WO2011032792A1 - Messumformer für ein multisensorsystem, insbesondere als feldgerät für die prozessautomatisierungstechnik und verfahren zum betreiben des messumformers - Google Patents

Messumformer für ein multisensorsystem, insbesondere als feldgerät für die prozessautomatisierungstechnik und verfahren zum betreiben des messumformers Download PDF

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WO2011032792A1
WO2011032792A1 PCT/EP2010/061934 EP2010061934W WO2011032792A1 WO 2011032792 A1 WO2011032792 A1 WO 2011032792A1 EP 2010061934 W EP2010061934 W EP 2010061934W WO 2011032792 A1 WO2011032792 A1 WO 2011032792A1
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sensor
processor
transmitter according
module
interface
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PCT/EP2010/061934
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Stefan Robl
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Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/408—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by data handling or data format, e.g. reading, buffering or conversion of data
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25274—Communication processor, link interface

Definitions

  • Transmitter for a multisensor system in particular as a field device for process automation technology and method for operating the
  • the invention relates to a transmitter for a multi-sensor system
  • a field device for the process automation technology which has, for processing input and output signals, a processor which is connected to an interface to which a sensor is connected for the transmission of data via a transmission line, wherein the communication between the processor and the interface or the sensor and the interface different transmission rates of the data occur and a method for operating the transmitter.
  • Sensors which measure the level, the conductivity, the pressure, the temperature, an adjustment angle or a pH, find application as well as optical sensors, which are designed for example as a turbidity sensor or absorption sensor. Also ion-sensitive sensors, which detect, inter alia, the nitrate content of a liquid can be used.
  • optical sensors which are designed for example as a turbidity sensor or absorption sensor.
  • ion-sensitive sensors which detect, inter alia, the nitrate content of a liquid can be used.
  • Transmitter known, in which these sensors, each with a low transfer rate having transmission line to an adapter.
  • the adapter is further connected to a central processor via a central bus system, wherein the bus system has a high transmission rate.
  • the adapter exchanges data between the sensors and the processor bidirectionally, with the adapter providing the high performance
  • the bus system can only access the adapter with one channel, which thus can only connect the processor to one sensor. This means that the processor only interrogates the sensors one after the other or with them
  • the sensors influence one another in the interrogation loop which is comprehensive for a limited period of time, and due to the only very slowly working adapter, there is a temporal overlap in the data transmission.
  • the software being processed in the processor is used in the
  • the invention is therefore based on the object to provide a transmitter and a method for operating a transmitter to which a plurality of working with different principles of action sensors can be connected, despite the large number of sensors, an occurrence of errors in the data transmission is largely prevented.
  • the object is achieved in that at least two sensors are present, wherein in the interface for each sensor associated with this sensor function module is present and the sensor associated with the function module is connected via a respective transmission line with the respective sensor.
  • the invention has the advantage that a separate data transmission channel to the processor is formed for each sensor via the function module. Thus, the two sensors can simultaneously communicate with the processor via their assigned module.
  • Transmitters can simultaneously connect sensors with different protocols and different data transfer rates.
  • Input circuit are connected to the transmitter, but at the same time output circuits, which also have a variety of complexities and operating principles and can work with a variety of transfer rates.
  • the function module is matched to the respective input or output circuit. In one embodiment, this is connected to the digital sensor
  • the interface is part of the processor.
  • the interface is designed as a central I / O controller in the form of a, a predetermined set of different and / or same functional modules containing logic device, to which a plurality of sensors and output circuits can be connected.
  • each expansion block a
  • Identification unit for identifying the expansion block, which is connected to the processor, wherein the processor by means of a
  • Configuration bit stream connects the expansion block with at least one pre-installed in the logic module function module. This has the advantage that different selection sets of function modules are contained in different configuration bit streams. Depending on the device type, such as transmitter, analyzer or sampler and / or depending on the type of expansion block, the processor may decide to configure the logic device with another, appropriate bitstream.
  • the interface is designed as a central I / O controller in the form of a partially dynamically reconfigurable logic module, in which the
  • Function module for each sensor is configured freely programmable.
  • the reconfigurable logic module represents a hardware without functionality, in which the processor such a functionality is programmed as a function module, that the function module is tuned to the relevant sensor and can work together with this optimally.
  • the functional module programmed for a sensor comprises only a delimited area on the reconfigurable logic module, which is also referred to as FPGA (field programmable gate array).
  • FPGA field programmable gate array
  • Control program configured.
  • the processor can also be used as a
  • Reconfiguration of the FPGA has the advantage of being able to exchange individual function modules within the structure.
  • the configuration of the functional modules by means of a configuration bit stream, which is loaded into the configurable logic device.
  • the configuration bitstreams are normally stored in an external flash memory, with the loading being initiated by the appropriate control program of the processor.
  • reconfigurable logic device In a further development of the reconfigurable logic device is a
  • Output circuit can be connected, wherein the output circuit is designed as an actuator or as a communication system or as a current output or alarm device and for each type of output circuit, a corresponding function module is configured in the reconfigurable logic device. For each output circuit, an interface formed as a functional module is contained in the reconfigurable logic module. This eliminates a central bus system, which interconnects the input and output circuits. On an intelligence in the form of a microprocessor can be in the inputs and / or
  • Subsequent detected circuit errors can occur at any time
  • reconfigurable logic block be corrected.
  • a plurality of sensors and output circuits can be connected to the reconfigurable logic module, wherein the
  • Extension blocks are provided. Expansion blocks increase the flexibility of the transmitter. Due to the reconfigurability of the logic module, new function modules can be incorporated into the logic module at any time, whereby different or new protocols can be read. Through a simple software update can in the future too
  • the expansion block has an identification unit for identifying the expansion block, which is connected to the processor, which configures the functional module in the reconfigurable logic module based on the information provided by the identification unit.
  • Identification module informs the processor which type of circuitry is located on the expansion block. For example, if it is a sensor, the exact type of sensor is given at the same time. After the processor has received this information, it configures the corresponding function module in the logic module.
  • extension blocks are similar to a printed circuit board
  • Plug-in modules are formed, wherein each slot, which is arranged on a central board, on which also the processor and / or the
  • reconfigurable logic unit are arranged, associated with a label which is made known to the processor with the information provided by the identification unit.
  • the processor not only receives information about the type of wiring, but can also assign the wiring equal to a fixed position. It follows that the functional module is placed in the reconfigurable logic circuit such that the outputs of the logic circuit lead to the indicated slot.
  • the identification unit of the expansion block communicates with the processor via a bus system.
  • standard bus systems are used for this communication, such as a l 2 C bus, which further reduces the cost of the device concept.
