EP1471480A2 - Vorrichtung zur Erfassung oder zur Beeinflussung einer physikalischen Grösse - Google Patents

Vorrichtung zur Erfassung oder zur Beeinflussung einer physikalischen Grösse Download PDF

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EP1471480A2
EP1471480A2 EP04001422A EP04001422A EP1471480A2 EP 1471480 A2 EP1471480 A2 EP 1471480A2 EP 04001422 A EP04001422 A EP 04001422A EP 04001422 A EP04001422 A EP 04001422A EP 1471480 A2 EP1471480 A2 EP 1471480A2
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EP
European Patent Office
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sensor
actuator
adaptation
control variable
measurement signal
Prior art date
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EP04001422A
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English (en)
French (fr)
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EP1471480B1 (de
EP1471480A3 (de
Inventor
Werner Dipl.-Ing. Rüdiger
Berthold Dr. Andres
Michael Ohland
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ABB AG Germany
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ABB Patent GmbH
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Publication of EP1471480A3 publication Critical patent/EP1471480A3/de
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting or influencing a physical size and for communication with a central Process control unit, the device being an assembly with a sensor and / or Contains actuator and process electronics, according to the preamble of the claim 1.
  • Sensors are used to record a physical quantity, while actuators are used influencing a physical quantity. Sensors and actuators used for example in automation technology. Sensors take one physical quantity and convert it into an analog measurement signal, an actuator converts a control variable into another physical variable, for example into one Pressure of a pump, strength of a magnetic field or speed of a motor. The analog measurement signal emitted by the sensor becomes an interface via an interface central process control unit for processing. Because of the many the different types of sensors are also very analog measurement signals differently. In previously known process systems, the processing of Measurement signals made centrally. The analog measurement signals of the different Sensors are fed to a central processing unit.
  • Actuators convert a supplied control variable into another physical variable.
  • a control variable is fed to the actuator via an actuator of the actuator influences the physical quantity to be influenced.
  • actuators many different types, all of which require different control.
  • the adaptation to the special actuator type centrally and the adjusted analog control variable in the process field arranged arranged actuator.
  • the analog measurement signals fed to the central process control are used by an A / D converter arranged there is converted into a digital measurement signal. Both the sensor-specific adaptation and the application-specific one The measurement signals are processed centrally.
  • the sensor-specific Adaptation includes, for example, applying more sensor-specific Linearization factors, calibration factors or correction factors etc.
  • the application-specific processing includes, for example, executing a Signal processing algorithm, a standardization or filtering or a conversion of the Measurement signal using auxiliary variables, monitoring of limit value ranges, the Setting an auto range and limit monitoring functions.
  • the actuators it is also necessary for the actuators to have an interface in the process control to be arranged for each actuator.
  • the actuator-specific and also application-specific Processed control variable is converted from this interface into an analog control variable converted and transferred to the respective actuator.
  • Another disadvantage is that the management of the Properties of the sensor is made centrally in the process control.
  • the sensor or Actuator-specific data stored in the control device of the system.
  • sensor-specific data such as, for example calibration data are also very sensor-specific
  • the invention is therefore based on the object, the generic device and to further develop the method for operating the same, but also the maintenance Interchangeability of different sensors is facilitated, and the system may even can be more easily applied to a new application.
  • the invention is based on the idea that the sensor / actuator assembly is sensor or Actuator-near data storage means on which only the sensor or actuator-specific data are stored, and the processor electronics own Contains data storage means on which only the device-specific Application data are stored.
  • the sensor or actuator data are close to the sensor or actuator as individual only pertaining to the respective assembly Information data stored there and physically separated from the application and application-specific data that are stored on the processor card. That the functionality is separated so that the sensor only the sensor-specific Data that the processor card only holds the application-specific data.
  • the Adaptation and transmission device comprises at least one A / D converter, which converts the analog measurement signal into a digital measurement signal. Further in the Adaptation and transmission device for the digitized measurement signal Adapted transmission via an interface. This can be the case, for example Reinforcement to a standardized level and the integration of the digital Include measurement signal in a standardized transmission protocol.
  • a D / A converter is in the device according to the invention with an actuator module intended.
  • the digital control variable is supplied via the bus system and in the Adaptation and transmission device converted into an analog control variable. This is then fed to an actuator in the actuator module, which drives an actuator, which influences the physical quantity to be influenced.
  • This allows the Control variable via standardized bus systems from the central process control unit are transmitted and in the adaptation and transmission device to the corresponding actuator module can be adapted.
