EP1471480B1 - Dispositif pour détecter ou influencer d'une grandeur physique - Google Patents

Dispositif pour détecter ou influencer d'une grandeur physique 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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sensor
actuator
adaptation
module
controlled variable
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Werner Dipl.-Ing. Rüdiger
Berthold Dr. Andres
Michael Ohland
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ABB AG Germany
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ABB AG Germany
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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.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Claims (20)

  1. Dispositif (10, 30) pour détecter ou influencer une grandeur physique et pour communiquer avec une unité de commande de processus centrale, dans lequel le dispositif contient un ensemble avec capteur et/ou actionneur ainsi qu'une électronique de processus,
    caractérisé en ce que
    l'ensemble de capteur ou d'actionneur (12) respectivement (14) contient des moyens de mémorisation de données (148, 348) respectivement séparés proches du capteur, respectivement de l'actionneur sur lesquels uniquement les données spécifiques au capteur, respectivement à l'actionneur sont mémorisées, et l'électronique de processeur (16) contient des moyens de mémorisation de données propres séparés, sur lesquels uniquement les données d'application spécifiques à l'appareil sont mémorisées, de sorte que les données de capteur, respectivement d'actionneur soient séparées physiquement des données de processus.
  2. Dispositif selon la revendication 1,
    caractérisé en ce que
    pour détecter ou pour influencer une grandeur physique et pour communiquer, l'ensemble de capteur ou d'actionneur est relié à une électronique de processus (16) centrale, reliée via un système de bus (18).
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2,
    caractérisé en ce que
    dans le dispositif (10) une grandeur physique détectée par un dispositif d'adaptation et de transmission (14) peut être numérisée et transmise via une interface numérique (146), respectivement une grandeur de commande numérique peut être introduite via l'interface (346) dans le dispositif (30) et peut être adaptée au module d'actionneur (32) dans le dispositif d'adaptation et de transmission (34) et peut être convertie en une grandeur de commande analogique.
  4. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce
    qu'au niveau d'un module de capteur (12) dans le dispositif d'adaptation et de transmission (14) au moins un convertisseur A/N (142) est disposé, dans lequel le signal de mesure analogique peut être introduit et qui entreprend une numérisation du signal de mesure et au niveau duquel le signal de mesure numérique peut être introduit dans le système de bus (18) via une interface (146).
  5. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce
    qu'au niveau d'un module d'actionneur (32) dans le dispositif d'adaptation et de transmission (34) un convertisseur N/A (342) est disposé, dans lequel une grandeur de commande numérique introduite via une interface (346) peut être introduite à des fins de conversion dans la grandeur de commande analogique.
  6. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    dans le dispositif d'adaptation et de transmission (14, 34) un dispositif de mémorisation (348, 148) est disposé, dans lequel des données spécifiques du module de capteur, respectivement d'actionneur (12, 32) peuvent être mémorisées et dans lequel est disposé un contrôleur (144, 344), qui est prévu au niveau d'un module de capteur (12) pour adapter le signal de mesure numérisé, respectivement au niveau d'un module d'actionneur (32) pour adapter la grandeur de commande numérique au moyen des données spécifiques du module de capteur/actionneur (12, 32) provenant du dispositif de mémorisation (348, 148).
  7. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    le dispositif d'adaptation et de transmission (14, 34) avec l'interface numérique (146, 346) est disposé dans l'environnement direct du module de capteur, respectivement d'actionneur (12, 32).
  8. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    le module de capteur, respectivement d'actionneur (12, 32) est intégré dans un boîtier avec le dispositif d'adaptation et de transmission (14, 34).
  9. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    le module de capteur, respectivement d'actionneur (12, 32) et le dispositif d'adaptation et de transmission (14, 34) présentent une alimentation électrique commune.
  10. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    le dispositif (10, 30) présente plusieurs dispositifs d'interface différents (146, 346) pour la liaison avec différents systèmes de bus (18) ou pour l'utilisation de différents protocoles et/ou appareils de commande et de manipulation externes.
  11. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce
    qu'une adaptation spécifique au module de capteur/actionneur du signal de mesure numérisé, respectivement de la grandeur de commande numérisée peut être obtenue au moyen du dispositif d'adaptation et de transmission (14, 34).
  12. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce
    qu'une adaptation spécifique à l'application du signal de mesure numérisé ou de la grandeur de commande numérisée peut être entreprise dans l'unité de commande de processus (16) centrale.
  13. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce
    qu'au niveau d'un module de capteur (12) le signal de mesure numérisé peut être adapté à différents dispositifs d'interface (146) au moyen de données spécifiques au capteur mémorisées dans le dispositif d'adaptation et de transmission (14).
  14. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce
    qu'au niveau d'un module d'actionneur (32) la grandeur de commande numérique introduite via une interface (346) peut être adaptée dans le dispositif d'adaptation et de transmission (34) au moyen des données spécifiques à l'actionneur mémorisées à différents modules d'actionneur.
  15. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce
    qu'un calibrage du signal de mesure numérisé ou de la grandeur de commande numérique est prévu au moyen de l'adaptation spécifique au module de capteur/actionneur.
  16. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce
    qu'une linéarisation du signal de mesure numérisé ou de la grandeur de commande numérique est prévue au moyen de l'adaptation spécifique au module de capteur/actionneur.
  17. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    sur le signal de mesure numérisé ou la grandeur de commande numérique, une adaptation spécifique au module de capteur/actionneur peut être employée au moyen d'un facteur de correction.
  18. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    le signal de mesure numérisé ou la grandeur de commande numérique peut être comparé(e) avec les valeurs de comparaison mémorisées dans le dispositif de mémorisation (148, 348).
  19. Dispositif selon une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    le dispositif d'adaptation et de transmission (14, 34) reçoit, mémorise et transmet à l'unité de commande de processus (16) les données significatives de maintenance du module de capteur/actionneur (12, 32).
  20. Procédé d'exploitation d'un système d'analyse, dans lequel les données de capteur, respectivement d'actionneur spécifiques individuelles sont déposées dans une mémoire proche du capteur/proche de l'actionneur, et les données de fonctionnement et d'application du système global sont déposées dans une mémoire proche du processeur ou sur une carte de processeur, de telle sorte que des données de capteur/actionneur soient mémorisées de manière séparée physiquement des données d'application du système, dans lequel une grandeur physique est reçue par un module de capteur (12) et est convertie en un signal de mesure analogique et numérisée à proximité du capteur et adaptée spécifiquement au capteur et est adaptée en vue de la transmission via des interfaces différentes, respectivement dans lequel une grandeur de commande introduite via un système de bus (18) est adaptée à un module d'actionneur (32) au moyen de données spécifiques à l'actionneur mémorisées et est convertie en une grandeur de commande analogique, qui est introduite dans un élément de réglage d'un module d'actionneur (32), qui influence la grandeur physique en fonction de la grandeur de commande.
EP20040001422 2003-04-12 2004-01-23 Dispositif pour détecter ou influencer d'une grandeur physique Revoked EP1471480B1 (fr)

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Publication Number Publication Date
EP1471480A2 EP1471480A2 (fr) 2004-10-27
EP1471480A3 EP1471480A3 (fr) 2007-10-31
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