DE4021258C2 - Feldsensor-Kommunikationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Feldsensor-Kommunikationssystem mit mindestens einer Signalübertragungs­ leitung und mindestens einem Feldsensor, der Sensorsignale an mindestens eine übergeordnete Einheit sendet, wobei Feldsensor und übergeordnete Einheit außer­ dem eigene und fremde Kommunikationssignale aussenden bzw. empfangen.

Ein derartiges Kommunikationssystem ist aus der US 47 37 787 bekannt.

Im allgemeinen kann ein Sensor, der "ein Feldsensor" genannt ist, physikalische Größen wie einen Druck, eine Temperatur und eine Durchflußrate aller Betriebs­ einrichtungen erfassen, und die so erfaßten Werte in elektrische Signale umwandeln, um sie zu einer übergeordneten Einheit über eine Sendeleitung zu senden.

Das oben beschriebene Senden der elektrischen Signale (Sensor-Signale) wird auf eine standardisier­ te Form durchgeführt, die derart arrangiert ist, daß der Feldsensor ein analoges Stromsignal in einem Bereich von 4 bis 20 mA zu der Sendeleitung sendet, und die übergeordnete Einheit das so gesendete analoge Stromsignal empfängt. Im allgemeinen wird das Analogsignal von dem Feldsensor zu der übergeordneten Einheit in einer Einweg-Kommunikationsart gesendet.

In den letzten Jahren sind Feldsensoren entwickelt und zur praktischen Anwendung gebracht worden, die jeder einen Mikroprozessor enthalten, was ein Verdienst der Verbesserung auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie für integrierte Schaltungen ist. Gemäß einem Feldsensor des oben beschriebenen Typs kann eine Zweiwege- Digitalsignalkommunikation durch die Sendeleitung zusätzlich zu der oben beschriebenen Einwege-Analogsignalkommunikation durchgeführt werden, so daß die Bereichseinstellung, eine Selbstdiagnose und ähnliches des Feldsensors durch eine Fernbedienungsart durchgeführt werden kann. Eine derartige Vorrichtung ist in den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 58-48198 und Nr. 59-201535 offenbart worden.

Nachfolgend wird eine spezifische Beschreibung des Standes der Technik unter Bezugnahme auf Fig. 4 durchgeführt, die ein Beispiel der Struktur eines Feldsensorsystems darstellt, das mit einer externen Leistungsquelle versorgt werden muß. Ein Feldsensor 1 wird durch eine externe Stromquelle 4 betrieben, so daß der Feldsensor 1 als eine konstante Stromquelle dient, die das analoge Stromsignal sendet, das der erfaßten physikalischen Größe entspricht. Ein übergeordnetes Empfangsinstrument 3 empfängt das anlaoge Stromsignal (im nachfolgenden das Analogsignal genannt), das einen Widerstand in Serie durchläuft, der in die Sendeleitung eingefügt ist, wobei die Potentialdifferenz über dem Widerstand erfaßt wird, um sie als angezeigten Wert des Feldsensors 1 zu verwenden. Eine übergeordnete Kommunikationsvorrichtung 2 wird mit der Sendeleitung bei einer optionalen Position zwischen dem Feldsensor 1 und dem übergeordneten Empfangsinstrument 3 oder der externen Stromquelle 4 verbunden, so daß eine Zweiwegedigitalsignal-Kom­ munikation mit dem Feldsensor 1 durchgeführt wird.

Die Übertragung von Kommunikationssignalen zu der Übertragungsleitung kann durchgeführt werden durch:
ein Verfahren, bei dem Digitalsignale (Kommunikationssignale) für eine Kommunikation durch Überlagerung der Digitalsignale über die analogen Sensorsignale verwendet werden, so daß die Werte der Analogsignale nicht beeinflußt sind;
ein Verfahren, bei dem eine Signalübertragung durch Schalten der Analogsignale (Sensorsignale) und der Digitalsignale (Kommunikationssignale) durchgeführt wird;
und ein Verfahren, bei dem die Signalkommunikation durch Benutzen nur der Digitalsignale (Sensorsignale und Kommunikationssignale) durchgeführt wird.

Gemäß der oben beschriebenen herkömmlichen Technologien wird jedoch das Kommunikationssignal in der Form eines elektrischen Stroms übertragen, und das Empfangssignal wird in der Form einer Spannung empfangen. Deshalb ist der Pegel des Empfangssignals im Verhältnis zu dem Wert des Lastwiderstands vergrößert, der in Serie mit der Übertragungsleitung verbunden ist. Als ein Ergebnis muß der benutzbare Bereich des Lastwiderstands verringert werden, um eine genaue Kommunikation durchzuführen.

Weil der benutzbare Bereich des Lastwiderstandes begrenzt ist, ist es schwierig, das System durch Hinzufügen eines weiteren übergeordneten Empfangsinstruments zu der Übertragungsleitung zu erweitern.

Die US-Patentschrift 47 37 787 zeigt ähnliche Kommunikationssysteme, bezieht sich jedoch nicht auf die vorher erwähnte Begrenzung des Lastwiderstandes. Die Erweiterung des Einstellbereichs in Beziehung zu einem variablen Signalpegel ist dort nicht angeregt.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Feldsensor-Kom­ munikationssystem zu schaffen, dessen Erweiterung möglich ist, und das eine zuverlässige Kommunikation durchführen kann.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine übergeordnete Emp­ fangseinheit mit Mitteln zum Empfang von Sensorsignalen und zum Aussenden/Empfang von Kommunikationssignalen über eine Signalüber­ tragungsleitung mit Lastwiderstand in Reihe zu schaffen, die insbesondere für den Einsatz in dem vorliegenden Feldsensor-Kommunikationssystem geeignet ist. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 7 bzw. 8 gelöst.

