Die
Erfindung bezieht sich auf ein modulares Datenerfassungs- und Übertragungssystem
mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Übertragungseinrichtung
zum Übertragen
von Daten über
eine Übertragungsstrecke
in einem Datennetz mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs
2 bzw. auf eine Moduleinrichtung zum Ansteuern eines Moduls auf
einer Übertragungsstrecke
innerhalb eines Datennetzes mit den oberbegrifflichen Merkmalen
des Patentanspruchs 21.The
Invention relates to a modular data acquisition and transmission system
with the preamble features of claim 1, a transmission device
to transfer
of data about
a transmission link
in a data network with the generic features of the claim
2 or on a module device for controlling a module
a transmission link
within a data network with the generic features
of claim 21.
Daten
von verschiedenen, weiträumig
verteilten, stationären
oder mobilen Sensoren zeitsynchron zu erfassen und fehlersicher
einer Messwarte zuzuführen,
ist seit langem eine Standardanforderung an die Datenerfassung.
Allgemein bekannt ist eine Vielzahl von Individuallösungen,
die jede für
sich bestimmte Bereiche zuverlässig
abdeckt. Ein allgemeingültiger
Lösungsansatz
unter Berücksichtigung aller
Erfordernisse existierte bisher jedoch nicht.Data
of different, spacious
distributed, stationary
or mobile sensors to be recorded synchronously and fail-safe
to a control room,
has long been a standard requirement for data collection.
A large number of individual solutions are well known,
the each for
certain areas reliably
covers. A general one
approach
taking into account all
However, requirements have not yet existed.
Zentrale
Signalaufbereitungs- und Datenerfassungseinrichtungen, die zumeist
in kostenintensiven, voluminösen
19''-Gehäusen eingebaut
sind, können
bei zunehmend größeren Entfernungen
nicht eingesetzt werden, da die hochempfindlichen Sensorsignale
durch eine unvermeidliche Einkopplung von elektromagnetischen Störungen auf
analogen Übertragungswegen
bereits verfälscht
werden, bevor Sie in einer Zentraleinrichtung verstärkt und
digitalisiert werden können.headquarters
Signal processing and data acquisition devices, mostly
in expensive, voluminous
19 '' housings installed
are, can
at increasingly larger distances
not be used because the highly sensitive sensor signals
due to the inevitable coupling of electromagnetic interference
analog transmission paths
already falsified
be strengthened before and in a central facility
can be digitized.
Teure
breitbandige Telemetriesysteme stellten bisher größtenteils
Individuallösungen
ohne existierende Standardschnittstellen dar. Vornehmlich basieren
diese Lösungen
auf störanfälligen PCM-Einwegübertragungen
(PCM: Pulse Code Modulation) mit nur bedingten Sicherungsschichten,
z.B. einer Vorwärts-Fehlerkorrektur,
und mit konstanten, aber nicht vernachlässigbaren Signalverzögerungen.expensive
So far, broadband telemetry systems have largely provided
individual solutions
without existing standard interfaces. Mainly based
these solutions
on interference-prone PCM one-way transmissions
(PCM: Pulse Code Modulation) with only conditional link layers,
e.g. forward error correction,
and with constant but not negligible signal delays.
Für die Verbindung
von beispielsweise Computern ist ein lokales Datennetz (LAN: Local
Area Network) mit dem Ethernet-Standard
bekannt. Bei dem Unterstandard Ethernet 100BaseT beträgt dabei die
weitest zulässige
Entfernung zweier zu verbindender Computer 205 m, sofern zwei sogenannte Hubs
als Verteilereinrichtungen mit einem maximal zulässigen Abstand von 5 m zwischen
diesen und jeweils einem maximal zulässigen Abstand von 100 m zwischen
einem Hub und einem Computer angesetzt werden. Wie bei diesem Substandard
sind auch die weiteren Substandards, insbesondere auch mit einer Funkschnittstelle
(WLAN: Wireless Local Area Network) auf maximale Übertragungsreichweiten
zwischen zwei Stationen beschränkt.For the connection
of computers, for example, is a local data network (LAN: Local
Area Network) with the Ethernet standard
known. With the sub-standard Ethernet 100BaseT this is
most permissible
Distance of two computers to be connected 205 m, if two so-called hubs
as distribution devices with a maximum permissible distance of 5 m between
this and in each case a maximum permissible distance of 100 m between
a hub and a computer. As with this substandard
are the other sub-standards, especially with a radio interface
(WLAN: Wireless Local Area Network) for maximum transmission ranges
confined between two stations.
Während die
meisten Standardsysteme noch industriellen Ansprüchen genügen, erfordern Anwendungen
im Freiluftbereich mit wasserfesten Gehäusen und Steckverbindern sowie
einem erweiterten Temperaturbereich meist teure Speziallösungen.
