WO2003087963A2 - Messeinrichtung für die prozesstechnik und betriebsverfahren für eine messeinrichtung - Google Patents

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WO2003087963A2
WO2003087963A2 PCT/EP2003/003761 EP0303761W WO03087963A2 WO 2003087963 A2 WO2003087963 A2 WO 2003087963A2 EP 0303761 W EP0303761 W EP 0303761W WO 03087963 A2 WO03087963 A2 WO 03087963A2
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measuring
central unit
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selection
modules
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Michael Gunzert
Martin Gehrke
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Definitions

  • Measuring device for process technology and operating procedures for a measuring device
  • the present invention relates to a measuring device for process technology: for use in measuring and / or cleaning and / or calibration systems in the field of process automation for measuring pH values and / or redox potentials and / or other process variables with a central unit, at least one measuring module with the central unit is connectable.
  • the present invention also relates to an operating method for a measuring device for process technology; for use in measuring and / or cleaning and / or calibration systems in the field of process automation, for measuring pH values and / or redox potentials and / or other process variables with a central unit.
  • Measuring devices of the type mentioned at the outset often offer an expansion option in the form of measuring modules, which e.g. are equipped with various sensors and can also be subsequently integrated into or connected to the central unit.
  • Known measuring modules have complex means of communication such as e.g. for communication with the measuring device.
  • special interface controllers which are correspondingly expensive, or a calculation unit of the measurement module itself has to carry out the communication with the central unit, with fewer resources being available for measurement data acquisition.
  • the object of the present invention is to provide an improved measuring device and an improved operating method for a measuring device in which the measuring module be able to communicate flexibly with the central unit and have to have little self-intelligence to participate in data communication with the central unit.
  • each measuring module can be selected by the central unit through a selection line assigned to it.
  • the respective measuring module is signaled by the central unit that it has been selected by the central unit for communication or for data transmission.
  • the use of the signaling according to the invention via the selection line assigned to the measuring module makes it possible to dispense with complicated evaluation electronics in the measuring module.
  • the electronics of the measuring module only have to monitor a logical state of the selection line assigned to it.
  • the central unit has a module housing, into which the measuring modules can be integrated, for example, by inserting them into slots provided for this purpose, it is possible to assign a selection line to the central unit for each slot.
  • the selection line is connected to the measuring module when the measuring module is inserted into the slot of the central unit.
  • An advantageous embodiment of the present invention is characterized in that all measuring modules can be connected to the central unit via a central transmission line.
  • a signal transmitted from the central unit via the central transmission line reaches all measuring modules which are connected to the central unit at the same time.
  • the measuring module selected by the central unit through the selection line assigned to it evaluates that from the central unit via the central transmission line transmitted signal off; the other measuring modules are not selected and therefore do not evaluate the signal transmitted by the central unit via the central transmission line.
  • each measuring module has a module transmission line.
  • a measuring module selected by the central unit via the respective selection line can transmit data to the central unit via this module transmission line.
  • each module transmission line of a measuring module connected to the central unit be connected to a separate data input of the central unit.
  • a further embodiment of the present invention is very advantageous, in which the module transmission lines of the measuring modules can be connected to the inputs of a multiplexer, in which the output of the multiplexer can be connected to the central unit, and in which the multiplexer can be controlled via the selection lines.
  • the central unit selects several measuring modules simultaneously by means of the respective selection lines, so that these several measuring modules are simultaneously selected by the central unit can receive and evaluate the signal sent on the central transmission line.
  • the central unit selects several measuring modules simultaneously by means of the respective selection lines, so that these several measuring modules are simultaneously selected by the central unit can receive and evaluate the signal sent on the central transmission line.
  • the multiplexer in such a way that none of the inputs connected to the module transmission lines of the measuring modules is forwarded to the output of the multiplexer and thus to the central unit as soon as more than one selection line is activated.
  • the simultaneous selection of several measurement modules can e.g. are used to simultaneously send initialization messages when the central unit starts up with a kind of broadcast to all measuring modules connected to the central transmission line that do not require confirmation of the measuring modules. Furthermore, a message can be transmitted to all measuring modules in this way, which signals an error in the central unit or the like.
  • a further advantageous embodiment of the operating method according to the invention provides that a multiplexer is controlled by the selection lines in such a way that data sent via a module transmission line of the selected measuring module is forwarded to the central unit via the multiplexer.
  • data sent by the central unit to everyone is provided via a central transmission line Send measuring modules.
  • a further variant of the operating method according to the invention is particularly advantageous, in which data sent by the central unit is evaluated only in the measuring module selected by means of the selection line.
  • Another embodiment of the operating method according to the invention provides that the measuring modules are selected periodically by the central unit for communication / data transmission. This ensures that any data generated in the measuring modules, such as Measurement data from sensors or calculation results or the like can be called up and evaluated regularly by the central unit.
  • the periodic selection of the measuring modules by the central unit for a certain selection time can expediently be represented by time slices, the size of which corresponds to the duration of the selection time per measuring module. These time slices are assigned to the individual measuring modules by the central unit.
