EP4193125A1 - Elektronische vorrichtung - Google Patents

Elektronische vorrichtung

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Publication number
EP4193125A1
EP4193125A1 EP20754700.1A EP20754700A EP4193125A1 EP 4193125 A1 EP4193125 A1 EP 4193125A1 EP 20754700 A EP20754700 A EP 20754700A EP 4193125 A1 EP4193125 A1 EP 4193125A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
communication
unit
measuring device
communication mode
evaluation device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20754700.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Welle
Karl Griessbaum
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vega Grieshaber KG
Original Assignee
Vega Grieshaber KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vega Grieshaber KG filed Critical Vega Grieshaber KG
Publication of EP4193125A1 publication Critical patent/EP4193125A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D1/00—Measuring arrangements giving results other than momentary value of variable, of general application
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage

Definitions

  • the present invention relates to a measuring device for acquiring a measured value, a method for selecting a communication mode of the measuring device, a system for acquiring the measured value and the use of a first, second and/or third communication unit in the measuring device and/or the use of an evaluation device in the System.
  • Measuring devices are basically known in the prior art and are used, for example, in the process and chemical industry for monitoring process parameters, such as fill levels, limit levels, pressures, densities, etc.
  • the measurement data obtained during the measurement are transmitted, for example, via corresponding interfaces to a connected Evaluation device transmitted.
  • a measuring device for acquiring a measured value comprising: at least one two-wire interface set up for communication between the measuring device and an evaluation device; at least one first communication unit set up to provide communication with the evaluation device in a first communication mode via the at least one two-wire interface; at least one second communication unit set up to provide communication with the evaluation device in a second communication mode via the at least one two-wire interface; at least one selection unit configured to activate the first communication unit or the second communication unit in such a way that the measuring device communicates with the evaluation device via the two-wire interface in the first communication mode or in the second communication mode.
  • measuring devices and evaluation devices For data exchange, measuring devices and evaluation devices must provide/enable the same communication technology standards. In the case of existing systems in process technology, however, evaluation devices with different communication modes are often used, since the systems are often successively modernized or equipped with new evaluation devices and/or measuring devices. If, for example, measuring devices with different communication modes are used, corresponding evaluation devices with different communication modes must also be used in order to be able to provide communication between these devices. However, this necessity increases the costs and also reduces the flexible use of the various devices in a system. These disadvantages are avoided or at least reduced by the present invention.
  • the term measured value is to be understood broadly in the present case and includes all physical measured variables, such as density, weight, temperature, distances, fill levels.
  • measuring device is also to be understood broadly in the present context and includes all facilities/devices/devices that are suitable for detecting a physical measured variable, such as temperature sensors, radar sensors, capacitive sensors, pressure sensors, etc.
  • a two-wire interface is based on a two-wire line and is suitable for the transmission of a measured value and/or other data between the measuring device and an evaluation device.
  • a two-wire interface can also be used to supply power to the measuring device.
  • communication is to be understood broadly in the present context and includes any analog/digital data exchange between a measuring device and an evaluation device. The communication can take place directly between the measuring device and the evaluation device or also indirectly if, for example, further measuring devices are arranged in the communication path and via which a communication is forwarded.
  • measurement data can be transmitted.
  • evaluation devices is also to be understood broadly in the present case and includes all controls and/or data processing devices that are suitable for analyzing or processing data, eg PLC, industrial PC, PC, smartphone, tablet, microcontroller.
  • selection unit is also to be understood broadly in the present case and includes, for example, hardware and software components that can be integrated in one assembly and/or distributed over a number of assemblies.
  • the selection unit can, for example, comprise a PLC or an integrated circuit (IC) or a microcomputer chip.
  • the term communication unit encompasses devices that provide hardware and software for a communication mode.
  • the hardware can also be implemented using relay circuits, for example.
  • the term communication mode refers to communication technologies/protocols/standards, such as communications via a 4...20 mA current interface, using a highway addressable remote transducer or using an Ethernet Advanced Physical Layer, etc.
  • the measuring device comprises a two-wire interface and adapts the communication mode as a function of the communication mode present/specified in the evaluation device.
  • an existing two-wire line that is present in the system for connecting the evaluation device to the measuring device can be used.
  • This leads to cost advantages if, for example, a new measuring device according to the invention is to be implemented in an existing system, since such a device is suitable for both older (e.g. 4...20 mA) and newer communication modes (e.g. Ethernet APL) and is therefore suitable implementation effort is also significantly reduced.
  • the measuring device comprises a first communication unit and a second communication unit, these using different modulation methods to implement data transmission.
  • a first communication unit with a digital modulation method with a second communication unit with an analog modulation method For example, it can be provided that the first communication unit implements digital communication according to the Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet APL) standard, and the second communication unit implements analog communication according to 4...20 mA.
  • the second communication unit is designed to implement a mixed analogue and digital communication according to the analogue 4...20 mA standard with a simultaneously digitally modulated signal according to the Highway Addressable Remote Transducer Standard.
  • the measuring device comprises a first communication unit and a second communication unit, these using different digital or exclusively digital modulation methods to implement data transmission.
  • the first communication unit implements digital communication according to the Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet APL) standard
  • the second communication unit implements purely digital communication according to the Highway Addressable Remote Transducer Standard.
  • the measuring device preferably comprises at least one third communication unit, which is set up to provide communication with the evaluation device in a third communication mode via the at least one two-wire interface, the selection unit being set up to activate one of the communication units in such a way that the Measuring device communicates via the at least one first two-wire interface with the evaluation device in one of the communication modes.
  • the third communication unit allows a third communication mode to be implemented via the same two-wire interface, which increases the flexibility of the measuring device with regard to the connection to evaluation devices that have different communication modes.
  • the first communication mode is preferably an Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet APL) communication
  • the second and/or the third communication mode is preferably a Highway Addressable Remote Transducer (HART) communication or a 4...20 mA current interface communication.
  • the 4...20mA communication mode is an analogue communication mode
  • the HART communication mode is a digital communication mode.
  • the communication units preferably each include at least one circuit unit which is set up to provide the operating parameters provided for the respective communication mode at the two-wire interface (for example providing the current intensity, voltage or modulation form required for this).
  • the communication units physically set and/or read out the operating parameters at the two-wire interface via circuits.
  • the communication units preferably each comprise at least one software unit which is each set up to provide a communication protocol provided for the respective communication mode.
  • the communication protocols can be e.g. 4...20 mA, HART and/or APL.
  • the respective communication protocols can be stored in a volatile or non-volatile memory, for example. It is also possible for the various communication protocols to be provided on a chipset as so-called embedded software.
  • the selection unit preferably activates the first communication unit or the second communication unit and/or the third communication unit based on a response signal from the evaluation device to a communication signal from the selection unit.
  • Such an activation of the respective communication unit allows the respective communication mode to be set or provided automatically.
  • the communication mode of the evaluation unit can be queried and the respective communication unit can then be switched on or off accordingly.
  • the selection unit can (preferably) transmit a first communication signal in the first communication mode, a second communication signal in the second communication mode and/or a third communication signal in the third communication mode to the evaluation device and based on a response signal from the evaluation device the first, second and/or third communication mode can be selected be activated/deactivated.
