gleiche Energiequelle, nämlich die Spannungsquelle 15 im Auswerte gerät, und sie erzeugen die Kommunikationssignale in der gleichen Weise, nämlich durch impulsförmige Verringerung der Spannung auf der Zweidrahtleitung. Die Verwendung von Spannungsimpulsen als Kommunikationssignale erlaubt eine klare und eindeutige Unterscheidung von der Meßwertinfor mation, die durch einen Stormwert dargestellt ist. Die durch die Kommunikationssignale zu übertragenden Informa tionen (Daten) können z.B. in der Wiederholfrequenz der Spannungsimpulse (Pulsfrequenzmodulation), in codierten Impulsfolgen (Pulscodemodulation) oder auch in einer Kom bination dieser beiden Modulationsarten enthalten sein.Thus, all of the units connected to the two-wire line 11 can connect to one another at will and exchange information via the two-wire line. All communication interface circuits are designed identically, and each interface can receive the communication signals sent by any other interface. According to a technique known per se, it is sufficient by means of suitable coded address signals that each subscriber station only evaluates the information intended for it. All interfaces use the same energy source for the generation of the communication signals, namely the voltage source 15 is being evaluated, and they generate the communication signals in the same way, namely by pulsed reduction of the voltage on the two-wire line. The use of voltage pulses as communication signals allows a clear and unambiguous distinction from the measured value information, which is represented by a storm value. The information (data) to be transmitted by the communication signals can be contained, for example, in the repetition frequency of the voltage pulses (pulse frequency modulation), in coded pulse trains (pulse code modulation) or in a combination of these two types of modulation.
Die Anzahl der Teilnehmerstellen, die auf diese Weise mit einander in Verbindung treten können, ist nicht beschränkt. Es ist ohne weiteres möglich, mehrere Kommunikationsein heiten nach Art der Kommunikationseinheit 20 gleichzeitig an die Zweidrahtleitung 11 anzuklemmen. Alle Kommunika tionseinheiten können dann mit dem Meßumformer 10, mit dem Auswertegerät 12 und miteinander Informationen austauschen. Die Kommunikationseinheiten machen es insbesondere möglich, von jeder beliebigen Stelle aus Abgleich-, Einstell- oder Überprüfungsarbeiten vorzunehmen, ohne daß der normale Betrieb der Meßanordnung dadurch beeinträchtigt wird. Zu sätzlich ist es möglich, den Betrieb des Meßumformers durch Steuersignale zu beeinflussen, die in Form von Kommunika tionssignalen vom Auswertegerät kommen, und der Meßumfor mer kann zum Auswertegerät Datensignale liefern, die es dem Auswertegerät ermöglichen, den Betrieb des Meßumfor mers zu überwachen. Diese Steuer- und Datensignale können auch von jeder Kommunikationseinheit empfangen werden, die an die Zweidrahtleitung 11 angeklemmt wird.There is no limit to the number of subscriber stations that can connect to each other in this way. It is easily possible to simultaneously connect several communication units in the manner of the communication unit 20 to the two-wire line 11 . All communication units can then exchange information with the transmitter 10 , with the evaluation device 12 and with one another. The communication units make it possible, in particular, to carry out adjustment, setting or checking work from any point without impairing the normal operation of the measuring arrangement. In addition, it is possible to influence the operation of the transmitter by control signals, which come in the form of communication signals from the evaluation device, and the transmitter can deliver data signals to the evaluation device, which enable the evaluation device to monitor the operation of the transmitter. These control and data signals can also be received by any communication unit that is connected to the two-wire line 11 .
Der in der Meßumformer-Schnittstelle 16 vorhandene Konden sator 29, der als Energiespeicher wirkt, verhindert in Ver bindung mit der Diode 27, daß die kurzen, impulsförmigen Spannungsänderungen auf der Zweidrahtleitung 11 den Betrieb des Meßumformers 10 stören.The existing in the transmitter interface 16 capacitor 29 , which acts as an energy store, prevents in conjunction with the diode 27 that the short, pulsed voltage changes on the two-wire line 11 interfere with the operation of the transmitter 10 .