  • the size of the time slices therefore determines the time period for which a measuring module is selected by the central unit and can communicate with the central unit before the central unit selects a next measuring module for communication.
  • the measuring modules according to a further embodiment of the operating method according to the invention aperiodically from the central unit to be selected.
  • the aperiodic selection of measurement modules makes it possible to reduce the inherent latency that results from the fact that between the selection of a first measurement module and the renewed selection of this first measurement module, other measurement modules are selected.
  • the remaining free time within the cycle can be used to select any measurement modules aperiodically. This is particularly advantageous when data has to be transmitted to and / or read from a measuring module with minimal delay, for example due to sporadic events.
  • the duration of the selection times ie the size of the time slices assigned to the measuring modules.
  • this makes it possible to change the prioritization of the data communication during the operation of the central unit and to dynamically adapt to changing requirements.
  • a measuring module which is inactive for most of the time, can transmit very large amounts of data to the central unit when it is active must transfer these amounts of data quickly if necessary to the central unit without stressing the communication between the central unit and the other measuring modules while it is inactive.
  • a further advantage here is that the measuring module does not have to have its own large data memory, since, as already described, it can quickly transmit determined data to the central unit if necessary.
  • Another way of prioritizing the communication between the measuring modules and the central unit is to select individual measuring modules several times within a cycle, i.e. to assign several time slices within a cycle to these measuring modules.
  • several time slices - also of different sizes - can also be assigned to a measuring module as part of periodic communication.
  • a measuring system with a measuring device according to one of claims 1 to 4 is specified, which has at least one measuring module.
  • a measuring module such as, for example, a calculation unit or another device that extends the functionality of the central unit.
  • the calculation unit communicates with the central unit in the manner described above and does not necessarily have to serve for the measurement data acquisition or its functionality is limited to the measurement data acquisition.
  • Figure 1 shows a measuring device according to the invention
  • Figure 2 shows schematically the division of a communication cycle into different selection times.
  • the measuring device in FIG. 1 has a central unit 1, to which several measuring modules 2 are assigned.
  • All measuring modules 2 are connected to the central unit 1 via a central transmission line 4 shown in dashed lines in FIG.
  • the central transmission line 4 is used to transmit a signal or data from the central unit 1 to the measuring modules 2. All measuring modules 2 simultaneously receive the data transmitted by the central unit 1 via the central transmission line 4.
  • Each measuring module 2 is also assigned its own selection line 3, which connects the measuring module 2 to the central unit 1.
  • the selection line 3 serves to select one of the measurement modules 2 by the central unit 1 for communication / data transmission.
  • a module transmission line 5 is assigned to each measuring module 2.
  • the module transmission lines 5 of the measuring modules 2 are connected to the inputs 6a of a multiplexer 6.
  • the output 6b of the multiplexer 6 is connected to the central unit 1.
  • the multiplexer 6 is used to select one of the module transmission lines 5 of the measuring modules 2 and to connect this to the central unit 1 via the output 6b of the multiplexer 6. The control of the multiplexer 6 to select the
  • Module transmission line 5 takes place via the selection lines 3, which, as can be seen from FIG. 1, also act on the multiplexer 6.
  • a selection module 3 is therefore selected by the central unit 1 for communication, on the one hand, and the multiplexer 6 is controlled via the selection lines 3 by the selection lines 3.
  • module transmission line 5 from the inputs 6a of the multiplexer 6 via the output 6b of the multiplexer 6 to the central unit 1, which corresponds to the measuring module 2 selected by means of selection lines 3.
  • the multiplexer 6 in such a way that none of the inputs 6a connected to the module transmission lines 5 of the measuring modules 2 have an output 6b of the multiplexer 6 and thus forwarded to the central unit 1 as soon as more than one selection line 3 is activated.
  • measuring module 2 can communicate via its module transmission line 5 with the central unit 1 which the central unit 1 has selected for this purpose via the selection lines 3.
  • a time control for communication with the measurement modules 2 is provided on the part of the central unit 1.
  • the time control provides that all measuring modules 2 connected to the central unit 1 are selected one after the other by the central unit 1 via the selection line 3 assigned to them.
  • the selection of a specific measurement module 2 is maintained by the central unit 1 for a specific selection time Ta.
  • the selected measuring module 2 is able to exchange data with the central unit 1.
  • the data exchange can be carried out at different data rates.
  • the new measuring module 2 In order to identify a measuring module 2 newly arranged in the measuring device, it is also possible to query the new measuring module 2 successively at different data rates for an identification pattern. As soon as the central unit 1 receives a valid identification pattern from the new measuring module 2, the information associated therewith is made new Measurement module 2 saved and used for further communication with it. The selection time Ta is then communicated to the new measuring module 2. This enables the integration of measuring modules 2 in a measuring device according to the invention, without the measuring modules 2 having to be set specifically to the communication parameters used in the measuring device, such as the selection time Ta.
  • a next measuring module 2 is selected by the central unit 1 via the selection lines 3. This selection is also maintained for the selection time Ta.
  • Different selection times Ta, Tb, Tc can also be assigned to the individual measuring modules in order to prioritize the communication.