  • an expansion block has a receptacle for an SD memory card, by means of which the software of the processor and / or
  • Hardware of the reconfigurable logic unit is updated. This increases the flexibility of the transmitter, as it also transfers software that was not known to the processor until a given time and allows the transmitter to be equipped with a different functionality.
  • an expansion block is used to control a display and / or operating unit. So not just a representation of that in the Messternforner running processes possible, but the control personnel can access the processes in the transmitter through a menu.
  • the expansion block is used for controlling and / or regulating a sampler.
  • a sampler liquids or the like are taken from the process to be monitored. These samples are forwarded to a laboratory for further investigation.
  • the expansion block is used for controlling and / or regulating an analyzer.
  • An analyzer not only takes a sample, but analyzes it on-site and stores the result.
  • At least two trained as plug-in cards are provided.
  • Extension blocks without housing inserted between two side guide walls and further installed as such module. In this way, an improved removal of the generated by the circuits on the extension blocks
  • a further development relates to a method for operating a
  • Transmitter in particular as a field device for the
  • the following method steps are provided: executing a control program in the processor, receiving information for identifying the extension block, calling a the
  • Extension block corresponding function module configuration of a function block corresponding to the extension block on the dynamically reconfigurable logic block.
  • the configuration phase takes place during the operating phase of the transmitter. So can during the operation of the
  • Expansion blocks on the transmitter are always replaced or plugged in.
  • the signals output by the identification device become immediately after the insertion of a new expansion block evaluated by the processor and configured a function module corresponding to the expansion block in the reconfigurable logic circuit. If an extension block is replaced, the new one is added to the location of the function module corresponding to the removed extension block
  • the area occupied by the functional module on the reconfigurable logic module is expanded or reduced. This makes it possible to implement function modules of varying complexity on the logic module.
  • FIG. 1 shows a CPU 1 which is connected to three external sensors 2, 3, 4, the sensors 2, 3, 4 receiving and emitting digital signals.
  • the CPU 1 is arranged in a field device, which is located, for example, in a watercourse or a sewage and sewage treatment plant, in which the three sensors are arranged distributed at different locations.
  • the sensors 2, 3, 4 are a level gauge, a turbidity meter and an absorption meter.
  • Each sensor 2, 3, 4 leads via a respective transmission line 5, 6, 7 to the CPU. 1
  • the sensor 2 is connected to the transmission line 5, the sensor 3 to the transmission line 6 and the sensor 4 to the transmission line 7.
  • the transmission lines 5, 6, 7 transmit the data of the individual sensors 2, 3, 4 at a transmission rate of 9.6 kbit / s.
  • the CPU 1 For connection of the transmission lines 5, 6, 7, the CPU 1 has an interface 8.
  • a UART interface is arranged for each sensor 2, 3, 4.
  • Such a UART interface is used to send and receive digital signals.
  • an independent data channel is present, via which the data from the individual sensors 2, 3, 4 can be retrieved from the CPU 1 in parallel.
  • the data of the sensor 2 run via the data line 5 to the UART interface 9, while the data provided by the sensor 3 are guided via the data line 6 to the UART interface 10. From the sensor 4, the data on the
  • Expansion blocks 14, 15 is connected via a respective transmission line 16, 17 to the FPGA 13.
  • the FPGA 13 serves as an I / O controller in this embodiment.
  • I / O controller in this embodiment.
  • Extension blocks 14, 15 shown. To the FPGA 13 but a plurality of extension blocks can be connected.
  • the extension blocks 14, 15 are designed as circuit boards cards and can have different circuits. These circuits include a relay, power connectors, binary inputs, e.g. for switch contacts, analog inputs, e.g. for sensors as well as controllers and controls.
  • a communication system may also be configured as an intelligent system on an expansion block. Such
  • Communication systems include field buses known per se, such as Ethernet, Modbus, Profibus, Foundation Fieldbus (FF), GSM or WLAN.
  • Extension block 14, 15 has a memory unit in the form of an EEPROM.
  • the expansion block 14 includes the EEPROM 18, while the
  • EEPROM 19 belongs to expansion block 15.
  • the EEPROMs 18, 19 lead via a l 2 C bus 20 to the CPU. 1
  • Each expansion block 14, 15 is contacted at a slot.
  • Function module an on / off switch. If a sensor is reported as expansion block, the already mentioned UART interface is loaded as function module.
  • These function modules are configured in the FPGA 13 at the request of a control program running in the CPU 1.
  • the FPGA 13 is initially a hardware without
  • Functionality comprising a plurality of logic cells interconnected by electronic switches.
  • a dynamic FPGA which is here for
  • function modules are temporarily configured, the logic cells of these function modules are temporarily interconnected via the electronic switches.
  • Each function module is configured separately via a corresponding configuration bit stream, with the required
  • Configuration bit streams are stored in an external flash memory and are called by the control program of the CPU 1.
  • the expansion blocks 14, 15 can be replaced at any time, even during operation of the transmitter, since when using a new expansion block 14, 15 of the EEPROM 18, 19 immediately a
  • FIG. This embodiment comprises a basic block 21, which corresponds to a board on which all active components, such as the CPU, the FPGA, the flash memory and the
  • This basic block 21 further comprises three slots 22, 23, 24, wherein at the slot 22, a power supply 25 is connected to the power supply of the transmitter.
  • the slot 23 contacts a base module 26 on which terminals for two sensors are provided, which are connected via a cable to the base module 26.
  • the base module 26 has a slot for an SD memory card (not shown), by means of which new software can be transferred to the CPU 1 at any time, thereby providing new functionality within the
  • Transmitter can be set up. Furthermore, the base module 26 leads to a display 27, which is designed as a display and adjustment module and represent the image data and can evaluate inputs.
  • the drive circuit of the display 27 is integrated in the described manner in the FPGA 13. In a simple variant, the display 27 is in the cover of the housing
  • the third slot 24 on the base block 21 is at the free disposal and can be occupied by any extension block 28.
  • a rail is provided on the base module 26, on which an expansion board 29 is placed, on which there are five further slots 30, 31, 32, 33, 34, to which a maximum of five expansion blocks 35, 36, 37, 38, 39 can be placed.
  • the extension blocks 35, 36, 37, 38, 39 are connected to any slots 30, 31, 32, 33, 34.
  • Extension blocks 28, 35, 36, 37, 38, 39 are needed and of what kind the extension blocks 28, 35, 36, 37, 38, 39 are.
