DE3632840A1

DE3632840A1 - Verfahren und anordnung zur uebertragung binaer codierter informationen in einer messanordnung

Info

Publication number: DE3632840A1
Application number: DE19863632840
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1988-04-07
Also published as: GB8722380D0; FR2604580A1; GB2195798A; NL192408B; NL8702284A; FR2604580B1; DE3632840C2; NL192408C; JPS63158943A; US4777331A; GB2195798B; JPH0431614B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung binär codierter Informationen in einer Meßanordnung mit einem Meßumformer, der mit einem entfernt davon angeordneten Auswertegerät durch eine Zweidrahtleitung verbunden ist, über die einerseits die für den Betrieb des Meßumformers erforderliche Gleichstromenergie vom Auswertegerät zum Meßumformer übertragen wird und andererseits das die Meß größe darstellende Meßwertsignal vom Meßumformer zum Aus wertegerät dadurch übertragen wird, daß der über die Zwei drahtleitung fließende Gleichstrom in Abhängigkeit von der Meßgröße zwischen zwei Grenzwerten geändert wird, wobei jede an der Informationsübertragung beteiligte Teilneh merstelle einen Signalgeber zum Senden eines vom Meßwert signal unterscheidbaren Kommunikationssignals über die Zweidrahtleitung und einen Signalempfänger zum Empfang der von anderen Teilnehmerstellen kommenden Kommunikations signale enthält, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Es gibt zahlreiche Meßanordnungen, bei welchen der Meßum former und das Auswertegerät räumlich voneinander getrennt und nur durch eine Zweidrahtleitung miteinander verbunden sind, über die einerseits der für den Betrieb des Meßum formers erforderliche Versorgungsgleichstrom vom Auswer tegerät zum Meßumformer und andererseits das Meßwertsignal vom Meßumformer zum Auswertegerät übertragen werden. Bei solchen Meßanordnungen hat sich ein international weit ver breiteter Standard durchgesetzt, wonach das Meßwertsignal ein zwischen 4 und 20 mA veränderliches Gleichstromsignal ist. Bei solchen Meßanordnungen beeinflußt der Meßumformer den über die Zweidrahtleitung fließenden Gesamtstrom, der auch den Versorgungsgleichstrom enthält, derart, daß er das Meßwertsignal darstellt.

Durch die Anwendung von Mikroprozessoren lassen sich heut zutage Meßanordnungen realisieren, die wesentlich lei stungsfähiger sind als herkömmliche analoge Geräte. Der Fortschritt in der Mikroelektronik (höhere Intergrations dichten, kleinere IC-Gehäuse, CMOS-Technologie bei hoch integrierten Schaltungen) macht es möglich, vollständige Mikrocomputer in einem Sensor unterzubringen. Dadurch ent steht die Notwendigkeit einer zusätzlichen Übertragung digitaler Informationen in Form von Kommunikationssignalen zwischen dem Meßumformer und dem Auswertegerät. Es besteht jedoch die Forderung, daß außer der Zweidrahtleitung keine zusätzlichen Verbindungen zwischen dem Meßumformer und dem Auswertegerät vorhanden sein sollen. Die digitalen Kommu nikationssignale müssen daher zusätzlich zum Meßwertsignal über die Zweidrahtleitung übertragen werden. Die Übertra gung der digitalen Kommunikationssignale über die Zwei drahtleitung soll auch unter industriellen Bedingungen störsicher sein, darf aber das über die Zweidrahtleitung übertragene Meßwertsignal nicht beeinträchtigen. Die Zwei drahtleitung soll eine beträchtliche Länge haben können (bis zu 1 km), doch soll die Verwendung eines Spezialka bels nicht notwendig sein.

Die Übertragung digitaler Kommunikationssignale über die Zweidrahtleitung ermöglicht auch die Verwendung von Kommu nikationseinheiten, die als zusätzliche Teilnehmerstellen an die Zweidrahtleitung anschließbar sind und Kommunika tionssignale über die Zweidrahtleitung senden und empfan gen können, so daß die Kommunikationseinheiten ebenfalls binäre Informationen mit dem Meßumformer, dem Auswertege rät und gegebenenfalls auch miteinander austauschen können. Dadurch ist es möglich, von einer beliebigen Stelle aus Abgleich-, Einstell-, Überprüfungs- oder Wartungsarbeiten vorzunehmen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, das in einer Meßanordnung der angegebenen Art eine stör sichere übertragung binär codierter Informationen zwischen beliebig vielen an die Zweidrahtleitung angeschlossenen Teilnehmerstellen ermöglicht, ohne daß die Übertragung des Meßwertsignals über die gleiche Zweidrahtleitung be einträchtigt wird, und das selbst bei beträchtlicher Länge der Zweidrahtleitung kein Spezialkabel erfordert.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in den Kommunikationssignalen jedes Bit des einen Bi närwerts durch eine Gruppe aus einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Perioden eines periodischen Si gnals und jedes Bit des anderen Binärwerts durch das Feh len des periodischen Signals dargestellt wird, und daß im Signalempfänger jeder Teilnehmerstelle zur Erkennung der übertragenen Binärwerte folgende Verfahrensschritte durch geführt werden:

