DE4026533A1

DE4026533A1 - Messwerterfassungssystem fuer intelligente sensoren

Info

Publication number: DE4026533A1
Application number: DE19904026533
Authority: DE
Inventors: Iwo Dipl Ing Kern
Original assignee: Messko Albert Hauser GmbH and Co KG
Current assignee: KERN, IWO, DIPL.-ING., 6390 USINGEN, DE
Priority date: 1990-08-22
Filing date: 1990-08-22
Publication date: 1992-02-27

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßwerterfassungssystem nach dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1.

Auf zahlreichen Gebieten ist es erforderlich, mehrere physikalische Zustände wie Druck und Temperatur zu erfassen und zu verarbeiten. Beispiele hierfür sind die Herstellung chemischer Produkte oder die Qualitätssicherung im Kraftfahrzeugbau.

Um diese Zustände gleichzeitig oder in zeitlich kurzen Abständen nacheinander abfragen zu können, kommen sogenannte intelligente Sensoren zum Einsatz. Diese intelligenten Sensoren weisen in einem Normgehäuse u. a. einen Mikroprozessor, eine Spannungsversorgung, einen A/D-Wandler, Treiberstufen und einen Programmspeicher auf. Der eigentliche Sensor, z. B. ein PTC-Widerstand oder eine Fotozelle, werden nach Bedarf an das Gehäuse angeklemmt. Das von dem eigentlichen Sensor gelieferte Signal ist in der Regel ein analoges Strom- oder Spannungssignal, das die jeweilige physikalische Größe elektrisch abbildet. Mit Hilfe des A/D-Wandlers wird das elektrische Analogsignal digitalisiert, so daß es von einer Zentralstelle aus in digitaler Form abgerufen werden kann. Ein intelligenter Sensor dient nicht nur dazu, eine physikalische Größe für den Abruf in digitaler Form bereitzustellen, sondern er kann auch von einer Zentrale aus selbst beeinflußt werden, beispielsweise indem man an ihm eine Linearisierung oder Störgrößenkompensation vorgenommen wird.

Sind mehrere intelligente Sensoren, aber nur eine Zentralstelle vorgesehen, so können diese intelligenten Sensoren durch einen Umschalter nacheinander mit der Zentralstelle verbunden werden. Die Zentralstelle weiß dann aufgrund der Stellung des Umschalters, welcher intelligente Sensor gerade anliegt und kann über eine elektrische Verbindungsleitung die im Sensor gespeicherte Information abrufen oder Befehle an den Sensor übermitteln. Nachteilig ist hierbei, daß jeder intelligente Sensor mit einer eigenen Informationsleitung versehen werden muß, was einen hohen Verdrahtungsaufwand bedeutet.

Um diesen Verdrahtungsaufwand zu verringern, sind auch bereits sogenannte Bus-Systeme vorgeschlagen worden, bei denen alle intelligenten Sensoren an eine gemeinsame Sammelschiene angeschlossen sind. Die Zentralstelle sendet hierbei Befehle über die Sammelschiene, die von allen intelligenten Sensoren empfangen werden. Der jeweils angesprochene Sensor erkennt, daß er gemeint ist und gibt über die Sammelschiene die gewünschte Information an die Zentralstelle. Nachteilig ist hierbei, daß sich die Sendeleistung der Zentralstelle bzw. die Rückmelde-Sendeleistung eines intelligenten Sensors auf alle intelligenten Sensoren verteilt. Da aus den verschiedensten Gründen die Spannungs- und Stromversorgung der einzelnen intelligenten Sensoren begrenzt wird, reicht dann, wenn sehr viele intelligente Sensoren an eine gemeinsame Sammelschiene angeschlossen sind, die elektrische Energie nicht mehr aus, um die Information an alle intelligenten Sensoren bzw. an die Zentralstelle zu geben. Herkömmliche Meßwerterfassungssysteme sind deshalb in der Regel auf etwa zweiunddreißig intelligente Sensoren beschränkt. Um diesen Nachteil zu beheben, wurden auch schon sogenannte Leistungswiederholer eingesetzt, bei denen es sich im wesentlichen um Sende- und Empfangsverstärker handelt. Diese müssen aber beim Übergang vom Senden auf Empfang oder umgekehrt stets umgeschaltet werden, was einen weiteren Aufwand bedeutet. Außerdem sind aufgrund des Verstärkerrauschens dem Einsatz von Leistungswiederholern enge Grenzen gesetzt.