Gemäß dem oben beschriebenen Feldsensor-Kommunikationssystem, das den derart strukturierten Feldsensor und die oberen Einheiten aufweist, kann das System mit dem Übertragungspegel des Kommunikationssignals oder dem Verstärkungs-/Dämpfungspegel des geänderten Empfangssignals betrieben werden. Der verwendbare Bereich jeder der Vorrichtungen kann erweitert werden. Darüber hinaus kann der am besten geeignete Übertragungs-Signalpegel des Kommunikationssignals mittels der Selbstdiagnose der Vorrichtung oder in Übereinstimmung mit einem externen Befehl zyklisch ausgewählt werden. Deshalb kann der am besten geeignete Übertragungspegel des Kommunikationssignals durch die Vorrichtung automatisch gewählt werden, sogar wenn die Kommunikation zeitweise unmöglich wird aufgrund beispielsweise eines Hinzufügens eines höheren Empfangsinstruments, das das Anwachsen des gesamten Lastwiderstands verursacht. Deshalb kann die Kommunikation wieder durchgeführt werden. Als ein Ergebnis kann eine Störung, die zu der Zeit der Systemänderung aufgetaucht ist, verhindert werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das ein Ausführungsbeispiel eines Feldsensor- Kommuniktionssystems der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das ein weiteres Ausführungsbeispiel des Feldsensor-Kommunikationssystems der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 3A, 3B, 3C stellen den Effekt der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines herkömmlichen Feldsensor- Kommunikationssystems darstellt; und

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das ein Ausführungsbeispiel einer Kommunikations­ vorrichtung eines höheren Empfangsinstruments in dem Feldsensor-Kom­ munikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das einen Fall darstellt, bei dem eine Kommunikation zwischen einem Feldsensor 1 und einem übergeordneten Empfangsinstrument 3 durch ein Digitalsignal durchgeführt wird, das einem analogen Stromsignal in einem Bereich von 4 bis 20 mA überlagert ist, das der Ausgang von dem Feldsensor 1 ist.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung weist der Feldsensor 1 einen Kombinations­ sensor 108 auf, der physikalische Größen wie den Druck, die Temperatur, die Durchflußrate u. ä. des Prozesses einer Betriebseinrichtung erfaßt, wobei der Kombinationssensor 108 durch eine externe Stromquelle 4 über eine Leistungsquellenschaltung 114 betrieben wird. Der Ausgang von dem oben beschriebenen Sensor 108 wird durch ein vorbestimm­ tes Verfahren in dem Feldsensor 1 verarbeitet, wobei ein Signal, das aus diesem Prozeß erhalten ist, zu dem übergeordneten Empfangsinstrument 3 über eine Über­ tragungsleitung 5 übertragen wird. Das übergeordnete Empfangsinstrument 3 weist einen Widerstand 30 hinter der Übertragungsleitung 5 auf, so daß das übergeordnete Empfangsinstrument 3 ein Signal empfängt, das die oben beschriebenen physikalischen Eigenschaften anzeigt, die von dem Feldsensor 1 durch Erfassen der Spannung über den Widerstand 30 übertragen sind. Das übergeordnete Empfangs­ instrument 3 enthält weiterhin eine Kommunikationsvorrichtung 32, um eine Kommunikation mit dem Feldsensor 1 des oben beschriebenen Digitalsignals durchzuführen. Als ein Ergebnis wird eine Verarbeitung, wie eine Selbstdiagnose und eine Änderung in dem Ausgangswertebereich, durchgeführt. Eine übergeordnete Kommunikationsvorrichtung 2 wird mit der Übertragungsleitung 5 zwischen dem Feldsensor 1 und der externen Leistungsquelle 4 verbunden. Die so positionierte höhere Kommunikationsvorrichtung 2 kommuniziert mit dem Feldsensor 1 mittels des oben beschriebenen Digitalsignals, so daß Verarbeitungen, wie das Über­ wachen, das Kalibrieren o. ä. des I/O-Signals des Feldsensors 1 durchgeführt werden.

Nachfolgend wird die Struktur des Feldsensors 1 beschrieben. Jeder der Ausgänge von dem Kombinationssensor 108 wird einem Multiplexer 109 zugeführt. Der Multiplexer 109 empfängt ein Eingangsschaltsignal, das von einer I/O-Schnittstelle 106 angelegt ist, wobei der Ausgang des Mulitplexers 109 einem A/D-Wandler 105 zugeführt wird. Der Feldsensor 1 weist weiterhin einen Mikroprozessor 101 auf, der Kompensationen und Kalkulationen unter Verwendung des Ausgangs durchführt, der aufeinanderfolgend von dem A/D- Wandler 105 und einer Vielfalt von in einem ROM 103 und einem RAM 102 gespeicherten Koeffizienten übertragen wird. Als ein Ergebnis erhält der Mikro­ prozessor 101 einen wahren Wert, um einen Ausgangswert zu übertragen, der in Übereinstimmung mit einem Ausgangsbereich, der zuvor durch den RAM 102 eingestellt ist, und zwar zu dem D/A-Wandler 107. Das Ausgangs-Sensorsignal des D/A- Wandlers 107 wird zu einem V/I-Wandler 111 über einen Modulator 110 übertragen, wobei der Ausgang von dem V/I-Wandler 111 dann zu der oben beschriebenen Übertragungsleitung 5 übertragen wird. Der V/I-Wandler 111 wird derart gesteuert, daß ein elektrischer Strom, dessen Pegel (4 bis 20 mA) dem Eingangssignal entspricht, zu der Übertragungsleitung 5 übertragen wird.

