DE4434553A1

DE4434553A1 - Felddaten-Digitalwandler

Info

Publication number: DE4434553A1
Application number: DE4434553A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schenk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 1996-04-04

Description

Die Erfindung betrifft einen Felddaten-Digitalwandler (FDDW) für den dezentralen Einsatz in Facility- und Energiemanagement- und Leitsystemen, welche aus einer Aktor/Sensorebene (Feld) und einer übergeordneten Meß-/Steuer-/Regelungsebene (MSR-E) und wenigstens einer Feld und MSR-E verbindenden Anschlußleiste mit Anschlußklemmen bestehen.

Bei bisherigen digitalen DDC-("Direct Digital Control")Systemen war aufgrund firmenspezifischer Besonderheiten ein firmenneutraler Zugriff auf Daten der Aktor/Sensor-Ebene nur indirekt über spezielle Adapterschaltungen (etwa unter Nutzung des "Firmenneutralen Datenübertragungsprotokolls (FND)" - DIN V 32 735) über die MSR-Ebene möglich. Ein Zugriff auf den Datenfluß zwischen der Aktor/Sensor-Ebene und der MSR-Ebene war nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Zugriff bei bestehenden oder neu zu installierenden Anlagen zu ermöglichen und die managementrelevanten Prozeßdaten unabhängig vom jeweiligen Gebäudeautomationsstand global zu erfassen und auszuwerten.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst. Fortbildungen und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen umfaßt.

Erfindungsgemäß wird ein Felddaten-Digital-Wandler (FDDW) als rückwirkungsloses Zwischenglied zwischen Aktor/Sensor-Ebene (Feld) und MSR-E eingesetzt, welcher Anlagenzustände (Prozeßabbild) dezentral und fabrikatsunabhängig erfaßt und über ein Datenübertragungssystem zu einer Management-Ebene weiterleitet.

Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der FDDW so ausgebildet, daß zwischen Feld und MSR-E zur Erfassung und Regelung eines Zustandes ein Glied mit jeweils zwei Anschlußklemmenpaaren (a1, b1, a2, b2) vorhanden ist, daß der FDDW die zugehörigen Anschlußklemmen b1 und b2 intern mittels einer Strom/Spannungswandler-Schaltung virtuell kurzschließt, daß der FDDW die zwischen den Anschlußklemmen a1 und b1 anliegende Spannung durch eine diese vernachlässigbar wenig belastende Spannungsmeß-Schaltung mißt, daß der FDDW den zwischen den Anschlußklemmen b1 und b2 fließenden Strom und die zwischen den Anschlußklemmen a1 und b1 anliegende Spannung in zwei Spannungen U_I und U_V transformiert und jeweils einem Analog-/Digital wandler zuführt, daß der FDDW die aus den Spannungen U_I und U_V mittels der Analog-/Digitalwandler gewonnen digitalen Werte E_I und E_V einem parametrierbaren Logik-/Arithmetik-Baustein zur Datenvorverarbeitung und -speicherung zugeführt werden, daß der FDDW die von dem Logik-Arithmetik-Baustein erzeugten Ausgangsdaten A über eine galvanische Entkopplungsstrecke, sowie ein nachgeordnetes Datenübertragungssystem zu einer übergeordneten Management-Ebene überträgt und daß der FDDW in umgekehrter Richtung von der Management-Ebene generierte Parameterdaten P, ebenfalls galvanisch entkoppelt, zum Logik-Arithmetik-Baustein übermittelt.

Vorteilhafterweise ist der Logik-/Arithmetik-Baustein ein IC/µP- oder ASIC/µP-basiertes Applikationsmodul für Frequenzmessung, Phasenmessung, Impulszählung, Minimum- Maximum-Bildung, arithmetische Operationen o. ä.

Der FDDW ist physisch auf einer Klemmleisten- Tragschiene als physikalischer Schnittstelle zwischen Feld- und MSR-Ebene angeordnet.

Mit dem FDDW können nunmehr - unter Nutzung verfügbarer offener Feldbus-Systeme (z. B. "Interbus-S" - DIN 19 258) - die managementrelevanten Prozeßdaten erfaßt und ausgewertet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Schemata beispielhaft näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild des Felddaten- Digitalwandlers (FDDW);

Fig. 2 eine Darstellung der Anordnung der FDDW zwischen Aktor/Sensor-Ebene und MSR-Ebene;

Fig. 3 eine Gegenüberstellung des konventionellen Stands der Technik zu dem Einsatz von FDDW.

Fig. 1 zeigt im oberen Teil die physikalische Schnittstelle zwischen der Aktor/Sensor-Ebene und der MSR-Ebene. Über Anschlußklemmenpaare a1, b1, a2, b2 sind zwei Verbindungen hergestellt. Der FDDW greift mit einer Strom/Spannungswandler-Schaltung 1 und einer Spannungsmeß-Schaltung 2 auf die Verbindung b-b′ zu. Die Strommessung erfolgt mittels einer invertierenden Grundschaltung des Operationsverstärkers IC₁ mit Rückführungswiderstand R₁. Dieser ist so bemessen, daß die erzeugte Ausgangsspannung U₁ 3 einem Analog/Digitalwandler 5 zugeführt werden kann. Die Diodenschaltung D dient lediglich als Eingangsüberspannungsschutz und wird erst ab Erreichen der Diodenflußspannung (ca. 0,7 V bei Siliziumdioden) wirksam. Alternativ zu der dargestellten Schaltung ist (insbesondere bei höheren Strömen) auch der Einsatz von Stromwandlern oder Hall-Generatoren denkbar.