Bei der erwähnten Zentralstelle, die mit den intelligenten Sensoren kommuniziert, handelt es sich in der Regel um einen Mikrocomputer oder Personalcomputer. Die Vernetzung mehrerer Computer über hierarchische Netze ist, in der Computer-Technik bekannt (R. L. Ashenhurst und R. H. Vonderohe: A Hierarchical Network, Datamation, Vol. 21, Februar 1975, S. 40-44; J. H. Green: Local Area Networks, London 1985, S. 101-102; L. Reiss: Introduction to Local Area Networks with Microcomputer Experiments, New Jersey 1987, S. 35-39; F.-J. Kauffels: Practical LANS Analysed, New York, Brisbane, Toronto 1989, S. 298, 299; J. M. McQuillan: Local Network Architectures, Computer Design, Mai 1979, S. 18-26), spielt jedoch in der Sensor-Technik keine Rolle, weil dort in der Regel ein einziger Computer genügt.

Es ist indessen auch bekannt, einen Computer für die Steuerung industrieller Prozesse einzusetzen, wobei die Endstellen Sensoren und Stellantriebe sind (H. Nussbaumer, J. C. C. Nelson: Computer Communication Systems, Vol. 1, John Wiley & Sons, 1990, S. 5-6). Die Betriebszeit für einen Sensor oder einen Stellantrieb ist hierbei auf sehr kurze Nachrichten beschränkt, d. h. auf wenige Bytes. Man unterscheidet bei diesen bekannten Computersteuerungen zwischen einfachen hierarchischen Systemen und hybriden hierarchischen Systemen. Bei dem einfachen hierarchischen System ist die Informationsverarbeitungskapazität in einem einzigen Computer konzentriert, mit dem die Endstellen entweder direkt über Leitungen oder indirekt über ein Netzwerk verbunden sind. Mit einem solchen System ist es möglich, verschiedene Betriebsweisen mit einem Computer zu realisieren. Bei dem hybriden hierarchischen System werden dagegen mehrere Computer eingesetzt, zu denen jede Endstelle Zugriff hat. Das einfache hierarchische System weist einen Computer und eine mit dem Computer verbundene Schnittstelle auf. Von dieser Schnittstelle geht eine Sammelschiene ab, an die mehrere Endstellen angeschlossen sind. Außerdem kann an die Schnittstelle ein Schalt-Netzwerk angeschlossen werden, das seinerseits zu Endanschlüssen führt. Bei dem Anschluß der Endstellen an die gemeinsame Sammelschiene tritt der bereits oben erwähnte Effekt auf, daß die Anzahl der Endstellen aus Energiegründen beschränkt ist. Dagegen ist die Lösung mit dem Schaltnetzwerk relativ langsam, weil es sich um einen reinen Raum-Multiplex handelt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Meßwerterfassungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das schnell ist und eine praktisch unbegrenzte Zahl von intelligenten Sensoren mit einem Computer kommunizieren lassen kann.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß der Verdrahtungsaufwand für den Anschluß intelligenter Sensoren gering bleibt und die Spannungs- und Stromversorgung der Sensoren auf relativ niedrige Leistungswerte begrenzt werden kann. Gerade bei intelligenten Sensoren, die oft in explosionsgefährdeten Einrichtungen eingesetzt werden, ist es wichtig, daß die elektrische Leistung nicht zu groß wird. Außerdem sollen die intelligenten Sensoren möglichst klein sein, was den Einsatz von voluminösen Kühleinrichtungen verbietet. Mit der Erfindung können die üblichen Treiberstufen für eine Sammelschiene verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Erfindung;

Fig. 2 eine Abwandlung der Prinzipdarstellung gemäß Fig. 1, bei welcher vieradrige Leitungen vorgesehen sind;

Fig. 3 einen Signalflußplan für die Konfiguration der Meßwertaufnehmerebene (genannt Modul 1);