Ein Kommunikations-Digitalsignal wird dem bzw. in dem oben beschriebenen Modulator 110 hinzugefügt, der daher ein Signal überträgt, das durch Überlagerung des digitalen Kommunikationssignals auf das Analogsignal gebildet ist, wobei das derart gebildete Signal zu der Übertragungsleitung 5 über den V/I-Wandler 111 übertragen wird. Das oben beschriebene digitale Kommunikationssignal wird an den Modulator 110 von einer Modulationsschaltung 112 gelegt. Die Modulationsschaltung 112 moduliert den Ausgang von einer Übertragungs-/Empfangsschaltung 104 und überträgt ihn zu dem Modulator 110. Als das Kommunikationssignal, das von der Modultionsschaltung 112 übertragen ist, wird irgendein Signal verwendet, das aus den folgenden Signalen ausgewählt ist: zwei Arten von Frequenzsignalen, die einer "1" und einer "0" eines Digitalsi­ gnals entsprechen, wie bei einer Frequenzmodulation; ein Signal, dessen Amplitude einer "1" und einer "0" entspricht, wie bei einer Amplitudenmodulation; ein Signal, dessen zwei Phasen einer "1" und einer "0" entsprechen, wie bei einer Phasenmo­ dulation; u. ä. Das so verwendete Signal wird beispielsweise als ein Signal verwendet, das der Kommunikation mit dem übergeordneten Empfangsinstrument 3 antwortet. Wenn das Ausgangssignal (Kommunikationssignal) von der Modulationsschaltung 112 eine Rechteckwelle oder eine Sinuswelle kleinen Signals mit derselben Amplitude sowohl in der positiven als auch in der negativen Richtung ist, wird der durch das oben beschriebene Empfangsinstrument 3, das das Analogsignal erfaßt, gezeigte Wert nicht beeinflußt, auch wenn die Kommunikation durch Übertragen und Überlagern des Digitalsignals auf das Analogsignal durchgeführt ist. In diesem Fall wird nur der Ausgangsstromwert von dem oben beschriebenen V/I-Wandler 111 sofort geändert.

Der Strompegel des Ausgangssignals (Kommunikationssignal), das von der Modulationsschaltung 112 übertragen wird, entspricht dem Signalpegel, der in Antwort auf ein Übertragungspegelschaltsignal gewählt ist, das von der I/O-Schnittstelle 106 übertragen wird.

Die Übertragungsleitung 5 empfängt ein Kommunikationssignal des übergeordneten Empfangsinstrument 3 oder der übergeordneten Kommunikationsvorrichtung 2, wobei das so empfangene Kommunikationssignal ein Digitalsignal ist, das dem Stromsignal ähnlich ist, das wie oben beschrieben moduliert worden ist.

Da der Spannungspegel der externen Stromquelle 4, die mit der Übertragungsleitung 5 verbunden ist, konstant ist, wird der Spannungspegel über dem Widerstand 30, der der Analogsignal-Detektor des höheren Empfangsinstruments 3 ist, geändert, wenn der Wert des durch die Übertragungsleitung 5 laufenden Stroms geändert wird. Daher erfährt die Spannung (die Leitungsspannung der Übertragungsleitung 5), die am den Feldsensor 1 liegt, eine Änderung, deren Polarität gegenüber der oben beschriebenen Spannungsänderung umgekehrt ist.

Eine Demodulationsschaltung 113, die in dem Feldsensor 1 angeordnet ist, erfaßt die oben beschriebene Leitungsspannungsänderung um sie zu demodulieren. Als ein Ergebnis wird ein aus einer "1" und einer "0" bestehendes Digitalsignal gebildet, wobei das so gebildete Digitalsignal dann durch die Übertra­ gungs-/Empfangsschaltung 104 empfangen wird. In diesem Fall ändert das von der Modulationsschaltung 112 in dem Feldsensor 1 übertragene Digitalsignal den Strom, der durch die Übertragungsleitung 5 geht. Daher wird die Leitungsspannung der Übertragungsleitung 5 geändert, so daß der Feldsensor 1 über die Demodulations­ schaltung 113 ein Signal empfangen kann, das aus dieser übertragen worden ist.

Die Demodulationsschaltung 113 weist einen Verstärker oder ein Dämpfungsglied auf, um die Größe einer Spannungsvariation zu modulieren, die in der oben beschriebenen Leitungsspannung stattgefunden hat, und zwar durch Verstärken oder Dämpfen mit einem geeigneten Verstärkungs- oder Dämpfungsgrad, in Antwort auf das Empfangspegelschaltsignal, das von der oben beschriebenen I/O-Schnittstelle 106 übertragen ist.

