DE69629697T2

DE69629697T2 - Fehlertolerantes mehrpunkt-steuer- und datenerfassungssystem

Info

Publication number: DE69629697T2
Application number: DE69629697T
Authority: DE
Inventors: E. John JUDD; E. Kenneth APPLEY; J. Salvatore DEFRANCESCO
Original assignee: Mistras Holdings Corp
Current assignee: Mistras Holdings Corp
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2016-06-06
Also published as: CN1189214A; US5687391A; AU698530B2; EP0835434A4; JPH11510001A; CA2214852C; EP0835434A1; CA2214852A1; CN1132006C; WO1997002478A1; EP0835434B1; AU5984696A; DE69629697D1; ATE248361T1

Description

1. Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft Systeme, die Daten von mehreren Sensoren sammeln und Steuersignale an mehrere Steuervorrichtungen senden, die an verschiedenen Punkten an einem Produktionsstandort installiert sind. Sie betrifft insbesondere Systeme, bei denen die Sensoren und Steuervorrichtungen über einen gemeinsamen Datenbus eindeutig adressierbar sind.
2. Technischer Hintergrund
Produktionslinien und Arbeitsmaschinen müssen nach Verschleiß überwacht werden, um teure unerwartete Ausfälle zu vermeiden. Das erfolgt häufig mit Beschleunigungsmessern, die an den Lagern von Motoren, Pumpen und anderen kritischen Maschinenteilen installiert sind, um die Vibration der Ausrüstung zu überwachen. Ausfällen gehen häufig Änderungen des Vibrationspegels der Ausrüstung voraus. Diese Änderungen können durch eine regelmäßige Überwachung erfasst werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Ausrüstung während regelmäßig geplanter Wartungsperioden repariert wird.
Ein Verfahren zum Überwachen der Sensoren besteht darin, dass das Wartungspersonal regelmäßig Messungen der Vibrationspegel an den Sensoren ausführt, indem es eine tragbare Datenspeichereinheit direkt zu jedem Sensor befördert, um die Daten zu sammeln. Das ist zeitaufwändig, jedoch effektiv.
Bei einem weiteren Verfahren sind die Sensoren einzeln mit einer zentralen Station verdrahtet. Bei dieser Anordnung verläuft ein separates Leitungspaar von jedem Sensor zu der zentralen Überwachungsstation oder zu einem Multiplexer, der dann mit der zentralen Station verbunden ist. Dieser Aufbau vereinfacht die Aufgabe des Datensammelns, indem er ermöglicht, dass die Daten von einer zentralen Station gesammelt werden, die an einer günstigen Stelle angebracht ist.
Bei dem Aufbau mit zentraler Überwachungsstation können außerdem andere Typen von Sensoren, wie etwa Tachometer, Drucksensoren, Temperatursensoren und dergleichen, dem System zugefügt werden. Das ermöglicht, dass die Überwachung des Produktionsprozesses in das Vibrationsüberwachungssystem integriert werden kann.
In großen Systemen machen jedoch die zahlreichen Sensoren die Kosten zum Verlegen von einzelnen Leitungspaaren von den Sensoren zu der zentralen Stelle oder zum Multiplexer zu einem Hauptfaktor bei den Gesamtkosten des Systems. Darüber hinaus müssen Vibrationssensoren, die zum Erfassen von anomalen, durch Verschleiß verursachten Vibrationen verwendet werden, lediglich kurzfristig zu weit gestreuten Zeitintervallen überwacht werden. Deswegen besitzen Systeme des Standes der Technik, bei denen ein einzelnes Leitungspaar zu jedem Sensor verläuft, eine viel größere Datenübertragungskapazität als für die Mehrzahl der Anwendungen erforderlich ist. Ein einzelner Datenbus, der von den Sensoren gemeinsam verwendet wird, ist deswegen erwünscht, um die Verkabelungskosten und die Komplexität zu verringern.
Obwohl die Technik der Verwendung eines gemeinsamen Datenbusses zum Verbinden mit digital adressierbaren elektronischen Elementen bekannt ist, weist sie bestimmte Schwierigkeiten in einer Fertigungsumgebung auf, wenn sie zum Überwachen von Sensoren implementiert ist. Eine Schwierigkeit besteht darin, dass alle Daten von allen Sensoren über einen einzelnen Datenbus laufen, wie z. B. in US-A-5.200.743 beschrieben ist. In der Realität ist bei einem Netz von Sensoren, die über eine Fertigungsumgebung verteilt sind, ein einzelner Datenbus fehleranfällig. Eine Leitungsunterbrechung auf dem Bus wird den Verlust von Informationen von allen Sensoren hinter der Leitungsunterbrechung bewirken und ein Kurzschluss macht Kommunikationen mit allen Sensoren auf dem Bus unmöglich.
Wenn die Sensoren darüber hinaus über das Kabel mit Leistung versorgt werden, werden die Möglichkeiten des Kabels zur Leistungsübertragung zu einem Faktor. Beschleunigungsmesser werden über die Datenbusleitungen, über die die Daten übertragen werden, mit Leistung versorgt. Angemessen dimensionierte Datenbusleitungen besitzen nicht die Leistungsbeförderungskapazität, um die große Anzahl von Sensoren, die für viele Installationen erforderlich sind, kontinuierlich und gleichzeitig mit Leistung zu versorgen.
Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bus-Datensammelsystem zu schaffen, bei dem das System als eine Fehlertoleranz re dundante parallele Datenbusse für den Fall, dass einer der Busse ausfällt, enthält.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Aufbau zu schaffen, bei dem jeder Sensor mit mehreren Datenbussen verbunden ist, und eine zentrale Steuerung jeden Sensor auf jeden Ausgewählten der Datenbusse elektrisch schalten kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Aufbau zu schaffen, bei dem mehrere parallele Datenbusse gleichzeitig verwendet werden können, um Daten von verschiedenen Sensoren zu empfangen, um einen Echtzeit-Direktvergleich zwischen den Ausgängen der Sensoren zu ermöglichen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Aufbau zu schaffen, bei dem jeder Sensor adressiert werden kann, selbst wenn alle Datenbusse an einem Punkt vollständig unterbrochen sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Aufbau zu schaffen, bei dem fehlerhafte Abschnitte eines oder mehrerer Datenbusse oder fehlerhafte Sensoren umgangen werden können, um eine Verbindung mit den Sensoren aufrechtzuerhalten.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind zum Teil offensichtlich und werden zum Teil aus der Spezifikation deutlich.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung erreicht eine fehlertolerante Mehrpunktsteuerung und Datensammlung durch die Verwendung einer Menge von redundanten parallelen Zweidraht-Datenbussen, die in einem gemeinsamen Kabel organisiert sind. Eine zentrale Steuerung ist mit einer Vielzahl von Sensoren über das Kabel verbunden, das mit einer entsprechenden Vielzahl von adressierbaren Sensorschnittstellen verbindet, die zwischen dem Kabel und der Sensorschnittstelle angeordnet sind. Die zentrale Steuerung erzeugt ein digitales Adressensignal, das eine ausgewählte Sensorschnittstelle und einen ausgewählten Datenbus identifiziert, die verwendet werden, um analoge Daten von der ausgewählten Sensorschnittstelle zu empfangen.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Adressensignal über den Da tenbus durch Busschnittstellen gesendet, die zwischen die Steuerung und den entsprechenden Datenbus geschaltet sind. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Adressensignal über einen separaten Steuerbus gesendet.
In beiden Ausführungsformen ist jede Sensorschnittstelle mit allen Datenbussen in dem Kabel verbunden und enthält eine Adressenerkennungsschaltung, die auf das Adressensignal anspricht, um ihre eindeutige Adresse in dem Adressensignal zu erkennen und ihren jeweiligen Sensor mit einem Ausgewählten der Datenbusse, der in dem Adressensignal spezifiziert ist, zu verbinden.
Das Adressensignal enthält einen Sensoradressenabschnitt und einen Busadressenabschnitt. Das ermöglicht der zentralen Steuerung, jeden Sensor und jeden der Datenbusse zur Verwendung zu spezifizieren.
Die erste Ausführungsform der Erfindung verwendet ein Verfahren zum gemeinsamen Verwenden eines einzelnen Datenbusses für digitale Adresssignale, für die Sensorleistung und für analoge Daten von dem Sensor. In der einfachsten Form der ersten Ausführungsform der Erfindung wird ein einzelner Datenbus gemeinsam für digitale und analoge Daten verwendet, in dem bevorzugten Aufbau dieser Ausführungsform werden jedoch die Vorteile des gemeinsam verwendeten Busses durch die Verwendung von mehreren parallelen Bussen, die eine Redundanz für einen fehlertoleranten Betrieb schaffen, vervielfacht. Die zentrale Steuerung liefert Leistung von einem Sensorleistungsversorgungsmittel über den ausgewählten Datenbus an die Sensoren. Das Sensorleistungsmittel liefert Leistung an den Sensor und der Sensor verwendet diese Leistung, um analoge Daten in einem genau gesteuerten und beschränkten Spannungsbereich mit einer voreingestellten oberen und unteren Spannungsgrenze zu erzeugen.
Das Adressensignal, das verwendet wird, um den Datenbus und den gewünschten Sensor auszuwählen, ist ein durch eine Busschnittstelle erzeugtes digitales Signal mit einer Ein-Spannung, die größer als die maximale Sensorversorgungsspannung ist, und einer Aus-Spannung, die kleiner als die minimale Spannung ist. Dadurch wird das Steuersignal vollständig außerhalb des Spannungsbereiches gelegt, der für Daten zur Verfügung steht, und es ermöglicht den Sensorschnittstellen, anhand dieser Differenz zwischen diesen beiden zu unterscheiden.
Die zweite Ausführungsform beseitigt die Spannungseinschränkungen an den analogen Daten, indem die digitalen Steuer- und Adressensignale auf einen separaten Steuerbus gelegt werden.
In beiden Ausführungsformen codiert die zentrale Steuerung die Sensor- und Busadresse unter Verwendung eines selbsttaktenden Formats, bei dem jedes Datenbit der Adresse asynchron geliefert wird und jedem Datenbit ein Taktbit vorausgeht. Das macht das System auf willkürliche Ausbreitungsverzögerungen unempfindlich, die über lange Kabelabschnitte auftreten, die entfernte Sensoren mit der Steuerung verbinden, und ermöglicht das Hinzufügen von Sensoren an willkürlichen Positionen.
Die Sensorschnittstelle der ersten Ausführungsform enthält ein Schaltungsmittel zum Trennen des Sensors von dem ausgewählten Datenbus, wenn die Sensorleistung vom Datenbus genommen wird.
In der zweiten Ausführungsform der Erfindung enthält das Kabel, das die mehreren Datenbusse enthält, außerdem einen separaten Steuerbus, um das Adressensignal zu befördern. In dieser Ausführungsform werden die analogen Daten auf den Datenbussen von den digitalen Adressdaten getrennt auf dem Steuerbus befördert. In einer besonderen Verbesserung sind beide Enden der Datenbusse wahlweise mit der zentralen Steuerung verbindbar. Die Steuerung kann dann jedes Ende des Kabels verwenden, um auf jede Sensorschnittstelle zuzugreifen, selbst wenn das gesamte Kabel unabsichtlich in zwei Teile geteilt wurde. Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist die Möglichkeit zum Umschalten in einen Hilfsmodus, in welchem das System eine direkte Zweidrahtverbindung von der zentralen Steuerung zu jedem adressierbaren Sensorschnittstellenort des Systems schafft. Das ermöglicht, dass verschiedene Typen von handelsüblichen Steuervorrichtungen und Sensoren in dem System verwendet werden können, ohne sich mit den Beschleunigungsmessern zu stören, die im normalen Betriebsmodus eine Konstantstromversorgung benötigen.
Ein weiteres Merkmal ist die Möglichkeit, an jedem Punkt des Kabels eine Fernsteuerung anzuschließen, um die Funktion der zentralen Steuerung zu ersetzen. Das ermöglicht eine Steuerung des Systems von jedem entfernten Standort im System.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Bereitstellung eines Umgehungsbusses bzw. Bypassbusses, der mit Hilfe von zwei adressierbaren Schnittstellen angeschlossen wird. Der Umgehungsbus kann verwendet werden, indem die beiden Schnittstellen, die an die Enden des Umgehungsbusses angeschlossen sind, adressiert werden (mit Hilfe des Adressensignals) und indem sie angewiesen werden, sich mit einem Spezifizierten der Datenbusse zu verbinden. Diese zwei Schnittstellen können mit den anderen Sensorschnittstellen identisch sein, sie besitzen jedoch keine Sensoren, die an sie angeschlossen sind. Wenn sie adressiert werden, verbinden sie nicht mit Sensoren, sondern sie verbinden die Enden des Umgehungsbusses mit dem ausgewählten Datenbus. Das ermöglicht die "kurzfristige" Bildung einer Brücke über einen Fehlerpunkt auf einem der Datenbusse, über die bei Bedarf Daten geleitet werden können, oder um den beschädigten Abschnitt eines Datenbusses zu sperren.
Bei einer weiteren Verbesserung kann das System mit einem zweiten oder dritten zusätzlichen Kabel versehen sein, wovon jedes mit mehreren Datenbussen und einem Steuerbus versehen ist, und jedes Kabel eine Schleife bildet, wobei beide Enden mit der zentralen Steuerung verbunden sind, so dass daran zusätzliche Sensorschnittstellen hinzugefügt werden können.
Eine weitere Verbesserung in der zweiten Ausführungsform ermöglicht die Verwendung von sehr langen Kabelabschnitten, indem ein Treiber für lange Leitungen mit einer fernen Konstantstromquelle und einem Bustreiber bereitgestellt wird. Eine weitere Verbesserung in dieser Ausführungsform ist die Schaffung von seriellen und parallelen digitalen Datenausgängen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 veranschaulicht den Busplan des Überwachungssystems der ersten Ausführungsform.