Fig. 4 einen Signalflußplan für Meßwertaufbereitung auf der Meßwertaufnehmerebene (genannt Modul 2);

Fig. 5 einen Signalflußplan für die Kommunikation von der Meßwertaufnehmerebene zu dem Sammelschienenrechner (genannt Modul 3);

Fig. 6 einen Signalflußplan für die Konfiguration der Umschaltlogik auf der Sammelschienenmultiplexer-Ebene (genannt Modul 1);

Fig. 7 einen Signalflußplan für die Synchronisation der Datenübertragung auf der Sammelschienenmultiplexer-Ebene (genannt Modul 2),

Fig. 8 einen Signalflußplan für die Basisdaten-Freigabe und Übertragung der Parameter auf der Ebene des Sammelschienen-Steuerrechners (genannt Modul 1);

Fig. 9 einen Signalflußplan für die Meßwertabfrage und Verarbeitung auf der Ebene des Sammelschienen-Steuerrechners (genannt Modul 2);

Fig. 10 einen Signalflußplan für die Steuerung des Sammelschienen-Multiplexers und Abwicklung der Kommunikation mit den Teilnehmern (genannt Modul 3).

In der Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Meßwerterfassungssystem im Prinzip dargestellt. Als Steuerzentrale dient hierbei ein Computer 1, auf dem sich ein Monitor 2 befindet. Von dem Computer 1 führt eine zweiadrige Leitung 3 auf eine Buskoppel-Einheit 4, der ein Raum-Multiplexer 5 nachgeschaltet ist. Mit Hilfe des Raum-Multiplexers 5 ist es möglich, mehrere Sammelschienen, von denen in der Fig. 1 drei Sammelschienen 6, 7, 8 dargestellt sind, mit der Buskoppel-Einheit 4 und damit mit dem Computer 1 zu verbinden. Der Raum-Multiplexer 5 weist bewegliche Kontakte 9, 10 auf, die mit den Ausgangsleitungen 11, 12 der Buskoppel-Einheit 4 verbunden sind.

Die Sammelschienen 6, 7, 8 weisen jeweils zwei Adern 13, 14; 15, 16; 17, 18 auf, mit denen jeweils mehrere intelligente Sensoren verbunden sind. Die intelligenten Sensoren der Sammelschiene 6 sind mit 19 bis 21 bezeichnet und erhalten die ersten bis N-ten Sensoren IS₁ . . . IS_N, während die intelligenten Sensoren der Sammelschiene 7 bzw. 8 mit 22 bis 24 bzw. 25 bis 27 bezeichnet sind und die N+1-ten bis N+M-ten bzw. N+M+1-ten bis x-ten Sensoren enthalten.

Alle intelligenten Sensoren 19 bis 27 sind mit einer elektrischen Energiequelle 28 verbunden, welche die elektronischen Bauelemente in den intelligenten Sensoren 19 bis 27 mit Strom versorgt.

Soll beispielsweise eine von dem intelligenten Sensor 23 erfaßte Temperatur abgefragt werden, so schaltet der Computer 1 den Raum-Multiplexer 5 auf die Sammelschiene 7. Die Tatsache, daß der intelligente Sensor 23 an der Sammelschiene 7 liegt und nicht etwa an einer anderen Sammelschiene, weiß der Computer 1 aufgrund eines internen Speichers, in dem eine Zuordnungstabelle abgespeichert ist. Die Zuordnungstabelle hat für jeden Sensor die jeweils zugeordneten Daten abgespeichert, z. B. nach folgendem Muster:

Der Computer 1 sendet nun über die zweiadrigen Leitungen 11, 12 bzw. 15, 16 ein serielles bit-Muster aus, das von allen intelligenten Sensoren 22 bis 24 empfangen wird. Die Übertragung kann hierbei synchron oder asynchron erfolgen. Bei der Synchronübertragung werden hohe Übertragungsgeschwindigkeiten von 500 kB/s bis 2,4 MB/s erreicht. Dabei darf die Gesamtlänge einer Sammelschiene 30 m nicht überschreiten, und die Anzahl der intelligenten Sensoren pro Sammelschiene ist auf etwa 30 beschränkt. Neben dem bit- Muster, das die reine Information darstellt, wird über zwei zusätzliche Leitungen 29, 30, die in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt sind, die Taktfrequenz übertragen. Die Taktfrequenz schaltet eine spezielle Schaltung in den intelligenten Schaltungen 22 bis 24 nacheinander scharf, und zwar derart, daß genau zu dem Zeitpunkt, wenn z. B. die intelligente Schaltung 23 aktiviert ist, das Netz- oder Informationssignal aus dem Computer 1 erscheint. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß das Netz- oder Informationssignal zwar auf alle Sensoren 22 bis 24 gegeben, aber nur von einem dieser Sensoren akzeptiert wird.