Durch längere
Signallaufzeiten und steigende Abtastraten zur Realisierung höherer analoger
Bandbreiten, z. B. bei akustischen Messungen, stoßen synchrone
Datenerfassungssysteme bereits heute an ihre physikalischen Grenzen
bezüglich
hochpräziser
simultaner Abtastungen für
exakte Korrelationsanalysen.While the
Most standard systems still meet industrial requirements, require applications
in the open air area with waterproof housings and connectors as well
an extended temperature range usually expensive special solutions.
Through longer
Signal propagation times and increasing sampling rates to realize higher analog
Bandwidths, e.g. B. in acoustic measurements, encounter synchronous
Data acquisition systems are already reaching their physical limits
in terms of
high-precision
simultaneous samples for
exact correlation analyzes.
Gerade
kundenspezifische Systemanforderungen, die bisher nicht mit herkömmlichen
Standardsystemen realisiert werden konnten, führten in der Vergangenheit
zu teuren, weil schwer zu vermarktenden Einzelentwicklungen mit
Prototypencharakter, deren Test und Erprobung zumeist erst im praktischen
Einsatz erfolgte und zu zeit- und kostenintensiven Nacharbeiten
führte.Just
customer-specific system requirements that were previously not possible with conventional
Standard systems could be implemented in the past
too expensive, because difficult to market individual developments with
The character of a prototype, the testing and testing of which is usually only practical
Use took place and for time-consuming and cost-intensive reworking
led.
Mangelnde
Flexibilität
ermöglichte
bisher die Verwendung von Hardwarekomponenten nur zur Realisierung
von vorher fest definierten Messaufgaben. Schon geringfügige Spezifikationsänderungen
machen kostenintensive Nachentwicklungen erforderlich. Eine Recycelfähigkeit,
selbst nur von Teilen der Hardwarekomponenten, für zukünftige andere Messaufgaben
ist dabei ausgeschlossen.lack
flexibility
enabled
So far, the use of hardware components only for implementation
of previously defined measurement tasks. Even minor changes to the specification
make expensive post-development necessary. A recyclability,
even only from parts of the hardware components, for future other measurement tasks
is excluded.
Beispielsweise
besteht in der Ölindustrie
das langjährige
Problem, Pipelines für
den Ferntransport von Öl über hunderte
Kilometer zu überwachen.
In vorgegebenen Abständen
werden verschiedene Parameter der Transportbedingungen und des Öls mit Sensoren
und dergleichen erfasst und an eine Auswertezentrale übermittelt.
Für die Übermittlung
werden Kabel verwendet, welche wegen der großen Distanzen und der zwingend
erforderlichen Abschirmung aufwendig zu installieren und teuer sind.For example
exists in the oil industry
the longtime
Problem, pipelines for
the long distance transportation of oil over hundreds
Monitor kilometers.
At predetermined intervals
are different parameters of transport conditions and oil with sensors
and the like detected and transmitted to an evaluation center.
For the transmission
cables are used, which because of the large distances and the mandatory
required shielding is complex to install and expensive.
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein modulares Datenerfassungs-
und Übertragungssystem
bzw. eine Übertragungseinrichtung
zum Übertragen
von Daten über
zumindest eine Übertragungsstrecke
derart zu verbessern, dass auch weitere Distanzen überbrückt werden
können.
Vorzugsweise soll eine Ansteuerung einzelner Module auf einer Übertragungsstrecke
aus der Ferne mit einem einfachen Aufwand ohne spezielle Zusatzeinrichtungen ermöglicht werden.The
The object of the invention is to provide a modular data acquisition
and transmission system
or a transmission device
to transfer
of data about
at least one transmission link
to improve in such a way that further distances are also bridged
can.
A control of individual modules on a transmission link is preferably intended
can be done remotely with a simple effort without special additional equipment.
Diese
Aufgabe wird durch ein modulares Datenerfassungs- und Übertragungssystem
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. eine Übertragungseinrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst. Eine Ansteuermöglichkeit
mit eigenständigem
erfinderischem Gehalt ist Gegenstand der Moduleinrichtung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 21. Ein Verfahren zur Zeitsynchronisierung
ist Gegenstand der Merkmale des Patentanspruchs 24.This object is achieved by a modular data acquisition and transmission system with the features of claim 1 or a transmission device with the features of claim 2. A control option with egg Ingenious inventive content is the subject of the module device with the features of claim 21. A method for time synchronization is the subject of the features of claim 24.
Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.advantageous
Refinements are the subject of dependent claims.
