DE102011004007B4

DE102011004007B4 - Eingabevorrichtung für ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung sowie Verfahren zur Detektion einer Betätigung einer Taste einer derartigen Eingabevorrichtung

Info

Publication number: DE102011004007B4
Application number: DE102011004007.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Geppert; Heiko Hoffmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2031-02-12
Also published as: DE102011004007A1

Abstract

Eingabevorrichtung für ein Feldgerät (1) zur Prozessinstrumentierungmit zumindest einer Taste (5 ... 8), der ein Magnetfeldsensor (9 ... 12) zugeordnet ist zur Erzeugung eines von dem jeweiligen Betätigungszustand der zumindest einen Taste abhängigen Messsignals (13 ... 16), undmit einer Auswerteeinrichtung (4), auf welche das Messsignal geführt ist, zur Detektion einer Tastenbetätigung anhand des Messsignals,dadurch gekennzeichnet,dass ein weiterer Magnetfeldsensor (17) vorhanden ist zur Erzeugung eines auf andere Weise von dem jeweiligen Betätigungszustand der zumindest einen Taste (5 ... 8) abhängigen weiteren Messsignals (18), wobei der weitere Magnetfeldsensor (17) im Wesentlichen denselben Störfeldern ausgesetzt ist wie der der zumindest einen Taste (5...8) zugeordnete Magnetfeldsensor (9...12) und zur Kompensation des Einflusses von magnetischen Störfeldern auf dessen Messsignal (13...16) dient, unddass die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, zur Eliminierung von Störungen bei der Detektion einer Betätigung der zumindest einen Taste zusätzlich das weitere Messsignal auszuwerten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung für ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Detektion einer Betätigung einer Taste einer derartigen Eingabevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
In prozesstechnischen Anlagen werden zur Steuerung von Prozessen vielfältige Feldgeräte für die Prozessinstrumentierung eingesetzt. Messumformer dienen zur Erfassung von Prozessvariablen, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Durchflussmenge, Füllstand, Dichte oder Gaskonzentration eines Mediums. Durch Stellglieder kann der Prozessablauf in Abhängigkeit von erfassten Prozessvariablen entsprechend einer beispielsweise von einer Leitstation vorgegebenen Strategie beeinflusst werden. Als Beispiele für Stellglieder seien ein Regelventil, eine Heizung oder eine Pumpe genannt. Im Hinblick auf ein optimales Anlagenverhalten und eine dauerhaft hohe Produktqualität sind qualitativ hochwertige Feldgeräte notwendig, die auch unter extremen Bedingungen fehlerfrei arbeiten. Zur Ermöglichung einer Vor-Ort-Bedienung, z. B. zur manuellen Eingabe von Betriebsparametern oder Kalibrierfaktoren des Feldgeräts, kann eine Tastatur als Eingabevorrichtung vorgesehen sein. Für einen fehlerfreien Betrieb des Feldgeräts wird in diesem Fall eine Tastatur benötigt, die auch bei Störungen in der Umgebung des Feldgeräts eine sichere Funktion gewährleistet.
Aus der EP 0 759 660 B1 ist eine Eingabevorrichtung für einen Messumformer bekannt, die eine optoelektronische, fingerbetätigte Tastatur mit mehreren Eingabefeldern auf einer Glasscheibe aufweist und für einen Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgelegt ist.
Der bekannte Messumformer SITRANS FUS1010 besitzt als Eingabevorrichtung eine Tastatur mit fünf Hall-Effekt-Magnetschaltern, bei welchen als Magnetfeldsensoren Hall-Sensoren die Tasteneingaben über unterschiedliche Magnetpositionen erfassen. Diese Hall-Sensoren erzeugen dabei ein von dem jeweiligen Betätigungszustand der Taste abhängiges Messsignal, welches zur Detektion einer Tastenbetätigung ausgewertet wird. Dabei muss vermieden werden, dass die Detektion von Tastenbetätigungen mittels der Hall-Sensoren unbeabsichtigt auf magnetische Störfelder reagiert und Gerätefunktionen, beispielsweise aufgrund von veränderten Parametereinstellungen, bei derartigen Störungen nicht mehr korrekt arbeiten. Dies könnte gegebenenfalls zu schwer wiegenden Fehlfunktionen führen, die nicht vorhersehbar sind.
Aus der DE 44 32 399 A1 ist ein magnetempfindlicher Drehschalter für Haushaltsgeräte bekannt, bei welchem durch eine zusätzliche Druckschalterfunktion die Anzahl der Wahlmöglichkeiten erhöht wird.
Weitere Bedienvorrichtungen für Haushaltsgeräte sind in der DE 10 2009 000 383 A1 sowie in der DE 10 2005 049 995 A1 beschrieben.