Die Asynchronübertragung ist für Anwendungen mit längeren Übertragungsstrecken vorgesehen. Hierbei sind Übertragungsgeschwindigkeiten von 375 kB/s und 62,5 kB/s möglich. Bei 375 kB/s können die Leitungen der Sensoren bis zu 300 m lang sein. Bei 62,5 sind bis zu 1200 m Leitungslänge realisierbar.

Der Computer 1 gibt bei der Asynchronübertragung außer dem eigentlichen Informationssignal noch ein Kennungssignal ab. Das auf der Sammelschiene 7 erscheinende bit-Muster besteht also beispielsweise aus vier Adressenbits und sieben Informationsbits. Die vier Adressenbits werden von dem intelligenten Sensor 23 mit der entsprechenden Adresse erkannt, worauf er in Bereitschaftsstellung geht und die Befehle der nachfolgenden Informationsbits ausführt. In der Praxis werden nicht nur Adressen und Informationsbits übertragen, sondern auch noch andere bit-Muster, z. B.

Flag - 1 Byte lang
Adresse - 1 Byte lang
Control - 1 Byte lang
Information - N Byte lang
FCS - 2 Byte lang
Flag - 1 Byte lang

Obwohl in der Fig. 1 zweiadrige Leitungen 11, 12 bzw. 15, 16 dargestellt sind, kann auch ein Vierleiter-System zur Anwendung gelangen. Gegenüber dem Zwei-Leitersystem haben Vier-Leitersysteme den Vorteil, daß die intelligenten Sensoren 22 bis 24 in der Lage sind, eine Sendebereitschaft an den Sammelschienensteuerrechner 1 zu signalisieren, d. h. die Umschaltung der Datensammelschiene findet nur dann statt, wenn eine Anforderung ansteht, bzw. die Prioritätssteuerung der Sensorabfrage kann mit einem Vier-Leitersystem effektiver realisiert werden. Ein derartiges Vierleitersystem ist in der Fig. 2 dargestellt. Man erkennt hierbei, daß die intelligenten Sensoren 19 bis 27 sowohl mit Datensammelschienen 58, 59; 62, 63; 66, 67 als auch mit Statussammelschienen 60, 61; 64, 65; 68, 69 verbunden sind, und zwar über bewegliche Kontakte 54, 55; 56, 57, die mit Ausgangsleitungen 50, 51; 52, 53 der Buskoppeleinheit verbunden sind.

In den nachfolgend beschriebenen Fig. 3 bis 10 sind drei Ebenen und drei Module unterschieden. Unter Modul wird im folgenden eine Einrichtung verstanden, die Softwarefunktionen, d. h. Programme oder Programmteile, umfaßt, die in Verbindung mit entsprechender Hardware bestimmte Funktionen, d. h. Steuerungen, innerhalb spezieller Ebenen realisieren. Bei den Ebenen handelt es sich um die Meßwertaufnehmer-Ebene, die Sammelschienenmultiplexer-Ebene und die Sammelschienensteuerrechner-Ebene. Die Meßwertaufnehmer- Ebene entspricht den intelligenten Sensoren 19 bis 27 mit ihrer Verdrahtung 6 bis 18 und der Stromversorgung 28. Die Sammelschienenmultiplexer-Ebene ist mit der Buskoppeleinheit 4, den Multiplexern 5, 9, 10 sowie den zu- und abgehenden Leitungen 11, 12, 3 identisch. Die Sammelschienenrechner-Ebene entspricht dem Computer 1 mit Monitor 2. Den drei Modulen fallen in verschiedenen Ebenen jeweils verschiedene Aufgaben zu. In der Meßwertaufnehmerebene dient das erste Modul für die Konfiguration des Meßwertaufnehmers aufgrund vom Sammelschienensteuerrechner vorgegebener Parameter. Das erste Modul ist deshalb für die Funktion eines Meßwertaufnehmers als Teilnehmer auf einer multiplexfähigen Sammelschiene zwingend notwendig.