Das
Datenerfassungs- und Übertragungssystem
ermöglicht,
eine beliebige Anzahl verschiedener physikalischer Größen von
weiträumig
verteilten, stationären
oder mobilen Messstellen kontinuierlich zu erfassen, fehlersicher
zu übertragen
und an beliebigen Orten mit einer definierten Verzögerung auszugeben
und/oder auf einem Computer zeitsynchronisiert zu speichern. Ermöglicht wird
auch die einfache direkte Ansteuerung entfernter Module und daran
angeschlossener Geräte.
Dabei können
im wesentlichen kostengünstige
Komponenten für
bereits standardisierte lokale Datennetze verwendet werden.The
Data acquisition and transmission system
allows
any number of different physical quantities of
wide-ranging
distributed, stationary
or mobile measuring points continuously, fail-safe
transferred to
and output at any location with a defined delay
and / or store them in a time-synchronized manner on a computer. Is made possible
also the simple direct control of remote modules and on them
connected devices.
You can
essentially inexpensive
Components for
already standardized local data networks are used.
Ein
Ausführungsbeispiel
wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:On
embodiment
is explained below with reference to the drawing. Show it:
1 ein Datenerfassungs- und Übertragungssystem
mit mehreren Modulen, die eine Übertragungseinrichtung
zum Erfassen und Übertragen von
Daten über
jeweils zwei angeschlossene Übertragungsstrecken
aufweisen; 1 a data acquisition and transmission system with a plurality of modules which have a transmission device for acquiring and transmitting data over two connected transmission links in each case;
2 ein Ein- und Ausgangsmodul
mit der Möglichkeit
Sensoren an die Übertragungsstrecken anzuschließen; 2 an input and output module with the option of connecting sensors to the transmission links;
3 ein Eingangsmodul mit
der Möglichkeit
digitale Eingangsdaten in die Übertragungsstrecken
einzuspeisen; 3 an input module with the option of feeding digital input data into the transmission links;
4 ein Ausgangsmodul mit
der Möglichkeit
analoge Daten aus den Übertragungsstrecken
zu entnehmen und an externe Einrichtungen auszugeben; 4 an output module with the option of taking analog data from the transmission links and outputting them to external devices;
5 ein Ausgangsmodul mit
der Möglichkeit
digitale Daten aus den Übertragungsstrecken
zu entnehmen und an eine externe Einrichtung auszugeben; 5 an output module with the possibility of taking digital data from the transmission links and outputting them to an external device;
6 ein Kopplermodul als Verteilereinrichtung
mit der Möglichkeit
weitere Übertragungsstrecken
an die Übertragungsstrecken
anzuschließen; 6 a coupler module as a distribution device with the possibility of connecting further transmission links to the transmission links;
7 ein Transceivermodul zum
Anschließen
einer Funkschnittstelle an eine Übertragungsstrecke; 7 a transceiver module for connecting a radio interface to a transmission link;
8, ein Leistungsversorgungsmodul
zum Einspeisen einer Versorgungsleistung in die Übertragungsstrecken; 8th , a power supply module for feeding a supply power into the transmission links;
9 ein Schnittstellenmodul
zum Anschließen
fremder Netzschnittstellen an die Übertragungsstrecken; 9 an interface module for connecting external network interfaces to the transmission links;
10 ein Überbrückungsmodul zum Überbrücken größerer Distanzen
als gemäß dem Standard
für eine
einzige Übertragungsstrecke
zulässig ist; 10 a bridging module for bridging larger distances than is permitted by the standard for a single transmission link;
11A–11F Netztopologien
mit beispielhaften Übertragungsabfolgen
in einem solchen Datenerfassungs- und Übertragungssystem. 11A - 11F Network topologies with exemplary transmission sequences in such a data acquisition and transmission system.
Wie
aus 1 ersichtlich, dient
ein beispielhaftes Datenerfassungs- und Übertragungssystem zum Überwachen
einer Pipeline 49 zum Transportieren von Öl über eine
größere Distanz.
Um Sicherzustellen, dass die Konsistenz des Öls zum Transport geeignet ist,
insbesondere Druck p, Temperatur T und Strömungsgeschwindigkeit v innerhalb
der Pipeline 49 stimmen, sind längs der Pipeline 49 Überwachungsstationen
mit Ein- und Ausgangsmodulen 1, 1° eingerichtet. Die Ein-
und Ausgangsmodule 1, 1° sind über Übertragungsstrecken 9 untereinander
und über
ein Schnittstellenmodul 32 mit einer zentralen Überwachungsstation
PC verbunden, um miteinander kommunizieren und Daten d austauschen
zu können.How out 1 As can be seen, an exemplary data acquisition and transmission system is used to monitor a pipeline 49 for transporting oil over a greater distance. To ensure that the consistency of the oil is suitable for transportation, especially pressure p, temperature T and flow velocity v within the pipeline 49 are right along the pipeline 49 Monitoring stations with input and output modules 1 . 1 ° set up. The input and output modules 1 . 1 ° are over transmission links 9 with each other and via an interface module 32 connected to a central monitoring station PC in order to be able to communicate with one another and to exchange data d.