  • the measuring device preferably comprises at least one power supply unit which is set up to convert an incoming voltage and to supply the measuring device and/or an energy store with energy. This makes it possible to supply the measuring device with the energy required for operation. This also makes it possible, if necessary, to specify the current at the two-wire interface.
  • the at least one power supply unit can be operated in different operating modes and the respective operating mode of the at least one power supply unit can be selected based on the activated communication mode.
  • the various operating modes can differ in terms of the amount of electrical power that can be drawn and that can be provided by the sensor.
  • a first operating mode in a pure 4...20 mA mode only the current corresponding to the measured value to be output can be drawn from the power pack unit from the feed and evaluation device.
  • this can be a current of 4mA at a typical voltage of 16V, resulting in a total power of 64mW.
  • a second operating mode is activated for APL operation, several hundred milliwatts of electrical power can be drawn from the feed and evaluation device and made available for operating the sensor.
  • the measuring device can be operated more efficiently.
  • the power supply unit can also include a number of sub-units which are optimized for different communication modes in terms of efficiency. As a result, the energy efficiency can be improved in an advantageous manner.
  • the present invention relates to a method for selecting a communication mode of a measuring device, comprising at least the following steps: sending a first communication signal via a two-wire interface by a selection unit to an evaluation device, the first communication signal being based on a first communication mode ; activating a first communication unit if a response signal from the evaluation device corresponds to the first communication mode; and/or the selection unit sending a second communication signal via the two-wire interface to the evaluation device, the second communication signal being based on a second communication mode; Activate the second communication unit if a response signal from the evaluation device corresponds to the second communication mode; and/or the selection unit sending a third communication signal via the two-wire interface to an evaluation device, the third communication signal being based on a third communication mode; Activating the third communication unit when a response signal from the evaluation device corresponds to the third communication mode.
  • the method preferably further includes storing energy from a two-wire interface in an energy store by at least one power supply unit. Furthermore, it is preferred that the method also includes the selection of an operating mode of the at least one power supply unit based on the activated communication mode. In this case, the method preferably runs automatically, as a result of which the implementation effort is reduced and the probability of errors due to human intervention is reduced.
  • the present invention relates to a system for acquiring a measured value, comprising: at least one measuring device; at least one evaluation unit that is set up to communicate with the at least one measuring device in a first communication mode and/or in a second communication mode and/or in a third communication mode.
  • a further aspect of the present invention relates to the use of a first, second and/or third communication unit in a measuring device; and/or the use of an evaluation device in a system for acquiring a measured value.
  • FIG. 1 shows a schematic partial view of a preferred embodiment of a measuring device according to the invention for acquiring a measured value
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a method according to the invention for selecting a communication mode of a measuring device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic partial view of a preferred embodiment of a measuring device 100 according to the invention for acquiring a measured value.
  • the measuring device 100 includes a sensor 101 and a measured value determination unit 102 for acquiring the measured values.
  • the measuring device 100 also includes a two-wire interface 103, which is connected via a two-wire line 104 to an evaluation device or a feed and evaluation device (not shown). Both data and energy can be transmitted between the measuring device 100 and the evaluation device via the two-wire line 104 .
  • the energy can also be converted via a power supply unit 112 and stored in an energy store 113 .
  • the measuring device 100 further comprises a selection unit 107, comprising a hardware selection unit 107a and a software selection unit 107b, which are connected to one another.
  • the software selection unit 107b is preferably integrated in a microcontroller 108 of the measuring device 100 .
  • the measuring device 100 also comprises three communication units 109, 110, 111, the communication unit 109 comprising a circuit unit 109a and a software unit 109b; the communication unit 110 comprises a circuit unit 110a and a software unit 110b; and the communication unit 111 comprises a circuit unit 111a and a software unit 111b.
  • the circuit units 109a, 110a, 111a and the hardware selection unit 107a can be combined in a circuit assembly 114.
  • the communication units 109, 110 and 111 are each set up to provide a communication mode (eg HART, 4...20 mA and/or Ethernet APL).
  • a communication mode eg HART, 4...20 mA and/or Ethernet APL.
  • the circuit units 109a, 110a, 111a set suitable voltages, currents and/or modulation types at the two-wire interface 103 or read out these values in order to thus physically implement the communication via the two-wire line 104.
  • the software units 109b, 110b, 111b implement the protocol level of the respective communication mode.
  • the Measuring device 100 can obtain the energy required for operation from the two-wire line 104 and thus via the two-wire interface 103 .
  • the energy is taken from the two-wire line 104 by the power supply unit 112 and made available to the other hardware units of the measuring device 100 using an energy store 113, for example.
  • the microcontroller 108 is connected to the measured value determination unit 102, which is set up to determine at least one measured value using the sensor 101, for example (ultrasonic sensor, radar sensor, pressure sensor, vibration sensor, conductive or capacitive sensor, etc.) and to the microcontroller 108 to transmit.
  • the hardware selection unit 107a is set up to physically connect one of the circuit units 109a, 110a, 111a to the two-wire interface 103 and thus to the two-wire line 104 in response to a signal from the software selection unit 107b.
  • the task of extracting power from line 104 is provided generically with a common power supply unit 112 .
  • a common power supply unit 112 can also be provided to provide a multiplicity of power supply units 112 which comprise circuit components optimized for different communication modes in order to increase the efficiency.
  • the technical function of the hardware selection unit 107a is, in particular, to connect the appropriate circuit units 109a, 110a, 111a, which are required to implement a specific communication mode, to the two-wire interface 103.
  • resistively acting, capacitively acting or otherwise implemented electronic circuits can also cause communication signals to be coupled or decoupled on the two-wire line 104 .
  • logic circuits can also be used at this point.
  • the software units 109b, 110b, 111b for implementing different communication modes on the protocol side can be present in a memory of the microcontroller 108. Provision can also be made for these to be stored in a memory outside of microcontroller 108, for example a non-volatile memory. It can also be provided that these software units 109b, 110b, 111b are all loaded into the working memory of the microcontroller 108 during commissioning. Alternatively, provision can be made for the software units 109b, 110b, 111b to be loaded only when necessary.
  • the microcontroller 108 is part of the measured value determination unit 102 .
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a method according to the invention for selecting a communication mode of a measuring device of the first embodiment.
  • the method begins in the starting state 201 , for example when the measuring device 100 is switched on.
  • the measuring device 100 sets a current on the two-wire line 103, which corresponds to a fault message for a 4...20 mA communication mode, for example a current of 3.55 mA.
  • the microcontroller 108 is activated in step 203 and its program code is loaded and executed.
  • the circuit unit 110a HART
  • the circuit unit 110a HART
  • step 205 the software unit 110b (HART) is loaded and executed by the software selection unit 107b, whereupon in step 206 (possibly after a request by an evaluation device) a communication signal according to the HART communication mode via the two-wire line 104 in the direction of an evaluation device is dropped.
  • step 207 it is checked whether a response to the HART communication signal can be received at the two-wire interface 103 .
  • step 208 further HART initialization sequences can be processed in step 208 and commands can be sent to the power supply unit 112 in (optional) step 209 in order to set an operating state that is optimal for HART.
  • this is, for example, a current proportional to the measured value in the range from 4 to 20 mA or, in the case of HART multidrop operation, a constant current.