2 ist ein Schaltplan in Blockdiagrammform, der die zentrale Steuerung der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Schaltplan einer Busschnittstelle in der zentralen Steuerung der ersten Ausführungsform, die in 2 in Blockform gezeigt ist.
4 ist ein Schaltplan einer Sensorschnittstelle, die in der ersten Ausführungs form verwendet wird.
5a ist eine Darstellung der Spannung gegenüber der Zeit, die die Übertragung eines digitalen Adressensignals auf einem Datenbus zeigt, gefolgt von dem Empfang von analogen Daten von dem ausgewählten Sensor auf demselben Bus, wie das in der ersten Ausführungsform der Erfindung erfolgt.
5b ist eine Darstellung der Spannung gegenüber der Zeit, die die Impulse zeigt, die von der Adressendetektorschaltung erzeugt werden und zum Lesen der selbstgetakteten Daten in dem Adressensignal verwendet werden.
6 ist ein Schaltplan einer Vorspannung/Impedanz-Konverterschaltung, die zur Verwendung mit den Beschleunigungsmessern geeignet ist.
7 veranschaulicht den Busplan der zweiten Ausführungsform eines Überwachungs- und Steuerungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform, bei dem ein separater Steuerbus verwendet wird.
8 ist ein Schaltplan in Blockdiagrammform, der die zentrale Steuerung der zweiten Ausführungsform des Überwachungs- und Steuerungssystems zeigt, das in 7 gezeigt ist.
9 ist ein Schaltplan der Steuerschnittstelle in der zentralen Steuerung, die in 8 gezeigt ist.
10 ist ein Schaltplan einer Busschnittstelle, die in der zentralen Steuerung von 8 gezeigt ist.
11 ist ein Schaltplan eines ersten Abschnitts einer Sensorschnittstelle, die bei der zweiten Ausführungsform des Überwachungs- und Steuerungssystems verwendet wird, das in 7 gezeigt ist.
12 ist ein Schaltplan eines zweiten Abschnitts einer Sensorschnittstelle, die bei der zweiten Ausführungsform des Überwachungs- und Steuerungssystems verwendet wird, das in 7 gezeigt ist.
13 ist ein Schaltplan eines optionalen Leitungstreibers, der bei der zweiten Ausführungsform des Überwachungs- und Steuerungssystems verwendet wird, das in 7 gezeigt ist.
Die 14A, 14B und 14C sind Darstellungen der Spannung gegenüber der Zeit, die Signale auf dem Steuerbus zeigen. 14A zeigt das Lösch- oder Rücksetzsignal, dem das Adressensignal für jeden von vier verschiedenen Datenbussen A bis D erfolgt. In dieser Darstellung ist lediglich die relative zeitliche Folge der Signale für jeden Datenbus gezeigt. Die Einzelheiten einer digitalen Adresse für einen Datenbus sind in 14B zu sehen. 14C zeigt ähnlich wie 5b selbsttaktende Daten.
Ausführungsart der Erfindung
In 1 umfasst die Erfindung eine zentrale Steuerung 10, die über ein Kabel 12 mit mehreren speziellen Beschleunigungsmessern 14 (mit A bezeichnet), allgemeinen Beschleunigungsmessern 15 (mit A' bezeichnet) und allgemeinen Sensoren 16 (mit S bezeichnet) verbunden ist. Die zentrale Steuerung würde normalerweise an einer günstigen Stelle installiert sein, wo Daten von den Sensoren gesammelt werden können. Sie empfängt Eingaben, die einen zu überwachenden Sensor spezifizieren, signalisiert dem Sensor, sich mit einem Datenbus im Kabel 12 zu verbinden, liefert Leistung an die Sensoren und die zugeordnete Adressenschaltung über das Kabel und liefert die Daten an einen Ausgang.
Die Sensoren 14, 15 und 16 sind über Sensorschnittstellen, die in Verbindung mit 4 beschrieben sind, an die Busse im Kabel 12 angeschlossen. Die Sensoren, die typischerweise über eine Fertigungsstelle verteilt sind, sind an verschiedenen kritischen Überwachungspunkten angebracht. Beschleunigungsmesser sind z. B. häufig so montiert, dass sie mit den Lagern von Rotationsmaschinen in Vibrationskontakt sind.
Jeder Sensor besitzt seine eigene Sensorschnittstelle, die eine eindeutige Adresse speichert, die es der zentralen Steuerung ermöglicht, bestimmte Sensoren über die Adresse der entsprechenden Sensorschnittstelle zu spezifizieren. Bei einem bestimmten Sensortyp 14, der in dem bevorzugten Aufbau einiger oder aller Beschleunigungsmesser enthalten ist, befindet sich die Sensorschnittstelle in dem Gehäuse, das den Sensor beherbergt. Das schafft eine günstige einteilige Baueinheit, insbesondere für Beschleunigungsmesser, die in vielen Installationen die Mehrzahl der Sensoren enthalten.
Die allgemeinen Sensoren 16 können eine Art von einer großen Vielzahl von handelsüblichen Sensoren sein, die verfügbar sind, um Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Belastung, Strömungsrate oder jeden anderen gewünschten physikalischen Parameter zu messen. Diese Sensoren besitzen nicht die gewünschte integrierte Sensorschnittstelle, deshalb ist sie separat vorgesehen. Allgemeine Beschleunigungsmesser 15, denen ebenfalls die Sensorschnittstelle fehlt, können außerdem bei dem System mit dem Vorteil verwendet werden, dass vorhandene Vibrationsüberwachungssysteme ohne die Notwendigkeit der Ersetzung aller Beschleunigungsmesser aufgerüstet werden können.
Bei Sensoren ohne die integrierte Sensorschnittstelle kann die Schnittstelle an einer von mehreren geeigneten Stellen angeordnet sein, wie in 1 gezeigt ist. Eine derartige Stelle liegt in einem Modul 18 (mit M gekennzeichnet), das für die Funktion der Sensorschnittstelle vorgesehen ist. Ein Leistungs- und Signalkonditionierer 19 (mit PW-COND gekennzeichnet) ist außerdem so gezeigt, dass er zwischen dem Sensor und dem Schnittstellenmodul angeordnet ist. Seine Funktion besteht darin, eine bestimmte Leistung zu liefern, die der Sensor 16 benötigen kann, und das Ausgangssignal des Sensors in eine Form umzusetzen, die mit dem Überwachungssystem kompatibel ist. Der Betrieb des Leistungs- und Signalkonditionierers 19 hängt von den individuellen Anforderungen des bestimmten Sensors ab, der daran angeschlossen ist, deswegen ist er nicht genau beschrieben, er erzeugt jedoch ein analoges Ausgangssignal in nahezu dem selben Spannungsbereich wie das obenbeschriebene Beschleunigungsmesser-Ausgangssignal.
Beschleunigungsmesser der Typen 14 und 15 und viele allgemeine Sensoren können über das Kabel 12 von Leistungsquellen in der zentralen Steuerung 10 oder von Leistungsquellen, die daran angeschlossen sind, mit Leistung versorgt werden. Einige spezialisierte Sensoren werden jedoch günstiger von Leistungsquellen in den Leistungskonditionierern 19 mit Leistung versorgt, die möglicherweise eine separate Verbindung zu externen Leistungsquellen benötigen.
Weitere geeignete Stellen für das Modul, das die Sensorschnittstelle enthält, sind in dem Verbinder 20 (bezeichnet mit C/M), der die Verbindung zu dem Kabel 12 herstellt, in einem Anschlussverbinder 33 (bezeichnet mit T/M) oder in einem Mehrfachsensor-Verteilerkasten 21 (bezeichnet mit DISTR.). Der Mehrfachsensor-Verteilerkasten ist mit einem einzelnen Verbinder 28 an das Kabel 12 angeschlossen, enthält jedoch mehrere Sensorschnittstellen, wobei jede ihre eigene eindeutige Adresse besitzt, und wobei jeder Entsprechende der mehreren Sensoren daran angeschlossen ist.
Unabhängig davon, wo die Sensorschnittstelle installiert ist, ist der Sensor schließlich an das Kabel 12 durch die Sensorschnittstelle über einen Verbinder, der die Form eines Standardverbinders 28 (bezeichnet mit C) besitzt, einen Verbinder mit integrierter Sensorschnittstelle 20 (bezeichnet mit C/M), einen Abschlussverbinder 32 (bezeichnet mit T) oder einen Abschlussverbinder mit integrierter Sensorschnittstelle 33 (bezeichnet mit T/M) angeschlossen.
Der Verbinder stellt eine Verbindung zu Leitungspaaren in dem Kabel 12 her, die als mehrere parallele Busse wirken, um Leistung und Daten zu den Sensoren und von diesen zu transportieren. Der bevorzugte Aufbau des Systems verwendet ein Kabel 12 mit einem internen Bandkabel, das in einer runden äußeren Umhüllung gefaltet ist. Die Umhüllung kann an perforierten Verbindungen geöffnet werden, die über ihre Länge angeordnet sind, um das Bandkabel freizulegen, das dann zu einer normal ebenen Form entfaltet wird.
Die Verbindung mit dem ausgebreiteten Bandkabel wird mit Standard-Isolationsverschiebeverbindern (IDC) hergestellt, deren Sockelabschnitt an dem ausgebreiteten Bandkabel befestigt ist und deren Steckerabschnitt an der Sensorschnittstelle befestigt ist. Diese Anordnung ermöglicht, dass die Sensoren an jeder Stelle längs des Kabels schnell befestigt werden können und bei Bedarf neu positioniert oder ersetzt werden können.
Die IDC-Verbinder stellen den Kontakt mit den Leitungspaaren im Kabel 12 her, ohne sie zu unterbrechen. Jeder Verbinder, der eine solche Verbindung mit den Leitungen im Kabel herstellen kann, und jede Kabelkonfiguration, die mehrere zugängliche Leitungen enthält, wären außerdem geeignet. Die Verbinder 28 können bei Bedarf mit einer Impedanzanpassungsschaltung gemäß herkömmlichen Techniken des Busaufbaus versehen sein.
Erweiterungsverbinder 30 (bezeichnet mit E) schaffen ein Mittel zum Verzweigen des Kabels 12. Sie sind den Verbindern 28 dahingehend ähnlich, dass sie eben falls IDC-basierte Verbindungen sind, sie verbinden jedoch mit einem Zweig des Kabels 12, der anstelle an eines einzelnen Sensors mehrere zusätzliche Sensoren über seine Länge enthält. Abschlussverbinder 32 (bezeichnet mit T) sind ähnlich, sie enthalten jedoch ein Standard-Widerstandsabschlussnetz, um eine Ringbildung auf dem Bus zu verhindern.
In dem gezeigten bevorzugten Aufbau enthält das Bandkabel im Kabel 12 drei parallele Leitungspaare, die extern als Datenbusse A, B und C bezeichnet sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass mehr als drei oder nur ein Datenbus verwendet werden können, um die Fehlertoleranz des Datensammelsystems zu vergrößern oder zu verringern. Selbst ein Aufbau mit einzelnem Datenbus besitzt Vorteile gegenüber direkt verdrahteten Datensammelsysfemen des Standes der Technik infolge der von ihm verwendeten geringeren Anzahl von Leitungen.
In 2 enthält das Datenbus-Leitungspaar für den Datenbus A eine Signalleitung 42 und eine entsprechende Masseleitung 43. Die Datenbus-Leitungspaare für die Datenbusse B und C enthalten Signalleitungen 44 und 46 und Masseleitungen 45 und 47. Wie später beschrieben wird, werden die Datenbusse A, B und C durch die Steuerung 10 digital in einem Busadressenabschnitt eines Adressensignals bezeichnet.
Die Datenbusse A, B und C sind durch entsprechende Busschnittstellen 48, 50 und 52 an die Datenausgänge 22, 24 und 26 an der zentralen Steuerung 10 angeschlossen (siehe 2). Diese Ausgänge sind vorgesehen, so dass eine tragbare Datenspeichereinheit an jeden von ihnen angeschlossen werden kann, um über den entsprechenden Datenbus Daten von einem ausgewählten Sensor zu empfangen.
In dem bevorzugten Aufbau enthält das Kabel 12 außerdem wenigstens ein und vorzugsweise zwei zusätzliche Leitungspaare, die als Versorgungsleistungsbusse angeordnet sind, um die Sensorschnittstellen mit Leistung zu versorgen. Sie liefern Leistung, um die digitale Adressenschaltung in den Sensorschnittstellen zu betreiben, so dass sie ihre Adresse erkennen können, wenn sie ausgewählt sind, und ihren Sensor an den Datenbus anschließen können. Der Sensor selbst wird nicht über den Versorgungsleistungsbus mit Leistung versorgt, sondern er wird über den ausgewählten Datenbus mit Leistung versorgt.
Die Adressenschaltung in jeder Sensorschnittstelle überwacht gleichzeitig alle Datenbusse. Die zentrale Steuerung 10 spezifiziert eine Schnittstelle und einen Datenbus über ein Adressensignal, das die Adresse der gewünschten Schnittstelle und des Busses, die verwendet werden sollen, enthält. Dieses Signal wird an eine Busschnittstelle gesendet, wo es formatiert und auf einem Datenbus gelegt wird. Jede Sensorschnittstelle empfängt das Signal und die Sensorschnittstelle, deren intern gespeicherte Adresse mit der Adresse in dem Signal übereinstimmt, verbindet ihren Sensor mit dem Datenbus, der in dem Busabschnitt des Adressensignals spezifiziert ist, so dass eine Datenübertragung beginnen kann.