Die
Ein- und Ausgangsmodule 1, 1° weisen Eingänge 7' für Sensoreinrichtungen 7 zum
Erfassen dieser physikalischen Größen p, T, v als zu übertragende
Daten d auf. Die Ein- und Ausgangsmodule 1, 1° weisen
dabei vorzugsweise kombinierte Ein- und Ausgänge 7' für einen bidirektionalen Datenaustausch
auf. Dies ermöglicht,
dass Funktions- und Bauelemente innerhalb des Moduls Sensorparameter
eigenständig
nachregeln können,
ohne über
das Übertragungsnetz
mit einer zentralen Steuereinrichtung kommunizieren zu müssen. Beispielsweise
sind Plausibilitätskontrollen
möglich,
bei denen das Über- oder
Unterschreiten von Grenzwerten überwacht wird,
um z.B. eine Verstärkung
bei Bedarf anzupassen.The input and output modules 1 . 1 ° have entrances 7 ' for sensor devices 7 to record these physical quantities p, T, v as data d to be transmitted. The input and output modules 1 . 1 ° preferably have combined inputs and outputs 7 ' for bidirectional data exchange. This enables functional and components within the module to readjust sensor parameters independently without having to communicate with a central control device via the transmission network. For example, plausibility checks are possible in which the overshoot or undershoot of limit values is monitored, for example to adjust a gain if necessary.
Das
erste der dargestellten Ein- und Ausgangsmodule 1, 1° weist
außerdem
einen Ausgang 7* zu einer externen Einrichtung 7°, z.B.
einer Pumpe M auf. Darüber
werden der Pumpe M von dem Computer PC der Überwachungsstation Daten d
als Steuerdaten ωsoll zum Festlegen von deren Fördergeschwindigkeit übertragen,
nachdem von der Pumpe M deren momentane Betriebsparameter ω als zu
der Überwachungsstation
zu übertragende
Daten d im Computer PC empfangen und als nicht geeignet bewertet
wurden.The first of the input and output modules shown 1 . 1 ° also has an exit 7 * to an external facility 7 ° , for example a pump M. In addition, the pump M is transmitted from the computer PC of the monitoring station data d as control data ω intended to determine its conveying speed after the pump M receives its current operating parameters ω as data d to be transmitted to the monitoring station in the computer PC and evaluates it as unsuitable were.
Die
Verbindung des Schnittstellenmoduls 32 mit der zentralen Überwachungsstation
PC erfolgt über
Netz oder Anschlusssystem USB zu einer Schnittstelle 34 der Überwachungsstation
PC. Insbesondere erfolgt die Übertragung
der Daten dabei über
ein standardisiertes und gegebenenfalls aus Sicht des vorliegenden
Datenerfassungs- und Übertragungssystems
netzfremdes Datenübertragungssystem
USB.The connection of the interface module 32 with the central monitoring station PC via USB or network connection system to an interface 34 the monitoring station PC. In particular, the data is transmitted via a standardized data transmission system USB that may be external to the network from the point of view of the present data acquisition and transmission system.
Abgesehen
von ggf. aber nicht notwendig dem ersten und dem letzten Modul weist
jedes Modul 1, 1°, 32 jeweils
zwei, einen ersten und einen zweiten Übertragungsstrecken-Anschluss 10, 10' auf. Dadurch
wird jedes Modul 1, 1°, 32 mit zwei
anderen Modulen 1, 1°, 16, 17, 32 verbunden.Except for the first and last module, which may or may not be necessary, each module points 1 . 1 ° . 32 two, a first and a second transmission link connection 10 . 10 ' on. This will make every module 1 . 1 ° . 32 with two other modules 1 . 1 ° . 16 . 17 . 32 connected.
Die Übertragungsstrecken 9 sind
im einfachsten Fall Kabel mit LAN-Leitungen eines Standardnetzes,
vorzugsweise gemäß einem
Ethernet-Standard. Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
sind die Kabel der Übertragungsstrecken 9 jedoch
speziell aufgebaut. Die Kabel weisen neben Datenleitungen 11 auch
Versorgungsleitungen 12 zum Durchleiten einer Versorgungsleistung
zu den einzelnen Modulen 1, 1°, 32 auf.The transmission lines 9 are in the simplest case cables with LAN lines of a standard network, preferably according to an Ethernet standard. According to the preferred embodiment, the cables are the transmission links 9 however specially constructed. The cables have data lines 11 also supply lines 12 for routing a supply power to the individual modules 1 . 1 ° . 32 on.
