EP1471480B1 - Vorrichtung zur Erfassung oder zur Beeinflussung einer physikalischen Grösse - Google Patents

Vorrichtung zur Erfassung oder zur Beeinflussung einer physikalischen Grösse Download PDF

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EP1471480B1
EP1471480B1 EP20040001422 EP04001422A EP1471480B1 EP 1471480 B1 EP1471480 B1 EP 1471480B1 EP 20040001422 EP20040001422 EP 20040001422 EP 04001422 A EP04001422 A EP 04001422A EP 1471480 B1 EP1471480 B1 EP 1471480B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
actuator
adaptation
module
controlled variable
Prior art date
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Revoked
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EP20040001422
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English (en)
French (fr)
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EP1471480A2 (de
EP1471480A3 (de
Inventor
Werner Dipl.-Ing. Rüdiger
Berthold Dr. Andres
Michael Ohland
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ABB AG Germany
Original Assignee
ABB AG Germany
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Publication date
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Application filed by ABB AG Germany filed Critical ABB AG Germany
Publication of EP1471480A2 publication Critical patent/EP1471480A2/de
Publication of EP1471480A3 publication Critical patent/EP1471480A3/de
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Revoked legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting or influencing a physical quantity and for communication with a central process control unit, wherein the device contains an assembly with sensor and / or actuator and process electronics, according to the preamble of claim 1.
  • Sensors serve to record a physical quantity
  • actuators serve to influence a physical quantity.
  • Sensors and actuators are used, for example, in automation technology. Sensors absorb a physical quantity and convert it into an analog measuring signal, an actuator converts a control variable into another physical variable, for example into a pressure of a pump, strength of a magnetic field or a rotational speed of a motor.
  • the analog measurement signal emitted by the sensor is transmitted via an interface to a central process control unit for processing. Due to the many different types of sensors, the analog measurement signals are also very different. In previously known process systems, the processing of the Measurement signals made centrally.
  • the analog measurement signals of the different sensors are fed to a central processing unit.
  • Actuators convert an applied control variable into another physical variable.
  • the actuator is supplied with a control variable which influences the physical variable to be influenced via an actuator of the actuator.
  • actuators There are also many different types of actuators, all of which require different actuation. Again, it is only known to make the adjustment to the specific Aktorart centrally and supply the adjusted analog control variable to the actuator arranged in the process field.
  • the analog measurement signals supplied to the central process control are converted into a digital measurement signal by an A / D converter arranged there.
  • Both the sensor-specific adaptation and the application-specific processing of the measurement signals are carried out centrally.
  • the sensor-specific adaptation includes, for example, the application of sensor-specific linearization factors, calibration factors or correction factors, etc.
  • the application-specific processing includes, for example, executing a signal processing algorithm, standardization or filtering or conversion of the measurement signal by means of auxiliary quantities, monitoring limit value ranges, setting an autorange and limit monitoring functions.
  • the actuators it is necessary for the actuators to arrange an interface for each actuator in the process control.
  • the actuator-specific and application-specific processed control variable is converted by this interface into an analog control variable and transmitted to the respective actuator.
  • the invention is therefore the object of developing the generic device and the method for operating the same, that the maintenance but also the interchangeability of various sensors is facilitated, and the system may even be applied more easily to a new application.
  • the invention is based on the idea that the sensor / actuator assembly contains sensor or aktomahe data storage means on which only the sensor or actuator specific data are stored, and the processor electronics own Contains data storage means on which only the device-specific application data are stored. This physically separates sensor / actor-specific data from the processor-specific data.
  • the sensor or actuator data are stored there as sensor-related or actuator-related individual information data concerning only the respective module and physically separated from the application-specific and application-specific data which are stored on the processor card. This means that the functionality is separated so that the sensor holds only the sensor-specific data, the processor card only the application-specific data.
  • an adaptation and transmission device is arranged next to the sensor module.
  • the matching and transmission device comprises at least one A / D converter, which converts the analog measurement signal into a digital measurement signal.
  • the digitized measurement signal is adapted for transmission via an interface. This can include, for example, the gain to a standardized level and the integration of the digital measurement signal in a standardized transmission protocol.
  • a D / A converter is provided in the device according to the invention with an actuator module.
  • the digital control variable is supplied via the bus system and converted in the matching and transmission device into an analog control variable.
  • This is then supplied in the actuator module to a control device which drives an actuator which influences the physical variable to be influenced.
  • the control variable can be transmitted via standardized bus systems from the central process control unit and adapted in the adaptation and transmission device to the corresponding actuator module.
