DE69810975T2

DE69810975T2 - Intelligentes Sensorsystem mit Netzwerkbus

Info

Publication number: DE69810975T2
Application number: DE69810975T
Authority: DE
Inventors: Fernando Gen-Kuong; Nikul Kapadia; Alexis G. Karolys
Original assignee: Endevco Corp
Current assignee: Meggitt Orange County Inc
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: US6013108A; DE69810975D1; EP0866316B1; EP0866316A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Sensoren, auch als Meßwandler bekannt, werden zum Messen unterschiedlicher Arten von Phänomenen, wie z. B. Temperatur, Beschleunigung, Druck und Durchfluß verwendet, und wandeln diese Phänomene in analoge Spannungen um. Bei der Herstellung eines Großflugzeuges werden extensive Testroutinen angewendet, in welchen Hunderte oder sogar Tausende von Sensoren über das Flugzeug verteilt angewendet werden. In einer typischen Testkonfiguration ist jeder der Sensoren mit einem Datenerfassungs- und Analysesystem unter Verwendung eines individuellen Paares von Drähten verbunden, was zu sehr großen Kabelbündeln durch das Flugzeug führt. Modalanalysen und Fabrikumgebungen sind weitere Anwendungen, in welchen typischerweise eine Vielzahl verteilter Sensoren eingesetzt wird, wobei jeder Sensor individuell und getrennt mit einem Datenanalysesystem verbunden ist.
Firth et al.: "IBM System/370 Channel UNIBUS interface", IBM Technical disclosure bulletin, Vol.24, no. 12, May 1982, US, pages 6400 bis 6403, XP002067099 offenbart einen IBM System/370 Channel/UNIBUS-(einen speziellen I/O-Bus)-Wandler, welcher es ermöglicht, daß für den UNIBUS ausgelegte Peripheriegeräte mit einem S/370 Kanal verbunden werden. Die Vorrichtung besteht aus Hardware, einem Port zum Anschließen an einen S/370-Kanal und einen weiteren Port zum Verbinden mit dem UNIBUS. Ein Mikroprozessor handhabt die Schnittstellenablauffolgen und die Datenübertragungsaufbauprozeduren für jeden Anschluß. Ein Hochgeschwindigkeitsspeicher (64 KBytes) arbeitet als ein Puffer für die zwischen dem Kanal und dem UNIBUS übertragenen Daten.
FR-A-2 670 890 offenbart ein Verfahren zum Erfassen und Integrieren analoger Daten, über eine Anzahl von Meßleitungen (M&sub1;, M&sub2; ... Mn) und welches aus der gleichzeitigen und synchronen Ausführung der Integration über wiederholte Zeitperioden der von Sensoren in den Meßleitungen gelieferten von Daten und der sukzessiven Speicherung der Integrationsergebnisse in einem jedem von diesen zugeordneten Speicher am Ende der Zeitperioden besteht. Die Integration wird durch die Umwandlung jedes analogen Meßwertes in ein Impulssignals durchgeführt, dessen Frequenz proportional zu der Amplitude des Meßwertes variiert, dann durch Zählen der Impulse des Signals während jeder Zeitperiode, wobei die Anzahl, welche sich aus diesem Zählen ergibt, den integrierten Meßwert darstellt.
US-A-5 430 663 offenbart ein Mehrpunkt-Datensammelsystem, welches mehrere parallele Datenbusse verwendet, welche eine zentrale Steuerung mit adressierbaren Sensorschnittstellen verbindet, um die Verbindung jedes Sensors mit einer zentralen Steuerung über irgendeinen der Datenbusse zu ermöglichen. Ausfälle auf einem Datenbus können umgangen werden; oder mehrere Sensoren gleichzeitig in Echtzeit unter Verwendung der parallelen Datenbusse überwacht werden. Digitale Adressensignale und analoge Daten werden auf demselben Datenbus übertragen, voneinander durch die Begrenzung des Spannungsbereiches der analogen Daten auf Spannungen über der Spannung, welcher einer digitalen Null entspricht, und unter der Spannung, welcher einer digitalen Eins entspricht, unterschieden.
