WO2012139646A1 - Verfahren zum zeitgleichen übermitteln von digitalen prozesswerten, auswertungseinheit zur verwendung in einem solchen verfahren und automatisierungsgerät mit einer solchen auswertungseinheit - Google Patents

Verfahren zum zeitgleichen übermitteln von digitalen prozesswerten, auswertungseinheit zur verwendung in einem solchen verfahren und automatisierungsgerät mit einer solchen auswertungseinheit Download PDF

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WO2012139646A1
WO2012139646A1 PCT/EP2011/055858 EP2011055858W WO2012139646A1 WO 2012139646 A1 WO2012139646 A1 WO 2012139646A1 EP 2011055858 W EP2011055858 W EP 2011055858W WO 2012139646 A1 WO2012139646 A1 WO 2012139646A1
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bus
evaluation unit
transducers
values
modulation
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Jochen Balduf
Mathias Maurmaier
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/4026—Bus for use in automation systems

Definitions

  • the invention relates to a method for the simultaneous transmission of digital process values.
  • Such a method involves several field devices as transmitters and at least one receiver.
  • the receiver is referred to here and below as an evaluation unit.
  • the He ⁇ invention also relates to such an evaluation unit for use in a method for simultaneous, additive transmitting digital process values.
  • NRZ unipolar NRZ signal transmission
  • the evaluation unit takes into account that this is a matter of communication nodes on the bus or part of a programmable controller connected to the bus, which is in the programmable controller of the communication nodes on the bus ⁇ .
  • the invention finally also relates to an automation device with such an evaluation unit.
  • the value of a process variable is determined in certain applications by a simultaneous measurement at several points.
  • An example of this is the weighing technique, in which the weight of an object to be measured rests on several load cells only for a short period of time and / or a short measuring interval is required. In such situations, the quick and simultaneous capture of all readings to determine the correct weight is important. So far, such load cells are equipped with an analog 4 to 2 OmA interface and connected in parallel to the same input of a weighing ⁇ electronics. In this special operating mode, all load cells simultaneously transfer their measured value in the form of a current between 4 and 20mA. The total flow is formed by the sum of the partial flows. This is measured by the weighing electronics and can then be converted into a total weight.
  • the analog 4 to 2 OmA interface is, however, to ⁇ Referring replaced by digital field bus systems via which the individual measuring points are integrated into the automation system.
  • digital transmission on conventional fieldbus systems where only time-shifted data transmission is possible, summation, as described above for the parallel connection of several 4 to 20mA outputs to a 4 to 20mA input, is not possible.
  • the data of the individual measuring points must be transmitted sequentially, ie offset in time. On the one hand, this leads to an increase in the time required for the acquisition of all measured values, since, in the case of several measuring points, a plurality of individual values must be transmitted one after the other in order to determine a total value.
  • multiplexing methods For the simultaneous transmission of digital signals, basically so-called multiplexing methods come into consideration. In digital fieldbus communication such methods, ie z. As so-called multiple access methods, such as FDMA (frequency-division multiple access) not in use. Regardless of the coding or modulation, digital data is always transmitted sequentially in existing fieldbus systems. Examples include TDMA (Time Division Multiple Access) and Request & Response. Simultaneous transmission of several digital signals is not possible. However, this would be desirable, especially for the above-described application of the weighing technique.
  • FDMA frequency-division multiple access
  • an object of the present invention is to provide a method for the simultaneous transmission of digital data, in particular digital process values.
  • the evaluation unit compares a value of the modulation variable resulting from the process values given on the bus, ie in particular one Value of the bus voltage, or a value of a change in the modulation size with a number of thresholds matched to the number of connected transducers. For each threshold, the evaluation unit determines a bit pattern. Finally, the evaluation unit adds the resulting bit pattern according to the number of transducers.
  • the advantage of the invention is that a digital transmission of the process values is possible via the bus.
  • This is advantageous in view of the fact that measured value pickups are more and more often integrated into an automation system via a digital bus, via which, for example, B. also a parameterization and the like of the transducers can be done. Consequently, the transducers supply their process values in digital form to a respective interrogating unit, e.g. B. an automation device.
  • a sequential transmission of one process value each from one transducer and then a transmission of further process values from other transducers was required. The fact that the same of several transducers in the communication system, ie, for. B.
  • the modulation size can be evaluated on the basis of a plurality of thresholds.
  • the number of threshold values is matched to the number of connected ⁇ measured value pickup, at least the number of simultaneously process values imaging transducer on the bus, so that for each simultaneously transmitting transducer
  • Threshold is set.
  • the evaluation unit can determine a bit pattern for each threshold value on the basis of the modulation variable and add up the bit patterns resulting in accordance with the number of transducers or the number of threshold values.
  • the addition of bit patterns then gives the sum of the individual process values, so that the addition represents a measure of the respective plurality of simultaneously transmitted process values and in particular the sum of the simultaneously transmitted process values.
  • the method and its embodiments are suitable for. B. when used in weighing.
  • load cell three load cells each have a measured value of a currently recorded weight on the bus as a digital process value.
  • the load cells / measurement ⁇ value sensors are connected in parallel to the bus. As modulation size, the bus current is used.
  • three threshold values are provided on the evaluation unit side. Based on these three threshold values, the Off ⁇ valuation unit determines three bits ⁇ pattern using the additive influenced by the given process values to the bus bus current. These three bit patterns are added by the evaluation unit, z. B.
  • the advantage of the invention lies not only in the continuous digital signal and / or data transmission from or to the respective transducer but also in the fact that the transmission and thus also the detection of the process values takes place simultaneously and thus saves time compared to an otherwise necessary sequential processing of digital measured values. This is particularly advantageous if z. B. in the weighing technique on a conveyor belt or the like material or objects are transported and thus they are only in a dependent of the transport speed time window in the range of the load cells. In the simultaneous processing of the process values possible on the basis of the approach according to the invention, the transport speed can correspondingly be significantly higher than this would be possible with a sequential transmission of the process values.
  • an evaluation unit with means for use in the process as herein or below, said means including a bus interface, a receiver, and an adder, wherein the evaluation unit via the bus scarf ⁇ tung to a bus,
  • a bus with unipolar NRZ signal transmission can be connected, wherein by the receiver on the basis of the modulation size of the transducer or a change in the modulation size of the transducer for each threshold, a bit pattern is determined and by the adder resulting in accordance with the number of thresholds bit pattern by addition can be combined.
  • each measuring sensor signal is its digital process value in response to the Jerusalemssens- to the bus
  • a central delivery of an appropriate signal a synchronicity the process ⁇ ensured on the bus, so that based on the respective thresholds a direct derivation of the respective bit pattern ⁇ and immediate addition of the resulting Bit pattern is possible.
  • Other possibilities for ensuring such a synchronous transmission of the process values are, in particular, synchronous clocks or identical time bases for all communication participants, at least the measuring transducers respectively provided for simultaneous transmission.
  • this aspect of the method proposed here z. B. also be implemented in software or in software and hardware, so that there are simple conditions in terms of maintenance, Mo ⁇ d Intervention, parameterization and the like.
  • the addition of the successive resulting bit patterns can begin immediately upon receipt of the process values on the evaluation unit side.
  • the bit patterns are, of course, still incomplete at the time when the first bit of each process value is received, however, the addition can be performed immediately for each bit received, so that the addition result is immediately available as soon as the last is added to each process value Bit was received. This also means a further gain of time as opposed to one Solution that would require buffering of the bit patterns for a transmission starting with the most significant bit, and the addition could not begin until all of the process values were fully received.
  • the above-mentioned object is also achieved with an automation ⁇ s istshunt with an evaluation unit as described here and after ⁇ following.