Das zweite Modul übernimmt im allgemeinen Hardwarefunktion, z. B. Meßwertverstärkung und Entstörung oder die Umsetzung analoger Werte in die Digitalform. Durch Programme unterstützte Funktionen des zweiten Moduls sind: Meßwertvorverarbeitung und Bereitstellung eines Meßwerts für die Abfrage.

Weitere Funktionen des zweiten Moduls können optional auftreten, ohne daß der Meßwertaufnehmer seine Fähigkeit zum Multiplex-Betrieb auf der Sammelschiene verliert.

Das dritte Modul wickelt auf der Meßwertaufnehmerebene die Kommunikation mit dem Sammelschienensteuerrechner ab. Es ist für die Funktion eines Meßwertaufnehmers als Teilnehmer in einer multiplexfähigen Sammelschiene zwingend notwendig.

In der Sammelschienenmultiplexer-Ebene fällt dem ersten Modul die Aufgabe der Umschaltlogik zu. Es wählt 1 Paar Leitungen auf N Paaren Leitungen aus. Das zweite Modul sorgt in dieser Ebene für die Synchronisation der Datenübertragung sowie für die Teilnehmerkennung.

In der Sammelschienensteuerrechner-Ebene pflegt das erste Modul die Datenbasis der Teilnehmer an der multiplexfähigen Sammelschiene und es übergibt die aktuellen Parameter an die Teilnehmer. Das Modul 2 dient der zyklischen Meßwertabfrage, Meßwertanzeige und Meßwertarchivierung.

Dem Modul 3 kommt in der Sammelschienensteuerrechner-Ebene die Aufgabe zu, den Sammelschienenmultiplexer zu steuern und die Kommunikation mit dem Teilnehmer an einer multiplexfähigen Sammelschiene abzuwickeln.

In der Fig. 3 ist der Signalflußplan für eine Meßwertaufnehmer-Ebene, bezogen auf ein erstes Modul, dargestellt. Zu Beginn des Programms wird aus einem Festwertspeicher, z. B. aus einem EEPROM oder EPROM, der sich im intelligenten Sensor 19 bis 27 befindet, ein festeingestellter Wert für einen Meßwertaufnehmer im intelligenten Sensor 19 bis 27 übernommen. Es werden also die vorgegebenen Meßdaten eines Festwertspeichers in den Meßwertaufnehmer übernommen. Ist dies geschehen, wird der Meßwertaufnehmer, der sich in einem der intelligenten Sensoren 19 bis 27 befindet, entsprechend der aktuellen Parameter konfiguriert, d. h. aktualisiert. Würde die festeingestellte Konfiguration nicht aus dem Festwertspeicher übernommen, so wartet der intelligente Sensor 19 bis 27 auf einen Konfigurationsparameter, der aus dem Sammelschienensteuerrechner 1 kommt.

Wurde der Konfigurationsparameter empfangen, so wird er überprüft. Ist er gültig, so wird der Meßwertaufnehmer entsprechend der aktuellen Parameter auf den neuesten Stand gebracht und Modul 2 aufgerufen. Wurde der Parameter dagegen noch nicht empfangen, so wird erneut auf den Parameter aus dem Sammelschienensteuerrechner 1 gewartet.

Die Fig. 4 zeigt den Ablauf auf der Meßwertaufnehmer-Ebene in bezug auf ein zweites Modul. Während das erste Modul für die Steuerung der Konfiguration zuständig war, ist das zweite Modul für die Meßwertaufbereitung zuständig.

Nachdem das aktuelle Meßwert aufgenommen wurde, wird geprüft, ob eine Meßsignalumschaltung stattgefunden hat. Ist dies nicht der Fall, wird ein Analog-Digital-Wandler abgefragt. Hat jedoch eine Umschaltung stattgefunden, wird zuerst ein Meßsignal zugeschaltet und dann erst der Analog-Digital-Wandler abgefragt.