a) In einem zwischen zwei Grenzzählerständen liegenden Zählbereich, der kleiner als die Anzahl der Perioden jeder Gruppe ist, werden empfangene Perioden in der einen Zählrichtung bis zum Erreichen des ersten Grenz zählerstandes und fehlende Perioden in der anderen Zählrichtung bis zum Erreichen des zweiten Grenzzäh lerstandes gezählt;
b) nach dem Erreichen des ersten Grenzzählerstandes wird der Empfang des einen Binärwerts angezeigt, bis der zweite Grenzzählerstand erreicht wird;
c) nach dem Erreichen des zweiten Grenzzählerstandes wird der Empfang des anderen Binärwerts angezeigt, bis der erste Grenzzählerstand erreicht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt die Wirkung, daß empfangsseitig der richtige Binärwert auch dann erkannt wird, wenn in einer den einen Binärwert anzeigenden Pe riodengruppe mehrere Perioden infolge von Störungen feh len oder nicht detektierbar sind, und wenn in einem den anderen Binärwert darstellenden Zeitabschnitt des fehlen den periodischen Signals Störsignale erscheinen, die als Perioden des periodischen Signals detektiert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Ver fahrens sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfah rens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 das Prinzipschema einer Meßanordnung, bei der die Erfindung anwendbar ist,

Fig. 2 das Schaltbild der drei Schnittstellen der Meßanordnung von Fig. 1 in näheren Einzel heiten,

Fig. 3 das Blockschaltbild eines der Signalgeber in den Schnittstellen von Fig. 2,

Fig. 4 das Blockschaltbild eines der Signalempfän ger in den Schnittstellen von Fig. 2 und

Fig. 5 Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Si gnalen, die an den mit den gleichen Buch staben bezeichneten Schaltungspunkten im Signalgeber von Fig. 3 bzw. im Signalemp fänger von Fig. 4 auftreten.

Fig. 1 zeigt eine Meßanordnung mit einem Meßumformer 10, der durch eine Zweidrahtleitung 11 mit einem entfernt da von angeordneten Auswertegerät 12 verbunden ist. Der Meß umformer 10 enthält einen Sensor 13 zur Erfassung einer zu messenden physikalischen Meßgröße (z.B. Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Füllstand) und einen mit dem Sensor 13 verbundenen elektronischen Meßwandler 14, der ein den Augenblickswert der Meßgröße darstellendes elektrisches Signal abgibt. Der Meßumformer 10 enthält keine eigene Energiequelle, sondern bezieht die für seinen Betrieb er forderliche Gleichstromenergie über die Zweidrahtleitung 11 von einer im Auswertegerät 12 enthaltenen Spannungsquelle 15. Über die gleiche Zweidrahtleitung wird ein den Augen blickswert der Meßgröße darstellendes Meßwertsignal vom Meßumformer 10 zum Auswertegerät 12 übertragen. Der Meß umformer 10 ist mit der Zweidrahtleitung 11 über eine Meß umformer-Schnittstelle 16 verbunden, die einerseits die Energieversorgung des Meßumformers 10 aus der Zweidraht leitung 11 sicherstellt und andererseits das Ausgangssi gnal des Meßwandlers 14 in ein zur Übertragung über die Zweidrahtleitung 11 geeignetes Meßwertsignal umsetzt. Einer üblichen Technik entsprechend ist das Meßwertsignal der über die Zweidrahtleitung 11 fließende Gleichstrom I _M, der sich aus dem Versorgungsgleichstrom I ₀ des Meßumformers und einem Korrekturstrom I _K zusammensetzt. Der Korrektur strom I _K wird gleichfalls der Spannungsquelle 15 entnommen und vom Meßumformer 10 unter Berücksichtigung der jeweili gen Größe des Versorgungsgleichstroms I ₀ so eingestellt, daß der Gesamtstrom I _M zwischen den Stromwerten 4 und 20 mA den zu übertragenden Meßwert darstellt. Schließlich enthält der Meßumformer 10 eine Kommunikations-Elektronik 17, die ebenfalls über die Meßumformer-Schnittstelle 16 mit der Zweidrahtleitung 11 verbunden ist. Der Meßwandler 14 und die Kommunikations-Elektronik 17 können durch einen Mikro computer gebildet sein.

Zur Verbindung des Auswertegeräts 12 mit der Zweidrahtlei tung 11 dient eine Auswerte-Schnittstelle 18, die einer seits die Übertragung der vom Meßumformer 10 benötigten Gleichstromenergie von der Spannungsquelle 15 zur Zwei drahtleitung 11 bewirkt und andererseits aus dem über die Zweidrahtleitung 11 fließenden Gesamtstrom I _M ein für die Anzeige des Meßwerts oder für die Weiterverarbeitung ge eignetes Signal ableitet. Das Auswertegerät 12 enthält ferner eine Kommunikations-Elektronik 19, die über die Auswerte-Schnittstelle 18 mit der Zweidrahtleitung 11 ver bunden ist. Die Kommunikations-Elektronik 19 kann durch einen im Auswertegerät enthaltenen Mikrocomputer gebildet sein.