  • the adjustment and Transfer device arranged a storage device in the specific Data of the sensor or actuator module can be stored.
  • a controller arranged the digitized in a sensor module to adapt Measurement signal or in the case of an actuator module for adapting the digital control variable by means of the specific data of the sensor / actuator module from the storage device is provided.
  • the device therefore includes According to the invention, both the sensor / actuator module and the adaptation and Transmission equipment. These are preferably in a common housing integrated and have a common power supply.
  • the Adaptation and transmission device different interface formats having. This ensures that the device is in different bus systems can be involved.
  • an application-specific adaptation of the digitized measurement signal or digitized control variable is made in the central process control unit. This makes it possible to evaluate the recorded measurement signals centrally carry out without the device being burdened with complex calculations.
  • a special start control of a motor can also be used in process control be made so that in the adaptation and transmission facility at Actuator module only an adaptation to the special actuator module and Conversion into an analog control variable can be made.
  • the adaptation and transmission device with a sensor module digitized measurement signal with the stored sensor-specific data different interface devices or formats can be adapted.
  • the necessary algorithms and data in the installation of the device transmit the adaptation and transmission device so that this sensor or actuator-specific data after digitizing the measurement signal to the measurement signal or the supply of the digital control variable can be applied to the control variable can.
  • the adaptation can be, for example, calibration, linearization of the digital Measurement signal or the control variable or the use of a sensor or include actuator-specific correction factor.
  • the measurement signal can also be used in the Storage device stored comparison values are compared and thus Initial values that are outside the expected measuring range before the Transmission are discarded and transmission of the measurement signals only then takes place when the sensor has leveled itself.
  • the configuration according to the invention makes it possible for sensor or Actuator modules can be completely replaced as spare parts because the important ones Information such as manipulated variables, calibration values, linearization functions, Correction factors for pressure and temperature in the adjustment and Transmission device are stored. Thanks to the module-specific Storage in the device according to the invention is not an adaptation of the Sensor modules required in the process field. The application-specific data can be changed in the process control unit. The hardware expenditure for the device was kept low and still a standardized transmission allows.
  • the task is also carried out with a procedure for adapting and transferring recorded physical quantities or to adapt transmitted ones Control variables for influencing physical variables solved, in which one physical quantity recorded by a sensor module and into an analog one Measurement signal is converted and digitized close to the sensor and sensor-specific adapted and adapted for transmission via different interfaces or in which a control variable supplied via a bus system by means of an actuator stored actuator-specific data adapted to an actuator module and in one analog control variable is converted, which is fed to an actuator of an actuator module that influences the physical variable depending on the control variable.
  • the devices 10, 30 are shown which are connected to a bus system 18 Process control unit 16 are connected.
  • the device 10 comprises a Sensor module 12 and an adaptation and transmission device 14.
  • an A / D converter 142 is arranged in the Adaptation and transmission device 14.
  • a storage device 148 and a controller 144 are also arranged.
  • the Device 10 is connected to bus system 18 via an interface 146.
  • the device 30 comprises an actuator module 32, which here is used, for example, as a motor is executed.
  • the actuator module 32 has an adaptation and transmission device 34 coupled.
  • This adaptation and transmission device 34 comprises a D / A conversion 342, furthermore the same components (Storage device 348, controller 344 and interface 346) included as in the Device 10 with the sensor module 12.
  • Both devices 10, 30 are connected to the central via the bus system 18 Process control unit 16 connected.
  • This process control unit 16 includes one Processor 20 and interface cards 24 and 22 for connecting devices 10, 30 to the process control unit 16.
  • the sensor module 12 picks up a physical variable and converts it into one analog measurement signal.
  • This analog measurement signal becomes the A / D conversion 142 supplied, in which it is converted into a digital measurement signal.
  • This digital Measurement signal is preprocessed in controller 144. For example, it is sent to a Transmission protocol for transmission via the interface 146 and the bus system 18 adjusted.
  • the storage device 148 contains sensor-specific data.
  • the Controller 144 outputs the digital preprocessed measurement signal to interface 146 further. Controller 144 can also control the conversion accuracy of the A / D converter influence.
  • the sensor-specific data in the storage device 148 can, for example, sensor-specific linearization factors of a Infrared sensor, calibration functions and response factors all in one Flame ionization detector, pressure correction factors of paramagnetic Oxygen sensors, cross sensitivity correction factors for accompanying gases, Filling gas concentrations of calibration cells or decade voltages of one Include zirconia sensors. All data that is sensor-specific can be found in the Storage device 148 can be stored. So before the transfer perform preprocessing for the process control unit 16. Further can in the Storage device 148 sensor-specific maintenance information, for example Operating hours counter, lamp intensity, rotational speeds of filter wheels, Drifts of sensitivities and offset values can be saved.