Die Adressenschaltung benötigt im Vergleich zu dem Sensor eine sehr geringe Leistung und die große Anzahl von Sensorschnittstellen kann auf dem Versorgungsbus gleichzeitig mit Leistung versorgt werden. Der zweite Versorgungsleistungsbus kann als Ersatz verwendet werden oder die Sensoren können zwischen den beiden Bussen aufgeteilt werden, wenn die Anzahl der Sensoren so groß ist, dass die Leistungsübertragungsfähigkeit eines Versorgungsleistungsbusses überschritten ist.
Die Steuerung wird über einen Standard-Wechselspannungsleistungsverbinder 38 mit Leistung versorgt und enthält ein Eingabemittel 34, das verwendet wird, um der Steuerung mitzuteilen, welcher Sensor aktiviert werden soll und welcher Datenbus verwendet werden soll, um die Daten von diesem Sensor zu senden. Beim manuellen Betrieb kann die Eingabeeinrichtung ein Tastenfeld 34, das in 1 gezeigt ist, oder eine Tastatur sein. Diese ermöglichen, dass eine Sensoradresse sowie der gewünschte Bus manuell eingegeben werden können.
Alternativ kann das System für einen stärker automatisierten Betrieb unter der externen Steuerung eines Computers oder einer automatisierten Datenspeichereinheit eingerichtet sein, wobei dann eine serielle Schnittstelle RS-232 oder eine Direktverbindung zu einem Computerbus als Eingabeeinrichtung verwendet werden können.
Diese Eingabeeinrichtungen können anstelle eines Tastenfelds oder einer Tastatur oder zusätzlich zu diesen verwendet werden. In jedem Fall besteht die prinzipielle Funktion des Eingabemittels darin, die Adresse eines Sensors, der zur Sammlung von Daten eingeschaltet werden soll, und eines Busses, über den die Daten übermittelt werden sollen, zu spezifizieren.
Die zentrale Steuerung enthält außerdem ein Ausgabemittel zum Signalisieren des Status der Steuerung. Das kann die Form einer LCD-Anzeige 36 besitzen, wie in 1 gezeigt ist. Es kann außerdem eine serielle Schnittstelle RS-232, einen Computermonitor, eine Verbindung zu einem Computerbus oder jede Kombination davon enthalten. Die Ausgabeeinrichtung wird venrwendet, um Informationen entweder direkt an einen Benutzer des Systems oder an eine automatisierte Datensammeleinrichtung zu liefern. Die Informationen können solche Elemente enthalten, wie die Adresse des gegenwärtig ausgewählten Sensors, welche Datenbusse in Verwendung sind, ob Daten auf den Bussen ankommen und ob die Daten in Ordnung sind und nicht durch Signalbegrenzung verzerrt sind.
In 2 führt eine Mikrosteuerung 40 die Aufgabe der Verwaltung des Systembetriebs und der Übersetzung zwischen den Eingabe- und Ausgabemitteln 34, 36 auf der einen Seite und dem Datensammelsystem auf der anderen Seite aus. Sie führt solche Funktionen aus, wie die Annahme von Daten von dem Tastenfeld, wenn Tasten gedrückt würden, Interpretieren der Eingabe, die den Sensor und den Bus spezifiziert, Herstellen eines digitalen Adressensignals, Einschalten bestimmter Triggersignale, um Abschnitte der Busschnittstelle zu aktivieren, Überwachung zum Feststellen, ob ankommende Daten in Ordnung sind, Senden von Statusinformationen zum Ausgang sowie weitere Takt- und Ablauffunktionen zur Koordinierung des Systembetriebs.
Ein optionales digitales Eingabe/Ausgabemittel, wie etwa die RS-232-Verbindung 37, können anstelle des Eingabe/Ausgabemittels 34, 36 oder zusätzlich zu diesem verwendet werden, um eine automatisierte Steuerung des Systems von einem Computer oder von einem tragbaren Datenschreiber zu ermöglichen.
Ein Fachmann für herkömmliche Mikrosteuerungsschaltungen wird erkennen, dass die Mikrosteuerung außerdem zusätzliche (nicht gezeigte) Unterstützungschips, wie etwa Puffer, einen programmierbaren Nur-Lese-Speicher PROM (um ein Eingabe/Ausgabe-Programm zu speichern, das den Betrieb der Mikrosteuerung steuert, und einen Arbeitsspeicher (RAM), der Teil des Mikrosteuerungschips sein kann oder separat vorhanden sein, enthält. Alle diese Unterstützungschips würden in dem Steuerabschnitt 41 der zentralen Steuerung 10 enthalten sein und der Aufbau des auf einer Mikrosteuerung basierten Steuerabschnitts 41 ist vollkommen herkömmlich.
Die Daten von dem spezifizierten Sensor kommen über einen der spezifizierten Zweileitungs-Datenbusse 42–43, 44–45 und 46–47 an der zentralen Steuerung an und werden an den Datenausgängen 22, 24 und 26 für eine Aufzeichnung durch einen Datenschreiber oder eine andere Vorrichtung extern verfügbar gemacht. Die Datenbusse sind über drei im Wesentlichen identische Busschnittstellen 48, 50 und 52 an die zentrale Steuerung angeschlossen.
Die Mikrosteuerung 40 steuert den Betrieb der Busschnittstellen über die Steuerbusse 58, 60 und 62. Die Steuerbusse enthalten mehrere Steuer- und Statusleitungen, die in Verbindung mit 3 vollständig beschrieben werden, zum Senden und Empfangen von digitalen Signalen an die Busschnittstellen bzw. von diesen.
Zusätzlich zu den sechs Leitungen der drei Datenbusse enthält das Kabel 12 zwei Leitungen des Versorgungsleistungsbusses 54, 55, die durch die Gleichstrom-Leistungsversorgung 56 angesteuert werden. Die Gleichstrom-Leistungsversorgung versorgt außerdem die Mikrosteuerung 40, die Busschnittstellen 48, 50 und 52 und durch sie die Sensoren über die Datenbusse mit Leistung. Zusätzliche Zweileitungs-Datenbusse und/oder Versorgungsleistungsbusse können in dem Kabel 12 enthalten sein, um zusätzliche Daten- und/oder Leistungswege zu schaffen.
Die Gleichstrom-Leistungsquelle 56 erzeugt wenigstens drei unterschiedliche Spannungen +KPV, +SPV und +DPV, um unterschiedliche Abschnitte der Schaltung mit Leistung zu versorgen. Die Stromleitung 57 ist dargestellt, um die Tatsache zu betonen, dass Strom an die Busschnittstellen und von dort über das Kabel 12 an die Sensoren gesendet wird. Weitere Teile der zentralen Steuerung werden außerdem in herkömmlicher Weise mit Leistung versorgt, obwohl die Leistungsverbindungen nicht gezeigt sind.
Die größte Spannung, die von der Gleichstrom-Leistungsquelle 56 geliefert wird, ist die Versorgungs-Leistungsspannung (+KPV). Das ist die Spannung, die über den Versorgungsbus 54, 55 an die Adressenschaltung geliefert wird. Wie später beschrieben wird, wird diese Spannung außerdem als die binäre "Ein"-Spannung in dem digitalen Adressensignal verwendet, das über die Datenbusse gesendet wird. Die Aus-Spannung beträgt im Wesentlichen 0 Volt.
Die zweite und nächstniedrigere Spannung ist die Sensorversorgungsspannung (+SPV). Diese Spannung wird verwendet, um den Konstantstrom der Sensorversorgungsquelle 86 zu liefern. Die Sensoren legen eine Vorspannung, die kleiner als +SPV ist, auf die Datenbusse, wobei die analogen Wechselspannungsdaten um diese Vorspannung schwanken. Die analoge Datenspannung kann niemals +SPV übersteigen und diese Differenz wird verwendet, um zu verhindern, dass analoge Daten mit digitalen Daten, die immer 0 oder +SPV betragen, verwechselt werden. Einschränkungen an dem minimalen Spannungspegel der analogen Daten bewirken, dass sich die Spannungsbereiche für. gültige digitale Daten und gültige analoge Daten gegenseitig ausschließen.
Der letzte und niedrigste Spannungspegel ist die digitale Versorgungsspannung (+DPV). Diese Spannung wird verwendet, um viele der digitalen integrierten Schaltungen mit Leistung zu versorgen.
Für die Busschnittstellen liefert 3 einen genauen Schaltplan für die Busschnittstelle 48, die mit dem Datenbus A verbunden ist. Da die drei Busschnittstellen 48, 50 und 52 identisch sind, wird lediglich die Schnittstelle 48 vollständig beschrieben.
Digitale Steuersignale von der Mikrosteuerung 40 werden über verschiedene Steuerleitungen, die mit "A ADDR" 68 "A ADDR ON" 70, "A OFF" 72 und "A AUX ON" 74 bezeichnet sind, an die Busschnittstelle 48 gesendet. Digitale Statussignale von der Busschnittstelle werden über Statusleitungen, die mit "A DATA" 76 und "A CILP" 78 bezeichnet sind an die Mikrosteuerung 40 gesendet. Die mit "A AUX" 80 bezeichnete Leitung 80 ist eine Hilfs-Gleichstromverbindung zu den Sensoren über den Datenbus 42. Sie kann verwendet werden, um Leistung über den Datenbus zu jedem Sensor zu liefern, der eine nicht standardgemäße Leistung benötigt, oder sie kann für die Gleichspannungs-Datenausgabe verwendet werden.
Eine Wechselspannungs-Datenausgabe wird jedoch im Allgemeinen an einem Datenausgang 22 vom Datenbus 42 über ein herkömmliches Wechselspannungs-Ausgabenetz bereitgestellt, das aus einem Widerstand 64 und einem Kondensator 66 besteht. Sie übertragen das Wechselspannungs-Datensignal und blockieren die Gleichspannungs-Vorspannung auf dem Datenbus während des Intervalls, in dem Daten übertragen werden.
Die Steuer- und Statusleitungen, die hier bezeichnet sind, sind Teile des Steuerbusses 58 von 2 und die bezeichneten Steuer- und Statusleitungen 68–80 von 3 enden an adressierbaren Eingängen und Ausgängen der Mikrosteuerung 40. Die Mikrosteuerung 40 enthält außerdem entsprechende Steuer- und Statusleitungen für die anderen zwei Busschnittstellen 50 und 52 in den Steuerbussen 60, 62.
Die Busschnittstelle 48 führt die folgenden Hauptfunktionen aus:

1. Sie empfängt ein digitales Adressensignal von der Mikrosteuerung 40, das eine Sensoradresse und einen Datenbus spezifiziert, formatiert das Adressensignal, indem es seine Spannung von den herkömmlichen TTL-Spannungspegeln von 0 und 5 Volt auf die Pegel 0 und +KPV verschiebt, damit die Sensorschnittstellen sie als digitale Adresse erkennen, und überträgt dann das Signal über den Datenbus 42–43
2. Sie legt eine Verzögerungsperiode zeitlich fest, während der das Adressensignal gesendet wird, legt anschließend eine Konstantstromleistung auf den Datenbus 42, um die Vorspannung einzustellen und den ausgewählten Beschleunigungssensor mit Leistung zu versorgen.
3. Wenn erste Daten auf dem Datenbus 42 ankommen, überwacht und prüft die Busschnittstelle 48 diese Daten und meldet an die Mikrosteuereinheit a) dass jetzt Daten ankommen und b) dass die Daten im Betriebsbereich liegen.
4. Zu einem folgenden Zeitpunkt nimmt die Busschnittstelle auf Befehl von der Mikrosteuereinheit die Leistung von dem Datenbus 42, wodurch alle Sensorschnittstellen in einen Bereitschaftsmodus zurückgesetzt werden, in dem sie auf ein neues Adressensignal warten.

Diese Funktionen werden prinzipiell durch eine Taktgeberschaltung 82, eine Adressenschaltung 84, eine Sensorstromversorgung 86 und zwei (2) Datenüberwachungsschaltungen 88 und 90 ausgeführt.
Der erste Schritt in einem Datensammelzyklus besteht für die Mikrosteuerung 40 darin, sicherzustellen, dass die Sensorleistung auf der Datenleitung 42 ausgeschaltet wird, indem die A OFF-Leitung 72 auf Tiefpegel geschaltet wird. Das löscht das Flipflop 92 und öffnet den elektronischen FET-Schalter 94, der über eine Leitung 96 an das Flipflop 92 geschaltet ist. Das Löschen des Flipflop-Ausgangs öffnet den Schalter 94 und trennt die Sensorstromversorgung 86 des Adressbusses 42.
Wenn die Sensorleistung vom Datenbus A genommen wird, wird jeder zuvor ausgewählte Sensor, der mit dem Datenbus verbunden ist und von diesem Sensorleistung zieht, getrennt, zurückgesetzt und in den Bereitschaftszustand geschaltet.
Wenn der Datenbus gelöscht ist, meldet anschließend die Mikrosteuerung 40 der Busschnittstelle, dass eine Adresse über den Datenbus A gesendet wird, indem sie die A ADDR ON-Leitung 70 auf Hochpegel schaltet.
Das Schalten der Leitung 70 auf Hochpegel schließt den FET-Schalter 98, verbindet die Adressenschaltung 84 mit dem Datenbus 42 und beginnt gleichzeitig den Taktzyklus der Taktgeberschaltung 82.
Die Taktgeberschaltung 82 wird dann beginnen, über einen 555-Taktgeber 100 eine voreingestellte Taktperiode auszuzählen, die durch die RC-Zeitkonstante aus dem Widerstand 108 und dem Kondensator 112 eingestellt ist. Am Ende der voreingestellten Zeitperiode wird der Ausgang des Zeitgebers 100 den Zustand des J-K-Flipflop 92 kippen, den Schalter 94 schließen und Sensorleistung von der Sensorleistungsschaltung 86 an den Datenbus 42 liefern.
