DE3725128A1

DE3725128A1 - Einrichtung zur messung einer physikalischen groesse

Info

Publication number: DE3725128A1
Application number: DE19873725128
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Industrieelektronik Dr Ing Walter Klaschka GmbH and Co
Current assignee: Klaschka GmbH and Co
Priority date: 1987-07-29
Filing date: 1987-07-29
Publication date: 1989-02-09
Also published as: DE3725128C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung einer physikalischen Größe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In der Praxis finden zur Stellungsmessung und zur Messung anderer physikalischer Parameter wie Temperatur, elektri sche Spannung usw. zunehmend Fühler Verwendung, welche di gitale Meßsignale bereitstellen. Derartige Fühler enthalten entweder Sensoren, die die Eingangsgröße direkt in ein di gitales Signal umsetzen (z.B. Strich- oder Codierscheiben) oder aber analog arbeitende Sensoren in Verbindung mit ei nem Analog/Digitalwandler. Ein Meßpunkt besteht dann typi scherweise aus einem ein oder mehrere Byte langen Wort, welches in Paralleldarstellung oder serieller Darstellung vom Fühler an die Signalverarbeitungsschaltung weitergege ben wird, in welcher das Signal bezüglich des Einhaltens vorgegebener Grenzwerte oder bezüglich anderer Bedingungen geprüft oder zur weiteren Verarbeitung in einer Rechenschal tung umformatiert wird.

Insbesondere dann, wenn derartige Fühler Teil eines Steuer oder Regelkreises sind, ist es sehr wichtig, Fehler im Ar beiten des Fühlers selbst oder in der Signalübertragung zwischen Fühler und Signalverarbeitungsschaltung zu erken nen, da sonst der Steuer- oder Regelkreis falsch arbeitet und hierdurch erhebliche Schäden bedingt werden können, z.B. durch Werkzeugzerstörung oder falsche Bearbeitung ei nes großen Werkstückes in einem numerisch gesteuerten Bear beitungszentrum.

Ob die Übertragungsleitung zwischen Fühler und Signalverar beitungsschaltung fehlerfrei ist, läßt sich im Prinzip durch einen gleichzeitig mit den digitalen Meßsignalen über die Übertragungsleitung geschickten Ruhestrom überwachen. Eine derartige Leitungsüberwachung durch einen Ruhestrom ist aber vom Energieeinsatz her aufwendig, insbesondere wenn eine große Anzahl von Fühlern zu überwachen ist, auch erhält man so immer noch keine Anzeige für im Fühler selbst auftretende Fehler.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Einrichtung zur Messung einer physikalischen Größe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 geschaffen werden, welche bei geringem En ergieaufwand das Auftreten sowohl von Fehlern in der Über tragungsleitung als auch im Fühler selbst festzustellen gestattet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Ein richtung gemäß Anspruch 1.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird davon Gebrauch gemacht, daß sich die meisten typischerweise in Industriean wendungen zu überwachenden physikalischen Parameter nicht sprunghaft, sondern stetig ändern. Damit kann erfindungs gemäß die Arbeitsfrequenz des Einlesesteuerkreises der Sig nalverarbeitungsschaltung unter Verwendung handelsüblicher Bauelemente so hochgesetzt werden, daß selbst bei der unter normalen Arbeitsbedingungen erhaltenen maximalen Änderungs geschwindigkeit der überwachten Größe die Pegeländerung des Meßsignales in zwei aufeinanderfolgenden Einlesezyklen stets kleiner ist als ein vorgegebener Schwellwert. Typische Stö rungen wie das Brechen eines Leiters in der Übertragungs leitung, das Brechen eines mechanischen Fühlerteiles, das Brechen einer Lötstelle, Einstreuung von Störsignalen durch Schaltvorgänge mit hohem Schaltstrom oder dergleichen tre ten aber in sehr kurzen Zeiträumen auf, und führen daher zu so raschen Änderungen des auf die Signalverarbeitungs schaltung gegebenen Signales, wie sie durch Änderung des zu überwachenden physikalischen Parameters nie erhalten würden. Diese übergroßen Signaländerungen können somit als Anzeige für Fehler sowohl in der Übertragungsleitung als auch im Fühler selbst dienen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter ansprüchen angegeben.

Wählt man gemäß Anspruch 2 als Schwellwert, welcher Stör fälle von normalen Pegeländerungen trennt, eine ganze Zahl, so läßt sich das Feststellen von Störbedingungen mit sehr einfachen digitalen Schaltkreisen bestimmen.

Verwendet man gemäß Anspruch 3 in Verbindung mit der an sich bekannten Gray-Kodierung der digitalen Meßsignale ei nen Detektorkreis, wie er im Anspruch 3 im einzelnen ange geben ist, so läßt sich das Störmeldesignal mit besonders geringem schaltungstechnischem Aufbau aus den einlaufenden Bits eines Meßsignalwortes berechnen. Da die Fehlerprüfung laufend, synchron zum Einlaufen der Bits erfolgt, erhält man auch frühestmöglich die Meldung über eine etwa vorlie gende Störung. Eine übergeordnete Programmsteuerung kann dann sofort das nochmalige Übernehmen eines Meßsignales anfordern.