  • a device according to the invention can be simply inserted into a via the digital interface existing standardized bus system can be integrated. To do this, only the sensor-specific data set in the adaptation and transmission device and saved.
  • the application-specific functionality is on the interface card 22 or 24 in the process control unit 16 realized. Because the digitized preprocessed Measurement signal can be easily transmitted via the bus system 18 can in the Process control unit 16, where much higher computing and storage power for Is available, the processing of the measurement signal can be made.
  • the measurement range and auto range are defined, Signal processing algorithms processed, auxiliary variables calculated, Cross sensitivity corrections applied by multiple digital sensors, Limit value monitoring functions and sequence controls for automatic Calibrations according to the specified number of operating hours and the storage of Value changes carried out over longer periods of time.
  • the device 30 becomes a digital one via the bus system 18 Tax quantity supplied. This is in the adaptation and transmission unit 34 controller 344 and storage device 348 to the specific Adjusted actuator module. On the one hand, it is converted from D / A converter 342 to a analog control variable converted. On the other hand, in the Embodiment, for example, engine-specific parameters on the digital Control variable applied or the control variable is an actuator-specific offset value added.
  • the processor 20 thus only contains its own storage means application-specific data are stored. These only concern the operating mode or the evaluation as such.
  • Application data and sensor or actuator data are therefore physically different from one another Cut.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10, 30) zur Erfassung oder Beeinflussung einer physikalischen Größe und zur Kommunikation mit einer zentralen Prozesssteuereinheit, wobei die Vorrichtung eine Baugruppe mit Sensor und/oder Aktor sowie eine Prozesselektronik enthält, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1. Um hierbei eine Vorrichtung und ein Verfahren der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, dass die Wartung aber auch die Austauschbarkeit verschiedener Sensoren erleichert wird, und das System ggfs sogar leichter auf einen neuen Anwendungsfall appliziert werden kann, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Sensor/Aktor-Baugruppe sensor-bzw aktornahe Datenspeichermittel enthält auf dem lediglich die sensor- bzw aktorspezifischen Daten abgespeichert sind, und die Prozessorelektronik eigene Datenspeichermittel enthält, auf denen lediglich die gerätespezifischen Applikationsdaten gespeichert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung oder Beeinflussung einer physikalischen Größe und zur Kommunikation mit einer zentralen Prozesssteuereinheit, wobei die Vorrichtung eine Baugruppe mit Sensor und/oder Aktor sowie eine Prozesselektronik enthält, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Sensoren dienen der Aufnahme einer physikalischen Größe, hingegen dienen Aktoren der Beeinflussung einer physikalischen Größe. Sensoren und Aktoren werden beispielsweise in der Automatisierungstechnik eingesetzt. Sensoren nehmen eine physikalische Größe auf und formen diese in ein analoges Messsignals um, ein Aktor wandelt eine Steuergröße in eine andere physikalische Größe um, bspw. in einen Druck einer Pumpe, Stärke eines Magnetfeldes oder eine Drehzahl eines Motors. Das vom Sensor abgegebene analoge Messsignal wird über eine Schnittstelle zu einer zentralen Prozesssteuereinheit zur Verarbeitung übertragen. Aufgrund der vielen unterschiedlichen Arten von Sensoren sind die analogen Messsignale auch sehr unterschiedlich. In bisher bekannten Prozesssystemen wird die Verarbeitung der Messsignale zentral vorgenommen. Die analogen Messsignale der unterschiedlichen Sensoren werden einer zentralen Verarbeitungseinheit zugeführt.
Aktoren wandeln eine zugeführte Steuergröße in eine andere physikalische Größe um. Dabei wird dem Aktor eine Steuergröße zugeführt, die über ein Stellglied des Aktors die zu beeinflussende physikalische Größe beeinflusst. Auch bei Aktoren gibt es sehr viele unterschiedliche Arten, die alle einer unterschiedlichen Ansteuerung bedürfen. Auch hier ist es bisher nur bekannt, die Anpassung an die spezielle Aktorart zentral vorzunehmen und die angepasste analoge Steuergröße dem im Prozessfeld angeordneten Aktor zuzuführen.