Herkömmliche Sensoren erfordern spezielle Kabel zu Signalaufbereitungs- und Datenerfassungsuntersystemen. Diese Sensoren weisen unterschiedliche Daten von Schnittstellen auf, und daher auch eine unterschiedliche Signalaufbereitung. Herkömmliche Sensormeßsysteme haben verschiedene Nachteile: sie erfordern einen erheblichen Aufwand an Verbindungskabeln, einen Satz pro Sensor; es ist sehr schwierig, jeden Sensor zu verfolgen und zu identifizieren; jeder Sensortyp hat eine unterschiedliche Schnittstelle und erfordert eine spezielle Art von Signalaufbereitung und Datenhandhabung; die Systemzuverlässigkeit geht proportional mit dem Aufwand an Verbindungskabeln und Verbindern nach unten; und sobald ein großes Meßsystem aufgebaut ist, ist es schwierig zu ermitteln, ob alle Sensoren korrekt arbeiten, und Probleme zu isolieren und zu lokalisieren.
Es besteht ein Bedarf nach einem System, welches eine gemeinsame Schnittstelle für eine Vielzahl von Sensortypen bereitstellt, um die Installations- und Wartungskosten zu reduzieren. Ferner besteht ein Bedarf nach einem System, welches eine netzartige Schnittstelle bereitstellt, um die Kosten und das Gewicht in Verbindung mit der Verkabelung der Sensoren zu reduzieren.
EP-A-0,450,829 offenbart ein Sensorsystem gemäß dem Oberbegriff von Ansprüch 1. Die vorliegende Erfindung ist ein Sensorsystem, welches durch die Merkmale des kennzeichnenden Abschnittes von Anspruch 1 und durch ein Kommunikationsverfahren gemäß Anspruch 7 gekennzeichnet ist.
Das intelligente Sensorsystem der vorliegenden Erfindung löst die vorstehenden Probleme, durch die Bereitstellung eines gemeinsamen Vierdraht-Kommunikationsbusses für die Verbindung der Sensoren in einem Meßsystem.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Netzanordnung intelligenter Sensoren ausgerichtet. Unterschiedliche Arten von Sensoren werden mit einem gemeinsamen Bus mit vier Drähten verbunden. Analoge und digitale Signale werden bidirektional auf dem gemeinsamen Kommunikationsbus zwischen verteilten Systemen und einer als ein Bus-Wandler-Steuermodul (BCM - Bus Converter/Controller Module) bezeichneten anwendungsspezifischen Steuerung übertragen. Die herkömmlichen analogen Sensoren werden mit dem Kommunikationsbus über als Meßwandler bezeichnete Schnittstellenmodule mit Busschnittstellenmodulen (TBIM - Transducer Bus Interface Modul) verbunden. Das TBIM stellt eine Sensoridentifikation, einen Selbsttest, Datenkorrekturfunktionen und bidirektionale digitale Kommunikation über das Netz bereit.
Ein Sensorsystem gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Vielzahl von mit einem ersten Kommunikationsverbundenen Sensoren auf. Eine mit dem ersten Kommunikationsbus verbundene Buswandlervorrichtung steuert die Sensoren und wandelt von den Sensoren auf dem ersten Kommunikationsbus empfangene Sensorsignale in ein mit einem zweiten Kommunikationsbus kompatibles Format um. Das System enthält einen mit dem zweiten Kommunikationsbus verbundenen Hauptcomputer, welcher die Buswandlervorrichtung steuert. In einer bevorzugten Ausführungsform weist jeder Sensor einen ein analoges Meßwandlersignal liefernden Meßwandler und eine mit dem Meßwandler verbundene adressierbare Meßwandlerbusschnittstellenvorrichtung auf, die so arbeitet, daß sie das analoge Meßwandlersignal aufbereitet und das aufbereitete Signal in ein digitales Signalformat zur Kommunikation mit der Buswandlervorrichtung umwandelt.
Die vorliegende Erfindung verbessert das Sensorverhalten durch die Implementation einer Datenkorrektur der Meßsignale. Jeder Sensor überträgt gesteuert von der Buswandlervorrichtung über den gemeinsamen Bus analoge oder digitale erfaßte Daten pro Zeitpunkt. Die Buswandlervorrichtung kann einen speziellen Sensor auf dem Bus adressieren, indem sie einen Adressencode sendet, welcher für jeden Sensor eindeutig ist. Das Busvorrichtungsmodul sendet digitale Befehle an die Sensoren, welche diese auffordern, in unterschiedliche Betriebszustände einzutreten. Diese Betriebsmodi umfassen Senden analoger Daten, Senden digitaler. Daten, Starten der Datenerfassung, Senden eines Identifikationscodes, Durchführen