  • the power supply 25 and the base module 26 only a further expansion block 28 is required, which controls or includes a controller. If, for example, an actuator is to be controlled, the expansion block 35 is a
  • the FPGA 13 already includes several
  • Expansion block to be connected This dynamic interconnection is done by a selection of statically already in the FPGA 13 Functional modules. For example, a fixed set of UART interfaces is programmed in the FPGA 13. Each expansion slot 22, 23, 24, 30, 31, 32, 33, 34 can be assigned a determined maximum number of UART interfaces from the predetermined fixed amount. If an extension block 14, 15, 28, 35, 36, 37, 38, 39 does not require a UART interface, it remains in the fixed set of available UART interfaces and can be used with another
  • Extension block 14, 15, 28, 35, 36, 37, 38, 39 are connected.
  • PWM Modulators
  • PFM Digital inputs / outputs SPI interfaces and similar
  • Circuits is improved.
  • the dimensions of such a module are kept very small and 96mm x 96 mm.
  • this module is suitable for use in a panel housing.
  • An assembly on the DIN rails of a control cabinet is possible without a housing.
  • Heat dissipation provided by the circuits provided other options.
  • the heat output of the enclosure is limited to a maximum of 9W.
  • a power supply which provides a 24 V voltage for the first two sensors, housed in the housing, while a second, also providing 24 V for the other sensors power supply unit is arranged on the outside of the housing of the transmitter, so that the energy is generated outside of the transmitter and thus that of the
  • Power supply circuit generated heat must not be added to the heat generated by the rest of the transmitter circuit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Messumformer für ein Multisensorsystem, insbesondere als Feldgerät für die Prozessautomatisierungstechnik, welcher zur Verarbeitung von Ein- und Ausgangssignalen einen Prozessor (1) aufweist, der mit einem Interface (8, 13) verbunden ist, an welchem ein Sensor (2, 3, 4) zur Übertragung von Daten über eine Übertragungsleitung (5, 6, 7) angeschlossen ist, wobei bei der Kommunikation zwischen dem Prozessor (1) und dem Interface (8, 13) bzw. dem Sensor (2, 3, 4) und dem Interface (8, 13) unterschiedliche Übertragungsraten der Daten auftreten. Um eine Vielzahl von mit unterschiedlichen Wirkprinzipien arbeitenden Sensoren an den Messumformer anschließen zu können, wobei trotz der Vielzahl von Sensoren ein Auftreten von Fehlern bei der Datenübertragung weitgehend verbunden wird, sind mindestens zwei Sensoren (5, 6, 7) vorhanden, wobei in dem Interface (8, 13) für jeden Sensor (5, 6, 7) ein diesem Sensor (5, 6, 7) zugeordnetes Funktionsmodul (9, 10, 11) vorhanden ist und das dem Sensor (5, 6, 7) zugeordnete Funktionsmodul (9, 10, 11) über jeweils eine separate Übertragungsleitung (5, 6, 7) mit dem jeweiligen Sensor (5, 6, 7) verbunden ist.

Description

Messumformer für ein Multisensorsystem, insbesondere als Feldgerät für die Prozessautomatisierungstechnik und Verfahren zum Betreiben des
Messumformers Die Erfindung betrifft einen Messumformer für ein Multisensorsystem,
insbesondere als Feldgerät für die Prozessautomatisierungstechnik, welcher zur Verarbeitung von Ein- und Ausgangssignalen einen Prozessor aufweist, der mit einem Interface verbunden ist, an welchem ein Sensor zur Übertragung von Daten über eine Übertragungsleitung angeschlossen ist, wobei bei der Kommunikation zwischen dem Prozessor und dem Interface bzw. dem Sensor und dem Interface unterschiedliche Übertragungsraten der Daten auftreten sowie ein Verfahren zum Betreiben des Messumformers.
In der Prozessautomatisierungstechnik wird mit vielen verschiedenen Sensoren gearbeitet. So finden Sensoren, welche den Füllstand, die Leitfähigkeit, den Druck, die Temperatur, einen Stellwinkel oder einen pH-Wert messen genauso Anwendung wie optische Sensoren, die beispielsweise als Trübungssensor oder Absorptionssensor ausgebildet sind. Auch ionensensitive Sensoren, welche unter anderem den Nitratgehalt einer Flüssigkeit detektieren, sind einsetzbar. Um die Eingangssignale dieser unterschiedlichen Sensoren zu verarbeiten, ist ein
Messumformer bekannt, bei welchem diese Sensoren mit je einer, eine geringe Übertragungsrate aufweisenden Übertragungsleitung an einen Adapter führen. Der Adapter ist weiterhin mit einem zentralen Prozessor über ein zentrales Bussystem verbunden, wobei das Bussystem eine hohe Übertragungsrate aufweist. Über den Adapter werden Daten zwischen den Sensoren und dem Prozessor bidirektional ausgetauscht, wobei der Adapter die hohe
Übertragungsrate des Bussystems in die geringe Übertragungsrate der
Übertragungsleitung des Sensors und umgekehrt umwandelt. Dabei werden zum großen Teil digitale Sensoren mit unterschiedlichen Protokollen und
Übertragungsraten verwendet.
Das Bussystem kann nur mit einem Kanal auf den Adapter zugreifen, welcher den Prozessor somit nur mit einem Sensor verbinden kann. Das bedeutet, dass der Prozessor die Sensoren nur nacheinander abfragen bzw. mit ihnen
kommunizieren kann. Bei einem großen Datenaufkommen beeinflussen sich die Sensoren in der einen begrenzten Zeitraum umfassenden Abfrageschleife gegenseitig und es kommt auf Grund des nur sehr langsam arbeitenden Adapters zu einer zeitlichen Überlappung in der Datenübertragung. Darüber hinaus wird die in dem Prozessor bearbeitete Software bei der
Herstellung des Messumfornners auf die vorgegebene Anzahl der
anzuschließenden Sensoren und auf die ausgewählten Typen der Sensoren abgestimmt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Messumformer und ein Verfahren zum Betreiben eines Messumformers anzugeben, an welchen eine Vielzahl von mit unterschiedlichen Wirkprinzipien arbeitenden Sensoren anschließbar ist, wobei trotz der Vielzahl von Sensoren ein Auftreten von Fehlern bei der Datenübertragung weitgehend unterbunden wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass mindestens zwei Sensoren vorhanden sind, wobei in dem Interface für jeden Sensor ein diesem Sensor zugeordnetes Funktionsmodul vorhanden ist und das dem Sensor zugeordnete Funktionsmodul über jeweils eine Übertragungsleitung mit dem jeweiligen Sensor verbunden ist. Die Erfindung hat den Vorteil, dass für jeden Sensor über das Funktionsmodul ein separater Datenübertragungskanal zum Prozessor gebildet ist. So können die beiden Sensoren gleichzeitig jeweils über das ihnen zugeordnete Modul mit dem Prozessor kommunizieren. Eine
Datenüberlappung wird dabei als Fehlerquelle ausgeschlossen. An den
Messumformer können gleichzeitig Sensoren mit unterschiedlichen Protokollen und verschiedenen Datenübertragungsraten angeschlossen werden.