Um
ein besonders einfach strukturiertes Datenerfassungs- und Übertragungssystem
auszubilden, weist jedes Modul 1, 1°, 16, 17, 32 eine Übertragungseinrichtung 50 auf,
welche den ersten und den zweiten Übertragungsstrecken-Anschluss 10, 10' sowie eine
eigene Steuereinrichtung 3 zum Steuern der Übertragung
von Daten d zwischen den Übertragungsstrecken 9 aufweist.In order to design a particularly simple structured data acquisition and transmission system, each module 1 . 1 ° . 16 . 17 . 32 a transmission device 50 on which the first and the second transmission link connection 10 . 10 ' as well as its own control device 3 for controlling the transmission of data d between the transmission links 9 having.
Jeder Übertragungsstrecken-Anschluss 10, 10' weist eine
Koppeleinrichtung zum Anschließen eines
Kabels der Übertragungsstrecke 9 auf.
Von dieser führt
eine erste Verbindung mit Datenleitungen 11 zu einer ersten
bzw. zweiten Datenschnittstelleneinrichtung 2, 2', insbesondere
einem Ethernet-LAN-Port. Im Fall z.B. eines 100BaseT-Datennetzes
werden die Datenleitungen 11 durch ein Kabel mit dafür 8 Adern
bereitgestellt.Every transmission link connection 10 . 10 ' has a coupling device for connecting a cable of the transmission link 9 on. A first connection with data lines leads from this 11 to a first or second data interface device 2 . 2 ' , especially an Ethernet LAN port. In the case of a 100BaseT data network, for example, the data lines 11 provided by a cable with 8 wires for it.
Die
Datenschnittstelleneinrichtungen 2, 2' setzen zu übertragende
Daten d der angeschlossenen Übertragungsstrecke 9 in
ein Format um, welches von der Steuereinrichtung 3 verarbeitet
werden kann, und von der Steuereinrichtung Übertragungsstrecke 9 empfangene
Daten d in ein Format um, welches dem der angeschlossenen Übertragungsstrecke 9 entspricht.The data interface devices 2 . 2 ' set data to be transmitted d of the connected transmission path 9 into a format which is determined by the control device 3 can be processed, and by the control device transmission path 9 received data d into a format which corresponds to that of the connected transmission link 9 equivalent.
Die
Steuereinrichtung 3 empfängt Daten d einer der Übertragungsstrecken 9 bzw.
Datenschnittstelleneinrichtungen 2, 2' und verarbeitet
diese gegebenenfalls. Sind die Daten d über die andere Übertragungsstrecke 9 weiter
zu übertragen,
so leitet die Steuereinrichtung 3 die ggf. verarbeiteten
Daten d über
die andere Datenschnittstelleneinrichtung 2' bzw. 2 und die andere Übertragungsstrecke 9 zum nächsten Modul
weiter.The control device 3 receives data d one of the transmission links 9 or data interface devices 2 . 2 ' and processes them if necessary. Are the data d over the other transmission link 9 to transmit further, so the control device 3 the possibly processed data d via the other data interface device 2 ' respectively. 2 and the other link 9 to the next module.
Der
Einsatz jeweils einer eigenen Datenschnittstelleneinrichtung 2, 2' für jede der
beiden Übertragungsstrecken 9 bewirkt,
dass jede der beiden Übertragungsstrecken 9 eine
eigenständige Übertragungsstrecke 9 bzw.
ein eigenständiges
Datennetz mit den beiden daran angeschlossenen Modulen 16–1, 1–1°, 1°–32, 32–17 als
Endgeräten
ausbildet. Dabei werden die Datenschnittstelleneinrichtungen 2, 2' über die
Steuereinrichtung 3 angesteuert, wobei die zu übertragenden
Daten d in der Steuereinrichtung 3 ggf. verarbeitet werden.
Jede Übertragungsstrecke 9 kann
dabei die für
den entsprechenden Datennetzstandard maximal zulässige Länge haben. Dieses Konzept ermöglicht somit
eine Übertragung
der Daten d über
eine vom Grundprinzip her unbegrenzte Entfernung durch eine Aneinanderkettung
einer Vielzahl für
sich unabhängiger,
eigenständiger Übertragungsstrecken 9 bzw.
Datennetze.The use of a separate data interface device 2 . 2 ' for each of the two transmission links 9 causes each of the two links 9 an independent transmission link 9 or an independent data network with the two modules connected to it 16-1 . 1-1 ° . 1 ° -32 . 32-17 trained as end devices. The data interface devices 2 . 2 ' via the control device 3 controlled, the data to be transmitted d in the control device 3 may be processed. Every transmission route 9 can have the maximum permissible length for the corresponding data network standard. This concept thus enables data d to be transmitted over a distance that is unlimited in principle by a chaining of a large number of independent transmission paths that are independent of one another 9 or data networks.