Die der zentralen Prozessteuerung zugeführten analogen Messsignale werden von einem dort angeordneten A/D-Umwandler in ein digitales Messsignal umgewandelt. Sowohl die sensorspezifische Anpassung, als auch die applikationsspezifische Bearbeitung der Messsignale wird zentral vorgenommen. Die sensorspezifische Anpassung umfasst beispielsweise das Anwenden sensorspezifischer Linearisierungsfaktoren, Kalibrierungsfaktoren oder von Korrekturfaktoren etc.
Die applikationsspezifische Bearbeitung umfasst beispielsweise ein Ausführen eines Signalverarbeitungsalgorithmus, eine Normung oder Filterung oder ein Umrechnen des Messsignals mittels Hilfsgrößen, eine Überwachung von Grenzwertbereichen, das Einstellen eines Autorange und Grenzwertüberwachungsfunktionen.
Ebenso ist es für die Aktoren erforderlich, in der Prozesssteuerung eine Schnittstelle für jeden Aktor anzuordnen. Die aktorspezifisch und auch applikationsspezifisch bearbeitete Steuergröße wird von dieser Schnittstelle in eine analoge Steuergröße gewandelt und zu dem jeweiligen Aktor übertragen.
Die Übertragung analoger Signale ist sehr aufwendig und schlecht zu standardisieren. Die bisher bekannten Schnittstellen zur Umwandlung der analog aufgenommenen Messsignale in digitale Messsignale sind sensorspezifisch, so dass sich neue Sensoren nur mit erheblichem Aufwand in ein derartiges System einfügen lassen. Der Aufwand einen neuen Sensor über eine Schnittstelle an die zentrale Prozesssteuerung anzupassen ist erheblich. Für Aktoren gilt ähnliches.
Bisher ist es deshalb nur möglich, den kompletten Sensor bzw. Aktor mit Schnittstelle auszutauschen oder den Sensor bzw. Aktor aufwendig an die Schnittstelle zur Prozesssteuerung anzupassen.
Weiter ist nachteilig, dass nach der sensorspezifischen Einbindung die Verwaltung der Eigenschaften des Sensors zentral in der Prozesssteuerung vorgenommen wird.
In bekannten Analyse- oder Sensoreinrichtungen werden die Sensor- oder Aktorspezifischen Daten in der Steuereinrichtung des Systems abgelegt. Beim Konzept der Vereinheitlichung einer Verarbeitungselektronik für verschiedene Sensoren ist dies eher hinderlich, weil sensorspezifische Daten, wie beispielsweise auch Kalibrierdaten sehr sensorindividuell sind
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren zum Betrieb desselben weiterzubilden, dass die Wartung aber auch die Austauschbarkeit verschiedener Sensoren erleichert wird, und das System ggfs sogar leichter auf einen neuen Anwendungsfall appliziert werden kann.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf eine Vorrichtung erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die jeweils rückbezogenen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen wieder.
Im Hinblick auf ein Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 20 gelöst. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist in dem abhängigen Anspruch 21 angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Sensor/Aktor-Baugruppe sensor-bzw aktornahe Datenspeichermittel enthält auf dem lediglich die sensor- bzw aktorspezifischen Daten abgespeichert sind, und die Prozessorelektronik eigene Datenspeichermittel enthält, auf denen lediglich die gerätespezifischen Applikationsdaten gespeichert sind. Dadurch werden sensor-/aktorspezifische Daten physisch von den Prozessorspezifischen Daten getrennt. Die Sensor- oder Aktordaten werden sensor- oder aktornah als individuelle nur die jeweilige Baugruppe betreffende Informationsdaten dort abgespeichert und physisch getrennt von den applikations- und anwendungsspezifischen Daten die auf der Prozessorkarte abgespeichert werden. D.h. die Funktionalität ist so getrennt, dass der Sensor nur die sensorspezifischen Daten, die Przessorkarte nur die appliaktionsspezifischen Daten hält.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Sensormodul ist dazu neben dem Sensormodul noch eine Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung angeordnet. Die Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung umfasst wenigstens einen A/D-Umwandler, der das analoge Messsignal in ein digitales Messsignal umwandelt. Weiter wird in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung das digitalisierte Messsignal zur Übertragung über eine Schnittstelle angepasst. Dies kann beispielsweise die Verstärkung auf einen standardisierten Pegel und die Einbindung des digitalen Messsignals in ein standardisiertes Übertragungsprotokoll umfassen.