  • the selection times Ta, Tb, Tc assigned to the individual measuring modules 2 can also be understood as time slices, the size of which is proportional to the duration of the respective selection time Ta, Tb, Tc, and are shown graphically in the form of a pie chart in FIG. 2.
  • the selection times Ta, Tb and Tc are assigned to three different measuring modules 2 (FIG. 1) and indicate that these three measuring modules 2 are selected periodically, namely once in each communication cycle, by the central unit 1.
  • This sequence of selection results when the pie chart of FIG. 2 is run through in a mathematically negative sense, the communication cycle starting with the selection time Ta.
  • the selection time Tx also shown in FIG. 2, which results as the time difference between the sum of the selection times Ta, Tb, Tc and the cycle time Ta + Tb + Tc + Tx of the communication cycle, corresponds to a free time slice and is used by the central unit 1, for example used to select individual measuring modules 2 aperiodically.
  • the communication between the central unit 1 and the measurement modules 2 can be prioritized by changing the size of the time slices.
  • the selection time Tc is longer than the selection time Tb.
  • a measuring module 2 which contains a spectrometer and, in comparison to a temperature sensor, has to transmit a relatively large amount of data per communication cycle to the central unit 1, can receive four time slices with the selection time Ta within a communication cycle, while a measuring module with a temperature sensor, which is only very different evaluates slowly changing temperature, only receives a time slice with the selection time Ta.
  • a further advantage here is that the measuring module 2 does not have to have its own large data memory, since it can - as already described - ascertained data quickly transferred to the central unit 1 if necessary and does not have to store it itself for a long time.
  • a further conceivable embodiment of the invention relates to a measuring system with a measuring device, which has at least one measuring module 2.
  • each measuring module 2 and the multiplexer 6 instead of the central transmission line 4 and the respective module transmission line 5 for each measuring module 2.
  • the output 6b of the multiplexer 6 is also connected to the central unit 1 by a bidirectional communication link.
  • the multiplexer 6 is driven by the selection lines 3, whereby one of the measuring modules 2 is selected.
  • an explicit selection of the measuring module 2 is not necessary, as in the examples given so far, so that the selection lines 3 only connect the central unit 1 to the multiplexer 6 and do not have to act on each measuring module 2.
  • control commands to the data transmission between the central unit 1 and a measuring module 2
  • a measuring module 2 To send multiplexer 6, which are evaluated in the multiplexer 6 and cause the selection of a measuring module 2.
  • the selection lines 3 can be omitted entirely.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung für die Prozesstechnik zum Einsatz in Mess- und/oder Reinigungs- und/oder Kalibrierungsanlagen im Bereich der Prozessautomatisierung zur Messung von pH-Werten und/oder Redoxpotentialen und/oder anderen Prozessgrössen und weist eine Zentraleinheit (1) auf, mit der mindestens ein Messmodul (2) verbindbar ist. Jedes Messmodul (2) ist durch eine ihm zugeordnete Auswahlleitung (3) von der Zentraleinheit (1) auswählbar.

Description

Messeinrichtung für die Prozesstechnik und Betriebsverfahren für eine Messeinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung für die Prozesstechnik: zum Einsatz in Mess- und/oder Reinigungsund/oder Kalibrierungsanlagen im Bereich der Prozessautomatisierung zur Messung von pH-Werten und/oder Redoxpotentialen und/oder anderen Prozessgrößen mit einer Zentraleinheit, wobei mindestens ein Messmodul mit der Zentraleinheit verbindbar ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Betriebsverfahren für eine Messeinrichtung für die Prozesstechnik; zum Einsatz in Mess- und/oder Reinigungs- und/oder Kalibrierungsanlagen im Bereich der Prozessautomatisierung, zur Messung von pH- Werten und/oder Redoxpotentialen und/oder anderen Prozessgrößen mit einer Zentraleinheit.
Messeinrichtungen der eingangs genannten Art bieten oft eine Erweiterungsmöglichkeit in Form von Messmodulen, die z.B. mit verschiedenen Sensoren ausgestattet sind und auch nachträglich in die Zentraleinheit integriert bzw. mit dieser verbunden werden können.
Zur Kommunikation mit der Messeinrichtung weisen bekannte Messmodule komplexe Kommunikationsmittel wie z.B. spezielle Schnittstellen-Controller auf, die entsprechend teuer sind, oder eine Berechnungseinheit des Messmoduls muss selbst die Kommunikation mit der Zentraleinheit durchführen, wobei entsprechend weniger Ressourcen für eine Messdatenerfassung verfügbar sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Messeinrichtung sowie ein verbessertes Betriebsverfahren für eine Messeinrichtung bereitzustellen, bei der/dem Messmodule flexibel mit der Zentraleinheit kommunizieren können und nur wenig Eigenintelligenz aufweisen müssen, um an einer Datenkommunikation mit der Zentraleinheit teilzunehmen.
Bei einer Messeinrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jedes Messmodul durch eine ihm zugeordnete Auswahlleitung von der Zentraleinheit auswählbar ist.
