DE3710939A1 - Signalbus zur uebertragung sowohl analoger als auch digitaler signale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sig­ nalbus zur Übertragung analoger als auch digitaler Signale mit mehreren der Erfas­ sung und Abgabe dienenden Kanälen und mit jeweils einem jedem Kanal zugeordneten Mo­ dul.

Bei einem Regelkreis werden die überwiegend physikalischen Größen entsprechenden Ist- Werte gemessen und verarbeitet und hieraus die entsprechenden Stellwerte zur Heranfüh­ rung der Ist-Werte an die Soll-Werte abgelei­ tet. In komplexeren Systemen werden mehrere Meßwerte gleichzeitig und über getrennte Ka­ nale erfaßt, die am Meßpunkt vor allem vor­ liegenden analogen, bei inkrementalen Gebern auch digitalen Signale aufgenommen und über einen Signalbus weitergeleitet, wobei jeweils jedem Kanal ein Modul zugeordnet ist. Die analogen und digitalen Signale werden hierbei getrennt übertragen und beispielsweise durch eine mit einem Speicher ausgestatteten Rech­ ner verarbeitet und aufbereitet. Durch die getrennte Verarbeitung der analogen und digi­ talen Signale werden die jeweiligen Module auf getrennten Karten aufgesteckt und in un­ terschiedlichen Verarbeitungseinheiten wei­ terbehandelt.

Als nachteilig bei derartigen Übertragungen ist anzusehen, daß die getrennte Verarbeitung der digitalen und analogen Signale vergleichs­ weise aufwendig ist und i.d.R. die eine grö­ ßere Anzahl von Kanälen aufweisenden vorge­ fertigten Karten bei weitem nicht vollständig ausgenutzt werden können.

Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Schaffung einer Übertragungsmöglichkeit für sowohl analoge als auch digitale Signale zur Aufgabe gemacht, durch die bei einfachstem und nachträglich änderbarem Aufbau eine gleich­ zeitige Übertragung analoger und digitaler Si­ gnale möglich wird.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch einen Signalbus bei dem die jeweils in einem Modul eingehenden Signale normiert wer­ den, die Ausgänge sämtlicher Module mit dem selben Normbus in Verbindung stehen, der die Signale parallel an eine Signalverarbeitung weitergibt und die von der Signalverarbeitung kommenden digitalen Signale im Modul aufarbei­ tet, evtl. in ein analoges Signal umwandelt und über die Kanäle abgibt.

Die Funktion des vorgeschlagenen Signalbus ist wie folgt:

Die Benutzung des vorgeschlagenen Signalbus kann in beiden Richtungen erfolgen. Bei der einen Benutzungsart wird zunächst zur Er­ fassung des Meßwertes das entsprechende durch den Kanal aufgenommene Signal einem Modul zu­ geführt, dort normiert und an den Eingang der weiterverarbeitenden Elektronik angepaßt. Un­ erheblich ist hierbei, ob es sich um ein ana­ loges oder digitales Signal handelt, wie es im letzten Fall beim Einsatz inkrementaler Geber, z.B. bei Weg- und Winkelmessungen un­ mittelbar erhalten wird. Der Typ des eingangs­ seitigen Signales (analog/digital) bleibt durch das Modul erhalten und die Ausgänge sämtlicher Module werden über einen einzigen Normbus erfaßt, parallel einer Signalverar­ beitung zugeführt und verarbeitet.

Der Signalbus kann auch zur Übertragung in der entgegengesetzten Richtung, d.h. für von der Signalverarbeitung ausgehende Steuer- und Regelimpulse genutzt werden. Nachdem zur Sig­ nalverarbeitung häufig ein Prozessor einge­ setzt wird, liegen die zu übertragenden Signale praktisch grundsätzlich nur in digitaler Form vor und werden in den Normbus eingespeist und an die mit den entsprechenden Ausgängen aus­ gestatteten Module weitergeleitet. Dem Ver­ wender steht es durch den Einsatz eines ent­ sprechenden Moduls, dem sog. Analogmodul frei, das ursprünglich digitale Signal in ein ana­ loges umzuwandeln. Unabhängig davon besteht die Hauptaufgabe des Moduls in der Aufarbei­ tung und Anpassung der Signale an die nachfol­ gende Elektronik und die anschließende Abgabe an die jeweiligen Kanäle.

Im Rahmen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Signalbus sind die einsetz- und verwendbaren Module unterschiedlicher Art. So können sie über ein oder mehrere Kanäle Signale aufneh­ men oder abgeben oder gleichzeitig aufnehmen und abgeben. Die eingehenden Signale werden normiert und die ausgehenden für die externe Elektronik aufbereitet und angepaßt. Gleich­ zeitig kann ein Analogmodul zur Umformung der von der Signalverarbeitung kommenden digitale Signale in analoge vorgenommen werden.