  • the automation device may include the evaluation unit as a separate function module.
  • the functionality of the evaluation unit can be implemented in hardware or in software.
  • the invention thus also relates to a corresponding computer program ⁇ with computer-executable program code instructions and a storage medium having such a
  • FIG 2 is a superposition of a bus voltage at the same time transmitted via a bus digital process values
  • FIG. 8 shows a bus voltage resulting from the superimposition according to FIG. 7 with several for evaluating the
  • FIG. 9 shows an illustration of individual bit patterns resulting from the evaluation of the bus voltage according to FIG. 8 and the underlying bit patterns
  • Process values and a result of addition of the process values on the one hand, and the bit pattern on the other hand, ⁇ , Figure 10 is a discharged from an evaluation unit process values request signal to guarantee a simultaneous transmission of process data via the bus and
  • the automation system comprises an automation device 10 with an evaluation unit 12.
  • the automation device 10 or its evaluation unit 12 is connected via a bus interface 14 to a bus 16, in particular a field bus.
  • the bus 16 is z.
  • To the bus 16, 18 three load cells are connected as another communication ⁇ participants in the example shown here as a transducer.
  • the transducers 18 are of the technical Prozes ⁇ ses, namely a conveyor belt 20, associated with, be moved on the items 22 or material a partial section, wherein during the movement of the weight is detected on the conveyor belt 20 in a portion of the conveyor belt 20 via the transducer 18 ,
  • This weight detection can z. B. for quality control, for separating the transported with the conveyor belt 20 objects 22, etc. can be used.
  • a relevant process value is applied to the bus 16 as the weight measured value.
  • the process values are simultaneously transferred to the bus as digital process values.
  • the given on the bus 16 digital process values additively influence a modulation stroke and thus a total resulting at the bus 16 bus voltage.
  • a bus voltage U over the time t is plotted for clarity in FIG. Shown is a situation in which a measured value sensor 18 outputs process values to the bus 16 from a point in time denoted by t1. This results in a first modulation 26, which reduces the bus voltage U, starting from its nominal voltage 24. From a point of time designated t2, a second measured value also begins. receiver 18 to give digital process values on the bus 16. The result is a second modulation 28, which adds the first modulation 26 additively and the bus voltage U, starting from their rated voltage 24 further reduced.
  • a method for impressing digital process values on a modulation variable such as the bus current or the bus voltage is z.
  • a modulation variable such as the bus current or the bus voltage
  • PCT / EP2011 / 055833 has been proposed to the inventors Hammer and Hauschulz, whose disclosure content with respect to the data transmission on the bus and the influence of the bus voltage by the transmitted data is hereby deemed to be included in this application.
  • FIGS. 3, 4 and 5 represent by way of example in each case digital process values 30, 32 and 34, respectively, such as three measured value sensors 18 in the example shown here
  • FIG. 6 shows, for the purpose of illustration, a representation of all three digital process values from FIGS. 3, 4 and 5 with the same time base t.
  • FIG 7 shows the result of an additive superposition of all three digital process values 30, 32, 34 and thus caused additive Beeinflus ⁇ solution the voltage across the bus 16 (bus voltage U).
  • the bus voltage is thus an example of a modulation size of the transducers 18.
  • FIG. 8 is essentially a repetition of the representation from FIG. 7. Additionally, three threshold values 36, 38, 40 are shown, wherein the number of threshold values 36, 38, 40 results here on the basis of the number of connected transducers 18 (FIG. With more than three connected primary here the bus voltage U, correspondingly more threshold values for evaluating the modulation size, it ⁇ conducive.
  • the threshold values 36, 38, 40 are equidistant from here, which is based on the assumption that each measured value pickup 18 ⁇ influ- enced with its given to the bus 16 digital process value 30, 32, 34, the bus voltage in the same way. If exceptions exist here exceptionally, this should be taken into account with a corresponding distance between the threshold values 36, 38, 40.
  • FIG. 9 shows an evaluation of each of these evaluations on the basis of the threshold values 36, 38, 40 on the right side of the matrix Threshold 36, 38, 40 resulting bit pattern 42, 44, 46.
  • a first bit pattern 42 "111101110” belongs to the uppermost drawn in Figure 8 first threshold 36.
  • a second bit pattern 44 "110101000” belongs to the drawn in Figure 8 in the middle second threshold 38 and a third bit ⁇ pattern 46 "000 001 000" is one according to in FIG 8 to ⁇ bottom plotted third threshold value 40.
  • this bit patterns 42, 44, are compared with 46 in the illustration in FIG 9, the underlying process values 30, 32, 34 (See also FIG 3, FIG 4 and FIG 5.) It can be seen that the by
  • bit patterns 42, 44, 46 differ from the originally given to the bus digital process values 30, 32, 34.
  • the bit patterns 42, 44, 46 are, however, evaluation unit from the initial 12 (FIG 1) is added, the addition for each bit is a bit addition with carry, and the respective carry optionally Darge ⁇ represents by a superscript, small "1” , so that the result of addition is binary "010111001". This corresponds to the value "013A" in hexadecimal form, as is shown below the addition result in binary representation in the representation in FIG. 9.
  • FIGS. 2 to 9 are based on the fact that the process values 30, 32, 34 are in the form of a fixed-point number, z. B. as an unsigned integer data type, with its least significant bit, the so-called least significant bit (LSB), are first given to the bus 16. This has the effect that immediately upon receipt of the first bit all at once on the Bus 16 given process values 30, 32, 34 with the addition can be started as shown in FIG 9.
  • LSB least significant bit
  • the illustration in FIG 10 again repeated individual Aspek ⁇ te from the illustration in FIG 1 and illustrates that in order to ensure simultaneous transmission of process values 30, 32, 34 via the bus 16, the evaluation unit 12 z. B.
  • a process value request signal 48 to the bus 16, which receive all transducers 18 and due to which each transducer 18 its process value 30, 32, 34 on the bus 16 is.
  • This ensures the synchronous chronicity of the process values 30, 32, 34 which allows the direct addition of the products to the evaluation of the modulation amount on the basis of the threshold values 36, 38, 40 bits ⁇ pattern 42, 44, 46 on the bus 16.
  • the evaluation unit 12 includes z. B. a known, not shown
  • the process value request signal 48 may in particular a single signal or a sent out to request process values data packet be.
  • FIG. 11 shows, in greatly simplified form, an embodiment of the evaluation unit 12, as described, for example, in US Pat. B. as part of an automation device 10 (FIG 1) can be pre ⁇ seen.
  • the evaluation unit 12 is the bus ⁇ connection downstream 14 and the bus interface 14 to the evaluation unit 12, the bus 16 embossed modulation size (the bus current I, or the bus voltage U) supplied (see. Also the illustrations in Figures 2 to 8, and there in each case over the time t as a modulation size on ⁇ carried bus voltage U).
  • the evaluation unit 12 compares the Ge on the bus 16 ⁇ discontinued process values 30, 32, 34, so that (here the bus voltage U) by this additively influenced modulation size, matched with the number of the connected transducer 18 (FIG 1) number of threshold values 36, 38, 40.
  • a comparator 50 is shown in each case for comparison of the modulation variable, each with a threshold value 36, 38, 40.
  • the comparators 50 together form a receiver 52.
  • the bit patterns 42, 44, 46 are then supplied to an adder 54 as an example of a possible implementation of an addition functionality and at an output 56 of the adder 54 results in the He ⁇ result of the superposition of the bit patterns 42, 44, 46 as shown in FIG 9 on the right side shown.
  • the functionality of the adder 54 may be implemented in software, hardware and / or firmware.