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Aktormodul ist ein D/A-Umwandler vorgesehen. Die digitale Steuergröße wird über das Bussystem zugeführt und in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung in eine analoge Steuergröße umgewandelt. Diese wird dann im Aktormodul einem Stellgerät zugeführt, der ein Stellglied antreibt, welches die zu beeinflussende physikalische Größe beeinflusst. Dadurch kann die Steuergröße über standardisierte Bussysteme von der zentralen Prozessteuereinheit übertragen werden und in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung an das entsprechende Aktormodul angepasst werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung eine Speichervorrichtung angeordnet, in der spezifische Daten des Sensor- bzw. Aktormoduls speicherbar sind. Weiter ist ein Controller angeordnet, der bei einem Sensormodul zur Anpassung des digitalisierten Messsignals bzw. bei einem Aktormodul zur Anpassung der digitalen Steuergröße mittels der spezifischen Daten des Sensor-/Aktormoduls aus der Speichervorrichtung vorgesehen ist. Dadurch erreicht man, dass eine Vorverarbeitung bereits in der Nähe des Sensor- bzw. Aktormoduls vorgenommen werden kann. Somit können erfindungsgemäße Vorrichtungen einfach an bestehende Bussysteme angeschlossen werden, ohne dass es erforderlich ist, eine Schnittstelle zu entwickeln, die speziell an dieses Sensor-/Aktormodul angepasst ist. Die Vorrichtung umfasst daher erfindungsgemäß sowohl das Sensor-/Aktormodul als auch die Anpassungs- und Übertragungseinrichtung. Diese sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse integriert und weisen eine gemeinsame Stromversorgung auf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anpassungs- und Übertragungseinrichtung unterschiedliche Schnittstellenformate aufweist. Somit wird gewährleistet, dass die Vorrichtung in verschiedene Bussysteme eingebunden werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine applikationsspezifische Anpassung des digitalisierten Messsignals oder der digitalisierten Steuergröße in der zentralen Prozesssteuereinheit vorgenommen wird. Dadurch lassen sich Auswertungen der aufgenommenen Messsignale zentral vornehmen, ohne dass die Vorrichtung mit aufwendigen Berechnungen belastet wird. Ebenso kann eine besondere Anlaufsteuerung eines Motors in der Prozessteuerung vorgenommen werden, so dass in der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung beim Aktormodul nur noch eine Anpassung an das spezielle Aktormodul und die Umwandlung in eine analoge Steuergröße vorgenommen werden.
In der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung kann bei einem Sensormodul das digitalisierte Messsignal mit den gespeicherten sensorspezifischen Daten an unterschiedliche Schnittstelleneinrichtungen bzw. -formate angepasst werden. Dies gewährleistet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung durch entsprechende Programmierung des Controllers bzw. Speicherung der entsprechenden Protokolldaten über unterschiedliche Schnittstellenformate oder Protokolle eingebunden werden kann. Dazu werden beim Einbau der Vorrichtung die erforderlichen Algorithmen und Daten in die Anpassungs- und Übertragungseinrichtung übertragen, so dass diese sensor- bzw. aktorspezifischen Daten nach der Digitalisierung des Messsignals auf das Messsignal oder der Zuführung der digitalen Steuergröße auf die Steuergröße angewendet werden können.
Die Anpassung kann beispielsweise eine Kalibrierung, Linearisierung des digitalen Messsignals oder der Steuergröße oder die Anwendung eines sensor- bzw. aktorspezifischen Korrekturfaktors umfassen. Weiter kann das Messsignal mit in der Speichervorrichtung gespeicherten Vergleichswerten verglichen werden und somit Anfangswerte, die außerhalb des erwarteten Messbereichs liegen, vor der Übertragung verworfen werden und eine Übertragung der Messsignale erst dann erfolgt, wenn der Sensor sich eingepegelt hat.
Weiter können in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung wartungsrelevante Daten des Sensor/Aktormoduls aufgenommen, gespeichert und zur Prozesssteuereinheit übertragen werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird es ermöglicht, dass Sensor- oder Aktormodule komplett als Ersatzteile ausgetauscht werden können, da die wichtigen Informationen, wie Stellgrößen, Kalibrierwerte, Linearisierungsfunktionen, Korrekturfaktoren für Druck und Temperatur in der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung gespeichert sind. Durch die baugruppenspezifische Speicherung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist keine Anpassung der Sensormodule im Prozessfeld erforderlich. Die applikationsspezifischen Daten können in der Prozesssteuereinheit verändert werden. Somit wird der Hardwareaufwand für die Vorrichtung niedrig gehalten und trotzdem eine standardisierte Übertragung ermöglicht.