In der voreingestellten Zeitperiode, die durch den Taktgeber 100 erzeugt wird, muss die Mikrosteuerung 40 ein Adressensignal erzeugen, das den gewünschten Sensor spezifiziert, und dieses Signal an die Busschnittstelle senden, so dass der richtige Sensor mit dem Datenbus 42 verbunden werden kann, um die Leistung zu empfangen. In dem bevorzugten Aufbau erzeugt der Taktgeber 100 nachdem die A ADDR ON-Leitung 70 zum Hochpegel geht eine Verzögerung von wenigstens 100 Millisekunden, bevor sie den Zustand des J-K-Flipflops 92 umschaltet.
Wenn die A ADDR ON-Leitung 70 auf Hochpegel geschaltet ist, wird das Adressensignal von der Mikrosteuerung 40 über die Steuerleitung 68 an die Adressenschaltung 84 gesendet. Das Adressensignal, das durch die Mikrosteuerung erzeugt wird, enthält zwei Abschnitte. Erster Abschnitt ist die Adresse der Sensor schnittstelle, die mit dem Sensor, von dem Daten gesammelt werden sollen, verbunden ist.
Der zweite Abschnitt identifiziert den Bus, über den die Daten gesendet werden sollen. Die A-Bus-Schnittstelle 48 wird verwendet, um einem Sensor mitzuteilen, dass Daten über den A-Datenbus 42–43 übertragen werden sollten, die B-Bus-Schnittstelle 50 wird verwendet, um einen Sensor mitzuteilen, dass Daten über den B-Datenbus übertragen werden sollten usw.
Die Adressenschaltung 84 ist grundsätzlich ein Spannungspegelschieber, der das Adressensignal, das durch die Mikrosteuerung 40 erzeugt wird, von seinen ursprünglichen Pegeln von 0 Volt (aus) bis 5 Volt (ein) in ein digitales Adressensignal von 0 Volt (aus) bis +KPV (ein) umsetzt, bevor es auf dem Datenbus 42 gesendet wird.
Wenn der Zeitgeber 100 abläuft, öffnet er den Schalter 98 und kippt den Zustand des Flipflops 92, indem der Schalter 94 geschlossen wird, wodurch die Adressenschaltung 84 vom Datenbus getrennt wird und stattdessen die Sensorstromversorgung 86 angeschaltet wird.
Die Sensorstromversorgungsschaltung 86 enthält einen Leistungsregler 102 mit drei Anschlüssen, der durch die Widerstände 104 und 106 als eine Konstantstromquelle konfiguriert ist. Da die Leistungsversorgung mit einer maximalen Spannung von +SPV versorgt wird, die kleiner als +KPV ist, kann die analoge Sensordatenspannung +SPV nicht übersteigen und kann nicht mit digitalen Adressensignalen verwechselt werden, die entweder den Betrag 0 oder +KPV besitzen.
Die Vorspannung/Impedanz-Konverterschaltung am Beschleunigungsmesser (siehe 6) stellt aus dem Strom, der von der Sensorleistungsschaltung 86 geliefert wird, eine nominale Vorspannung mit einem Wert von 50% der Spannung +SPV ein. Diese Schaltung begrenzt außerdem die minimale Spannung der Daten von dem Sensor, wodurch verhindert wird, dass die Adressenschaltung auf anderen Sensorschnittstellen Daten mit Adressensignalen von der Mikrosteuerung 40 verwechselt. Das Fehlen der Vorspannung, wenn die Sensorleistungsschaltung 86 durch den Schalter 94 getrennt ist, kann in der Sensorschnittstelle eindeutig erfasst werden, um den ausgewählten Sensor zurückzusetzen und ihn in den ge trennten Zustand zu schalten.
Die Konstantstromquelle ist besonders geeignet für die Leistungsversorgung von Beschleunigungsmessern. Für andere Typen von Sensoren, die andere Formen der Leistung benötigen, kann die A AUX-Leitung 80 verwendet werden, um Leistung zu liefern, vorausgesetzt, dass sie im Spannungsbereich von einer minimalen Spannung bis +SPV begrenzt ist, wie zuvor beschrieben wurde. Der Anschluss der A AUX-Leitung wird durch die Mikrosteuerung über die A AUX ON-Leitung 74 gesteuert.
Die Adressenschaltung 84 verschiebt den Spannungspegel der ankommenden Adressenbits auf der A ADDR-Leitung 86, so dass ein digitales "Ein"-Signal +KPV beträgt. Die Adressenimpulse von der Leitung 86 schalten den Transistor 116. Wenn die A ADDR-Leitung auf Hochpegel geht, leitet der Transistor 116, die Spannung am Kollektor des Transistors 116 geht zum Tiefpegel, wodurch die Spannung am invertierenden Eingang des Komparators 118 unter die Spannung fällt, die durch die Vorspannungswiderstände am nicht invertierenden Eingang von 118 eingestellt ist, wodurch bewirkt wird, dass der Ausgang des 118 am Schalter 98 auf Hochpegel von etwa der vollen +KPV-Spannung verschoben wird.
Wenn die Sensorschnittstelle, die später beschrieben wird, in geeigneter Weise arbeitet, wird die Sensorschnittstelle, die der Adresse entspricht, die in dem gerade übertragenen Adressensignal spezifiziert ist, ihren Sensor mit dem A-Datenbus verbunden haben und die darauf befindliche Vorspannungsschaltung wird auf dem A-Datenbus eine Vorspannung mit einem Wert von etwa 50% von +SPV eingestellt haben. Analoge Daten, die zwischen der minimalen Datenspannung und +SPV liegen, beginnen auf dem Datenbus A zu erscheinen, wenn der Sensor arbeitet, und diese Daten gehen über den Kondensator 66 zum Datenausgang A.
Um festzustellen, dass Daten, die in Ordnung sind, ankommen, wird die Spannung auf dem Datenbus A durch die Module 88 und 90 überwacht. Das Modul 88 überwacht die Gleichspannungs-Vorspannung und das Modul 90 überwacht die Wechselspannung, um festzustellen, dass das Signal in dem gültigen Bereich liegt und nicht im Ergebnis von Signalbegrenzung oder Sättigung verzerrt ist.
Das Modul 88 überwacht die A-Datenbussignalleitung über die Leitung 136 durch den Widerstand 150, mit dem der Kondensator 151 und der Widerstand 149 als ein Tiefpassfilter wirkt und im Wesentlichen die Wechselspannungskomponente zur Masse kurzschließt. Die Komparatoren 138 und 140 bilden ein Spannungsfenster um die erwartete Vorspannung und melden der zentralen Steuerung 40 durch Einschalten der A DATA-Leitung 76 auf Hochpegel, wenn die Vorspannung in Ordnung ist. Das signalisiert, dass auf dem A-Datenbus Daten zur Verfügung stehen. Die Mikrosteuerung wird dann typischerweise eine Angabe in der Anzeige 36 einschalten oder einer automatischen Datensammeleinrichtung signalisieren, dass Daten nun gesammelt werden können.
Wenn die Vorspannung zu hoch steigt, schaltet der Komparator 138 seinen Ausgang auf Tiefpegel, wodurch das gute Datensignal auf der A DATA-Leitung 76 ausgeschaltet wird. Wenn die Vorspannung zu tief sinkt, schaltet der Komparator 140 seinen Ausgang auf Tiefpegel, wodurch das Datenverfügbarkeitssignal auf A DATA ausgeschaltet wird. Jede Situation wird der Mikrosteuerung melden, dass keine guten Daten mehr zur Verfügung stehen.
Die Überwachungsschaltung 90 arbeitet in einer ähnlichen Weise wie die Überwachungsschaltung 88, mit der Ausnahme, dass die Tiefpassfilterung fehlt. Sie enthält zwei Komparatoren 152 und 154, die über die Leitung 156 durch die Widerstände 162 und 164 mit dem Datenbus 42 verbunden sind. Die Komparatoren 152 und 154 richten ein viel größeres Vergleichsfenster zur Überwachung der Wechselspannungseigenschaft des Datensignals ein als jenes, dass bei der Gleichstromüberwachung im Modul 88 eingerichtet wurde. Die Widerstände 158 und 160 sind einstellbar, um die Spannungen einzustellen, bei denen die Komparatoren das Signal auf der Leitung A CILP 78 ausschalten.
Wenn die Schwankungen des Wechselspannungssignals außerhalb des breiten Spannungsfensters liegen, das durch die Komparatoren 152 und 154 eingestellt wurde, schaltet einer der Komparatoren seinen Ausgang auf Tiefpegel, solange die Spannung außerhalb des Fensters liegt. Die A CLIP-Datenleitung 78 geht dann auf Tiefpegel, wodurch der Mikrosteuerung 40 signalisiert wird, dass die Daten nicht gut sind.
4 gibt den Schaltplan für eine Sensorschnittstelle 168 an. Die Sensorschnittstelle 168 kann in dem Gehäuse für einen Beschleunigungsmesser 14, in einem separaten Schnittstellenmodul 18, in einer Abschlusseinrichtung 33, in einem Busverbinder 20 oder in einem Mehrfachsensor-Verteilerkasten 21 angebracht sein. Alle Sensorschnittstellen sind mit Ausnahme der in ihnen gespeicherten eindeutigen Adresse identisch.
Leistung wird an die Sensorschnittstellenschaltung durch den Versorgungsleistungsbus 54, 55, der +KPV befördert, geliefert. Diese Spannung wird verwendet, um eine Referenzspannung bei der Erfassung der digitalen Impulse auf den Datenbussen zu erzeugen. Sie wird außerdem in herkömmlicher Weise verwendet, um durch die Zenerdiode 169 und die zugehörigen Widerstände und Filterkondensatoren eine geringere Spannung +DPV für die digitale Schaltung zu erzeugen.
Jede Sensorschnittstelle 186 ist mit allen drei Datenbussen 42–43, 44–45 und 46–47 und mit dem Versorgungsleistungsbus 54–55 verbunden. Die Datenbusse sind durch Dioden 172, 174 und 176 direkt mit einem Adressendetektor 170 verbunden.
Der Adressendetektor führt zunächst eine Spannungspegelerkennung mit dem Komparator 178 durch, der lediglich die digitalen +KPV-Adressensignale durchlässt, die durch die Vorspannungswiderstände 180, 182, 184 und 186 eingestellt sind. Spannungen bei +SPV und darunter passieren den Komparator 178 nicht.
Da die Sensoren in dem System bei unterschiedlichen Abständen von der zentralen Steuerung angeordnet sein können, werden Verzögerungen mit veränderlicher Dauer während der Ausbreitung der Adressensignale eingeführt. Um Probleme infolge der unbekannten Länge dieser Verzögerungen zu vermeiden, geht jedem Datenbit in dem Adressensignal ein Taktbit voraus. Diese "Selbsttaktung" wird in Verbindung mit S später genauer beschrieben, das Taktbit wird jedoch verwendet, um das Flipflop 188 umzuschalten, damit ein getakteter Ausgangsimpuls erzeugt wird, der durch den Widerstand 190 und den Kondensator 192 eingestellt wird und der das Adressbit, das dem Taktbit unmittelbar folgt, abtastet. Dieser getaktete Ausgangsimpuls besitzt eine abfallende Flanke, die in das Datenbit fällt, das dem Taktbit folgt.
Der resultierende Ausgangsimpuls von 188 wird zu dem Q-Ausgang des Adressenkomparators 194 und von dem negierten Q-Ausgang zu dem Seriell-zuparallel-Konverter 196 über die Leitungen 198 bzw. 200 geleitet. Die Adressenbits, die den Taktbits folgen, werden ebenfalls zu dem Adressenkomparator 194 und über die Leitungen 202 bzw. 204 zu dem Seriell-zu-parallel-Konverter 196 geleitet. Die abfallende Flanke des getakteten Impulses von 188 bewirkt, dass der Adressenkomparator 194 und der Seriell-zu-parallel-Konverter 196 die Datenbits auf den Leitungen 202, 204 liest. (Wie später beschrieben wird, ist das Eingangsgatter des Seriell-zu-parallel-Konverters 196 tatsächlich lediglich während des Busadressenabschnitts des Adressensignals offen, so dass es lediglich Datenbits in diesem Abstand lesen wird).
Der Adressenkomparator 194 enthält einen E2ROM zum Speichern der eindeutigen Adresse dieser Sensorschnittstelle. Die bevorzugte Vorrichtung für diese Funktion ist ein programmierbarer 16 Bit-Codedetektor, wie etwa ein HC2063. Der gespeicherte "Code" ist die eindeutige Adresse der Sensorschnittstelle und kann über den Steuerbus 206 elektrisch eingegeben oder geändert werden. Das erfolgt gewöhnlich beim Installieren des Sensors, wenn der Steuerbus nicht mit dem Datenbus verbunden ist. Der Steuerbus enthält typischerweise eine Programmleitung, eine Taktleitung, eine Datenleitung und Leitungen zum Lesen und Modifizieren der Daten in dem E2ROM.
Der Adressenkomparator 194 benötigt ein anfängliches "Ein"-Bit, um seinen Vergleich zu beginnen, so dass das anfängliche Bit des Sensoradressenfelds immer 1 ist. Dieses Bit ist in 5 mit "Vergleich ein" bezeichnet.
Beim Empfangen einer Adresse, die mit der gespeicherten Adresse übereinstimmt, schaltet der Adressenkomparator 194 die Ausgangsleitung 208 auf Hochpegel, wodurch bewirkt wird, dass das bistabile Flipflop 210 die Leitung 212 COMPARE (H) auf Hochpegel schaltet. COMPARE (H) ist ein Übereinstimmungssignal, das angibt, dass dieser Sensor ausgewählt wurde. Es wird zum A-Eingang des Seriell-zu-parallel-Konverters 196 geschaltet. Die A- und B-Eingänge des Konverters 196 sind die Eingänge eines UND-Gatters, so dass die Adressenbits, die auf der Leitung 204 am B-Eingang ankommen, blockiert sind, bis die Leitung 202 COMPARE (N) auf Hochpegel schaltet.
