DE3743847A1 - Process data capture and processing system - Google Patents
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Abstract
Description
Zur meßtechnischen Erfassung einer Vielzahl von physikalischen Größen eines Prozesses werden häufig rechnergesteuerte Prozeßmeßdatenerfassungs- und -verarbeitungssysteme eingesetzt, welche Ausgangssignale von Aufnehmern, die der Erfassung der physikalischen Größen und deren Umsetzung in äquivalente elektrische Größen dienen, in rechnerkompatible Zahlenwerte umsetzen und diese entsprechend verarbeiten.For the metrological acquisition of a large number of physical quantities of a Process are often computer-controlled process measurement data acquisition and -Processing systems used, which output signals from transducers, the the acquisition of the physical quantities and their conversion into equivalents electrical quantities are used, converted into computer-compatible numerical values and these process accordingly.
Neben Systemen mit zentraler Verarbeitung der erfaßten Daten und über Multiplexern und Analog/Digitalwandlern angeschlossenen Aufnehmern haben sich seit einziger Zeit Systeme durchgesetzt, die auf der Meßdatenerfassungsseite (Sensorseite) modular (Meßmodule) und auf der Verarbeitungsseite hierarchisch aufgebaut sind, durchgesetzt. Die Aufnehmer sind hierbei Bestandteil der Meß module (Sensoren), die bereits Mikrorechner zur Vorverarbeitung von Daten enthalten. Jeweils mehrere Meßmodule sind über ein Bussystem mit einem Verar beitungs- und Steuerrechner (Zentralrechner) verbunden, der den Ablauf eines Meßprogramms steuert und die vorverarbeiteten Daten weiterverarbeitet.In addition to systems with central processing of the recorded data and over Multiplexers and analog / digital converters connected to the transducers systems on the measurement data acquisition side have only been enforced for a while (Sensor side) modular (measuring modules) and hierarchical on the processing side are established, enforced. The transducers are part of the measurement modules (sensors) that already have microcomputers for preprocessing data contain. Several measuring modules are each connected to a processor via a bus system processing and control computer (central computer) connected to the process of a Controls the measuring program and processes the preprocessed data.
Bei größeren Prozessen oder Prozessen, die eine größere räumliche Ausdehnung aufweisen, werden die Meßmodule jeweils zu Gruppen zusammengefaßt und über gruppeneigene Bussysteme jeweils an ihnen zugeordnete, eigene Zentralrechner angeschlossen. Diese wiederum sind über ein eigenes (meist serielles) Bussy stem mit einem Koordinationsrechner (Leit- oder Hostrechner) und u. U. mit einander verbunden. Derartige hierarchisch gestufte Rechnersysteme und Pro zeßdatenerfassungssysteme sind beispielsweise dem Buch "Rembold, U./Armbruster, K./Ülsmann: Interfacetechnolgie für Prozeß- und Mikrorechner, 1981, Oldenburg-Verlag", zu entnehmen.For larger processes or processes that have a larger spatial expansion have, the measuring modules are each combined into groups and over group-specific bus systems each assigned to their own central computer connected. These in turn have their own (mostly serial) bus stem with a coordination computer (control or host computer) and possibly with connected to each other. Such hierarchically tiered computer systems and Pro ZEßdatenerfassungssysteme are for example the book "Rembold, U./Armbruster, K./Ülsmann: Interface technology for process and microcomputers, 1981, Oldenburg-Verlag ", to be found.
Bisher verwendete Bussysteme weisen jedoch häufig relativ niedrige Datenraten sowie eine Datenverarbeitungsstruktur auf, welche eine Echtzeitverarbeitung von Daten lediglich bei langsamen physikalischen Prozessen zuließ. Für schnellere Prozesse mußten bei den Sensoren dagegen Rechner höherer Lei stungsfähigkeit eingesetzt werden oder es mußte mit unflexibler Hardware gearbeitet werden, wodurch die Anpaßgenauigkeit des Meßdatenerfassungssystems an die meßtechnische Aufgabe beschränkt und verlangsamt wurde. Nicht zuletzt wirkt sich dies auf die Kostenstruktur des Gesamtsystems aus.However, bus systems used to date often have relatively low data rates as well as a data processing structure which real-time processing of data only allowed with slow physical processes. For For the sensors, on the other hand, faster processes had to have computers with higher lei or it had to be used with inflexible hardware be worked, whereby the adaptability of the measurement data acquisition system the metrological task was limited and slowed down. Not least does this affect the cost structure of the overall system.
Die Inflexibilität derartiger bekannter Prozeßmeßdatenerfassungssysteme setzt sich noch weiter bis in die Kalibrierung derartiger Sensoren fest. So ist es bei bekannten Systemen üblich, bei Ausfall eines einzigen Meßkanals auf Re servesysteme auszuweichen oder die gesamte Anlage vor Ort neu kalibrieren zu müssen; letzteres ist unvermeidbar mit einem Stillstand der gesamten Anlage verbunden.The inflexibility of such known process measurement data acquisition systems sets even further down to the calibration of such sensors. That's the way it is Common in known systems, in the event of failure of a single measuring channel on Re serves to evade systems or to recalibrate the entire system on site have to; the latter is unavoidable when the entire system comes to a standstill tied together.
In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt, Kalibrierdaten eines Sensors in dessen Verarbeitungseinheit bzw. einem hierzu gehörenden Speicher zur Korrek tur der erfaßten Meßwerte abzulegen. Bei der Kalibrierung werden hierbei die alten Daten stets überschrieben, um die neuen zur Korrektur zur Verfügung zu stellen. Um eine Kontrolle für das Langzeitverhalten eines Aufnehmers zu ha ben, müssen zusätzliche Datenbestände geführt werden, (z. B. in Form von Listen), in denen die Kalibrier-"Geschichte" des Wandlers festgehalten ist.In this context, it is already known to transfer calibration data of a sensor in its processing unit or a memory belonging to it for correcting the structure of the recorded measured values. During the calibration, the old data are always overwritten so that the new data is available for correction place. To have a control for the long-term behavior of a transducer additional databases must be kept (e.g. in the form of Lists) in which the calibration "history" of the transducer is recorded.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Prozeßmeßdatenerfassungs- und -verarbeitungssystem zu schaffen, welches einfach und kostengünstig aufgebaut und hochgradig flexibel ist, geringe Rüstzeiten aufweist und einen hohen Datendurchsatz gewährleistet.The invention is based on the object of a process measurement data acquisition and -Processing system to create, which is simple and inexpensive to build and is highly flexible, has short set-up times and a high Data throughput guaranteed.
Die Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 sowie der unabhängigen Nebenansprüche gelöst. Weitere, die Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.The task is through the characterizing features of claim 1 and the independent ancillary claims solved. Further, the invention in more advantageous Features that design wisely are contained in the subclaims.
Die Vorteile der Erfindung sind in erster Linie darin zu sehen, daß ein Pro zeßmeßdatenerfassungs- und -verarbeitungssystem geschaffen wurde, das schnell und einfacher konfigurierbar (an unterschiedliche Meßaufgaben anpaßbar) ist, einen hohen Datendurchsatz gewährleistet und kostengünstig erstellbar und unterhaltbar ist. The advantages of the invention are primarily to be seen in the fact that a Pro measuring data acquisition and processing system was created that quickly and is easier to configure (adaptable to different measuring tasks), a high data throughput guaranteed and inexpensive to create and is entertaining.
Das System weist geringe Rüstzeiten auf und gewährleistet aufgrund seiner guten Kalibriereigenschaften minimale Stillstandszeiten. Es ermöglicht eine Kalibrierhistorie in den Sensoren (Meßmodulen) zu speichern, so daß insbesondere eine Trendanalyse des Alterungsverhaltens eines Aufnehmers durchgeführt und auf einen möglicherweise notwendig werdenden Austausch hingewiesen werden kann. Das hierzu verwendete rechnergesteuerte Kalibriersystem erlaubt einen weitgehend automatisierten Kalibrierablauf.The system has short set-up times and guarantees due to its good calibration properties minimal downtime. It enables one To save the calibration history in the sensors (measuring modules) so that especially a trend analysis of the aging behavior of a transducer carried out and for an exchange that may become necessary can be pointed out. The computer-controlled one used for this purpose The calibration system allows a largely automated calibration process.
Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Beispielen nä her erläutert. Es zeigtThe invention will be illustrated by the examples shown in the drawings explained here. It shows
Fig. 1 ein Prozeßmeßdatenerfassungs- und -verarbeitungssystem, Fig. 1 is a Prozeßmeßdatenerfassungs- and processing system,
Fig. 2 einen mechanischen Aufbau des Systems, Fig. 2 shows a mechanical structure of the system,
Fig. 3 ein Meßmodul nach dem Stand der Technik, Fig. 3 shows a measuring module according to the prior art,
Fig. 4 ein Meßmodul nach der Erfindung, Fig. 4 shows a measuring module according to the invention,
Fig. 5 ein Meßmodul nach Fig. 4, jedoch mit erweiterten Verarbeitungs-, Konfigurier- und Kalibriermöglichkeiten, Fig. 5 shows a measuring module according to Fig. 4, however, with advanced processing, configuration and calibration
Fig. 6 ein Ausgabe-Meßmodul, Fig. 6 is an output measurement module,
Fig. 7 einen Zentralrechner, Fig. 7 shows a central computer,
Fig. 8 einen Zentralrechner nach Fig. 6, jedoch mit einer erweiterten Funktions- und Verarbeitungskapazität, Fig. 8 is a central computer of FIG. 6, but with an extended function and processing capacity,
Fig. 9 ein Flußdiagramm eines Hauptprogramms für einen Zentralrechner, Fig. 9 is a flowchart of a main program for a central computer,
Fig. 10 ein Flußdiagramm nach Fig. 9, jedoch für ein Unterprogramm zur Modulinitialisierung, Fig. 10 is a flowchart of FIG. 9, but for a subroutine for module initialization
Fig. 11 ein Flußdiagramm nach Fig. 10, jedoch für eine Meßwerterfassungs routine, 11 is a flowchart of FIG. 10, but routine. For a measurement value capturing,
Fig. 12 ein Kalibriersystem. Figure 12 shows a calibration system.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Prozeßmeßdatenerfassungs- und-verarbeitungssystem zur Erfassung mehrerer physikalischer Prozeßgrößen mp.ÿ (i = 1, 2, . . . l; j = 1, 2 . . ., k) eines in Teilprozesse 2. i unterteilten, physikalischen Prozesses. Die physi kalischen Prozeßgrößen mp.ÿ werden jeweils über Sensoren (Meßmodule) 3. ÿ erfaßt und vorverarbeitet als Datenworte über Bausysteme mb.i (Meßbus) an Zentralrechner 4. i übertragen oder von diesem abgefragt. In Fig. 1, 1 is a process measurement data acquisition and processing system for the acquisition of several physical process variables mp.ÿ (i = 1, 2, ... L; j = 1, 2 ..., K) one in sub-processes 2. i subdivided, physical process. The physical process variables mp.ÿ are each recorded via sensors (measuring modules) 3. ÿ and preprocessed as data words via Bausysteme mb.i (measuring bus) to the central computer 4. i or are queried by this.