Es können nicht nur Sensoren unterschiedlichster Konfiguration als
Eingangsbeschaltung an den Messumformer angeschaltet werden, sondern gleichzeitig auch Ausgangsbeschaltungen, die ebenfalls die verschiedensten Komplexitäten und Wirkprinzipien aufweisen und mit den unterschiedlichsten Übertragungsraten arbeiten können. Das Funktionsmodul ist dabei auf die jeweilige Eingangs- bzw. Ausgangsbeschaltung abgestimmt. In einer Ausgestaltung ist das mit dem digitalen Sensor verbundene
Funktionsmodul als UART-Schnittstelle ausgebildet.
In einer Weiterbildung ist das Interface Bestandteil des Prozessors. Damit wird eine Platz sparende Variante des Messumformers realisiert, welche den Einbau des Messumformers in Schalteinheiten gestattet. Vorteilhafterweise ist das Interface als zentraler I/O-Controller in Form eines, eine vorgegebene Menge von verschiedenen und/oder gleichen Funktionsmodulen enthaltenden Logikbaustein ausgebildet, an welchen eine Mehrzahl von Sensoren und Ausgangsschaltungen anschließbar sind. Dabei sind die
Eingangsbeschaltung der Sensoren und die Ausgangsschaltungen als
Erweiterungsblöcke vorgesehen, wobei jeder Erweiterungsblock eine
Identifikationseinheit zur Identifizierung des Erweiterungsblockes aufweist, die mit dem Prozessor verbunden ist, wobei der Prozessor mittels eines
Konfigurationsbitstromes den Erweiterungsblock mit mindestens einem in dem Logikbaustein vorinstallierten Funktionsmodul verbindet. Dies hat den Vorteil, dass unterschiedliche Auswahlmengen von Funktionsmodulen in unterschiedlichen Konfigurationsbitströmen enthalten sind. Je nach Gerätetyp, wie Messumformer, Analysator oder Probenehmer und/oder je nach Art des Erweiterungsblockes kann der Prozessor entscheiden, den Logikbaustein mit einem anderen, passenden Bitstrom zu konfigurieren.
Alternativ ist das Interface als zentraler I/O-Controller in Form eines partiell dynamisch rekonfigurierbaren Logikbausteins ausgebildet, in welchem das
Funktionsmodul für jeden Sensor frei programmierbar konfiguriert wird. Vor der Programmierung stellt der rekonfigurierbare Logikbaustein eine Hardware ohne Funktionalität dar, in welchen von dem Prozessor eine solche Funktionalität als Funktionsmodul einprogrammiert wird, dass das Funktionsmodul auf den betreffenden Sensor abgestimmt ist und mit diesem optimal zusammenarbeiten kann. Das für einen Sensor programmierte Funktionsmodul umfasst nur einen abgegrenzten Bereich auf dem rekonfigurierbaren Logikbaustein, welches auch als FPGA (field programmable gate array) bezeichnet wird. Somit können auf diesem Logikbaustein auch noch weitere Funktionsmodule konfiguriert werden, die sowohl für weitere Sensoren oder andere Ein- und Ausgabebeschaltungen eingerichtet werden. Die Funktionsmodule werden dabei auf Aufforderung eines in dem als Mikroprozessor ausgebildeten Prozessor ablaufenden
Steuerprogramms konfiguriert. Der Prozessor kann aber auch als
hardwarebasierte Steuereinheit mit einer entsprechenden Ablaufsteuerung ausgebildet sein. Wenn bestimmte Funktionmodule auf dem rekonfigurierbaren Logikbaustein aktuell nicht benötigt werden, stehen deren Ressourcen durch die Belegung mit anderen Funktionsmodulen zur Verfügung. Die partielle
Rekonfiguration des FPGA's hat den Vorteil, einzelne Funktionsmodule innerhalb der Struktur austauschen zu können. In einer Ausgestaltung erfolgt die Konfiguration der Funktionsmodule mittels eines Konfigurationsbitstromes, welcher in den konfigurierbaren Logikbaustein geladen wird. Die Konfigurationsbitströme sind normalerweise in einem externen Flash- Speicher abgespeichert, wobei der Ladevorgang durch das entsprechende Steuerprogramm des Prozessors eingeleitet wird.
In einer Weiterbildung ist an den rekonfigurierbaren Logikbaustein eine
Ausgangsschaltung anschließbar, wobei die Ausgangsschaltung als Aktor oder als Kommunikationssystem oder als Stromausgang oder als Alarmeinrichtung ausgebildet ist und für jeden Typ der Ausgangsschaltung ein entsprechendes Funktionsmodul in dem rekonfigurierbaren Logikbaustein konfiguriert wird. Auch für jede Ausgangsschaltung ist eine als Funktionsmodul ausgebildete Schnittstelle in dem rekonfigurierbaren Logikbaustein enthalten. Damit entfällt ein zentrales Bussystem, was die Ein- und Ausgangsbeschaltungen miteinander verbindet. Auf eine Intelligenz in Form eines Mikroprozessors kann in den Ein- und/oder
Ausgangschaltungen verzichtet werden, da die Intelligenz bereits in den
Funktionsmodulen im rekonfigurierbaren Logikbaustein enthalten ist. Deshalb können als Ein- bzw. Ausgangsschaltungen kostengünstige Bauteile verwendet werden, wobei eine zusätzliche Softwareentwicklung zur Programmierung der Intelligenz auf den Ein- bzw. Ausgangsschaltungen entfällt. Neben dem
Entwicklungsaufwand entfällt auch ein Wartungsaufwand am fertigen Gerät.
Nachträglich aufgefundene Schaltungsfehler können jederzeit im
rekonfigurierbaren Logikbaustein korrigiert werden. Vorteilhafterweise sind an den rekonfigurierbaren Logikbaustein eine Mehrzahl von Sensoren und Ausgangsschaltungen anschließbar, wobei die
Eingangbeschaltung der Sensoren und die Ausgangsschaltungen als
Erweiterungsblöcke vorgesehen sind. Erweiterungsblöcke erhöhen die Flexibilität des Messumformers. Auf Grund der Rekonfigurierbarkeit des Logikbausteines können jederzeit neue Funktionsmodule in den Logikbaustein eingearbeitet werden, wodurch verschiedenartige bzw. neue Protokolle eingelesen werden können. Durch ein einfaches Software- Update können in der Zukunft auch
Funktionsmodule für Sensoren bzw. Schaltungseinheiten konfiguriert werden, die zum heutigen Zeitpunkt noch unbekannt sind. Dadurch erhöht sich die
Lebensdauer des Messumformers bedeutend. In einer Ausgestaltung weist der Erweiterungsblock eine Identifikationseinheit zur Identifizierung des Erweiterungsblockes auf, die mit dem Prozessor verbunden ist, welcher aufgrund der von der Identifikationseinheit bereitgestellten Information das Funktionsmodul in dem rekonfigurierbaren Logikbaustein konfiguriert. Das
Identifikationsmodul informiert den Prozessor darüber, welche Art von Schaltung auf dem Erweiterungsblock angeordnet ist. Wenn es sich beispielsweise um einen Sensor handelt, wird gleichzeitig der genaue Sensortyp angegeben. Nach dem der Prozessor diese Information erhalten hat, konfiguriert er das entsprechende Funktionsmodul in dem Logikbaustein.