Die COMPARE (H)-Leitung schaltet nach dem Eintreffen der ersten acht Bits (die die übereinstimniende Sensoradresse spezifizieren) in dem 16 Bit-Adressensignal auf Hochpegel. Die restlichen Adressenbits (die den zu verwendenden Datenbus spezifizieren) werden dann in den Seriell-zu-parallel-Konverter geleitet.
Ein komplettes Adressensignal, das in 5a gezeigt ist enthält ein Sensoradressenfeld und ein Busauswahlfeld. Bei einem Aufbau mit einzelnem Datenbus kann das Busauswahlfeld eliminiert werden. Jedes Feld umfasst acht Datenbits, wobei jedem Datenbit ein Taktbit vorausgeht. Das Taktbit besitzt eine Dauer, die die Hälfte der Dauer des Datenbits ist. Es löst den Adressendetektor 170 aus, um ein Impuls zu erzeugen (siehe 5b), dessen abfallende Flanke in die Mitte des unmittelbar folgenden Datenbits fällt. Diese bitweise Selbsttaktung vermeidet alle Probleme des zeitlichen Ablaufs infolge von großen Kabellängen.
Das erste Datenbit des Sensoradressenfelds ist mit "Vergleich ein" bezeichnet und das erste Bit der Busauswahladresse ist mit "SW (H)" bezeichnet. Diese ersten Bits jedes Felds sind immer eingeschaltet, d. h. eine digitale 1. Das Einstellen des ersten Bits jedes Felds auf 1 vereinfacht die Adressenschaltung. Die restlichen sieben Bits in jedem Feld stellen die Sensoradresse oder die Datenbusadresse dar. In der bevorzugten Ausführungsform werden lediglich die ersten drei Bits der für die Busadresse verfügbaren sieben Bits verwendet. Die Bits werden in einer 1-zu-1-Entsprechung mit den drei Datenbussen gesetzt. Die sieben Bits der Sensoradresse sind eine herkömmliche binäre Zahl.
Das Signal "Vergleich ein", welches das Bit 0 des 8 Bit-Sensoradressenfelds ist, tritt zwischen der Zeit t₀ und der Zeit t₄ auf. Das Taktbit 250, das diesem Datenbit entspricht, tritt vom Zeitpunkt t₀ bis t₁ auf und das Datenbit 252 (immer eine 1) tritt vom Zeitpunkt t₂ bis t₄ auf. In der Periode nach dem Taktbit und vor dem Datenbit fällt die Spannung immer auf 0, wodurch vom Taktbit eine unterschiedliche abfallende Flanke erzeugt wird. Die abfallende Flanke des Taktbits 250 löst das Flipflop 188 aus, das einen getakteten Impuls 254 erzeugt (5b), dessen abfallende Flanke 194 und 196 abtastet, um das folgende Datenbit etwa zum Zeitpunkt t₃, der genau in der Mitte dieses Datenbits liegt, einzulesen.
Bit 1 (das zweite Bit des Adressenfelds und das erste signifikante Bit der Adresse) beginnt zum Zeitpunkt t4. Ihm geht ein Taktbit 256 von t₄ bis t₅ voraus, das als eine Fortsetzung dieses Bits erscheint, da das vorausgehende Datenbit eine 1 ist. Die abfallende Flanke jedes Taktbits erzeugt jedoch den getakteten Impuls von 188, wie in 5b gezeigt ist, und die abfallende Flanke ist immer verschieden. Zum Zeitpunkt t₆ liest der Impuls 258 (einen weiteren) Datenimpuls 260 ein.
Das Bit 2 (das dritte Bit des Feldes) enthält das Taktbit 262, dessen abfallende Flanke den Impuls 264 startet. Die abfallende Flanke des Impulses 264 liest das Datenbit (eine 0) zum Zeitpunkt t₇ ein. Alle restlichen Bits werden in der gleichen Weise eingelesen, wobei das Taktbit im Flipflop 188 einen Impuls erzeugt (in 5b gezeigt), dessen abfallende Flanke in der Mitte des Datenbits erfolgt. Die Bits 4–7 des Sensoradressenfelds und die Bits 13–15 des Busadressenfelds sind nicht gezeigt.
Die drei folgenden Datenbits SW (N) entsprechen den drei Datenbussen. In dem Busadressenfeld wurde Bus A ausgewählt, da das Datenbit 266 eingeschaltet ist, und die Busse A und B sind nicht ausgewählt, da ihre entsprechenden Datenbits ausgeschaltet sind.
Das vollständige Adressensignal, das in 5a gezeigt ist, umfasst das "Vergleich Ein"-Bit (immer eine 1), eine aus sieben Bit bestehende binäre Sensoradresse (deren erste drei Bits als 1, 0 und 0 gezeigt sind, und deren letzte vier Bits nicht gezeigt sind), SW (H) (immer eine 1), drei Bits für die Busadresse (die als 1, 0 und 0 gezeigt ist, was angibt, dass der A-Datenbus verwendet werden soll) und vier nicht verwendete Bits (die jedoch für zusätzliche Datenbusse verwendet werden könnten).
Die gesamte Übertragung des 16 Bit-Adressensignals erfolgt während der Zeitperiode, die durch den Zeitgeber 100 in der Busschnittstelle eingestellt ist. Nach dieser Zeitperiode läuft der Zeitgeber 100 ab und der Schalter 94 schließt, wodurch die Sensorleistung auf den Datenbus A geschaltet wird. Die Daten werden dann beginnen, auf dem Datenbus in der gezeigten Weise zu erscheinen. Wie zuvor beschrieben wurde, sind sie in der Spannung zwischen der minimalen Datenspannung und +SPV beschränkt.
In 4 verhindert die COMPARE (H)-Leitung an 212 die Eingabe in den Seriellzu-parallel-Konverter 196, bis durch den Adressenkomparator 194 eine übereinstimmende Adresse erkannt wurde. Der Seriell-zu-parallel-Konverter wirkt als ein Buswahlmittel. Wenn der Eingang durch einen digitalen Hochpegel auf der Leitung COMPARE (H) geöffnet ist, wird die Busadresse in 196 geschaltet und durchläuft die acht parallelen Ausgänge QA bis QH nach unten. Wird die Busadresse von 5 als Beispiel verwendet, ist SW (N) (das immer auf Hochpegel ist) am Ausgang QH und die Bits, die dem Datenbus A entsprechen, sind am Ausgang QG, wenn die Busadresse in den 8 Bit-Konverter 196 vollständig eingegeben wurde.
Das Bit, das dem Datenbus B entspricht, ist am Ausgang QF und das Bit, das dem Bus C entspricht ist am Ausgang QE.
SW (H) wird außerdem auf der Leitung 240 an die UND-Gatter 222, 224 und 226 des Busses geschaltet. Das verhindert, dass die Busauswahlschalter 216, 218 und 220 betrieben werden, bis die vollständige Busauswahladresse in den Konverter 196 eingegeben wurde. Bevor die Busauswahladresse eingegeben wurde, sind alle Ausgänge QA-QH auf Tiefpegel. Da das erste Bit SW (H) in dem Busadressenabschnitt immer eine 1 ist, schaltet die Leitung 214 auf Hochpegel, wenn die Busauswahladresse vollständig in den Konverter 196 eingegeben wurde. Wenn die Leitung 214 auf Hochpegel geht, ermöglichen die UND-Gatter 222, 224 und 226, dass die geeignete Busauswahlleitung 228, 230, 232 den entsprechenden Busauswahlschalter 216, 218 und 220 auslösen, um den Sensor 234 über den Impedanzkonverter, der in 6 gezeigt ist, mit dem spezifizierten Datenbus zu verbinden.
Der Sensor 234 sendet weiter Daten über den Datenbus, bis die Sensorleistung durch das Öffnen des Sensorleistungsschalters 94 als Antwort auf das Signal in der A OFF-Leitung 72 von der zentralen Steuerung abgeschaltet wird. Wenn die Sensorleistung vom Datenbus 42 entfernt wird, wirkt die Rücksetzschaltung 236, die den Spannungskomparator 238 und das Flipflop 240 enthält, um die OFF-Leitung 242 auf Tiefpegel zu schalten. Der Spannungskomparator 238 erfasst den Spannungsabfall auf dem Datenbus. Immer dann, wenn die Datenbusspannung unter die Referenzspannung fällt, die durch Spannungsteilerwiderstände 237 und 239 eingestellt ist, wird das Flipflop 240 ausgelöst, wodurch der invertierte Q-Ausgang verändert wird, der die OFF-Leitung 242 auf Tiefpegel schaltet.
Die OFF-Leitung 242 löst das Gatter 244 und das NAND-Gatter 246 aus, die als ein Inverter geschaltet sind. Die CLEAR-Leitung 248 löscht dann den Seriell-zuparallel-Konverter 196, wodurch bewirkt wird, dass die Ausgangsleitung 214 absinkt und alle Datenbusschalter 220, 218, 216 geöffnet werden. Die Sensorschnittstellenschaltung ist dann im Bereitschaftszustand, in dem das nächste Adressensignal abgewartet wird, das sie einschaltet und ihren Sensor mit einem Datenbus verbindet.
Der Sensor 234, der einer aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren sein kann, ist über die Leitung 300 mit dem per Schalter ausgewählten Datenbus verbunden. 6 zeigt als ein Beispiel einen herkömmlichen piezoelektrischen Beschleunigungsmessersensor 302 mit einem Impedanzkonverter und der erforderlichen Anpassung zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung.
Die prinzipielle Änderung gegenüber dem Aufbau eines Standard-Impedanzkonverters besteht in der Verwendung von Dioden, um eine minimale Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten, bevor das Signal an den Datenbus gekoppelt wird. Diese minimale Spannung verhindert den unbeabsichtigten Betrieb der Rücksetzschaltung 236, der bewirken würde, dass die Sensorschnittstelle vom Datenbus getrennt und in den Bereitschaftsmodus zurückgesetzt wird.
Es wird daran erinnert, dass die Sensorleistungsversorgung eine Konstantstromquelle ist, und dass die Vorspannungsschaltung des Sensors 234 eine nominelle Vorspannung einstellt, die einen Wert von 50% der maximalen Sensorförderungsspannung +SPV besitzt. Das Vibrationssignal von dem piezoelektrischen Sensor 302 ist ein Wechselspannungssignal, das dieser Gleichspannungs-Vorspannung überlagert ist. Die obere Grenze dieses Signals wird durch die maximale Spannung +SPV gesteuert und die untere Grenze des Signals wird durch Dioden 304 und 306 gesteuert. Die Dioden 304 und 306 sind Siliciumdioden mit einem nominalen Spannungsabfall von jeweils 0,6 Volt.
Selbst wenn der Ausgangstransistor 308 gesättigt ist, ist die Ausgangsspannung auf der Leitung 300 nicht kleiner als die Spannung über diesen beiden in Reihe geschalteten vonrwärts vorgespannten Dioden. Ist der Transistor 308 abgeschaltet, ist die Ausgangsspannung nicht größer als die volle Spannung +SPV. An jeder Grenze liegt die Spannung in einem eingeschränkten Bereich, der über dem Wert für eine digitale 0 in dem Adressensignal (Spannung aus) und unter dem Wert für eine digitale 1 (+KPV) liegt, wie in 5 gezeigt ist.
Der restliche Teil des Impedanzkonverters ist standardmäßig. Der piezoelektrische Sensor 302 erzeugt eine Wechselspannung, wenn er Vibrationen ausgesetzt ist. Das Signal wird durch den FET 322 verstärkt, der den Konstantstrom durch die Transistoren 310 und 308 moduliert. Der Kondensator 324 und der Widerstand 320 bilden die Eingangslast und spannen den FET 322 vor. Die Widerstände 318 und 316 dienen für eine zusätzliche Vorspannung und einer Gegenkopplung. Der Widerstand 314 ist eine Last für den FET 322. Die Ausgangsspannung auf dem Datenbus ist die Kollektor-Emitter-Spannung am Transistor 308 plus der Span nungsabfall über den Dioden 304 und 308.
Weitere Sensorschaltungen, die für andere Typen der Sensoren erforderlich sind, wären außerdem geeignet, vorausgesetzt, sie begrenzen den Spannungsbereich zwischen +SPV und einem minimalen Wert, der ausreichend über der Massespannung liegt, um ein Auslösen der Rücksetzschaltung 236 zu vermeiden.
Aufbau mit separatem Steuerbus
Die 7–13 veranschaulichen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der ein separater Steuerbus die Adressensignale befördert. Dieser Aufbau lockert die Einschränkungen an den Daten, die über den Datenbus befördert werden können, die eingeführt wurden, um eine Verwechslung zwischen dem digitalen Adressensignal und den analogen Daten zu vermeiden, wenn diese auf demselben Bus befördert werden wie in der ersten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform ist es zusätzlich zu der Vibrationsübenrwachung, die mit den Beschleunigungsmessern erfolgt, möglich, das System in einem Hilfsmodus zu verwenden, um grundlegende Zweidrahtverbindungen von der zentralen Steuerung über einen spezifizierten Datenbus zu einer der adressierbaren Sensorschnittstellen ohne Beschränkung des Typs der gesendeten Signale zu schaffen.