  • the functionality of the adder 54 can also be part of another functional unit in a manner known per se, and the representation of the adder 54 in the form of a separate functional block in the schematic representation in FIG. 11 is expressly not indicative of a need for an adder 54 in the form to understand a separate electronic component.
  • comparators 50 also exporting ⁇ tion occurs with an analog-digital converter into account, which converts each current bus voltage U to an equivalent digital value and the numerical value also numerically predetermined threshold values 36 , 38, 40 can be compared in a manner known per se. Then, as shown in FIG. 11, the bit patterns 42, 44, 46 result which, after an addition, lead to the result shown on the right-hand side in FIG.
  • the comparators 50 or the A / D converter are examples of Means for detecting the value of the modulation quantity, here the bus voltage.
  • the proposed transmission method has two main physical limits, namely, first the maximum ⁇ permeable total current on the bus and then a minimum bus voltage. If the sensors 18 connected to the bus 16 are supplied with energy via the bus 16, the minimum bus voltage results from the minimum voltage of the transducers 18 required for the operation. If the energy supply of the transducers 18 does not occur via the bus voltage, then a minimum is also produced Voltage, which is required for the proper functionality of the evaluation ⁇ unit 12 upstream receiver stage. As a rule, the minimum bus voltage should be above 0 volts.
  • synchronization measures are additionally or alternatively likewise possible.
  • the transmission method presented here is particularly favorable for situations with three to four connected transducers 18, which normally fully covers the scenario assumed by the weighing technique as an example.
  • such evaluation ⁇ unit 12 in which or in which the evaluation unit 12 given the bus 16 process values 30, 32, 34 on the basis of the modulation size with a matched to the number of connected transducers 18 number of thresholds 36, 38, 40 compares the evaluation unit 12 to hand ⁇ the modulation size for each threshold 36, 38, 40 a bit pattern of 42, 44, 46 and determines the evaluation unit 12 adds up corresponding to the number of transducers resulting bit patterns 42, 44, 46.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zeitgleichen Übermitteln von digitalen Prozesswerten (30, 32, 34) durch eine Mehrzahl von Messwertaufnehmern (18) an eine Auswertungseinheit (12) über einen Bus (16), wobei die von den Messwertaufnehmern (18) auf den Bus (16) gegebenen Prozesswerte (30, 32, 34) additiv eine Modulationsgrösse der Messwertaufnehmer (18) beeinflussen, und eine nach dem Verfahren arbeitende Vorrichtung, also z. B. eine solche Auswertungseinheit (12), bei dem bzw. bei der die Auswertungseinheit (12) die auf den Bus (16) gegebenen Prozesswerte (30, 32, 34) anhand der Modulationsgrösse mit einer auf die Anzahl der angeschlossenen Messwertaufnehmer (18) abgestimmten Anzahl von Schwellwerten (36, 38, 40) vergleicht, die Auswertungseinheit (12) anhand der Modulationsgrösse für jeden Schwellwert (36, 38, 40) ein Bitmuster (42, 44, 46) ermittelt und die Auswertungseinheit (12) die sich entsprechend der Anzahl der Messwertaufnehmer (18) ergebenden Bitmuster (42, 44, 46) addiert.

Description

Beschreibung
Verfahren zum zeitgleichen Übermitteln von digitalen Prozesswerten, Auswertungseinheit zur Verwendung in einem solchen Verfahren und Automatisierungsgerät mit einer solchen Aus¬ wertungseinheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zeitgleichen Übermitteln von digitalen Prozesswerten. An einem solchen Ver- fahren sind mehrere Feldgeräte als Sender und mindestens ein Empfänger beteiligt. Der Empfänger wird hier und im Folgenden als Auswertungseinheit bezeichnet. Damit betrifft die Er¬ findung auch eine solche Auswertungseinheit zur Verwendung in einem Verfahren zum zeitgleichen, additiven Übermitteln von digitalen Prozesswerten. Die Übermittlung der digitalen Prozesswerte erfolgt über ein digitales Kommunikationssystem, insbesondere ein Bussystem mit so genannter unipolarer NRZ- Signalübertragung (NRZ = non-return-to-zero) . Jedes Feldgerät und die Auswertungseinheit sind an den Bus angeschlossen. Hinsichtlich der Auswertungseinheit kommt in Betracht, dass diese selbst Kommunikationsteilnehmer am Bus oder Bestandteil eines am Bus angeschlossenen Automatisierungsgerätes ist, wo¬ bei das Automatisierungsgerät der Kommunikationsteilnehmer am Bus ist. Insoweit betrifft die Erfindung schließlich auch ein Automatisierungsgerät mit einer solchen Auswertungseinheit.
Herkömmliche Messwertaufnehmer als Beispiele für Feldgeräte in der industriellen Automatisierungstechnik werden zumeist über eine analoge 4 bis 2 OmA-Schnittstelle in das jeweilige Automatisierungssystem eingebunden. Neben der hohen Betriebsbewährung hat diese Schnittstelle den Vorteil, dass bei ent¬ sprechender Auslegung mehrere Feldgeräte oder Messwertaufnehmer parallel an einen Eingang der übergeordneten Auswertungseinheit angeschlossen werden können. Legen nun mehrere paral- lel angeschlossene Feldgeräte ihr jeweiliges Ausgangssignal gleichzeitig an, ergibt sich am Eingang der Auswertungs¬ einheit ein Gesamtstrom, welcher der Summe der Ausgangsströme der einzelnen Feldgeräte entspricht. Sofern ein proportiona- ler Zusammenhang zwischen den Ausgangsströmen der Feldgeräte und den gemessenen Prozesswerten besteht, entspricht der bei der Auswertungseinheit eintreffende Gesamtstrom der Summe der von den einzelnen Feldgeräten jeweils gemessenen Werte für die Prozessgröße.
Bei der industriellen Automatisierung technischer Prozesse wird bei bestimmten Anwendungsfällen der Wert einer Prozessgröße durch eine gleichzeitige Messung an mehreren Stellen ermittelt. Als Beispiel sei hier die Wägetechnik genannt, bei der das Gewicht eines zu messenden Objektes auf mehreren Wägezellen nur für eine kurze Zeitspanne ruht und/oder ein kurzes Messintervall erforderlich ist. In solchen Situationen ist die schnelle und zeitgleiche Erfassung aller Messwerte zur Bestimmung des korrekten Gewichtes wichtig. Bisher sind solche Wägezellen mit einer analogen 4 bis 2 OmA-Schnittstelle ausgestattet und parallel an den gleichen Eingang einer Wäge¬ elektronik angeschlossen. In dieser speziellen Betriebsart übertragen alle Wägezellen gleichzeitig ihren Messwert in Form eines Stroms zwischen 4 und 20mA. Der Gesamtstrom wird durch die Summe der Teilströme gebildet. Dieser wird durch die Wägeelektronik gemessen und kann anschließend in ein Gesamtgewicht umgerechnet werden. Die analoge 4 bis 2 OmA-Schnittstelle wird allerdings zu¬ nehmend durch digitale Feldbussysteme ersetzt, über welche die einzelnen Messstellen in das Automatisierungssystem eingebunden sind. Bei der digitalen Übertragung auf herkömmlichen Feldbussystemen, bei der nur das zeitlich versetzte Übertragen der Daten möglich ist, ist eine Summenbildung, wie oben für den parallelen Anschluss mehrerer 4 bis 20mA-Aus- gänge an einem 4 bis 20mA-Eingang beschrieben, nicht möglich. Die Daten der einzelnen Messstellen müssen sequentiell, d. h. zeitlich versetzt, übertragen werden. Dies führt zum einen zu einer Erhöhung der für die Erfassung sämtlicher Messwerte benötigten Zeit, da bei mehreren Messstellen entsprechend mehrere Einzelwerte nacheinander übertragen werden müssen, um einen Gesamtwert zu bestimmen. Zudem wird ein erhöhter Auf- wand zur zeitlichen Synchronisation der Messstellen und der nachfolgenden Signalverarbeitung zur Bestimmung des zeitlich korrelierten Gesamtwertes aus den einzelnen Messwerten erforderlich .