Die Zentralrechner 4. i dienen hierbei der Verarbeitung, Verdichtung und Spei cherung der als Datenworte von den Meßmodulen 3. ÿ umgesetzten Prozeßgrößen mp.ÿ, sowie der Steuerung bzw. dem Laden von Steuerprogrammen in die Meßmodule 3. ÿ und zum Koordinieren des Datenverkehrs auf den Meßbussen mb.i. Schließlich können die Zentralrechner 4. i noch über ein serielles Bussystem 5 untereinander und/oder mit einem Koordinationsrechner (Hostrechner) 6 verbunden sein, der der Koordination der Aufgaben des Prozeßmeßdatenerfassungs- und -verarbeitungssystems 1 sowie der Datenein- und -ausgabe und der Massenspeicherung von Daten und Programmen dient (auf die Darstellung dieser Peripheriebausteine wurde aus Übersichtlichkeitsgründen verzichtet).The central computer 4, i in this case serve assurance processing, compression and SpeI of mp.ÿ as data words of the measuring modules 3. ÿ unreacted process variables, as well as the controller or the loading control programs into the measuring modules 3. Y and for coordinating the data traffic on the measuring buses mb.i. Finally, the central computer 4. i can also be connected to one another and / or to a coordination computer (host computer) 6 via a serial bus system 5 , which coordinates the tasks of the process measurement data acquisition and processing system 1 as well as the data input and output and the mass storage of Data and programs (these I / O modules are not shown for reasons of clarity).
Als Hostrechner kann praktisch jeder Rechner (vom Personalcomputer an auf wärts) verwendet werden, sofern er nur über eine geeignete, standardisierte Schnittstelle, z. B. eine serielle Schnittstelle bzw. HDLC-Schnittstelle usw. verfügt.Practically any computer (from the personal computer to forward), provided that it has a suitable, standardized Interface, e.g. B. a serial interface or HDLC interface, etc. disposes.
Bei physikalischen Prozessen kleinerer räumlicher Ausdehnung oder geringerer Anzahl zu erfassender Prozeßgrößen kann das System 1 auch lediglich aus nur einem Zentralrechner 4.1 und dem ihm zugeordneten Meßmodulen 3.1 j bestehen, wobei die Ein-/Ausgabemedien dann direkt mit dem Zentralrechner 4.1 verbunden sein können; dieses System kann auch als mobiles Meßdatenerfassungssystem für bewegliche Prozesse (beispielsweise für Erprobungsfahrten von Kraftfahrzeugen) eingesetzt werden. Es wird hierzu in einem weiteren unten in Fig. 2 beschriebenen Einschubsystem untergebracht und mit einem Handeingabegerät, ein Display zum Anzeigen von Programmschritten und Meßwerten und einen Massenspeicher für Meßwerte und Meßprogramme mit einer zusätzlichen externen Schnittstelle zum Laden von Meßprogrammen und zum Auslesen von Meßdaten erweitert (nicht gezeigt). Selbstverständlich können von einem Meßmodul 3. ÿ auch mehrere Prozeßgrößen erfaßt werden, sofern diese entsprechend mit mehreren Meßkanälen ausgestattet sind.In physical processes of smaller spatial extent or lesser numbers to be detected process variables, the system 1 also only of one central computer 4.1 and its associated measuring modules 3.1 j exist, wherein the input output devices can be connected then directly with the central computer 4.1 /; this system can also be used as a mobile data acquisition system for moving processes (for example for test drives of motor vehicles). For this purpose, it is accommodated in a further slide-in system described below in Fig. 2 and expanded with a manual input device, a display for displaying program steps and measured values and a mass memory for measured values and measuring programs with an additional external interface for loading measuring programs and reading out measured data ( Not shown). Of course, several process parameters can be detected by a measuring module 3. ÿ, provided that they are equipped respectively with a plurality of measuring channels.
Üblicherweise gelangt bei derartigen Prozeßdatenerfassungssystemen als Meßbus mb ein serielles Bussystem oder der sogenannte IEC-Bus zum Einsatz. Diese Bussysteme sind zwar, insbesondere was den IEC-Bus betrifft, international genormt, sind jedoch relativ unflexibel und erlauben nur geringe Datenüber tragungsraten, so daß ihre Verwendbarkeit auf sogenannte "langsame" Prozesse, z. B. in der chemischen Industrie, eingeschränkt ist. Vorbestimmte Busproto kolle zur Ausbildung des Datenverkehrs schränken die Flexibilität dieser Sy steme weiter ein und erfordern zudem hohe Verarbeitungsleistungen sowie ent sprechende Prozessoren auf den Meßmodulen. Insbesondere für "schnelle" Pro zesse, bei denen viele Meßwerte mit hoher Erfassungsrate meßtechnisch erfaßt werden müssen, sind derartige bekannte Systeme überfordert.In process data acquisition systems of this type, a serial bus system or the so-called IEC bus is usually used as the measuring bus mb. Although these bus systems are internationally standardized, especially as far as the IEC bus is concerned, they are relatively inflexible and only allow low data transmission rates, so that their usability on so-called "slow" processes, e.g. B. in the chemical industry is limited. Predetermined bus protocols for the formation of the data traffic limit the flexibility of these systems and also require high processing power and corresponding processors on the measuring modules. Such known systems are overwhelmed in particular for "fast" processes in which many measured values have to be measured with a high acquisition rate.
Gemäß der Erfindung ist nun das Bussystem mb.i ein erweiterter (Mikro-)Prozessorbus des Zentralrechners 4. i, auf den die Meßmodule 3. ÿ aufschaltbar bzw. aufsteckbar sind, bzw. das die Meßmodule 3. ÿ mit dem Zentralrechner 4. i verbindende Bussystem mb.i wird als standardisierter, paralleler Mikroprozessorbus (SMP-Bus), beispielsweise der Fa. Siemens, und die Meßmodule 3. ÿ und Zentralrechner 4.1 werden mit SMP-kompatiblen Bausteinen aufgebaut. Ein Datenverkehr zwischen Meßmodulen 3. ÿ und Zentralrechner 4. i wird in einem normierten Gleitkommaformat abgewickelt, in das die Meßmodule 3. ÿ die erfaßten, gewandelten und aufbereiteten Meßwerte umsetzt.According to the invention, the bus system mb.i is now an expanded (micro) processor bus of the central computer 4. i , onto which the measuring modules 3. ÿ can be switched or plugged in, or which the measuring modules 3. ÿ with the central computer 4. i connecting bus system mb.i is a standardized, parallel microprocessor bus (SMP bus), for example from Siemens, and the measuring modules 3. ÿ and central computer 4.1 are built with SMP-compatible modules. Data traffic between measuring modules 3. ÿ and central computer 4. i is handled in a standardized floating point format into which the measuring modules 3. ÿ convert the recorded, converted and processed measured values.
Hierdurch ist es möglich, ein Prozeßmeßdatenerfassungs- und -verarbeitungssystem mit weitgehend einheitlichen, einfachen und kostengün stigen Meßmodulen aufzubauen, mit denen eine Meßdatenerfassung mit einer hohen Datenrate durchgeführt werden kann. Die in Gleitkommaformat vorliegenden Daten können im Zentralrechner ferner ohne weitere Datenkonvertierung weiterverar beitet werden.This makes it possible to have a process measurement data acquisition and processing system with largely uniform, simple and inexpensive to build permanent measurement modules with which a measurement data acquisition with a high Data rate can be carried out. The data in floating point format can also be processed in the central computer without any further data conversion be worked on.
Es ergibt sich - neben der hohen Datenerfassungsrate - eine hohe Flexibilität des Gesamtsystems, da die einem Teilprozeß 2. i bzw. einem Zentralrechner 4. i zugeordneten Meßmodule 4. ÿ entsprechend der Meßwertaufgabe beliebig konfigu riert werden können.The result is - besides the high data acquisition rate - high flexibility of the overall system, as a part of process 2. i and a central computer i assigned measuring modules of Meßwertaufgabe can used to tare any confi 4. 4. ÿ accordingly.
Fig. 2 zeigt den meßtechnischen Aufbau eines einem Teilprozeß 2. i zugeordneten Prozeßmeßdatensystems mit einem bekannten Einschubsystem (19′′-System, Rack) 7, aus einem vorzugsweise metallischen Grundrahmen bzw. Gehäuse 8, in das Ein schübe 9 eingesteckt und mit diesem verschraubt werden können (nicht gezeigt). Fig. 2 shows the metrological structure of a partial process 2. i associated process measurement data system with a known slide-in system (19 '' - system, rack) 7 , from a preferably metallic base frame or housing 8 , inserted into the slide 9 and screwed to this can be (not shown).
Im eingesteckten Zustand sind die Einschübe 9 mit Leitungen 10, 11, 12 des SMP-Busses mb und Leitungen 13 einer Stromversorgung 14 verbunden, die eben falls in das Einschubsystem gesteckt wird und über die Leitungen 13 die Ein schübe mit Betriebsstrom versorgt. When plugged in, the drawers 9 are connected to lines 10, 11, 12 of the SMP bus mb and lines 13 of a power supply 14 , which is also plugged into the drawer system and supplied via the lines 13, the drawers with operating current.
Schließlich wird auf den SMP-Bus 10 bis 12 und die Stromversorgungsleitung 13 der Zentralrechner 4.1 und die Meßmodule 3.1 j in beliebiger Konfiguration aufgesteckt; hier beispielsweise zwei Meßmodule zur Erfassung von Drücken 3.11 und 3.12, Meßmodule zur Erfassung von Temperaturen 3.13 bis 3.16, ein Meßmodul zur Erfassung von Digitalsignalen 3.17, ein Meßmodul zur Erfassung der relativen Luftfeutigkeit 3. 18 und ein Meßmodul zur Erfassung von analogen Spannungs- oder Stromsignalen 3.19. Die Maximalanzahl an aufsteckbaren Meßmodulen ist hierbei lediglich durch die maximale Buslänge des SMP-Busses bzw. durch den hiervon beeinflußten Einbauraum der Meßmodule 3.1 j im Einschubsystem begrenzt.Finally, the central computer 4.1 and the measuring modules 3.1 j are plugged into any configuration on the SMP bus 10 to 12 and the power supply line 13; Here, for example, two measuring modules for detecting pressures 3.11 and 3.12 measuring modules for detecting temperatures 3:13 to 3:16, a measuring module for detecting digital signals 3.17 a measuring module for detecting the relative air humidity 3. 18 and a measuring module for the acquisition of analog voltage or current signals 3.19 . The maximum number of measuring modules attachable j is here only by the maximum bus length of SMP bus or by the influence thereof installation space of the measuring modules in the bay 3.1 is limited system.
Durch die weitgehend wahlfreie Bestückbarkeit des Einschubsystems ergibt sich eine gute Flexibilität (d. h. Anpaßbarkeit an die Meßaufgabe) des Systems sowie eine leichte Austauschbarkeit defekter oder ungenauer (zu kalibrierender) Meß einschübe.The largely optional equipping of the slide-in system results good flexibility (i.e. adaptability to the measurement task) of the system and easy interchangeability of defective or imprecise (to be calibrated) measurements inserts.