Die Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zur Anpassung und Übertragung von aufgenommenen physikalischen Größen oder zur Anpassung von übertragenen Steuergrößen zur Beeinflussung von physikalischen Größen gelöst, bei dem eine physikalische Größe von einem Sensormodul aufgenommen und in ein analoges Messsignal umgeformt wird und sensornah digitalisiert und sensorspezifisch angepasst und zur Übertragung über unterschiedliche Schnittstellen angepasst wird bzw. bei dem eine über ein Bussystem zugeführte Steuergröße aktornah mittels gespeicherter aktorspezifischer Daten an ein Aktormodul angepasst und in einer analoge Steuergröße gewandelt wird, die einem Stellglied eines Aktormoduls zugeführt wird, das in Abhängigkeit der Steuergröße die physikalische Größe beeinflusst.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung in schematische Weise dargestellt ist. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren Anschluss an eine Prozesssteuereinheit.
Dargestellt sind die Vorrichtungen 10, 30, die über ein Bussystem 18 an eine Prozesssteuereinheit 16 angeschlossen sind. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Sensormodul 12 und eine Anpassungs- und Übertragungseinrichtung 14. In der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung 14 ist ein A/D-Umwandler 142 angeordnet. Weiter sind eine Speichervorrichtung 148 und ein Controller 144 angeordnet. Die Vorrichtung 10 ist über eine Schnittstelle 146 mit dem Bussystem 18 verbunden.
Die Vorrichtung 30 umfasst ein Aktormodul 32, welches hier beispielsweise als Motor ausgeführt ist. Das Aktormodul 32 ist mit einer Anpassungs- und Übertragungseinrichtung 34 gekoppelt. Diese Anpassungs- und Übertragungseinrichtung 34 umfasst eine D/A-Umwandlung 342, des weiteren sind die gleichen Komponenten (Speichervorrichtung 348, Controller 344 und Schnittstelle 346) enthalten, wie bei der Vorrichtung 10 mit dem Sensormodul 12.
Beide Vorrichtungen 10, 30 sind über das Bussystem 18 mit der zentralen Prozesssteuereinheit 16 verbunden. Diese Prozesssteuereinheit 16 umfasst einen Prozessor 20 und Schnittstellenkarten 24 und 22 zur Anbindung der Vorrichtungen 10, 30 an die Prozesssteuereinheit 16.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtungen 10, 30 in Zusammenhang mit der Prozesssteuerung 16 beschrieben.
Das Sensormodul 12 nimmt eine physikalische Größe auf und wandelt diese in ein analoges Messsignal um. Dieses analoge Messsignal wird der A/D-Umwandlung 142 zugeführt, in der es in ein digitales Messsignal umgewandelt wird. Dieses digitale Messsignal wird im Controller 144 vorverarbeitet. Beispielsweise wird es an ein Übertragungsprotokoll zur Übertragung über die Schnittstelle 146 und das Bussystem 18 angepasst. Die Speichervorrichtung 148 enthält sensorspezifische Daten. Der Controller 144 gibt das digitale vorverarbeitete Messsignal an die Schnittstelle 146 weiter. Der Controller 144 kann auch die Umwandlungsgenauigkeit des A/D-Umwandler beeinflussen. Die sensorspezifische Daten in der Speichervorrichtung 148 können beispielsweise sensorspezifische Linearisierungsfaktoren eines Infrarotsensors, Kalibrierfunktionen und Responsefaktoren eines Flammenionisationsdetektors, Druckkorrekturfaktoren von paramagnetischen Sauerstoffsensoren, Querempfindlichkeitskorrekturfaktoren für Begleitgase, Füllgaskonzentrationen von Kalibrierküvetten oder Dekadenspannungen eines Zirkonoxidsensors umfassen. Alle Daten die sensorspezifisch sind, können in der Speichervorrichtung 148 abgespeichert werden. Somit lässt sich vor der Übertragung zur Prozessteuereinheit 16 eine Vorverarbeitung vornehmen. Weiter können in der Speichervorrichtung 148 sensorspezifische Wartungsinformationen, beispielsweise Betriebsstundenzähler, Lampenintensität, Drehgeschwindigkeiten von Filterrädern, Driften von Empfindlichkeiten und Offsetwerten abgespeichert werden.
Über die digitale Schnittstelle kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung einfach in ein bestehendes standardisiertes Bussystem eingebunden werden. Dazu müssen nur die sensorspezifischen Daten in der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung eingestellt und gespeichert werden.