eines Selbsttests, Holen oder Programmieren von Kalibrierungskonstanten, und Durchführen einer Datenkorrektur. Der Identifikationsbefehl ermöglicht eine Meßwandleridentifikation über den Bus. Der Selbsttestbefehl startet einen internen Selbsttest des Sensors. Der Datenerfassungs- oder Auslösebefehl ermöglicht den Sensoren auf den Bus die Erfassung von Daten zu synchronisieren und eine Phasenkohärenz einzuhalten. Der Sensorselbsttest kann Techniken auf Basis der Verfahren beinhalten, welche in "Method and Apparatus for Selftesting a Tranducer System", U.S. Patent Nr. 5,220,519 und in "Method and Apparatus for Calibrating Resistance Bridge Type Transducer" U.S. Patent Nr. 5,121,064 beschrieben sind, welche beide dem Anmelder dieser Erfindung erteilt sind.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden eingehenderen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, ersichtlich, in welchem gleiche Bezugszeichen dieselben Teile durchgängig durch die verschiedenen Ansichten bezeichnen.
Fig. 1 ist eine Funktionsblockdarstellung eines herkömmlichen Datenerfassungs- und Analysesystems.
Fig. 2 ist eine schematische Blockdarstellung eines intelligenten Sensorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine schematische Blockdarstellung eines Busmeßwandler-Inlinemoduls zur Verwendung in dem System von Fig. 2.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Buswandlermoduls zur Verwendung in dem System von Fig. 2.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Eine Funktionsblockdarstellung eines typischen herkömmlichen Datenerfassungs- und Analysesystems ist in Fig. 1 dargestellt. Das System umfaßt 1 bis N analoge Meßwandler 10 unterschiedlicher Arten mit jeweils einer getrennten Kabelverbindung 8 zu einem Funktionsschnittstellenblock 12. Jeder von den unterschiedlichen Sensoren liefert ein Sensorsignal, das eine Messung unterschiedlicher Kennwerte, wie z. B. einen Spannungspegel, eine Frequenz und eine Ladung (Picocoulomb) betrifft. Der Funktionsschnittstellenblock 12 stellt verschiedene Systemfunktionen bereit, welche über mehrere Systemeinheiten verteilt sein können. Der Funktionsschnittstellenblock 12 stellt eine Standardfunktionalität, wie z. B. eine Eingangssignalsaufbereitung, eine Verstärkung, Filterung, Multiplexierung und A/D-Wandlung bereit. Ein Computer 14 steuert die Datenerfassung und Analyse der erfaßten Signale, welche von dem Funktionsschnittstellenblock 12 über mehrere Schnittstellen 8 empfangen werden.
In Fig. 2 ist nun ein intelligentes Sensorsystem 20 dargestellt, welches die Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das System 20 weist im allgemeinen mehrere Sensoren oder Meßwandler 10 auf, welche mit einem Kommunikationsbus 24 über als Meßwandler/Schnittstelle-Module (TBIM) 26 bezeichnete individuelle Schnittstellenvorrichtungen verbunden sind. Die mehreren Sensoren können auch hinsichtlich Art und Funktion variieren, wie es vorstehend unter Bezugnahme auf das herkömmliche System von Fig. 1 beschrieben wurde. Der Kommunikationsbus 24 verbindet die TBIMs mit einem als Buswandlermodul (BCM) 28 bezeichneten Vorrichtung. Das Buswandlermodul 28 führt eine Umwandlungsfunktion zwischen Signalen auf dem Kommunikationsbus 24 und einem herkömmlichen Computerbussystem 30 aus, welches das Buswandlermodul 28 mit einem Hauptcomputer 14 für die Datenerfassung und Analyse verbindet.
Der Sensorkommunikationsbus 24 weist vier Drähte auf: Energieversorgung (PWR), Analog/Digital-Eingang/Ausgang 1 (A1DIO), Analog/Digital-Eingang/Ausgang 2 (A2DIO) und Masse (GND). Die nachstehende Tabelle faßt deren Funktionen zusammen:
Das intelligente Sensorsystem 20 der vorliegenden Erfindung besitzt zwei Grundbetriebsmodi: einen digitalen Modus und einen analogen Modus. Der analoge oder digitale Modus des Spannungspegels auf der PWR-Leitung oder über einen digitalen Befehl aus dem BCM gewählt werden. In dem analogen Modus sendet ein speziell freigegebener Sensor analoge Meßsignale, welche im allgemeinen Meßparametern 1 und 2 auf den A1DIO- bzw. A2DIO-Leitungen zugeordnet sind. In einem speziellen Falle kann beispielsweise die A1DIO-Leitung Schwingungsdaten von einem Schwingungssensor führen und die A2DIO-Leitung kann Temperaturdaten führen. Weitere Meßparameter können Druck, Kraft, Beschleunigung und Durchfluß beinhalten. Die Auflistung der vorgenannten Meßparameter ist nur als Beispiel gedacht und nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung.
Der analoge Modus umfaßt einen Selbsttestmodus, in welchem einem speziellen Sensor über das BCM 28 auf der A2DIO Leitung befohlen wird, in einem Selbsttestmodus einzutreten. In dem Selbsttestmodus sendet der freigegebene Sensor ein analoges Testsignal an das BCM auf der A1DIO-Leitung zurück, welches die erforderliche Information für das BCM 28 enthält um zu ermitteln, ob der Sensor korrekt arbeitet.
In dem digitalen Betriebsmodus werden digitale Signale bidirektional zwischen dem BCM 28 und dem speziellen freigegebenen Sensor übertragen. Die digitalen Daten können abhängig von dem Betriebszustand, Sensoreinstellungs- und Zustandsinformation übertragen, oder können Sensormeßinformation übertragen. Die A2DIO-Leitung kann zum Senden eines Taktsignals aus dem BCM 28 verwendet werden, oder kann als eine Differenzleitung in Verbindung mit der A1DIO-Leitung verwendet werden, um bidirektionale Daten zu übertragen. In einem Selbsttest kann ebenfalls durch das Senden eines Testsignals auf der A2DIO-Leitung und eines digitalen Befehls an die A1DIO-Leitung eingetreten werden.
Es sei angemerkt, daß die Funktionen des TBIM 26 mit einem herkömmlichen Sensor 10 kombiniert werden können, um einem intelligenten Sensor 26 bereit zu stellen, welcher mit dem Bus 24 verbunden werden kann.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nun das TBIM 26 beschrieben. Wie vorstehend erwähnt, erlaubt das TBIM 26 herkömmlichen Meßwandlern 10 eine Verbindung mit dem allgemeinen Kommunikationsbus 24. Das TBIM 26 akzeptiert Signale aus herkömmlichen analogen Meßwandlern an den Eingängen 120, 122 und 124 und bereitet abhängig von dem Betriebsmodus die Signale entweder für ein digitales oder analoges Format auf. Das TBIM 26 enthält einen Analogsignalaufbereitungs- und Selbsttestblock 102, einen Analog/Digital-Wandler 104, ein bidirektionale digitale Schnittstelle 106, eine Energieversorgungsaufbereitung 108, einen nicht-flüchtigen Lese/Schreib-Speicher 110 und einen Temperaturmeßblock 112. Der nicht-flüchtige Lese/Schreib-Speicher 110 enthält meßwandlerspezifische Information, bevorzugt in dem Format eines elektronischen Datenblattes des Meßwandlers (TEDS - Transducer Electronic Data Sheet). Wenn digitale Daten ausgegeben werden, kann das TBIM 26 Temperaturbezogene Meßwandlerunzulänglichkeiten (Empfindlichkeit, ZMO) kompensieren, bevor die Daten durch den analogen Signalaufbereitungsblock 102 auf den Kommunikationsbus 24 gelegt werden und das aufbereitete Signal durch einen in Reihe geschalteten A/D-Wandler 104 an eine bidirektionale digitale Schnittstelle 106 gelegt wird. Wenn analoge Daten ausgegeben werden, liefert das TBIM 26 ein gepuffertes unkompensiertes (rohes) Signal 18 an den Kommunikationsbus 24. In einer speziellen Umgebung können 256 Sensoren über den Vierdraht-Kommunikationsbus 24 miteinander verbunden werden.
Das TBIM 26 wird über Befehle gesteuert, welche von den BCM 28 empfangen werden. Einige Beispiele von als Reaktion auf den Empfang eines Befehls unternommene Aktionen sind: Ausgeben eines analogen Signals, Starten einer Datenerfassung, Ausgeben von digitalen Daten, Senden eines Identifikationscodes, Durchführen eines Selbsttests und Durchführen einer Datenkorrektur. Die Phasenkohärenz von Daten zwischen den Meßwandlern 10 auf den Bus 24 wird durch das BCM 28 durch einen globalen Auslösebefehl gesteuert. Ein globaler Auslösebefehlt führt dazu, daß gleichzeitig Datenproben von den mit dem. Bus verbundenen verschiedenen Meßwandlern genommen werden.