Der Zentralrechner 4.1 ist ferner noch über nicht gezeigte Verbindungen (serieller Art) mit einem Hostrechner verbindbar.The central computer 4.1 can also be connected to a host computer via connections not shown (serial type).
Der Aufbau der Komponenten des Systems wird nun anhand der nachfolgenden Fi guren erläutert, wobei mittels der Fig. 3 nochmals ein Sensor 15 bekannter Philosophie in Erinnerung gebracht werden soll. Über einen physika lisch/elektrischen Wandler (Aufnehmer) 16 wird die zu messende physikalische Prozeßgröße m in eine äquivalentes, elektrisches Signal me umgesetzt. Dieses wird mittels einer analogen Schaltung 17 verstärkt und gefiltert (Analogsignal ma). Das Analogsignal wird über einen Analog/Digital- (A/D-)Wandler 18 in ein Digitalsignal md umgesetzt, welches von einem Mikrorechner 19 erfaßt und wei terverarbeitet werden kann. The structure of the components of the system will now be explained on the basis of the following Fi gures, with a sensor 15 of known philosophy to be brought into memory again by means of FIG. 3. Via a physical / electrical converter (transducer) 16 , the physical process variable m to be measured is converted into an equivalent electrical signal me . This is amplified and filtered by means of an analog circuit 17 (analog signal ma) . The analog signal is converted via an analog / digital (A / D) converter 18 into a digital signal md , which can be detected by a microcomputer 19 and processed further.
Der Mikrorechner 18 korrigiert das aus dem Digitalsignal abgeleitete Datenwort anhand von in einem internen oder (nicht gezeigt) externen Speicher abgelegten Korrekturwerten für Nichtlinearitäten, Verstärkungs- und Nullpunktfehler der vorgeschalteten Anordnung 16 bis 18 und gibt den so korrigierten Meßwert bei Bedarf oder auf Anforderung über einen Buskoppler 20 auf das Bussystem (z. B. IEC-Bus). Selbstverständlich ist bei einem Sensor zur Erfassung von Digitalsignalen die Analogschalter 17 und den A/D-Wandler 18 gegen eine Signal- bzw. Impulsaufbereitungsschaltung ersetzt zu denken.The microcomputer 18 corrects the data word derived from the digital signal on the basis of correction values stored in an internal or (not shown) external memory for non-linearities, gain and zero point errors of the upstream arrangement 16 to 18 and outputs the corrected measured value if necessary or on request via a Bus coupler 20 on the bus system (e.g. IEC bus). Of course, in the case of a sensor for detecting digital signals, the analog switch 17 and the A / D converter 18 should be replaced by a signal or pulse processing circuit.
In Fig. 4 ist nun ein Meßmodul 3 nach der Erfindung gezeigt. Auf die Darstel lung der Stromversorgung und von Koppelelementen zum Anschließen des Meßmoduls an das SMP-Bussystem wurde aus Übersichtlichkeitsgründen verzichtet. Das Meßmodul 3 umfaßt mehrere physikalisch/elektrische Wandler (Aufnehmer) 21.1 bis 21. n, die die physikalischen Meßgrößen mp. 1 bis mp.n in dazu äquivalente elektische Signale me. 1 bis me.n umsetzen. Zur Speisung der Aufnehmer 21.1 bis 21. n dient ein steuerbares Speisespannungs- bzw. -stromteil 22.In Fig. 4 there is shown a measuring module 3 according to the invention. The representation of the power supply and coupling elements for connecting the measuring module to the SMP bus system has been omitted for reasons of clarity. The measuring module 3 comprises several physical / electrical converters (transducers) 21.1 to 21. n , which the physical measured variables mp. 1 to mp.n in equivalent electrical signals me. 1 to implement me.n. A controllable Speisespannungs- or -stromteil 22 serves to feed the pickup 21.1 to 21. n.
Die elektrischen Signale me. 1 bis me.n werden durch parametrierbare Verstärker 23.1 bis 23. n verstärkt (verstärktes Meßsignal mv. 1 bis mv.n), mittels steuerbaren Filtern 24.1 bis 24. n aufbereitet (gefiltertes Meßsignal mf. 1 bis mf.n) und einem Analogmultiplexer 25 zugeführt. Das Multiplexsignal ma wird erneut mittels eines weiteren parametrierbaren Verstärkers 26 verstärkt (verstärktes Multiplexsignal mav) und mittels eines Abtast-Haltekreises 27 abgetastet (Abtast-Haltesignal mash) und zur Analog-Digitalwandlung (Analog/Digitalsignal md) mittels eines A/D-Wandlers 28 zwischengespeichert. Das Digitalsignal md wird einer Einrichtung 29 zur galvanischen Trennung (über Optokoppler oder Trenntransformatoren), die hiervon ausgehende Meßinformation mi einem Mikrorechner 30 zugeführt, der auch Steuerinformationen sti über die galvanische Trennung 29 auf einen Steuerbus 31 schaltet. Die Steuersignale stb auf dem Steuerbus 31 steuern das Speisespannungs- bzw. Stromteil 22, die Verstärker 32.1 bis 23. n, die Filter 24.1 bis 24. n, den Multiplexer 25, den Verstärker 26, den Abtasthaltekreis 27 und den A/D-Wandler 28. Diese Steuerbarkeit der Elemente 22 bis 28 erlaubt insbesondere einen höchst einheitlichen, weitgehend vom Aufnahmetyp unabhängigen Aufbau der Meßmodule und eine leichte Austauschbarkeit der Aufnehmer 21.1 bis 21. n auch in dem Fall, wo ein Aufnehmer eines Typs oder Herstellers durch einen andern Typ oder Hersteller mit abweichenden Aufnehmerdaten ersetzt werden soll, so daß beispielsweise andere Verstärkungsfaktoren, Nullpunkte, Filterkurven und -einsatzpunkte eingestellt werden müssen.The electrical signals me. 1 to me.n are amplified by parameterizable amplifiers 23.1 to 23. n (amplified measuring signal mv. 1 to mv.n) , processed by means of controllable filters 24.1 to 24. n (filtered measuring signal mf. 1 to mf.n) and an analog multiplexer 25 supplied. The multiplex signal ma is again amplified by means of a further parameterizable amplifier 26 (amplified multiplex signal mav) and sampled by means of a sample-and-hold circuit 27 (sample- and-hold signal mash) and for analog-digital conversion (analog / digital signal md) by means of an A / D converter 28 cached. The digital signal md is a device 29 for galvanic separation (via optocoupler or isolating transformers), the measurement information supplied thereof outgoing mi a microcomputer 30, which also switches control information sti of the electrical isolation 29 on a control bus 31st The control signals stb on the control bus 31 control the supply voltage or current part 22 , the amplifiers 32.1 to 23. n , the filters 24.1 to 24. n , the multiplexer 25 , the amplifier 26 , the sample and hold circuit 27 and the A / D converter 28 . This controllability of the elements 22 to 28 permits in particular a highly uniform, largely independent of the type of recording structure of the measuring modules and an easy interchangeability of the transducers 21.1 to 21. n in the case where a sensor of a type or manufacturer by another type or manufacturer with different transducer data is to be replaced, so that, for example, other gain factors, zero points, filter curves and filter application points must be set.
Der Mikrorechner 30 nimmt die Meßinformation mi auf, setzt sie in (Roh-)Meßdaten um, bereinigt diese von Nichtlinearitäten, Verstärkungs- und Nullpunktfehlern, dynamischen Fehlern, Temperaturgängen usw. (d. h. von Wandlereigenschaften, welche durch die vorgeschaltete Meßanordnung 21 bis 28 bewirkt sind), aufgrund eines in einem Mikrorechner 30 integrierten, nichtflüchtigten Speicherbaustein (EPROM, EEPROM) abgelegten Korrekturdatensatzes, setzt sie in ein einheitliches, normiertes Gleitkommaformat um und speichert sie zum Abruf durch den Zentralrechner 4 in einem ebenfalls im Mikrorechner integrierten Speicherbaustein mit wahlfreiem Zugriff (RAM) zwischen. Die Erfassungsrate der Meßwerte ist im Mikrorechner 30 festgelegt und kann (per Programm) durch den Zentralrechner verändert werden.The microcomputer 30 receives the measurement information MI on, sets it in (raw) measurement data to, adjusted these, etc. (ie conversion characteristics, which are caused by the upstream measuring arrangement 21 to 28 of nonlinearities, gain and zero point errors, dynamic errors, temperature transitions ), based on a non-volatile memory module (EPROM, EEPROM) stored in a microcomputer 30 , converts it into a uniform, standardized floating point format and stores it for retrieval by the central computer 4 in a memory module with random access (RAM) which is also integrated in the microcomputer ) between. The acquisition rate of the measured values is fixed in the microcomputer 30 and can be changed (by program) by the central computer.
Einige Besonderheiten ergeben sich nun durch das verwendete Buskonzept des Meßbusses mb (SMP-Bussystem). Der Mikrorechner ist ein dem Zentralrechner 4 auf dem Bussystem mb untergeordneter Mikrorechner (slave-Prozessor, beispielsweise vom Typ 8742), die Steuerung des Busverkehrs übernimmt daher der Zentralrechner 4.Some special features result from the bus concept used in the measuring bus mb (SMP bus system). The microcomputer is a microcomputer (slave processor, for example of the 8742 type) subordinate to the central computer 4 on the bus system mb ; the central computer 4 therefore takes over the control of the bus traffic.
Zur Abfrage von Meßwerten bzw. zur Eingabe von Steuerprogrammen spricht der Zentralrechner 4 das Meßmodul bzw. den Mikrorechner 30 - wie einen üblichen Peripheriebaustein - über eine Adresse an, die er hierzu auf den Adreßbus a des Meßbusses mb legt. Mittels eines sogenannten PAL-Baustein 32 (programmable aray logic) und eines Verdrahtungsfelds 33 (Wrap-Field) wird die Adresse dekodiert und der entsprechende Datenverkehr zwischen dem Mikrorechner 30 und dem Zentralrechner 4 auf dem Datenbus d angestoßen. Zur freien Einstellbarkeit der Meßmoduladresse innerhalb eines Meßmoduladreßraumes dient neben dem Verdrahtungsfeld 33 ein Kodierschalterfeld 34.To query measured values or to enter control programs, the central computer 4 addresses the measuring module or the microcomputer 30 - like a conventional peripheral module - via an address which it places on the address bus a of the measuring bus mb for this purpose. The address is decoded by means of a so-called PAL module 32 (programmable array logic) and a wiring field 33 (wrap field) and the corresponding data traffic between the microcomputer 30 and the central computer 4 is initiated on the data bus d. Next to the wiring board 33, a Kodierschalterfeld 34 serves to free adjustability of the Meßmoduladresse within a Meßmoduladreßraumes.