Die applikationsspezifische Funktionalität ist auf der Schnittstellenkarte 22 oder 24 in der Prozesssteuereinheit 16 realisiert. Da sich das digitalisierte vorverarbeitete Messsignal einfach über das Bussystem 18 übertragen lässt, kann in der Prozesssteuereinheit 16, wo wesentlich höhere Rechen- und Speicherleistung zur Verfügung steht, die Verarbeitung des Messsignals vorgenommen werden. Hier werden beispielsweise Messbereichsumfänge und Autorange festgelegt, Signalverarbeitungsalgorithmen abgearbeitet, Hilfsgrößen verrechnet, Querempfindlichkeitskorrekturen von mehreren digitalen Sensoren angewendet, Grenzwertüberwachungsfunktionen und Ablaufsteuerungen für automatische Kalibrierungen nach vorgegebener Betriebsstundenanzahl und die Speicherung von Werteverläufen über längere Zeiträume durchgeführt.
Bei einem Aktormodul 32 wird der Vorrichtung 30 über das Bussystem 18 eine digitale Steuergröße zugeführt. Diese wird in der Anpassungs- und Übertragungseinheit 34 mittels des Controllers 344 und der Speichervorrichtung 348 an das spezifische Aktormodul angepasst. Es wird einerseits von dem D/A-Umwandler 342 in eine analoge Steuergröße umgewandelt. Andererseits werden im dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise motorspezifische Kenngrößen auf die digitale Steuergröße angewendet oder der Steuergröße wird ein aktorspezifischer Offsetwert hinzugefügt.
Wichtig ist hierbei wiederum dass es sensor- und aktornahe 148 und 348 gibt, auf denen ausschließlich sensor- oder aktorspezifische Daten abgelegt sind. Diese sind dort und nicht im Prozessor oder Speicher des Prozessors abgelegt.
Der Prozessor 20 enthält somit eigene Speichermittel auf denen jedoch nur anwendungs- also applikationsspezifische Daten abgelegt sind. Diese betreffen nur den Betriebsmodus oder die die Auswertung als solche.
Applikationsdaten und Sensor- bzw Aktordaten sind somit physisch voneinander getrennt.
Bezugszeichenliste
10
Vorrichtung
12
Sensormodul
14
Anpassungs- und Übertragungseinrichtung für Sensormodul 12
16
Prozessteuereinheit
18
Bussystem
20
Prozessor
22
Schnittstellenkarten für Sensormodul 12
24
Schnittstellenkarten für Aktormodul 32
30
erfindungsgemäße Vorrichtung
32
Aktormodul
34
Anpassungs- und Übertragungseinrichtung für Aktormodul 32
142
A/D-Umwandler für Sensormodul 12
144
Controller für Sensormodul 12
146
Schnittstelle für Sensormodul 12
148
Speichervorrichtung für Sensormodul 12
342
D/A-Umwandler für Aktormodul 32
344
Controller für Aktormodul 32
346
Schnittstelle für Aktormodul 32
348
Speichervorrichtung für Aktormodul 32

Claims (21)

  1. Vorrichtung (10, 30) zur Erfassung oder Beeinflussung einer physikalischen Größe und zur Kommunikation mit einer zentralen Prozesssteuereinheit, wobei die Vorrichtung eine Baugruppe mit Sensor und/oder Aktor sowie eine Prozesselektronik enthält,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor/Aktor-Baugruppe sensor-bzw aktornahe Datenspeichermittel enthält auf dem lediglich die sensor- bzw aktorspezifischen Daten abgespeichert sind, und die Prozessorelektronik eigene Datenspeichermittel enthält, auf denen lediglich die gerätespezifischen Applikationsdaten gespeichert sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung oder zur Beeinflussung einer physikalischen Größe und zur Kommunikation die Sensor/Aktor-Baugruppe mit einer zentralen, über ein Bussystem (18) verbundenen Prozesselektronik (16) verbunden ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (10) eine erfasste physikalische Größe von einer Anpassungs- und Übertragungseinrichtung (14) digitalisierbar und über eine digitale Schnittstelle (146) übertragbar ist, bzw. der Vorrichtung (30) eine digitale Steuergröße über die Schnittstelle (346) zuführbar ist und in der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung (34) an das Aktormodul (32) anpassbar ist und in eine analoge Steuergröße wandelbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Sensormodul (12) in der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung (14) wenigstens ein A/D-Umwandler (142) angeordnet ist, dem das analoge Messsignal zuführbar ist und der eine Digitalisierung des Messsignals vornimmt und bei dem das digitale Messsignal über eine Schnittstelle (146) dem Bussystem (18) zuführbar ist.