  • step 219 at least one measured value is determined with the aid of the measured value determination unit 102, whereupon this is made available in step 220 via the previously activated communication unit 110 (HART) to the outside in the direction of an evaluation device.
  • the method ends in state 221 .
  • circuit unit 110a HART
  • circuit unit 111a Ethernet APL
  • step 212 the software unit 111b is loaded and executed by the software selection unit 107b, whereupon in step 213 a communication signal according to the Ethernet APL communication mode is sent via the two-wire line 104 in the direction of an evaluation device.
  • step 214 it is checked whether a response to the Ethernet APL communication signal can be received at the interface 103 .
  • step 215 further Ethernet APL initialization sequences can be processed, and in (optional) step 216 commands can be sent to the power supply unit 112 in order to set up an Ethernet APL set optimal operating condition, for example by referring larger amounts of energy by setting a constant current on the two-wire line 104, for example a current of 25 mA.
  • step 219 at least one measured value is determined with the aid of the measured value determination unit 101, whereupon this is transmitted in step 220 via the previously activated communication unit 111 (Ethernet APL) to the outside in the direction of an evaluation device. The method ends in state 221 .
  • circuit unit 111a (APL) is deactivated in step 217 before circuit unit 109a (4...20 mA) is activated in step 218 and by activation using hardware selection unit 107a the interface 103 is connected.
  • the connection 115 can be used to enable the circuit unit 109a to control the power supply unit 112 .
  • the measuring device 100 can determine measured values in steps 219 and 220 and transmit them via a current value IM 417 set on the two-wire line 104 in the direction of an evaluation device.
  • the aforementioned sequence can be processed automatically each time the measuring device 100 is started up or started up after it has been supplied with a voltage on the two-wire line 104 .
  • the measuring device 100 communicates with an evaluation device at a first point in time according to the 4...20 mA communication mode. If the system is modernized at a later point in time, for example by replacing the evaluation device with a newer evaluation device, a measuring device according to the invention will automatically activate and use the new communication mode after it is switched on again. In this way, it is possible to provide measuring devices that enable the gradual modernization of existing systems.
  • the present exemplary embodiment combines the analog 4...20 mA communication mode with the digital forms of communication according to the HART communication mode and the Ethernet APL communication mode.
  • the invention is not limited to the communication modes mentioned. Exemplary can they can also be implemented with Profibus PA, Foundation Fieldbus, Profinet, HART-IP, Modbus, Modbus-TCP or UPC-LIA.
  • an operator may select a communication mode via operator input.
  • the communication mode selection may be automated based on an event, such as a voltage and/or current change.

Landscapes

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

Abstract

Messvorrichtung (100) zur Erfassung eines Messwerts, umfassend: zumindest eine Zwei-Draht-Schnittstelle (103) eingerichtet zur Kommunikation der Messvorrichtung (100) mit einer Auswertevorrichtung; zumindest eine erste Kommunikationseinheit (109, 110, 111) eingerichtet, um über die zumindest eine Zwei-Draht-Schnittstelle (103) eine Kommunikation mit der Auswertevorrichtung in einem ersten Kommunikationsmodus bereitzustellen; zumindest eine zweite Kommunikationseinheit (109, 110, 111) eingerichtet, um über die zumindest eine Zwei-Draht-Schnittstelle (103) eine Kommunikation mit der Auswertevorrichtung in einem zweiten Kommunikationsmodus bereitzustellen; zumindest eine Auswahleinheit (107), die eingerichtet ist, um die erste Kommunikationseinheit (109, 110, 111) oder die zweite Kommunikationseinheit (109, 110, 111) derart zu aktivieren, dass die Messvorrichtung (100) über die Zwei-Draht-Schnittstelle (103) mit der Auswertevorrichtung im ersten Kommunikationsmodus oder im zweiten Kommunikationsmodus kommuniziert.

Description

ELEKTRONISCHE VORRICHTUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Erfassung eines Messwerts, ein Verfahren zur Auswahl eines Kommunikationsmodus der Messvorrichtung, ein System zur Erfassung des Messwerts sowie eine Verwendung einer ersten, zweiten und/oder dritten Kommunikationseinheit in der Messvorrichtung und/oder eine Verwendung einer Auswertevorrichtung in dem System.
Hintergrund
Messvorrichtungen sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt und finden beispielsweise Anwendung in der Prozess- und Chemieindustrie zur Überwachung von Prozessparametern, wie beispielsweise Füllständen, Grenzständen, Drücken, Dichten, etc. Die bei der Messung anfallenden Messdaten werden dabei beispielsweise über korrespondierende Schnittstellen an eine angeschlossene Auswertevorrichtung übermittelt.
In diesem Zusammenhang hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, eine Messvorrichtung zur Erfassung eines Messwerts für eine solche Übermittlung bereitzustellen, insbesondere besteht ein Bedarf eine effiziente, kostengünstige und nachhaltige Messeinrichtung zur Erfassung von Messwerten bereitzustellen. Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafterweise weiter.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Messvorrichtung zur Erfassung eines Messwerts bereitgestellt, umfassend: zumindest eine Zwei-Draht- Schnittstelle eingerichtet zur Kommunikation der Messvorrichtung mit einer Auswertevorrichtung; zumindest eine erste Kommunikationseinheit eingerichtet, um über die zumindest eine Zwei-Draht-Schnittstelle eine Kommunikation mit der Auswertevorrichtung in einem ersten Kommunikationsmodus bereitzustellen; zumindest eine zweite Kommunikationseinheit eingerichtet, um über die zumindest eine Zwei-Draht-Schnittstelle eine Kommunikation mit der Auswertevorrichtung in einem zweiten Kommunikationsmodus bereitzustellen; zumindest eine Auswahleinheit, die eingerichtet ist, um die erste Kommunikationseinheit oder die zweite Kommunikationseinheit derart zu aktivieren, dass die Messvorrichtung über die Zwei-Draht-Schnittstelle mit der Auswertevorrichtung im ersten Kommunikationsmodus oder im zweiten Kommunikationsmodus kommuniziert.