  • a storage device is arranged in the adapter and transfer device in which specific data of the sensor or actuator module can be stored. Furthermore, a controller is arranged, which in the case of a sensor module for adaptation of the digitized measurement signal or in the case of an actuator module for adaptation of the digital control variable by means of the specific data of the sensor / actuator module from the storage device is provided. This ensures that pre-processing can already be carried out in the vicinity of the sensor or actuator module.
  • the device comprises both the sensor / actuator module and the adaptation and transmission device. These are preferably integrated in a common housing and have a common power supply.
  • the adaptation and transmission device has different interface formats. This ensures that the device can be integrated into different bus systems.
  • an application-specific adaptation of the digitized measurement signal or the digitized control variable is carried out in the central process control unit.
  • evaluations of the recorded measurement signals can be carried out centrally, without the device being burdened with complex calculations.
  • a special start-up control of a motor can be made in the process control, so that in the adjustment and transmission device in the actuator module only an adaptation to the specific actuator module and the conversion to an analog control variable are made.
  • the digitized measurement signal can be adapted to different interface devices or formats with the sensor-specific data stored in a sensor module.
  • the device according to the invention can be integrated by appropriate programming of the controller or storage of the corresponding protocol data via different interface formats or protocols.
  • the required algorithms and data are transferred to the adaptation and transmission device during installation of the device so that these sensor or actuator-specific data after the digitization of the measurement signal to the measurement signal or the supply of the digital control variable can be applied to the control variable.
  • the adaptation can include, for example, a calibration, linearization of the digital measurement signal or the control variable or the application of a sensor or actuator-specific correction factor. Furthermore, the measurement signal can be compared with comparison values stored in the memory device and thus initial values which lie outside the expected measurement range can be discarded before the transmission and transmission of the measurement signals takes place only when the sensor has become leveled.
  • maintenance-relevant data of the sensor / actuator module can be recorded, stored and transmitted to the process control unit in the device according to the invention in the adaptation and transmission device.
  • sensor or actuator modules can be completely replaced as spare parts, since the important information, such as manipulated variables, calibration values, linearization functions, correction factors for pressure and temperature are stored in the adjustment and transmission device. Due to the module-specific storage in the device according to the invention no adaptation of the sensor modules in the process field is required. The application-specific data can be changed in the process control unit. Thus, the hardware cost of the device is kept low while still allowing for standardized transmission.
  • the object is also achieved with a method for adapting and transmitting recorded physical quantities or for adapting transmitted control variables for influencing physical quantities, in which a physical variable is picked up by a sensor module and converted into an analog measuring signal and digitized near the sensor and adjusted in a sensor-specific manner and adapted for transmission via different interfaces or in which a control variable supplied via a bus system is actuarially connected by means of stored actuator-specific data is adapted to an actuator module and converted into an analog control variable, which is supplied to an actuator of an actuator module, which influences the physical quantity as a function of the control variable.
  • FIGURE shows a block diagram of a device according to the invention and its connection to a process control unit.
  • the device 10 comprises a sensor module 12 and a matching and transmission device 14.
  • an A / D converter 142 is arranged in the matching and transmission device 14.
  • a storage device 148 and a controller 144 are arranged in the matching and transmission device 14.
  • the device 10 is connected to the bus system 18 via an interface 146.
  • the device 30 comprises an actuator module 32, which is designed here for example as a motor.
  • the actuator module 32 is coupled to an adaptation and transmission device 34.
  • This adaptation and transmission device 34 comprises a D / A conversion 342, furthermore the same components (storage device 348, controller 344 and interface 346) are included as in the device 10 with the sensor module 12.
  • Both devices 10, 30 are connected via the bus system 18 to the central process control unit 16.
  • This process control unit 16 comprises a processor 20 and interface cards 24 and 22 for connecting the devices 10, 30 to the process control unit 16.
  • the sensor module 12 receives a physical quantity and converts it into an analog measurement signal.
  • This analog measurement signal becomes the A / D conversion 142 supplied, in which it is converted into a digital measurement signal.
  • This digital measurement signal is preprocessed in the controller 144.
  • it is adapted to a transmission protocol for transmission via the interface 146 and the bus system 18.
  • the storage device 148 contains sensor-specific data.
  • the controller 144 forwards the digital preprocessed measurement signal to the interface 146.
  • the controller 144 may also affect the conversion accuracy of the A / D converter.