In einer Weiterbildung sind die Erweiterungsblöcke als leiterplattenähnliche
Steckmodule ausgebildet, wobei jedem Steckplatz, welcher auf einer zentralen Platine angeordnet ist, auf welcher auch der Prozessor und/oder die
rekonfigurierbare Logikeinheit angeordnet sind, eine Kennzeichnung zugeordnet ist, welche dem Prozessor mit der von der Identifikationseinheit bereitgestellten Information bekannt gemacht wird. Somit erhält der Prozessor nicht nur eine Information über die Art der Beschaltung, sondern kann die Beschaltung auch gleich einer festen Position zuordnen. Daraus folgt, dass das Funktionsmodul derart in der rekonfigurierbaren Logikschaltung platziert wird, dass die Ausgänge der Logikschaltung an den angezeigten Steckplatz führen.
Vorteilhafterweise kommuniziert die Identifikationseinheit des Erweiterungsblockes über ein Bussystem mit dem Prozessor. Dabei werden für diese Kommunikation Standard-Bussysteme eingesetzt, wie beispielsweise ein l2C-Bus, wodurch sich das Gerätekonzept weiter verbilligt.
In einer Ausgestaltung weist ein Erweiterungsblock eine Aufnahme für eine SD- Speicherkarte auf, mittels welcher die Software des Prozessors und/oder
Hardware der rekonfigurierbaren Logikeinheit aktualisiert wird. Dadurch wird die Flexibilität des Messumformers erhöht, da auch Software übertragen wird, welche dem Prozessor bis zu einem vorgegebenen Zeitpunkt noch nicht bekannt war und wodurch der Messumformer mit einer anderen Funktionalität ausgerüstet werden kann. In einer Weiterbildung dient ein Erweiterungsblock zur Ansteuerung einer Anzeige- und/oder Bedieneinheit. So ist nicht nur eine Darstellung der in dem Messumfornner ablaufenden Prozesse möglich, sondern das Kontrollpersonal kann durch eine Menüführung auf die Abläufe in dem Messumformer zugreifen.
Vorteilhafterweise dient der Erweiterungsblock zur Steuerung und/oder Regelung eines Probenehmers. Mittels eines solchen Probenehmers werden Flüssigkeiten oder ähnliches aus dem zu überwachenden Prozess entnommen. Diese Proben werden an ein Labor zur weiteren Untersuchung weitergegeben.
In einer Ausgestaltung dient der Erweiterungsblock zur Steuerung und/oder Regelung eines Analysators. Ein Analysator entnimmt nicht nur eine Probe, sondern analysiert diese vor Ort und speichert das Ergebnis ab.
Vorteilhafterweise sind mindestens zwei als Steckkarten ausgebildete
Erweiterungsblöcke gehäuselos zwischen zwei Seitenführungswände eingefügt und als solches Modul weiter verbaut. Auf diese Weise wird eine verbesserte Abfuhr der von den Schaltungen auf den Erweiterungsblöcken erzeugten
Verlustwärme möglich. Ein Wärmestau in einem Gehäuse wird somit verhindert.
Eine weitere Weiterbildung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines
Messumformers, insbesondere als Feldgerät für die
Prozessautomatisierungstechnik. Um eine Vielzahl von mit unterschiedlichen Wirkprinzipien arbeitenden Sensoren an den Messumformer anzuschließen und trotz der Vielzahl von Sensoren ein Auftreten von Fehlern bei der
Datenübertragung weitgehend auszuschließen, sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen: Ausführen eines Steuerprogramms in dem Prozessor, Erhalt einer Information zur Identifikation des Erweiterungsblockes, Aufruf eines dem
Erweiterungsblock entsprechenden Funktionsmoduls, Konfiguration eines dem Erweiterungsblock entsprechenden Funktionsmoduls auf dem dynamisch rekonfigurierbaren Logikbaustein. Durch dieses Verfahren ist ein einfaches Programmieren des rekonfigurierbaren Logikbausteins unter Maßgabe der durch den Erweiterungsblock vorgegebenen Bedingungen möglich.
Vorteilhafterweise erfolgt die Konfigurationsphase während der Betriebsphase des Messumformers. So können während des Betriebsablaufes die
Erweiterungsblöcke an dem Messumformer jederzeit ausgetauscht oder zusätzlich eingesteckt werden. Die durch die Identifikationseinrichtung ausgegebenen Signale werden sofort nach dem Einstecken eines neuen Erweiterungsblockes von dem Prozessor ausgewertet und ein dem Erweiterungsblock entsprechendes Funktionsmodul in der rekonfigurierbaren Logikschaltung konfiguriert. Wird ein Erweiterungsblock ausgetauscht, so wird auf dem Platz des Funktionsmoduls, welches dem entnommenen Erweiterungsblock entspricht, das neu zu
konfigurierende Funktionsmodul konfiguriert.
In einer Ausgestaltung wird die Fläche, welche das Funktionsmodul auf dem rekonfigurierbaren Logikbaustein einnimmt, erweitert oder verringert. So lassen sich Funktionsmodule unterschiedlicher Komplexität auf dem Logikbaustein realisieren.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt: ein erstes Ausführungsbeispiel einer Steuereinheit eines Messumformers mit UART-Schnittstellen Figur 2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer Steuereinheit eines
Messumformers mit einem FPGA
Figur 3: Prinzipaufbau eines Messumformers mit mehreren
Erweiterungsschaltungen
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In Figur 1 ist eine CPU 1 dargestellt, welche mit drei externen Sensoren 2, 3, 4 verbunden ist, wobei die Sensoren 2, 3, 4 digitale Signale empfangen und abgegeben. Die CPU 1 ist in einem Feldgerät angeordnet, welches sich beispielsweise in einem Fließgewässer oder einer Abwasser- und Kläranlage befindet, in der die drei Sensoren an verschiedenen Orten verteilt angeordnet sind. Bei den Sensoren 2, 3, 4 handelt es sich um einen Füllstandsmesser, einen Trübungsmesser und einen Absorptionsmesser. Jeder Sensor 2, 3, 4 führt über jeweils eine Übertragungsleitung 5, 6, 7 an die CPU 1 . So ist der Sensor 2 mit der Übertragungsleitung 5, der Sensor 3 mit der Übertragungsleitung 6 und der Sensor 4 mit der Übertragungsleitung 7 verbunden. Die Übertragungsleitungen 5, 6, 7 übertragen die Daten der einzelnen Sensoren 2, 3, 4 mit einer Übertragungsrate von 9,6 KBit/s.