Gemäß Anspruch 4 erhält man ein bleibendes Störmeldesignal, welches z.B. zum Aktivieren einer Alarmeinheit verwendet werden kann.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist es möglich, einlaufende Meßsignal-Datenworte unterschied licher Länge durch entsprechende Umprogrammierung der ak tiven Länge des Schieberegisters zu verarbeiten.

Bei einer Schaltung gemäß Anspruch 6 erhält man auch bei Darstellung der einzelnen Meßsignalwerte durch BCD-Zahlen eine schnelle Feststellung von Fehlern im Fühler oder der Übertragungsleitung, welche ohne nennenswerte Verlänge rung der zum Übernehmen der Meßsignal-Datenworte sowieso erforderlichen Zeit erfolgt.

Bei der erfindungsgemäßen Signalverarbeitungsschaltung er folgt die Fehlerprüfung vorzugsweise dadurch, daß über prüft wird, ob aufeinanderfolgende Meßsignal-Datenworte sich um mehr als die Zahl Eins unterscheiden. Bei dieser Fehlerprüfung wird intern in jedem Arbeitszyklus auch die Zahl Eins als Zwischenergebnis erhalten, wenn überhaupt eine Signaländerung eingetreten ist. Das entsprechende elektrische Zwischensignal kann gemäß Anspruch 8 auch zur Bildung eines Geschwindigkeitssignales (Absolutwert) ver wendet werden: Ändert sich die zu erfassende physikalische Größe mit der maximal zulässigen Änderungsgeschwindigkeit, so erhält man in jedem Arbeitszyklus das der Zahl Eins ent sprechende elektrische Zwischensignal. Ändert sich die phy sikalische Größe nur mit der Hälfte der maximalen Geschwin digkeit, so wird wegen der digitalen Ausbildung des Fühlers in jedem zweiten Arbeitszyklus eine Änderung des Meßsigna les erhalten. Zählt man gemäß Anspruch 8 somit die Anzahl der Arbeitszyklen, welche aufeinanderfolgen, bis dann das erste der Zahl Eins entsprechende Zwischensignal erhalten wird, so ist die so gebildete Summe umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 ist es möglich, in solchen Fällen auf analoge Weise ein Geschwin digkeitssignal zu erzeugen, in denen der Schwellwert zwischen erlaubten Pegeländerungen in aufeinanderfolgenden Arbeits zyklen und Störbedingungen gleich der Zahl Drei gewählt ist.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 wird erreicht, daß dann, wenn eine Störung festgestellt wird, das zuletzt noch für ordnungsgemäß befundene Meßsignal wei terhin am Ausgang bereitgestellt wird. Dieses Signal kann dann als Notbehelf für eine beschränkte Zeit weiterverwen det werden, z.B. bis einer oder mehrere Versuche eines ord nungsgemäßen Einlesens eines neuen Meßsignalwertes durchge führt sind.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 Das Blockschaltbild einer Meßeinrichtung beste hend aus einem Fühler, der sein Meßsignal in Form seriell übertragener Gray-kodierter Meßsignal- Datenworte bereitstellt, und einer Signalverar beitungsschaltung mit Fehlererkennung;,

Fig. 2 Das Blockschaltbild einer ähnlichen Meßeinrich tung mit einer abgewandelten Signalverarbeitungs schaltung mit Fehlererkennung zur Verwendung mit einem Fühler, welcher Meßsignale in Form seriel ler, BCD-kodierter Worte bereitstellt; und

Fig. 3 eine weiter abgewandelte Signalverarbeitungsschal tung mit Fehlererkennung zur Verwendung mit einem Fühler, der Meßsignale in Form serieller, BCD- ter Worte bereitstellt.

In Fig. 1 ist mit 10 insgesamt ein Fühler bezeichnet, der auf irgendeine zu überwachende Größe anspricht, z.B. einen physikalischen Parameter wie Lage, Temperatur, Spannung usw. Der Fühler 10 stellt aufeinanderfolgende Meßsignale in digitaler Form bereit, und zwar kodiert im Gray-Code. Hierzu enthält der Fühler 10 einen nicht im einzelnen ge zeigten analog arbeitenden Sensor, einen Digital/Analog wandler, einen Code-Umsetzer und einen Parallel/Seriell- Umsetzer, die in der genannten Reihenfolge hintereinander geschaltet sind. Die seriell übertragenen, Gray-kodierten Meßsignal-Datenworte, von denen für die Zwecke der vorlie genden Beschreibung angenommen ist, daß sie jeweils 8 Bit umfassen, gelangen über eine Übertragungsleitung 12 auf den Eingang I eines Schieberegisters 14.