Über diese Auswahlleitung wird dem jeweiligen Messmodul von der Zentraleinheit signalisiert, dass es von der Zentraleinheit zur Kommunikation bzw. zur Datenübertragung ausgewählt worden ist. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Signalisierung über die dem Messmodul zugeordnete Auswahlleitung erlaubt es, im Messmodul auf eine komplizierte Auswertungselektronik zu verzichten. Die Elektronik des Messmoduls muss lediglich einen logischen Zustand der ihm zugeordneten Auswahlleitung überwachen.
Falls die Zentraleinheit ein Modulgehäuse aufweist, in das die Messmodule beispielsweise durch Einschieben in dafür vorgesehene Steckplätze integrierbar sind, ist es möglich, jedem Steckplatz eine Auswahlleitung der Zentraleinheit zuzuordnen. Die Verbindung der Auswahlleitung mit dem Messmodul erfolgt hierbei beim Einschieben des Messmoduls in den Steckplatz der Zentraleinheit.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Messmodule über eine Zentralsendeleitung mit der Zentraleinheit verbindbar sind.
Ein über die Zentralsendeleitung von der Zentraleinheit übertragenes Signal gelangt auf diese Weise gleichzeitig zu allen Messmodulen, die an die Zentraleinheit angeschlossen sind. Allerdings wertet nur das durch die ihm zugeordnete Auswahlleitung von der Zentraleinheit selektierte Messmodul das über die Zentralsendeleitung von der Zentraleinheit übertragene Signal aus; die anderen Messmodule sind nicht selektiert und werten demzufolge auch nicht das von der Zentraleinheit über die Zentralsendeleitung übertragene Signal aus.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Messmodul eine Modulsendeleitung aufweist. Über diese Modulsendeleitung kann ein von der Zentraleinheit über die jeweilige Auswahlleitung ausgewähltes Messmodul Daten zu der Zentraleinheit übertragen. Bspw. kann jede Modulsendeleitung eines an die Zentraleinheit angeschlossenen Messmoduls an einen separaten Dateneingang der Zentraleinheit angeschlossen sein.
Sehr vorteilhaft ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Modulsendeleitungen der Messmodule mit den Eingängen eines Multiplexers verbindbar sind, bei der der Ausgang des Multiplexers mit der Zentraleinheit verbindbar ist, und bei der der Multiplexer über die Auswahlleitungen steuerbar ist.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines Multiplexers ist es möglich, aus den Modulsendeleitungen der Messmodule unter Ansteuerung des Multiplexers mit Hilfe der Auswahlleitungen diejenige Modulsendeleitung auf den Ausgang des Multiplexers zu schalten, die dem von der Zentraleinheit mittels Auswahlleitungen ausgewählten Messmodul entspricht.
Sehr vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist die doppelte Ausnutzung der Auswahlleitungen zum einen zur Selektion eines Messmoduls und zum anderen zur Steuerung des Multiplexers.
Für spezielle Anwendungsfälle ist auch denkbar, dass die Zentraleinheit mehrere Messmodule gleichzeitig mittels der jeweiligen Auswahlleitungen selektiert, so dass diese mehreren Messmodule gleichzeitig ein von der Zentraleinheit auf der Zentralsendeleitung gesendetes Signal empfangen und auswerten können. Hierbei ist bei der Benutzung eines Multiplexers für die vorstehend erläuterte Bündelung der Modulsendeleitungen sicherzustellen, dass keines der mehreren gleichzeitig selektierten Messmodule antwortet.
Alternativ dazu ist es möglich, den Multiplexer so zu konfigurieren, dass keiner der mit den Modulsendeleitungen der Messmodule verbundenen Eingänge auf den Ausgang des Multiplexers und damit an die Zentraleinheit weitergeleitet wird, sobald mehr als eine Auswahlleitung aktiviert ist.
Die gleichzeitige Selektion mehrerer Messmodule kann z.B. dazu genutzt werden, Initialisierungsbotschaften beim Systemstart der Zentraleinheit mit einer Art broadcast gleichzeitig an alle an die Zentralsendeleitung angeschlossenen Messmodule zu senden, die keine Bestätigung der Messmodule erfordern. Ferner kann auf diese Weise eine Nachricht an alle Messmodule übertragen werden, die einen Fehler in der Zentraleinheit oder dergleichen signalisiert.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird bei einem Betriebsverfahren für eine Messeinrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Messmodul von der Zentraleinheit mittels einer dem Messmodul zugeordneten Auswahlleitung ausgewählt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sieht vor, dass ein Multiplexer durch die Auswahlleitungen derart gesteuert wird, dass über eine Modulsendeleitung des ausgewählten Messmoduls gesendete Daten über den Multiplexer an die Zentraleinheit weitergeleitet werden.
Erfindungsgemäß ist in einer weiteren Ausführungsform des Betriebsverfahrens vorgesehen, von der Zentraleinheit gesendete Daten über eine Zentralsendeleitung an alle Messmodule zu senden.