Zum Anschluss der Übertragungsleitungen 5, 6, 7 weist die CPU 1 ein Interface 8 auf. In diesem Interface 8 ist für jeden Sensor 2, 3, 4 eine UART-Schnittstelle angeordnet. Eine solche UART-Schnittstelle dient zum Senden und Empfangen von digitalen Signalen. Für jeden Sensor 2, 3, 4 ist somit ein eigenständiger Datenkanal vorhanden, über welchen die Daten von den einzelnen Sensoren 2, 3, 4 von der CPU 1 parallel abgerufen werden können. Die Daten des Sensors 2 laufen über die Datenleitung 5 zu der UART-Schnittstelle 9, während die Daten, die vom Sensor 3 bereitgestellt werden über die Datenleitung 6 auf die UART- Schnittstelle 10 geführt werden. Vom Sensor 4 werden die Daten über die
Übertragungsleitung 7 auf die UART-Schnittstelle 1 1 weitergeleitet. Alle drei UART-Schnittstellen 9, 10, 1 1 sind mit einem FIFO-Speicher 12 verbunden, welcher die von den UART-Schnittstellen 9, 10, 1 1 aufbereiteten Sensordaten der CPU 1 zur weiteren Bearbeitung bereitstellt. Eine gegenseitige Beeinflussung der Daten der verschiedenen Sensoren 2, 3, 4 bei der Datenübertragung wird auf Grund dieser Schaltung zuverlässig unterbunden. In Figur 2 ist die CPU 1 mit einem FPGA (field programmable gate array) 13 verbunden, an welchem Erweiterungsblöcke 14, 15 anliegen. Jeder der
Erweiterungsblöcke 14, 15 ist über je eine Übertragungsleitung 16, 17 an das FPGA 13 angeschlossen. Das FPGA 13 dient in dieser Ausführung als l/O- Controller. In der Figur 2 sind zum besseren Verständnis nur zwei
Erweiterungsblöcke 14, 15 dargestellt. An das FPGA 13 kann aber eine Mehrzahl von Erweiterungsblöcken angeschlossen werden. Die Erweiterungsblöcke 14, 15 sind als Leiterplatten karten ausgebildet und können unterschiedliche Schaltungen aufweisen. Zu diesen Schaltungen gehören ein Relais, Stromanschlüsse, binäre Eingänge, z.B. für Schaltkontakte, Analogeingänge, z.B. für Sensoren sowie Regler und Steuerungen. Auch ein Kommunikationssystem kann als intelligentes System auf einem Erweiterungsblock konfiguriert sein. Solche
Kommunikationssysteme umfassen an sich bekannte Feldbusse, wie Ethernet, Modbus, Profibus, Foundation fieldbus (FF), GSM oder WLAN. Jeder
Erweiterungsblock 14, 15 weist eine Speichereinheit in Form eines EEPROM's auf. Zu dem Erweiterungsblock 14 gehört der EEPROM 18, während der
EEPROM 19 zu dem Erweiterungsblock 15 gehört. Die EEPROM's 18, 19 führen über einen l2C-Bus 20 auf die CPU 1 . Jeder Erweiterungsblock 14, 15 wird an einem Steckplatz kontaktiert. Der
Steckplatz ist mit einer Nummerierung kodiert. Die CPU 1 erhält nach dem
Einsetzen des Erweiterungsblockes 14, 15 von dem zum Erweiterungsblock 14, 15 gehörenden EEPROM 18 oder 19 über den l2C-Bus 20 eine Information darüber, welche Art Schaltung auf dem Erweiterungsblock 14, 15 angeordnet ist. Gleichzeitig wird die CPU 1 darüber informiert, auf welchem Steckplatz der Erweiterungsblock 14,15 angeordnet ist. Ausgehend von dieser Information lädt die CPU 1 aus einem nicht weiter dargestellten Flash-Speicher ein
Funktionsmodul, welches kompatibel zum gemeldeten Erweiterungsblock 14, 15 ist. Meldet sich der Erweiterungsblock als Stromausgang wird das
Funktionsmodul einer frei programmierbaren Pulsweitenmodulation aufgerufen. Ist der Erweiterungsblock 14, 15 beispielsweise ein Relais umfasst das
Funktionsmodul einen Ein-/Ausschalter. Wird als Erweiterungsblock ein Sensor gemeldet, so wird als Funktionsmodul die schon erwähnte UART-Schnittstelle geladen. Diese Funktionsmodule werden auf Aufforderung eines in der CPU 1 ablaufenden Steuerprogramms in dem FPGA 13 konfiguriert.
Bei dem FPGA 13 handelt es sich zunächst um eine Hardware ohne
Funktionalität, die eine Vielzahl von Logikzellen aufweist, die über elektronische Schalter verschaltet sind. In einem dynamischen FPGA, welches hier zur
Anwendung kommt, werden Funktionsmodule zeitweise konfiguriert, wobei die Logikzellen dieser Funktionsmodule über die elektronischen Schalter zeitweise verschaltet sind. Jedes Funktionsmodul wird separat über einen entsprechenden Konfigurationsbitstrom konfiguriert, wobei die erforderlichen
Konfigurationsbitströme in einem externen Flash-Speicher abgespeichert sind und durch das Steuerprogramm der CPU 1 aufgerufen werden.
Die Erweiterungsblöcke 14, 15 können jederzeit, auch während des laufenden Betriebes des Messumformers, ausgetauscht werden, da bei einem Einsatz eines neuen Erweiterungsblockes 14, 15 von deren EEPROM 18, 19 sofort eine
Meldung an die CPU 1 ergeht, deren Steuerprogramm dann die Konfiguration des entsprechenden Funktionsmoduls initiiert.