Außerdem führt von
der Koppeleinrichtung des Übertragungsstrecken-Anschlusses 10, 10' eine zweite
Verbindung mit Versorgungsleitungen 12 zu einem Gleichspannungskonverter 8.
Der Gleichspannungskonverter 8 stellt die über die Übertragungsstrecke 9 empfangene
Versorgungsleistung für
die andere Datenschnittstelleneinrichtung 2, 2' bzw. die andere Übertragungsstrecke 9 bereit.
Außerdem stellt
der Gleichspannungskonverter 8 eine für das Modul geeignete Versorgungsleistung
bereit, insbesondere eine geeignete Betriebsspannung und Betriebsleistung.In addition, leads from the coupling device of the transmission link connection 10 . 10 ' a second connection with supply lines 12 to a DC converter 8th , The DC converter 8th represents the over the transmission link 9 received supply power for the other data interface device 2 . 2 ' or the other transmission link 9 ready. In addition, the DC voltage converter 8th a supply power suitable for the module, in particular a suitable operating voltage and operating power.
Der
bevorzugte Gleichspannungskonverter 8 weist dabei einen
Eingangsanschluss für
eine Versorgungsleistung mit einem großen Eingangsspannungsbereich,
z.B. 5–250
V, auf und transformiert diese auf zumindest einen Ausgangsspannungswert, welcher
für die
Steuereinrichtung 3 erforderlich ist. Dadurch kann über die
Versorgungsleitung 12 der Übertragungsstrecke 9 eine
Versorgungsleistung von einer Vielzahl verschiedenartiger Spannungsquellen bereitgestellt
werden, so dass der Einsatz des Gesamtsystems bezüglich der
Leistungsversorgung der einzelnen Module unabhängig ist. Je nach Verfügbarkeit
können
als Spannungsquellen z.B. übliche
Spannungsnetze, akkugepufferte Solarzellen oder Dieselgeneratoren
angeschlossen werden.The preferred DC converter 8th has an input connection for a supply power with a large input voltage range, for example 5-250 V, and transforms this to at least one output voltage value, which is used for the control device 3 is required. This can be done via the supply line 12 the transmission path 9 a supply power from a variety of different voltage sources are provided, so that the use of the overall system is independent with regard to the power supply of the individual modules. Depending on availability, usual voltage networks, battery-buffered solar cells or diesel generators can be connected as voltage sources.
Vorzugsweise
weist das Kabel der Übertragungsstrecke 9 zwei
Versorgungsleitungen 12 auf. Möglich ist aber auch der Einsatz
nur einer Versorgungsleitung 12 und einer direkten Erdung
eines jeden Moduls. Außerdem
möglich
ist der Einsatz eines Kabels ohne Versorgungsleitungen 12,
wenn die Module eine eigenständige
Leistungsversorgung aufweisen.The cable preferably has the transmission link 9 two supply lines 12 on. However, the use of only one supply line is also possible 12 and direct grounding of each module. It is also possible to use a cable without supply lines 12 if the modules have an independent power supply.
Sowohl
die Datenschnittstelleneinrichtungen 2 als auch der Gleichspannungskonverter 8 sind
so ausgebildet, dass eine galvanische Trennung 13 von deren
Ein- und Ausgangsleitungen besteht.Both the data interface devices 2 as well as the DC converter 8th are designed so that electrical isolation 13 consists of their input and output lines.
Die
dargestellten weitere beispielhafte Module werden anhand der 2–10 näher beschrieben.
Dabei werden gleiche Bezugszeichen für Funktions- und Bauelemente
verwendet, die gleiche oder vergleichbare Funktionalität aufweisen.
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird eine wiederholte Beschreibung
der bereits zuvor beschriebenen Funktions- und Bauelemente jeweils
ausgelassen.The further exemplary modules shown are based on the 2 - 10 described in more detail. The same reference numerals are used for functional and structural elements that have the same or comparable functionality. In order to avoid repetitions, a repeated description of the functional and structural elements already described is omitted in each case.
2 stellt das Ein- und Ausgangsmodul 1 dar.
Das Ein- und Ausgangsmodul 1 weist neben den Datenschnittstelleneinrichtungen 2, 2' Eingänge und Ausgänge 7' auf, die zur Übertragung
von Daten d und Signalen verschiedener Art zwischen dem Modul und
insbesondere externen Einrichtungen ausgebildet sind. Die Eingänge und
Ausgänge 7' können dabei
uni- oder bidirektional ausgebildet sein. Außerdem können die Eingänge und
Ausgänge 7' zum Übertragen
digitaler oder, wie in 2 dargestellt, analoger
Daten ausgebildet sein. 2 provides the input and output module 1 The input and output module 1 points next to the data interface devices 2 . 2 ' Inputs and outputs 7 ' on, which are designed for the transmission of data d and signals of various types between the module and in particular external devices. The inputs and outputs 7 ' can be unidirectional or bidirectional. In addition, the inputs and outputs 7 ' to transmit digital or as in 2 shown, be formed analog data.