Besonders vorteilhaft ist eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens, bei der von der Zentraleinheit gesendete Daten nur in dem mittels Auswahlleitung ausgewählten Messmodul ausgewertet werden.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sieht vor, dass die Messmodule periodisch von der Zentraleinheit zur Kommunikation/Datenübertragung ausgewählt werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass ggf. in den Messmodulen anfallende Daten, wie z.B. Messdaten von Sensoren oder Berechnungsergebnisse oder dergleichen, regelmäßig von der Zentraleinheit abgerufen und ausgewertet werden können.
Ferner ist es auf diese Weise möglich, die Messmodule periodisch mit Steuerdaten zu beaufschlagen, die vorzugsweise über die Zentralsendeleitung von der Zentraleinheit an die jeweiligen Messmodule übertragen werden.
Das periodische Selektieren der Messmodule durch die Zentraleinheit für eine gewisse Auswahlzeit kann zweckmäßig durch Zeitscheiben dargestellt werden, deren Größe der Dauer der Auswahlzeit je Messmodul entspricht. Diese Zeitscheiben werden den einzelnen Messmodulen von der Zentraleinheit zugewiesen.
Durch die Größe der Zeitscheiben wird also bestimmt, für welche Zeitdauer ein Messmodul von der Zentraleinheit selektiert ist und mit der Zentraleinheit kommunizieren kann, bevor die Zentraleinheit ein nächstes Messmodul zur Kommunikation auswählt.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Messmodule gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens aperiodisch von der Zentraleinheit ausgewählt werden.
Durch die aperiodische Auswahl von Messmodulen ist es möglich, die prinzipbedingt vorhandene Latenzzeit, die sich daraus ergibt, dass zwischen der Selektion eines ersten Messmoduls und der erneuten Selektion dieses ersten Messmoduls andere Messmodule selektiert werden, zu reduzieren.
Sehr vorteilhaft für eine aperiodische Selektion von Messmodulen ist es, eine Zykluszeit für die Kommunikation der Zentraleinheit mit den Messmodulen derart zu wählen, dass die Summe aller periodisch den Messmodulen zugeteilten Zeitscheiben deutlich kleiner als die gesamte Zykluszeit ist.
Die verbleibende freie Zeit innerhalb des Zyklus kann genutzt werden, um beliebige Messmodule aperiodisch zu selektieren. Dies ist insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn Daten - bspw. aufgrund sporadisch auftretender Ereignisse - mit minimaler Verzögerung an ein Messmodul übertragen und/oder von diesem gelesen werden müssen.
Sehr vorteilhaft ist es auch, verschiedene Messmodule für verschiedene Auswahlzeiten periodisch von der Zentraleinheit auszuwählen. Das bedeutet, dass verschiedenen Messmodulen jeweils unterschiedlich große Zeitscheiben zugeordnet werden. Hierdurch ist eine Priorisierung der Datenübertragung zwischen den Messmodulen und der Zentraleinheit möglich.
Besonders vorteilhaft ist hierbei auch, die Dauer der Auswahlzeiten, d.h. die Größe der den Messmodulen zugewiesenen Zeitscheiben, zu ändern. Damit ist es prinzipiell möglich, die Priorisierung der Datenkommunikation während des Betriebs der Zentraleinheit zu ändern und sich ändernden Anforderungen dynamisch anzupassen. Auf diese Weise kann ein Messmodul, welches die meiste Zeit inaktiv ist, bei Aktivität jedoch sehr große Datenmengen an die Zentraleinheit übertragen muss, diese Datenmengen im Bedarfsfall schnell an die Zentraleinheit übertragen, ohne die Kommunikation zwischen der Zentraleinheit und den übrigen Messmodulen zu belasten, während es inaktiv ist.
Ein weiterer Vorteil hierbei besteht darin, dass das Messmodul keinen eigenen großen Datenspeicher aufweisen muss, da es ermittelte Daten - wie bereits dargestellt - im Bedarfsfall schnell an die Zentraleinheit übertragen kann.
Eine andere Möglichkeit der Priorisierung der Kommunikation der Messmodule mit der Zentraleinheit besteht darin, dass einzelne Messmodule mehrmals innerhalb eines Zyklus ausgewählt werden, d.h., dass diesen Messmodulen mehrere Zeitscheiben innerhalb eines Zyklus zugeordnet werden. Neben den aperiodisch zugeordneten Zeitscheiben können einem Messmodul auch im Rahmen der periodischen Kommunikation mehrere Zeitscheiben - auch mit unterschiedlicher Größe - zugeordnet werden.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Messsystem mit einer Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 angegeben, das mindestens ein Messmodul aufweist.
Es ist auch vorstellbar, anstelle eines Messmoduls eine andere Vorrichtung wie beispielsweise eine Berechnungseinheit oder eine sonstige die Funktionalität der Zentraleinheit erweiternde Einrichtung mit der Zentraleinheit zu verbinden. Die Berechnungseinheit kommuniziert auf die vorstehend beschriebene Art und Weise mit der Zentraleinheit und muss nicht notwendig zur Messdatenerfassung dienen oder in ihrer Funktionalität auf die Messdatenerfassung beschränkt sein.
Ebenso ist es möglich, dass auf einem Messmodul bzw. auf einer Berechnungseinheit eine Messdatenvorverarbeitung und/oder eine Messdatenverarbeitung erfolgt. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Messeinrichtung, und
Figur 2zeigt schematisch die Aufteilung eines Kommunikationszyklus in verschiedene Auswahlzeiten.