Nach der Wandlerabfrage findet eine Meßwertvorverarbeitung statt. Ist diese Vorverarbeitung durchgeführt, wird der Meßwert skaliert. Hat die Meßwertvorverarbeitung stattgefunden, wird geprüft, ob der Meßwert gültig ist. Ist dies der Fall, wird der Meßwert aktualisiert. Der Meßwert kann, je nach Einstellung der Parameter, die sowohl fest im Speicher, aber auch vom Sammelschienensteuerrechner vorgegeben werden können, nacheinander skaliert, kompensiert, linearisiert und gefiltert werden.

Wenn der Meßwert noch nicht skaliert ist, wird er skaliert und einer Störgrößenkompensation unterworfen. Ist er bereits skaliert, wird er sofort der Störgrößenkompensation unterworfen. Hat diese Kompensation stattgefunden, wird eine Linearisierung durchgeführt. Nach der Linearisierung wird das Signal einem Digitalfilter zugeführt. Ist es gefiltert, wird es auf Gültigkeit überprüft, und ist es als gültig erkannt, wird der Meßwert aktualisiert. Ist der Meßwert ungültig, beginnt der Zyklus aufs neue, d. h. es findet eine Meßsignalumschaltung statt.

In der Fig. 5 ist die Kommunikation der einzelnen intelligenten Sensoren mit dem Sammel schienensteuerrechner 1 im Hinblick auf ein drittes Modul als Flußdiagramm dargestellt.

Nach dem Start der Übertragung vom Sammelschienensteuerrechner wird die Datenübertragung mit der Übertragungsgeschwindigkeit des Sammelschienenrechners synchronisiert. Sodann wird ein Sicherungsprotokoll abgearbeitet und hierauf auf Übertragungsfehler geprüft. Liegen keine Übertragungsfehler vor, wird die Adresse des Teilnehmers erkannt und auf Sendebetrieb umgeschaltet.

Anschließend wird die Antwort auf die Nachricht übertragen und auf Empfangsbetrieb umgeschaltet. Findet die Datenübertragung auf der Sammelschiene statt, wird erneut ein Sicherungsprotokoll ausgearbeitet und der Vorgang wie bereits beschrieben durchgeführt.

Findet keine Übertragung auf der Sammelschiene statt, wird noch einmal mit der Synchronisation der Datenübertragung auf die Übertragungsgeschwindigkeit des Sammelschienensteuerrechners begonnen und das weitere Verfahren wie bereits beschrieben durchgeführt. Wenn ein Übertragungsfehler vorlag, wird geprüft, ob eine Fehlerkorrektur möglich ist. Ist dies der Fall, wird der Fehler korrigiert und der korrigierte Fehler markiert. Das auf diese Weise erhaltene Signal wird darauf geprüft, ob die Adresse eines Teilnehmers empfangen wurde. Trifft dies zu, wird die Syntax der Nachricht überprüft und auf eine Syntax-Korrektur gegeben. Ist die Syntax korrekt, wird auf Sendebetrieb umgeschaltet und die Antwort auf die Nachricht übertragen. Anschließend wird wieder auf Empfangsbetrieb umgeschaltet.

Die Fig. 6 bis 10 stellen die verschiedenen Abläufe in Sammelschienenmultiplexer-Ebenen und in Sammelschienensteuerrechner-Ebenen dar. Da diese Abläufe aus sich heraus verständlich sind, wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet. Die Basisdaten für den Sammelschienenmultiplexer sind die Sammelschienen-Kennung, z. B. die Nummern 1 bis N, die Teilnehmerkennung innerhalb der Sammelschiene, z. B. eine Nummer von 1 bis M, die Übertragungsanforderung von Sammelschienensteuerrechner für Teilnehmer an der aktuell angewählten Sammelschiene sowie die Datensätze, die übertragen werden sollen.