In Fig. 1 ist weiterhin eine Kommunikationseinheit 20 dar gestellt, die parallel zum Meßumformer 10 an die Zweidraht leitung 11 angeschlossen und so ausgebildet ist, daß sie mit dem Meßumformer 10 oder mit dem Auswertegerät 12 einen Informationsaustausch durchführen kann, ohne daß der nor male Betrieb der Meßanordnung dadurch beeinträchtigt wird. Die Kommunikationseinheit 20 ist ein taschenrechnerähnli ches Gerät mit einer Tastatur 21 und einer Digitalanzeige 22 sowie mit der erforderlichen Kommunikations-Elektronik, die durch einen Mikrocomputer gebildet sein kann. Die Ver bindung mit der Zweidrahtleitung 11 erfolgt über eine Kom munikations-Schnittstelle 23 und eine zweiadrige Anschluß leitung 24, die mittels Anschlußklemmen 25, 26 nach Bedarf an die Zweidrahtleitung 11 angeklemmt werden kann.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß die Kommunikationseinheit 20 mit einer eigenen Ener giequelle (z.B. Batterie) ausgestattet ist. Es wäre jedoch auch möglich, den zur Energieversorgung der Kommunikations einheit erforderlichen Gleichstrom ebenfalls der Spannungs quelle 15 im Auswertegerät 12 über die Zweidrahtleitung 11 zu entnehmen.

Fig. 2 zeigt die Schaltbilder der drei Schnittstellen 16, 18 und 23 von Fig. 1 in näheren Einzelheiten.

In der Meßumformer-Schnittstelle 16 ist ein Spannungsreg ler 27 vorgesehen, der unabhängig von Spannungsschwankun gen auf der Zweidrahtleitung 11 eine konstante Betriebs spannung für den Meßwandler 14 und für die übrigen Schal tungen im Meßumformer 10 aufrechterhält. Zur Erzeugung eines den Meßwert darstellenden Meßstroms I _M enthält die Meßumformer-Schnittstelle 16 einen Nebenschlußzweig 28, der einen steuerbaren Konstantstromgenerator 29 enthält. Über den Nebenschlußzweig 28 fließt ein kontinuierlicher Gleichstrom, der gleichfalls aus der Spannungsquelle 15 entnommen wird und sich auf der Zweidrahtleitung 11 dem Versorgungsgleichstrom I ₀ überlagert. Der Konstantstrom generator 29 wird durch ein stetig veränderliches Aus gangssignal des Meßwandlers 14 so gesteuert, daß der über den Nebenschlußzweig 28 fließende Gleichstrom den Korrek turstrom I _K bildet, der zusammen mit dem Versorgungs gleichstrom I ₀ den zwischen 4 und 20 mA veränderlichen Meßstrom I _M bildet.

Ferner enthält die Meßumformer-Schnittstelle 16 einen Signalgeber 30 und einen Signalempfänger 31, die parallel an die Zweidrahtleitung 11 angeschlossen sind. Ein Steuer eingang des Signalgebers 30 ist an einen Ausgang der Kom munikations-Elektronik 17 angeschlossen. Der Ausgang des Signalempfängers 31 ist mit einem Eingang der Kommunika tions-Elektronik 17 verbunden.

In der Auswerte-Schnittstelle 18 ist in den einen Leiter der Zweidrahtleitung 11 ein Widerstand 32 eingefügt, über den der Meßstrom I _M=I ₀+I _K fließt. Am Widerstand 32 kann somit eine Spannung abgegriffen werden, die dem Meß strom I _M proportional ist und die Meßwertinformation ent hält. Diese Spannung kann zur Anzeige des Meßwerts verwen det oder in beliebiger Weise zur Auswertung der Meßwert information verarbeitet werden. Ferner enthält die Aus werte-Schnittstelle einen Signalgeber 33 und einen Signal empfänger 34, die parallel an die Zweidrahtleitung 11 an geschlossen sind. Ein Steuereingang des Signalgebers 33 ist an einen Ausgang der Kommunikations-Elektronik 19 an geschlossen. Der Ausgang des Signalempfängers 34 ist mit einem Eingang der Kommunikations-Elektronik 19 verbunden.

Schließlich enthält die Kommunikations-Schnittstelle 23 einen Signalgeber 35 und einen Signalempfänger 36, die über die Anschlußleitung 24 parallel an die Zweidrahtlei tung 11 angeschlossen sind. Ein Steuereingang des Signal gebers 35 ist an einen Ausgang der Kommunikations-Elektro nik 37 der Kommunikationseinheit angeschlossen. Der Aus gang des Signalempfängers 36 ist mit einem Eingang der Kommunikations-Elektronik 37 verbunden.

Die Signalgeber 30, 33 und 35 in den verschiedenen Schnitt stellen sind völlig gleich ausgebildet. Es wird daher nur einer der Signalgeber, dessen Blockschaltbild in Fig. 3 dargestellt ist, näher beschrieben. Diese Beschreibung gilt für alle Signalgeber.

Der in Fig. 3 dargestellte Signalgeber enthält einen Quarz-Oszillator 40, dessen Ausgang über einen Schalter 41 mit dem Eingang eines Wechselspannungs-Treiberverstärkers 42 verbunden werden kann. Der Schalter 41 ist symbolisch als mechanischer Kontakt dargestellt. In Wirklichkeit han delt es sich dabei um einen schnellen elektronischen Schalter, beispielsweise um einen Feldeffekt-Transistor. Der Schalter 41 wird durch ein binäres Steuersignal be tätigt, das von der zugehörigen Kommunikations-Elektronik an den Steuereingang 43 des Signalgebers angelegt wird.