Es kann somit ein sehr einfacher und kostengünstiger Mikrorechner 30 einge setzt werden, der durch seine Aufgabe (Steuerung des Meßmoduls, Korrektur der Wandlungseigenschaften, Datenumsetzung) vernünftig ausgelastet ist. Der Daten verkehr ist sehr einfach und die normierten (Gleitkomma-)Daten erlaufen eine leichte Weiterverarbeitung im Zentralrechner.A very simple and inexpensive microcomputer 30 can thus be used, which is reasonably utilized by its task (control of the measuring module, correction of the conversion properties, data conversion). The data traffic is very simple and the normalized (floating point) data are easily processed in the central computer.
Die Erfassung der Meßwerte geschieht zu festen, durch das Steuerprogramm festgelegten Zyklen, wobei die zum Abruf durch den Zentralrechner 4 bereitzu stellenden Daten in einem bestimmten Speicherbereich im Mikrorechner 30 abge legt werden; alte Meßdaten werden hierbei überschrieben.The acquisition of the measured values takes place at fixed, defined by the control program cycles, the data to be made available for retrieval by the central computer 4 are stored in a certain memory area in the microcomputer 30; old measurement data are overwritten.
Fig. 5 schließlich zeigt ein Meßmodul 3′ mit einer höheren Verarbeitungs leistung (bzw. mit einem höheren Adreß-Datenraum) und einer größeren Flexibi lität bei der Parametrierung (Programmierung) der Meßaufgabe, so daß bereits - falls dies erforderlich ist - eine Vorverarbeitung oder Vorverdichtung der aufgenommenen, umgesetzten, von Wandlungseigenschaften bereinigten und in das normierte Gleitkommaformat umgesetzten Meßinformation stattfinden kann. Inso fern ist die vorgeschaltete eigentliche Meßanordnung aus den Bausteinen 21 bis 28 identisch mit dem Meßmodul 3 nach Fig. 4. Ebenso kann eine Einrichtung zur Potentialtrennung (an gleicher Stelle wie in Fig. 4) eingesetzt sein, die je doch aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen wurde. Fig. 5 finally shows a measuring module 3 ' with a higher processing power (or with a higher address data space) and greater flexibility in the parameterization (programming) of the measuring task, so that - if necessary - preprocessing or Pre-compression of the recorded, converted, corrected of conversion properties and converted into the normalized floating point format measurement information can take place. In this respect, the upstream actual measuring arrangement from the modules 21 to 28 is identical to the measuring module 3 according to FIG. 4. Likewise, a device for potential separation (at the same point as in FIG. 4) can be used, which has been omitted for reasons of clarity.
Die Steuerung der Bausteine 21 bis 28 und die Meßdatenverarbeitung wird nun auf zwei Mikrorechner aufgeteilt, wobei der Steuerbus stb von einem Steuer rechner 35 (beispielsweise von Typ VPI 452) vorgenommen wird. Der Steuerrechner 35 erhält Steuerinformationen und -programme über eine serielle Schnittstelle sbsV von einem Verarbeitungsrechner 36, beispielsweise vom Typ 8096; dieser erhält das Digitalsignal und mit der Meßinformation vom A/D-Wandler 28 über einen Seriell-/Parallel-Wandler 37, welcher hierzu über einen parallelen Verarbeitungsbus vb, 38 (Verarbeitungdatenbus vd, Verarbeitungssteuerbus vs, Verarbeitungsadreßbus va) mit dem Verarbeitungsrechner 36 verbunden ist.The control of the modules 21 to 28 and the measurement data processing is now divided between two microcomputers, the control bus stb being carried out by a control computer 35 (for example of the VPI 452 type). The control computer 35 receives control information and programs via a serial interface sbsV from a host computer 36 , for example of the 8096 type; This receives the digital signal and the measurement information from the A / D converter 28 via a serial / parallel converter 37 , which for this purpose is connected to the host computer 36 via a parallel processing bus vb , 38 (processing data bus vd , processing control bus vs , processing address bus va) .
Über den Verarbeitungsbus vb, 38 kann der Verarbeitungsrechner ferner auf ei nen flüchtigen Speicherbaustein mit wahlfreiem Zugriff RAM 39, von dem wenig stens ein Teil batteriegepuffert ist (nicht gezeigt), und einem nichtflüch tigen Nur-Lese-Speicherbaustein 40 (ROM, EPROM, EEPROM . . ) zugreifen. Via the processing bus vb , 38 , the host computer can also access a volatile memory module with random access RAM 39 , at least part of which is battery-backed (not shown), and a non-volatile read-only memory module 40 (ROM, EPROM, EEPROM ..) access.
Die Ankoppelung des Meßmoduls 3′ bzw. des Verarbeitungsprozessors 36 (über den Verarbeitungsbus vb, 38) an den Meßbus mb erfolgt nun auf besondere Weise:The coupling of the measuring module 3 ' or the processing processor 36 (via the processing bus vb , 38 ) to the measuring bus mb now takes place in a special way:
- - Zwischen Verarbeitungsdatenbus vb und Datenbus d des Meßbusses mb ist ein sogenannter DUAL-PORT-RAM-Baustein 41 angeordnet, von dem ein Auslesen bzw. in den ein Einlesen von Daten sowohl vom Verarbeitungsbus vb als auch vom Meßbus mb aus völlig unabhängig voneinander möglich ist; der Baustein 41 dient daher als Datenpuffern;- Between the processing data bus vb and data bus d of the measuring bus mb there is a so-called DUAL-PORT RAM module 41 , from which data can be read out or read in from both the processing bus vb and the measuring bus mb , completely independently of one another ; the block 41 therefore serves as a data buffer;
- - Steuerinformation wird von beiden Seiten (Verarbeitungssteuerbus vs und Steuerbus s) über ein Verdrahtungsfeld 42 und einen PAL-Baustein 43 ausgetauscht; vom Verdrahtungsfeld 42 aus wird auch der DUAL-PORT-RAM-Baustein 41 angesteuert.Control information is exchanged from both sides (processing control bus vs and control bus s) via a wiring field 42 and a PAL module 43 ; the DUAL-PORT-RAM module 41 is also controlled from the wiring field 42.
- - Der Verarbeitungsrechner 36 kann Adressen auf den Adreßbus des Meßbusses mb direkt aufschalten.The host computer 36 can switch addresses directly onto the address bus of the measuring bus mb.
- - Die Adressierung des DUAL-PORT-RAM-Bausteins 41 erfolgt vom Verarbeitungsbus vb aus direkt, vom Meßbus mb aus, wie beim Meßmodul 3 über einen PAL-Baustein 44 und ein Verdrahtungsfeld 45; die Einstellung der Adressen erfolgt über ein Kodierschalterfeld 46 und das Verdrahtungsfeld 45.The addressing of the DUAL-PORT-RAM module 41 takes place directly from the processing bus vb , from the measuring bus mb , as in the case of the measuring module 3, via a PAL module 44 and a wiring field 45 ; the addresses are set via a coding switch field 46 and the wiring field 45 .
Durch die Einführung des DUAL-PORT-RAM-Bausteins 41 ist es möglich, auch grö ßere Datensätze zwischenzuspeichern, so daß auch "ältere" Meßinformation nicht verlorengeht, wenn der Zentralrechner gerade beschäftigt ist und seinen Ab fragezyklus nicht einhalten kann.By introducing the DUAL-PORT RAM module 41 , it is possible to temporarily store larger data sets so that "older" measurement information is not lost when the central computer is busy and cannot comply with its query cycle.
Als weitere Besonderheit weist der Verarbeitungsrechner 36 eine serielle Schnittstelle 47 (serieller Bus sb) auf, welche im Meßmoduleinschub von der Vorderseite aus kontaktierbar ist. Über diesen seriellen Bus sb ist das Meß modul 3′ jederzeit - zusätzlich zu der Konfigurierbarkeit über den Meßbus mb und dem Zentralrechner 4 - konfigurierbar, d. h., mit Meßprogrammen ladbar und/oder kalibrierbar, oder es kann eine Datenverbindung zu anderen Modulen, Rechnern etc. zum Datenaustausch geschaffen werden.As a further special feature, the host computer 36 has a serial interface 47 (serial bus sb) , which can be contacted from the front in the measuring module insert. Via this serial bus sb the measuring module 3 ' can be configured at any time - in addition to being configurable via the measuring bus mb and the central computer 4 - that is, it can be loaded and / or calibrated with measuring programs, or a data connection to other modules, computers, etc. be created for data exchange.
Es sei abschließend bemerkt, daß auf die Darstellung weiterer, zum Betrieb der Komponenten des Meßmoduls 3′ benötigter Bausteine wie Taktgeber, Koppelbau steine zum Meßbus mb usw. aus Gründen der besseren Übersicht verzichtet wurde. Diese sind dem Fachmann ohnehin bekannt. In conclusion, it should be noted that the representation of other, for the operation of the components of the measuring module 3 ' required blocks such as clock, Koppelbau stones to the measuring bus mb , etc. has been omitted for the sake of clarity. These are already known to the person skilled in the art.
Das Meßmodul 3′ kann ferner noch mit einem Signalprozessor ausgestattet bzw. um einen solchen erweitert werden, welcher eine Meßdatenerfassung und -vorverarbeitung mit noch höherer Datenrate zur Meßdatenerfassung bei besonders zeitkritischen Prozessen, wie z. B. Crashtests im Automobilbau, erlaubt; der Signalprozessor kann entweder wenigstens einen der beiden Rechner 35, 36 ersetzen (und selbst auf den Meßbus aufgeschaltet sein) oder diese ergänzen.The measuring module 3 ' can also be equipped with a signal processor or expanded by one, which a measurement data acquisition and preprocessing with an even higher data rate for data acquisition in particularly time-critical processes such. B. Crash tests in automotive engineering, allowed; the signal processor can either replace at least one of the two computers 35, 36 (and itself be connected to the measuring bus) or supplement it.
Zu den Meßmodulen ist abschließend zu bemerken, daß die physika lisch/elektrischen Wandler auch außerhalb der Meßeinschübe angeordnet, d. h., von diesen abgesetzt sein können und mit diesen über Lichtleiter oder elek tische Leitungen verbunden sein können.Concerning the measurement modules, it should be noted that the physika Lisch / electrical converter also arranged outside of the measuring units, d. H., can be separated from these and with these via fiber optics or elec table lines can be connected.
In Fig. 6 ist als Beispiel für ein Ausgabe-Meßmodul 3′′ ein digitales Ein-/Ausgabemodul gezeigt, welches in gleicher Weise wie die Meßmodule 4, 4′ auf den Meßbus mb (innerhalb des Einschubsystems 7 nach Fig. 2) aufgesteckt werden kann. Das Ausgabe-Meßmodul 3′′ dieser Art kann beispielsweise zum Ansteuern digital arbeitender Stellglieder, wie z. B. Elektromagnetventile bzw. zur Erfassung von Rückmeldesignalen verwendet werden.In Fig. 6 is shown as an example of an output measuring module 3 '' a digital input / output module, which are plugged in the same way as the measuring modules 4, 4 ' on the measuring bus mb (within the plug-in system 7 of FIG. 2) can. The output measuring module 3 '' of this type can be used, for example, to control digital actuators such. B. solenoid valves or to detect feedback signals can be used.