Zum zeitgleichen Übertragen digitaler Signale kommen grundsätzlich so genannte Multiplexverfahren in Betracht. In der digitalen Feldbuskommunikation sind solche Verfahren, also z. B. so genannte Multiple Access Verfahren, wie FDMA (Fre- quency-Division Multiple Access) nicht gebräuchlich. Unabhängig von der Kodierung oder Modulation werden in bestehenden Feldbussystemen digitale Daten stets sequentiell übertragen. Beispiele dafür sind TDMA (Time-Division Multiple Access) sowie Request & Response. Eine gleichzeitige Über- tragung mehrerer digitaler Signale ist nicht möglich. Gerade für den oben beschriebenen Anwendungsfall der Wägetechnik wäre dies jedoch wünschenswert.
Entsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum zeitgleichen Übermitteln von digitalen Daten, insbesondere digitalen Prozesswerten anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem Verfahren zum zeit- gleichen Übermitteln von digitalen Prozesswerten durch eine Mehrzahl von Messwertaufnehmern über ein digitales Kommunikationssystem, insbesondere ein Bussystem oder einen Bus mit unipolarer NRZ-Signalübertragung, an eine Auswertungseinheit insbesondere Folgendes vorgesehen: Die von den Messwert- aufnehmern in das Kommunikationssystem bzw. auf den Bus gegebenen Prozesswerte beeinflussen additiv eine Modulations¬ größe der Messwertaufnehmer, z. B. einen Strom oder eine Spannung, insbesondere eine Busspannung, wobei im Folgenden ohne Verzicht auf die weitergehende Allgemeingültigkeit an- stelle von Kommunikations-/Bussystem/Bus häufig kurz nur der Begriff Bus verwendet wird. Die Auswertungseinheit vergleicht einen sich auf Grund der auf den Bus gegebenen Prozesswerte ergebenden Wert der Modulationsgröße, insbesondere also einen Wert der Busspannung, oder einen Wert einer Änderung der Modulationsgröße mit einer auf die Anzahl der angeschlossenen Messwertaufnehmer abgestimmten Anzahl von Schwellwerten. Für jeden Schwellwert ermittelt die Auswertungseinheit ein Bit- muster. Schließlich addiert die Auswertungseinheit die sich entsprechend der Anzahl der Messwertaufnehmer ergebenden Bitmuster .
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass über den Bus eine digitale Übermittlung der Prozesswerte möglich ist. Dies ist vorteilhaft angesichts der Tatsache, dass Messwert¬ aufnehmer immer häufiger in ein Automatisierungssystem über einen digitalen Bus eingebunden sind, über den z. B. auch eine Parametrierung und dergleichen der Messwertaufnehmer erfolgen kann. Folglich liefern die Messwertaufnehmer ihre Prozesswerte in digitaler Form an eine jeweils abfragende Einheit, z. B. ein Automatisierungsgerät. Bisher war dafür - wie oben skizziert - bei mehreren Messwertaufnehmern eine sequentielle Übertragung jeweils eines Prozesswertes von einem Messwertaufnehmer und anschließend eine Übertragung weiterer Prozesswerte von weiteren Messwertaufnehmern erforderlich. Dadurch, dass die von mehreren Messwertaufnehmern gleichzeitig in das Kommunikationssystem, also z. B. auf den Bus, gegebenen Prozesswerte additiv eine Modulationsgröße, insbesondere je nach Modulationsverfahren und Anschaltung der Messwertaufnehmer an den Bus einen Busstrom bzw. eine Busspannung, beeinflussen, z. B. den Modulationshub vergrößern, lässt sich die Modulationsgröße unter Zugrundelegung einer Mehrzahl von Schwellwerten auswerten. Die Anzahl der Schwell- werte ist dabei auf die Anzahl der angeschlossenen Messwert¬ aufnehmer, zumindest die Anzahl der gleichzeitig Prozesswerte auf den Bus gebenden Messwertaufnehmer, abgestimmt, so dass für jeden gleichzeitig sendenden Messwertaufnehmer ein
Schwellwert angesetzt wird. Die Auswertungseinheit kann auf dieser Basis anhand der Modulationsgröße für jeden Schwell¬ wert ein Bitmuster ermitteln und die sich entsprechend der Anzahl der Messwertaufnehmer bzw. der Anzahl der Schwellwerte ergebenden Bitmuster addieren. Die Addition der Bitmuster ergibt sodann die Summe der einzelnen Prozesswerte, so dass die Addition ein Maß für die jeweilige Mehrzahl der gleichzeitig übertragenen Prozesswerte und insbesondere die Summe der gleichzeitig übertragenen Prozesswerte darstellt.
Das Verfahren und seine Ausgestaltungen eignen sich z. B. bei einer Verwendung in der Wägetechnik. Exemplarisch sei dafür angenommen, dass als Messwertaufnehmer drei Wägezellen als digitalen Prozesswert jeweils einen Messwert eines aktuell erfassten Gewichtes auf den Bus geben. Die Wägezellen/Mess¬ wertaufnehmer sind parallel an den Bus angeschlossen. Als Modulationsgröße wird der Busstrom genutzt. Angesichts der gleichzeitig sendenden drei Wägezellen/Messwertaufnehmer sind auf Seiten der Auswertungseinheit drei Schwellwerte vorge- sehen. Anhand dieser drei Schwellwerte ermittelt die Aus¬ wertungseinheit anhand des additiv durch die auf den Bus gegebenen Prozesswerte beeinflussten Busstromes drei Bit¬ muster. Diese drei Bitmuster werden durch die Auswertungseinheit addiert, z. B. bitweise mit einem so genannten Halb- oder Volladdierer, und das Ergebnis der Addition entspricht der Summe der von den Wägezellen/Messwertaufnehmern auf den Bus gegebenen Prozesswerte/Messwerte, also dem im jeweiligen Messzeitpunkt oder Messintervall erfassten Gesamtgewicht. Der Vorteil der Erfindung liegt neben der durchgängigen digitalen Signal- und/oder Datenübertragung vom oder zum jeweiligen Messwertaufnehmer auch darin, dass die Übertragung und somit auch die Erfassung der Prozesswerte gleichzeitig erfolgt und sich damit eine Zeitersparnis gegenüber einer sonst notwendigen sequentiellen Verarbeitung digitaler Messwerte ergibt. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn z. B. in der Wägetechnik über ein Förderband oder dergleichen Material oder Gegenstände transportiert werden und sich diese damit nur in einem von der Transportgeschwindigkeit abhängi- gen Zeitfenster im Bereich der Wägezellen befinden. Bei der auf Grund des Ansatzes gemäß der Erfindung möglichen gleichzeitigen Verarbeitung der Prozesswerte kann die Transportgeschwindigkeit entsprechend deutlich höher sein, als dies bei einer sequentiellen Übermittlung der Prozesswerte möglich wäre .