In einem Einschaltzustand initialisiert sich das TBIM 26 in einem digitalen Hörer-Betriebsmodus. Das TBIM 26 führt einen Selbsttest seiner internen Elektronik durch und wartet bis das BCM 28 den Kommunikationsbus 24 auf der Suche nach neu installierten TBTMs 26 abfragt. Das TBIM 26 ist nicht in der Lage, über den Netzkommunikationsbus 24 zu kommunizieren, bis ihm eine Bus-ID zugewiesen ist.
Das TBIM 26 weist einen Abfrage/Programmierungs/Ausführungs-Modus auf, in welchem die nachstehenden Befehle an das TBIM gesendet werden können: 1) Führe einen Selbsttest aus. Ein Selbsttest besteht aus in situ Testtechniken und einer aktuelle Kalibrierung des Meßwandlers 10, sowie einen Test einer internen Elektronik unter Verwendung von Standardverfahren. Ein Gut/Schlecht-Code wird an das BCM 28 nach dem Abschluß des Selbsttest übertragen. 2) Schreibe TEDS. 3) Stelle automatisch den Nullpunkt der analogen Signalaufbereitungselektronik ein. 4) Versetzte das TBIM in einen kontinuierlichen Datenerfassungsmodus. 5) Versetze das TBIM in einen analogen Modus. 6) Versetze das TBIM in den Abfrage/Programmierungs/Ausführungs-Modus zurück. 7) Setze das TBIM zurück.
Das BCM 28 kann TEDS, Zustände/Fehler und digitale Daten des Meßwandlers (korrigiert oder roh) von dem TBIM 26 auslesen.
Einzelne oder alle TEDS-Informationen können aus dem nicht-flüchtigen Speicher des TBTMs 26 ausgelesen werden. Die TEDS bestehen aus der nachstehenden Standardinformation:
1. Herstelleridentifikation
2. Modellnummer
3. Revisionscode
4. Seriennummer
5. Datencode
6. Untere Bereichsgrenze
7. Obere Bereichsgrenze
8. Physikalische Einheiten
9. Aufwärmzeit
10. Meßunsicherheit
11. Signifikante Bits des Datenmodells (nimmt N-Bytes vorzeichenlose Ganzzahlen an)
12. Beschreibung/Kommentar
13. Kalibrierungstabelle
14. Prüfsumme der TEDS
Diese Information stimmt mit den TEDS-Formaten überein, welche in dem IEEE Standardentwurf P1451.2 D2.01 (17. Oktober 1996) beschrieben sind.
In dem kontinuierlichen Datenerfassungsmodus sind die Datenerfassungs- und Datenübertragungsgeschwindigkeit optimiert. Daten werden in einen durch das BCM 28 synchronisierten, kontinuierlichen Prozeß, erfaßt und übertragen. Das TBIM 26 kann digitale Daten in einem der nachstehenden Standardformate übertragen:
1. Korrigierter 12-Bit Druck
2. Korrigierte 8-Bit Temperatur
3. Nicht korrigierter 12-Bit Druck
4. Nicht korrigierte 8-Bit Temperatur
5. Korrigierter 12-Bit Druck und 8-Bit Temperatur
6. Nicht korrigierter 12-Bit Druck und 8-Bit Temperatur
Das TBIM 26 verläßt den kontinuierlichen Datenerfassungsmodus sobald es einen Befehl empfängt, entweder in dem analogen Modus oder den Abfrage/Programmierungs/Ausführungs-Modus zurück zu kehren.
In dem analogen Modus liefert das TBIM 26 analoge Signale über die symmetrischen, differentiellen, bidirektionalen digitalen Kommunikationsleitungen A1DIO, A2DIO. Nur ein TBIM 26 kann pro Zeitpunkt von dem BCM selektiert werden, um seine analogen Ausgangssignale zu liefern. Die A1DTO- und A2DIO- Leitungen auf dem Kommunikationsbus 24 kehren in den symmetrischen, differentiellen, bidirektionalen digitalen Kommunikationszustand zurück, wenn das TBIM 26 einen Befehl empfängt, zu dem kontinuierlichen Datenerfassungs- oder Abfrage/Programmierer/Ausführungs-Modus zurückzukehren.
Wenn der Kommunikationsbus 24 in einen von dem digitalen Modi versetzt ist, d. h., in den kontinuierlichen Datenerfassungs- oder den Abfrage/Programmierung/Ausführungs-Modus, nehmen die A1DIO- und A2DIO-Leitungen die Eigenschaften eines RS-485 Kommunikationsprotokoll an, welcher ein bidirektionaler symmetrierter Übertragungsleitungsstandard ist, welcher Mehrpunktverbindungen unterstützt, und die Erzeugung von Netzen und Übertragungen über erhebliche Strecken ermöglicht.