Für einen Datenaustausch müssen Messvorrichtungen und Auswertevorrichtungen die gleiche KommunikationstechnologieZ-standards bereitstellen/ermöglichen. Bei bestehenden Anlagen in der Prozesstechnik befinden sich allerdings häufig Auswertevorrichtungen mit unterschiedlichen Kommunikationsmodi im Einsatz, da die Anlagen häufig sukzessive modernisiert bzw. mit neuen Auswertevorrichtungen und/oder Messgeräten ausgestattet werden. Werden beispielsweise Messgeräte mit unterschiedlichen Kommunikationsmodi eingesetzt, müssen auch entsprechende Auswertevorrichtungen mit unterschiedlichen Kommunikationsmodi, eingesetzt werden, um eine Kommunikation dieser Vorrichtungen bereitstellen zu können. Diese Notwendigkeit erhöht jedoch die Kosten und senkt auch den flexiblen Einsatz der verschiedenen Vorrichtungen in einer Anlage. Durch die vorliegende Erfindung werden diese Nachteile vermieden bzw. zumindest reduziert. Der Begriff Messwert ist vorliegend breit zu verstehen und umfasst alle physikalischen Messgrößen, wie beispielsweise Dichte, Gewicht, Temperatur, Abstände, Füllstände. Der Begriff Messvorrichtung ist im vorliegenden Kontext ebenfalls breit zu verstehen und umfasst sämtliche Einrichtungen/Vorrichtungen/Geräte, die zur Erfassung einer physikalischen Messgröße geeignet sind, wie zum Beispiel Temperatursensoren, Radarsensoren, kapazitive Sensoren, Drucksensoren, etc. Eine Zwei-Draht- Schnittstelle basiert auf einer Zwei-Draht-Leitung und eignet sich zur Übertragung eines Messwerts und/oder weiterer Daten zwischen der Messvorrichtung und einer Auswertevorrichtung. Zudem kann ein Zwei-Draht-Schnittstelle dabei auch der Energieversorgung der Messvorrichtung dienen. Der Begriff Kommunikation ist im vorliegenden breit zu verstehen und umfasst jeglichen analogen/digitalen Datenaustausch zwischen einer Messvorrichtung und einer Auswertevorrichtung. Die Kommunikation kann dabei direkt zwischen der Messvorrichtung und der Auswertevorrichtung erfolgen oder aber auch indirekt, wenn beispielsweise weitere Messvorrichtungen in der Kommunikationsstrecke angeordnet sind und über die eine Kommunikation weitergeleitet wird. Dabei können insbesondere Messdaten, Zustandsdaten der Messvorrichtung und/oder Steuerbefehle übermittelt werden. Der Begriff Auswertevorrichtungen ist vorliegend ebenfalls breit zu verstehen und umfasst alle Steuerungen und/oder Datenverarbeitungseinrichtungen, die geeignet sind Daten zu analysieren bzw. zu verarbeiten, z.B. SPS, Industrie PC, PC, Smartphone, Tablets, Mikrocontroller. Der Begriff Auswahleinheit ist im vorliegenden ebenfalls breit zu verstehen und umfasst beispielsweise Hardware- und Softwarekomponenten, die in einer Baugruppe integriert und/oder auf mehrere Baugruppen verteilt sein können. Die Auswahleinheit kann beispielsweise eine SPS oder einen integrierten Schaltkreis (IC) oder einen Mikrocomputerchip umfassen. Der Begriff Kommunikationseinheit umfasst im vorliegenden Kontext Einrichtungen, die Hardware und Software für einen Kommunikationsmodus bereitstellt. Dabei kann die Hardware beispielsweise auch über Relaisschaltungen realisiert sein. Der Begriff Kommunikationsmodus bezieht sich im Folgenden auf Kommunikationstechnologien/-protokolle/-standards, wie beispielsweise Kommunikationen über eine Stromschnittstelle 4...20 mA, mittels Highway Addressable Remote Transducer oder mittels Ethernet Advanced Physical Layer, etc. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung dabei eine Zwei-Draht-Schnittstelle und adaptiert den Kommunikationsmodus in Abhängigkeit des in der Auswertevorrichtung vorhandenen/vorgegebenen Kommunikationsmodus. Dadurch kann eine bestehende Zwei-Draht-Leitung, die in der Anlage zur Verbindung der Auswertevorrichtung mit der Messvorrichtung vorliegt, verwendet werden. Dies führt zu Kostenvorteilen, wenn beispielsweise eine neue erfindungsgemäße Messvorrichtung in eine bestehende Anlage implementiert werden soll, da eine solche beispielsweise sowohl für ältere (z.B. 4...20 mA) als auch für neuere Kommunikationsmodi (z.B. Ethernet APL) geeignet ist und sich dadurch auch der Implementierungsaufwand deutlich reduziert.
In einer Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung eine erste Kommunikationseinheit und eine zweite Kommunikationseinheit, wobei diese unterschiedliche Modulationsverfahren zur Implementierung einer Datenübertragung benutzen. Es kann insbesondere vorgesehen sein, eine erste Kommunikationseinheit mit einem digitalen Modulationsverfahren mit einer zweiten Kommunikationseinheit mit einem analogen Modulationsverfahren vorzusehen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die erste Kommunikationseinheit eine digitale Kommunikation nach dem Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet APL) Standard realisiert, und die zweite Kommunikationseinheit eine analoge Kommunikation nach 4...20 mA realisiert. In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die zweite Kommunikationseinheit ausgeführt ist, eine gemischte analoge und digitale Kommunikation nach dem analogen 4...20 mA Standard mit gleichzeitig digital aufmoduliertem Signal nach dem Highway Addressable Remote Transducer Standard zu realisieren.
In einer Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung eine erste Kommunikationseinheit und eine zweite Kommunikationseinheit, wobei diese unterschiedliche digitale oder ausschließlich digitale Modulationsverfahren zur Implementierung einer Datenübertragung nutzen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die erste Kommunikationseinheit eine digitale Kommunikation nach dem Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet APL) Standard realisiert, und die zweite Kommunikationseinheit eine rein digitale Kommunikation nach dem Highway Addressable Remote Transducer Standard realisiert. Vorzugsweise umfasst die Messvorrichtung zumindest eine dritte Kommunikationseinheit, die eingerichtet ist, um über die zumindest eine Zwei-Draht- Schnittstelle eine Kommunikation mit der Auswertevorrichtung in einem dritten Kommunikationsmodus bereitzustellen, wobei die Auswahleinheit eingerichtet ist, um eine der Kommunikationseinheiten derart zu aktivieren, dass die Messvorrichtung über die zumindest eine erste Zwei-Draht-Schnittstelle mit der Auswertevorrichtung in einem der Kommunikationsmodi kommuniziert. Durch die dritte Kommunikationseinheit kann ein dritter Kommunikationsmodus über dieselbe Zwei- Draht-Schnittstelle realisiert werden, wodurch sich die Flexibilität der Messvorrichtung in Bezug auf die Anbindung an Auswertevorrichtungen, die unterschiedliche Kommunikationsmodi aufweisen, erhöht.
Vorzugsweise ist der erste Kommunikationsmodus eine Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet APL) Kommunikation, der zweite und/oder der dritte Kommunikationsmodus ist vorzugsweise eine Highway Addressable Remote Transducer (HART) Kommunikation oder eine 4...20 mA Stromschnittstellen- Kommunikation. Der 4...20mA Kommunikationsmodus ist dabei ein analoger Kommunikationsmodus, wohingegen der HART Kommunikationsmodus ein digitaler Kommunikationsmodus ist. Diese beiden Kommunikationsmodi sind derzeit weit verbreitet in Bestandsanlagen, wobei in den Anlagen auch der modernere Kommunikationsmodus Ethernet APL eingesetzt werden können soll. Durch die Bereitstellung insbesondere dieser drei Kommunikationsmodi kann eine Messvorrichtung sowohl in älteren Bestandsanlagen als auch in neuen Anlagen eingesetzt werden. Die Kommunikationsmodi, die die Messvorrichtung bereitstellt, sind jedoch nicht auf die genannten Beispiele begrenzt, es können beliebige andere Kommunikationsmodi, die mit einer Zwei-Draht-Technologie kompatibel sind, gewählt werden. Hierzu zählen zum Beispiel weiterhin 10BASET-1 L und 10BASET-1 S. Weiterhin zählen auch Profibus PA, Foundation Fieldbus, Profinet, HART-IP, Modbus, Modbus-TCP oder UPC-UA zu den Zwei-Draht-Technologien im Kontext der vorliegenden Erfindung. Vorzugsweise umfassen die Kommunikationseinheiten jeweils zumindest eine Schaltungseinheit, die jeweils eingerichtet ist, um die zum jeweiligen Kommunikationsmodus vorgesehenen Betriebsparameter an der Zwei-Draht- Schnittstelle bereitzustellen (beispielsweise die hierfür notwendige Stromstärke, Spannung oder Modulationsform bereitstellen). Die Kommunikationseinheiten stellen dabei über Schaltungen die Betriebsparameter an der Zwei-Draht-Schnittstelle physikalisch ein und/oder lesen sie aus.