Daher ist diese Ausführungsform besonders für die Verwendung geeignet, wenn das System für verallgemeinerte Anwendungen der Steuerung und Datenüberwachung vorgesehen ist. Diese Ausführungsform schafft außerdem Modifikationen, um mehrere Kabel, wovon jedes eine zusätzliche Menge von adressierbaren Schnittstellen versorgt, entfernte Steuerungen, die die Funktion der zentralen Steuerung an jedem gewünschten entfernten Standort ausführen, die Möglichkeit eines Umgehungsbusses, Verbesserungen bei langen Leitungen und serielle und parallele digitale Datenausgänge zuzulassen.
7 liefert einen Überblick eines Steuer- und Datensammelsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die zentrale Steuerung 10 ist über das Kabel 12 mit mehreren spezialisierten Beschleunigungsmessern 14 und allgemeinen Beschleunigungsmessern 15 verbunden, wie zuvor beschrieben wurde. In dieser Ausführungsform bildet das Kabel 12 jedoch eine ununterbrochene Schleife, die an ihrem zweiten Ende 400 zur zentralen Steuerung zurückkehrt.
Die zentrale Steuerung 10 ist außerdem mit zwei zusätzlichen Kabeln 402 und 404 versehen, wovon jedes ein zusätzliches Kabel umfasst, das in einer Schleife angeordnet ist, wobei beide Enden an die zentrale Steuerung angeschlossen sind. Jedes dieser Kabel enthält mehrere adressierbare Sensorschnittstellen des Typs, der an das Kabel 12 angeschlossen gezeigt ist. Jedes Ende des Kabels kann von der zentralen Steuerung verwendet werden, um mit jedem Sensor, der an das Kabel angeschlossen ist, zu kommunizieren. Wenn das Kabel unbeabsichtigt in zwei Teile getrennt wird, werden somit die Sensoren an dem Abschnitt des Kabels, der mit dem ersten Ende des Kabels 12 verbunden ist, über das erste Ende adressiert und verwendet, wohingegen Sensoren jenseits der Trennung über das zweite Ende 400 adressiert und verwendet werden. Das zweite Ende 400 kann unabhängig von dem ersten Ende des Kabels 12 verwendet werden, falls das erste Ende abgetrennt ist. Die Verbindung und die Trennung der Enden erfolgt durch Relais oder FET-Schalter, die unter der Leitung der zentralen Steuerung 10 betrieben werden. Ähnliche steuerbare Schalter sind an den beiden Enden der anderen zwei Kabel 402 und 404 vorgesehen.
Diese Ausführungsform der Erfindung schafft ein weiteres Merkmal, das dem Aufbau eine zusätzliche Fehlertoleranz verleiht, und zwar einen Umgehungsbus 406, der an seinen beiden Enden an die C/M-Verbindermodule 408 angeschlossen ist. Die C/M-Verbindermodule 408 enthalten Sensorschnittstellen mit eindeutigen Adressen und sprechen auf die Adressensignale auf dem Steuerbus an, um ihre entsprechenden Enden des Umgehungsbusses 406 an einen Spezifizierten der Datenbusse anzuschließen. Auf diese Weise kann der Umgehungsbus 406 von der zentralen Steuerung verwendet werden, um einen beschädigten Abschnitt eines Datenbusses in dem Kabel zu ersetzen oder um einen Abschnitt des Sensornetzes, auf dem ein Problem auftritt, zu umgehen.
7 zeigt außerdem parallele und serielle digitale Datenausgänge 410 bzw. 412 an der zentralen Steuerung. Diese Ausgänge liefern die gleichen Daten in digitaler Form, die in analoger Form von den analogen Datenausgängen 22, 24 und 26 zur Verfügung stehen.
8 ist ein Blockschaltplan der zentralen Steuerung, die in der zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Der Betrieb des Netzes wird durch die Mikrosteuerung 40 gesteuert. Die Mikrosteuerung 40 betreibt das Netz über Kabel 12, 402 und 404, von denen jedes an beiden Enden über die Kabelsteuermodule 401, 403 bzw. 405 an die zentrale Steuerung angeschlossen ist. Die Kabelsteuermodule 401, 403 und 405 sind identisch und lediglich das Kabelsteuermodul 401 ist genau gezeigt.
Jedes der Kabel 12; 402 und 404 enthält mehrere Zweileitungsbusse, die enthalten: mehrere Datenbusse, einen Steuerbus und einen Leistungsbus. Das Kabel 12 ist dabei so gezeigt, dass es drei unabhängige Datenbusse enthält, wobei eine größere oder eine kleinere Anzahl verwendet werden können, und die in den 11 und 12 gezeigten Sensorschnittstellen sind als Beispiel zur Verwendung mit vier Datenbussen beschrieben. Die Kabel 402 und 404 sind identisch und werden wie später beschrieben wird in der gleichen Weise wie das Kabel 12 betrieben.
Das Kabel 12 enthält ein erstes Ende mit drei Datenbussen mit den ersten Enden 428, 432 und 436, einen Steuerbus mit dem ersten Ende 442 und einen Leistungsbus mit dem ersten Ende 446. Das Kabel 12 bildet eine Schleife, wodurch ein Zugang zu diesen Bussen für jede Sensorschnittstelle geschaffen wird, und kehrt an seinem zweiten Ende 400 zu der zentralen Steuerung zurück. Dieses Ende enthält die zweiten Enden der drei Datenbusse 430, 434, 438, das zweite Ende des Steuerbusses 444 und das zweite Ende des Leistungsbusses 448.
Die Busschnittstellen 414, 416 und 418 arbeiten unter der Steuerung der Mikrosteuerung 40 und Adressensignale werden über die Steuerschnittstelle 420 an die adressierbaren Sensorschnittstellen gesendet. Die Datenbusse sind an beiden Enden durch Schalterbaueinheiten 422, 424 und 426 an die entsprechende Busschnittstelle angeschlossen. Die Mikrosteuerung 40 steuert die Schalterbaueinheiten 422, 424 und 426, um wahlweise ein Ende des Datenbusses an die entsprechende Busschnittstelle anzuschließen.
Die Schalterbaueinheiten 422, 424, 426 sind vorzugsweise Relais mit der zugehörigen Steuerelektronik zur Herstellung der Verbindungen auf Befehl der Mikrosteuerung 40, obwohl andere Konfigurationen mit FET-Schaltern außerdem verwendet werden können. Im Hilfsmodus sind die Datenausgänge 22, 24 und 26 über Relais mit allen adressierbaren Stellen im System direkt elektrisch verbunden. Das schafft eine direkte Leitungspaarverbindung zu jeder Stelle im System, so dass unterschiedliche Typen von Sensoren, Steuervorrichtungen usw. verwendet werden können. Im Hilfsmodus kann das gesamte System verwendet werden, um Schalter einzuschalten, Temperaturen zu messen, Pumpen zu aktivieren, Daten sowohl in analoger als auch in digitaler Form zu senden und zu empfangen zu bzw. von jeder der adressierbaren Stellen. Auf diese Weise kann jeder gewünschte Typ der Ausrüstung an den entfernten Stellen angeordnet werden und unter der Steuerung der Mikrosteuerung kann darauf zugegriffen werden. Das wird realisiert, indem Daten und Steuersignale über die Datenausgänge 22, 24 und 26 gesendet und empfangen werden, um mit entfernten Vorrichtungen an den adressierten Stellen zu kommunizieren und diese zu steuern, während der zugehörige Datenbus im Hilfsmodus betrieben wird.
Die Adressensignale werden von der Mikrosteuerung über die Steuerschnittstelle 402 über den Steuerbus durch die Schaltermodule 404 gesendet. Wie bei den Datenbussen ist das erste Ende 442 des Leitungspaars, das den Steuerbus bildet, in das Kabel 12 integriert und sein zweites Ende 444 ist in das Kabel am zweiten Ende 400 integriert.
Gleichspannungsleistung wird an die Adressenschaltung über die Gleichspannungs-Leistungsversorgung 46 geliefert, die ebenfalls das Schaltermodul 440 verwendet. Das erste Ende 446 der Leistungsleitung ist in das Kabel 12 integriert und ihr zweites Ende 448 kehrt über das Kabel 400 zu der zentralen Steuerung zurück. Das schafft einen alternativen Betrieb für den Steuerbus und die Leistungsleitung, da jedes Ende des Kabels verwendet werden kann, um die Adressensignale zu senden und um Leistung in der gleichen Weise zu liefern, so dass jedes Ende des Datenbusses verwendet werden kann.
8 zeigt außerdem, wie digitale Daten unter der Steuerung der Mikrosteuerung 400 an die seriellen 412 oder parallelen 410 Datenausgänge bereitgestellt werden können. Analoge Daten, die an der zentralen Steuerung auf einem der Datenbusse ankommen, können über ein Auswahlmodul 450 ausgewählt werden und nach einer Antialiasing-Filterung im Filtermodul 452 zu einem Analog-zu-digital-Konverter 454 gesendet werden. Nach der Umsetzung in digitale Form in dem Analog-zu-digital-Konverter 454 stehen die Daten vom parallelen Ausgang 410 oder nach der Parallel-zu-seriell-Umsetzung im Modul 456 am seriellen Ausgang 412 zur Verfügung.
Aus der obigen Beschreibung ist klar, dass das System eine erweiterte Fehlertoleranz besitzt. Wenn ein einzelner Datenbus unterbrochen ist, kann durch die zentrale Steuerung ein anderer Datenbus verwendet werden. Das ist möglich, da Sensorschnittstellen angewiesen werden können, ihren Sensor an einem der mehreren parallelen Datenbusse in dem Kabel anzuschließen. Wenn das gesamte Kabel durchtrennt ist, können die Sensoren trotzdem adressiert werden, indem auf sie durch das zweite Ende des Kabels zugegriffen wird, wobei die Schaltermodule 422, 424, 426 und 440 einfach angewiesen werden, anstelle des ersten Endes das zweite Ende des Kabels zu verwenden.
Außerdem können Bereiche mit anderen Mitteln zum Kommunizieren mit der zentralen Steuerung über einen Umgehungsbus, wie etwa einen Umgehungsbus 406 der in 7 gezeigt ist, vorgesehen sein. Mehrere Umgehungsbusse können an verschiedenen Punkten längs des Hauptkabels vorgesehen sein, indem einfach zusätzliche Module 408 hinzugefügt werden, die durch einen zusätzlichen Bus angeschaltet werden. Wenn ein Fehler an einem Abschnitt auftritt, der mit einer Umgehungsleitung versehen ist, kann die zentrale Steuerung den Betrieb der restlichen Abschnitte fortsetzen, indem der Umgehungsbus verwendet wird. Wie später beschrieben wird, kann der Umgehungsbus so implementiert sein, dass er einen einzelnen Datenbus zu einem Zeitpunkt umgeht, oder er kann so implementiert sein, dass er alle Datenbusse sowie den Steuerbus und den Leistungsbus umgeht.
9 ist ein Schaltplan der Steuerschnittstelle 420 (die in 8 in Blockdiagrammform gezeigt ist), die das Adressensignal von der Mikrosteuerung über den Bus 58 erhält und über das Schaltermodul 440 überträgt und am entsprechenden Ende des Steuerbusses ausgibt. Die Steuerschnittstelle 24 ist an Masse 462 und Leistung 464 angeschlossen. Die Steuerschnittstelle wirkt prinzipiell, um das digitale Adressensignal von dem durch die Mikrosteuerung 40 gelieferten Ausgabebereich in einen anderen Spannungsbereich (der von Masse bis KPV geht) umzusetzen, der für die Adressenerkennungsschaltung in den Sensorschnittstellen, die bei der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, geeignet ist. Weitere Typen von digitalen Signalisierungsverfahren können außerdem verwendet werden. Die Steuerschnittstelle liefert außerdem einen Ansteuerungsstrom für längere Leitungen und zusätzliche Sensoren.
10 ist ein Schaltplan einer Busschnittstelle, die bei dieser Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Die Busschnittstelle, die bei dieser Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, ist der Busschnittstelle ähnlich, die bei der ersten Ausführungsform verwendet wird, sie braucht jedoch nicht das Adressensignal auf den Datenbus zu legen. Die Busschnittstellen 414, 416 und 418 sind identisch und demzufolge ist lediglich die Busschnittstelle 414 gezeigt. Wenn ein vierter Datenbus in dem Kabel vorgesehen ist, würde eine vierte Busschnittstelle verwendet werden und ein zusätzliches Schaltermodul, das den Modulen 422, 424 und 426 ähnlich ist, würde benötigt.
Die Busschnittstelle 414 enthält eine Konstantstrom-Sensorleistungsquelle 466, die eine Konstantstromleistung über den Datenbus, der an die Busschnittstelle angeschlossen ist, an Beschleunigungsmesser liefert. Die Leitungen 468 und 470 schalten den zugehörigen Datenbus über die Schalterbaueinheit 422 an, wie in 8 gezeigt ist. Die Schalter 472 und 474 sind vorzugsweise Relais, die unter der Steuerung der Mikrosteuerung 40 betrieben werden, um die Konstantstrom-Leistungsquelle 466 abzutrennen, wenn der Hilfsmodus begonnen wird. Im normalen Betriebsmodus liefert die Konstantstrom-Leistungsquelle 466 die Konstantstromversorgung, die von den Beschleunigungsmessersensoren benötigt wird. Im Hilfsmodus wird diese Leistungsquelle nicht benötigt und könnte sich mit den Vorrichtungen, die während des Hilfsbetriebsmodus angeschaltet werden sollen, stören.
Die Schalter 476 und 478 werden gleichfalls durch die Mikrosteuerung 40 gesteuert, wenn der Hilfsmodus begonnen wird. Diese Relais ermöglichen eine direkte Zweidrahtverbindung zwischen dem Datenausgang 22 und dem Datenbus ohne eine Verbindung zu der Konstantstrom-Leistungsquelle 446 oder zu einer anderen Elektronik. Die Mikrosteuerung 40 steuert die Busschnittstelle 441 über die Steuerungsleitung 472.