Die Messeinrichtung in Fig. 1 weist eine Zentraleinheit 1 auf, der mehrere Messmodule 2 zugeordnet sind.
Alle Messmodule 2 sind über eine in Figur 1 gestrichelt dargestellte Zentralsendeleitung 4 mit der Zentraleinheit 1 verbunden. Die Zentralsendeleitung 4 dient dazu, ein Signal bzw. Daten von der Zentraleinheit 1 zu den Messmodulen 2 zu übertragen. Alle Messmodule 2 erhalten gleichzeitig die von der Zentraleinheit 1 über die Zentralsendeleitung 4 übertragenen Daten.
Ferner ist jedem Messmodul 2 eine eigene Auswahlleitung 3 zugeordnet, die das Messmodul 2 mit der Zentraleinheit 1 verbindet. Die Auswahlleitung 3 dient dazu, eines der Messmodule 2 durch die Zentraleinheit 1 zur Kommunikation/Datenübertragung auszuwählen .
Nur ein auf diese Weise ausgewähltes Messmodul 2 wertet das von der Zentraleinheit 1 über die Zentralsendeleitung 4 übertragene Signal aus. Die nicht ausgewählten Messmodule 2 werten das Signal der Zentraleinheit 1 nicht aus. Für die Datenübertragung von den Messmodulen 2 zu der Zentraleinheit 1 ist jedem Messmodul 2 eine Modulsendeleitung 5 zugewiesen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Modulsendeleitungen 5 der Messmodule 2 mit den Eingängen 6a eines Multiplexers 6 verbunden. Der Ausgang 6b des Multiplexers 6 ist mit der Zentraleinheit 1 verbunden.
Der Multiplexer 6 dient dazu, eine der Modulsendeleitungen 5 der Messmodule 2 auszuwählen und diese über den Ausgang 6b des Multiplexers 6 mit der Zentraleinheit 1 zu verbinden. Die Steuerung des Multiplexers 6 zur Auswahl der
Modulsendeleitung 5 erfolgt über die Auswahlleitungen 3, die dazu, wie aus Fig. 1 ersichtlich, auch auf den Multiplexer 6 wirken. Durch die Auswahlleitungen 3 wird also zum einen ein Messmodul 2 von der Zentraleinheit 1 zur Kommunikation ausgewählt, und zum anderen wird der Multiplexer 6 über die Auswahlleitungen 3 gesteuert.
Auf diese Weise ist es möglich, stets diejenige Modulsendeleitung 5 von den Eingängen 6a des Multiplexers 6 über den Ausgang 6b des Multiplexers 6 an die Zentraleinheit 1 weiterzuleiten, die dem mittels Auswahlleitungen 3 selektierten Messmodul 2 entspricht.
Hiermit wird eine Kommunikation zwischen dem ausgewählten Messmodul 2 und der Zentraleinheit 1 ermöglicht.
Prinzipiell ist es auch möglich, über die Auswahlleitungen 3 gleichzeitig alle oder zumindest mehrere Messmodule 2 auszuwählen. Auch in diesem Betriebszustand kann allerdings nur eines der ausgewählten Messmodule 2 über seine Modulsendeleitung 5 und den Multiplexer 6 mit der Zentraleinheit 1 kommunizieren.
Alternativ dazu ist es möglich, den Multiplexer 6 so zu konfigurieren, dass keiner der mit den Modulsendeleitungen 5 der Messmodule 2 verbundenen Eingänge 6a auf den Ausgang 6b des Multiplexers 6 und damit an die Zentraleinheit 1 weitergeleitet wird, sobald mehr als eine Auswahlleitung 3 aktiviert ist.
Es ist denkbar, dass spezielle Initialisierungsbefehle oder andere Befehle, die besondere Betriebszustände wie z.B. Fehler und dergleichen darstellen, in diesem Betriebsmodus von der Zentraleinheit 1 an alle Messmodule 2 übertragen werden, wodurch eine Art broadcast realisiert wird.
Abgesehen von den vorstehend beschriebenen besonderen Betriebszuständen kann nur dasjenige Messmodul 2 über seine Modulsendeleitung 5 mit der Zentraleinheit 1 kommunizieren, das von der Zentraleinheit 1 über die Auswahlleitungen 3 dazu ausgewählt worden ist.
Um dennoch mehrere Messmodule 2 ansprechen zu können, ist auf Seiten der Zentraleinheit 1 eine Zeitsteuerung für die Kommunikation mit den Messmodulen 2 vorgesehen.
Die Zeitsteuerung sieht ganz allgemein vor, dass alle mit der Zentraleinheit 1 verbundenen Messmodule 2 nacheinander von der Zentraleinheit 1 über die ihnen jeweils zugeordnete Auswahlleitung 3 ausgewählt werden. Die Auswahl eines bestimmten Messmoduls 2 wird dabei von der Zentraleinheit 1 für eine bestimmte Auswahlzeit Ta aufrechterhalten. Während dieser Zeit ist es dem selektierten Messmodul 2 möglich, Daten mit der Zentraleinheit 1 auszutauschen. Der Datenaustausch kann je nach Messmodul 2 mit unterschiedlichen Datenraten durchgeführt werden.