Das Diagramm A von Fig. 5 zeigt den zeitlichen Verlauf eines von der Kommunikations-Elektronik an den Steuerein gang 43 angelegten Steuersignals, das entsprechend der zu übertragenden Nachricht binär codiert ist. Jedes Bit des Binärwerts 1 ist durch einen Impuls der Dauer T mit kon stanter Amplitude I dargestellt, jedes Bit des Binärwerts 0 durch eine Impulspause der gleichen Dauer T im Impulsra ster. Die Impulse oder Impulspausen für zwei oder mehr auf einanderfolgende Bits des gleichen Binärwerts schließen sich lückenlos aneinander an. Der Schalter 41 ist ge schlossen, wenn die Impulsamplitude I anliegt, während er in jeder Impulspause offen ist. Somit bewirkt der Schal ter 41 eine impulsförmige Tastung der vom Oszillator 40 erzeugten Schwingung.

Das Diagramm B von Fig. 5 zeigt den zeitlichen Verlauf des Kommunikationssignals, das auf diese Weise durch den Si gnalgeber über die Zweidrahtleitung 11 geschickt wird. Jedes Bit des Binärwerts 1 ist durch einen Schwingungszug der Dauer T dargestellt, jedes Bit des Binärwerts 0 durch das Fehlen der Schwingung auf der Zweidrahtleitung für die gleiche Dauer T.

Die Dauer T ist konstant und wesentlich größer als die Periodendauer der Schwingung des Oszillators 40. Somit enthält jeder Schwingungszug, der ein Bit des Binärwerts 1 darstellt, eine vorgegebene konstante Anzahl von Perioden. Jedes Bit des Binärwerts 0 ist durch das Fehlen der glei chen konstanten Anzahl von Perioden dargestellt.

Vorzugsweise liegt die Frequenz der vom Oszillator 40 er zeugten Schwingung in der Größenordnung von 40 kHz. Bei dieser Frequenz haben die meisten Kabel einen so hohen induktiven Anteil, daß die Leitung nahezu verlustfrei ist. Zugleich ist eine solche Frequenz niedrig genug, um zu gewährleisten, daß die kapazitiven Verluste oder Verluste durch den Skin-Effekt weitgehend ausgeschaltet sind.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird daher an genommen, daß die Frequenz der vom Oszillator 40 erzeugten Schwingung 40 kHz beträgt. Weiter wird angenommen, daß die Dauer eines Bits T=0,4 ms beträgt. In jede Dauer T fallen dann 16 Perioden der vom Oszillator T erzeugten Schwingung. Der Treiberverstärker 42 begrenzt den Pegel der an seinem Ausgang abgegebenen Schwingungszüge auf maximal 100 mV. In dieser Form wird das getastete Kommunikationssignal der von der Spannungsquelle 15 an die Zweidrahtleitung 11 angelegten Gleichspannung überlagert. Vorzugsweise ist die Übertragungsleitung an jeder Schnittstelle mit einem Widerstand abgeschlossen, der deutlich größer als der Wellenwiderstand ist. Dadurch ist die empfangene Signal spannung trotz gewisser Leitungsverluste selbst bei 1 km Kabellänge am Ausgang mindestens genauso groß wie am Ein gang.

Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild eines der Signalempfän ger 31, 34, 36 in den Schnittstellen. Alle Signalempfän ger sind in der gleichen Weise ausgebildet.

Der Signalempfänger enthält als Eingangsstufe einen Wech selspannungsverstärker 50, der das über die Zweidrahtlei tung 11 übertragene Kommunikationssignal selektiv ver stärkt. An den Ausgang des Wechselspannungsverstärkers 50 ist ein Signalformer 51 angeschlossen, der die sinusför migen Schwingungszüge des Kommunikationssignals in Recht eckimpulsfolgen der gleichen Folgefrequenz umwandelt. Der Signalformer 51 ist beispielsweise ein Schmitt-Trigger. Am Ausgang des Signalformers 51 erscheint somit für jeden vollständigen Schwingungszug der Dauer T eine Impulsgrup pe von 16 Rechteckimpulsen der Folgefrequenz 40 kHz. Die se Rechteckimpulse werden über eine Zeitfensterschaltung 52 an den Zählrichtungs-Steuereingang U/D (Up/Down) eines Aufwärts-Abwärts-Zählers 53 angelegt. Die Zeitfenster schaltung 52, die beispielsweise durch ein nicht retrig gerbares Monoflop gebildet ist, spricht auf Impulse nur innerhalb eines bestimmten Zeitrasters an und sorgt da durch für eine zusätzliche Störsicherheit.

Die am Ausgang des Signalformers 51 vorhandenen Rechteck impulse werden außerdem an den Synchronisiereingang eines Taktgebers 54 angelegt, der eine kontinuierliche Recht eckimpulsfolge mit der Folgefrequenz der Signalimpulse, also von 40 kHz, als Taktsignal erzeugt. Der Taktgeber wird durch die an seinen Synchronisiereingang angelegten Rechteckimpulse synchronisiert, und er behält diese Syn chronisation auch in den Zeitintervallen bei, in denen keine Rechteckimpulse vom Signalformer 51 abgegeben wer den. Das Taktsignal wird an den Takteingang CK (Clock) des Aufwärts-Abwärts-Zählers 53 angelegt.