  • the sensor-specific data in the storage device 148 may include, for example, sensor-specific linearization factors of an infrared sensor, calibration functions and response factors of a flame ionization detector, pressure correction factors of paramagnetic oxygen sensors, cross-leakage correction factors for associated gases, fill gas concentrations of calibration cuvettes, or decade voltages of a zirconia sensor. All data that is sensor-specific can be stored in the memory device 148. Thus, a preprocessing can be carried out before the transfer to the process control unit 16. Furthermore, sensor-specific maintenance information, for example operating hours counter, lamp intensity, rotational speeds of filter wheels, drift of sensitivities and offset values can be stored in the memory device 148.
  • a device according to the invention can be easily integrated into an existing standardized bus system. For this purpose, only the sensor-specific data in the adjustment and transmission device must be set and stored.
  • the application-specific functionality is implemented on the interface card 22 or 24 in the process control unit 16. Since the digitized preprocessed measurement signal can be easily transmitted via the bus system 18, the processing of the measurement signal can be carried out in the process control unit 16, where significantly higher computing and storage capacity is available.
  • measuring ranges and autoranging are determined, signal processing algorithms are processed, auxiliary variables are calculated, cross-sensitivity corrections applied by several digital sensors, limit value monitoring functions and automatic sequence sequencers Calibrations are performed according to the number of operating hours and the storage of value curves over longer periods of time.
  • the device 30 is supplied with a digital control variable via the bus system 18. This is adapted in the adaptation and transmission unit 34 by means of the controller 344 and the storage device 348 to the specific actuator module. On the one hand, it is converted by the D / A converter 342 into an analog control variable. On the other hand, in the illustrated embodiment, for example, engine-specific parameters are applied to the digital control variable or the control variable is added to an actuator-specific offset value.
  • sensor- and actor-near 148 and 348 on which only sensor- or actor-specific data are stored. These are stored there and not in the processor or memory of the processor.
  • the processor 20 thus contains its own memory means on which, however, only application-so application-specific data is stored. These concern only the operating mode or the evaluation as such.
  • Application data and sensor or actuator data are thus physically separated.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung oder Beeinflussung einer physikalischen Größe und zur Kommunikation mit einer zentralen Prozesssteuereinheit, wobei die Vorrichtung eine Baugruppe mit Sensor und/oder Aktor sowie eine Prozesselektronik enthält, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Sensoren dienen der Aufnahme einer physikalischen Größe, hingegen dienen Aktoren der Beeinflussung einer physikalischen Größe. Sensoren und Aktoren werden beispielsweise in der Automatisierungstechnik eingesetzt. Sensoren nehmen eine physikalische Größe auf und formen diese in ein analoges Messsignals um, ein Aktor wandelt eine Steuergröße in eine andere physikalische Größe um, bspw. in einen Druck einer Pumpe, Stärke eines Magnetfeldes oder eine Drehzahl eines Motors. Das vom Sensor abgegebene analoge Messsignal wird über eine Schnittstelle zu einer zentralen Prozesssteuereinheit zur Verarbeitung übertragen. Aufgrund der vielen unterschiedlichen Arten von Sensoren sind die analogen Messsignale auch sehr unterschiedlich. In bisher bekannten Prozesssystemen wird die Verarbeitung der Messsignale zentral vorgenommen. Die analogen Messsignale der unterschiedlichen Sensoren werden einer zentralen Verarbeitungseinheit zugeführt.
  • Aktoren wandeln eine zugeführte Steuergröße in eine andere physikalische Größe um. Dabei wird dem Aktor eine Steuergröße zugeführt, die über ein Stellglied des Aktors die zu beeinflussende physikalische Größe beeinflusst. Auch bei Aktoren gibt es sehr viele unterschiedliche Arten, die alle einer unterschiedlichen Ansteuerung bedürfen. Auch hier ist es bisher nur bekannt, die Anpassung an die spezielle Aktorart zentral vorzunehmen und die angepasste analoge Steuergröße dem im Prozessfeld angeordneten Aktor zuzuführen.
  • Die der zentralen Prozessteuerung zugeführten analogen Messsignale werden von einem dort angeordneten A/D-Umwandler in ein digitales Messsignal umgewandelt. Sowohl die sensorspezifische Anpassung, als auch die applikationsspezifische Bearbeitung der Messsignale wird zentral vorgenommen. Die sensorspezifische Anpassung umfasst beispielsweise das Anwenden sensorspezifischer Linearisierungsfaktoren, Kalibrierungsfaktoren oder von Korrekturfaktoren etc.
  • Die applikationsspezifische Bearbeitung umfasst beispielsweise ein Ausführen eines Signalverarbeitungsalgorithmus, eine Normung oder Filterung oder ein Umrechnen des Messsignals mittels Hilfsgrößen, eine Überwachung von Grenzwertbereichen, das Einstellen eines Autorange und Grenzwertüberwachungsfunktionen.