Ein Ein-Chip-Mikrorechner (Slave-Prozessor, beispielsweise von Typ 8742) ist, wie beim Meßmodul 3 direkt mit dem Datenbus d und mit dem Steuerbus s und dem Adreßbus a über ein Verdrahtungsfeld 49 verbunden. Zur Dekodierung der den Datenverkehr von/zum Zentralrechner 4 anstoßeneden Adresse dient ein an den Adreßbus a und an ein zum Einstellen der Ausgabemoduladresse dienendes Kodierschalterfeld 15 angeschlossener PAL-Bausten 51.A one-chip microcomputer (slave processor, for example of the 8742 type) is connected directly to the data bus d and to the control bus s and the address bus a via a wiring field 49 , as in the case of the measuring module 3 . A connected to the address bus A and to a serving for setting the output module address Kodierschalterfeld 15 PAL Bausten 51 serves to decode the data traffic to / from the host computer 4 abutting Eden address.
Über einen bidirektionalen Port 52 ist ein Porterweiterungsbaustein 53 vom Typ 8243 angeschlossen, der über einen ersten Port 54 und einen zweiten Port 55 jeweils bis zu 8 Ausgänge oder Eingänge in beliebiger Konfiguration bedienen kann. Diese Ausgänge werden mittels eines ersten Treiberbausteins 56 und eines zweiten Treiberbausteins 57 vom Typ 29828 verstärkt und über einen ersten und zweiten Baustein zur galvanischen Trennung 58, 59 mit Optokopplern 60, 61 oder Relais 62, 63 auf erste und zweite Steckbuchsen 64, 65 zum Anschluß der Stellglieder und Rückmelder (nicht gezeigt) geschaltet. Die Eingangssignale gelangen von den Steckbuchsen 64, 65 über Optokoppler 66, 67 direkt auf den Porterweiterungsbaustein 53.A port expansion module 53 of the type 8243 is connected via a bidirectional port 52 and can serve up to 8 outputs or inputs in any configuration via a first port 54 and a second port 55. These outputs are amplified by means of a first driver module 56 and a second driver module 57 of type 29828 and via a first and second module for galvanic isolation 58, 59 with optocouplers 60, 61 or relays 62, 63 to first and second sockets 64, 65 for connection the actuators and feedback (not shown) switched. The input signals pass from the sockets 64, 65 via optocouplers 66, 67 directly to the port expansion module 53 .
Das Ausgabe-Meßmodul 3′′ kann selbstverständlich auch analoger Bauart sein (nicht gezeigt). Es umfaßt dann im wesentlichen dieselben Elemente wie ein Meßmodul 3, nur daß der Ausgabesignalweg in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen und anstatt des Analog-/Digitalwandlers ein Digital-/Analogwandler eingesetzt ist und der Abtasthaltebaustein 27 und evtl. der Multiplexer 25 entfallen können.The output measuring module 3 '' can of course also be of an analog type (not shown). It then comprises essentially the same elements as a measuring module 3 , except that the output signal path runs in reverse order and a digital / analog converter is used instead of the analog / digital converter and the sample and hold module 27 and possibly the multiplexer 25 can be omitted.
Das Ausgabe-Meßmodul 3′′ wird wie die Meßmodule 3, 3′ über eine Ausgabe-Meßmoduladresse (Adreßbus a) vom Zentralrechner 4 angesprochen und kann Ausgangssignale aufgrund von über den Datenbus d eingelesenen Informationen erzeugen (bspw. Ein-/Ausschaltsignale, Taktraten usw.), um hiermit prozeßsteuernde Größen direkt oder über elektro-physikalische Wandler zu beeinflussen. Das Prozeßmeßdatenerfassungs- und -verarbeitungssystem kann auf diese Weise im Extremfall bis zum Prozeßsteuer- und -regelsystem ausgebaut werden.The output measuring module 3 '' , like the measuring modules 3, 3 ', is addressed by the central computer 4 via an output measuring module address (address bus a) and can generate output signals based on information read in via the data bus d (e.g. on / off signals, clock rates, etc.) .) in order to influence process-controlling variables directly or via electro-physical converters. The process measurement data acquisition and processing system can be expanded in this way in extreme cases up to the process control and regulation system.
Der Datenverkehr auf dem Datenbus d läuft auch hier wieder im normierten Gleitkommaformat ab, sofern es sich nicht nur um rein digitale Stellbefehle handelt. Der Mikrorechner 48 kann die elektro-physikalischen Wandler derart ansteuern, daß deren statische und dynamische Wandlungseigenschaften ausgeglichen werden. Im Falle analoger Ausgabe-Meßmodule können diese auch einen Meßwertaufnahmeteil wie die Meßmodule 3, 3′ aufweisen und mit Regelkreisen versehen sein.The data traffic on the data bus d runs here again in the standardized floating point format, provided that it is not just purely digital control commands. The microcomputer 48 can control the electro-physical converters in such a way that their static and dynamic conversion properties are balanced. In the case of analog output measuring modules, these can also have a measured value recording part such as the measuring modules 3, 3 ' and be provided with control loops.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für einen Zentralrechner 4, der den Datenverkehr auf dem Meßbus steuert, die von den Meßmodulen 3, 3′ eingeholten Meßwerte (Datenworte in normiertem Gleitkommaformat) weiter verarbeitet, zwischenspeichert und über das serielle Bussystem sbh, 5 dem Hostrechner 6 bzw. einem Ausgabemedium zur Verfügung stellt. Ebenso werden vom Zentralrechner 4 aus die Meßeinschübe konfiguriert, d. h., mit Meßprogrammen geladen und die Ausgabe-Meßmodule 3′′ angesteuert. Der Zentralrechner 4 umfaßt einen Mikroprozessor 68 vom Typ 8031, 8051, 8751 oder 80186, der mit dem Steuerbus des Meßbusses mb direkt (Ein/Ausgang 69) verbunden ist und auch einen Teil des Adreßbraums des Meßbusses mb direkt abdeckt (Ein/Ausgang 70). Der übrige Adreß- und Datenverkehr wird über einen Ein-/Ausgang 71 des Mikroprozessors 68 abgewickelt, wobei der Adreßverkehr über ein Speicher-Flip-Flop 72, beispielsweise vom Typ 74LS373, mit dem Adreßbus a des Meßbusses mb stattfindet und der Datenverkehr über einen Bustreiber 73 (74LS245) mit dem Datenbus d des Meßbusses mb. Der Meßbus mb ist somit der erweiterte Mikroprozessorbus des Mikroprozessors 68 (SMP-Baustein). Als Speicherbausteine dienen ein flüchtiger Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 74 und ein programmierbarer, nichtflüchtiger (EPROM) oder batteriegepufferter, flüchtiger Baustein 75 mit wahlfreiem Zugriff (RAM), die mit ihrer Steuer- und Adreßleitung direkt auf den Meßbus mb und mit den Datenleitungen am Ausgang 71 des Mikroprozessors 68 liegen. Fig. 7 shows an example of a host computer 4 which controls the traffic on the Meßbus that of the measuring modules 3, 3 'collected measured values (data words in normalized floating point format) processed further, caches and sbh via the serial bus system 5 to the host computer 6 or an output medium. Likewise, the measuring modules are configured by the central computer 4 , that is, loaded with measuring programs and the output measuring modules 3 '' controlled. The central computer 4 comprises a microprocessor 68 of the type 8031, 8051, 8751 or 80186, which is directly connected to the control bus of the measuring bus mb (input / output 69 ) and also directly covers part of the address space of the measuring bus mb (input / output 70 ). . The remaining address and data traffic is handled via an input / output 71 of the microprocessor 68 , the address traffic taking place via a memory flip-flop 72 , for example of the 74LS373 type, with the address bus a of the measuring bus mb and the data traffic via a bus driver 73 (74LS245) with the data bus d of the measuring bus mb . The measuring bus mb is thus the expanded microprocessor bus of the microprocessor 68 (SMP module). A volatile memory with random access (RAM) 74 and a programmable, non-volatile (EPROM) or battery-buffered, volatile module 75 with random access (RAM), which with their control and address line directly to the measuring bus mb and to the data lines, serve as memory modules are at the output 71 of the microprocessor 68 .
Ein Zentralrechner 4′ mit erweiterter Verarbeitungskapazität bzw. erweitertem Adreß-/Datenraum zeigt Fig. 8. Er umfaßt einen Mikroprozessor 76 vom Typ 80186, der mit seinem Steuerein-/Ausgang 77 über einen Bustreiberbaustein 78 vom Typ 82188 am Steuerbus des Meßbusses mb liegt und mit einem parallelen Ein-/Ausgang 79 über einen Bus-Sender/Empfänger-Baustein 80 (für 16 Bit Daten werden jeweils 2 verwendet) vom Typ 74LS645 an den Datenbus d und über Speicher-Flip-Flops 81 vom Typ 74LS 373 an den Adreßbus a gelegt werden kann, wobei auch hier wieder das interne Bussystem sbi des Zentralrechners 4′ (in terner Steuerbus si, interner Datenbus di und interner Adreßbus ai) über Puf ferbausteine 82, 83 vom Typ 74LS 240/244 bzw. Bus-Sender-/Empfängerbausteine 84 vom Meßbus mb (erweiterter Mikroprozessorbus) entkoppelt sind.A central computer 4 ' with extended processing capacity or extended address / data space is shown in FIG. 8. It comprises a microprocessor 76 of the type 80186, which is located with its control input / output 77 via a bus driver module 78 of the type 82188 on the control bus of the measuring bus mb and with a parallel input / output 79 via a bus transmitter / receiver module 80 (2 are used for 16 bit data) of type 74LS645 to data bus d and via memory flip-flops 81 of type 74LS 373 to the address bus a can be placed, with the internal bus system sbi of the central computer 4 ' (in internal control bus si , internal data bus di and internal address bus ai) via buffer modules 82, 83 of the type 74LS 240/244 or bus transmitter / Receiver modules 84 are decoupled from the measuring bus mb (extended microprocessor bus).
Ein mathematischer Kompressor 85 vom Typ 8087 ist zur Beschleunigung von Be rechnungsvorgängen mit dem Ausgang 79 des Mikroprozessors 76 und mit dem in ternen Steuerbus si verbunden. Schließlich sind an das interne Bussystem sbi noch Speicherbausteine 86 (RAM) bzw. 87 (ROM, PROM, EPROM, EEPROM, batteriegepuffertes RAM), sowie ein serieller Datenkommunikationsbaustein 88, beispielsweise vom Typ 8274 zum Datenverkehr über ein serielles Bussystem sbh′ (5) mit dem Hostrechner 6 angeschlossen. Anstatt des Kommunikationsprozessors 88 oder zusätzlich zu diesem kann auch ein HDLC-Prozessor für einen schnelleren, seriellen Datenverkehr zum Hostrechner 6 über Lichtleiter an den internen Datenbus angeschlossen sein.A mathematical compressor 85 of the 8087 type is connected to the output 79 of the microprocessor 76 and to the internal control bus si to accelerate calculation processes. Finally, memory modules 86 (RAM) or 87 (ROM, PROM, EPROM, EEPROM, battery-buffered RAM), as well as a serial data communication module 88 , for example of type 8274 for data traffic via a serial bus system sbh ' ( 5 ), are attached to the internal bus system sbi. connected to the host computer 6 . Instead of the communication processor 88 or in addition to it, an HDLC processor can also be connected to the internal data bus via optical fibers for faster, serial data traffic to the host computer 6.