Das von der Übertragungs-/Empfangsschaltung 104 des so strukturierten Feldsensors 1 zu der Modulationsschaltung 112 übertragene Kommunikationssignal (im folgenden als Übertragungssignal bezeichnet) wird in dem RAM 102 in einem vorbestimmten Zeitintervall in Übereinstimmung mit einem von der MPU 101 ausgegebenen Befehl aufgezeichnet. Das Übertragungssignal durchläuft dann die Modulationsschaltung 112, den Modulator 110 und den V/I- Wandler 111, bevor es die Übertragungsleitung 5 erreicht. Das Übertragungssignal durchläuft die Übertragungsleitung 5, die Demodulationsschaltung und die Über­ tragungs-/Empfangsschaltung 104, bevor es in dem oben beschriebenen RAM 102 als ein Empfangssignal aufgezeichnet wird. Die MPU 101 vollzieht einen Vergleich zwischen den oben beschriebenen zwei Signalen, um den Übereinstimmungsgrad zu bestimmen. Die MPU 101 befiehlt dann der I/O-Schnittstelle 106, den Übertragungssignalpegel zu einer Zeit des Modulationsbetriebs zu ändern, der durch die Modulationsschaltung 112 durchgeführt wird. Das oben beschriebene Verfahren ist eingerichtet, wiederholt zu werden. Als der Übertragungssignalpegel ist eine Vielzahl von Pegeln zuvor in der Modulationsschaltung 112 eingestellt worden. Daher schaltet die I/O-Schnittstelle 106 die Vielzahl der Übertragungs­ signalpegel aufeinanderfolgend, die zuvor in der Modulatonsschaltung 112, wie oben beschrieben, eingestellt worden sind, wobei das Schalten in Übereinstimmung mit einem durch die MPU 101 ausgegebenen Befehl durchgeführt wird. Das heißt, daß der Übereinstimmungsgrad zwischen dem Übertragungssignal und dem Empfangs­ signal bei jedem der Vielzahl der Übertragungssignalpegel erfaßt wird, nachdem das oben beschriebene Schalten der aufeinanderfolgenden Übertragungssignalpegel abgeschlossen worden ist. Die MPU 101 bestimmt den Übertragungssignalpegel, der den besten Übereinstimmungsgrad anzeigt und befiehlt der I/O-Schnittstelle 106 den Übertragungssignalpegel zu behalten, der bestimmt worden ist, daß er die beste Übereinstimmung zeigt. Die I/O-Schnittstelle 106 überträgt das Übertragungs­ pegelschaltsignal zu der Modulationsschaltung 112, bis die oben beschriebene vorbestimmte Zeit vergangen ist, und ein Befehl, den nächsten Übertragungs­ signalpegel zu schalten, wird von der MPU 101 übertragen, wobei das Übertragungspegelschaltsignal zum Zwecke eines Erhaltens des befohlenen Übertragungssignalpegels übertragen wird. Als ein Ergebnis hält die Modulationsschaltung 112 den Übertragungssignalpegel auf einem Pegel, mit dem der beste Empfangszustand realisiert werden kann und moduliert das Übertragungs­ signal, um es zu dem Modulator 110 zu übertragen.

Nachfolgend wird die Struktur des höheren Empfangsinstruments 3 beschrieben werden.

Die Fig. 3A, 3B und 3C sind jeweils derart angeordnet, daß der Widerstand Ω des Lastwiderstands 30 entlang der Ordinatenachse gelesen werden sollte, während die Spannung V der externen Leistungsquelle 40 entlang der Abszissenachse gelesen werden sollte. Die so angeordneten Fig. 3A, 3B und 3C stellen den verwendbaren Bereich der Kombination des Lastwiderstands und der Leistungsversorgungsspannung in dem Fall dar, wo ein Pegel von 12 V oder höher notwendig ist, um den Feldsensor 1 zu betreiben, wobei der verwendbare Bereich durch einen schrafffier­ ten Bereich angezeigt ist. Die Fig. 3B und 3C stellen den möglichen Bereich der Kombination des Lastwiderstandes und der Leistungsversorgungsspannung in dem Fall dar, wo die Pegel des Übertragungssignals, das die Übertragungsleitung 5 durchläuft, jeweils das zweifache und 0,5fache des Pegels sind wie in dem in Fig. 3A gezeigten Fall.

Der Widerstand 30, der mit der Übertragungsleitung 5 seriell verbunden ist, kann bei der Spannung der externen Leistungsquelle 4 in Übereinstimmung mit der in Fig. 3A geeigten Beziehung benutzt werden. Deshalb kann das analoge Stromsignal, das die Übertragungsleitung 5 durchläuft, erfaßt werden, wenn die Spannung am Widerstand 30 durch den Verstärker 31 erfaßt wird. Das so erhaltene Detektionssignal wird zu dem übergeordneten System übertragen. Die Kommunikationsvorrichtung 32 ist über den Widerstand 30 angeschlosssen, wobei die kommunizierende Vorrichtung 32 aufgebaut ist, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird der Betrieb des Gesamtaufbaus des übergeordneten Empfangsinstruments 3 durch eine MPU 201 in Übereinstimmung mit der programmierten Verarbeitung in einem ROM 203 gesteuert. Wenn ein Benutzer eine Eingabevorrichtung 207 betreibt, die aus einer Taststatur u. ä. besteht, wobei jede der Tasten eine jeweilige Bedeutung hat, wird eine so eingegebene Information zu der MPU 201 über eine I/O-Schnittstelle 205 übertragen. Die MPU 201 gibt einen Befehl aus, wenn es notwendig ist, um eine Kommunikation mit einer Übertragungs-/Empfangsschaltung 204 durchzuführen, wobei die Kom­ munikation zu einem V/I-Wandler 210 über eine Modulationsschaltung 208 übertragen wird. Das von der Übertragungs-/Empfangsschaltung 204 zu der Modultionsschaltung 208 übertragene Übertragungssignal kann in einem RAM 202 gespeichert werden, ähnlich zu dem Fall des Feldsensors 1. Der V/I-Wandler 210 überträgt einen Strom zu der Übertragungsleitung 5, der dem Eingangssignal entspricht. Wenn das Ausgangssignal von der Modulationsschaltung 208 eine Rechteckwelle, eine Sinuswelle oder ähnliches mit derselben Amplitude sowohl in positiver als auch in negativer Richtung ist, bleibt der von der Kommunikations­ vorrichtung 32 übertragene Strom im wesentlichen auf gleichem Pegel, obwohl sich der Momentanwert ändert.