  • Ebenso ist es für die Aktoren erforderlich, in der Prozesssteuerung eine Schnittstelle für jeden Aktor anzuordnen. Die aktorspezifisch und auch applikationsspezifisch bearbeitete Steuergröße wird von dieser Schnittstelle in eine analoge Steuergröße gewandelt und zu dem jeweiligen Aktor übertragen.
  • Die Übertragung analoger Signale ist sehr aufwendig und schlecht zu standardisieren. Die bisher bekannten Schnittstellen zur Umwandlung der analog aufgenommenen Messsignale in digitale Messsignale sind sensorspezifisch, so dass sich neue Sensoren nur mit erheblichem Aufwand in ein derartiges System einfügen lassen. Der Aufwand einen neuen Sensor über eine Schnittstelle an die zentrale Prozesssteuerung anzupassen ist erheblich. Für Aktoren gilt ähnliches.
  • Bisher ist es deshalb nur möglich, den kompletten Sensor bzw. Aktor mit Schnittstelle auszutauschen oder den Sensor bzw. Aktor aufwendig an die Schnittstelle zur Prozesssteuerung anzupassen. Weiter ist nachteilig, dass nach der sensorspezifischen Einbindung die Verwaltung der Eigenschaften des Sensors zentral in der Prozesssteuerung vorgenommen wird. In bekannten Analyse- oder Sensoreinrichtungen werden die Sensor- oder Aktorspezifischen Daten in der Steuereinrichtung des Systems abgelegt. Beim Konzept der Vereinheitlichung einer Verarbeitungselektronik für verschiedene Sensoren ist dies eher hinderlich, weil sensorspezifische Daten, wie beispielsweise auch Kalibrierdaten sehr sensorindividuell sind.
  • Aus der WO94111851 ist ein Hardwareaufbau und die Ansteuerung eines Telemetrie-Bausteins zur Datenübertragung bekannt. Dabei erfolgt lediglich eine Aufteilung der Daten in Applikation und Sensor. Die technischen Daten werden aber nicht getrennt abgelegt. Die dort beschriebene Schnittstelle S3 stellt nur sicher, dass System 1 und System 2 nicht synchron arbeiten müssen. Aus der DE 201 01 751 U1 offenbart, dass alle technischen Parameter an einer Stelle gespeichert werden, wobei es gibt keine Unterscheidung der Parameter in Applikation und Sensor gibt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren zum Betrieb desselben weiterzubilden, dass die Wartung aber auch die Austauschbarkeit verschiedener Sensoren erleichert wird, und das System ggfs sogar leichter auf einen neuen Anwendungsfall appliziert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird im Hinblick auf eine Vorrichtung erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Die jeweils rückbezogenen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen wieder.
  • Im Hinblick auf ein Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 20 gelöst. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist in dem abhängigen Anspruch 21 angegeben.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Sensor/Aktor-Baugruppe sensor-bzw aktomahe Datenspeichermittel enthält auf dem lediglich die sensor- bzw aktorspezifischen Daten abgespeichert sind, und die Prozessorelektronik eigene Datenspeichermittel enthält, auf denen lediglich die gerätespezifischen Applikationsdaten gespeichert sind. Dadurch werden sensor-/aktorspezifische Daten physisch von den Prozessorspezifischen Daten getrennt. Die Sensor- oder Aktordaten werden sensor- oder aktornah als individuelle nur die jeweilige Baugruppe betreffende Informationsdaten dort abgespeichert und physisch getrennt von den applikations- und anwendungsspezifischen Daten die auf der Prozessorkarte abgespeichert werden. D.h. die Funktionalität ist so getrennt, dass der Sensor nur die sensorspezifischen Daten, die Przessorkarte nur die appliaktionsspezifischen Daten hält.
  • In der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Sensormodul ist dazu neben dem Sensormodul noch eine Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung angeordnet. Die Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung umfasst wenigstens einen A/D-Umwandler, der das analoge Messsignal in ein digitales Messsignal umwandelt. Weiter wird in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung das digitalisierte Messsignal zur Übertragung über eine Schnittstelle angepasst. Dies kann beispielsweise die Verstärkung auf einen standardisierten Pegel und die Einbindung des digitalen Messsignals in ein standardisiertes Übertragungsprotokoll umfassen.