Vorzugsweise umfassen die Kommunikationseinheiten jeweils zumindest eine Softwareeinheit, die jeweils eingerichtet sind, um ein für den jeweiligen Kommunikationsmodus vorgesehenes Kommunikationsprotokoll bereitzustellen. Die Kommunikationsprotokolle können dabei z.B. 4...20 mA, HART und/oder APL sein. Die jeweiligen Kommunikationsprotokolle können dabei beispielsweise in einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein. Auch ist es möglich, dass die verschiedenen Kommunikationsprotokolle auf einem Chipsatz als sogenannte embedded Software bereitgestellt werden.
Vorzugsweise aktiviert die Auswahleinheit die erste Kommunikationseinheit oder die zweite Kommunikationseinheit und/oder die dritte Kommunikationseinheit basierend auf einem Antwortsignal der Auswertevorrichtung auf ein Kommunikationssignal der Auswahleinheit. Durch eine solche Aktivierung der jeweiligen Kommunikationseinheit kann der jeweilige Kommunikationsmodus automatisch eingestellt bzw. bereitgestellt werden. Mit anderen Worten kann der Kommunikationsmodus der Auswerteeinheit abgefragt und dann entsprechend die jeweilige Kommunikationseinheit zu- oder abgeschaltet werden. Beispielsweise kann die Auswahleinheit (vorzugsweise) ein erstes Kommunikationssignal im ersten Kommunikationsmodus, ein zweites Kommunikationssignal im zweiten Kommunikationsmodus und/oder ein drittes Kommunikationssignal im dritten Kommunikationsmodus an die Auswertevorrichtung übermitteln und basierend auf einem Antwortsignal der Auswertevorrichtung kann der erste, zweite und/oder dritte Kommunikationsmodus aktiviert/deaktiviert werden. Dadurch kann die Bestimmung bzw. Einstellung des geeigneten Kommunikationsmodus quasi automatisch erfolgen. Durch die Automatisierung der Bestimmung bzw. Einstellung des Kommunikationsmodus kann der Implementierungsaufwand erheblich reduzieren werden. Vorzugsweise umfasst die Messvorrichtung zumindest eine Netzteileinheit, die eingerichtet ist, eine eingehende Spannung umzuwandeln und die Messvorrichtung und/oder einen Energiespeicher mit Energie zu versorgen. Dadurch ist es möglich die Messvorrichtung mit der für den Betrieb notwendigen Energie zu versorgen. Dadurch ist ferner möglich, falls erforderlich, den Strom an der Zwei-Draht-Schnittstelle vorzugeben. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die zumindest eine Netzteileinheit in verschiedenen Betriebsmodi betreibbar und der jeweilige Betriebsmodus der zumindest eine Netzteileinheit basierend auf dem aktivierten Kommunikationsmodus auswählbar ist. Die verschiedenen Betriebsmodi können sich dabei hinsichtlich des Umfangs entnehmbarer und sensorseitig bereitstellbarer elektrischer Leistung unterscheiden. So kann in einem ersten Betriebsmodus in einem reinen 4...20 mA Modus nur der zum auszugebenden Messwert korrespondierende Strom von der Netzteileinheit aus der Speise- und Auswertevorrichtung entnommen werden. In einem Beispiel kann dies ein Strom von 4mA bei einer typischen Spannung von 16V sein, woraus sich eine Gesamtleistung von 64mW ergibt. Wird hingegen ein zweiter Betriebsmodus für einen APL Betrieb aktiviert, so können mehrere Hundert Milliwatt elektrische Leistung aus der Speise- und Auswertevorrichtung entnommen und für den Betrieb des Sensors bereitgestellt werden. Dadurch kann Messvorrichtung effizienter betrieben werden. Die Netzteileinheit kann aber auch mehrere Teileinheiten umfassen, die für unterschiedliche Kommunikationsmodi hinsichtlich des Wirkungsgrades optimiert sind. Dadurch kann die Energieeffizienz in vorteilhafter Weise verbessert werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Auswahl eines Kommunikationsmodus einer Messvorrichtung, umfassend zumindest die folgenden Schritte: Versenden eines ersten Kommunikationssignals über eine Zwei- Draht-Schnittstelle durch eine Auswahleinheit an eine Auswertevorrichtung, wobei das erste Kommunikationssignal auf einem ersten Kommunikationsmodus basiert; aktivieren einer ersten Kommunikationseinheit, wenn ein Antwortsignal der Auswertevorrichtung dem ersten Kommunikationsmodus entspricht; und/oder Versenden eines zweiten Kommunikationssignals über die Zwei-Draht-Schnittstelle durch die Auswahleinheit an die Auswertevorrichtung, wobei das zweite Kommunikationssignal auf einem zweiten Kommunikationsmodus basiert; Aktivieren der zweiten Kommunikationseinheit, wenn ein Antwortsignal der Auswertevorrichtung dem zweiten Kommunikationsmodus entspricht; und/oder Versenden eines dritten Kommunikationssignals über die Zwei-Draht-Schnittstelle durch die Auswahleinheit an eine Auswertevorrichtung, wobei das dritte Kommunikationssignal auf einem dritten Kommunikationsmodus basiert; Aktivieren der dritten Kommunikationseinheit, wenn ein Antwortsignal der Auswertevorrichtung dem dritten Kommunikationsmodus entspricht. Das Verfahren umfasst vorzugsweise weiterhin ein Speichern von Energie von einer Zwei-Draht-Schnittstelle in einem Energiespeicher durch zumindest eine Netzteileinheit. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Verfahren zudem die Auswahl eines Betriebsmodus der zumindest einen Netzteileinheit basierend auf dem aktivierten Kommunikationsmodus umfasst. Das Verfahren läuft dabei vorzugsweise automatisiert ab, wodurch sich der Implementierungsaufwand reduziert und sich die Fehlerwahrscheinlichkeiten durch menschliches Eingreifen reduzieren.
In einem weiteren Aspekt betriff die vorliegende Erfindung ein System zur Erfassung eines Messwerts, umfassend: zumindest eine Messvorrichtung; zumindest eine Auswerteeinheit, die eingerichtet ist, um mit der zumindest einen Messvorrichtung in einem ersten Kommunikationsmodus und/oder in einem zweiten Kommunikationsmodus und/oder in einem dritten Kommunikationsmodus zu kommunizieren.
Schließlich betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer ersten, zweiten und/oder dritten Kommunikationseinheit in einer Messvorrichtung; und/oder die Verwendung einer Auswertevorrichtung in einem System zur Erfassung eines Messwerts.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren gegeben, darin zeigt
Figur 1 eine schematische Teilansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur Erfassung eines Messwerts; und Figur 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Auswahl eines Kommunikationsmodus einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung.