Die oben genannte Aufgabe wird ebenfalls mit einer Auswer- tungseinheit mit Mitteln zur Verwendung in dem Verfahren wie hier oder nachfolgend beschrieben gelöst, wobei die Mittel eine Busanschaltung, einen Empfänger und einen Addierer umfassen, wobei die Auswertungseinheit über die Busanschal¬ tung an einen Bus, insbesondere einen Bus mit unipolarer NRZ- Signalübertragung, anschließbar ist, wobei durch den Empfänger anhand der Modulationsgröße der Messwertaufnehmer oder einer Änderung der Modulationsgröße der Messwertaufnehmer für jeden Schwellwert ein Bitmuster ermittelbar ist und durch den Addierer die sich entsprechend der Anzahl der Schwellwerte ergebenden Bitmuster durch Addition kombinierbar sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspru- ches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist. Wenn die Auswertungseinheit an eine Mehrzahl von über den Bus erreichbaren Messwertaufnehmern ein Prozesswerteanforderungs- signal abgibt und jeder Messwertaufnehmer seinen digitalen Prozesswert als Antwort auf das Prozesswerteanforderungs- signal auf den Bus gibt, ist durch eine zentrale Abgabe eines dafür vorgesehenen Signals eine Synchronizität der Prozess¬ werte am Bus gewährleistet, so dass anhand der jeweiligen Schwellwerte eine unmittelbare Ableitung der jeweiligen Bit¬ muster und eine unmittelbare Addition der sich ergebenden Bitmuster möglich ist. Andere Möglichkeiten zur Gewährleistung einer solchen synchronen Übermittlung der Prozesswerte sind insbesondere synchrone Uhren oder gleiche Zeitbasen bei allen Kommunikationsteilnehmern, zumindest den jeweils zum gleichzeitigen Senden vorgesehenen Messwertaufnehmern.
Wenn der Vergleich der Modulationsgröße, d. h. des Busstromes bzw. der Busspannung, oder einer Änderung der Modulationsgröße mit einer der auf die Anzahl der angeschlossenen Messwertaufnehmer abgestimmten Anzahl von Schwellwerten mit jeweils einem Komparator für jeden Schwellwert erfolgt, ergeben sich auf Seiten der Auswertungseinheit vergleichsweise ein¬ fache Verhältnisse für eine schaltungstechnische Realisierung dieses Aspektes des hier vorgeschlagenen Verfahrens.
Wenn der Vergleich der Modulationsgröße, d. h. des Busstromes bzw. der Busspannung, oder einer Änderung der Modulationsgröße mit einer auf die Anzahl der angeschlossenen Messwertaufnehmer abgestimmten Anzahl von Schwellwerten mit einem Analog-Digital-Wandler und einem Vergleich eines Ausgangs des Analog-Digital-Wandlers mit jedem Schwellwert erfolgt, kann dieser Aspekt des hier vorgeschlagenen Verfahrens z. B. auch in Software oder in Soft- und Hardware implementiert sein, so dass sich einfache Verhältnisse im Hinblick auf Wartung, Mo¬ difikation, Parametrierung und dergleichen ergeben.
Wenn die Messwertaufnehmer die digitalen Prozesswerte insbesondere als Festkommazahl mit dem niederwertigsten Bit voran auf den Bus geben, kann unmittelbar mit dem Empfang der Prozesswerte auf Seiten der Auswertungseinheit die Addition der sich sukzessive ergebenden Bitmuster beginnen. Die Bitmuster sind zu dem Zeitpunkt, wenn für jeden Prozesswert dessen erstes Bit empfangen ist, selbstverständlich zunächst noch unvollständig, dennoch kann für das jeweils empfangene Bit die Addition unmittelbar durchgeführt werden, so dass das Additionsergebnis unmittelbar zur Verfügung steht, sobald zu jedem Prozesswert das letzte Bit empfangen wurde. Auch dies bedeutet einen nochmaligen Zeitgewinn im Gegensatz zu einer Lösung, bei der bei einer mit dem höchstwertigen Bit beginnenden Übertragung eine Zwischenspeicherung der Bitmuster erforderlich wäre und die Addition erst beginnen könnte, wenn die Prozesswerte sämtlich vollständig empfangen wurden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch mit einem Automati¬ sierungsgerät mit einer Auswertungseinheit wie hier und nach¬ folgend beschrieben gelöst. Das Automatisierungsgerät kann die Auswertungseinheit als separates Funktionsmodul umfassen. Die Funktionalität der Auswertungseinheit kann dabei in Hard¬ ware oder in Software implementiert sein. Soweit die Funktio¬ nalität der Auswertungseinheit in Software implementiert ist, ist die Erfindung damit auch ein entsprechendes Computer¬ programm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcode- anweisungen sowie ein Speichermedium mit einem derartigen
Computerprogramm sowie schließlich ein Automatisierungsgerät mit einem Speicher und einer Verarbeitungseinheit nach Art eines Mikroprozessors oder dergleichen, wobei in den Speicher ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist, das im Betrieb des Automatisierungsgerätes durch die Verarbeitungs¬ einheit als Mittel zur Durchführung des Verfahrens ausgeführt wird oder ausführbar ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Einander entsprechende Ge¬ genstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den glei¬ chen Bezugszeichen versehen.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschrän- kung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombi¬ nationen, die z. B. durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziel- len Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrens¬ schritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.
Es zeigen
FIG 1 einen technischen Prozess mit drei Wägezellen als
Beispiel für gleichzeitig digitale Prozesswerte über¬ tragende Messwertaufnehmer, FIG 2 eine Überlagerung einer Busspannung bei gleichzeitig über einen Bus übertragenen digitalen Prozesswerten,
FIG 3,
FIG 4 und
FIG 5 exemplarische Prozesswerte von den in FIG 1 gezeigten
Messwertaufnehmern,
FIG 6 eine gleichzeitige Darstellung der Prozesswerte aus
FIG 3 bis FIG 5,
FIG 7 eine Darstellung einer additiven Überlagerung der
Prozesswerte aus FIG 3 bis FIG 5,
FIG 8 eine sich auf Grund der Überlagerung gemäß FIG 7 er- gebende Busspannung mit mehreren zur Auswertung der
Busspannung vorgesehenen Schwellwerten,
FIG 9 eine Darstellung einzelner sich bei der Auswertung der Busspannung gemäß FIG 8 anhand der Schwellwerte ergebender Bitmuster und die zugrunde liegenden
Prozesswerte sowie ein Ergebnis einer Addition der Prozesswerte einerseits und der Bitmuster anderer¬ seits, FIG 10 ein von einer Auswertungseinheit abgegebenes Prozess- werteanforderungssignal zur Gewährleistung einer zeitgleichen Übertragung der Prozesswerte über den Bus und
FIG 11 weitere Details der Auswertungseinheit. FIG 1 zeigt schematisch stark vereinfacht einen automatisierten technischen Prozess und ein dafür vorgesehenes Automati¬ sierungssystem. Das Automatisierungssystem umfasst ein Automatisierungsgerät 10 mit einer Auswertungseinheit 12. Das Automatisierungsgerät 10 bzw. dessen Auswertungseinheit 12 ist über eine Busanschaltung 14 an einen Bus 16, insbesondere einen Feldbus, angeschlossen. Bei dem Bus 16 handelt es sich z. B. um einen Bus oder Feldbus mit unipolarer NRZ-Signal- übertragung. An den Bus 16 sind als weitere Kommunikations¬ teilnehmer beim hier dargestellten Beispiel als Messwert- aufnehmer 18 drei Wägezellen angeschlossen. Die Messwertaufnehmer 18 sind einem Teilabschnitt des technischen Prozes¬ ses, nämlich einem Transportband 20, zugeordnet, auf dem Gegenstände 22 oder Material bewegt werden, wobei während der Bewegung in einem Abschnitt des Transportbandes 20 über die Messwertaufnehmer 18 das Gewicht auf dem Transportband 20 erfasst wird. Diese Gewichtserfassung kann z. B. zur Qualitätskontrolle, zur Vereinzelung der mit dem Transportband 20 transportierten Gegenstände 22 usw. verwendet werden. Für ein durch die Messwertaufnehmer 18 jeweils erfasstes Gewicht wird als Gewichtsmesswert ein diesbezüglicher Prozesswert auf den Bus 16 gegeben. Die Prozesswerte werden dabei gleichzeitig auf den Bus gegeben, und zwar als digitale Prozesswerte. Die auf den Bus 16 gegebenen digitalen Prozesswerte beeinflussen additiv einen Modulationshub und damit insgesamt eine sich am Bus 16 ergebende Busspannung.