Aus der DE 101 57 565 A1 ist eine Drehschalteinheit bekannt, in welcher durch die Anordnung der Magnetfeldsensoren zusätzliche Schaltfunktionen erlaubt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingabevorrichtung für ein Feldgerät zu schaffen, die eine sichere Funktion selbst bei starken magnetischen Störfeldern gewährleistet. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein funktionssicheres Verfahren zur Detektion einer Betätigung einer Taste zu finden.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die neue Eingabevorrichtung der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In Anspruch 2 ist eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, in Anspruch 3 ein Verfahren zur Detektion einer Betätigung einer Taste einer Eingabevorrichtung beschrieben.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Einfluss magnetischer Störfelder auf die Funktionssicherheit der Eingabevorrichtung sehr weit reduziert werden kann. Selbst in rauer Umgebung ist eine Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Detektion einer Tastenbetätigung von nahezu Null erreichbar. Dieser Vorteil wird in besonders einfacher Weise dadurch erzielt, dass die den Tasten zugeordneten Magnetfeldsensoren der Eingabevorrichtung und der oder die Referenz-Magnetfeldsensoren im Wesentlichen denselben Störfeldern ausgesetzt werden, so dass diese sich in ähnlicher Weise auf alle Magnetfeldsensoren auswirken und somit zu ähnlichen Veränderungen der Messsignale führen. Eine Tastenbetätigung wird dann detektiert, wenn an dem Magnetfeldsensor, welcher der Taste zugeordnet ist, eine Veränderung des Magnetfelds erfasst wird, welche einer Tastenbetätigung entspricht, und wenn gleichzeitig an dem weiteren Magnetfeldsensor keine derartige Magnetfeldänderung feststellbar ist. Wird dagegen an den beiden Magnetfeldsensoren eine Magnetfeldveränderung gemessen, die zwar jeweils der Magnetfeldveränderung bei einer Tastenbetätigung entsprechen würde, so wird dennoch keine Tastenbetätigung detektiert, da es sich bei der Ursache der Magnetfeldänderung um den Einfluss magnetischer Störfelder handeln muss. Eine Eliminierung der Störungen kann somit in besonders einfacher Weise durch Bilden der Differenz aus dem Messsignal des der jeweiligen Taste zugeordneten Magnetfeldsensors und des weiteren Messsignals erreicht werden. Eine fälschliche Detektion einer Tastenbetätigung wird somit in vorteilhafter Weise mit besonders einfachen aber wirksamen Mitteln vermieden.
In einem Ausführungsbeispiel mit mehreren Tasten, denen jeweils ein Magnetfeldsensor zur Erzeugung eines von dem jeweiligen Betätigungszustand abhängigen Messsignals zugeordnet ist, kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jeder der Tasten ein weiterer Magnetfeldsensor zugeordnet werden, welcher jeweils ein weiteres Messsignal erzeugt, das sich in abweichender Weise bei einer Tastenbetätigung verändert. Dabei ist von Vorteil, dass die beiden einer Taste zugeordneten Magnetfeldsensoren vergleichsweise dicht beieinander angeordnet werden können und somit beide im Wesentlichen identischen magnetischen Störfeldern ausgesetzt sind. Eine bessere Übereinstimmung der Störfeldeinflüsse erleichtert nämlich deren Eliminierung. Wenn die Magnetfeldsensoren zudem derart relativ zur Taste angeordnet sind, dass sich deren Betätigung in beiden als Veränderung des erzeugten Messsignals äußert, besteht zudem die Möglichkeit, den Betriebszustand der Magnetfeldsensoren zu überwachen und eventuelle Funktionsfehler durch eine Diagnose zu erkennen. Aufgrund der dann redundanten Auslegung der Magnetfeldsensoren, welche einer Taste zugeordnet sind, wird weiterhin die Verfügbarkeit der Taste erhöht, da sie selbst dann betätigt werden kann, wenn einer der Magnetfeldsensoren ausgefallen ist. Weisen die beiden Magnetfeldsensoren eine entgegengesetzte Abhängigkeit vom jeweiligen Betätigungszustand der zugeordneten Taste auf, wird durch Bilden der Differenz der beiden Messsignale ein verbessertes Nutz-/Störsignalverhältnis erhalten. Dabei kann die Anordnung der Magnetfeldsensoren so gewählt werden, dass sich ein Tastenmagnet im nicht gedrückten Zustand der Taste nur in einem Empfangsbereich des einen Sensors, im gedrückten Zustand nur in einem Empfangsbereich des anderen Sensors befindet. Sofern dann beide Sensoren einen unterschiedlichen Zustand liefern, kann der Betätigungszustand der Taste eindeutig detektiert werden. Liefern dagegen beide Sensoren denselben Zustand, so liegt ein unzulässig großes magnetisches Störfeld oder ein Fehlerzustand eines Magnetfeldsensors vor.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