Figur 1 zeigt eine schematische Teilansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 100 zur Erfassung eines Messwerts. Die Messvorrichtung 100 umfasst einen Sensor 101 und eine Messwertbestimmungseinheit 102 zur Erfassung der Messwerte. Die Messvorrichtung 100 umfasst weiterhin eine Zwei-Draht-Schnittstelle 103, welche über eine Zwei-Draht- Leitung 104 mit einer Auswertevorrichtung oder einer Speise- und Auswertevorrichtung (nicht dargestellt) verbunden ist. Über die Zwei-Draht-Leitung 104 können dabei sowohl Daten als auch Energie zwischen der Messvorrichtung 100 und der Auswertevorrichtung übertragen werden. Die Energie kann ferner über eine Netzteileinheit 112 umgewandelt und in einem Energiespeicher 113 gespeichert werden. Die Messvorrichtung 100 umfasst weiterhin eine Auswahleinheit 107, umfassend eine Hardware-Auswahleinheit 107a und eine Software-Auswahleinheit 107b, die untereinander verbunden sind. Die Software-Auswahleinheit 107b ist vorzugsweise in einem Mikrocontroller 108 der Messvorrichtung 100 integriert. Die Messvorrichtung 100 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel weiterhin drei Kommunikationseinheiten 109, 110, 111 , wobei die Kommunikationseinheit 109 eine Schaltungseinheit 109a und eine Softwareeinheit 109b umfasst; die Kommunikationseinheit 110 eine Schaltungseinheit 110a und eine Softwareeinheit 110b umfasst; und die Kommunikationseinheit 111 eine Schaltungseinheit 111 a und eine Softwareeinheit 111 b umfasst. Die Schaltungseinheiten 109a, 110a , 111 a und die Hardware-Auswahleinheit 107a können dabei in einer Schaltungsbaugruppe 114 zusammengefasst sein.
Die Kommunikationseinheiten 109, 110 und 111 sind dabei eingerichtet jeweils einen Kommunikationsmodus (z.B. HART, 4...20 mA und/oder Ethernet APL) bereitzustellen. Dabei stellen die Schaltungseinheiten 109a, 110a, 111 a geeignete Spannungen, Ströme und/oder Modulationsformen an der Zwei-Draht-Schnittstelle 103 ein oder lesen diese Werte aus, um somit die Kommunikation über die Zwei-Draht- Leitung 104 physikalisch zu implementieren. Die Softwareeinheiten 109b, 110b, 111 b implementieren die Protokollebene des jeweiligen Kommunikationsmodus. Die Messvorrichtung 100 kann die für den Betrieb notwendige Energie aus der Zwei-Draht- Leitung 104 und somit über die Zwei-Draht-Schnittstelle 103 beziehen. Die Energie wird von der Netzteileinheit 112 aus der Zweidrahtleitung 104 entnommen, und beispielsweise unter Nutzung eines Energiespeichers 113 den anderen Hardwareeinheiten der Messvorrichtung 100 zur Verfügung gestellt. Der Mikrocontroller 108 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Messwertbestimmungseinheit 102 verbunden, welche eingerichtet ist, unter Nutzung des Sensors 101 , beispielsweise (Ultraschallsensor, Radarsensor, Drucksensor, Vibrationssensor, konduktiver oder kapazitiver Sensor, etc.) zumindest einen Messwert zu bestimmen und an den Mikrocontroller 108 zu übermitteln.
Die Hardware-Auswahleinheit 107a ist eingerichtet, auf ein Signal der Software- Auswahleinheit 107b hin eine der Schaltungseinheiten 109a, 110a, 111 a physikalisch mit der Zwei-Draht-Schnittstelle 103 und somit mit der Zwei-Draht-Leitung 104 zu verbinden.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, die Schaltungsbaugruppe 114 zusätzlich über eine Steuerleitung 115 mit der Netzteileinheit 112 zu verbinden. Dadurch kann erreicht werden, dass die Netzteileinheit 112 angewiesen wird, einen vorgebbaren Strom IM 105 auf der Zwei-Draht-Leitung 104 einzustellen. Es kann allerdings alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass dies direkt vom Mikrocontroller 108 über eine Leitung 106 realisiert wird.
In der gezeigten Ausführungsform wird die Aufgabe der Energieextraktion aus der Leitung 104 generisch mit einer gemeinsamen Netzteileinheit 112 bereitgestellt. Es kann alternativ jedoch auch vorgesehen sein, eine Vielzahl von Netzteileinheiten 112 vorzusehen, welche für verschiedene Kommunikationsmodi optimierte Schaltungskomponenten zur Erhöhung des Wirkungsgrades umfassen. Es kann auch vorgesehen sein, die Netzteileinheit 1 12 derart zu modifizieren, dass diese sich über ein vorgebbares Steuersignal in mehrere sich unterscheidende Betriebsmodi versetzen lässt, welche für ein oder mehrere Kommunikationsmodi optimierte Schaltungsteile aktivieren und/oder deaktivieren. Die technische Funktion der Hardware-Auswahleinheit 107a ist es insbesondere die passenden Schaltungseinheiten 109a, 110a, 111a, die zur Umsetzung eines bestimmten Kommunikationsmodus notwendig sind, mit der Zwei-Draht-Schnittstelle 103 zu verbinden. Dies kann beispielsweise über mechanische Relais, Halbleiterrelais oder andere Schalter erreicht werden. Es können jedoch auch resistiv wirkende, kapazitiv wirkende oder anderweitig umgesetzte Elektronikschaltungen eine Ein- oder Auskopplung von Kommunikationssignalen auf der Zweidrahtleitung 104 bewirken. Darüber hinaus können auch Logikschaltungen an dieser Stelle verwendet werden.
Die Softwareeinheiten 109b, 110b, 111 b zur protokollseitigen Umsetzung verschiedener Kommunikationsmodi können in einem Speicher des Mikrocontrollers 108 vorhanden sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass diese in einem Speicher außerhalb des Mikrocontrollers 108, beispielsweise einem nichtflüchtigen Speicher, abgelegt sind. Es kann zudem vorgesehen sein, dass diese Softwareeinheiten 109b, 110b, 111 b alle bei der Inbetriebnahme in den Arbeitsspeicher des Mikrocontrollers 108 geladen werden. Alternativ kann vorgesehen sein, die Softwareeinheiten 109b, 110b, 111 b nur bei Notwendigkeit zu laden.