Dazu ist zur Verdeutlichung in FIG 2 eine Busspannung U über der Zeit t aufgetragen. Dargestellt ist eine Situation, bei der ab einem mit tl bezeichneten Zeitpunkt ein Messwert- aufnehmer 18 Prozesswerte auf den Bus 16 gibt. Es ergibt sich damit ein erster Modulationshub 26, der die Busspannung U ausgehend von ihrer Nennspannung 24 reduziert. Ab einem mit t2 bezeichneten Zeitpunkt beginnt auch ein zweiter Messwert- aufnehmer 18, digitale Prozesswerte auf den Bus 16 zu geben. Es resultiert ein zweiter Modulationshub 28, der den ersten Modulationshub 26 additiv überlagert und die Busspannung U ausgehend von ihrer Nennspannung 24 weiter reduziert.
Ein Verfahren zum Aufprägen von digitalen Prozesswerten auf eine Modulationsgröße wie den Busstrom oder die Busspannung ist z. B. durch die beiden, ebenfalls auf die Anmelderin der vorliegenden Erfindung zurückgehenden Patentanmeldungen mit dem Titel „Übertragungssystem, Zentraleinheit oder Feldgerät in einem solchen Übertragungssystem und Verfahren zum Betrieb des Systems" (= amtliches Aktenzeichen: PCT/EP2011/055830) bzw. mit dem Titel „Übertragungssystem und Verfahren zum Betrieb des Systems" (= amtliches Aktenzeichen:
PCT/EP2011/055833) der Erfinder Hammer und Hauschulz vorgeschlagen worden, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich der Datenübertragung am Bus und der Beeinflussung der Busspannung durch die übertragenen Daten hiermit als in diese Anmeldung aufgenommen gelten soll.
Bei der dort vorgeschlagenen Buskommunikation wird ein so genanntes UART-Signal direkt auf den Busstrom bzw. die Bus¬ spannung als unipolares NRZ-Signal moduliert. Die dortigen Feldgeräte, also z. B. Messwertaufnehmer, stellen dabei Stromsenken dar. Wie bei einer analogen 4 bis 2 OmA-Schnitt- stelle mit parallel geschalteten Messstellen bewirkt die gleichzeitige Kommunikation mehrerer an den Bus angeschlos¬ sener Feldgeräte eine Summation der Teilströme zu einem
Gesamtstrom. Im Fall der in den oben genannten parallelen Patentanmeldungen vorgestellten Kommunikationsschnittstelle führt dies zu einer diskreten Erhöhung der Modulationsspannung auf dem Bus 16, die in einer Zentraleinheit, hier also einer Auswertungseinheit, detektiert werden kann. Während im Normalfall eine solche Überlagerung zu einer Störung der Übertragung führt, wird dies beim hier vorgestellten Ansatz gezielt ausgenutzt. Die FIG 3, 4 und 5 stellen im Folgenden beispielhaft jeweils digitale Prozesswerte 30, 32 bzw. 34 dar, wie sie von den im hier dargestellten Beispiel drei Messwertaufnehmern 18
(FIG 1) gleichzeitig auf den Bus 16 gegeben werden. Für jeden digitalen Prozesswert 30, 32, 34 ist mit jeweils „0" und „1" der Wert der einzelnen von dem digitalen Prozesswert 30, 32, 34 umfassten Bits und mit „1", „2", „3", „4", „5", „6", „7" und „8" eine Ordnungszahl der jeweiligen Bits zur leichteren Identifikation dargestellt. Zur besseren Unterscheidung sind jeweils auch unterschiedliche Prozesswerte 30, 32, 34 ge¬ zeigt .
FIG 6 zeigt zu Veranschaulichungszwecken eine Darstellung aller drei digitalen Prozesswerte aus den FIG 3, 4 und 5 bei gleicher Zeitbasis t. FIG 7 zeigt schließlich das Ergebnis einer additiven Überlagerung aller drei digitaler Prozesswerte 30, 32, 34 und die damit bewirkte additive Beeinflus¬ sung der Spannung über den Bus 16 (Busspannung U) . Die Busspannung ist damit ein Beispiel für eine Modulationsgröße der Messwertaufnehmer 18.
FIG 8 ist im Wesentlichen eine Wiederholung der Darstellung aus FIG 7. Zusätzlich eingezeichnet sind drei Schwellwerte 36, 38, 40, wobei sich die Anzahl der Schwellwerte 36, 38, 40 hier aufgrund der Anzahl der angeschlossenen Messwertaufnehmer 18 (FIG 1) ergibt. Bei mehr als drei angeschlossenen Messwertaufnehmern sind zur Auswertung der Modulationsgröße, hier der Busspannung U, entsprechend mehr Schwellwerte er¬ forderlich. Die Schwellwerte 36, 38, 40 sind hier äquidistant beabstandet, was auf der Annahme beruht, dass jeder Messwert¬ aufnehmer 18 mit seinem auf den Bus 16 gegebenen digitalen Prozesswert 30, 32, 34 die Busspannung in gleicher Weise be- einflusst. Sollten hier ausnahmsweise Unterschiede vorliegen, wäre dies mit einem entsprechenden Abstand der Schwellwerte 36, 38, 40 zu berücksichtigen.
FIG 9 zeigt zu dieser Auswertung anhand der Schwellwerte 36, 38, 40 auf der rechten Seite der Matrix ein sich zu jedem Schwellwert 36, 38, 40 ergebendes Bitmuster 42, 44, 46. Ein erstes Bitmuster 42 „111101110" gehört dabei zum in FIG 8 zuoberst eingezeichneten ersten Schwellwert 36. Ein zweites Bitmuster 44 „110101000" gehört zum in FIG 8 in der Mitte eingezeichneten zweiten Schwellwert 38 und ein drittes Bit¬ muster 46 „000001000" gehört entsprechend zum in FIG 8 zu¬ unterst eingezeichneten dritten Schwellwert 40. Diesen Bitmustern 42, 44, 46 gegenübergestellt sind in der Darstellung in FIG 9 die zugrunde liegenden Prozesswerte 30, 32, 34 (vgl. auch FIG 3, FIG 4 und FIG 5) . Man erkennt, dass die durch
Auswertung der Busspannung U anhand der Schwellwerte 36, 38, 40 erhaltenen Bitmuster 42, 44, 46 von den ursprünglich auf den Bus gegebenen digitalen Prozesswerten 30, 32, 34 abweichen. Die Bitmuster 42, 44, 46 werden allerdings von der Aus- wertungseinheit 12 (FIG 1) addiert, wobei die Addition für jedes Bit eine Bitaddition mit Übertrag ist und der jeweilige Übertrag ggf. durch eine hochgestellte, kleine „1" darge¬ stellt ist, so dass sich als Additionsergebnis binär der Wert „010111001" ergibt. Dies entspricht hexadezimal dem Wert „013A", wie es in der Darstellung in FIG 9 unterhalb des Additionsergebnisses in Binärdarstellung eingetragen ist. Wenn die gleiche Bitaddition für die der Datenübertragung über den Bus 16 zugrundeliegenden Prozesswerte 30, 32, 34 ausgeführt wird, ergibt sich ein identisches Ergebnis, also „010111001" oder „013A". Die additive Überlagerung der auf den Bus gegebenen Prozesswerte 30, 32, 34 hat also hinsicht¬ lich des Gesamtergebnisses zu keiner Verfälschung geführt und für den Fall, dass die Prozesswerte 30, 32, 34 z. B. Mess¬ werte von Wägezellen darstellen, kann aus dem Gesamtergebnis, hier also „013A", das momentan erfasste Gewicht abgeleitet werden .