In der einzigen Figur sind lediglich die zum Verständnis der Erfindung erheblichen Komponenten eines Feldgeräts 1 dargestellt. Andere Teile des Feldgeräts 1, die in herkömmlicher Weise ausgeführt sein können, wie beispielsweise Prozessanschluss oder Feldbusschnittstelle zur Kommunikation innerhalb eines Automatisierungsnetzwerks, sind der Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeichnet.
Zentrales Element des Feldgeräts 1 bildet eine Recheneinheit 2, z. B. ein Mikrocontroller mit einem Betriebsprogramm, welche außer ihren Funktionen im Zusammenhang mit der Eingabevorrichtung auch weitere Aufgaben des Feldgeräts, z. B. die Messwertaufbereitung und -übertragung zu einem Automatisierungsgerät, übernimmt. Zur manuellen Eingabe von Daten in das Betriebsprogramm, beispielsweise zur Veränderung von Betriebsparametern oder Kalibrierfaktoren, dient eine Eingabevorrichtung, die ein Eingabefeld 3 sowie eine Auswerteeinrichtung 4 umfasst. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt das Eingabefeld 3 vier Magnettasten 5, 6, 7 und 8, denen jeweils ein Magnetfeldsensor 9, 10, 11 bzw. 12 zugeordnet ist. Die Magnetfeldsensoren 9 ... 12 erzeugen jeweils ein Messsignal 13, 14, 15 bzw. 16, das vom jeweiligen Betätigungszustand der zugeordneten Taste 5, 6, 7 bzw. 8 abhängig ist. Beispielsweise, wenn die Magnettaste 5 ihre relative Lage zum Magnetfeldsensor 9 verändert, wird durch einen Hall-Sensor als Magnetfeldsensor 9 ein entsprechend veränderter Pegel einer Spannung als Messsignal 13 erzeugt. Ein weiterer Magnetfeldsensor 17, der ein weiteres Messsignal 18 generiert, dient zur Kompensation des Einflusses von magnetischen Störfeldern auf die Messsignale 13 ... 16. Dazu ist das weitere Messsignal 18 gemeinsam mit den Messsignalen 13 ... 16 der Magnetfeldsensoren 9 ... 12 auf die Auswerteeinrichtung 4 geführt, welche diese zur Detektion einer Tastenbetätigung auswertet. Die Magnetfeldsensoren 9 ... 12 und 17 sind derart ausgelegt und räumlich zueinander angeordnet, dass sich magnetische Störfelder zumindest etwa gleichermaßen auf die von ihnen gelieferten Messsignale 13 ... 16 bzw. 18 auswirken. Die Betätigung einer Taste, beispielsweise der Magnettaste 5, bewirkt jedoch eine Veränderung des dieser zugeordneten Messsignals, im beschriebenen Beispiel des Messsignals 13 des Magnetfeldsensors 9, welche von derjenigen des Messsignals 18 abweicht. Da der Magnetfeldsensor 17 in einer anderen relativen Position zur Magnettaste 5 angeordnet ist als der Magnetfeldsensor 9, ist auch das weitere Messsignal 18 des weiteren Magnetfeldsensors 17 in einer anderen Weise vom Betätigungszustand der Magnettaste 5 abhängig als das Messsignal 13 des Magnetfeldsensors 9. In einer besonders einfachen Ausgestaltung wird zur Detektion einer Betätigung beispielsweise der Magnettaste 5 die Differenz der Messsignale 13 und 18 berechnet und auf Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts überwacht. Zur weiteren Verbesserung der Störfestigkeit können selbstverständlich auch alternative oder ergänzende Auswerteverfahren, beispielsweise eine Signalfilterung, angewandt werden. Der jeweils detektierte Betätigungszustand der Tasten 5 ... 8 wird durch die Auswerteeinrichtung 4 der Recheneinheit 2 angezeigt, welche in einer geeignet vorprogrammierten Weise auf Tastenbetätigungen reagiert.
In der Figur ist die Auswerteeinrichtung 4 als von der Recheneinheit 2 getrennter Funktionsblock dargestellt. In einer Realisierung kann selbstverständlich die Funktion der Auswerteeinrichtung bei geeigneter Programmierung der Recheneinheit in diese integriert sein.
In einer anderen Ausführungsform, welche von dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel abweicht, wird jeder Taste sowohl ein Magnetfeldsensor zur Erzeugung eines ersten Messsignals als auch ein weiterer Magnetfeldsensor zur Erzeugung eines weiteren Messsignals zugeordnet. Durch die Anordnung der Magnetfeldsensoren wird dabei erreicht, dass die beiden erzeugten Messsignale in unterschiedlicher Weise vom jeweiligen Betätigungszustand der Taste abhängen. Durch geeignete Auswertung der gelieferten Messsignale wird so eine Möglichkeit zur Diagnose von Fehlern an den Magnetfeldsensoren und gleichzeitig zur Kompensation der Einflüsse magnetischer Störfelder geschaffen.