Gemäß Fig. 4 überträgt das Buswandlermodul (BCM) 28 bidirektionale digitale Kommunikationssignale zwischen den Kommunikationsbus 24 und einem Standardcomputersystembus 30, wie z. B. einem ARINC-429 Bus, IIEE 1451.2 Bus, Ethernet-Bus oder irgend einen anderen digitalen Bus. Das PCM 28 ist die bussteuernde Einrichtung bzw. der Master des Kommunikationsbusses 24 und ist in der Lage: 1) Bus-IDs den TBIMs zuzuweisen; 2) elektronische Datenblätter des Meßwandlers (TEDS) aus einem TBIM zu lesen bzw. an dieses zu schreiben; 3) das TBIM zu konfigurieren, daß es ein analoges Ausgangssignal liefert; und 4) kontinuierlich digitale Daten (roh oder korrigiert) sowohl von den primären als auch den sekundären Ausgängen aller aktivierten TBIMs zu lesen und mit einem Zeitstempel zu versehen.
Das BCM 28 weist eine mit dem Kommunikationsbus 24 verbundene Busschnittstelle 200, eine mit dem Standardcomputerbus 30 verbundene Computersystembusschnittstelle 204 und einen Buswandler 202 auf, welcher eine Übersetzung zwischen den Bussen 24, 30 bereitstellt. Die Busschnittstele 200 nimmt die Eigenschaften eines RS-485 Kommunikationsprotokolls an, wenn das BCM in digitalen Betriebsmodi arbeitet. Der Buswandler 202 wird von einem Mikroprozessor 208 gesteuert. Der Mikroprozessor 208 empfängt ein Taktsignal aus einer Echtzeittakteinrichtung 206 und speichert Information in einem Speicher 210. Eine Energieversorgung 212 liefert Energie an den BCM 28 sowie Energieversorgungs- und Massesignale an den Kommunikationsbus 24. Das BCM enthält einen analogen Ausgang 214, um auf den Kommunikationsbus 24 empfangene analoge Signale an ein externes Analysegerät zu leiten.
Der Hauptcomputer 14 (Fig. 2) kann die nachstehenden Funktionen über die Computersystembusschnittelle 204 durchführen: 1) Empfangen der Anzahl und des Typs der auf dem Kommunikationsbus 24 vorhandenen TBIMs; 2) Freigeben/Sperren jedes TBIMs auf dem Bus 24; 3) Lesen/Schreiben von TEDS; 4) Konfigurieren jedes TBIMs, daß es ein analoges Ausgangssignal liefert; 5) kontinuierlich digitale Daten (roh oder korrigiert) sowohl auf den primären als auch den sekundären analogen Ausgängen aller jedes TBIMs lesen; 6) einem Abtastplan für jedes installierte TBIM erstellen und 7) den internen Echtzeittakt 206 jedes TBIMs für Synchronisationszwecke einstellen.
Bidirektionale Kommunikation auf dem Kommunikationsbus 24 werden in einer bevorzugten Ausführungsform mit einer Geschwindigkeit von 115,2 Kbit/s durchgeführt. Das BCM 28 ist in der Lage, automatisch das Vorhandensein jedes TBIMs 26 auf dem Bus 24 beim Einschalten der Energieversorgung zu identifizieren, und sucht kontinuierlich den Kommunikationsbus 24 ab, um jedes hinzugefügte TBIM 26 zu erkennen, das den Bus nach dem Einschalten der Energieversorgung hinzugefügt wird, wenn sich das BCM nicht in den analogen oder kontinuierlichen Datenerfassungsmodus befindet. Das BCM 28 muß nicht ausgeschaltet werden, um irgendein TBIM 26 anzuschließen oder abzuklemmen. Kein dem Bus hinzugefügtes TBIM unterbricht die Erfassung von Daten. Dieses ermöglicht das Auswechseln oder Einfügen von TBIMs im eingeschalteten Zustand.
Ähnlich dem TBIM 26 weist das BCM 28 vier Betriebsmodi auf: 1) Einschalten der Energieversorgung; 2) Abfrage/Programmierung/Ausführung; 3) kontinuierliche Datenerfassung; und 4) Analogbetrieb. Das BCM 28 speichert die Einstellungen für alle Funktionen in seinem internen Speicher 210. Beim Einschalten der Energieversorgung stellt das BCM automatisch die Einstellungen des letzten Betriebs wieder her, wenn es herausfindet, daß sich die Konfiguration des Kommunikationsbusses nicht geändert hat. Das BCM 28 führt die nachstehenden Funktionen beim Einschalten der Energieversorgung durch: 1) einen Selbsttest, welcher aus einer Verifizierung des korrekten Betriebs des Programms, des Datenspeichers und des nicht-flüchtigen Speichers besteht; 2) liest die Konfiguration des Kommunikationsbusse aus, um alle mit dem Bus verbunden TBIMs zu identifizieren und um allen neu angeschlossenen TBIMs eine Busadresse oder ID zuzuweisen; 3) liest die TEDS von allen verbundenen TBIMs aus; 4) befielt allen verbundenen TBIMs die Durchführung eines Selbsttestes; 5) berichtet alle Fehler an den Hauptcomputer 14.