Abhängig von
der Ausbildung der Eingänge und
Ausgänge 7' und der Art
der darüber
zu übertragenden
Daten d und Signale sind zwischen die Eingänge und Ausgänge 7' und die Steuereinrichtung 3 weitere
Funktions- und Bauelemente 4–6, 14 geschaltet.Depending on the design of the inputs and outputs 7 ' and the type of data d and signals to be transmitted are between the inputs and outputs 7 ' and the control device 3 further functional and structural elements 4-6 . 14 connected.
An
die Steuereinrichtung 3 ist ein Speicher 14 angeschlossen.
Der Speicher 14 dient zum Zwischenspeichern von Daten d,
die zwischen einer der Übertragungsstrecken 9 und
einem der weiteren Eingänge
oder Ausgänge 7' zu übertragen
sind. Zum Zwischenspeichern der Daten von den Übertragungsstrecken 9 verfügt die Steuereinrichtung 3 vorteilhafterweise über einen
eigenen Speicher.To the control device 3 is a memory 14 connected. The memory 14 serves to temporarily store data d between one of the transmission links 9 and one of the other inputs or outputs 7 ' are to be transferred. For temporarily storing the data from the transmission links 9 has the control device 3 advantageously via its own memory.
Das
für die Übertragungsstrecken 9 bevorzugte
Standardprotokoll sieht zweckmäßigerweise eine
asynchrone Übertragung
der Daten d vor. Dahingegen werden Sensordaten p, v, T, ω von einer Vielzahl üblicher
Sensoreinrichtungen 7 synchron und in einer fest vorgegebenen
zeitlichen Abfolge übertragen.
Selbiges gilt für
Daten d, die als Steuerdaten ω an
eine externe Einrichtung 7° zu übertragen sind.
Der Zwischenspeicher 14 oder ein weiterer Speicher ist
daher so groß dimensioniert,
dass eine ausreichende Anzahl von synchron zu verarbeitenden Daten
d gespeichert werden kann, bevor eine asynchrone Übertragung
möglich
ist. Umgekehrt werden entsprechend asynchron empfangene Daten d
zwischengespeichert, bis eine synchrone Verarbeitung möglich ist.
Es liegt somit eine Trennung zwischen einem asynchron und einem
synchron betriebenen Abschnitt des Ein- und Ausgangsmoduls 1 vor.That for the transmission lines 9 preferred standard protocol expediently provides for an asynchronous transmission of the data d. In contrast, sensor data p, v, T, ω from a large number of conventional sensor devices 7 transmitted synchronously and in a predefined time sequence. The same applies to data d which is sent to an external device as control data ω 7 ° are to be transferred. The cache 14 or another memory is therefore dimensioned so large that a sufficient number of data d to be processed synchronously can be stored before asynchronous transmission is possible. Conversely, data d received asynchronously are buffered until synchronous processing is possible. There is therefore a separation between an asynchronous and a synchronously operated section of the input and output module 1 in front.
Zum
Erhöhen
der Modularität
und der Flexibilität
beim Aufbau des Moduls weist das Ein- und Ausgangsmodul 1 zusätzlich zur
Steuereinrichtung 3, die der asynchronen Datenverarbeitung
dient, eine eigenständige
Datenverarbeitungseinrichtung 4 auf, die der synchronen
Datenverarbeitung und Datenerfassung dient. Von den Eingängen 7' stammende Daten
d werden von der Datenverarbeitungseinrichtung 4 vorverarbeitet
und indixekt über
den Speicher 14 oder direkt zur Steuereinrichtung 3 übertragen.
Die Steuereinrichtung 3 dient bei dieser Anordnung zur Kontrolle
der Übertragung
von Daten d über
die Übertragungsstrecken 9 und
die Datenverarbeitungseinrichtung 4 dient der Übertragung
und Aufbereitung von Daten d und Signalen über die Eingänge und
Ausgänge 7' zu weiteren
externen Einrichtungen.The input and output module has been designed to increase modularity and flexibility when building the module 1 in addition to the control device 3 , which is used for asynchronous data processing, an independent data processing device 4 that is used for synchronous data processing and data acquisition. From the entrances 7 ' originating data d are from the data processing device 4 preprocessed and indixekt over the memory 14 or directly to the control device 3 transfer. The control device 3 is used in this arrangement to control the transmission of data d over the transmission links 9 and the data processing device 4 is used for the transmission and processing of data d and signals via the inputs and outputs 7 ' to other external institutions.