Das Schieberegister 14 erhält an einer Taktklemme C von einem Steuerkreis 18 Taktimpulse, deren Frequenz mit der Sendefrequenz des Fühlers 10 übereinstimmt. Das Schiebe register 14 ist beispielsweise 16 Bit lang, und seine ak tive Arbeitslänge zwischen der Eingangsklemme I und einer Ausgangsklemme O läßt sich durch das an einer Programmier klemme P anliegende Steuersignal einstellen, welches eben falls vom Steuerkreis 18 her bereitgestellt wird. Beim hier angenommenen Fühlertyp wird die aktive Schieberegisterlänge gemäß der Länge der Meßsignal-Datenworte auf 8 Bit einge stellt. Durch Umprogrammierung können beim Anschluß anderer Fühler im Bedarfsfalle auch längere oder kürzere Meßsignal- Datenworte verarbeitet werden.

Die Meß-Frequenz, mit welcher die Meßsignal-Datenworte (also nicht die einzelnen Bits dieser Worte) bereitgestellt werden, ist so hoch gewählt, daß sich das Datenwort von einer Meßperiode zur nächsten maximal um die Zahl Eins än dert. Verwendet man zur Darstellung der Meßsignalwerte den Gray-Code, so ändert sich von einer Meßperiode zur nächs ten nur eine Stelle der Zahl, wie sich aus der nachstehen den Codetabelle für die Zahlen 00 H bis 0F H ergibt:

Gray-Code-Tabelle für 4 Bit
Hex-Zahl/Bit
3 2 1 0
00
0 0 0 0
01	0 0 0 1
02	0 0 1 1
03	0 0 1 0
04	0 1 1 0
05	0 1 1 1
06	0 1 0 1
07	0 1 0 0
08	1 1 0 0
09	1 1 0 1
0A	1 1 1 1
0B	1 1 1 0
0C	1 0 1 0
0D	1 0 1 1
0E	1 0 0 1
0F	1 0 0 0

Geht man nun davon aus, daß alle Signalwert-Änderungen, die größer sind als die Zahl Eins, Fehlern im Fühler selbst oder in der Datenübertragung vom Fühler zum Schieberegister 14 ensprechen, so kann man derartige Fehler einfach dadurch erkennen, daß sich zwei aufeinanderfolgende Meßsignal-Daten worte in mehr als einer Stelle unterscheiden. Zum Feststel len derartiger Störbedingungen ist ein exklusives ODER- Glied 20 vorgesehen, dessen einer Eingang mit der Eingangs klemme I und dessen anderer Eingang mit der Ausgangsklemme O des Schieberegisters 14 verbunden ist. Man erhält somit am Ausgang des exklusiven ODER-Gliedes 10 immer dann ein Signal, wenn sich die äquivalenten Bits zweier aufeinander folgender Meßsignal-Datenworte unterscheiden.

Der Ausgang des exklusiven ODER-Gliedes 20 ist mit der Zähl klemme C eines binären Änderungszählers 22 verbunden, der nur ein zweistelliger Zähler zu sein braucht. Der Änderungs zähler 22 wird vom Steuerkreis 18 jeweils zum Beginn eines Einlesezyklus für ein neues Meßsignal-Datenwort auf den Zählerstand "0" zurückgestellt. Arbeiten der Fühler 10 und die Signalübertragung einwandfrei, so steht der Änderungs zähler 22 zum Ende eines Einlesezyklus entweder auf "0" oder auf "1", da sich an maximal einer Stelle des Gray-ko dierten Meßsignal-Datenwortes eine Änderung ergeben kann.

Tritt ein Bruch in der Übertragungsleitung 12 auf, entsteht ein Fehler im Fühler 10 oder werden Störsignale in die Über tragungsleitung 12 eingekoppelt, so führt dies zu einer großen Änderung der am Schieberegister 14 erhaltenen Meß signal-Datenworte, bei Leitungsbruch z.B. zum Abfallen des Meßsignal-Datenwortes von beispielsweise "0A H" auf "00 H". Man erhält somit an vier Stellen der aufeinander folgenden Datenworte einen Unterschied, so daß der Änderungszähler 22 bis auf "4" hochzählt. Hatte das Meßsignal vor Eintreten der Störung den Wert "2" bzw. "5", so zählt der Änderungs zähler auf "2" bzw. "3" hoch. Auch für alle anderen Meß signal-Datenworte mit Ausnahme der Zahl "1", die dem bei Leitungsausfall erhaltenen Datenwort "0" unmittelbar benach bart ist, erhält man Zählerstände des Änderungszählers 22, die größer als "1" sind.

Das Auftreten eines Signales an der 2¹-Ausgangsklemme des Änderungszählers 22 ist somit ein Anzeichen für das Vorlie gen von Störungsbedingungen. Zur bleibenden Alarmauslösung auch bei Weiterzählen des Änderungszählers 22 über die Zahl "2" hinaus ist die 2¹-Ausgangsklemme des Änderungszählers 22 mit der Setzklemme S einer bistabilen Kippschaltung 24 verbunden. Deren "1"-Ausgang ist mit einer visuellen und/ oder akustischen Alarmeinheit 26 verbunden. Außerdem steht das von der Kippschaltung 24 erzeugte Störmeldesignal auch auf einer Störmeldeleitung 28 zur Weiterverarbeitung in einer nachfolgenden Steuerung oder einem Rechner zur Ver fügung.