Die Darstellungen in den FIG 2 bis 9 basieren darauf, dass die Prozesswerte 30, 32, 34 als Festkommazahl, z. B. als unsigned Integer-Datentyp, mit ihrem niederwertigsten Bit, dem so genannten least-significant-bit (LSB) , zuerst auf den Bus 16 gegeben werden. Dies hat den Effekt, dass unmittelbar mit dem Empfang des ersten Bits sämtlicher zeitgleich auf den Bus 16 gegebener Prozesswerte 30, 32, 34 mit der Addition wie in FIG 9 dargestellt begonnen werden kann. Abweichend zu den Darstellungen in den FIG 2 bis 8 ist in der Darstellung in FIG 9 noch ein Bit mit der Ordnungszahl „8" dargestellt, das hier einem höchstwertigen Bit, dem so genannten most- significant-bit (MSB), folgt und als Übertrag fungiert.
Die Darstellung in FIG 10 wiederholt nochmals einzelne Aspek¬ te aus der Darstellung in FIG 1 und illustriert, dass zur Gewährleistung einer gleichzeitigen Übertragung der Prozesswerte 30, 32, 34 über den Bus 16 die Auswertungseinheit 12 z. B. zunächst ein Prozesswerteanforderungssignal 48 auf den Bus 16 gibt, das alle Messwertaufnehmer 18 empfangen und aufgrund dessen jeder Messwertaufnehmer 18 seinen Prozesswert 30, 32, 34 auf den Bus 16 gibt. Dies gewährleistet die Syn- chronizität der Prozesswerte 30, 32, 34 am Bus 16, die die unmittelbare Addition der nach der Auswertung der Modulationsgröße anhand der Schwellwerte 36, 38, 40 gewonnenen Bit¬ muster 42, 44, 46 erlaubt. Die Auswertungseinheit 12 umfasst dafür z. B. einen an sich bekannten, nicht dargestellten
Signalgenerator als Mittel zum Erzeugen eines Prozesswerte¬ anforderungssignals und/oder einer Prozesswerteanforderungs- nachricht 48 und die Busanschaltung 14 als Mittel zum Aus¬ geben des Prozesswerteanforderungssignals 48 über den Bus 16. Das Prozesswerteanforderungssignal 48 kann insbesondere ein Einzelsignal oder ein zur Anforderung von Prozesswerten ausgesandtes Datenpaket sein.
FIG 11 zeigt schließlich schematisch stark vereinfacht eine Ausführungsform der Auswertungseinheit 12, wie sie z. B. als Bestandteil eines Automatisierungsgerätes 10 (FIG 1) vorge¬ sehen sein kann. Die Auswertungseinheit 12 ist der Bus¬ anschaltung 14 nachgeordnet und über die Busanschaltung 14 wird der Auswertungseinheit 12 die dem Bus 16 eingeprägte Modulationsgröße (der Busstrom I bzw. die Busspannung U) zugeführt (vgl. auch die Darstellungen in FIG 2 bis FIG 8 und die dort jeweils über der Zeit t als Modulationsgröße auf¬ getragene Busspannung U) . Die Auswertungseinheit 12 vergleicht die auf den Bus 16 ge¬ gebenen Prozesswerte 30, 32, 34, also die durch diese additiv beeinflusste Modulationsgröße (hier die Busspannung U) , mit einer auf die Anzahl der angeschlossenen Messwertaufnehmer 18 (FIG 1) abgestimmten Anzahl von Schwellwerten 36, 38, 40. Bei der in FIG 11 exemplarisch dargestellten Ausführungsform der Auswertungseinheit 12 ist zum Vergleich der Modulationsgröße mit jeweils einem Schwellwert 36, 38, 40 jeweils ein Kompara- tor 50 dargestellt. Die Komparatoren 50 bilden zusammen einen Empfänger 52. An den Ausgängen der Komparatoren 50 stellt sich das sich aufgrund jedes Schwellwertes 36, 38, 40 er¬ gebende Bitmuster 42, 44, 46 ein. Die Bitmuster 42, 44, 46 werden daraufhin einem Addierer 54 als Beispiel einer möglichen Implementation einer Additionsfunktionalität zugeführt und an einem Ausgang 56 des Addierers 54 ergibt sich das Er¬ gebnis der Überlagerung der Bitmuster 42, 44, 46 so wie in FIG 9 auf der rechten Seite dargestellt. Die Funktionalität des Addierers 54 kann in Software, Hardware und/oder Firmware realisiert sein. Die Funktionalität des Addierers 54 kann dabei in an sich bekannter Art und Weise auch Bestandteil einer anderen Funktionseinheit sein und die Darstellung des Addierers 54 in Form eines separaten Funktionsblocks in der Prinzipdarstellung in FIG 11 ist ausdrücklich nicht als Hinweis auf eine Notwendigkeit eines Addierers 54 in Form eines separaten elektronischen Bauteils zu verstehen.
Alternativ zu der Ausführung des Empfängers 52 der Auswertungseinheit 12 mit Komparatoren 50 kommt auch eine Ausfüh¬ rung mit einem Analog-Digital-Wandler in Betracht, der die jeweils momentane Busspannung U in einen äquivalenten Digitalwert umwandelt und dessen numerischer Wert mit ebenfalls numerisch vorgegebenen Schwellwerten 36, 38, 40 in an sich bekannter Art und Weise verglichen werden kann. Es ergeben sich sodann - ähnlich wie in FIG 11 dargestellt - die Bit- muster 42, 44, 46, die nach einer Addition zu dem in FIG 9 auf der rechten Seite dargestellten Ergebnis führen. Die Komparatoren 50 oder der A/D-Wandler sind Beispiele für Mittel zur Detektion des Wertes der Modulationsgröße, hier der Busspannung.
Das vorgeschlagene Übertragungsverfahren hat im Wesentlichen zwei physikalische Grenzen, nämlich zunächst den maximal zu¬ lässigen Gesamtstrom am Bus und dann eine minimale Busspannung. Wenn die am Bus 16 angeschlossenen Messwertaufnehmer 18 über den Bus 16 mit Energie versorgt werden, ergibt sich die minimale Busspannung aus der für den Betrieb erforderlichen Mindestspannung der Messwertaufnehmer 18. Erfolgt die Energieversorgung der Messwertaufnehmer 18 nicht über die Busspannung, ergibt sich auch hier eine minimale Spannung, die für die einwandfreie Funktionalität einer der Auswertungs¬ einheit 12 vorgeschalteten Empfängerstufe benötigt wird. Im Regelfall sollte die minimale Busspannung oberhalb von 0 Volt liegen .