Claims

Eingabevorrichtung für ein Feldgerät (1) zur Prozessinstrumentierung mit zumindest einer Taste (5 ... 8), der ein Magnetfeldsensor (9 ... 12) zugeordnet ist zur Erzeugung eines von dem jeweiligen Betätigungszustand der zumindest einen Taste abhängigen Messsignals (13 ... 16), und mit einer Auswerteeinrichtung (4), auf welche das Messsignal geführt ist, zur Detektion einer Tastenbetätigung anhand des Messsignals, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Magnetfeldsensor (17) vorhanden ist zur Erzeugung eines auf andere Weise von dem jeweiligen Betätigungszustand der zumindest einen Taste (5 ... 8) abhängigen weiteren Messsignals (18), wobei der weitere Magnetfeldsensor (17) im Wesentlichen denselben Störfeldern ausgesetzt ist wie der der zumindest einen Taste (5...8) zugeordnete Magnetfeldsensor (9...12) und zur Kompensation des Einflusses von magnetischen Störfeldern auf dessen Messsignal (13...16) dient, und dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, zur Eliminierung von Störungen bei der Detektion einer Betätigung der zumindest einen Taste zusätzlich das weitere Messsignal auszuwerten.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Tasten vorhanden sind, denen jeweils ein Magnetfeldsensor zur Erzeugung eines von dem jeweiligen Betätigungszustand abhängigen Messsignals und denen jeweils ein weiterer Magnetfeldsensor zur Erzeugung eines auf andere Weise von dem jeweiligen Betätigungszustand abhängigen Messsignals zugeordnet ist.
Verfahren zur Detektion einer Betätigung einer Taste (5 ... 8) einer Eingabevorrichtung für ein Feldgerät (1) zur Prozessinstrumentierung, wobei ein der Taste zugeordneter Magnetfeldsensor (9 ... 12) ein von dem jeweiligen Betätigungszustand der Taste abhängiges Messsignal (13 ... 16) erzeugt und wobei eine Auswerteeinrichtung (4), auf welche das Messsignal geführt ist, eine Tastenbetätigung anhand des Messsignals detektiert, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Magnetfeldsensor (17) ein auf andere Weise von dem jeweiligen Betätigungszustand der Taste abhängiges weiteres Messsignal (18) erzeugt, wobei der weitere Magnetfeldsensor (17) im Wesentlichen denselben Störfeldern ausgesetzt ist wie der der zumindest einen Taste (5...8) zugeordnete Magnetfeldsensor (9...12) und zur Kompensation des Einflusses von magnetischen Störfeldern auf dessen Messsignal (13...16) dient, und dass zur Eliminierung von Störungen bei der Detektion einer Betätigung der Taste zusätzlich das weitere Messsignal ausgewertet wird.