Für die Steuerung des Aufwärts-Abwärts-Zählers 53 ist ferner eine Steuerlogik 55 vorgesehen, von der ein Aus gang mit dem Freigabe-Eingang E (Enable) des Aufwärts- Abwärts-Zählers 53 verbunden ist. Ein Eingang der Steuer logik 55 ist mit dem Ausgang der Zeitfensterschaltung 52 verbunden. Drei weitere Eingänge der Steuerlogik 55 sind an die Zählerstufenausgänge Q ₀, Q ₁, Q ₂ des Aufwärts-Ab wärts-Zählers 53 angeschlossen. Der Zählerstufenausgang Q ₃ des Aufwärts-Abwärts-Zählers 53 ist über eine Oder- Schaltung 56 mit dem Eingang D eines D-Flipflops 57 ver bunden. Der Ausgang Q des D-Flipflops 57 ist mit dem zweiten Eingang der Oder-Schaltung 56 sowie mit einem weiteren Eingang der Steuerlogik 55 verbunden. Der Rück stelleingang R (Reset) des D-Flipflops 57 ist an einen zweiten Ausgang der Steuerlogik 55 angeschlossen. Schließ lich empfängt der Takteingang CK (Clock) des D-Flipflops 57 das Taktsignal vom Ausgang des Taktgebers 54.

Die Funktionsweise des Signalempfängers von Fig. 4 soll anhand der Diagramme C bis F von Fig. 5 erläutert werden. Diese Diagramme zeigen den zeitlichen Verlauf von Signa len, die an den mit den gleichen Buchstaben bezeichneten Schaltungspunkten des Blockschaltbilds von Fig. 4 auf treten.

Das Diagramm C von Fig. 5 zeigt einen Abschnitt des über die Zweidrahtleitung 11 übertragenen und an den Eingang des Wechselspannungsverstärkers 50 angelegten Kommunika tionssignals, jedoch in einem größeren Zeitmaßstab als im Diagramm B. Es ist ein den Binärwert 1 darstellender Schwingungszug der Dauer T dargestellt, der zwischen zwei dem Binärwert 0 entsprechenden Zeitabschnitten liegt, in denen keine Schwingungszüge über die Zweidrahtleitung 11 übertragen werden. Ferner ist angenommen, daß infolge von Störungen einige Perioden der Schwingung an den Stellen a und b im Schwingungszug fehlen oder stark gedämpft sind. Ferner ist angenommen, daß in dem auf den Schwingungszug folgenden schwingungsfreien Zeitabschnitt zwei Störimpul se c und d vorhanden sind.

Das Diagramm D zeigt die entsprechenden Rechteckimpulse am Ausgang des Signalformers 51. Für jede Schwingung des Schwingungszugs, deren Amplitude die Ansprechschwelle des Signalformers 51 überschreitet, wird ein Rechteckimpuls erzeugt. An der Stelle a fehlen zwei Rechteckimpulse, und an der Stelle b fehlt ein Rechteckimpuls. Dagegen erscheinen im anschließenden schwingungsfreien Zeitab schnitt zwei Rechteckimpulse c und d, die aufgrund der Störimpulse erzeugt werden. Die Rechteckimpulse des Dia gramms D werden über die Zeitfensterschaltung 52 an den Zählrichtungssteuereingang U/D des Aufwärts-Abwärts- Zählers 53 angelegt. Während des Anliegens der Impuls spannung ist der Aufwärts-Abwärts-Zähler 53 auf Aufwärts zählung geschaltet. Wenn keine Impulsspannung anliegt, ist der Aufwärts-Abwärts-Zähler 53 auf Abwärtszählung geschaltet. Somit bilden der Signalformer 51 und die Zeit fensterschaltung 52 eine Zählrichtungs-Steuerschaltung.

Das Diagramm E von Fig. 5 zeigt das Taktsignal am Ausgang des Taktgebers 54. Dieses Taktsignal ist eine kontinuier liche Folge von Rechteckimpulsen, die infolge der Synchro nisation zeitlich mit den Rechteckimpulsen des Diagramms D zusammenfallen, soweit diese vorhanden sind. Da dieses Taktsignal an den Takteingang CK des Aufwärts-Abwärts- Zählers 53 angelegt ist, werden die Taktimpulse in diesem Zähler folgendermaßen gezählt:

- Alle Taktimpulse, die zeitlich mit Signalimpulsen des Diagramms D zusammenfallen, werden im Aufwärts-Abwärts- Zähler 53 aufwärts gezählt, vorausgesetzt, daß die Zäh lung durch das von der Steuerlogik 55 an den Freigabe- Eingang E angelegte Steuersignal zugelassen ist;
- alle Taktimpulse, für die keine Signalimpulse im Dia gramm D vorhanden sind, werden im Aufwärts-Abwärts- Zähler 53 abwärts gezählt, vorausgesetzt, daß die Zäh lung durch das von der Steuerlogik 55 an den Freigabe- Eingang E angelegte Steuersignal zugelassen ist.

Diese Funktionsweise ist gleichbedeutend damit, daß im Aufwärts-Abwärts-Zähler 53 vorhandene Signalimpulse auf wärts und fehlende Signalimpulse abwärts gezählt werden.