Die über die Übertragungsleitung 12 empfangenen Meßsignal- Datenworte werden synchron zum Durchschieben ihrer Bits durch das Schieberegister 14 in eine normale Binärzahl um gesetzt. Der entsprechende Codeumsetzer umfasst ein exklu sives ODER-Glied 30 sowie eine bistabile Kippschaltung 32, die synchron zum Einlesen der einzelnen Datenbits vom Steu erkreis 18 her getaktet wird. Der "1"-Ausgang ist mit dem einen Eingang des exklusiven ODER-Gliedes 30 verbunden, dessen zweiter Eingang erhält die aufeinanderfolgenden Bits des Gray-kodierten Meßsignal-Datenwortes, wobei die Über tragung eines Wortes vom Fühler 10 her jeweils mit dem höchstrangigen Bit beginnt.

Der durch die Bauelemente 30 und 32 gebildete Gray/Binär- Umsetzer arbeitet rekursiv nach der Formel

D ^n-m = D ^n-(m-1) ⊕G ^n-m

Hierbei ist

n
die Anzahl der Bits pro Datenwort,
m	0, 1, . . ., n,
G ⁱ bzw. D ⁱ	das i. Bit des Datenwortes in Gray-Code-Darstellung bzw. Binär-Darstellung, und das Zeichen "⊕" steht für die exklusive ODER-Verknüpfung.

Um sicherzustellen, daß sich am Ausgang des exklusiven ODER- Gliedes 30 die für einen Dekodier-Zyklus benötigten Signale sicher eingestellt haben, erfolgt das Takten der bistabilen Kippschaltung 32 etwas phasenverschoben zum Einlesen der einzelnen Bits der Meßsignal-Datenworte. Hierzu ist ein Verzögerungskreis 34 vorgesehen. In diesem wie in anderen Verzögerungskreisen ist durch eine in Anführungsstriche eingefasste Zahl qualitativ die Größe der bewerkstelligten Verzögerung eingetragen, wobei diese Zahlen nur eine Rei henfolge, keine Absolutangaben darstellen und sämtliche Verzögerungen klein sind verglichen mit dem Abstand aufein anderfolgender Bits auf der Übertragungsleitung 12.

Das Rücksetzen der bistabilen Kippschaltung 32 erfolgt durch den Steuerkreis 18 jeweils vor dem Einlesen eines neuen Meßsignal-Datenwortes.

Am "1"-Ausgang der bistabilen Kippschaltung 32 erhält man somit das nun binär kodierte Meßsignal-Datenwort in seriel ler Darstellung. Die Umsetzung in die für die Weiterverar beitung in Rechnern und Steuerungen übliche Paralleldar stellung besorgt ein Seriell/Parallelumsetzer 36, der eben falls vom Steuerkreis 18 her getaktet wird, sicherheits halber über einen Verzögerungskreis 38. An einer Program mierklemme P ist der Seriell/Parallelumsetzer 36 mit dem jenigen Ausgangssignal des Steuerkreises 18 beaufschlagt, welches auch die aktive Länge des Schieberegisters 14 vor gibt, so daß auch die Seriell/Parallelumsetzung nur für die jeweils ein Wort bildende Bitgruppe erfolgt.

Der "1"-Ausgang des Änderungszählers 22 dient zum Rückset zen eines Geschwindigkeitszählers 40 (über einen Verzöge rungskreis 42) sowie zum Aktivieren eines Adreßspeichers 44, der eingangsseitig mit den Ausgangsklemmen des Geschwin digkeitszählers 40 verbunden ist und zur Adressierung eines Geschwindigkeitsspeichers 46 dient. Die Zählklemme C des Geschwindigkeitszählers 40 ist mit dem jeweils zu Beginn eines Einlesezyklus erzeugten Signal des Steuerkreises 18 beaufschlagt, welches auch zum Rücksetzen der bistabilen Kippschaltung 32 dient.

Ändert sich die vom Fühler 10 erfasste physikalische Größe mit der maximal zu erwartenden Geschwindigkeit, so ändert sich der Wert des Meßsignal-Datenwortes in jedem Einlese zyklus um die Zahl 1; entsprechend erreicht der Stand des Änderungszählers 22 ebenfalls für jeden Einlesezyklus die Zahl "1". Damit kann auch der Geschwindigkeitszähler 40 maximal den Zählerstand "1" erreichen, und unter der ent sprechenden Adresse ist im Geschwindigkeitsspeicher 46 ein der maximal zu erwartenden Geschwindigkeit entsprechendes Geschwindigkeits-Datenwort abgelegt.