Die Basisdaten für den Sammelschienensteuerrechner sind: Die Konfiguration der Umschaltlogik, d. h. Angaben über Anzahl der Sammelschienen und Anzahl der Teilnehmer pro Sammelschiene; Teilnehmertyp, z. B. Temperatursensor; Sammelschienen-Kennung, z. B. eine Nummer von 1 bis N; Teilnehmerkennung innerhalb der Sammelschiene, z. B. eine Nummer von 1 bis M; Definition des Datensatzes, der bei der Kommunikation zwischen dem Teilnehmer und dem Sammelschienensteuerrechner übertragen werden soll; Priorität des Teilnehmers bei der Abfrage, z. B. Abfragetakt.

Die Fig. 3 bis 10 sind auf eine Steuerung mit zweiadrigen Leitungen bezogen. Eine Einrichtung mit vieradrigen Leitungen erfolgt indessen auf analoge Weise.

Claims

1. Meßwerterfassungssystem für intelligente Sensoren, wobei mittels einer Steuerzentrale, z. B. einem Computer, digitale Informationen von den Sensoren abgerufen und an die Sensoren gegeben werden können, und wobei mehrere intelligente Sensoren an eine Sammelschiene angeschlossen sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) es sind mehrere Sammelschienen (6, 7, 8) vorgesehen, an die jeweils mehrere intelligente Sensoren angeschlossen sind;
b) es ist ein Raum-Multiplexer (5) vorgesehen, der nacheinander jeweils eine der Sammelschienen (6, 7, 8) mit der Steuerzentrale (1) verbindet;
c) die Sammelschienen (6 bis 8) werden seriell betrieben;
d) die Steuerzentrale (1) weist einen Speicher auf, in dem die Betriebs- oder Kennungsdaten der intelligenten Sensoren (19 bis 27) gespeichert sind;
e) nach der Umschaltung des Raum-Multiplexers (5) von einer Sammelschiene (z. B. 6) auf eine andere Sammelschiene (z. B. 7) erfolgt eine Synchronisation der Datenübertragung;
f) nach der Synchronisation der Datenübertragung erfolgt eine Konfiguration der ange schlossenen Sammelschienen (6 bis 8).

2. Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem intelligenten Sensor ein Analog/Digital-Wandler vorgesehen ist, der die analogen Meß wertsiganle in digitale Signale umsetzt.

3. Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerzentrale (1) für die Ansteuerung eines intelligenten Sensors (z. B. 24) den Raum-Multiplexer (5) auf die dem Sensor (24) zugeordnete Sammelschiene (7) schaltet und ein serielles bit-Muster aussendet, das von allen an die betreffende Sammelschiene (7) angeschlossenen intelligenten Sensoren (22 bis 24) empfangen wird, wobei eine Logik-Einrichtung im intelligenten Sensor (24) aufgrund des bit-Musters erkennt, daß er angesprochen ist und daß er aufgrund des bit-Musters einen entsprechenden Befehl ausführt.

4. Verfahren für die Meßwerterfassung bei intelligenten Sensoren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) der Raum-Multiplexer (5) wird aufgrund eines Steuerbefehls aus der Steuerzentrale (1) auf eine bestimmte Sammelschiene (z. B. 7) geschaltet;
b) die Datenübertragung innerhalb der ausgewählten Sammelschiene (z. B. 7) wird synchronisiert;
c) die Steuerzentrale (1) sendet an alle intelligenten Sensoren (22 bis 24) der ausgewählten Sammelschiene (z. B. 7) bit-Muster und überprüft hierdurch, ob alle Teilnehmer angeschlossen und sende- bzw. empfangsbereit sind;
d) die Steuerzentrale fragt Daten bei einem bestimmten ausgesuchten Sensor (z. B. 22) ab.

5. Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle intelligenten Sensoren (19 bis 27) an einer elektrischen Energiequelle (28) liegen.

6. Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Module vorgesehen sind, die auf der Meßwertaufnehmer-Ebene, der Sammelschienenmultiplexer- Ebene und der Sammelschienensteuerrechner-Ebene arbeiten.

7. Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelschienen (6, 7, 8) zweiadrig ausgeführt sind.

8. Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelschienen (58 bis 61, 62 bis 65, 66 bis 69) vieradrig ausgebildet sind.