Entsprechend der bekannten Funktionsweise eines D-Flip flops nimmt das D-Flipflop 57 bei jedem an den Taktein gang CK angelegten Taktimpuls den Zustand an, der durch den am Eingang D anliegenden Signalwert bestimmt ist. Beim Beginn der Zählung befindet sich das D-Flipflop im Zustand 0, und es bleibt solange in diesem Zustand, wie der Ausgang Q ₃ des Aufwärts-Abwärts-Zählers 53 den Signal wert 0 führt. In diesem Zustand hat auch das Ausgangssi gnal am Ausgang Q des D-Flipflops 57 den Zustand 0. Wenn jedoch bei der Aufwärtszählung der Zählerstand 8 erreicht wird, geht das Ausgangssignal am Ausgang Q ₃ auf den Si gnalwert 1. Dadurch wird das D-Flipflop in den Zustand 1 gebracht, und am Ausgang Q des D-Flipflops erscheint der Signalwert 1. Dieser Signalwert 1 wird über die Oder- Schaltung 56 an den Eingang D angelegt, so daß sich das D-Flipflop bei allen folgenden Taktimpulsen selbst im Zu stand 1 hält, selbst wenn der Ausgang Q ₃ wieder auf den Signalwert 0 geht. Das D-Flipflop 57 wird erst durch einen von der Steuerlogik 55 an den Rückstelleingang R angeleg ten Rückstellimpuls wieder in den Zustand 0 zurückgestellt. Das D-Flipflop 57 bildet somit in diesem Fall eine Halte schaltung; es könnte auch durch eine andere Halteschaltung von an sich bekannter Art ersetzt werden.

Die Steuerlogik 55 steuert den Betrieb des Aufwärts- Abwärts-Zählers 53 durch das an den Freigabe-Eingang E angelegte Steuersignal in der folgenden Weise:

- Im Zählbereich zwischen den Zählerständen 0 und 8 gibt die Steuerlogik die Aufwärtszählung vorhandener Signal impulse und die Abwärtszählung fehlender Signalimpulse unabhängig vom Signalwert am Ausgang Q des D-Flipflops 57 frei.
- Wenn bei Aufwärtszählung der Zählerstand 8 erreicht wird, sperrt die Steuerlogik 55 eine weitere Aufwärts zählung vorhandener Signalimpulse, sie läßt aber eine Abwärtszählung fehlender Signalimpulse zu. Sie empfängt zu diesem Zweck die Impulse vom Ausgang der Zeitfenster schaltung 52 und legt bei jedem dieser Impulse ein Sperrsignal an den Freigabe-Eingang E an, während sonst ein Freigabesignal anliegt.
- Wenn bei Abwärtszählung der Zählerstand 0 erreicht wird, schickt die Steuerlogik 55 zum Rückstelleingang R des D-Flipflops 57 einen Rückstellimpuls, der das D- Flipflop 57 in den Zustand 0 zurückstellt. Der Ausgang Q nimmt dann den Signalwert 0 an. Ferner sperrt die Steuer logik 55 eine weitere Abwärtszählung fehlender Signal impulse, sie läßt aber eine Aufwärtszählung vorhandener Signalimpulse zu. Sie legt zu diesem Zweck jedesmal dann ein Freigabesignal an den Freigabe-Eingang E an, wenn ein Impuls am Ausgang der Zeitfensterschaltung 52 vorhanden ist, während sonst ein Sperrsignal anliegt.

Die Steuerlogik 55 erkennt das Erreichen der Zählerstände 8 und 0 in der einen bzw. anderen Zählrichtung aufgrund der Signale, die sie von den Zählerstufen-Ausgängen Q ₀, Q ₁ und Q ₂ des Aufwärts-Abwärts-Zählers 53 empfängt.

Das Signal am Ausgang Q des D-Flipflops 57 stellt das Aus gangssignal des Signalempfängers dar. Die geschilderte Funktionsweise des Signalempfängers ergibt für die Bildung des Ausgangssignals die folgende Wirkung:

- Das Ausgangssignal geht vom Signalwert 0 auf den Signal wert 1, wenn seit dem letzten Übergang auf den Signal wert 0 acht vorhandene Signalimpulse mehr gezählt worden sind als fehlende Impulse;
- das Ausgangssignal geht vom Signalwert 1 auf den Signal wert 0, wenn seit dem letzten Übergang auf den Signal wert 1 acht fehlende Signalimpulse mehr gezählt worden sind als vorhandene Impulse.

In beiden Fällen bleiben die während des Bestehens der Zäh lerstände 0 und 8 nicht gezählten fehlenden bzw. vorhande nen Signalimpulse unberücksichtigt.

Das Diagramm F von Fig. 5 zeigt das durch diese Funktions weise erhaltene Ausgangssignal des Signalempfängers für das im Diagramm C dargestellte Eingangssignal, wenn ange nommen wird, daß der Aufwärts-Abwärts-Zähler 53 beim Be ginn des Schwingungszugs, also beim Beginn der Signalim pulsgruppe des Diagramms D, den Zählerstand 0 hatte. Zu nächst werden fünf Taktimpulse des Diagramms E aufwärts gezählt, und dann werden die beiden Taktimpulse in der Lücke a abwärts gezählt. Die nächsten drei Taktimpulse werden wieder aufwärts gezählt, und dann wird ein Takt impuls in der Lücke b abwärts gezählt. Schließlich wird nach Aufwärtszählung von drei weiteren Taktimpulsen der Zählerstand 8 erreicht. In diesem Augenblick geht das Ausgangssignal (Diagramm F) auf den Signalwert 1. Für die beiden restlichen Signalimpulse erfolgt dann keine weite re Zählung von Taktimpulsen.