  • In der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Aktormodul ist ein D/A-Umwandler vorgesehen. Die digitale Steuergröße wird über das Bussystem zugeführt und in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung in eine analoge Steuergröße umgewandelt. Diese wird dann im Aktormodul einem Stellgerät zugeführt, der ein Stellglied antreibt, welches die zu beeinflussende physikalische Größe beeinflusst. Dadurch kann die Steuergröße über standardisierte Bussysteme von der zentralen Prozessteuereinheit übertragen werden und in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung an das entsprechende Aktormodul angepasst werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung eine Speichervorrichtung angeordnet, in der spezifische Daten des Sensor- bzw. Aktormoduls speicherbar sind. Weiter ist ein Controller angeordnet, der bei einem Sensormodul zur Anpassung des digitalisierten Messsignals bzw. bei einem Aktormodul zur Anpassung der digitalen Steuergröße mittels der spezifischen Daten des Sensor-/Aktormoduls aus der Speichervorrichtung vorgesehen ist. Dadurch erreicht man, dass eine Vorverarbeitung bereits in der Nähe des Sensor- bzw. Aktormoduls vorgenommen werden kann. Somit können erfindungsgemäße Vorrichtungen einfach an bestehende Bussysteme angeschlossen werden, ohne dass es erforderlich ist, eine Schnittstelle zu entwickeln, die speziell an dieses Sensor-/Aktormodul angepasst ist. Die Vorrichtung umfasst daher erfindungsgemäß sowohl das Sensor-/Aktormodul als auch die Anpassungs- und Übertragungseinrichtung. Diese sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse integriert und weisen eine gemeinsame Stromversorgung auf.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anpassungs- und Übertragungseinrichtung unterschiedliche Schnittstellenformate aufweist. Somit wird gewährleistet, dass die Vorrichtung in verschiedene Bussysteme eingebunden werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine applikationsspezifische Anpassung des digitalisierten Messsignals oder der digitalisierten Steuergröße in der zentralen Prozesssteuereinheit vorgenommen wird. Dadurch lassen sich Auswertungen der aufgenommenen Messsignale zentral vornehmen, ohne dass die Vorrichtung mit aufwendigen Berechnungen belastet wird. Ebenso kann eine besondere Anlaufsteuerung eines Motors in der Prozessteuerung vorgenommen werden, so dass in der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung beim Aktormodul nur noch eine Anpassung an das spezielle Aktormodul und die Umwandlung in eine analoge Steuergröße vorgenommen werden.
  • In der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung kann bei einem Sensormodul das digitalisierte Messsignal mit den gespeicherten sensorspezifischen Daten an unterschiedliche Schnittstelleneinrichtungen bzw. -formate angepasst werden. Dies gewährleistet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung durch entsprechende Programmierung des Controllers bzw. Speicherung der entsprechenden Protokolldaten über unterschiedliche Schnittstellenformate oder Protokolle eingebunden werden kann. Dazu werden beim Einbau der Vorrichtung die erforderlichen Algorithmen und Daten in die Anpassungs- und Übertragungseinrichtung übertragen, so dass diese sensor- bzw. aktorspezifischen Daten nach der Digitalisierung des Messsignals auf das Messsignal oder der Zuführung der digitalen Steuergröße auf die Steuergröße angewendet werden können.
  • Die Anpassung kann beispielsweise eine Kalibrierung, Linearisierung des digitalen Messsignals oder der Steuergröße oder die Anwendung eines sensor- bzw. aktorspezifischen Korrekturfaktors umfassen. Weiter kann das Messsignal mit in der Speichervorrichtung gespeicherten Vergleichswerten verglichen werden und somit Anfangswerte, die außerhalb des erwarteten Messbereichs liegen, vor der Übertragung verworfen werden und eine Übertragung der Messsignale erst dann erfolgt, wenn der Sensor sich eingepegelt hat.
  • Weiter können in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung wartungsrelevante Daten des Sensor/Aktormoduls aufgenommen, gespeichert und zur Prozesssteuereinheit übertragen werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird es ermöglicht, dass Sensor- oder Aktormodule komplett als Ersatzteile ausgetauscht werden können, da die wichtigen Informationen, wie Stellgrößen, Kalibrierwerte, Linearisierungsfunktionen, Korrekturfaktoren für Druck und Temperatur in der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung gespeichert sind. Durch die baugruppenspezifische Speicherung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist keine Anpassung der Sensormodule im Prozessfeld erforderlich. Die applikationsspezifischen Daten können in der Prozesssteuereinheit verändert werden. Somit wird der Hardwareaufwand für die Vorrichtung niedrig gehalten und trotzdem eine standardisierte Übertragung ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zur Anpassung und Übertragung von aufgenommenen physikalischen Größen oder zur Anpassung von übertragenen Steuergrößen zur Beeinflussung von physikalischen Größen gelöst, bei dem eine physikalische Größe von einem Sensormodul aufgenommen und in ein analoges Messsignal umgeformt wird und sensornah digitalisiert und sensorspezifisch angepasst und zur Übertragung über unterschiedliche Schnittstellen angepasst wird bzw. bei dem eine über ein Bussystem zugeführte Steuergröße aktornah mittels gespeicherter aktorspezifischer Daten an ein Aktormodul angepasst und in einer analoge Steuergröße gewandelt wird, die einem Stellglied eines Aktormoduls zugeführt wird, das in Abhängigkeit der Steuergröße die physikalische Größe beeinflusst.
  • Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung in schematische Weise dargestellt ist. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren Anschluss an eine Prozesssteuereinheit.
  • Dargestellt sind die Vorrichtungen 10, 30, die über ein Bussystem 18 an eine Prozesssteuereinheit 16 angeschlossen sind. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Sensormodul 12 und eine Anpassungs- und Übertragungseinrichtung 14. In der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung 14 ist ein A/D-Umwandler 142 angeordnet. Weiter sind eine Speichervorrichtung 148 und ein Controller 144 angeordnet. Die Vorrichtung 10 ist über eine Schnittstelle 146 mit dem Bussystem 18 verbunden.
  • Die Vorrichtung 30 umfasst ein Aktormodul 32, welches hier beispielsweise als Motor ausgeführt ist. Das Aktormodul 32 ist mit einer Anpassungs- und Übertragungseinrichtung 34 gekoppelt. Diese Anpassungs- und Übertragungseinrichtung 34 umfasst eine D/A-Umwandlung 342, des weiteren sind die gleichen Komponenten (Speichervorrichtung 348, Controller 344 und Schnittstelle 346) enthalten, wie bei der Vorrichtung 10 mit dem Sensormodul 12.
  • Beide Vorrichtungen 10, 30 sind über das Bussystem 18 mit der zentralen Prozesssteuereinheit 16 verbunden. Diese Prozesssteuereinheit 16 umfasst einen Prozessor 20 und Schnittstellenkarten 24 und 22 zur Anbindung der Vorrichtungen 10, 30 an die Prozesssteuereinheit 16.
  • Im Folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtungen 10, 30 in Zusammenhang mit der Prozesssteuerung 16 beschrieben.
  • Das Sensormodul 12 nimmt eine physikalische Größe auf und wandelt diese in ein analoges Messsignal um. Dieses analoge Messsignal wird der A/D-Umwandlung 142 zugeführt, in der es in ein digitales Messsignal umgewandelt wird. Dieses digitale Messsignal wird im Controller 144 vorverarbeitet. Beispielsweise wird es an ein Übertragungsprotokoll zur Übertragung über die Schnittstelle 146 und das Bussystem 18 angepasst. Die Speichervorrichtung 148 enthält sensorspezifische Daten. Der Controller 144 gibt das digitale vorverarbeitete Messsignal an die Schnittstelle 146 weiter. Der Controller 144 kann auch die Umwandlungsgenauigkeit des A/D-Umwandler beeinflussen. Die sensorspezifische Daten in der Speichervorrichtung 148 können beispielsweise sensorspezifische Linearisierungsfaktoren eines Infrarotsensors, Kalibrierfunktionen und Responsefaktoren eines Flammenionisationsdetektors, Druckkorrekturfaktoren von paramagnetischen Sauerstoffsensoren, Querempfindlichkeitskorrekturfaktoren für Begleitgase, Füllgaskonzentrationen von Kalibrierküvetten oder Dekadenspannungen eines Zirkonoxidsensors umfassen. Alle Daten die sensorspezifisch sind, können in der Speichervorrichtung 148 abgespeichert werden. Somit lässt sich vor der Übertragung zur Prozessteuereinheit 16 eine Vorverarbeitung vornehmen. Weiter können in der Speichervorrichtung 148 sensorspezifische Wartungsinformationen, beispielsweise Betriebsstundenzähler, Lampenintensität, Drehgeschwindigkeiten von Filterrädern, Driften von Empfindlichkeiten und Offsetwerten abgespeichert werden.
  • Über die digitale Schnittstelle kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung einfach in ein bestehendes standardisiertes Bussystem eingebunden werden. Dazu müssen nur die sensorspezifischen Daten in der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung eingestellt und gespeichert werden.