Das Antwortsignal, das von dem Feldsensor 1 übertragen ist, der das oben beschriebene Übertragungssignal empfangen hat, wird wie ein digitales Signal demoduliert, wenn die Änderung bei der Leitungsspannung der Übertragungsleitung 5 durch eine Demodulationsschaltung 209 erfaßt wird. Das so demodulierte Signal wird zu der MPU 201 über die Übertragungs-/Empfangsschaltung 204 übertragen.

Die MPU 201 zeigt die so übertragene Information zusammen mit in dem RAM 202 gespeicherten Daten auf einer Anzeigevorrichtung 206 über die I/O-Schnitt­ stelle 205 an. Die MPU 201, der RAM 202, die Übertragungs-/Empfangsschaltung 204, die I/O-Schnittstelle 205 und die Modulationsschaltung 208 der Kom­ munikationsvorrichtung 32 übertragen die Übertragungssignalpegel jeweils in einem vorbestimmten Zeitintervall, nachdem sie in einer Vielzahl von Schritten geändert sind und empfängt die Signale, die von dort übertragen worden sind, wobei die Signale über die Demodulationsschaltung 209 empfangen worden sind. Der Übereinstimmungsgrad des empfangenen Signals und des übertragenen Signals, wird erfaßt, so daß das Signal in den am besten geeigneten Übertragungsignalpegel moduliert wird, um es zu übertragen.

Die Demodulationsschaltung 209 speichert einen Referenzempfangssignalpegel und stellt einen Vergleich zwischen dem Empfangssignalpegel, der als die Änderung bei der Leitungsspannung der Übertragungsleitung 5 erfaßt ist, und dem oben beschriebenen Referenzempfangssignalpegel an. Wenn die Abweichung einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird je nachdem, welches Signal größer ist, ein entsprechendes Vergleichssignal an die MPU 201 über die Übertragungs-/Empfangsschaltung 204 übertragen. Die MPU 201, die das Vergleichssignal empfangen hat, gibt einen Befehl über die I/O-Schnittstelle 205 aus, um den Verstärkungsgrad oder den Dämpfungsgrad in eine Richtung zu ändern, in der die oben beschriebene Abweichung reduziert wird, wobei die Änderung in einem Bereich des Verstärkungsgrades oder des Dämpfungsgrades beschränkt ist, der in der Demodulationsschaltung 209 eingestellt ist. Die Demodulationsschaltung 209 ändert den Verstärkungsgrad oder den Dämpfungs­ grad in Übereinstimmung mit dem so empfangenen Befehl, um das Empfangssignal zu demodulieren. Das so demodulierte Empfangssignal wird als ein Digitalsignal zu der Übertragungs-/Empfangsschaltung 204 übertragen. Wenn die Kom­ munikationsvorrichtung 32 Kommunikationssignale empfängt, die von anderen Instrumenten oder Vorrichtungen übertragen sind, wird das oben beschriebene Demodulationsverfahren angewandt. In diesem Fall wird der Übertragungssignalpegel von der Modulations­ schaltung 208 auf einem konstanten Pegel gehalten. Die Einrichtung zum Ändern des Empfangssignalpegels durch Verstärken oder Dämpfen und darauffolgendes Demodulieren kann auf ähnliche Weise bei dem Feldsensor 1 angewandt werden.

Die übergeordnete Kommunikationsvorrichtung 2 ist ähnlich der Kommunikationsvor­ richtung 32 aufgebaut, die in Fig. 5 gezeigt ist, so daß ein Digitalsignal (Kommunikationssignal) durch einen elektrischen Strom übertragen wird, der die Übertragungsleitung 5 durchläuft, und das Digitalsignal wird durch die Änderung bei der Leitungsspannung der Übertragungsleitung 5 empfangen. Auch die übergeordnete Kommunikationsvorrichtung 2 kann ein Signal empfangen, das davon übertragen worden ist. Ähnlich zu dem Feldsensor 1 und der Kommunikationsvorrichtung 32 ist die übergeordnete Kom­ munikationsvorrichtung 2 ausgelegt, um den Übertragungssignalpegel auf den am besten geeigneten Pegel zu schalten, der unter einer Vielzahl der Übertragungs­ signalpegel gewählt ist, und um den Verstärkungsgrad oder den Dämpfungsgrad des Empfangssignals zu ändern, um den Pegel näher zu dem Referenzpegel zu bringen.