Die Abwärtszählung beginnt mit dem ersten fehlenden Si gnalimpuls. Zunächst werden vier Taktimpulse in der Ab wärtsrichtung gezählt, und dann wird für den Störimpuls c ein Taktimpuls in der Aufwärtsrichtung gezählt. Die näch sten beiden Taktimpulse werden wieder abwärts gezählt, und dann wird ein Taktimpuls für den Störimpuls d aufwärts gezählt. Schließlich wird nach der Abwärtszählung von vier weiteren Taktimpulsen der Zählerstand 0 erreicht. In die sem Augenblick geht das Ausgangssignal auf den Signalwert 0. Für die folgenden fehlenden Signalimpulse erfolgt dann keine weitere Zählung von Taktimpulsen, bis wieder ein Impuls am Ausgang der Zeitfensterschaltung erscheint.

Aufgrund dieser Funktionsweise werden die übertragenen Binärwerte zwar mit einer geringfügigen Verzögerung, aber mit großer Fehlersicherheit richtig erkannt. Dadurch ist eine störsichere Übertragung von digitalen Informationen auf einer von einem Meßstrom durchflossenen Zweidrahtlei tung unter industriellen Anwendungsbedingungen möglich, ohne daß das analoge Meßsignal unzulässig gestört wird. Die Übertragungsleitung kann eine beträchtliche Länge haben, ohne daß ein Spezialkabel erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Übertragungsart be steht darin, daß Buskollisionen möglich sind, daß also zwei oder mehr Teilnehmer gleichzeitig senden und detek tiert werden können, so daß es möglich ist, bei einer Alarmsituation einen eventuell laufenden Datenverkehr zu unterbrechen, um wichtigere Informationen über die Zwei drahtleitung zu transportieren.

Der Meßumformer 10 und das Auswertegerät 12 bilden zwei dauernd an die Zweidrahtleitung 11 angeschlossene Teil nehmerstellen, die mittels der beschriebenen Kommunika tionseinrichtungen über die das Meßwertsignal führende Zweidrahtleitung Informationen austauschen können. Bei spielsweise kann das Auswertegerät zum Meßumformer Steuer befehle für die Steuerung des Betriebs des Meßumformers schicken, und der Meßumformer kann die Steuerbefehle be stätigen und angeforderte Zusatzinformationen zum Aus wertegerät übertragen. Durch Anklemmen der Kommunika tionseinheit 20 an die Zweidrahtleitung kann eine Be dienungsperson den Informationsaustausch zwischen Meß umformer und Auswertegerät überwachen und selbst Infor mationen mit diesen beiden Teilnehmerstellen austauschen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, von jeder beliebi gen Stelle aus Abgleich-, Einstell- oder Überprüfungsar beiten vorzunehmen, ohne daß der normale Betrieb der Meßanordnung dadurch gestört wird. Die Anzahl der Teil nehmerstellen, die auf diese Weise miteinander in Verbin dung treten können, ist nicht beschränkt. Es ist ohne weiteres möglich, mehrere Kommunikationseinheiten nach Art der Kommunikationseinheit 20 gleichzeitig an die Zweidrahtleitung 11 anzuklemmen. Alle Kommunikationsein heiten können dann mit dem Meßumformer 10, dem Auswerte gerät 12 und mit jeder anderen Kommunikationseinheit In formationen austauschen. Nach einer an sich bekannten Technik kann durch geeignete codierte Adressensignale erreicht werden, daß jede Teilnehmerstelle nur die für sie bestimmten Informationen auswertet.

Es sind natürlich zahlreiche Abänderungen des beschriebe nen Verfahrens und der Anordnung zu seiner Durchführung möglich. Insbesondere sind die angegebenen Zahlenwerte nur als Beispiele anzusehen, die nach Bedarf geändert werden können. So ist es nicht notwendig, den Zählbereich zwischen den beiden Grenzzählerständen gleich der Hälfte der Perioden pro Bitlänge zu machen. Auch wäre es möglich, bereits im Signalgeber für jedes Bit des Binärwerts 1 an stelle eines Sinusschwingungszugs eine Impulsgruppe zu erzeugen und diese als Kommunikationssignal über die Zwei drahtleitung zu übertragen.