Ferner kann es vorgesehen sein, einige oder alle der Baugruppen einschließend die Netzteileinheit 112, die Schaltungsbaugruppe 114 und/oder den Mikrocontroller 108 einschließlich der Softwareeinheiten 109b, 110b, 111 b in einem einzigen integrierten Bauelement bereitzustellen. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass der Mikrocontroller 108 Teil der Messwertbestimmungseinheit 102 ist.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Auswahl eines Kommunikationsmodus einer Messvorrichtung der ersten Ausführungsform. Das Verfahren beginnt im Startzustand 201 , beispielsweise beim Einschalten der Messvorrichtung 100. Im Schritt 202 wird von der Netzteileinheit 112 Energie aus der Zwei-Draht-Schnittstelle 103 extrahiert, und im Energiespeicher 113 gesammelt. Dazu wird beispielsweise von der Messvorrichtung 100 ein Strom auf der Zwei-Draht-Leitung 103 eingestellt, der für einen 4...20mA Kommunikationsmodus einer Störmeldung entspricht, beispielsweise ein Strom von 3,55mA. Ist genügend Energie vorhanden, wird im Schritt 203 der Mikrocontroller 108 aktiviert, und dessen Programmcode geladen und ausgeführt. Im Schritt 204 wird die Schaltungseinheit 110a (HART) aktiviert, und durch Ansteuerung mit Hilfe der Hardware Auswahleinheit 107a mit der Zwei-Draht-Schnittstelle 103 verbunden. Im Schritt 205 wird von der Software Auswahleinheit 107b die Softwareeinheit 110b (HART) geladen und ausgeführt, woraufhin im Schritt 206 (ggf. nach Anforderung durch ein Auswertegerät) ein Kommunikationssignal gemäß dem HART Kommunikationsmodus über die Zwei- Draht-Leitung 104 in Richtung eines Auswertegerätes abgesetzt wird. Im Schritt 207 wird überprüft, ob eine Antwort auf das HART Kommunikationssignal an der Zwei- Draht-Schnittstelle 103 empfangen werden kann.
Ist dies der Fall, so können im Schritt 208 weitere HART Initialisierungssequenzen abgearbeitet werden, und im (optionalen) Schritt 209 Befehle an die Netzteileinheit 112 abgesetzt werden, um einen für HART optimalen Betriebszustand einzustellen. Bezogen auf den Strom auf der Zwei-Draht-Leitung 104 ist dies beispielsweise ein messwertproportionaler Strom im Bereich von 4 bis 20 mA oder bei HART Multidrop Betrieb ein konstanter Strom. Im Schritt 219 wird mit Hilfe der Messwertbestimmungseinheit 102 zumindest ein Messwert bestimmt, woraufhin dieser im Schritt 220 über die zuvor aktivierte Kommunikationseinheit 110 (HART) nach außen in Richtung einer Auswertevorrichtung bereitgestellt wird. Das Verfahren endet im Zustand 221 .
Wird im Schritt 207 keine HART Antwort empfangen, so wird im Schritt 210 die Schaltungseinheit 110a (HART) deaktiviert, bevor im Schritt 211 die Schaltungseinheit 111 a (Ethernet APL) aktiviert und durch Ansteuerung mit Hilfe der Hardware Auswahleinheit 107a mit der Schnittstelle 103 verbunden wird. Im Schritt 212 wird von der Software Auswahleinheit 107b die Softwareeinheit 111 b geladen und ausgeführt, woraufhin im Schritt 213 ein Kommunikationssignal gemäß dem Ethernet APL Kommunikationsmodus über die Zwei-Draht-Leitung 104 in Richtung eines Auswertegerätes abgesetzt wird. Im Schritt 214 wird überprüft, ob eine Antwort auf das Ethernet APL Kommunikationssignal an der Schnittstelle 103 empfangen werden kann.
Ist dies der Fall, so können im Schritt 215 weitere Ethernet APL Initialisierungssequenzen abgearbeitet werden, und im (optionalen) Schritt 216 Befehle an die Netzteileinheit 112 abgesetzt werden, um einen für Ethernet APL optimalen Betriebszustand einzustellen, beispielsweise durch das Beziehen größerer Mengen an Energie über die Einstellung eines konstanten Stroms auf der Zwei-Draht- Leitung 104, beispielsweise ein Strom von 25 mA. Im Schritt 219 wird mit Hilfe der Messwertbestimmungseinheit 101 zumindest ein Messwert bestimmt, woraufhin dieser im Schritt 220 über die zuvor aktivierte Kommunikationseinheit 111 (Ethernet APL) nach außen hin in Richtung einer Auswertevorrichtung übermittelt wird. Das Verfahren endet im Zustand 221 .
Wird im Schritt 514 keine APL Antwort empfangen, so wird im Schritt 217 die Schaltungseinheit 111 a (APL) deaktiviert, bevor im Schritt 218 die Schaltungseinheit 109a (4...20 mA) aktiviert wird und durch Ansteuerung mit Hilfe der Hardware Auswahleinheit 107a mit der Schnittstelle 103 verbunden wird. Zudem kann die Verbindung 115 genutzt werden, um der Schaltungseinheit 109a die Steuerung der Netzteileinheit 112 zu ermöglichen. Die Messvorrichtung 100 kann fortan in den Schritten 219 und 220 Messwerte ermitteln und über einen auf der Zweidrahtleitung 104 eingestellten Stromwert IM 417 in Richtung einer Auswertevorrichtung übertragen.
Der zuvor genannte Ablauf kann bei jeder Inbetriebnahme oder jedem Hochlaufen der Messvorrichtung 100 nach erfolgter Versorgung mit einer Spannung auf der Zwei- Draht-Leitung 104 automatisiert abgearbeitet werden. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass insbesondere in Bestandsanlagen die Messvorrichtung 100 in einem ersten Zeitpunkt gemäß dem 4...20 mA Kommunikationsmodus mit einer Auswertevorrichtung kommuniziert. Wird zu einem späteren Zeitpunkt eine Modernisierung der Anlage durchgeführt, beispielsweise durch ein Ersetzen der Auswertevorrichtung durch eine neuere Auswertevorrichtung, so wird eine erfindungsgemäße Messvorrichtung nach erneutem Einschalten automatisiert den neuen Kommunikationsmodus aktivieren und nutzen. Auf diese Weise wird es möglich, Messvorrichtungen bereitzustellen, die die sukzessive Modernisierung von Bestandsanlagen ermöglichen.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel kombiniert den analogen 4...20 mA Kommunikationsmodus mit den digitalen Kommunikationsformen gemäß dem HART Kommunikationsmodus und dem Ethernet APL Kommunikationsmodus. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die genannten Kommunikationsmodi beschränkt. Beispielhaft kann sie auch mit Profibus PA, Foundation Fieldbus, Profinet, HART-IP, Modbus, Modbus- TCP oder UPC-LIA ausgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Bediener über eine Bedienereingabe einen Kommunikationsmodus auswählen. In einerweiteren Ausführungsform kann das Auswahlen des Kommunikationsmodus automatisiert aufgrund eines Ereignisses erfolgen, wie beispielsweise einer Spannungs- und oder Stromänderung.
Die vorliegende Erfindung ist dabei allerdings nicht auf die vorhergehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt, solange sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst ist.
Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Darüber hinaus ist der Begriff der Einheit breit zu verstehen, insbesondere ist dieser Begriff nicht dahingehend zu verstehen, dass die jeweiligen Einheiten als integrale Bauteile ausgebildet sein müssen. Auch können die jeweiligen Einheiten auch unterschiedlich positioniert werden. Schließlich können auch unterschiedliche Einheiten in einer Baugruppe zusammengeführt sein. Ferner wird darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können.