In Fig. 8 ist ein Hauptprogramm für einen Zentralrechner 4, 4′ beschrieben. Nach einem Systemstart oder einem Reset 89 erfolgt eine Initialisierung 90 des Mikrorechners 68, 76 des Zentralrechners 4, 4′ (Rücksetzen des Rechners in einem definierten Grundzustand). Es wird eine sogenannte "Grenzwertdatei" initialisiert, 91; hierbei handelt es sich um ein nicht näher beschriebenes Programmteil zur Überwachung von Grenzwerten einzelner analoger und/oder digitaler Prozeßgrößen oder von Funktionen mehrerer Prozeßgrößen. Überschreiten Prozeßgrößen oder Funktionen ihre Grenzwerte, so setzt der Zentralrechner 44 einen schnellen Interrupt zum Hostrechner ab, welcher daraufhin entsprechende Maßnahmen einleitet.In Fig. 8, a main program for a central computer 4, 4 'is described. After a system start or a reset 89 , an initialization 90 of the microcomputer 68, 76 of the central computer 4, 4 'takes place (resetting of the computer in a defined basic state). A so-called "limit value file" is initialized, 91 ; this is a program part, not described in detail, for monitoring limit values of individual analog and / or digital process variables or of functions of several process variables. If process variables or functions exceed their limit values, the central computer 44 sends a rapid interrupt to the host computer, which then initiates appropriate measures.
Anschließend werden die Meßmodule zurückgesetzt, 92 und ein erstes Unterprogramm 93 zur Meßmodulinitialisierung aufgerufen, das später noch anhand der Fig. 10 näher erläutert wird. Nach Passieren einer Marke A wird ein zweites Unterprogramm 94 mit einer Meßwerterfassungsroutine durchlaufen und abgefragt, 95, ob ein Parametrierkommando vom Hostrechner 6 vorliegt; wenn die Abfrage 95 positiv ist, wird ein neues Meßwerterfassungsprogramm vom Hostrechner 6 zum Zentralrechner 4, 4′ übertragen, worauf der Zentralrechner 4, 4′ die Meßmodule 3, 3′ und Ausgabe-Meßmodule 3′′ nur parametriert, d. h., mit Meßprogrammen oder Steuerprogrammen lädt; dies geschieht mittels einer Unterprogramms "Parametrier-Routine" 96, das nicht näher spezifiziert zu werden braucht. Abschließend wird, ebenso wie bei negativer Abfrage 95 zur Marke A zurückverzweigt.The measuring modules are then reset, 92 and a first subroutine 93 for measuring module initialization called, which will be explained in more detail later with reference to FIG. After a mark A has been passed , a second subroutine 94 is run through with a measured value acquisition routine and it is queried 95 whether a parameterization command from the host computer 6 is present; If the query 95 is positive, a new data acquisition program is transferred from the host computer 6 to the central computer 4, 4 ' , whereupon the central computer 4, 4', the measuring modules 3, 3 ' and output measuring modules 3'' only parameterized, that is, with measuring programs or Control programs loads; this is done by means of a subroutine "parameterization routine" 96 , which does not need to be specified in more detail. Finally, as in the case of a negative query 95, a branch is made back to label A.
Das erste Unterprogramm 93 "Modulinitialisierung" ist in Fig. 10 gezeigt. Nach dem Programmstart 97 wird zunächst eine (Meß-)Moduladresse auf den untersten Wert eines Moduladreßbereichs gesetzt, 98, und nach Passieren einer Marke B die Meßmodule 3, 3′, und Ausgabe-Meßmodule 3′′ mittels einer Programmschleife initialisiert, indem ein Initialisierungskommando und die aktuelle Moduladresse auf den Meßbus aufgeschaltet wird, 99 und bis zum Überschreiten des Meßmoduladreßbereichs (Abfrage 100) die Meßmoduladresse jeweils um 1 erhöht, 101 und zur Marke B zurückgekehrt. The first subroutine 93 “module initialization” is shown in FIG . After program start 97 , a (measuring) module address is first set to the lowest value of a module address range, 98 , and after passing a mark B the measuring modules 3, 3 ' , and output measuring modules 3''are initialized by means of a program loop by an initialization command and the current module address is switched to the measuring bus, 99 and the measuring module address is increased by 1 until the measuring module address range is exceeded (query 100 ), 101 and the label B returned.
Anschließend wird die Moduladresse wieder auf den untersten Wert des Moduladreßbereichs gelegt, 102 und nach Passieren einer Marke C ein Modulstatus abgefragt, 103. Dies bedeutet, es wird abgefragt, ob ein Meßmodul 3, 3′ oder Ausgabe-Meßmodul 3′′ auf den Meßbus mb aufgesteckt ist, dessen Moduladresse (mittels des Kodierschalterfelds 34, 46, 50 eingestellt) mit der ausgegebenen Moduladresse übereinstimmt; dies geschieht, indem die aktuelle Modulardresse und eine Statusabfrage auf den Meßbus aufgeschaltet werden.The module address is then set back to the lowest value of the module address range, 102 and, after passing a mark C, a module status is queried 103 . This means that it is queried whether a measuring module 3, 3 ' or output measuring module 3''is plugged onto the measuring bus mb whose module address (set by means of the coding switch field 34, 46, 50 ) matches the output module address; this is done by connecting the current modular address and a status query to the measuring bus.
Ist kein Meßmodul mit dieser Adresse gesteckt, so wird zu einer Marke D weiterverzweigt; ist dagegen die Abfrage 103 positiov, so fordert der Zentralrechner 4, 4′ vom Meßmodul 3, 3′ oder Ausgabe-Modul 3′′ ein Moduldatum an, das eine Anzahl Meßkanäle (d. h., wieviel Meßeingänge beaufschlagt sind) oder Ausgabekanäle angibt, 104. Anschließend wird Moduladresse und Kanalanzahl in einer Kanaltabelle angelegt, 105, und nach Passieren der Marke D die Moduladresse um 1 erhöht, 106 und abgefragt, 107, ob der Moduladreßbereich bereits überschritten ist; wenn nein, wird zur Marke C zurückverzweigt, wenn ja, das Unterprogramm beendet, 108 und ins aufrufende Programm zurückgekehrt.If no measuring module with this address is plugged in, a branch is made to a label D ; on the other hand , if query 103 is positive, the central computer 4, 4 ' requests a module data from the measuring module 3, 3' or output module 3 '' , which specifies a number of measuring channels (ie how many measuring inputs are applied) or output channels, 104 . The module address and number of channels are then created in a channel table, 105 , and after the mark D has been passed, the module address is increased by 1, 106 and you are asked 107 whether the module address range has already been exceeded; If not, the program branches back to label C , if so, the subroutine is terminated, 108 and a return is made to the calling program.
Fig. 11 schließlich zeigt das zweite Unterprogramm 94 der Meßerfassungs routine. Nach dem Programmstart 109 werden zunächst Zählindices U und V zu Null gesetzt (unterster Wert der Kanaltabelle, wobei unter U die Moduladresse und unter V die Kanalanzahl abgelegt ist), 110. Nach Passieren einer Marke E wird die Moduladresse auf den zu U korrespondierenden Kanaltabellenwert gesetzt, 111. Anschließend wird abgefragt, 112, ob die Moduladresse außerhalb des Meßmoduladreßbereichs (hier beispielsweise zwischen 0 und 255) liegt; wenn ja, ist kein Meßmodul adressiert und es wird über eine Marke F zum Programmende 113 verzweigt, wenn nein, wird die Kanalanzahl auf den zu V korrespondierenden Kanaltabellenwert gesetzt, 114. Finally, FIG. 11 shows the second subroutine 94 of the measurement acquisition routine. After the program start 109 , first count indices U and V are set to zero (lowest value of the channel table, where the module address is stored under U and the number of channels under V ), 110 . After passing a label E , the module address is set to the channel table value corresponding to U , 111 . It is then queried 112 whether the module address is outside the measuring module address range (here, for example, between 0 and 255); if yes, no measuring module is addressed and the program branches to the end of the program 113 via a label F ; if no, the number of channels is set to the channel table value corresponding to V , 114 .
Nach Passieren einer Marke G wird abgefragt, ob die Kanalanzahl gleich Null ist, 115 (das gesteckte Meßmodul wird nicht zur Messung benötigt); ist dies der Fall, so werden die Indices U, V jeweils um 1 erhöht, 116 und zur Marke E zurückverzweigt, ist dies nicht der Fall, wird die Moduladresse und ein Kommando "Meßwert lesen" auf den Meßbus ausgegeben, 117 und ein sogenannter "Time-Out-Zähler" gestartet, 118.After passing a mark G , it is queried whether the number of channels is equal to zero, 115 (the plugged-in measuring module is not required for measurement); if this is the case, the indices U, V are increased by 1, 116 and branched back to label E , if this is not the case, the module address and a command "read measured value" are output on the measuring bus, 117 and a so-called " Time-out counter "started, 118 .
Nach Passieren einer Marke H wird abgefragt, ob der Modulstatus gleich Eins ist, 119; wenn nein, erfolgt eine Abfrage 120, ob der Time-Out-Zähler seinen Endwert erreicht hat. Ist die Abfrage 120 negativ, wird zur Marke H zurückverzweigt, so daß der Zentralrechner 4, 4′ weiter auf eine Modulstatus antwort vom adressierten Meßmodul 3, 3′ warten kann; ist die Abfrage 120 dagegen positiv, so wird ein (nicht näher beschriebenes) Unterprogramm "Fehlerroutine", 121 aufgerufen und über die Marke F zum Programmende 113 fortgeschritten. Das Unterprogramm 121 startet bestimmte Diagnosevorgänge und leitet gegebenenfalls eine Anzeige auf dem Hostrechnersystem ein.After passing a mark H , a query is made as to whether the module status is equal to one, 119 ; if not, there is a query 120 as to whether the time-out counter has reached its end value. If the query 120 is negative, it branches back to the mark H , so that the central computer 4, 4 'can continue to wait for a module status response from the addressed measuring module 3, 3'; If, on the other hand, query 120 is positive, a subroutine “error routine” 121 (not described in more detail) is called and the program progresses to the end of the program 113 via label F. The subroutine 121 starts certain diagnostic processes and, if necessary, initiates a display on the host computer system.