Claims

1. Verfahren zur Übertragung binär codierter Informatio nen in einer Meßanordnung mit einem Meßumformer, der mit einem entfernt davon angeordneten Auswertegerät durch eine Zweidrahtleitung verbunden ist, über die einerseits die für den Betrieb des Meßumformers erforderliche Gleich stromenergie vom Auswertegerät zum Meßumformer übertragen wird und andererseits das die Meßgröße darstellende Meß wertsignal vom Meßumformer zum Auswertegerät dadurch über tragen wird, daß der über die Zweidrahtleitung fließende Gleichstrom in Abhängigkeit von der Meßgröße zwischen zwei Grenzwerten verändert wird, wobei jede an der Informa tionsübertragung beteiligte Teilnehmerstelle einen Signal geber zum Senden eines vom Meßwertsignal unterscheidbaren Kommunikationssignals über die Zweidrahtleitung und einen Signalempfänger zum Empfang der von anderen Teilnehmer stellen kommenden Kommunikationssignale enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kommunikationssignalen jedes Bit des einen Binärwerts durch eine Gruppe aus einer vor bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Perioden eines periodischen Signals und jedes Bit des anderen Binärwerts durch das Fehlen des periodischen Signals dargestellt wird und daß im Signalempfänger jeder Teilnehmerstelle zur Erkennung der übertragenen Binärwerte die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:

a) in einem zwischen zwei Grenzzählerständen liegenden Zählbereich, der kleiner als die Anzahl der Perioden in jeder Gruppe ist, werden empfangene Perioden in der einen Zählrichtung bis zum Erreichen des ersten Grenzzählerstandes und fehlende Perioden in der ande ren Zählrichtung bis zum Erreichen des zweiten Grenz zählerstandes gezählt;
b) nach dem Erreichen des ersten Grenzzählerstandes wird der Empfang des einen Binärwerts angezeigt, bis der zweite Grenzzählerstand erreicht wird;
c) nach dem Erreichen des zweiten Grenzzählerstandes wird der Empfang des anderen Binärwerts angezeigt, bis der erste Grenzzählerstand erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählbereich gleich der Hälfte der Anzahl der Pe rioden in jeder Gruppe ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Kommunikationssignal durch getastete Schwingungszüge einer Sinusschwingung gebildet wird.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß jeder Signalempfänger einen Aufwärts-Abwärts- Zähler enthält, an dessen Zähleingang Taktimpulse ange legt sind, die von einem durch das empfangene Kommuni kationssignal synchronisierten Taktgeber erzeugt werden, sowie eine Steuerlogik, die in dem Zählbereich zwischen den Grenzzählerständen die Zählung der Taktimpulse bei Empfang des periodischen Signals in der einen Zählrich tung und bei Nichtempfang des periodischen Signals in der anderen Zählrichtung bewirkt und eine Zählung von Taktimpulsen über die Grenzzählerstände hinaus verhin dert.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zählrichtung-Steuerschaltung an den Zählrich tungs-Steuereingang des Aufwärts-Abwärts-Zählers für jede Periode des Empfangs des periodischen Signals ein die eine Zählrichtung bestimmendes Steuersignal und für jede Periode des Nichtempfangs des periodischen Signals ein die andere Zählrichtung bestimmendes Steuersignal anlegt und daß die Steuerlogik an den Freigabe-Eingang des Auf wärts-Abwärts-Zählers bei Empfang des periodischen Si gnals ein Freigabesignal und bei Nichtempfang des perio dischen Signals ein Sperrsignal anlegt, wenn sich der Aufwärts-Abwärts-Zähler im einen Grenzzählerstand befin det, und bei Empfang des periodischen Signals ein Sperr signal und bei Nichtempfang des periodischen Signals ein Freigabesignal anlegt, wenn sich der Aufwärts-Abwärts- Zähler im anderen Grenzzählerstand befindet.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die für die Grenzzählerstände kennzeich nenden Zählerstufenausgänge des Aufwärts-Abwärts-Zählers mit Eingängen der Steuerlogik verbunden sind.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daßdie Zählrichtungs-Steuerschaltung einen Si gnalformer enthält, der für jede Periode des Empfangs des periodischen Signals einen Rechteckimpuls erzeugt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Signalformers und den Zähl richtungs-Steuereingang des Aufwärts-Abwärts-Zählers eine Zeitfensterschaltung eingefügt ist, die die Übertragung der vom Signalformer erzeugten Rechteckimpulse nur in einem vorgegebenen Zeitraster zuläßt.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aufwärts-Abwärts-Zähler eine Hal teschaltung nachgeschaltet ist, die durch die für die Grenzzählerstände kennzeichnenden Zählerstufenausgänge derart gesteuert wird, daß sie beim Erreichen des einen Grenzzählerstands in den einen Zustand und beim Erreichen des anderen Grenzzählerstands in den anderen Zustand ge bracht wird, während sie sich bei den anderen Zählerstän den in dem jeweils zuletzt eingestellten Zustand hält, und daß der Ausgang der Halteschaltung den Ausgang des Signalempfängers bildet.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteschaltung durch ein D-Flipflop gebildet ist, das am Takteingang die Taktimpulse empfängt, dessen D-Ein gang ein das Erreichen des einen Grenzzählerstands kenn zeichnendes Signal empfängt und das durch eine Verbindung vom direkten Ausgang zum D-Eingang selbsthaltend ausge bildet ist, und daß an den Rückstelleingang des D-Flip flops ein Rückstellimpuls von der Steuerlogik angelegt wird, wenn diese das Erreichen des anderen Grenzzähler stands feststellt.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber einen das periodische Signal erzeugenden Oszillator enthält, dessen Ausgangs signal durch einen Schalter getastet wird, der durch ein die binär codierten Informationen darstellendes binäres Steuersignal betätigt wird.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Schalter getastete periodische Signal an die Zweidrahtleitung über einen Treiberverstärker angelegt wird, der den Signalpegel auf einen vorgegebenen Wert be grenzt.