Das BCM 28 tritt nach dem Einschalten der Energieversorgung in den Abfrage/Programmierungs/Ausführungs-Modus ein. In diesem Modus sucht das PCM 28 kontinuierlich den Kommunikationsbus ab, um jedes dem Kommunikationsbus nach dem Einschalten der Energieversorgung hinzugefügte TBIM zu detektieren. Die nachstehenden Befehle können von dem Hauptcomputer 14 an das BCM 28 gesendet werden: 1) Führe Selbsttest durch, bestehend aus einer Verifizierung des korrekten Betriebs des Programms, des Datenspeichers und des nicht-flüchtigen Speichers; 2) Befehle jedem oder allen (global) angeschlossenen TEIMs die Durchführung eines Selbsttests; 3) Schreibe TEDS an jedes oder alle (global) angeschlossenen TBIMs; 4) Setze internen Echtzeittakt; 5) Programmiere Datenerfassungsabtastplan für jedes oder alle TBIMs; 6) Aktiviere/Deaktiviere jedes oder alle angeschlossenen TBIMs; 7) Setze analoge Signalkonditionierungselektronik automatisch bei jedem oder allen TBIMs auf Null; 8) Versetze das BCM 28 in den kontinuierlichen Datenerfassungsmodus; 9) Versetze die TBIMs in den analogen Modus; 10) Versetze das BCM in den Abfrage/Programmierungs/Ausführungs-Modus zurück; 11) Setze jedes oder alle TBIMs zurück; 12) Setze das BCM 28 zurück.
Der Hauptcomputer 14 kann die nachstehende Information aus dem BCM 28 auslesen: 1) die Konfiguration des Kommunikationsbusses, welche alle an den Bus angeschlossenen TBIMs identifiziert; 2) TEDS-Information von jedem angeschlossenen TBIM oder allen TBIMs; 3) Zustand/Fehler von jedem oder allen angeschlossenen TBIMs; 4) Datenerfassungsabtastplan für jedes oder alle angeschlossenen TBIMs; 5) einen einzelnen Datenpunkt (korrigiert oder roh) von jedem oder allen TBIMs; 6) den internen Echtzeittakt.
Wenn das BCM 28 in den kontinuierlichen Datenerfassungsmodus versetzt ist, überträgt das BCM kontinuierlich digitalen Daten von allen aktivierten TBIMs über die Computersystembusschnittstelle 204 in irgend einem der nachstehenden Formate:
1. Korrigierter 12-Bit Druck
2. Korrigierte 8-Bit Temperatur
3. Nicht korrigierter 12-Bit Druck
4. Nicht korrigierte 8-Bit Temperatur
5. Korrigierter 12-Bit Druck und 8-Bit Temperatur
6. Nicht korrigierter 12-Bit Druck und 8-Bit Temperatur
Die Daten werden gemäß dem in dem Speicher 210 des BCM 28 programmierten Abtastplan übertragen. Die Phasenkohärenz der Daten zwischen den Meßwandlern und dem Kommunikationsbus wird durch das BCM mittels eines globalen Auslösebefehls gesteuert. Ein globaler Auslösebefehl löst die Ausführung einer gleichzeitigen Datenabtastung durch die an den Bus angeschlossenen verschiedenen Meßwandler aus. Das BCM verläßt den kontinuierlichen Datenerfassungsmodus, sobald es einen Befehl empfängt, entweder in dem analogen oder dem Abfrage/Programmierungs/Ausführungs-Modus zurückzukehren.
Die symmetrischen, differentiellen, bidirektionalen digitalen Kommunikationsleitungen A1DIO und A2DIO liefern die analogen Ausgangssignale des selektierten TBIM, wenn der Kommunikationsbus 24 in den analogen Modus versetzt ist. Nur ein TBIM kann pro Zeitpunkt ausgewählt sein, um seine analogen Ausgangssignale zu liefern. Die A1DIO- und A2DIO-Leitungen kehren zudem symmetrischen, differentiellen, bidirektionalen digitalen Kommunikationszustand zurück, wenn das BCM 28 aus dem Hauptcomputer 14 einen Befehl, zu der kontinuierlichen Datenerfassung oder dem Abfrage/Programmierungs/Ausführungs- Modus zurückzukehren, empfängt.