Ist die Abfrage 119 dagegen positiv, so wird ein Datenbyte aus dem Datenspeicher des adressierten Meßmoduls 3, 3′ ausgelesen und im Zentralrechner 4, 4′ abgespeichert, 122. Nachfolgend wird abgefragt, ob bereits ein ganzer zusammengehörender Datensatz (hier: beispielsweise vier Datenbytes pro Meßwert) gelesen wurde, 123; wenn nein, wird zur Marke H zurückverzweigt, wenn ja, die Kanalanzahl um Eins vermindert, 124, und zur Marke G zurückgekehrt, um den (Meßwert-)Datensatz des nächsten Kanals desselben Meßmoduls abzufragen.If, on the other hand, the query 119 is positive, a data byte is read out from the data memory of the addressed measuring module 3, 3 ' and stored in the central computer 4, 4' , 122 . It is then queried whether an entire data record that belongs together (here: for example four data bytes per measured value) has already been read, 123 ; if no, the system branches back to label H , if so, the number of channels is reduced by one, 124 , and a return is made to label G in order to query the (measured value) data record of the next channel of the same measurement module.
Fig. 12 schließlich zeigt ein Kalibriersystem 125 für Meßmodule 3 bzw. 3′. Die wesentlichen Komponenten sind: Fig. 12 finally shows a calibration system 125 for measuring modules 3 and 3 ' . The main components are:
- - ein IEC-Bus-kompatibler Kalibrierrechner 126 zur Steuerung eines Kalibriervorgangs des gesamten Kalibriersystems 125 über einen IEC-Bus 127,- an IEC-bus-compatible calibration computer 126 for controlling a calibration process of the entire calibration system 125 via an IEC-bus 127 ,
- - eine Eingabeeinrichtung 128 und eine Anzeigeeinheit 129 (Bildschirm),an input device 128 and a display unit 129 (screen),
- - eine Kalibrierquelleneinrichtung 130 zur Bereitstellung genau quantifizierter, physikalischer Kalibriergrößen pkg (Eichnormale),a calibration source device 130 for providing precisely quantified, physical calibration variables pkg (calibration standards),
- - ein Klimaschrank 131 zur Temperierung von physikalisch/elektrischen Wandlern (Aufnehmer 21) bzw. zur Feststellung des Temperatureinflusses auf die Meßeinrichtungen,- a climatic cabinet 131 for controlling the temperature of physical / electrical converters ( sensor 21 ) or for determining the influence of temperature on the measuring devices,
- - ein Kalibriereinschubsystem 132,- a calibration slide-in system 132 ,
- - ein Plotter 133 zur Ausgabe von Kalibrierdaten bzw. -kurven und -meßwerten in Toleranzbanddarstellung und ein Plotter 134.a plotter 133 for outputting calibration data or calibration curves and measured values in tolerance band representation and a plotter 134 .
Die Kalibrierquelleneinrichtung 130 ist ebenso wie die weiteren Komponenten 131 bis 134 an den IEC-Bus angeschlossen. Sie weist mehrere elektro-physikalische Wandler 135.1 bis 135. y auf, die auf Eingabe elektrischer Sollwerte (in Form von Daten vom Kalibrierrechner 126) genau definierte und quantifizierte, physikalische Kalibriergrößen pkg. 1 bis pkg.y zur Beaufschlagung der Meßeingänge bzw. der elektrophysikalischen Wandler der Meßmodule 3 bzw. 3′ abgibt. Es handelt sich hierbei beispielsweise um Druckquellen, Temperaturquellen bzw. -senken, Stromquellen, Spannungsquellen usw.The calibration source device 130 , like the other components 131 to 134, is connected to the IEC bus. It has a plurality of electro-physical converters 135.1 to 135. y which, upon input of electrical setpoint values (in the form of data from the calibration computer 126 ), precisely defined and quantified physical calibration variables pkg. 1 to pkg.y to act on the measuring inputs or the electrophysical transducer of the measuring modules 3 and 3 ' emits. These are, for example, pressure sources, temperature sources or sinks, current sources, voltage sources, etc.
Das Kalibriereinschubsystem 132 ist mechanisch vergleichbar aufgebaut wie das Einschubsystem 7 für die Meßmodule des Prozeßmeßdatenerfassungssystem nach Fig. 2. Es weist lediglich neben Leitungen zur Stromversorgung (nicht gezeigt), den Adreßbus a, 136, dem Datenbus d, 137 und dem Steuerbus s, 138 des Meßbusses mb zusätzliche Anschlußleitungen 139 zur Bereitstellung von Programmierspannungen ps für die EPROMS auf dem Mikrorechner 30 des Meßmoduls 3 auf. Das Kalibriereinschubsystem 132 ist ferner noch mit einem Umsetzer 140 zur Umsetzung der IEC-Bus-Signale in SMP-Bus-kompatible Signale ausgestattet sowie mit einem Programmierspannungsgenerator 141 und einem Einkoppelbaustein 142 zum Anschluß der Meßmodule 3 bzw. 3′ an das Kalibriersystem 125.The Kalibriereinschubsystem 132 is constructed mechanically similar as the slide system 7 for measuring modules of Prozeßmeßdatenerfassungssystem according to Fig. 2. It merely next lines for the power supply (not shown), the address bus a, 136, the data bus d, 137 and the control bus s, 138 of the measuring bus mb additional connection lines 139 for providing programming voltages ps for the EPROMS on the microcomputer 30 of the measuring module 3 . The calibration plug-in system 132 is also equipped with a converter 140 for converting the IEC bus signals into SMP bus-compatible signals and with a programming voltage generator 141 and a coupling module 142 for connecting the measuring modules 3 and 3 ' to the calibration system 125 .
Die Meßmodule 3′ benötigen allerdings keine Programmierspannung, da in diesen Meßmodulen die Kalibrierdaten in einem batteriegepufferten RAM abgelegt sind; sie werden zur Kalibrierung bzw. zum Kalibrierdatenaustausch über das serielle Bussystem sb an den Kalibrierrechner 126 angeschlossen.The measuring modules 3 ' , however, do not require any programming voltage, since the calibration data are stored in these measuring modules in a battery-buffered RAM; for calibration or for the exchange of calibration data, they are connected to the calibration computer 126 via the serial bus system sb.
Der modulare Aufbau des Prozeßdatenerfassungssystems und der Aufbau des Kalibriersystems 125 erlaubt es,The modular structure of the process data acquisition system and the structure of the calibration system 125 allow
- - Prozeßdatenerfassungssystem und Kalibriersystem räumlich voneinander zu trennen,- Process data acquisition system and calibration system spatially from one another separate,
- - Meßmodule einzeln zu kalibrieren, d. h., bei einem fehlerhaft messenden oder routinemäßig zu kalibrierenden Meßeinschub muß nicht das ganze Prozeßdatenerfassungssystem stillgelegt und eine Kalibriereinrichtung zum System hingebracht werden, sondern das entsprechende Meßmodul wird aus dem Einschubsystem 7 herausgenommen und im Kalibriersystem neu kalibriert und dann wieder in das Einschubsystem 7 eingesetzt oder durch ein Reservemeßmodul gleichen Typs ersetzt, wobei lediglich im Kodierschalterfeld 34 des Reservemoduls die Adresse des Meßmoduls 3, 3′ entsprechend einzustellen und das Meßmodul vom Zentralrechner 4 aus entsprechend der Meßaufgabe zu konfigurieren ist,- To calibrate measuring modules individually, that is, in the case of an incorrectly measuring or routinely calibrated measuring plug-in unit, the entire process data acquisition system does not have to be shut down and a calibration device must be brought to the system, but the corresponding measuring module is removed from the plug-in system 7 and recalibrated in the calibration system and then re-inserted the plug-in system 7 is used or replaced by a reserve measuring module of the same type, the address of the measuring module 3, 3 ' being set accordingly in the coding switch field 34 of the reserve module and the measuring module being configured from the central computer 4 according to the measuring task,
- - das Prozeßdatenerfassungssystem durch Bereithaltung von Ersatz-Meßmodulen mit minimalen Ausfallzeiten betreiben zu können, wobei für mehrere Meßmodule gleichen Typs lediglich ein Ersatz-Meßmodul benötigt wird.- the process data acquisition system by keeping replacement measuring modules ready to be able to operate with minimal downtime, with for several measuring modules of the same type, only a replacement measuring module is required.
Bei einer Erstkalibrierung läuft ein Kalibriervorgang nun in folgender Weise ab:During an initial calibration, a calibration process now runs in the following way away:
- - Nach Einstecken des Meßmoduls oder der Meßmodule 3, 3′ in das Kalibriereinschubsystem werden die physikalisch-elektrischen Wandler 21 der Meßmodule 3, 3′ mit physikalischen Kalibriergrößen pkg variabler Werte beaufschlagt. Da bei einer Erstkalibrierung noch keine Korrekturdaten im Korrekturdatenspeicherbereich der Meßmodule abgelegt sind, schaltet das Meßmodul unkorrigierte Meßdaten auf den Meßbus auf. Diese unkorrigierten Meßdaten werden im Kalibrierrechner 126 mit Solldaten verglichen.- After inserting the measuring module or the measuring modules 3, 3 ' into the calibration slide-in system, the physical-electrical converters 21 of the measuring modules 3, 3' are acted upon with physical calibration variables pkg of variable values. Since no correction data are stored in the correction data storage area of the measuring modules during an initial calibration, the measuring module transfers uncorrected measuring data to the measuring bus. These uncorrected measurement data are compared with nominal data in the calibration computer 126.
- - In einer zweiten Phase errechnet der Kalibrierrechner Korrekturdaten zum Abgleich der Wandlungseigenschaften aller Komponenten des Meßmoduls, wie z. B. Verstärkungs-, Nullpunktfehler, statische und dynamische Fehler und Nichtlinearitäten, Temperaturgänge usw. und schreibt die Korrekturdaten in den Korrekturdatenspeicherbereich ein.- In a second phase, the calibration computer calculates correction data for Adjustment of the conversion properties of all components of the measuring module, such as B. gain, zero point errors, static and dynamic errors and Non-linearities, temperature responses etc. and writes the correction data in the correction data storage area.
- - In einer dritten Phase werden die physikalischen Wandler 21 der Meßmodule erneut mit Kalibriergrößen variabler Werte beaufschlagt. Das Meßmodul schaltet nun auf den Meßbus mb die erfaßten, korrigierten, in normiertes Gleitkommaformat gewandelten Meßdaten auf. Der Kalibrierrechner vergleicht diese erneut mit Solldaten, so daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Toleranzbands die Kalibrierung gegebenenfalls wiederholt werden kann.In a third phase, the physical transducers 21 of the measuring modules are again acted upon with calibration variables of variable values. The measuring module now switches the recorded, corrected measured data converted into normalized floating point format to the measuring bus mb. The calibration computer compares these again with nominal data so that the calibration can be repeated if necessary if a predetermined tolerance band is exceeded.
Eine Zweit- oder weitere Kalibrierung (Rekalibrierung) läuft folgendermaßen ab: Nach Beaufschlagung der Meßmodule mit den Eichnormalen und dem Vergleich der erfaßten Daten mit den Solldaten wird, sofern diese nicht ausreichend eingehalten werden, eine auf den Anfang eines Datensatzes mit den aktuellen Kalibrierdaten hinweisende Adresse aktualisiert (erhöht). Dieser neue Daten satz ist jedoch nicht vorhanden, so daß das Meßmodul nach Beaufschlagung mit Eichnormalen wieder unkorrigierte Werte abliefern; der weitere Vorgang der Kalibrierung (zweite und dritte Phase) läuft dann wie bei der Erstkalibrierung ab.A second or further calibration (recalibration) runs as follows from: After applying the calibration standards and the comparison to the measuring modules the recorded data with the target data, if this is not sufficient must be respected, one at the beginning of a record with the current Address indicating calibration data updated (increased). This new data sentence is not available, so that the measuring module after exposure return uncorrected values with calibration standards; the further process of Calibration (second and third phase) then runs like the first calibration away.