Ändert sich die zu erfassende physikalische Größe nur mit der halben maximalen Geschwindigkeit, so erreicht der Än derungszähler 22 nur in jeder zweiten Einleseperiode den Zählerstand "1". Dementsprechend erreicht nun der Geschwin digkeitszähler 40 den Zählerstand "2", bevor er wieder zu rückgesetzt wird. Unter der Adresse "2" ist entsprechend im Geschwindigkeitsspeicher 46 das Geschwindigkeits-Daten wort für halbe maximale Geschwindigkeit abgelegt.

Ändert sich die vom Fühler 10 erfasste physikalische Größe noch langsamer, so erreicht der Änderungszähler 22 bei ste tiger gleichsinniger Änderung dieser Größe erst nach 3, 4, 5 oder mehr Einleseperioden einmal den Zählerstand "1", entsprechend zählt der Geschwindigkeitszähler 40 bis auf "3", "4", "5" usw. hoch. Unter den entsprechenden Adressen ist im Geschwindigkeitsspeicher 46 jeweils der entsprechende Bruchteil der maximalen Änderungsgeschwindigkeit abgelegt. Dieser Speicher erfüllt somit die Aufgabe eines schnellen Divisionskreises.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die Bau elemente 20 und 22 somit nicht nur zur Erkennung von Feh lern im Fühler 10 und in der Übertragungsleitung 12 dienen, vielmehr zugleich auch zur Berechnung der Änderungsgeschwin digkeit des Meßsignales dienen.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind fer ner Vorkehrungen getroffen, um beim Feststellen von Störbe dingungen das Ausgeben umgesetzter kodierter Meßsignale und das Ausgeben von Geschwindigkeitssignalen zu verhindern. Hierzu ist ein UND-Glied 48 vorgesehen, welches über einen Verzögerungskreis 50 mit dem jeweils einmal pro Einlesezyk lus erzeugten Rückstellsignal des Steuerkreises des Steuer kreises 18 beaufschlagt ist und am anderen Eingang das "0"- Ausgangssignal der bistabilen Kippschaltung 24 erhält. Durch das Ausgangssignal des UND-Gliedes 48 werden die Steuereingänge von UND-Gliedern 52, 54 beaufschlagt, deren andere Eingangsklemmen mit dem Signalbus verbunden sind, welcher vom Ausgang des Seriell/Parallelumsetzers bzw. des Geschwindigkeitsspeichers 46 herkommt.

Der Ausgang des Änderungszählers 22 ist ferner, falls die ser wie beim gezeigten Ausführungsbeispiel mehr als zwei Stellen umfasst, zu einem Eingang des Steuerkreises 18 zu rückgeführt, ebenfalls die Ausgänge des Seriell/Parallelum setzers 36 und des Geschwindigkeitsspeichers 46. Aus den so übermittelten Daten kann der Steuerkreis 18 die Schwere auftretender Störfälle analysieren und entsprechende Infor mation auf einer Diagnoseleitung 56 bereitstellen. In Ab hängigkeit von dem auf der Diagnoseleitung 56 stehenden Signal kann die nachgeschaltete Steuerung oder der nachge schaltete Rechner dann entscheiden, ob er unter Verwendung der zuletzt noch übermittelten Meßsignale noch eine be schränkte Zeit weiterarbeiten kann oder ob ein Nothalt durchgeführt werden muß.

In Fig. 2 ist mit 58 ein Fühler bezeichnet, der ein dem Momentanwert einer zu erfassenden physikalischen Größe ent sprechendes digitales Meßsignal im Binär-Code und in seri eller Darstellung bereitstellt. Der Fühler ist über eine Übertragungsleitung 60 mit einem großen Schieberegister 62 verbunden, welches zwei aufeinanderfolgende Meßsignal datenworte aufnehmen kann. Das Schieberegister 62 wird von einem Steuerkreis 64 her mit derselben Frequenz getaktet, mit welcher der Fühler 58 die einzelnen Bits der Meßsignal- Datenworte bereitstellt.

Die jeweils zu Ende eines Einlesezyklus vollständig im Schieberegister 62 stehenden beiden aufeinanderfolgenden Meßsignal-Datenworte werden hintereinandergesetzt und ge meinsam zur Adressierung eines Änderungsspeichers 66 ver wendet. Beim hier betrachteten Ausführungsbeispiel (Meßsig nal-Datenworte haben 8 Bit) wird der Änderungsspeicher 66 durch 16 Bit lange Adressen adressiert und hat 2¹⁶ Spei cherzellen zu jeweils einem Bit. In den einzelnen 1-Bit- Speicherzellen steht jeweils eine "1", wenn sich die beiden die Gesamtadresse der Speicherzelle ergebenden Teiladressen (= Meßsignal-Datenworte) um nicht mehr als einen vorgege benen Schwellwert unterscheiden, welcher der Differenz ent spricht, die im üblichen Betrieb zwischen aufeinanderfol genden Meßsignal-Datenworten auf Grund der normalen Ände rungsgeschwindigkeit der zu überwachenden physikalischen Größe erhalten wird. Durch Umprogrammieren des Änderungs speichers 66 kann man offensichtlich leicht den Schwellwert auf "2", "3" oder eine andere ganze Zahl setzen.