Zur Erkennung eines neu in der Messeinrichtung angeordneten Messmoduls 2 ist es auch möglich, das neue Messmodul 2 sukzessive mit unterschiedlichen Datenraten nach einem Identifikationsmuster abzufragen. Sobald die Zentraleinheit 1 ein gültiges Identifikationsmuster von dem neuen Messmodul 2 empfängt, wird die damit verbundene Information über das neue Messmodul 2 gespeichert und für die weitere Kommunikation mit diesem verwendet. Nachfolgend wird dem neuen Messmodul 2 die Auswahlzeit Ta mitgeteilt. Dies ermöglicht eine Integration von Messmodulen 2 in einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, ohne dass die Messmodule 2 speziell auf die in der Messeinrichtung eingesetzten Kommunikationsparameter wie z.B. die Auswahlzeit Ta eingestellt sein müssen.
Nach Ablauf der Auswahlzeit Ta wird ein nächstes Messmodul 2 von der Zentraleinheit 1 über die Auswahlleitungen 3 ausgewählt. Auch diese Selektion wird für die Auswahlzeit Ta aufrechterhalten.
Sobald alle an die Zentraleinheit 1 angeschlossenen Messmodule 2 auf diese Weise einmal ausgewählt worden sind, beginnt ein neuer Kommunikationszyklus, und das erste Messmodul 2 wird von der Zentraleinheit 1 erneut zur Kommunikation selektiert.
Den einzelnen Messmodulen können auch verschiedene Auswahlzeiten Ta, Tb, Tc zugewiesen werden, um eine Priorisierung der Kommunikation zu bewirken.
Die den einzelnen Messmodulen 2 zugewiesenen Auswahlzeiten Ta, Tb, Tc können auch als Zeitscheiben aufgefasst werden, deren Größe proportional zur Dauer der jeweiligen Auswahlzeit Ta, Tb, Tc ist, und sind grafisch in Form eines Kreisdiagramms in Fig. 2 dargestellt.
Die Auswahlzeiten Ta, Tb und Tc sind drei verschiedenen Messmodulen 2 (Fig. 1) zugeordnet und deuten an, dass diese drei Messmodule 2 periodisch, nämlich einmal in jedem Kommunikationszyklus, von der Zentraleinheit 1 selektiert werden. Diese Selektionsreihenfolge ergibt sich beim Durchlaufen des Kreisdiagramms aus Figur 2 in mathematisch negativem Sinne, wobei der Kommunikationszyklus mit der Auswahlzeit Ta startet. Die ebenfalls in Figur 2 abgebildete Auswahlzeit Tx, die sich als Zeitdifferenz zwischen der Summe der Auswahlzeiten Ta, Tb, Tc und der Zykluszeit Ta+Tb+Tc+Tx des Kommunikationszyklus ergibt, entspricht einer freien Zeitscheibe und wird von der Zentraleinheit 1 bspw. dazu genutzt, einzelne Messmodule 2 aperiodisch auszuwählen.
Dies ist insbesondere dann sehr nützlich, wenn zusätzliche Daten von der Zentraleinheit 1 zu einem bestimmten Messmodul 2 zu übertragen sind und die dem Messmodul 2 im Rahmen der periodischen Kommunikation zugeordnete Zeitscheibe nicht groß genug ist, um die jeweiligen Daten hinreichend schnell, z.B. innerhalb eines Kommunikationszyklus, zu übertragen.
Wie bereits dargestellt, ist eine Priorisierung der Kommunikation zwischen der Zentraleinheit 1 und den Messmodulen 2 dadurch möglich, dass die Größe der Zeitscheiben verändert wird. Im vorliegenden Fall ist beispielsweise die Auswahlzeit Tc größer als die Auswahlzeit Tb.
Darüber hinaus ist es auch möglich, einem Messmodul 2 gleich mehrere Zeitscheiben von gleicher oder auch unterschiedlicher Größe innerhalb eines Kommunikationszyklus zuzuordnen.
Bspw. kann ein Messmodul 2, das ein Spektrometer enthält und im Vergleich zu einem Temperatursensor verhältnismäßig viele Daten pro Kommunikationszyklus an die Zentraleinheit 1 übertragen muss, vier Zeitscheiben mit der Auswahlzeit Ta innerhalb eines Kommunikationszyklus erhalten, während ein Messmodul mit einem Temperatursensor, das eine sich nur sehr langsam verändernde Temperatur auswertet, nur eine Zeitscheibe mit der Auswahlzeit Ta erhält.
Besonders vorteilhaft ist es auch, die Dauer der Auswahlzeiten Ta, Tb, Tc zu ändern. Damit ist es prinzipiell möglich, die Priorisierung der Kommunikation während des Betriebs der Zentraleinheit 1 zu ändern und sich ändernden Anforderungen dynamisch anzupassen. Auf diese Weise kann ein Messmodul 2, welches die meiste Zeit inaktiv ist, bei Aktivität jedoch sehr große Datenmengen an die Zentraleinheit 1 übertragen muss, diese Datenmengen im Bedarfsfall schnell an die Zentraleinheit 1 übertragen, ohne die Kommunikation zwischen der Zentraleinheit 1 und den übrigen Messmodulen 2 zu belasten, während es inaktiv ist.