Die zu messende Spannung wird über einen Widerstandsteiler R₂, R₃, sowie das Spannungsbegrenzungselement Z auf den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers IC₂ geführt. Dieser transformiert (in der nicht invertierenden Grundschaltung mit den äußeren Beschaltungswiderständen R₄ und R₅) die anliegende Eigenspannung auf den zur Digitalisierung geeigneten Spannungspegel U_V 4. Alternativ zu dieser Schaltung ist - applikationsabhängig - auch der Einsatz von (optoelektronischen) Spannungswandlern, Instrumentenverstärkern, Chopper-, CAZ- oder nullpunktstabilisierten Breitbandverstärkern denkbar.

Im unteren Teil von Fig. 1 ist die Datenübertragung der im Baustein 6 ermittelten Werte über eine galvanisch entkoppelte Datenübertragung 7, 8 zur Management-Ebene 9 schematisch dargestellt.

Fig. 2 zeigt die physikalische Anordnung einer Anzahl von FDDW auf einer Klemmleiste mit die Aktor/Sensor- Ebene und die MSR-Ebene verbindenden Anschlußklemmen, sowie einige Beispiele von zu erfassenden Zuständen auf der Aktor/Sensor-Ebene.

Fig. 3 zeigt in einer Gegenüberstellung ein konventionelles System und eine FDDW-Applikation. Während konventionell Daten von der Aktor/Sensor-Ebene über die MSR-Logik in der Regel durch ein firmenspezifisches Protokoll an die Leitzentrale gegeben wurden (linke Seite), so macht es die FDDW- Applikation möglich, diesen Weg zu umgehen. Zwar besteht nach wie vor die Achse Aktor/Sensor-Ebene-MSR- Logik-Leitzentrale (rechtes Bild, rechter Strang), doch geben die an der physikalischen Schnittstelle zwischen Aktor/Sensor-Ebene und MSR-Ebene angeordneten FDDW, wie oben beschrieben, dort rückwirkungsfrei ermittelte Informationen z. B. über einen firmenneutralen Datenbus an eine firmenneutrale Facility-Management-Station, die wiederum mit der nun als firmenneutrale Facility- Management-Zentrale bezeichnete Leitzentrale verbunden ist.

Claims

1. Felddaten-Digitalwandler (FDDW), vorzugsweise für den dezentralen Einsatz in Facility- und Energiemanagement- und Leitsystemen, welche aus einer Aktor/Sensorebene (Feld) und einer übergeordneten Meß-/Steuer-/Regelungsebene (MSR-E) und wenigstens einer Feld und MSR-E verbindenden Anschlußleiste mit Anschlußklemmen bestehen, dadurch gekennzeichnet,
daß der FDDW ein rückwirkungsloses Zwischenglied zwischen Feld und MSR-E ist,
und daß der FDDW Anlagenzustände (Prozeßabbild) dezentral und fabrikatsunabhängig erfaßt und über ein Datenübertragungssystem zu einer Management-Ebene weiterleitet.

2. Felddaten-Digitalwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Feld und MSR-E zur Erfassung eines Zustandes ein Glied mit jeweils zwei Anschlußklemmenpaaren (a1, b1, a2, b2) vorhanden ist, daß der FDDW die zugehörigen Anschlußklemmen b1 und b2 intern mittels einer Strom/Spannungswandler-Schaltung (1) virtuell kurzschließt,
daß der FDDW die zwischen den Anschlußklemmen a1 und b1 anliegende Spannung durch eine diese vernachlässigbar wenig belastende Spannungsmeß-Schaltung (2) mißt,
daß der FDDW den zwischen den Anschlußklemmen b1 und b2 fließenden Strom und die zwischen den Anschlußklemmen a1 und b1 anliegende Spannung in zwei Spannungen U_I und U_V transformiert und jeweils einem Analog-/Digital wandler (5) zuführt,
daß der FDDW die aus den Spannungen U_I und U_V mittels des Analog-/Digitalwandlers (5) gewonnen digitalen Werte E_I und E_V einem parametrierbaren Logik-/Arithmetik- Baustein (6) zur Datenvorverarbeitung und -speicherung zugeführt werden,
daß der FDDW die von dem Logik-Arithmetik-Baustein (6) erzeugten Ausgangsdaten A über eine galvanische Entkopplungsstrecke (7), sowie ein nachgeordnetes Übertragungssystem (8, 9) zu einer übergeordneten Management-Ebene überträgt,
und daß der FDDW in umgekehrter Richtung von der Management-Ebene generierte Parameterdaten P, ebenfalls galvanisch entkoppelt, zum Logik-Arithmetik-Baustein (6) übermittelt.

3. Felddaten-Digitalwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Logik-/Arithmetik-Baustein ein IC/µP- oder ASIC/µP-basiertes Applikationsmodul für Frequenzmessung, Phasenmessung, Impulszählung, Minimum- Maximum-Bildung, arithmetische Operationen o. ä. ist.

4. Felddaten-Digitalwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er physisch auf einer Klemmleisten-Tragschiene als physikalischer Schnittstelle zwischen Feld- und MSR- Ebene angeordnet ist.