Wenngleich auch mit Bezug auf die o.g. weiteren Patentanmel¬ dungen der Anmelderin auf ein Datenübertragungsverfahren über einen UART-Frame, der direkt auf die Busspannung aufmoduliert wird, verwiesen wurde, ist das hier vorgestellte Verfahren nicht auf diese Art der Datenübertragung beschränkt. Die di¬ gitalen Prozesswerte 30, 32, 34 können also z. B. auch über einen I/O-Pin auf den Bus 16 gegeben werden. Grundsätzlich kommt also jedes digitale Kommunikationssystem in Betracht, bei dem die physikalischen Eigenschaften des Übertragungsmediums eine additive Überlagerung und Auswertung der Modu¬ lationsgröße erlauben. Wichtig ist allerdings, dass die Bits aller Messwertaufnehmer 18 synchron übertragen werden. Als Beispiel für eine Synchronisierungsmaßnahme ist das zentrale Versenden eines Prozesswerteanforderungssignals 48 (FIG 10) erläutert worden. Andere Synchronisierungsmaßnahmen (interner synchroner Takt für alle beteiligten Kommunikationsteilnehmer, eine Synchronisation aller beteiligten Kommunikations- teilnehmer über zyklisch diesbezüglich über den Bus übertragene Telegramme usw.) sind zusätzlich oder alternativ ebenfalls möglich. Das hier vorgestellte Übertragungsverfahren ist besonders günstig für Situationen mit drei bis vier angeschlossenen Messwertaufnehmern 18, welche das als Beispiel vorausgesetzte Szenario aus der Wägetechnik normalerweise voll abdeckt.
Theoretisch sind auch mehr als vier Messwertaufnehmer 18 möglich, sofern dafür die physikalischen Randbedingungen eingehalten werden. Bei einer Strommodulation durch die Messwertaufnehmer (und folglich einer Parallelschaltung der Messwertaufnehmer am Bus) lässt sich die maximale Anzahl gleich- zeitig sendender Messwertaufnehmer wie folgt berechnen: max . Anzahl von Messwertaufnehmern = min ( L I_max/I_mod J, L (U -U_min) /U_hub J ) , wobei I_max den maximalen Gesamtstrom und I_mod den Modula¬ tionsstrom eines Messwertaufnehmers 18 sowie U die nominale Busspannung, U_min die minimale Busspannung und U_hub den Modulationshub eines Messwertaufnehmers 18 bezeichnen. Von den beiden Strom- und Spannungskoeffizienten stellt der ab- gerundete kleinere Wert die maximal mögliche Anzahl gleich¬ zeitig sendender Messwertaufnehmer 18 dar.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereich¬ ten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammen- fassen: Angegeben wird ein Verfahren zum zeitgleichen Übermitteln von digitalen Prozesswerten 30, 32, 34 durch eine Mehrzahl von Messwertaufnehmern 18 an eine Auswertungseinheit 12 über einen Bus 16, wobei die von den Messwertaufnehmern 18 auf den Bus 16 gegebenen Prozesswerte 30, 32, 34 additiv eine Modulationsgröße beeinflussen, und eine nach dem Verfahren arbeitende Vorrichtung, also z. B. eine solche Auswertungs¬ einheit 12, bei dem bzw. bei der die Auswertungseinheit 12 die auf den Bus 16 gegebenen Prozesswerte 30, 32, 34 anhand der Modulationsgröße mit einer auf die Anzahl der angeschlos- senen Messwertaufnehmer 18 abgestimmten Anzahl von Schwellwerten 36, 38, 40 vergleicht, die Auswertungseinheit 12 an¬ hand der Modulationsgröße für jeden Schwellwert 36, 38, 40 ein Bitmuster 42, 44, 46 ermittelt und die Auswertungseinheit 12 die sich entsprechend der Anzahl der Messwertaufnehmer ergebenden Bitmuster 42, 44, 46 addiert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum zeitgleichen Übermitteln von digitalen
Prozesswerten (30, 32, 34) durch eine Mehrzahl von Messwert- aufnehmern (18) an eine Auswertungseinheit (12) über ein Bussystem (16),
wobei die von den Messwertaufnehmern (18) auf den Bus (16) gegebenen Prozesswerte (30, 32, 34) sich hinsichtlich einer Modulationsgröße additiv überlagern,
wobei die Auswertungseinheit (12) die auf den Bus (16) ge¬ gebenen Prozesswerte (30, 32, 34) anhand der Modulationsgröße der Messwertaufnehmer (18) mit einer auf die Anzahl der angeschlossenen Messwertaufnehmer (18) abgestimmten Anzahl von Schwellwerten (36, 38, 40) vergleicht,
wobei die Auswertungseinheit (12) anhand der Modulationsgröße der Messwertaufnehmer für jeden Schwellwert (36, 38, 40) ein Bitmuster (42, 44, 46) ermittelt und
wobei die Auswertungseinheit (12) die sich entsprechend der Anzahl der Messwertaufnehmer (18) ergebenden Bitmuster (42, 44, 46) addiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die Auswertungseinheit (12) an eine Mehrzahl von über den Bus (16) erreichbaren Messwertaufnehmern (18) ein Pro- zesswerteanforderungssignal (48) abgibt und
wobei alle angesprochenen Messwertaufnehmer (18) ihre Prozesswerte (30, 32, 34) als Antwort auf das Prozesswerte- anforderungssignal synchron (48) auf den Bus (16) geben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Vergleich der Modulationsgröße mit einer auf die Anzahl der angeschlossenen Messwertaufnehmer (18) abgestimmten Anzahl von Schwellwerten (36, 38, 40) mit jeweils einem Komparator (50) für jeden Schwellwert (36, 38, 40) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Vergleich der Modulationsgröße mit einer auf die Anzahl der angeschlossenen Messwertaufnehmer (18) abgestimmten Anzahl von Schwellwerten (36, 38, 40) mit einem Analog-Digital-Wandler und einem Vergleich eines Ausgangs des Analog-Digital-Wandlers mit jedem Schwellwert (36, 38, 40) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messwertaufnehmer (18) die Prozesswerte (30, 32, 34) mit dem niederwertigsten Bit voran auf den Bus (16) geben.
6. Auswertungseinheit mit Mitteln zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Mittel eine Busanschaltung (14), einen Empfänger (52) und einen Addierer (54) umfassen, wobei die Auswertungseinheit (12) über den Busanschluss (14) an einen Bus (16) anschließbar ist, wobei durch den Empfänger (52) anhand der Modulations- große der Messwertaufnehmer für jeden Schwellwert (36, 38, 40) ein Bitmuster (42, 44, 46) ermittelbar und durch den Addierer (54) die sich entsprechend der Anzahl der Schwellwerte (36, 38, 40) ergebenden Bitmuster (42, 44, 46) durch Addition kombinierbar sind.
7. Auswertungseinheit nach Anspruch 6, mit Mitteln zur Detek- tion des Wertes bzw. der Änderung der Modulationsgröße der Messwertaufnehmer .
8. Auswertungseinheit nach Anspruch 7, mit Mitteln zum Vergleichen eines detektierten Wertes der Modulationsgröße der Messwertaufnehmer mit mindestens einem vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert, insbesondere einer auf die Anzahl der Schwellwerte (36, 38, 40) abgestimmten Mehrzahl von
Komparatoren (50) oder einem Analog-Digital-Wandler.
9. Auswertungseinheit nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, mit Mitteln zum Erzeugen eines Prozesswerteanforderungs- signals (48) und zum Ausgeben des Prozesswerteanforderungs- Signals (48) über den Bus (16) .
10. Automatisierungsgerät mit einer Auswertungseinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3464058A (en) * 1967-08-10 1969-08-26 Schlumberger Technology Corp Method and apparatus for transmitting signals from a tool in a borehole
US20040203559A1 (en) * 2003-04-09 2004-10-14 Stojanovic Vladimir M. Partial response receiver

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