Die Schaltungen 480 und 482 überwachen die ankommenden Daten des Beschleunigungsmessers, die die Gleichspannungs-Vorspannung und die Wechselspannungsdatenspannung enthalten, um zu verifizieren, dass das Signal in dem gültigen Bereich liegt und nicht infolge von Signalbegrenzung oder Sättigung verzerrt ist. Sie entsprechen im Wesentlichen den Datenüberwachungsmodulen 88 und 90, die in Verbindung mit 3 in der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurden und werden demzufolge nicht genau beschrieben. Das Flipflop 484 arbeitet in Verbindung mit der Datenüberwachungsschaltung 480, um eine Fehlerangabe zu halten, bis diese durch die Mikrosteuerung 40 über die Leitung 486 bestätigt und gelöscht wird.
Die Funktion der Busschnittstellenschaltung besteht in dieser Ausführungsform darin, eine Konstantstromleistung an Beschleunigungsmesser zu liefern und die ankommenden Daten auf Gültigkeit zu überwachen, wenn sie im Normalmodus betrieben wird. Im Hilfsbetriebsmodus trennt die Busschnittstellenschaltung nicht benötigte Schaltungen ab, so dass eine Zweidrahtverbindung von der zentralen Steuerung zu jedem gewünschten Typ der Vorrichtung, die an einem entfernten Punkt an das Bussystem angeschlossen ist, hergestellt werden kann.
Die zentrale Steuerung, die in den 8, 9 und 10 gezeigt ist, kann mehrfach vorhanden sein, um eine entfernt angeordnete Steuerung zu bilden, die überall längs des Kabels angeschlossen werden kann, um alle Merkmale der zentralen Steuerung an einer entfernten Betriebsstelle bereitzustellen. Wenn die entfernte Steuerung an das Kabel angeschlossen ist, weist sie die zentrale Steuerung an, sich vom Kabel zu trennen, indem die Relais in den Schaltermodulen 422, 424, 426 und 440 geöffnet werden.
Die 8, 9 und 10 und deren Erläuterung vervollständigen die Beschreibung der Elektronik in den zentralen und entfernten Steuerungen. Die 11 bis 13 zeigen die Sensorschnittstellen, die bei diesen Steuerungen in der zweiten Ausführungsform verwendet werden. Diese Sensorschnittstellen befinden sich in den einzelnen C/M-Modulen, in den Verteilerkästen (die als mehrfache C/M-Module wirken, wobei ein Teil der Schaltung gemeinsam verwendet wird), in den Modulen 408 an dem Ende des Umgehungsbusses und können außerdem in dem Beschleunigungsmesser 14 selbst enthalten sein.
Die 11 und 12 zeigen gemeinsam den Schaltplan einer einzelnen Sensorschnittstelle. Wie in Verbindung mit dem Verteilungsmodul 21 beschrieben wurde, ist es häufig erwünscht, mehrere Sensoren an der gleichen allgemeinen Stelle anzuordnen, z. B. um mehrere Punkte an einer Pumpe oder einer anderen vibrierenden Maschine zu überwachen. Es ist kostengünstiger, das zu tun, indem die Sensoren an einen einzelnen Kasten angeschlossen werden, d. h. das Verteilungsmodul 21, in welchem anstelle der Vervielfachung der Schaltung für jeden Sensor eine gemeinsame Schaltung gemeinsam verwendet werden kann.
Die 11 und 12 sind zwischen der Schaltung, die für mehrere Sensoren gemeinsam verwendet werden kann (11) und der Schaltung, die nicht ge meinsam verwendet werden kann und für jeden Sensor, der adressiert werden soll, benötigt wird (12), unterteilt. Im Verteilerkasten 21 gibt es einmal die Schaltung von 11, die gemeinsam verwendet wird und alle Sensorschnittstellen in diesem Kasten versorgt. Die Schaltung von 12 ist jedoch gemäß der Anzahl der Sensorschnittstellen in dem Kasten mehrfach vorhanden. Die Schaltung von 13 ist ein Treiber für lange Leitungen und wie später beschrieben wird, gibt es diese Schaltung jeweils einmal für jeden Datenbus, der an den Verteilerkasten angeschlossen ist.
In 11 ist die Signalleitung des Steuerbus-Leitungspaares 442 an die Sensorschnittstelle bei 488 angeschlossen, wobei das andere Element des Steuerbus-Leitungspaares an Masse angeschlossen ist. Wie zuvor beschrieben wurde, bleiben der Steuerbus 442 und die restlichen Busse in dem Kabel an jeder der mehreren Sensorschnittstellen angeschlossen. Das Kabel kann wahlweise zur zentralen Steuerung zurückkehren, wobei in diesem Fall jedes Ende des Busses in dem Kabel ausgewählt und verwendet werden kann. Es wird angemerkt, dass die Busse zu einem Zeitpunkt von einem einzelnen Ende angesteuert werden und eine ununterbrochene Schleifenverbindung für einen geeigneten Betrieb nicht erforderlich ist.
Leistung wird an die Sensorschnittstelle am Punkt 490 geliefert, der an den schleifenförmigen Leistungsbus 446 und 448 angeschlossen ist. Die am Punkt 490 gelieferte Leistung wird über den Spannungsregler 492 geregelt und in die korrekte untere Gleichspannung umgesetzt und wird über die Leistungsleitung DPV 494 an die restliche Schaltung geliefert. Die Leistungsschaltung 493 und das Relais 495 werden beim Schalten der Hilfsleistung verwendet, um Hilfsvorrichtungen mit Leistung zu versorgen, die einen speziellen Leistungsbedarf besitzen. Das Relais 495 wird durch das Flipflop 551 über die Leitung 553 gesteuert, wenn der Hilfsmodus verwendet wird und eine Sensorschnittstellen-Adressenübereinstimmung durch 546 gefunden wurde, wie später beschrieben wird.
Der Spannungspegelkomparator 496 wird verwendet, um ein CLEAR-Signal 502 in dem in 14A gezeigten Adressensignal zu erkennen. Das CLEAR-Signal 502 geht dem Rest des Adressensignals voraus und wird verwendet, um alle Sensorschnittstellen zurückzusetzen, bevor das Signal gesendet wird, das die Sensorschnittstellen, die angeschlossen werden sollen, und die Busse, an die sie angeschlossen werden sollten, identifiziert. Der Spannungspegelkomparator 496 und seine zugehörigen Widerstände und Kondensatoren sind über die Leitung 498 an den Steuerbus 488 angeschlossen. Wenn das im negativen Bereich liegende CLEAR-Signal 502 auf den Steuerbus gelegt wird, erzeugt der Spannungspegelkomparator 496 über die OFF-Leitung 500 ein Signal.
In 14A wird die Adressenfolge in einem Adressensignal durch das im negativen Bereich liegende CLEAR-Signal 502 ausgelöst. Dieser Impuls setzt die Schaltung für jede Sensorschnittstelle zurück und initialisiert sie, um die folgenden vier Adressensignalabschnitte 504, 506, 508 und 510 zu empfangen. Jeder dieser Adressensignalabschnitte enthält 16 Bits. Die einzelnen Bits in diesen Adressenabschnitten sind in 14A nicht gezeigt. 14B zeigt einen Adressenabschnitt, wobei die 16 Bits im Einzelnen gezeigt sind. Das erste Bit jedes Adressenabschnitts ist immer eine digitale 1 und wird verwendet, um den Beginn des Adressenabschnitts zu signalisieren. Die nächsten acht Bits bilden die eindeutige Sensorschnittstellenadresse, um eine ausgewählte Sensorschnittstelle zu spezifizieren. Die nächsten vier Bits sind die Busadresse, um den Bus zu spezifizieren, an den der Sensor angeschlossen werden sollte. Das nächste Bit spezifiziert, ob der Hilfsmodus verwendet werden sollte. Die restlichen Bits werden nicht verwendet, sie stehen jedoch zur Verfügung, wenn mehr Datenbusse verwendet werden sollen. Es sind jedoch außerdem andere Bitanordnungen möglich.
Die Sensorschnittstelle, die in den 11 und 12 gezeigt ist, ist für die Verwendung mit Kabeln vorgesehen, die bis zu vier unabhängige Datenbusse enthalten. Die zentrale Steuerung, die den 8, 9 und 10 gezeigt ist, wurde lediglich mit drei unabhängigen Datenbussen dargestellt, obwohl ein vierter ohne Schwierigkeiten hinzugefügt werden kann. Bei Bedarf können außerdem zusätzliche Datenbusse enthalten sein.
Die im positiven Bereich liegenden Bits in den Adressenabschnitten 504, 505, 508 und 510 werden durch den Spannungskomparator 512 von 11 erfasst. Der Spannungskomparator 512 ist an ein monostabiles Kippglied 514 angeschlossen, das auf der Leitung 516 Taktimpulse erzeugt, wie in 14C gezeigt ist. Die Taktimpulse tasten das Adressenbit aus, das jedem Taktbit unmittelbar folgt, wie zuvor in Verbindung mit der Sensorschnittstelle für die erste Ausführungsform beschrieben wurde. Das Adressensignal von 512 wird außerdem in zwei 8 Bit-Schieberegister 518, 520 geleitet, die verbunden sind, um gemeinsam ein einzelnes 16 Bit-Schieberegister zu bilden. Die Adressenabschnitte 504, 506, 508 und 510 enthalten jeweils 16 Bits und diese Bits werden sequenziell in das 16 Bit-Schieberegister, das durch 518 und 520 gebildet ist, geschoben. Das erste Bit in einem dieser Abschnitte ist immer eine 1, wie durch das Bit 522 in 14B angegeben ist. Bevor das Schieberegister dieses Bit empfängt, wurde es gelöscht und dementsprechend enthält der QH-Ausgang des Registers 520 dann, wenn alle 16 Bits in das Register geschoben wurden, das erste Bit und wird von 0 auf 1 schalten, um die ENABLE-Leitung 524 nach 16 Takten zu aktivieren.
Wenn die ENABLE-Leitung 524 den Zustand ändert, signalisiert das die Tatsache, dass die Sensorschnittstellenadresse und die Busadresse nun gültig von den Ausgängen der 8 Bit-Schieberegister 518 und 520 gelesen werden können. Die sieben Ausgänge QA–QG des Schieberegisters 520 und der QH-Ausgang des Schieberegisters 518 enthalten die 8 Bits der Sensorschnittstellenadresse, die mit A0 bis A7 bezeichnet sind. Unmittelbar anschließend folgt die Busadresse in den Ausgängen QD–QG des Schieberegisters 518. In der bevorzugten Ausführungsform entspricht das erste Bit nach der Sensoradresse dem Bus A, das zweite Bit entspricht dem Bus B und das dritte Bit dem Bus C und das Vierte dem Bus D (falls dieser verwendet wird). Zusätzliche Busse können bei Bedarf hinzugefügt werden. Da diese Ausführungsform jedoch lediglich vier Datenbusse verwendet, wird das folgende Bit, das am Ausgang QC des Schieberegisters 518 ankommt, verwendet, um zu signalisieren, ob der ausgewählte Datenbus im Hilfsmodus betrieben werden soll. Die Ausgänge QA und QB des Schieberegisters 518 werden nicht verwendet, sie stehen jedoch für eine weitere Erweiterung des Systems zur Verfügung.
In 14B befindet sich das erste Bit der Sensorschnittstellenadresse 522 im Ausgang QG des Schieberegisters 25 und das letzte Bit der Sensorschnittstellenadresse 526 befindet sich im QH-Ausgang des Schieberegisters 518. Die Busadresse, die in 14B als ein Beispiel gezeigt ist, besitzt eine 1 im Bit 528, das am Ausgang QG des Schieberegisters 518 ankommt und anzeigt, dass von der Sensorschnittstelle mit der übereinstimmenden Sensorschnittstellenadresse der Bus A verwendet werden soll.
Die Flipflops 530 und 532 wirken, um ein Fenster zu bilden, in welchem die Sensoradresse und die Busadresse in die Schieberegister 518 und 520 eingegeben werden. Wenn das erste Bit, das wie oben beschrieben wurde immer 1 ist, in das Schieberegister eintritt, tritt es außerdem in das Flipflop 530 ein und löst es aus. Wenn dieses Bit den QH-Ausgang des Schieberegisters 520 erreicht, löst es das Flipflop 532 aus, das das Flipflop 530 zurücksetzt. Das wiederum aktiviert das monostabile Kippglied 534, das dann die Schieberegister 518 und 520 zurücksetzt und löscht, bevor eine weitere 16 Bit-Adresse empfangen wird. Diese Rücksetzaktion erfolgt zwischen den 16 Bits in jedem der Adressenabschnitte 504, 506, 508 und 510, der zeitliche Ablauf ist jedoch so, dass das Zurücksetzen und Löschen der Schieberegister erfolgt, nachdem die Daten für den vorherigen Adressenabschnitt gelesen wurden und auf diese reagiert wurde.
Wenn die Schieberegister 518, 520 vollständig mit den 16 Bits in den ankommenden Adressenabschnitt geladen sind, werden A0 bis A7, die mit dem Bezugszeichen 540 bezeichnet sind, dementsprechend die Sensorschnittstellenadresse der ausgewählten Sensorschnittstelle enthalten, und A–D, die mit dem Bezugszeichen 542 bezeichnet sind, werden die Busadresse enthalten. Der Ausgang 544 wird das Bit enthalten, das signalisiert, ob der Hilfsmodus begonnen werden soll.