In manchen Fällen kann es als Nachteil angesehen werden, daß der über die Zweidrahtleitung übertragene Meßstrom I M während jedes negativen Spannungsimpulses eines Kommuni kationssignals unterbrochen ist. Zur Vermeidung dieser Erscheinung ist in der Auswerte-Schnittstelle 18 von Fig. 2 ein Momentanwertspeicher ("sample & hold") 36 vorgesehen, der fortlaufend den Augenblickswert des Meßstroms I M spei chert, der über die Zweidrahtleitung 11 fließt, wenn keine Kommunikationssignale vorhanden sind. Zur Erfassung des Wertes des Meßstroms I M ist in die Leitung ein Widerstand 37 eingefügt, und die am Widerstand 37 abgegriffene Span nung wird dem Momentanwertspeicher 36 zugeführt. Der Aus gang des Momentanwertspeichers 36 ist über einen vom Aus gang des Signalempfängers 62 der Kommunikations-Schnitt stellenschaltung 60 gesteuerten Schalter 38 mit einem Stellglied 39 verbunden, das die Einstellung des den Strom begrenzer 35 bildenden Konstantstromgenerators beeinflußt. Der Schalter 38 wird bei jedem Empfang eines Spannungsim pulses geschlossen, und das Stellglied 39 stellt dann den vom Strombegrenzer 35 bestimmten Stromwert auf den im Momentantwertspeicher 36 abgespeicherten Stromwert ein. Somit fließt während jedes Spannungsimpulses über den Wi derstand 33 der gleiche Strom wie vor dem Eintreffen des Spannungsimpulses. Da sich der Meßstrom I M in der Regel nur langsam ändert, wird die Anzeige durch die kurzzeiti gen Überbrückungen nicht merklich verfälscht.In some cases it can be regarded as a disadvantage that the measuring current I M transmitted over the two-wire line is interrupted during each negative voltage pulse of a communication signal. To avoid this phenomenon, an instantaneous value memory ("sample &hold") 36 is provided in the evaluation interface 18 of FIG. 2, which continuously saves the instantaneous value of the measuring current I M that flows over the two-wire line 11 when there are no communication signals . To detect the value of the measuring current I M , a resistor 37 is inserted in the line, and the voltage tapped at the resistor 37 is supplied to the instantaneous value memory 36 . The output from the instantaneous value memory 36 is connected via a switch 38 controlled by the output of the signal receiver 62 of the communication interface circuit 60 to an actuator 39 which influences the setting of the current limiter 35 forming constant current generator. The switch 38 is closed each time a voltage pulse is received, and the actuator 39 then sets the current value determined by the current limiter 35 to the current value stored in the instantaneous value memory 36 . Thus, the same current flows during each voltage pulse via the resistor 33 as before the arrival of the voltage pulse. Since the measuring current I M generally changes only slowly, the display is not noticeably falsified by the short-term bridges.
Die anhand von Fig. 2 beschriebene Signalübertragung benötigt ein Minimum an Bauteilen für die Signalerzeu gung und den Signalempfang. Ferner ist wegen des hohen Signalpegels mit relativ geringer Störanfälligkeit zu rechnen. Schließlich ist die Signalübertragung durch Verringerung der normalen Spannung besonders für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen vorteilhaft, wo eine Signalübertragung durch impulsförmige Spannungs erhöhungen Probleme verursachen kann.The signal transmission described with reference to FIG. 2 requires a minimum of components for signal generation and signal reception. Furthermore, due to the high signal level, relatively low susceptibility to interference is to be expected. Finally, signal transmission by reducing the normal voltage is particularly advantageous for use in potentially explosive environments, where signal transmission can cause problems due to pulsed voltage increases.
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