Wenn mindestens 12 V nötig sind, um den Feldsensor 1 bei dem oben beschriebenen Aufbau zu betreiben, wird der nutzbare Bereich für die externe Stromquelle 4 für den Feldsensor 1 und den Lastwiderstand 30 beispielsweise gemäß Fig. 3A bemessen. Der Grund für die oben beschriebene Einschränkung liegt darin, daß prinzipiell mindestens 6 bis 10 V für die Leitungsspannung der Übertragungsleitung 5 nötig sind, um den Feldsensor 1 zu betreiben, und daß der Empfangssignalpegel durch einen Wert R_L des Lastwiderstands geändert wird, und der empfangbare Pegel dadurch begrenzt ist. Wie aus dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel hevorgeht, kann der Übertragungssignalpegel und der Verstärkungs-/Dämpfungspegel des Empfangs­ signals zu einer Vielzahl von Pegeln geschaltet werden. Wenn z. B. ein Über­ tragungssignalpegel (oder ein Empfangssignalpegel), der durch einen Stromwert mA ausgedrückt ist, zweimal verstärkt wird, wird der verwendbare Bereich des Lastwiderstands 30 von dem Bereich geändert, der durch den in der Fig. 3A gezeigten schraffierten Bereich bezeichnet ist, zu dem Bereich, der ähnlich in der Fig. 3B gezeichnet ist. Die Fig. 3C stellt einen verwendbaren Bereich dar, wenn der Übertragungssignalpegel halbiert ist (oder der Empfangssignalpegel um die Hälfte gedämpft ist).

Wenn z. B. der Lastwiderstand von 300 Ω auf 200 Ω geändert wird, wird die Spannung über dem Lastwiderstand erniedrigt, die durch einen Strom ic des Übertragungssignals erzeugt wird, der zum Durchführen einer Kommunikation verwendet wird, und der einem Analogsignal (Sensorsignal) überlagert worden ist, das die physikalischen Größen anzeigt, d. h. der Pegel des Signals, das als eine Änderung der Leitungsspannung der Übertragungsleitung empfangen wird, wird erniedrigt. Das bedeutet, daß der Lastwiderstand von 200 Ω in einem in Fig. 3A gezeigten Zustand nicht mit dem schraffierten Bereich übereinstimmt, d. h. die Kombination des Lastwiderstands und der Leistungsversorgungsspannung stimmt nicht mit dem verwendbaren Bereich überein. In diesem Falle führt die MPU 101 oder die MPU 201 gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch ein zyklisches Ändern des Pegels des Übertragungssignals einen Vergleich bei dem Übereinstimmungsgrad zwischen dem Signal (des in dem RAM gespeicherten Signals), das davon übertragen worden ist, und dem Signal (das davon übertragen worden ist), das von der Übertragungs­ leitung als die Änderung bei der Leitungsspannung empfangen worden ist, durch. Als ein Ergebnis wählt die MPU 101 oder die MPU 201 den am besen geeigneten Übertragungspegel. Wenn der Wert ic (der Signalpegel) durch eine MPU über eine I/O-Schnittstelle auf einen Pegel gewählt ist, der zweimal so groß ist, wie in dem Fall, in dem der Lastwiderstand 300 Ω ist, wird der nutzbare Bereich von jenem in der Fig. 3A gezeigten zu jenem in der Fig. 3B gezeigten geändert. Es ist daher offensichtlich, daß die Kombination des Lastwiderstands 200 Ω und der Leistungsversorgungsspannung 25 V in dem nutzbaren Bereich enthalten ist.

Wie oben beschrieben ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Übertragungssignalpegel oder der Verstärkungs- und/oder Dämpfungspegel des Empfangssignals auf den am besten geeigneten Pegel geschaltet, bevor jede der Vorrichtungen betrieben wird. Daher kann ein Effekt dadurch erhalten werden, daß der nutzbare Bereich jeder der Vorrichtungen erweitert werden kann.

Weiterhin kann die Wahl des oben beschriebenen am besten geeigneten Pegels periodisch durch die Vorrichtung auf der Basis der Selbstdiagnose jeder der Vorrichtungen durchgeführt werden, oder sie kann in Antwort auf einen Befehl durchgeführt werden, der von außen eingegeben ist. Wenn der gesamte Lastwider­ stand vergrößert wird, und die Kommunikation dadurch unmöglich geworden ist, aufgrund des Hinzufügens eines beispielsweie höheren Empfangsinstruments, wählt daher jede der Vorrichtungen sofort und automatisch den am besten geeigneten Übertragungssignalpegel oder den Verstärkungs- und/oder Dämpfungspegel des Empfangssignals, und die Kommunikation kann dadurch durchgeführt werden. Als ein Ergebnis kann eine Wirkung dadurch erhalten werden, daß der Aufbau des Systems leicht geändert werden kann.

Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Übereinstimmungs­ grad des übertragenen Signals und des empfangenen Signals benutzt, um zu bestimmen, ob der Pegel des Übertragungssignals der geeignete Pegel ist oder nicht. Eine ähnliche Wirkung kann erhalten werden durch Verwendung des Pegels des empfangenen Signals. In diesem Fall wird ähnlich zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Übertragungspegel der Übertragungssignale, der von der Modulationsschaltung in Übereinstimmung mit einem von der MPU ausgegebenen Befehl übertragen wird, wann immer eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, aufeinanderfolgend in kurzer Zeit geändert. Weiterhin wird jedes der Kom­ munikationssignale der verschiedenen Übertragungspegel dem Analogsignal (Sensorsignal) überlagert, um zu der Übertragungsleitung in einer kurzen Zeit übertragen zu werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch der Übereinstimmungsgrad des übertragenen Signals und des empfangenen Signals nicht erfaßt, sondern es wird ein Vergleich zwischen den oberen und den unteren Referenzpegeln, die zuvor in der Demodulationsschaltung eingestellt worden sind, und dem Pegel des von der Übertragungsleitung empfangenen Signals durchgeführt, wobei der Vergleich durch die Demodulationsschaltung durchgeführt wird. Ein Vergleichssignal, das die Tatsache anzeigt, daß ein Signal übertragen wird, welches auch immer größer ist, wann immer der oben beschriebene Übertragungspegel in bezug auf die oberen und die unteren Referenzpegel geändert wird, wobei das so übertragene Signal durch den RAM gespeichert wird. Wenn die andauernden Übertragungspegel- Änderungen abgeschlossen worden sind, liest die MPU in dem RAM gespeicherte Daten aus, um einen Übertragungspegel zu erfassen, der dem Empfangssignal entspricht, das zwischen dem oberen Referenzpegel und dem unteren Referenzpegel enthalten ist, als den am besten geeigneten Pegel. Die MPU befiehlt daher der I/O-Schnittstelle, den oben beschriebenen am besten geeigneten Übertragungspegel beizubehalten. Die I/O-Schnittstelle überträgt einen Befehl, um den Übertragungs­ signalpegel zu der Modulationsschaltung zu schalten, um den befohlenen Übertragungssignalpegel beizubehalten, bis sie einen nächsten Befehl erhält, um den Übertragungspegel zu ändern, nachdem eine vorbestimmte Zeit vergangen ist. Als ein Ergebnis überträgt die Modulationsschaltung das Übertragungssinal des so befohlenen am besten geeigneten Pegels.