Ein weiterer Vorteil hierbei besteht darin, dass das Messmodul 2 keinen eigenen großen Datenspeicher aufweisen muss, da es ermittelte Daten - wie bereits dargestellt - im Bedarfsfall schnell an die Zentraleinheit 1 übertragen kann und nicht über lange Zeit selbst Zwischenspeichern muss.
Eine weitere denkbare Ausgestaltung der Erfindung betrifft ein Messsystem mit einer Messeinrichtung, das mindestens ein Messmodul 2 aufweist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, anstelle der Zentralsendeleitung 4 und der jeweiligen Modulsendeleitung 5 für jedes Messmodul 2 eine bidirektionale Kommunikationsverbindung (nicht gezeigt) zwischen jedem Messmodul 2 und dem Multiplexer 6 vorzusehen. In diesem Fall ist auch der Ausgang 6b des Multiplexers 6 durch eine bidirektionale Kommunikationsverbindung mit der Zentraleinheit 1 verbunden. Der Multiplexer 6 wird hierbei von den Auswahlleitungen 3 angesteuert, wodurch eines der Messmodule 2 selektiert wird. Hierbei ist eine explizite Selektion des Messmoduls 2 wie bei den bisher aufgeführten Beispielen nicht erforderlich, so dass die Auswahlleitungen 3 nur noch die Zentraleinheit 1 mit dem Multiplexer 6 verbinden und nicht auf jedes Messmodul 2 wirken müssen.
Sehr vorteilhaft ist es bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, vor einer Datenübertragung zwischen der Zentraleinheit 1 und einem Messmodul 2 Steuerbefehle an den Multiplexer 6 zu senden, die in dem Multiplexer 6 ausgewertet werden und die Auswahl eines Messmoduls 2 bewirken. Bei dieser Ausführungsform können die Auswahlleitungen 3 ganz entfallen.

Claims

Patentansprüche
1. Messeinrichtung für die Prozesstechnik zum Einsatz in Mess- und/oder Reinigungs- und/oder Kalibrierungsanlagen im Bereich der Prozessautomatisierung, zur Messung von pH-Werten und/oder Redoxpotentialen und/oder anderen Prozessgrößen, mit einer Zentraleinheit (1), wobei mindestens ein Messmodul (2) mit der Zentraleinheit (1) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Messmodul (2) durch eine ihm zugeordnete Auswahlleitung (3) von der Zentraleinheit (1) auswählbar ist.
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Messmodule (2) über eine Zentralsendeleitung (4) mit der Zentraleinheit (1) verbindbar sind.
3. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Messmodul (2) eine Modulsendeleitung (5) aufweist.
4. Messeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulsendeleitungen (5) mit den Eingängen (6a) eines Multiplexers (6) verbindbar sind, dass der Ausgang (6b) des Multiplexers (6) mit der Zentraleinheit (1) verbindbar ist, und dass der Multiplexer (6) über die Auswahlleitungen (3) steuerbar ist.
5. Messsystem mit einer Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem mindestens ein Messmodul (2) aufweist.
6. Betriebsverfahren für eine Messeinrichtung für die Prozesstechnik zum Einsatz in Mess- und/oder Reinigungsund/oder Kalibrierungsanlagen im Bereich der Prozessautomatisierung, zur Messung von pH-Werten und/oder Redoxpotentialen und/oder anderen Prozessgrößen, mit einer Zentraleinheit (1), wobei mindestens ein Messmodul (2) mit der Zentraleinheit (1) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul (2) von der Zentraleinheit (1) mittels einer dem Messmodul (2) zugeordneten Auswahlleitung (3) ausgewählt wird.
7. Betriebsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Multiplexer (6) durch die Auswahlleitungen (3) derart gesteuert wird, dass über eine Modulsendeleitung (5) des ausgewählten Messmoduls (2) gesendete Daten über den Multiplexer (6) an die Zentraleinheit (1) weitergeleitet werden.
8. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass von der Zentraleinheit (1) gesendete Daten über eine Zentralsendeleitung (4) an alle Messmodule (2) gesendet werden.
9. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von der Zentraleinheit (1) gesendete Daten nur in dem mittels Auswahlleitung (3) ausgewählten Messmodul (2) ausgewertet werden.
10. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmodule (2) periodisch von der Zentraleinheit (1) ausgewählt werden.
11. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Messmodule (2a, 2b, 2c) für verschiedene Auswahlzeiten (Ta, Tb, Tc) periodisch von der Zentraleinheit (1) ausgewählt werden.
12. Betriebsverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahlzeiten (Ta, Tb, Tc) geändert werden.
13. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmodule (2) mehrmals innerhalb eines Zyklus ausgewählt werden.
14. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmodule (2) aperiodisch von der Zentraleinheit (1) ausgewählt werden.
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