Das Einschreiben der Korrekturdaten bei der Rekalibrierung in immer neue Speicherbereiche hat gegenüber dem bekannten Überschreiben des alten Korrek turdatensatzes zwei gewichtige Vorteile:Writing the correction data into always new ones during recalibration Memory areas has compared to the known overwriting of the old Korrek turdata set has two major advantages:
- - Zum ersten müssen keine besonderen "Umschaltsignale" zwischen Kalibrierrechner und Meßmodul ausgetauscht werden, da das Meßmodul bei einem fehlenden Korrekturdatensatz in dem von der Anfangsadresse angezeigten Speicherbereich automatisch nicht korrigierte Meßdaten abgibt.- First of all, there are no special "switching signals" between Calibration computer and measuring module are exchanged, since the measuring module in a missing correction data record in the one indicated by the start address Memory area automatically outputs uncorrected measurement data.
- - Zum zweiten können die "alten" Kalibrierdatensätze vom Kalibrierrechner je derzeit ausgelesen und somit das Alterungsverhalten der Aufnehmer (bzw. der Meßanordnung) durch Trendanalyse festgestellt werden. Dieses kann als wich tiges Hilfsmittel für die Ermittlung der Zeitdauer bis zur nächsten Kalibrierung oder für die Entscheidung zum Austausch des Aufnehmers oder eines anderen defekten Teils verwendet oder sogar zur dynamischen Korrektur der Meßwerte herangezogen werden.- Secondly, the "old" calibration data records from the calibration computer can each currently read out and thus the aging behavior of the transducers (or the Measuring arrangement) can be determined by trend analysis. This can be considered wich This is a useful tool for determining the length of time until the next one Calibration or for the decision to exchange the transducer or of another defective part or even for dynamic correction the measured values are used.
- - Zum dritten ist eine separate "Buchführung" über den Werdegang (bzw. die Rekalibrierungen) des Meßmoduls unnötig.- Thirdly, there is a separate "bookkeeping" on the career (or the Recalibrations) of the measuring module are unnecessary.
- - Zum vierten ist ein Löschen von Daten auf dem nichtflüchtigen Speicherbaustein überflüssig. Dies ist insbesondere bei nur lichtlöschbaren Speicherbausteinen von größerem Nutzen, da diese Speicherbausteine nur insgesamt lösbar sind, so daß auch andere wichtige Informationen (z. B. Programme) verloren gehen und jedesmal wieder neu geladen werden müssen.- Fourth, there is a deletion of data on the non-volatile Memory module superfluous. This is particularly the case with only light-erasable ones Memory chips of greater use as these memory chips only are entirely solvable, so that other important information (e.g. Programs) get lost and have to be reloaded each time.
Selbstverständlich können auch Ausgabe-Meßmodule 3′′ kalibriert werden. Hierzu steuert der Kalibrierrechner 126 diese an und nimmt mit Präzisions-Meßgeräten, die ebenfalls an den Kalibrierrechner 126 angeschlossen sind, die Ausgabewerte auf (nicht gezeigt). Der Kalibriervorgang läuft hierbei weitgehend identisch zu den beiden Meßmodulen 3, 3′ ab. Of course, output measuring modules 3 '' can also be calibrated. For this purpose, the calibration computer 126 controls these and records the output values (not shown) with precision measuring devices which are also connected to the calibration computer 126. The calibration process is largely identical to that of the two measuring modules 3, 3 ' .
Es sei abschließend bemerkt, daß die angegebenen Bausteinspezifikationen nur Richtlinien sind. Selbstverständlich können auch andere kompatible Bausteine verwendet werden. Ebenso kann anstatt des SMP-Buskonzepts selbstverständlich auch ein anderes (Mikro-)Prozessor-Buskonzept mit der dazugehörigen Bausteinfamilie verwendet werden.In conclusion, it should be noted that the specified module specifications are only Guidelines are. Of course, other compatible modules can also be used be used. It goes without saying that instead of the SMP bus concept also another (micro) processor bus concept with the associated one Block family can be used.
Claims (25)
- - in einer ersten Phase der Kalibrierung die Meßmodule (3, 3′) und mit Eich normalen oder Kalibriergrößen (pkg.1 bis pkg.y) variabler Werte innerhalb des Meßbereiches des Meßmoduls (3, 3′) beaufschlagt werden, wobei das Meßmodul (3, 3′) aufgrund nicht vorhandener Korrekturdaten, nicht korrigierte, nicht umgesetzte Daten auf das Bussystem (mb) aufschaltet, welche vom Kalibrierrechner (126) mit Solldaten verglichen werden,
- - in einer zweiten Phase der Kalibrierung der Kalibrierrechner (126) Korrekturdaten errechnet und diese zum Einschreiben auf die entsprechenden Speicherzellen des Meßmoduls (3, 3′′) bereitstellt bzw. in diese einschreibt,
- - in einer dritten Phase der Kalibrierung die Meßmodule (3, 3′) und erneut mit Eichnormalen oder Kalibriergrößen (pkg. 1 bis pkg.v) variabler Werte innerhalb des Meßbereichs des Meßmoduls (3, 3′) beaufschlagt werden, wobei das Meßmodul (3, 3′) die erfaßten, aufgrund der neuen Korrekturdaten korrigierten, in das normierte Datenformat umgesetzten Daten auf das Bussystem (mb) aufschaltet, welche vom Kalibrierrechner (126) erneut mit den Solldaten verglichen werden, so daß ein Überschreiten eines vorgegebenen Toleranzbands die Kalibrierung gegebenenfalls wiederholt werden kann.
- - In a first phase of the calibration, the measuring modules ( 3, 3 ' ) and with calibration normal or calibration variables (pkg. 1 to pkg.y) of variable values within the measuring range of the measuring module ( 3, 3' ) are applied, the measuring module ( 3, 3 ′ ) due to non-existent correction data, uncorrected, unconverted data is switched to the bus system (mb) , which is compared with target data by the calibration computer ( 126),
- - In a second calibration phase, the calibration computer ( 126 ) calculates correction data and provides or writes them to the corresponding memory cells of the measuring module ( 3, 3 '') for writing,
- - In a third phase of the calibration, the measuring modules ( 3, 3 ' ) and again with calibration standards or calibration variables (pkg. 1 to pkg.v) of variable values within the measuring range of the measuring module ( 3, 3' ) are applied, the measuring module ( 3, 3 ' ) switches the recorded data, corrected based on the new correction data and converted into the standardized data format, to the bus system (mb) , which are compared again with the target data by the calibration computer ( 126 ), so that if a predetermined tolerance band is exceeded, the calibration can be repeated if necessary.
- - in einer erste Phase die Meßmodule (3, 3′) mit Eichnormalen oder Kalibriergrößen (pgk. 1 bis pkg.y) variabler Werte innerhalb des Meßbereichs des Meßmoduls (3, 3′) beaufschlagt werden, wobei das Meßmodul (3, 3′) die erfaßten, aufgrund der alten Korrekturdaten korrigierten, in das normierte Datenformat umgesetzten Daten auf das Bussystem (mb) aufschaltet, welche vom Kalibrierrechner (126) mit den Solldaten verglichen werden, so daß beim Einhalten des vorgegebenen Toleranzbands die Kalibrierung abgebrochen und bei Überschreiten eines vorgegebenen Toleranzbands der Kalibrierrechner (126) die in den Speicherplatz des nichtflüchtigen Speichers (39) abgelegte, auf den Anfang eine neuen (und noch nicht vorhandenen) Datensatzes mit neuen Kalibrierdaten hinweisende Adresse aktualisiert und das Meßmodul (3, 3′) mit Eichnormalen oder Kalibriergrößen variabler Werte innerhalb des Meßbereichs des Meßmoduls (3, 3′) beaufschlagt, wobei das Meßmodul (3, 3′) aufgrund des nicht vorhandenen Datensatzes nicht korrigierte und nicht umgesetzte Daten auf das Bussystem (mb) aufschaltet, welche vom Kalibrierrechner (126) mit Solldaten verglichen werden,
- - in einer zweiten Phase der Rekalibrierung der Kalibrierrechner (126) Korrekturdaten errechnet und diese zum Einschreiben auf die entsprechenden, neu adressierten Speicherzellen des Meßmoduls (3, 3′) bereitstellt bzw. in diese einschreibt,
- - in einer dritten Phase der Rekalibrierung die Meßmodule (3, 3′) durch den Kalibrierrechner (126) erneut mit Eichnormalen oder Kalibriergrößen (pkg. 1 bis pkg.y) varialber Werte innerhalb des Meßbereichs des Meßmoduls (3, 3′) beaufschlagt werden, wobei das Meßmodul (3, 3′) die erfaßten, aufgrund der neuen Korrekturdaten korrigierten, in das normierte Datenformat umgesetzten Daten auf das Bussystem (mb) aufschaltet, welche vom Kalibrierrechner (126) erneut mit den Solldaten verglichen werden, so daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Toleranzbands die Rekalibrierung gegebenenfalls wiederholt werden kann.
- - In a first phase the measuring modules ( 3, 3 ' ) are acted upon with calibration standards or calibration variables (pgk. 1 to pkg.y) of variable values within the measuring range of the measuring module ( 3, 3' ), the measuring module ( 3, 3 ') ) the recorded data, corrected on the basis of the old correction data and converted into the standardized data format, connects to the bus system (mb) , which are compared by the calibration computer ( 126 ) with the target data, so that the calibration is aborted when the specified tolerance band is adhered to and when a predetermined tolerance band, the calibration computer ( 126 ) updates the address stored in the memory space of the non-volatile memory ( 39 ), pointing to a new (and not yet available) data record with new calibration data, and the measuring module ( 3, 3 ' ) with calibration standards or calibration variables variable values within the measuring range of the measuring module ( 3, 3 ' ) applied, the measuring module ( 3, 3' ) due to the non-existent nths the data record, not corrected and unconverted data is applied to the bus system (mb) , which is compared by the calibration computer ( 126 ) with target data,
- - In a second phase of the recalibration, the calibration computer ( 126 ) calculates correction data and provides or writes them to the corresponding, newly addressed memory cells of the measuring module ( 3, 3 '),
- - In a third phase of recalibration, the measuring modules ( 3, 3 ' ) are again acted upon by the calibration computer (126 ) with calibration standards or calibration variables (pkg. 1 to pkg.y) variable values within the measuring range of the measuring module ( 3, 3' ) , the measuring module ( 3, 3 ' ) activating the recorded data, corrected on the basis of the new correction data and converted into the standardized data format, onto the bus system (mb) , which are compared again with the target data by the calibration computer ( 126) so that when exceeded within a predetermined tolerance band, the recalibration can be repeated if necessary.
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