In dem Feldsensor 1 stellen die MPU 101, der RAM 102, die I/O-Schnittstelle 106, die Modulationsschaltung und die Demodulationsschaltung 113 Einrichtungen dar zum Bestimmen, ob das Übrtragungssignal (Kommunikationssignal), das dem Analogsignal (Sensorsignal) überlagert worden ist, korrekt empfangen ist oder nicht. Andererseits stellen die MPU 101, die I/O-Schnittstelle 106 und die Modulationsschaltung 112 Einrichtungen dar zum Ändern des Übertragungssignalpegels, der, wie oben beschrieben ist, dem Analogsignal überlagert ist, in Übereinstimmung mit dem Ausgang der oben beschriebenen Einrichtungen für die Bestimmung. In dem übergeordneten Empfangs­ instrument 3 und der übergeordneten Kommunikationsvorrichtung 2 stellen die MPU 201, der RAM 202, die I/O-Schnittstelle 205, die Modulationsschaltung 208 und die Demodulationsschaltung 209 Einrichtungen dar zum Bestimmen, ob das Über­ tragungssignal, das dem Analogsignal überlagert worden ist, korrekt empfangen ist oder nicht. Die MPU 201, die I/O-Schnittstelle 205 und die Modulationsschaltung 208 stellen Einrichtungen dar zum Ändern des Pegels des Übertragungssignals, das dem Analogsignal überlagert ist, in Übereinstimmung mit dem Ausgang der oben beschriebenen Einrichtungen für die Bestimmung.

Die Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist eine Struktur derart angeordnet, daß eine Vielzahl von Feldsensoren 1 vorgesehen ist, und die Ausgänge von der Vielzahl der Feldsensoren sind ohne Ausnahme Digitalsignale.

Der Unterschied von dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt darin, daß der befohlene Wert, der durch das Analogsignal in den Bereich von 4 bis 20 mA gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß diesem Ausführungsbei­ spiel durch ein Digitalsignal übertragen wird. Ein weiterer Unterschied liegt darin, daß eine Vielzahl von Feldsensoren 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist. Die anderen Operationen und die Strukturen sind dieseben wie jene gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Übertragungsleitung 5 angeordnet, um in der Form eines Busses zu sein, so daß der Feldsensor 1 bei einer optionalen Position auf der Übertragungsleitung 5 positioniert sein kann. Für gewöhnlich verbraucht jeder der Feldsensoren 1 einen vorbestimmten Strom (i₁, i₂, i₃, . . ., i_n), so daß der Strom i, der den Lastwiderstand R_L des höheren Empfangsinstruments 3 durchläuft, zu dem gesamten Wert der Ströme wird, der durch alle der Feldsensoren 1 verbraucht wird. Wenn beispielsweise die Anzahl der Feldsensoren 1 vergrößert wird, wird daher der Strom, der den Lastwiderstand R_L durchläuft, vergrößert, und die Spannung über dem Lastwiderstand R_L wird erhöht. Da der Spannungswert der externen Stromquelle 4 konstant ist, wird in diesem Zustand die Leitungsspannung der Übertragungsleitung gegensätzlich dazu erniedrigt. Die oben beschriebene Spannung muß ungefähr 6 bis 10 V sein, wie oben beschrieben ist. Wenn der Spannungspegel niedriger ist als der oben beschriebene Pegel, kann daher der Betrieb nicht durchgeführt werden. Daher muß der Wert des Lastwiderstands R_L verringert werden. Wenn der Wert des Lastwiderstands R_L verringert wird, wird die Größe des Empfangssignals proportional dazu verringert, was verursacht, daß die Kommunikationszuverlässigkeit aufgrund des S/N- Verhältnisses verschlechtert wird. Daher muß der Wert des Lastwiderstands R_L eingestellt sein, um den möglichst großen Wert innerhalb des nutzbaren Bereichs zu haben, der in den Fig. 3A bis 3C gezeigt ist.