Eine Ausführungsform für den Aufbau eines Messumformers mit der
erfindungsgemäßen Struktur ist in Figur 3 dargestellt. Diese Ausführungsform umfasst einen Basisblock 21 , welcher einer Platine entspricht, auf der alle aktiven Bauelemente, wie die CPU, das FPGA, der Flash-Speicher und der
Arbeitsspeicher RAM angeordnet sind. Dieser Basisblock 21 umfasst weiterhin drei Steckplätze 22, 23, 24, wobei an dem Steckplatz 22 ein Netzsteil 25 zur Stromversorgung des Messumformers angeschlossen ist. Der Steckplatz 23 kontaktiert ein Basismodul 26, auf welchem Anschlüsse für zwei Sensoren vorgesehen sind, die über ein Kabel mit dem Basismodul 26 verbunden sind. Das Basismodul 26 weist einen Einschub für eine SD-Speicherkarte auf (nicht dargestellt), mittels welcher neue Software zu jedem Zeitpunkt auf die CPU 1 übertragen werden kann, wodurch eine neue Funktionalität innerhalb des
Messumformers eingerichtet werden kann. Weiterhin führt das Basismodul 26 an ein Display 27, welches als Anzeige- und Bedienmodul ausgeführt ist und das Bilddaten darstellen und Eingaben auswerten kann. Die Ansteuerschaltung des Displays 27 ist in der beschriebenen Weise in dem FPGA 13 integriert. In einer einfachen Variante ist das Display 27 in der Abdeckung des Gehäuses
untergebracht, wo es robust und störunempfindlich angeordnet ist.
Der dritte Steckplatz 24 auf dem Basisblock 21 steht zur freien Verfügung und kann mit einem beliebigen Erweiterungsblock 28 belegt werden.
Reicht der eine zusätzliche Steckplatz 24 nicht aus, ist auf dem Basismodul 26 eine Schiene vorgesehen, auf welcher eine Erweiterungsplatine 29 aufgesetzt wird, auf der fünf weitere Steckplätze 30, 31 , 32, 33, 34 vorhanden sind, an welche maximal fünf Erweiterungsblöcke 35, 36, 37, 38, 39 aufgesetzt werden können. Die Erweiterungsblöcke 35, 36, 37, 38, 39 sind dabei an beliebigen Steckplätzen 30, 31 , 32, 33, 34 anschließbar. Die Funktionsweise des
Messumformers ist somit sehr variabel gestaltbar, je nach dem, wie viele
Erweiterungsblöcke 28, 35, 36, 37, 38, 39 benötigt werden und von welcher Art die Erweiterungsblöcke 28, 35, 36, 37, 38, 39 sind. Soll beispielsweise ein
Probenehmer realisiert werden, wird neben dem Basisblock 21 , dem Netzteil 25 und dem Basismodul 26 lediglich ein weiterer Erweiterungsblock 28 benötigt, welcher Steuerungen bzw. einen Regler umfasst. Soll zum Beispiel ein Aktor angesteuert werden, so ist als Erweiterungsblock 35 eine
speicherprogrammierbare Steuerung denkbar, die einen von der CPU 1
ausgegebenen Wert verarbeitet und den Aktor entsprechend ansteuert.
In einer anderen Variante beinhaltet das FPGA 13 bereits mehrere
Funktionsmodule, die durch den von der CPU 1 aufgerufenen
Konfigurationsbitstrom je nach vorliegendem Erweiterungsblock mit dem
Erweiterungsblock verbunden werden. Diese dynamische Verschaltung geschieht hierbei durch eine Auswahl der sich statisch bereits im FPGA 13 befindlichen Funktionsmodule. So ist beispielsweise im FPGA 13 eine feste Menge von UART- Schnittstellen einprogrammiert. Jedem Erweiterungssteckplatz 22, 23, 24, 30, 31 , 32, 33, 34 kann eine bestimmt maximale Anzahl der UART-Schnittstellen aus der vorgegebenen fixen Menge zugeordnet werden. Benötigt ein Erweiterungsblock 14, 15, 28, 35, 36, 37, 38, 39 keine UART-Schnittstelle, verbleibt diese in der fixen Menge der verfügbaren UART-Schnittstellen und kann mit einem anderen
Erweiterungsblock 14, 15, 28, 35, 36, 37, 38, 39 verbunden werden. Gleiches gilt für andere Funktionskomponenten, wie z.B. Modulatoren (PWM, PFM...). Digitale Ein-/ Ausgänge SPI-Schnittstellen u.ä.
Um die Wärmeabfuhr in einem solchen, mehrere Schaltungen aufweisenden Messumwandler zu verbessern, kann auf ein Gehäuse des Messumwandlers verzichtet werden. Der Basisblock 21 , des Netzteil 25, das Basismodul 26 und beliebig viele Erweiterungsblöcke 28, 35, 36, 37, 38, 39 werden an zwei sich gegenüberliegenden Seitenführungswänden als Einsteckkarten eingefügt, wodurch die Belüftung der sich auf den genannten Bauteilen befindlichen
Schaltungen verbessert wird. Die Abmessungen eines solchen Moduls sind sehr klein gehalten und betragen 96mm x 96 mm. Somit ist dieses Modul für den Einsatz in ein Schalttafelgehäuse geeignet. Auch eine Montage auf den Hutschienen eines Schaltschrankes ist ohne ein Gehäuse möglich.
Wird ein Gehäuse aber auf Grund der Umgebungsbedingungen, in welchen der Messumformer eingebaut wird, notwendig, so werden für eine verbesserte
Wärmeabgabe durch die bereitgestellten Schaltungen andere Möglichkeiten vorgesehen. Die Wärmeabgabeleistung des Gehäuses ist auf einen Höchstwert von 9 W begrenzt. Werden beispielsweise mehr als zwei Hochenergiesensoren an den Messumwandler angeschlossen, welche beide bei einer Spannung von 24 V betrieben werden müssen, können diese Spannungen nicht in dem Gehäuse erzeugt werden, da sonst die Wärmebilanz des Gehäuses gestört wird. Aus diesem Grund wird ein Netzgerät, welches eine 24 V- Spannung für die ersten beiden Sensoren bereitstellt, im Gehäuse untergebracht, während ein zweites, ebenfalls 24 V für die weiteren Sensoren bereitstellendes Netzgerät außen an dem Gehäuse des Messumformers angeordnet ist, so dass die Energie außerhalb des Messumformers erzeugt wird und somit die von der
Stromversorgungsschaltung erzeugte Wärme nicht zu der von der restlichen Messumformer-Schaltung erzeugten Wärme addiert werden muss.