  5. Vorrichtung nach nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Aktormodul (32) in der Anpassungs- und Übertragungseinrichtung (34) ein D/A-Umwandler (342) angeordnet ist, dem eine über eine Schnittstelle (346) zugeführte digitale Steuergröße zur Umwandlung in die analoge Steuergröße zuführbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14, 34) eine Speichervorrichtung (348, 148) angeordnet ist, in der spezifische Daten des Sensor- bzw. Aktormoduls (12, 32) speicherbar sind und in der ein Controller (144, 344) angeordnet ist, der bei einem Sensormodul (12) zur Anpassung des digitalisierten Messsignals bzw. bei einem Aktormodul (32) zur Anpassung der digitalen Steuergröße mittels der spezifischen Daten des Sensor-/Aktormoduls (12, 32) aus der Speichervorrichtung (348, 148) vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das die Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14, 34) mit der digitalen Schnittstelle (146, 346) in direkter Umgebung des Sensor- bzw. Aktormoduls (12, 32) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor- bzw. Aktormodul (12, 32) mit der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14, 34) in einem Gehäuse integriert sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor- bzw. Aktormodul (12, 32) und die Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14, 34) eine gemeinsame Stromversorgung aufweisen.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10, 30) mehrere unterschiedliche Schnittstelleneinrichtungen (146, 346) zur Verbindung mit unterschiedlichen Bussystemen (18) oder zur Benutzung unterschiedlicher Protokolle und/oder externen Bedien- und Steuergeräten aufweist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14, 34) eine sensor-/aktormodulspezifische Anpassung des digitalisierten Messsignals bzw. der digitalisierten Steuergröße erreichbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine applikationsspezifische Anpassung des digitalisierten Messsignals oder der digitalisierten Steuergröße in der zentralen Prozesssteuereinheit (16) vornehmbar ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Sensormodul (12) das digitalisierte Messsignal mittels in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14) gespeicherter sensorspezifischer Daten an unterschiedliche Schnittstelleneinrichtungen (146) anpassbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Aktormodul (32) die über eine Schnittstelle (346) zugeführte digitale Steuergröße in der Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (34) mittels der gespeicherten aktorspezifischen Daten an unterschiedliche Aktormodule anpassbar ist.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung des digitalisierten Messsignals oder der digitalen Steuergröße mittels der sensor-/aktormodulspezifischen Anpassung vorgesehen ist.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Linearisierung des digitalisierten Messsignals oder der digitalen Steuergröße mittels der sensor-/aktormodulspezifischen Anpassung vorgesehen ist.
  17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass auf das digitalisierte Messsignal oder die digitale Steuergröße eine sensor-/aktormodulspezifischen Anpassung mittels eines Korrekturfaktors anwendbar ist.
  18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das digitalisierte Messsignal oder die digitale Steuergröße mit in der Speichervorrichtung (148, 348) gespeicherten Vergleichswerten vergleichbar sind.
  19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungs- und Übertragungsvorrichtung (14, 34) wartungsrelevante Daten des Sensor/Aktormoduls (12, 32) aufnimmt, speichert und zur Prozesssteuereinheit (16) überträgt.
  20. Verfahren zum Betrieb eines Analysesystemes,
    bei welchem der in einem sensornahen/aktornahen Speicher individuelle spezifische Sensor- bzw Aktordaten abgelegt sind, und in einer prozessornahen Speicher oder auf einer Prozessorkarte die Applikationsund Funktionsdaten des Gesamtsystemes abgelegt sind, derart, dass Sensor/Aktordaten physisch von den Applikationdaten des Systems physisch getrennt gespeichert werden.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem eine physikalische Größe von einem Sensormodul (12) aufgenommen und in ein analoges Messsignal umgeformt wird und sensornah digitalisiert und sensorspezifisch angepasst und zur Übertragung über unterschiedliche Schnittstellen angepasst wird bzw. bei dem eine über ein Bussystem (18) zugeführte Steuergröße mittels gespeicherter aktorspezifischer Daten an ein Aktormodul (32) angepasst und in einer analoge Steuergröße gewandelt wird, die einem Stellglied eines Aktormoduls (32) zugeführt wird, das in Abhängigkeit der Steuergröße die physikalische Größe beeinflusst.
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