Für die Erfindung entscheidend ist, daß durch ein und dieselbe vorgeschlagene Schaltung gleichzeitig und parallel sowohl analoge als auch digitale Signale verarbeitet und weiter­ geleitet werden können. Die bislang übliche getrennte Verarbeitung einerseits der analo­ gen andererseits der digitalen Signale, die einen erhöhten aufbaumäßigen Aufwand erfor­ dern, erübrigt sich dann. Das Ergebnis sind weniger Einzelelemente, ein kompakterer Auf­ bau und damit billigere Herstellbarkeit.

Weiter ist entscheidend, daß die analogen und digitalen Signale parallel in beiden Richtungen übertragen werden können. Des weiteren sind an jedem Steckplatz beliebige Module, die sowohl analoge als auch digitale Signale verarbeiten können positionier- und steckbar. Unter Ver­ wendung des erfindungsgemäßen Signalbus können entsprechend dem Verwendungszweck die Module nach Belieben eingesteckt und so an die ent­ sprechenden Erfordernisse angepaßt werden. Aus diesem Grunde erhält man ein Höchstmaß an Variabilität.

Ein weiterer erheblicher Vorteil besteht in der vereinfachten und damit auch schnelleren Übertragung von Signalen über größere Strec­ ken. So können die am Meßpunkt erfaßten Sig­ nale nach der Normierung unmittelbar über ei­ ne weite Strecke übertragen werden, so daß die bisher übliche Umwandlung des analogen, bereits normierten Signales in einem Bauele­ ment in ein digitales entfällt, welche es an­ schließend seriell oder parallel über die große Entfernung übertragen wird. Diese Um­ formung erfordert technischen Aufwand und insbesondere auch Übertragungszeit. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird die Fernüber­ tragung der Daten rascher und günstiger durch­ führbar.

In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform weist der Normbus eine eigene Spannungsversor­ gung für die Module auf, so daß nach dem Auf­ bringen insbesondere Aufstecken desselben sämt­ liche mit dem Austausch vorzunehmenden Arbeiten abgeschlossen sind. Dies ermöglicht ein rasches Ersetzen und Austauschen der einzelnen Module.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfaßt der Signalbus ausgangsseitig einen zeit- oder frequenzbestimmten Multiplexer, der die verschiedenen Kanäle sequentiell abfragt und der Signalverarbeitung zur Verfügung stellt. In an sich bekannter Weise besitzt der Multi­ plexer eine größere Anzahl von Kanälen am Ein­ gang, jedoch nur einen einzigen Ausgang. Er dient der zeit- oder frequenzbestimmten se­ quentiellen Abfrage der einzelnen Kanäle. Die Verwendung eines Multiplexers ist insofern von erheblichem Vorteil, da die andernfalls noch denkbare technische Alternative hierzu, nämlich die gleichzeitige Verarbeitung sämt­ licher Kanäle im sog. parallel-processing-Ver­ fahren wesentlich größeren technischen Aufwand erfordern würde.

Besonders empfehlenswert ist, den Ausgang des Signalbus mit einem Analog-Digital-Wandler zu verbinden, durch welchen die am Eingang an­ liegende Spannung in eine hierzu proportionale Zahl umgewandelt wird, die nun auf digitalem Wege z.B. mit Hilfe eines Prozessors - dieser Begriff beinhaltet u. a. sowohl elektronische Rechner als auch Mikroprozessoren - weiterver­ arbeitet wird. Die hierbei möglichen und ein­ setzbaren Techniken derartiger Wandler sind allgemein bekannt, so daß ein Eingehen hier­ auf überflüssig erscheint. Im Zusammenhang mit dem Multiplexer werden dem Analog-Digital- Wandler sequentiell die normierte Ausgangs­ spannungen der einzelnen Kanäle zugeordnet und ein entsprechendes digitales Signal erzeugt. Hierbei spielt grundsätzlich keine Rolle und ist für die Weiterverarbeitung unerheblich, ob es sich um ein analoges oder digitales Ein­ gangssignal handelt, sofern die Eingangsspan­ nungen sich im verarbeitbaren Bereich befin­ den. Stets ist eine Verarbeitung möglich und das digitale und zur Verarbeitung im Rechner geeignete Signal wird am Ausgang erhalten und diesem zugeführt.

Hier empfiehlt sich insbesondere die Aus­ gangssignale des Multiplexers oder Analog- Digital-Wandlers byte-parallel zur Verfü­ gung zu stellen, um sie in entsprechenden Gruppen abfragen und abrufen zu können. Die Daten werden damit nicht sofort verwertet sondern zunächst kurzzeitig abgespeichert und dann abgerufen.

Der Rechner benötigt eine Software, die der entsprechenden Verarbeitung, Verwertung und Ermittlung der geeigneten Stellgröße in Ab­ hängigkeit vom jeweiligen Problem in der Lage ist. Dies erfordert bei sequentieller Abfrage durch einen Multiplexer die Zuord­ nung der eingehenden Daten zu den einzelnen Kanälen bzw. den durch diese erhaltenen Meß­ werten. Hierbei handelt es sich um Problem­ stellungen, die durch geeignete Software­ programme gelöst werden können, was jedoch nicht Gegenstand vorliegender Erfindung ist und zu sein braucht.