Das Auslesen des Änderungsspeichers 66 erfolgt getaktet durch den Steuerkreis 64 jeweils dann, wenn ein neues voll ständiges Meßsignal-Datenwort in das Schieberegister 62 eingelesen worden ist. Unterscheidet sich dieses neue Meß signal-Datenwort um nicht mehr als den vorgegebenen Schwell wert vom vorhergehenden Meßsignal-Datenwort, so erhält man am Ausgang 2 ⁰ des Änderungsspeichers 66 eine "1"; wird der Schwellwert überschritten, ist das entsprechende Ausgangs signal des Änderungsspeichers 66 "0". Dieses Ausgangssignal wird über einen Inverter 67 auf einer Störmeldeleitung 68 für eine nachfolgende Datenverarbeitungseinrichtung bereit gestellt.

Durch das am Ausgang 2 ⁰ des Änderungsspeichers 66 erhalte ne Signal wird ferner die eine Eingangsklemme eines UND- Gliedes 70 beaufschlagt. Dessen zweite Eingangsklemme er hält über einen Verzögerungskreis 72 das zu Ende eines Ein lesezyklus vom Steuerkreis 64 bereitgestellte Taktsignal.

Der Ausgang des UND-Gliedes 70 ist mit der Taktklemme eines Speichers 74 verbunden, der aus der vorderen Hälfte des Schieberegisters 62 das jeweils neu eingelesene Meßsignal- Datenwort in Paralleldarstellung übernimmt und dann für einen weiteren Einlesezyklus auf einer Datenausgangsleitung 76 bereitstellt.

Wird festgestellt, daß sich das neue Signal-Datenwort un zulässig stark vom vorhergehenden Meßsignal-Datenwort un terscheidet, so erhält man zum Ende des Einlesezyklus kein Ausgangssignal des UND-Gliedes 70, da aus dem Änderungs speicher 66 eine "0" ausgelesen wird. Damit übernimmt der Speicher 74 dieses Meßsignal-Datenwort nicht vom Schiebe register 62, sein Inhalt bleibt unverändert, und auf der Datenausgangsleitung 76 wird das zuletzt für ordnungsgemäß befundene Meßsignal-Datenwort weiterhin bereitgestellt.

Bei dem weiter abgewandelten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die grundlegenen Bauelemente, die obenstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 schon erläutert wurden, wieder mit denselben Bezugszeichen versehen. Der Änderungsspeicher 66 ist nunmehr aber so aufgebaut, daß er 2¹⁶ Worte zu jeweils 3 Bits aufweist. In diesen Speicherzellen ist je weils die Differenz zwischen den beiden Teiladressen abge legt, sofern diese Differenz "0", "1" oder "2" beträgt. Sämtliche größeren Differenzen werden gleichermaßen durch die Zahl "3" dargestellt. Im Bit 2² ist das Vorzeichen der Differenz abgelegt, also die Richtung der Änderung.

An die Ausgangsklemmen 2⁰ und 2¹ des Änderungsspeichers 66 sind die beiden Eingänge eines NAND-Gliedes 78 angeschlos sen, dessen Ausgang mit dem einen Eingang des UND-Gliedes 70 verbunden ist. Über den Inverter 67 wird auf der Stör meldeleitung 68 wieder ein unzulässig großen Unterschied zwischen aufeinander folgenden Meßsignal-Datenworten anzei gendes Störmeldesignal bereitgestellt, welches in einer nachgeschalteten Datenverarbeitungseinrichtung weiterver arbeitet werden kann.

Das Bit 2² des jeweils adressierten Wortes des Änderungs speichers wird auf einer Leitung 77 ausgegeben.

An die Datenausgangsleitung 76 ist ein Digital/Analog-Wand ler 79 angeschlossen, so daß auf einer weiteren Ausgangslei tung 81 ein dem momentanen Wert der überwachten Meßgröße zugeordnetes Analogsignal steht. Damit kann der Fühler 58 zusammen mit der nachgeschalteten Elektronik insgesamt ei nen analogen Fühler ersetzen, wobei aber eine störungsfreie, hochauflösende Signalübertragung auch über eine lange Über tragungsleitung 60 gewährleistet ist.

Man erkennt, daß man durch Erweiterung des Änderungs speichers 66 auf Worte mit vier und mehr Bit und entspre chende Vergrößerung des NAND-Gliedes 78 die Schaltung leicht auch auf Schwellwerte von der Größe "3" und mehr erweitern kann.

Zusätzlich enthält die in Fig. 3 gezeigte Schaltung ähn lich wie die Schaltung nach Fig. 1 einen Schaltungsteil zur Ableitung eines Geschwindigkeitssignales aus den auf einanderfolgenden Meßsignal-Datenworten.