Bezugszeichenliste
100 Messvorrichtung
101 Sensor
102 Messwertbestimmungseinheit
103 Zwei-Draht-Schnittstelle (103)
104 Zwei-Draht-Leitung
105 Strom IM
106 Leitung
107 Auswahleinheit
107a Hardware Auswahleinheit
107b Software Auswahleinheit
108 Mikrocontroller
109, 110, 111 Kommunikationseinheit
109a, 110a, 111a Schaltungseinheit
109b, 110b, 111 b Softwareeinheit
112 Netzteileinheit
113 Energiespeicher
114 Schaltungsbaugruppe
115 Steuerleitung

Claims

Patentansprüche Messvorrichtung (100) zur Erfassung eines Messwerts, umfassend: zumindest eine Zwei-Draht-Schnittstelle (103) eingerichtet zur Kommunikation der Messvorrichtung (100) mit einer Auswertevorrichtung; zumindest eine erste Kommunikationseinheit (109, 110, 111 ) eingerichtet, um über die zumindest eine Zwei-Draht-Schnittstelle (103) eine Kommunikation mit der Auswertevorrichtung in einem ersten Kommunikationsmodus bereitzustellen; zumindest eine zweite Kommunikationseinheit (109, 110, 111 ) eingerichtet, um über die zumindest eine Zwei-Draht-Schnittstelle (103) eine Kommunikation mit der Auswertevorrichtung in einem zweiten Kommunikationsmodus bereitzustellen; zumindest eine Auswahleinheit (107), die eingerichtet ist, um die erste Kommunikationseinheit (109, 110, 111 ) oder die zweite Kommunikationseinheit (109, 110, 111 ) derart zu aktivieren, dass die Messvorrichtung (100) über die Zwei-Draht-Schnittstelle (103) mit der Auswertevorrichtung im ersten Kommunikationsmodus oder im zweiten Kommunikationsmodus kommuniziert. Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 , wobei die Messvorrichtung (100) zumindest eine dritte Kommunikationseinheit (109, 110, 111 ) umfasst, die eingerichtet ist, um über die zumindest eine Zwei-Draht-Schnittstelle (103) eine Kommunikation mit der Auswertevorrichtung in einem dritten Kommunikationsmodus bereitzustellen, wobei die Auswahleinheit eingerichtet ist, um eine der Kommunikationseinheiten (109, 110, 111 ) derart zu aktivieren, dass die Messvorrichtung (100) über die zumindest eine erste Zwei-Draht- Schnittstelle (103) mit der Auswertevorrichtung in einem der Kommunikationsmodi kommuniziert. Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der erste Kommunikationsmodus eine Ethernet Advanced Physical Layer (Ethernet APL) Kommunikation ist und der zweite und/oder der dritte Kommunikationsmodus eine Highway Addressable Remote Transducer (HART) Kommunikation oder ein 4...20 mA Stromschnittstellen-Kommunikation ist/sind. Messvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auswahleinheit (107) derart eingerichtet ist, dass die 4...20 mA Stromschnittstellen-Kommunikation und HART Kommunikation zeitgleich an der Zwei-Draht-Schnittstelle (103) angebunden sind und die HART- Kommunikation auf die 4...20 mA Kommunikation aufmoduliert wird. Messvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
Kommunikationseinheiten (109, 110, 111 ) jeweils zumindest eine
Schaltungseinheit (109a, 110a, 111 a) umfassen, die jeweils eingerichtet ist, um die zum jeweiligen Kommunikationsmodus vorgesehene Betriebsparameter an der Zwei-Draht-Schnittstelle (103) bereitzustellen (Strom, Spannung, Modulationsform). Messvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
Kommunikationseinheiten (109, 110, 111 ) jeweils zumindest eine
Softwareeinheit (109b, 110b, 111 b) umfassen, die jeweils eingerichtet sind, um ein für den jeweiligen Kommunikationsmodus vorgesehenes Kommunikationsprotokoll bereitzustellen. Messvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auswahleinheit (107) die erste Kommunikationseinheit oder die zweite Kommunikationseinheit und/oder die dritte Kommunikationseinheit aktiviert basierend auf einem Antwortsignal der Auswertevorrichtung auf ein Kommunikationssignal der Auswahleinheit (107). Messvorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei die Auswahleinheit (107) als Kommunikationssignal zumindest ein erstes Kommunikationssignal im ersten Kommunikationsmodus an die Auswertevorrichtung sendet und/oder ein zweites Kommunikationssignal im zweiten Kommunikationsmodus an die Auswertevorrichtung sendet und/oder ein drittes Kommunikationssignal im dritten Kommunikationsmodus an die Auswertevorrichtung sendet und 18 basierend auf einem Antwortsignal der Auswertevorrichtung den ersten, zweiten und/oder dritten Kommunikationsmodus aktiviert/deaktiviert. Messvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend zumindest eine Netzteileinheit (112), die eingerichtet ist, eine eingehende Spannung umzuwandeln und die Messvorrichtung (100) und/oder einen Energiespeicher (113) mit Energie zu versorgen. Messvorrichtung (100) nach Anspruch 9, wobei die zumindest eine Netzteileinheit (112) in verschiedenen Betriebsmodi betreibbar ist und wobei der jeweilige Betriebsmodus der zumindest einen Netzteileinheit (112) basierend auf dem aktivierten Kommunikationsmodus ausgewählt ist. Verfahren zur Auswahl eines Kommunikationsmodus einer Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 bis 11 , folgende Schritte umfassend:
Versenden eines ersten Kommunikationssignals über eine Zwei-Draht- Schnittstelle (103) durch eine Auswahleinheit (107) an eine Auswertevorrichtung, wobei das erste Kommunikationssignal auf einem ersten Kommunikationsmodus basiert;
Aktivieren einer ersten Kommunikationseinheit, wenn ein Antwortsignal der Auswertevorrichtung dem ersten Kommunikationsmodus entspricht; und/oder
Versenden eines zweiten Kommunikationssignals über die Zwei-Draht- Schnittstelle (103) durch die Auswahleinheit (107) an die Auswertevorrichtung, wobei das zweite Kommunikationssignal auf einem zweiten Kommunikationsmodus basiert;
Aktivieren der zweiten Kommunikationseinheit, wenn ein Antwortsignal der Auswertevorrichtung dem zweiten Kommunikationsmodus entspricht; und/oder Versenden eines dritten Kommunikationssignals über die Zwei-Draht- Schnittstelle (103) durch die Auswahleinheit (107) an eine Auswertevorrichtung, wobei das dritte Kommunikationssignal auf einem dritten Kommunikationsmodus basiert;
Aktivieren der dritten Kommunikationseinheit, wenn ein Antwortsignal der Auswertevorrichtung dem dritten Kommunikationsmodus entspricht. 19 Verfahren nach Anspruch 11 , weiterhin umfassend:
Speichern von Energie aus einer Zwei-Draht-Schnittstelle (103) in einem Energiespeicher (113) durch zumindest eine Netzteileinheit (112); Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, weiterhin umfassend: Auswahl eines Betriebsmodus der zumindest einen Netzteileinheit (112) basierend auf dem aktivierten Kommunikationsmodus. System zur Erfassung eines Messwerts, umfassend: zumindest eine Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ; zumindest eine Auswerteeinheit, die eingerichtet ist, um mit der zumindest einen Messvorrichtung (100) in einem ersten Kommunikationsmodus und/oder in einem zweiten Kommunikationsmodus und/oder in einem dritten Kommunikationsmodus zu kommunizieren. Verwendung einer ersten, zweiten und/oder dritten Kommunikationseinheit in einer Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10; und/oder Verwendung einer Auswertevorrichtung in einem System nach Anspruch 14.
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