Schließlich ist besonders von Bedeutung, die einzelnen analogen als auch digitalen Module auf einer einzigen Karte anzuordnen. Unter Beibehaltung des kompakten Aufbaus und in Abkehrung von den bisher zu ver­ wendenden mindestens zwei Karten (die eine für die digitale und die andere für die analogen Signale) erhält man durch den nachträgliche Einsatz und den Austausch von Modulen einer Veränderung der Anzahl der zu verarbeitenden Signale analoger oder digitaler Art durch Einbringen und Austausch einer entsprechenden Zahl an Modulen in die Karte und demzufolge ein hohes Maß an Flexibilität und eine kon­ krete Anpassung an das jeweilige Problem d.h. an die vorliegende Zahl der zu ver­ arbeitenden Kanäle.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Be­ schreibungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert wird. Sie zeigt in schematischer Darstellung das Blockschaltbild einer erfindungs­ gemäßen Anordnung.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel finden sich fünf Module 1, denen als Ein- und Ausgänge dienende Kanäle 2 zugeordnet sind, welche entweder ana­ loge oder digitale Meßwerte zuführen oder abgeben. Aufgabe jedes einzelnen Moduls 1 besteht entweder darin, das eingangsseitig eingespeiste Signal zu normieren, d.h. an die weiterverarbeitende Elek­ tronik anzupassen oder das von der Signalverarbei­ tung kommende digitale Signal aufzuarbeiten und evtl. in ein analoges Signal umzuwandeln und dann abzugeben. Soweit es die über die Kanäle 2 von außen aufgenommenen Signale betrifft, bleibt der Signaltyp (analog/digital) hierbei erhalten. Sämt­ liche Module sind auf einer einzigen Karte 3 be­ festigt.

Die Verbindung zwischen der Karte 3 und der übri­ gen der Verarbeitung dienenden Elektronik erfolgt über einen Normbus 4, der von der Karte 3 und letztlich von den Modulen 1 ausgeht und zur Sig­ nalverarbeitung hinführt.

Die Signalverarbeitung erfolgt nach einem der an sich bekannten möglichen, hier jedoch nicht gezeigten Prinzipien, in dem die eingangsseitig vorliegenden analogen oder digitalen Signale entweder durch den Analog-Digital-Wandler in Digitalsignale umgesetzt und über einen Daten­ bus dem Rechner bzw. dessen zugehörigem Speicher zur Verfügung gestellt werden, d.h. entweder so­ fort verarbeitet oder nach einem kurzzeitigem Speichern, wie im Falle sequentieller Übertragung digitaler Daten, anschließend erst weiterverar­ beitet werden. Durch entsprechende Gestaltung der Software ist der Rechner zu einer Zuordnung der eingehenden Daten zu den einzelnen Kanälen 2 bzw. der auf diesem Wege erhaltenen Meßwerte ohne weiteres in der Lage. Im Rechner selbst erfolgt die Verarbeitung durch eine problembezogene Soft­ ware und Ermittlung des Stellwertes zur Approxi­ mation des optimalen Soll-Wertes.

Umgekehrt werden durch die Signalverarbeitung Steuer- oder Regelsignale erzeugt, die über den erfindungsgemäßen Signalbus weitergeleitet, auf­ gearbeitet und abgegeben werden.

Im Ergebnis erhält man einen Signalbus für pa­ rallele Übertragung analoger und digitaler Signale in beiden Richtungen.

Claims (6)

1. Signalbus zur Übertragung sowohl analoger als auch digitaler Signale mit mehreren der Erfassung und Abgabe dienenden Kanä­ le und mit jeweils einem jedem Kanal zu­ geordneten Modul, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die im Mo­ dul 1 eingehenden Signale normiert wer­ den, die Ausgänge sämtlicher Module 1 mit demselben Normbus 4 in Verbindung stehen, der die Signale parallel an eine Signal­ verarbeitung weitergibt und die von der Signalverarbeitung kommenden digitalen Signale im Modul 1 aufgearbeitet, evtl. in ein analoges Signal umgewandelt und über die Kanäle 2 abgegeben werden.

2. Signalbus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Normbus 4 eine Spannungsversorgung für die Module 1 aufweist.

3. Signalbus nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß er ausgangsseitig an einen zeit- oder frequenzbestimmten Multiplexer angeschlossen ist.

4. Signalbus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Analog-Digital-Wandler und/ oder einem Prozessor in Verbindung steht.

5. Signalbus nach Anspruch 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß am Ausgang von Multiplexer oder Ana­ log-Digital-Wandler die Signale byte-pa­ rallel zur Verfügung stehen.

6. Signalbus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß alle Module 1 auf einer einzigen Karte 3 angeordnet sind.