ÄQUIVALENTE

Nachdem diese Information im Detail dargestellt und unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, dürfte es sich für den Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, daß verschiedene Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Sensorsystem, aufweisend:

einen ersten Kommunikationsbus (24);

eine Vielzahl von Sensoren (10, 40, 42), welche mit dem ersten Kommunikationsbus (24) zur Lieferung von Sensorsignalen verbunden sind; und

einen Hauptcomputer (14); und

gekennzeichnet durch:

eine Buswandlervorrichtung (28), die mit dem ersten Kommunikationsbus (24) verbunden so betreibbar, daß sie die Vielzahl von Sensoren (10) steuert, um auf dem ersten Kommunikationsbus (24) empfangene Sensorsignale in ein erstes Format umzuwandeln, das mit einem zweiten Kommunikationsbus (30) kompatibel ist;

wobei der Hauptcomputer (14) mit dem zweiten Kommunikationsbus (30) verbunden ist (30), um die Buswandlervorrichtung zu steuern; und

wobei der erste Kommunikationsbus (24) eine erste Datenleitung und eine zweite Datenleitung enthält, wobei in einem analogen Modus die erste Datenleitung ein erstes analoges Meßsignal transportiert und die zweite Datenleitung ein zweites analoges Meßsignal transportiert, und wobei in einem digitalen Modus die erste und zweite Datenleitungen bidirektionale Datensignale transportieren.

2. System nach Anspruch 1, wobei jeder Sensor (10) ein intelligenter Sensor (10) ist, welcher einen Meßwandler (10), der ein analoges Meßsignal liefert, und eine adressierbare Meßwandler-Busschnittstellenvorrichtung (26) aufweist, die mit dem Meßwandler (10) verbunden so betreibbar ist, daß sie das analoge Meßsignal aufbereitet, und das aufbereitete analoge Meßsignal in ein digitales Signalformat zur Kommunikation mit der Buswandlervorrichtung (28) umwandelt.

3. System nach Anspruch 2, wobei die adressierbare Meßwandler-Busschnittstellenvorrichtung (26) aufweist:

eine analoge Aufbereitungsvorrichtung zum Aufbereiten des analogen Meßsignals;

eine Wandlerschaltung zum Umwandeln des aufbereiteten analogen Meßsignals in ein digitales Meßsignal; und

eine Schnittstellenschaltung zum Übertragen des digitalen Meßsignals an die Buswandlervorrichtung (28) über den ersten Kommunikationsbus (24).

4. System nach Anspruch 3, wobei die Schnittstellenschaltung so betreibbar ist, daß sie Meßwandler-spezifische Informationen von der und an die Buswandlerschnittstelle (28) über den ersten Kommunikationsbus (28) empfängt und sendet.

5. System nach Anspruch 4, wobei die Meßwandler-Busschnittstellenvorrichtung (26) ferner einen Speicher zum Speichern der Meßwandler-spezifischen Information aufweist.

6. System nach Anspruch 2, wobei die Buswandlervorrichtung (28) so betreibbar ist, daß sie einen globalen Auslösebefehl an die Vielzahl von Sensoren (10) sendet, um die Sensoren (10) zu veranlassen, analoge Meßsignale von ihren entsprechenden Meßwandlern gleichzeitig zu erfassen.

7. Verfahren zur Kommunikation mit den Schritten:

a) Koppeln von Sensorsignalen aus einer Vielzahl von Sensoren (10) auf einen ersten Kommunikationsbus (24), welcher eine erste Datenleitung und eine zweite Datenleitung enthält, wobei in einem analogen Modus die erste Datenleitung ein erstes analoges Meßsignal transportiert und die zweite Datenleitung ein zweites analoges Meßsignal transportiert und wobei in einem digitalen Modus die erste und zweite Datenleitungen bidirektionale digitale Datensignale transportieren;

b) Umwandeln der auf dem ersten Kommunikationsbus (24) empfangenen Sensorsignale in einer Buswandlervorrichtung (28) in ein Format, das mit einem zweiten Kommunikationsbus (30) kompatibel ist; und

c) Verbinden eines Hauptcomputers (14) mit dem zweiten Kommunikationsbus (30) zum Steuern der Buswandlervorrichtung (28) und Empfangen der Sensorsignale.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt a) umfaßt: für jeden Sensor (10), Bereitstellen eines analogen Meßsignals, Aufbereiten des analogen Meßsignals; und Umwandeln des aufbereiteten analogen Meßsignals in ein digitales Format.

9. Verfahren nach Anspruch 7, welches ferner die Speicherung Sensor-spezifischer Information in einem Sensorspeicher (110) umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, welches ferner das Senden eines globalen Auslösebefehls an die Vielzahl von Sensoren (10) umfaßt, um die Sensoren (10) zu veranlassen, analoge Meßsignale gleichzeitig zu erfassen.