Für mittlere und kleine Geschwindigkeiten wird das Signal am 2⁰-Ausgang des Änderungsspeichers 66 über einen Inver ter 80 auf die eine Eingangsklemme eines UND-Gliedes 82 gegeben, welches an seinem zweiten Eingang die vom Steuer kreis 64 jeweils zu Ende eines Einlesezyklus erzeugten Takt impulse erhält. Der Ausgang des UND-Gliedes 82 ist mit der Zählklemme C des analog in Fig. 1 schon gezeigten Geschwin digkeitszählers 40 verbunden.

Der Ausgang des Geschwindigkeitszählers 40 ist wiederum mit dem Adreßspeicher 44 verbunden, allerdings derart, daß eines der Adreßbits nicht belegt wird. Der Geschwindig keitszähler 40 kann somit nur einen Teilbereich des Ge schwindigkeitsspeichers 46 adressieren, in welchem die Ge schwindigkeitswerte für kleine und mittlere Geschwindig keiten ähnlich abgelegt sind wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 weiter oben im einzelnen beschrieben.

Die nicht mit dem Geschwindigkeitszähler 46 verbundene, freie Adreßklemme des Adreßspeichers 44 ist direkt mit dem Signal am 2¹-Ausgang des Änderungsspeichers 66 beaufschlagt, und nachdem dieses Signal über ein ODER-Glied 84 auch zum Rücksetzen des Geschwindigkeitszählers 40 verwendet wird, wird dann, wenn man zwischen zwei aufeinanderfolgenden Meß signal-Datenworten den Unterschied "2" erhält, genau eine Speicherzelle des Geschwindigkeitsspeichers 46 angesprochen, in welcher der entsprechende Geschwindigkeitswert (das Dop pelte des für den Stand "1" des Geschwindigkeitszählers 40 erhaltenen Geschwindigkeitswertes) abgelegt ist.

Damit der Geschwindigkeitszähler 46 auch dann zurückge stellt wird, wenn am Ausgang des Änderungsspeichers 66 die Zahl "1" erhalten wird, wird dieses Signal über einen Ver zögerungskreis 86 und das ODER-Glied 84 ebenfalls auf die Rückstellklemme des Geschwindigkeitszählers 40 gegeben.

Zum Aktivieren des Adreßspeichers 44 werden die an den Aus gängen 2⁰ und 2¹ des Änderungsspeichers 66 erhaltenen Signale durch ein ODER-Glied 88 zusammengefasst. Dessen Ausgangssignal gelangt auf die eine Eingangsklemme eines UND-Gliedes 90, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des NAND-Gliedes 78 erhalten wird. Damit können die Ausgangs signale am Änderungsspeicher 66 den Adreßspeicher 44 nur dann aktivieren, wenn keine Störbedingungen vorliegen. Der Ausgang des UND-Gliedes 90 ist über einen Verzögerungskreis 92 mit der Aktivierungsklemme des Adreßspeichers 44 verbun den.

An den Ausgang des Geschwindigkeitsspeichers 46 ist ein weiterer Digital/Analog-Wandler 94 angeschlossen, welcher so ein der zeitlichen Änderung der Meßgröße zugeordnetes Analogsignal auf einer weiteren Ausgangsleitung 96 bereit stellt. Damit kann der Fühler 58 zusammen mit der nachge schalteten Elektronik auch einen analogen Geschwindigkeits fühler direkt ersetzten, allerdings mit dem zusätzlichen Vorteil einer störungsunanfälligen Signalübermittlung auch bei großer Länge der Übertragungsleitung 60.

Auch die in Fig. 3 gezeigte Schaltungsvariante prüft die aufeinanderfolgenden Meßsignal-Datenworte auf unzulässig große Änderung innerhalb eines Einlesezyklus hin, was als Anzeichen für ein fehlerhaftes Arbeiten entweder des Füh lers 58 selbst oder der Übertragungsleitung 60 genommen werden kann. Zusätzlich stellen die zur Fehlererkennung verwendeten Schaltkreise einen Teil einer Schaltung zum Ableiten eines Geschwindigkeitssignales aus den aufeinan derfolgenden Meßsignal-Datenworten dar.

Auch die Schaltungen nach den Fig. 2 und 3 lassen sich unter geringem Aufwand aus gängigen Bausteinen aufbauen; bei ihnen erhält man zwar erst jeweils zu Ende eines Ein lesezyklus eine Information über das Vorliegen oder Nicht vorliegen von Störbedingungen, dafür kann man den noch to lerierbaren Unterschied zwischen aufeinanderfolgenden Meß signal-Datenworten leichter variieren und so unterschied lichen Fühlertypen und unterschiedlichen Einsatzbedingungen ohne Eingriff im Fühler selbst Rechnung tragen.

Es versteht sich, daß die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2 und 3 gleichermaßen auch zusammen mit Fühlern Verwendung finden können, welche Gray-kodierte Ausgangs signale bereitstellen. In diesem Falle braucht man nur die Programmierung des Änderungsspeichers 66 sinngemäß abzuwan deln.