9. Verfahren zur Meßwerterfassung mit einem Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Start einer festeingestellten Konfiguration aus einem ersten Modul übernommen und ein Meßwertaufnehmer entsprechend der aktuellen Parameter konfiguriert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Konfiguration des Meßwertaufnehmers entsprechend den aktuellen Parametern ein zweites Modul aufgerufen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meßwertaufbereitung der bisher vorliegende Meßwert aktualisiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Meßsignalumschaltung stattfindet, hierauf ein Analog-Digital-Wandler abgefragt wird, dann eine Meßwertvorverarbeitung stattfindet und, nachdem der Meßwert gültig ist, dieser Meßwert aktualisiert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der Meßwertverarbeitung der Meßwert skaliert und einer Störgrößenkompensation sowie einer Linearisierung und einer digitalen Filtrierung unterworfen werden kann.

14. Verfahren für die Kommunikation der intelligenten Sensoren mit einem Sammelschienensteuerrechner bei einem Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung auf die Übertragungsgeschwindigkeit des Sammelschienensteuerrechners synchronisiert wird, daß sodann ein Sicherungsprotokoll abgearbeitet wird und daß die Adresse eines Teilnehmers erkannt wird, daß hierauf auf Sendebetrieb umgeschaltet und eine Antwort auf die erhaltene Nachricht übertragen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend auf Empfangsbetrieb umgeschaltet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen eines Übertragungsfehlers festgestellt wird, ob eine Fehlerkorrektur möglich ist, und daß dann der Fehler korrigiert wird.

17. Verfahren für die Durchführung einer Meßwerterfassung mit einem Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sammelschienenmultiplexer- Ebene mit Hilfe eines ersten Moduls folgende Schritte nacheinander durchgeführt werden:

a) Übernahme der Konfiguration der Umschaltlogik von einem Steuerrechner;
b) Prüfung, ob Konfiguration korrekt;
c) bei korrekter Konfiguration Umschaltung auf eine bestimmte Sammelschiene;
d) Sammelschienenerkennung einlesen;
e) auf Sammelschiene umschalten;
f) Sammelschiene freigeben.

18. Verfahren für die Durchführung einer Meßwerterfassung mit einem Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sammelschienenmultiplexer- Ebene mit Hilfe eines zweiten Moduls folgende Schritte nacheinander durchgeführt werden:

a) Prüfung, ob Umschaltung auf Sammelschiene stattgefunden hat;
b) Prüfung, ob bei stattgefundener Umschaltung eine Übertragungsanforderung für einen Teilnehmer auf die aktuelle Schiene ansteht;
c) bei Vorliegen der Übertragungsanforderung: Senden einer Erkennungsnachricht für den Teilnehmer mit der aktuellen Teilnehmerkennung;
d) Umschalten auf Empfangsbetrieb;
e) Warten auf eine Antwort vom Teilnehmer;
f) wenn Teilnehmer vorhanden: Freigabe der Nachrichtenübertragung.

19. Verfahren für die Durchführung einer Meßwerterfassung mit einem Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sammelschienensteuerrechner- Ebene ein erstes Modul folgende Schritte durchführt:

a) Eingabe der Basisdaten;
b) Eingabe der Teilnehmerkennung;
c) Vordefinition des Teilnehmers;
d) Basisdaten editieren;
e) Basisdaten übernehmen;
f) Sammelschiene initialisieren;
g) Parameter an Teilnehmer übertragen.

20. Verfahren für die Durchführung einer Meßwerterfassung mit einem Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sammelschienensteuerrechner- Ebene ein zweites Modul folgende Schritte durchführt:

a) Prüfung, ob Teilnehmerabfrage notwendig ist;
b) falls ja, Sammelschiene und höchsten Parameter ansteuern;
c) Teilnehmer innerhalb der Schiene mit aktueller höchster Priorität ansteuern.

21. Verfahren für die Durchführung einer Meßwerterfassung mit einem Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sammelschienensteuer- Ebene ein drittes Modul folgende Schritte durchführt:

a) Übergabe der Konfiguration der Umschaltlogik an Sammelschienenmultiplexer;
b) Senden der Sammelschienenkennung an Sammelschienenmultiplexer;
c) Senden der Teilnehmerkennung an Sammelschienenmultiplexer.

22. Meßwerterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vierleiter- System für die Übertragung der Daten vorgesehen ist.