Claims

Patentansprüche
Messumfornner für ein Multisensorsystem, insbesondere als Feldgerät für die Prozessautomatisierungstechnik, welcher zur Verarbeitung von Ein- und Ausgangssignalen einen Prozessor (1 ) aufweist, der mit einem Interface (8, 13) verbunden ist, an welchem ein Sensor (2, 3, 4) zur Übertragung von Daten über eine Übertragungsleitung (5, 6, 7) angeschlossen ist, wobei bei der Kommunikation zwischen dem Prozessor (1 ) und dem Interface (8, 13) bzw. dem Sensor (2, 3, 4) und dem Interface (8, 13) unterschiedliche
Übertragungsraten der Daten auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sensoren (5, 6, 7) vorhanden sind, wobei in dem Interface (8, 13) für jeden Sensor (5, 6, 7) ein diesem Sensor (5, 6, 7) zugeordnetes Funktionsmodul (9, 10, 1 1 ) vorhanden ist und das dem Sensor (5, 6, 7) zugeordnete Funktionsmodul (9, 10, 1 1 ) über jeweils eine separate
Übertragungsleitung (5, 6, 7) mit dem jeweiligen Sensor (5, 6, 7) verbunden ist.
Messumformer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem digitalen Sensor (2, 3, 4) verbundene Funktionsmodul (9, 10, 1 1 ) als UART- Schnittstelle ausgebildet ist.
Messumformer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Interface (8) Bestandteil des Prozessors (1 ) ist.
Messumformer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Interface als zentraler I/O-Controller in Form eines, eine vorgegebene Menge von verschiedenen und/oder gleichen Funktionsmodulen aufweisenden
Logikbaustein (13) ausgebildet ist, an welchen eine Mehrzahl von Sensoren (2, 3, 4) und Ausgangsschaltungen (14, 15) anschließbar sind.
Messumformer nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die
Eingangsbeschaltung der Sensoren (2, 3, 4) und die Ausgangsschaltungen (14, 15) als Erweiterungsblöcke (26, 28, 35, 36, 37, 38, 39) vorgesehen sind, wobei jeder Erweiterungsblock (14, 15) eine Identifikationseinheit (18, 19) zur Identifizierung des Erweiterungsblockes (14, 15) aufweist, die mit dem
Prozessor (1 ) verbunden ist, wobei der Prozessor (1 ) mittels eines Konfigurationsbitstromes den Erweiterungsblock (14, 15) mit mindestens einem in der Logikeinheit (13) enthaltenen Funktionsmodul verbindet.
Messumformer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Interface als zentraler I/O-Controller in Form eines partiell dynamisch
rekonfigurierbaren Logikbausteins (13) ausgebildet ist, in welchem das Funktionsmodul für jeden Sensor (2, 3, 4) frei programmierbar konfiguriert wird.
Messumformer nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die
Konfiguration der Funktionsmodule mittels dem Konfigurationsbitstromes erfolgt, welcher in den konfigurierbaren Logikbaustein (13) geladen wird.
Messumformer nach Anspruch 1 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass an den rekonfigurierbaren Logikbaustein (13) die Ausgangsschaltung (14, 15) anschließbar ist, wobei die Ausgangsschaltung (14, 15) als Aktor oder Kommunikationssystem oder Stromausgang oder Alarmeinrichtung
ausgebildet ist und für jeden Typ der Ausgangsschaltung (14 15) ein entsprechendes Funktionsmodul in dem rekonfigurierbaren Logikbaustein (13) konfiguriert wird.
Messumformer nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass an den rekonfigurierbaren Logikbaustein (13) eine Mehrzahl von Sensoren (2, 3, 4) und Ausgangsschaltungen (14, 15) anschließbar sind, wobei die
Eingangsbeschaltung der Sensoren (2, 3, 4) und die Ausgangsschaltungen (14, 15) als Erweiterungsblöcke (26, 28, 35, 36, 37, 38, 39) vorgesehen sind.
Messumformer nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der
Erweiterungsblock (14, 15) die Identifikationseinheit (18, 19) zur
Identifizierung des Erweiterungsblockes (14, 15) aufweist, die mit dem
Prozessor (1 ) verbunden ist, welcher aufgrund der von der
Identifikationseinheit (18, 19) bereitgestellten Information das Funktionsmodul in dem rekonfigurierbaren Logikbaustein (13) konfiguriert.
Messumformer nach Anspruch 4 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass d Erweiterungsblöcke (14, 15) als leiterplattenähnliche Steckmodule
ausgebildet sind, wobei jedem Steckplatz (22, 23, 24), welcher auf einer zentralen Platine (21 ) angeordnet ist, auf welcher der Prozessor (1 ) und/oder die Logikeinheit (13) angeordnet sind, eine Kennzeichnung zugeordnet ist, welche dem Prozessor (1 ) mit der von der Identifikationseinheit (18, 19) bereitgestellten Information bekannt gemacht wird.
12. Messumformer nach Anspruch 10 und 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikationseinheit (18, 19) des Erweiterungsblockes (14, 15) über ein Bussystem (20) mit dem Prozessor (1 ) kommuniziert. 13. Messumformer nach einem der Ansprüche 9 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass ein Erweiterungsblock (14, 15) eine Aufnahme für eine SD- Speicherkarte aufweist, mittels welcher die Software des Prozessors (1 ) und/oder die Hardware der Logikeinheit (13) aktualisiert wird. 14. Messumformer nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass ein
Erweiterungsblock (26) zur Ansteuerung einer Anzeige- und/oder
Bedieneinheit (27) dient.
15. Messumformer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass der Erweiterungsblock (28) zur Steuerung und/oder Regelung eines Probenehmers dient.
16. Messumformer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass der Erweiterungsblock (35) zur Steuerung und/oder Regelung eines Analysators dient.
17. Messumformer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 6usgebildete Erweiterungsblöcke (26, 28, 35, 36, 37, 38, 39) gehäuselos zwischen zwei Seitenführungswände eingefügt sind und als solches Modul weiter verbaut ist.
Verfahren zum Betreiben eines Messumformers, insbesondere für die
Prozessautomatisierungstechnik, nach einem der vorhergehenden
Ansprüche gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Ausführen eines Steuerprogramms in dem Prozessor (1 )
- Erhalt einer Information zur Identifikation des Erweiterungsblockes (26, 28, 35, 36, 37, 38, 39) - Aufruf eines dem Erweiterungsblock (26, 28, 35, 36, 37, 38, 39)
entsprechenden Funktionsmoduls
- Konfiguration eines dem Erweiterungsblock (26, 28, 35, 36, 37, 38, 39) entsprechenden Funktionsmoduls auf dem dynamisch rekonfigurierbaren Logikbaustein (13).
Verfahren nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass die
Konfigurationsphase während der Betriebsphase des Messumformers erfolgt. 20. Verfahren nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche,
welche das Funktionsmodul auf dem rekonfigurierbaren Logikbaustein (13) einnimmt, erweitert oder verringert wird.
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