Wenn beispielsweise das System bei einer Leistungsversorgungsspannung von 25 V, einem Lastwiderstand von 300 Ω und einem elektrischen Strom i von 0,04 A betrieben wird, wird die Spannung über dem Lastwiderstand 300 × 0,04 = 12 V. Darüber hinaus wird die Leistungsversorgungsspannung, die dem Feldsensor zugeführt wird, 25 - 12 = 13 V. Der Betrieb des Feldsensors kann daher normal durchgeführt werden. Wenn ein Feldsensor dem oben beschriebenen System hinzugefügt wird, und der elektrische Strom i auf 0,07 A erhöht wird, wird die Spannung über dem Lastwiderstand auf 300 × 0,07 = 21 V erhöht. Darüber hinaus wird die Leistungsversorgungsspannung, die jedem der Feldsensoren hinzuzufügen ist, 25 - 21 = 4 V. Der Betrieb kann daher nicht normal durchgeführt werden.

Daher wird der Lastwiderstand von 300 Ω auf 150 Ω geändert. Als ein Ergebnis wird die Spannung über dem Lastwidersand 150 × 0,07 = 10,5 V, und die Leistungsversorgungsspannung, die dem Feldsensor hinzuzufügen ist, wird 25 - 10,5 = 14,5 V. Daher kann der Betrieb des Feldsensors normal durchgeführt werden. Andererseits wird das Übertragungssignal (Kommunikationssignal), das zu der Übertragungsleitung über die Modulationsschaltung und den V/I-Wandler übertragen wird, als die Spannungs­ änderung durch die Übertragungsleitung erfaßt. Vorausgesetzt, daß der Signalpegel konstant ist, wird die Spannungsänderung, d. h. die Größe des Empfangssignals, ein halbmal so groß, wenn der Lastwiderstand von 300 Ω auf 150 Ω geändert worden ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Erniedrigen des Empfangs­ signalpegels oder ein Fehler erfaßt, der in dem Empfangssignal aufgrund des oben beschriebenen Erniedrigens aufgetreten ist, um den Übertragungssignalpegel zu erhöhen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wählt jede der Vorrichtungen automatisch den am besten geeigneten Übertragungspegel des Kommunikationssignals. Daher kann die Anzahl der Feldsensoren erhöht werden, wobei ein hoher zuverlässiger Kommunikationsstatus erhalten wird.

Gemäß dem Feldsensor-Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann das System, wie oben beschrieben ist, erweitert werden, und eine zuverlässige Kommunikation kann durchgeführt werden.

Claims (8)

1. Feldsensor-Kommunikationssystem mit mindestens einer Signalüber­ tragungsleitung (5) und mindestens einem Feldsensor (1), der Sensorsi­ gnale an mindestens eine übergeordnete Einheit (2, 3) sendet, wobei Feldsensor und übergeordnete Einheit außerdem eigene und fremde Kommunikationssignale aussenden bzw. empfangen, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldsensor (1) und/oder die übergeordnete Einheit (2, 3) jeweils mit Einrichtungen (z. B. 104) zum Empfang eines ausgesen­ deten Kommunikationssignals, mit Einrichtungen (z. B. 101) zur Überprüfung der Korrektheit des empfangenen Kommunikationssignals sowie mit Einrichtungen (z. B. 106) ausgerüstet ist, die in Abhängig­ keit vom Ergebnis der Überprüfung des Pegel des Kommunikations­ signals ändern.

2. Feldsensor-Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensorsignale Analogsignale sind und die vom Feldsensor ausgesandten Kommunikationssignale vor der Übertragung den Analogsignalen überlagert sind.

3. Feldsensor-Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Signalübertragungsleitung (5) einen Lastwiderstand (30) in Reihe enthält.

4. Feldsensor-Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Feldsensor (1) und/oder die übergeordnete Emp­ fangseinheit (3) jeweils die selbst ausgesandten Signale zwecks Über­ prüfung empfangen.

5. Feldsensor-Kommunikationssystem nach Anspruch 1 mit mindestens einer übergeordneten Kommunikationsvorrichtung (2), die ebenfalls mit der Signalübertragungsleitung (5) verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Feldsensor (1), übergeordnete Empfangseinheit (3) und übergeordnete Kommunikationsvorrichtung (2) jeweils mit Einrichtun­ gen zum Empfang der selbst ausgesandten Kommunikationssignale und zur Überprüfung der Korrektheit des empfangenen Kommunika­ tionssignals, sowie mit Einrichtungen ausgerüstet sind, die in Ab­ hängigkeit vom Ergebnis der Überprüfung den Pegel des Kommuni­ kationssignals ändern.

6. Feldsensor-Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensorsignale Digitalsignale sind.

7. Übergeordnete Empfangseinheit (3) mit Mitteln zum Empfang von Sensorsignalen und zum Aussenden/Empfang von Kommunikations­ signalen über eine Signalübertragungsleitung mit Lastwiderstand in Reihe, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Empfangsein­ richtung mit Einrichtungen (201, 202, 205, 208, 209) zur Feststellung der von ihr selbst ausgesandten Kommunikationssignale von der Signalübertragungsleitung zwecks Überprüfung der Korrektheit des Kommunikationssignals, sowie mit Einrichtungen (201, 205, 208) ausgerüstet ist, die in Abhängigkeit vom Ergebnis der Überprüfung den Pegel des Kommunikationssignals ändern.

8. Übergeordnete Kommunikationsvorrichtung (2) mit Mitteln zum Aussenden/Empfang von Kommunikationssignalen über eine Signal­ übertragungsleitung mit Lastwiderstand in Reihe, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie mit Einrichtungen zur Feststellung der von ihr selbst ausgesandten Kommunikationssignale aus der Signalübertra­ gungsleitung zwecks Überprüfung der Korrektheit des empfangenen Kommunikationssignals sowie mit Einrichtungen ausgerüstet ist, die in Abhängigkeit vom Ergebnis der Überprüfung den Pegel des Kommunikationssignals ändern.