  • Die applikationsspezifische Funktionalität ist auf der Schnittstellenkarte 22 oder 24 in der Prozesssteuereinheit 16 realisiert. Da sich das digitalisierte vorverarbeitete Messsignal einfach über das Bussystem 18 übertragen lässt, kann in der Prozesssteuereinheit 16, wo wesentlich höhere Rechen- und Speicherleistung zur Verfügung steht, die Verarbeitung des Messsignals vorgenommen werden. Hier werden beispielsweise Messbereichsumfänge und Autorange festgelegt, Signalverarbeitungsalgorithmen abgearbeitet, Hilfsgrößen verrechnet, Querempfindlichkeitskorrekturen von mehreren digitalen Sensoren angewendet, Grenzwertüberwachungsfunktionen und Ablaufsteuerungen für automatische Kalibrierungen nach vorgegebener Betriebsstundenanzahl und die Speicherung von Werteverläufen über längere Zeiträume durchgeführt.
  • Bei einem Aktormodul 32 wird der Vorrichtung 30 über das Bussystem 18 eine digitale Steuergröße zugeführt. Diese wird in der Anpassungs- und Übertragungseinheit 34 mittels des Controllers 344 und der Speichervorrichtung 348 an das spezifische Aktormodul angepasst. Es wird einerseits von dem D/A-Umwandler 342 in eine analoge Steuergröße umgewandelt. Andererseits werden im dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise motorspezifische Kenngrößen auf die digitale Steuergröße angewendet oder der Steuergröße wird ein aktorspezifischer Offsetwert hinzugefügt.
  • Wichtig ist hierbei wiederum dass es sensor- und aktornahe 148 und 348 gibt, auf denen ausschließlich sensor- oder aktorspezifische Daten abgelegt sind. Diese sind dort und nicht im Prozessor oder Speicher des Prozessors abgelegt.
  • Der Prozessor 20 enthält somit eigene Speichermittel auf denen jedoch nur anwendungs- also applikationsspezifische Daten abgelegt sind. Diese betreffen nur den Betriebsmodus oder die die Auswertung als solche.
  • Applikationsdaten und Sensor- bzw Aktordaten sind somit physisch voneinander getrennt.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Vorrichtung
    12
    Sensormodul
    14
    Anpassungs- und Übertragungseinrichtung für Sensormodul 12
    16
    Prozessteuereinheit
    18
    Bussystem
    20
    Prozessor
    22
    Schnittstellenkarten für Sensormodul 12
    24
    Schnittstellenkarten für Aktormodul 32
    30
    erfindungsgemäße Vorrichtung
    32
    Aktormodul
    34
    Anpassungs- und Übertragungseinrichtung für Aktormodul 32
    142
    A/D-Umwandler für Sensormodul 12
    144
    Controller für Sensormodul 12
    146
    Schnittstelle für Sensormodul 12
    148
    Speichervorrichtung für Sensormodul 12
    342
    D/A-Umwandler für Aktormodul 32
    344
    Controller für Aktormodul 32
    346
    Schnittstelle für Aktormodul 32
    348
    Speichervorrichtung für Aktormodul 32

Claims (20)

  1. Vorrichtung (10, 30) zur Erfassung oder Beeinflussung einer physikalischen Größe und zur Kommunikation mit einer zentralen Prozesssteuereinheit, wobei die Vorrichtung eine Baugruppe mit Sensor und/oder Aktor sowie eine Prozesselektronik enthält,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Sensor- oder Aktor-Baugruppe (12) bzw (14) jeweils gesondert sensor-bzw aktornahe Datenspeichermittel (148, 348) enthält auf dem lediglich die sensor bzw aktorspezifischen Daten abgespeichert sind, und die Prozessorelektronik (16) gesondert eigene Datenspeichermittel enthält, auf denen lediglich die gerätespezifischen Applikationsdaten gespeichert sind, derart dass Sensor- bzw Aktordaten von den Prozessdaten physisch getrennt sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Erfassung oder zur Beeinflussung einer physikalischen Größe und zur Kommunikation die Sensor- oder Aktor-Baugruppe mit einer zentralen, über ein Bussystem (18) verbundenen Prozesselektronik (16) verbunden ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der Vorrichtung (10) eine erfasste physikalische Größe von einer Anpassungs- und Übertragungseinrichtung (14) digitalisierbar und über eine digitale Schnittstelle (146) übertragbar ist, bzw. der Vorrichtung (30) eine digitale Steuergröße über die Schnittstelle (346) zuführbar ist und in der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung (34) an das Aktormodul (32) anpassbar ist und in eine analoge Steuergröße wandelbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei einem Sensormodul (12) in der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung (14) wenigstens ein A/D-Umwandler (142) angeordnet ist, dem das analoge Messsignal zuführbar ist und der eine Digitalisierung des Messsignals vornimmt und bei dem das digitale Messsignal über eine Schnittstelle (146) dem Bussystem (18) zuführbar ist.