Claims

1. Einrichtung zur Messung einer physikalischen Größe, mit einem auf die physikalische Größe ansprechenden Fühler, der dem Meßwert zugeordnete digitale Meßsignal- Datenworte erzeugt, und mit einer durch eine Übertragungs leitung mit dem Fühler verbundenen Auswerteschaltung, wel che einen Meßsignalspeicher und einen diesem zugeordneten Einlesesteuerkreis aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Grund-Arbeitsfrequenz des Fühlers (10; 58) und des Ein lesesteuerkreises (18; 64) bezogen auf die unter normalen Arbeitsbedingungen zu erwartende maximale Änderungsgeschwin digkeit der physikalischen Größe so gewählt ist, daß die Pegeländerung der Meßsignal-Datenworte in aufeinanderfol genden Einlesezyklen nicht größer ist als ein vorgegebener Schwellwert; und daß ein Detektorkreis (14, 20, 22; 62, 66) vorgesehen ist, welcher die Pegeländerung der Meßsignal- Datenworte in aufeinanderfolgenden Einlesezyklen ermittelt und ein Störmeldesignal bereitstellt (28; 68), wenn diese Pegeländerung größer ist als der vorgegebene Schwellwert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grund-Arbeitsfrequenz des Fühlers (10; 58) und des Einlesesteuerkreises (18; 64) so gewählt ist, daß der vorgegebene Schwellwert einer ganzen Zahl 1, 2, 3, . . ., entspricht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei chnet, daß die ganze Zahl die Zahl "1" ist und das Meßsignal in an sich bekannter Weise im Gray-Code dar gestellt ist; und daß der Detektorkreis aufweist: ein Schie beregister (14), dessen aktive Länge gleich der Anzahl ein Meßsignal-Datenwort darstellender aufeinanderfolgender Bits ist, wobei dieses Schieberegister (14) mit der Datenüber tragungs-Frequenz getaktet wird, ein exklusives ODER-Glied (20), welches mit dem Eingang und dem Ausgang des Schiebe registers (14) verbunden ist, und einen mindestens zwei stelligen binären Änderungszähler (22), der mit dem Ausgang des exklusiven ODER-Gliedes (20) verbunden ist und dessen der Zahl 21 entsprechende Ausgangsklemme das Störmelde signal bereitstellt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Zahl 2¹ entsprechende Ausgangsklemme des Änderungszählers (22) mit der Setzklemme einer bista bilen Kippschaltung (24) verbunden ist, deren "1" Ausgang das Störmeldesignal bereitstellt.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schieberegister (14) bezüglich sei ner effektiven Arbeitslänge programmierbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Meßsignal-Datenwort in an sich be kannter Weise als BCD-Zahl dargestellt wird und daß der Detektorkreis aufweist: Speicher (62) für zwei aufein anderfolgende Meßsignal-Datenworte und einen durch die zu sammengesetzten Inhalte beider Speicher (62) adressierten Änderungsspeicher (66), dessen Speicherzellen jeweils eines von mindestens zwei unterschiedlichen Bitmustern enthalten, von denen eines nicht tolerierbaren Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Meßsignal-Datenworten entspricht, wo bei vorzugsweise eines der Speicherzellenbits das Vorzei chen der Differenz enthält.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Speicher durch ein großes Schiebere gister (62) gebildet sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch ge kennzeichnet, daß die 2⁰-Ausgangsklemme des Ände rungszählers (22) bzw. des Speicherzellen mit minde stens zwei Bit aufweisenden Änderungsspeichers (66) mit der Rückstellklemme eines Geschwindigkeitszählers (40) ver bunden sind, dessen Zählklemme mit der Arbeitsfrequenz mit Impulsen beaufschlagt wird und dessen Inhalt über einen mit der Arbeitsfrequenz getakteten Adressierkreis (44) zur Adres sierung eines Geschwindigkeitsspeichers (46) verwendet wird, in dessen Speicherzellen zum Stand des Geschwindigkeitszäh lers (40) umgekehrt proportionale Geschwindigkeitssignal- Datenworte abgelegt sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die 2¹-Ausgangsklemme und/oder höheren Zweier potenzen entsprechende Ausgangsklemmen des Änderungs speichers (66) direkt mit freien Adreßklemmen des Adressier kreises (44) verbunden sind, vorzugsweise auch auf die Rück stellklemme des Geschwindigkeitszählers (40) arbeiten.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, gekennzeich net durch Ausgabetorschaltungen (52, 54; 70, 90), wel che das Ausgeben eines neuen Meßsignal-Datenwortes und/oder eines hieraus abgeleiteten Geschwindigkeitssignal- Datenwortes bei Vorliegen eines Störmeldesignales verhin dern.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch ge kennzeichnet, daß die digitalen Ausgangssignale für den Ist-Wert der Meßgröße und/oder für den Ist-Wert der Änderung der Meßgröße auf Digital/Analog-Wandler (79, 94) gegeben werden, welche entsprechende Analogsignale auf Ausgangsleitungen (81, 96) bereitstellen.