In 12 werden die Sensorschnittstellen-Adressenbits an den Ausgängen 540 an einen 8 Bit-Vergleichschip 546 geschaltet. Wenn die ENABLE-Leitung 524 angibt, dass die Adressen gültig sind und in die Schieberegister 518, 520 geladen wurden, vergleicht der 8 Bit-Vergleichschip 546 die spezifizierte Adresse mit der tatsächlichen Adresse der Sensorschnittstelle, die in der Schaltereinheit 548 eingestellt ist. Die Schaltereinheit 548 ist für jede Sensorschnittstelle auf eine eindeutige Adresse eingestellt. Sie kann mit mechanischen Schaltern manuell eingestellt werden oder es kann wie in der ersten Ausführungsform eine elektronisch einstellbare Adresse verwendet werden.
Es ist klar, dass 12 die Schaltung für jede Sensorschnittstelle, die mit dem Bus verbunden ist, darstellt. Der obenbeschriebene Vergleich wird demzufolge gleichzeitig in jeder der Sensorschnittstellen, die mit dem Steuerbus verbunden ist, ausgeführt. Lediglich eine der Sensorschnittstellen wird die spezifizierte Adresse besitzen und lediglich eine wird in ihrem 8 Bit-Vergleichschip 546 eine Übereinstimmung erzeugen. Wenn durch 546 eine Übereinstimmung gefunden wird, ändert der Ausgang 550 seinen Zustand und dem Chip 552 wird signalisiert, den Sensor, der dieser Sensorschnittstelle zugeordnet ist, mit der Busadresse zu verbinden, die in den Busadressenausgängen 542 spezifiziert ist.
Die Ausgänge 542 geben einen der Datenbusse zur Verwendung an und dieser Datenbus wird durch den Chip 552 verwendet, um einen der Schalter 554, 556, 558 und 560 zu schließen. Diese Schalter sind vorzugsweise Relais, die betätigt werden, um eine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Sensorverbindungspunkt 562 und dem spezifizierten Datenbus herzustellen, der an die Punkte 564, 566, 568 und 570 angeschlossen ist. Wenn der Hilfsmodus mit direkter elektrischer Verbindung nicht benötigt wird, können diese Schalter FET-Schalter oder ein anderer Typ des elektronischen Schalters sein.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, kann an dem Sensorverbindungspunkt 562 ein Sensor, wie etwa ein Beschleunigungsmesser, angeschlossen sein oder er kann mit einem Umgehungsbus verbunden sein oder er kann mit einer allgemeinen Steuervorrichtung verbunden sein. Als ein Ergebnis der Sensorschnittstellenadresse und der Busadresse, die in dem Adressenabschnitt spezifiziert sind, wird der Sensorverbindungspunkt 562 mit dem geeigneten Datenbus A, B, C oder D verbunden sein, der gewöhnlich an die Punkte 564, 566, 568 bzw. 570 angeschlossen wird.
Bei der Beschreibung des Umgehungsbusses, die zuvor erfolgte, wurde angenommen, dass der Umgehungsbus ein einzelner Datenbus ist, der an den Sensorverbindungspunkt einer Standard-Sensorschnittstelle angeschlossen ist und in Betrieb genommen wird, indem die Sensorschnittstelle adressiert wird und angewiesen wird, einen Spezifizierten der Datenbusse zu umgehen. Es kann außerdem vorgesehen werden, dass die Sensorschnittstellen an den beiden Enden des Umgehungsbusses die gleiche Adresse gegeben wird, so dass sie gemeinsam schalten, wenn sie adressiert werden.
Bei einer anderen Umgehungskonfiguration kann der Ausgang 550 vom 8 Bit-Vergleichschip 546 verwendet werden, um mehrere Relais (oder ein einzelnes Mehrpolrelais an allen Daten-, Steuer- und Leistungsbussen zu schalten, um das gesamte Kabel auf einem Umgehungskabel zu umgehen, das für jeden der Daten-, Steuer- und Leistungsbusse zwei getrennte Leitungspaare enthält. Die Relais für den Aufbau des Umgehungskabels besitzen zwei Positionen, wovon in einer Position die ankommenden Busse auf die normalen abgehenden Busse geschaltet werden und in einer zweiten Position die ankommenden Busse auf die entsprechenden Umgehungsbusse in dem Umgehungskabel geschaltet werden.
Wenn sich die Sensorschnittstelle der 11 und 12 nahe an der zentralen Steuerung befindet, können die Beschleunigungsmessersensoren, die normalerweise bei diesem System verwendet werden, an den Datenbus direkt angeschlossen sein und die Sensoren werden den Datenbus direkt ansteuern, um Daten an die zentrale Steuerung zu liefern. Wenn jedoch die Strecke zwischen der zentralen Steuerung und der Sensorschnittstelle zu groß ist, ist es für die Beschleunigungsmesser schwierig, den Datenbus direkt anzusteuern. In diesem Fall kann ein Treiber für lange Leitungen, wie etwa der in 13 gezeigte, verwendet werden, um die lange Leitung anzusteuern und Daten zuverlässig an die zentrale Steuerung zu übertragen. Der Treiber der langen Leitung von 13 muss zwischen dem Sensor, der an den Sensorverbindungspunkt 562 angeschlossen ist, und dem Datenbus angeordnet sein. Bei dem bevorzugten Aufbau erfolgt das, indem er zwischen die Verbindungspunkte 564, 566, 568 und 570 und den zugehörigen Datenbus A–D geschaltet wird.
Wenn in den 12 und 13 der Chip 552 den Sensorverbindungspunkt 562 auf der Leitung 564 mit dem Datenbus A verbindet, schaltet er außerdem den Ausgang 574, der mit dem Treiber für lange Leitung von 13 verbunden ist. Das bewirkt, dass der Verstärkungstreiber 576 Relais 578 und 580 ansteuert und den Treiber 582 zwischen den Eingang 564 und den Ausgang 568, der mit dem Bus A verbunden ist, schaltet. Auf diese Weise wird der Treiber für lange Leitung für jeden Bus in die Verwendungsposition geschaltet, wenn dieser Bus ausgewählt ist.
Wenn das Relais 580 betätigt wird, schaltet seine untere Hälfte die Konstantstrom-Leistungsdiode 586 ein und schaltet Leistung zum Treiber 582. Das ermöglicht, dass die Konstantstromleistung lokal geliefert wird. Das bedeutet darüber hinaus, dass der Treiber für eine lange Leitung dann, wenn er nicht in Benutzung ist, keine Leistung zieht, was wichtig ist, wenn am System eine große Anzahl von Sensoren vorhanden ist.
Der Leitungstreiber ist in dem Aufbau des Verteilerkastens 21 besonders nützlich, da vier Leitungstreiber, jeweils einer für jeden Bus von mehr als vier Sensoren gemeinsam verwendet werden können in der gleichen Weise wie die gemeinsame Schaltung von 11 gemeinsam verwendet wird. Für jeden Datenbus wird lediglich ein Leitungstreiber benötigt und unabhängig davon, welcher Datenbus ausgewählt ist, wird sein zugehöriger Leitungstreiber zum geeigneten Zeitpunkt angeschlossen sein.

Claims

Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem, dass umfasst, eine Vielzahl paralleler Datenbusse, die ein Kabel bilden; einen Steuerbus, der in dem Kabel enthalten ist; eine zentrale Steuerung, die folgendes enthält: eine Vielzahl von Busschnittstellenschaltungen, die der Vielzahl von parallelen Datenbussen entsprechen, wobei jede Busschnittstellenschaltung mit dem entsprechenden Datenbus verbunden ist, um Daten über den entsprechenden Datenbus zu empfangen, eine Steuerschnittstellenschaltung, die mit dem Steuerbus verbunden ist, wobei die Steuerschnittstellenschaltung angepasst ist, um ein Adressensignal zu senden, das eine Sensorschnittstellenadresse und einen ausgewählten der Vielzahl von Datenbussen spezifiziert; und eine Vielzahl von Sensorschnittstellen, die entsprechende Sensorschnittstellenadressen haben, wobei jede Sensorschnittstelle mit mehr als einem der Datenbusse verbunden ist, wobei jede Sensorschnittstelle einen Sensorverbindungspunkt enthält, der angepasst ist für eine Verbindung mit einem Sensor und jede Sensorschnittstelle eine Adressenerkennungsschaltung enthält, die mit dem Steuerbus verbunden ist, wobei die Adressenerkennungsschaltung einer jeden Sensorschnittstelle auf das Adressensignal auf dem Steuerbus anspricht, um den Sensorverbindungspunkt mit dem ausgewählten der Vielzahl von Datenbussen zu verbinden, die in dem Adressensignal spezifiziert sind, wenn die entsprechende Sensorschnittstellenadresse der Sensorschnittstelle in dem Adressensignal enthalten ist.
Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem nach Anspruch 1, bei welchem ein jeder der Vielzahl von Datenbussen ein erstes Ende und ein zweites Ende hat und jede Busschnittstellenschaltung auswählbar mit dem ersten Ende oder dem zweiten Ende des entsprechenden Datenbusses verbindbar ist, um Daten über den entsprechenden Datenbus über das ausgewählte erste oder zweite Ende zu empfangen.
Mehrpunktsteuer- und Datensammelsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem wenigstens zwei der Sensorschnittstellen miteinander über einen Umgehungsbus bzw. Bypassbus verbunden sind, der mit den Sensorverbindungspunkten der wenigstens zwei Sensorschnittstellen verbunden ist, wobei somit der Bypassbus bzw. Umgehungsbus verwendet werden kann, um Daten zu tragen bzw. zu befördern, wenn die Sensorschnittstellenadressen der wenigstens zwei Sensorschnittstellen in dem Adressensignal spezifiziert sind.
Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die zentrale Steuerung weiter eine Sensorleistungsversorgung enthält, um eine Sensorleistung über den ausgewählten der Vielzahl von Datenbussen anzulegen, die in dem Adressensignal spezifiziert sind, und zwar an die Sensorschnittstelle, wobei die Sensorschnittstellenadresse in dem Adressensignal spezifiziert ist.
Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem nach Anspruch 4, bei welchem die Sensorleistungsversorgung eine Konstantenstromquelle enthält.
Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die zentrale Steuerung eine erste Vielzahl von Hilfsmodus-Verbindungsschaltern enthält, die mit entsprechenden der Vielzahl von Datenbussen verbunden sind, und die Vielzahl von Sensorschnittstellen eine zweite Vielzahl von Hilfsmodus-Verbindungsschaltern enthalten, die ebenso mit entsprechenden der Vielzahl von Datenbussen verbunden sind, wobei die erste und zweite Vielzahl von Hilfsmodus-Verbindungsschaltern unter der Steuerung der zentralen Steuerung arbeiten, um zwischen einem normalen Betriebsmodus, um Sensorleistung zu einer spezifizierten Sensorschnittstelle über einen ausgewählten Datenbus zu zuführen, und einem Hilfsmodus, um eine direkte Verbindung mit einer spezifizierten Sensorschnittstelle über einen ausgewählten Datenbus herzustellen, zu schalten.
Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem gemäß einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die zentrale Steuerung weiter einen Analogzu-digital-Konverter enthält, der auswählbar mit einem spezifizierten der Vielzahl von Datenbussen verbindbar ist, um digitale Ausgangsdaten bereit zu stellen, und zwar ausgehend von analogen Daten, die von der zentralen Steuerung empfangen werden.
Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem nach Anspruch 7, bei welchem die zentrale Steuerung weiter einen parallelen oder seriellen Ausgang enthält, der mit dem Analog-zu-digital-Konverter verbunden ist, um jeweilig parallel oder seriell digitale Ausgangsdaten bereit zu stellen, oder einen Filter enthält, der mit dem Analog-zu-digiatl-Konverter verbunden ist, um analoge Daten zu filtern, bevor die analogen Daten in digitale Daten konvertiert werden.
Mehrpunktsteuerung- und Datensammelsystem nach einem vorhergehenden Anspruch, das weiter ein Vielzahl von Zeilentreibern enthält, die mit entsprechenden der Vielzahl von Datenbussen an Stellen verbunden sind, die von der zentralen Steuerung entfernt sind.
Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem nach Anspruch 9, bei welchem die Vielzahl von Zeilentreibern eine lokale Konstantenstrom-Leistungsquelle enthalten oder nicht mit Leistung versorgt werden, wenn sie nicht im Gebrauch sind.
Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die zentrale Steuerung weiter ein Eingabemittel enthält, um einen gewünschten Sensor auszuwählen.
Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem nach einem vorhergehenden Anspruch, dass weiter eine Fernsteuerung enthält, die angepasst ist, um das Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem zu steuern, wobei eine Verbindung mit der Vielzahl der parallelen Datenbussen und den Steuerbus in dem Kabel an einem Punkt besteht, der von der zentralen Steuerung entfernt ist.
Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem nach einem vorhergehenden Anspruch, das weiter ein Umgehungskabel, das eine Vielzahl von parallelen Umgehungsdatenbussen aufweist, und einen Umgehungssteuerbus enthält, der mit zwei Sensorschnittstellen verbunden ist, um die erste Vielzahl von parallelen Datenbussen und den ersten Steuerbus auf dem Umgehungskabel zu schalten.
Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welchem die zentrale Steuerung weiter eine Vielzahl von Datenausgangsmitteln enthält, die mit entsprechenden der Vielzahl von parallelen Datenbussen verbunden sind.
Mehrpunktsteuerungs- und Datensammelsystem nach einem vorhergehenden Anspruch, das weiter folgendes enthält: eine zweite Vielzahl von parallelen Datenbussen, die eine zweites Kabel bilden; einen zweiten Steuerbus, der in dem zweiten Kabel enthalten ist; wobei die zentrale Steuerung weiter folgendes enthält: eine zweite Vielzahl von Busschnittstellenschaltungen, die der zweiten Vielzahl von parallelen Datenbussen entspricht, wobei jede der zweiten Vielzahl von Busschnittstellenschaltungen mit der entsprechenden der zweiten Vielzahl von Datenbussen verbunden ist; und eine zweite Steuerschnittstellenschaltung die mit dem zweiten Steuerbus verbunden ist.