  5. Vorrichtung nach nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei einem Aktormodul (32) in der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung (34) ein D/A-Umwandler (342) angeordnet ist, dem eine über eine Schnittstelle (346) zugeführte digitale Steuergröße zur Umwandlung in die analoge Steuergröße zuführbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14, 34) eine Speichervorrichtung (348, 148) angeordnet ist, in der spezifische Daten des Sensor- bzw. Aktormoduls (12, 32) speicherbar sind und in der ein Controller (144, 344) angeordnet ist, der bei einem Sensormodul (12) zur Anpassung des digitalisierten Messsignals bzw. bei einem Aktormodul (32) zur Anpassung der digitalen Steuergröße mittels der spezifischen Daten des Sensor-/Aktormoduls (12, 32) aus der Speichervorrichtung (348, 148) vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das die Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14, 34) mit der digitalen Schnittstelle (146, 346) in direkter Umgebung des Sensor- bzw. Aktormoduls (12, 32) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Sensor- bzw. Aktormodul (12, 32) mit der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14, 34) in einem Gehäuse integriert sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Sensor- bzw. Aktormodul (12, 32) und die Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14, 34) eine gemeinsame Stromversorgung aufweisen.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vorrichtung (10, 30) mehrere unterschiedliche Schnittstelleneinrichtungen (146, 346) zur Verbindung mit unterschiedlichen Bussystemen (18) oder zur Benutzung unterschiedlicher Protokolle und/oder externen Bedien- und Steuergeräten aufweist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mittels der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14, 34) eine sensor-/aktormodulspezifische Anpassung des digitalisierten Messsignals bzw. der digitalisierten Steuergröße erreichbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine applikationsspezifische Anpassung des digitalisierten Messsignals oder der digitalisierten Steuergröße in der zentralen Prozesssteuereinheit (16) vornehmbar ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei einem Sensormodul (12) das digitalisierte Messsignal mittels in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14) gespeicherter sensorspezifischer Daten an unterschiedliche Schnittstelleneinrichtungen (146) anpassbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei einem Aktormodul (32) die über eine Schnittstelle (346) zugeführte digitale Steuergröße in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (34) mittels der gespeicherten aktorspezifischen Daten an unterschiedliche Aktormodule anpassbar ist.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Kalibrierung des digitalisierten Messsignals oder der digitalen Steuergröße mittels der sensor-/aktormodulspezifischen Anpassung vorgesehen ist.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Linearisierung des digitalisierten Messsignals oder der digitalen Steuergröße mittels der sensor-/aktormoduispezifischen Anpassung vorgesehen ist.
  17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass auf das digitalisierte Messsignal oder die digitale Steuergröße eine sensor-/aktormodulspezifischen Anpassung mittels eines Korrekturfaktors anwendbar ist.
  18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das digitalisierte Messsignal oder die digitale Steuergröße mit in der Speichervorrichtung (148, 348) gespeicherten Vergleichswerten vergleichbar sind.
  19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14, 34) wartungsrelevante Daten des Sensor/Aktormoduls (12, 32) aufnimmt, speichert und zur Prozesssteuereinheit (16) überträgt.
  20. Verfahren zum Betrieb eines Analysesystemes,
    bei welchem der In einem sensomahen/aktomahen Speicher individuelle spezifische Sensor- bzw Aktordaten abgelegt sind, und in einer prozessomahen Speicher oder auf einer Prozessorkarte die Applikations- und Funktionsdaten des Gesamtsystemes abgelegt sind, derart, dass Sensor/Aktordaten physisch von den Applikationdaten des Systems physisch getrennt gespeichert werden, bei dem eine physikalische Größe von einem Sensormodul (12) aufgenommen und in ein analoges Messsignal umgeformt wird und sensomah digitalisiert und sensorspezifisch angepasst und zur Übertragung über unterschiedliche Schnittstellen angepasst wird bzw. bei dem eine über ein Bussystem (18) zugeführte Steuergröße mittels gespeicherter aktorspezifischer Daten an ein Aktormodul (32) angepasst und in einer analoge Steuergröße gewandelt wird, die einem Stellglied eines Aktormoduls (32) zugeführt wird, das in Abhängigkeit der Steuergröße die physikalische Größe beeinflusst,
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