Da über die
Eingänge
und Ausgänge 7' analoge Signale übertragen
werden, werden zwischen diese einerseits und andererseits die Datenverarbeitungseinrichtung 4 analoge
Filter 5, analoge Signalaufbereitungseinrichtungen 6 und
Analog/Digital-Wandler geschaltet.Because of the inputs and outputs 7 ' Analog signals are transmitted between them on the one hand and on the other hand the data processing device 4 analog filters 5 , analog signal processing devices 6 and switched analog / digital converter.
Wie
aus 1 ersichtlich, können bei
dem ersten Ein- und Ausgangsmodul 1 das Analog-Filter 5 und
die analoge Signalaufbereitungseinrichtung 6 bezüglich ihrer
Eigenschaften durch die Steuereinrichtung 3 bzw. die Datenerfassungseinrichtung 4 digital
programmierbar sein. Entsprechende Verbindungen zwischen der Datenverarbeitungseinrichtungen
sind dann bidirektional. Möglich
ist auch ein Aufbau mit einer digitalen Übertragung ein der Richtung von
der Datenerfassungseinrichtung 4 zur Signalaufbereitungseinrichtung 6 und
eine analogen Übertragung
in Gegenrichtung.How out 1 can be seen in the first input and output module 1 the analog filter 5 and the analog signal processing device 6 with regard to their properties by the control device 3 or the data acquisition device 4 be digitally programmable. Corresponding connections between the data processing devices are then bidirectional. It is also possible to set up a digital transmission in one direction from the data acquisition device 4 to the signal processing device 6 and an analog transmission in the opposite direction.
Das
Ein- und Ausgangsmodul 1 weist außerdem eine Uhr 15,
insbesondere Präzisionsuhr
auf. Die Uhr 15 dient zum Synchronisieren von Daten d, die über die
asynchronen Übertragungsstrecken 9 übertragen
wurden oder werden sollen.The input and output module 1 also has a clock 15 , especially precision watch. The clock 15 is used to synchronize data d over the asynchronous transmission links 9 have been or are to be transferred.
3 stellt ein kombiniertes
Digital-Ein- und Ausgangsmodul 18 dar. Da eine analoge
Verarbeitung entfällt,
sind die diversen Bauelemente (5, 6) zur Analogverarbeitung
entbehrlich und weggelassen. Auch die Datenverarbeitungseinrichtung
(4) fehlt in diesem Modul, da keine Abtastung von analogen
Daten und Wandlung in digitale Daten erforderlich ist. Entsprechend
ist der kombinierte Ein- und Ausgang 19 für digitale
Daten d von oder zu externen Digitaleinrichtungen direkt an den
Speicher 14 angeschlossen. Bei einer besonders einfachen
Ausführungsform
kann selbst der Speicher 15 entfallen. Ermöglicht wird
damit, abhängig
von der Ausgestaltung als Ein- und/oder
Ausgangsmodul die Anschlussmöglichkeit
von mindestens einem externen Gerät, das zeitkontinuierlich serielle
oder parallele, digitale Daten 19 ausgibt. Angeschlossen
werden kann entsprechend auch mindestens externes Gerät, das serielle
oder parallele, digitale Daten 19 zum Einlesen bereitstellt. 3 provides a combined digital input and output module 18 Since there is no analog processing, the various components ( 5 . 6 ) unnecessary and omitted for analog processing. The data processing device ( 4 ) is missing in this module since no sampling of analog data and conversion into digital data is required. The combined input and output is corresponding 19 for digital data d from or to external digital devices directly to the memory 14 connected. In a particularly simple embodiment, even the memory 15 omitted. This makes it possible, depending on the configuration as an input and / or output module, to connect at least one external device, the continuous-time serial or parallel, digital one Data 19 outputs. Correspondingly, at least an external device can also be connected, the serial or parallel, digital data 19 provides for reading.
4 stellt ein reines Analog-Ausgangsmodul 20 dar.
Bei diesem Modul fehlen entsprechend die Bauelemente zur analogen
Signalaufbereitung (6). Eine Datenausgabeeinrichtung 21 empfängt Daten
d von der Steuereinrichtung 3 und/oder dem Speicher 14 und
bereitet diese für
die Ausgabe an die Ausgänge 22 vor.
Die Datenausgabeeinrichtung 21 weist außerdem zumindest einen Digital-/Analog-Wandler
auf, dessen wertdiskrete analoge Ausgangsdaten optional durch ein
analoges Filter 5 geglättet
werden können.
Ermöglicht
wird damit die zeitkontinuierliche Ausgabe analoger Daten auf mindestens
einem Kanal oder einer Leitung. 4 represents a pure analog output module 20 This module accordingly lacks the components for analog signal processing ( 6 ). A data output device 21 receives data d from the control device 3 and / or the memory 14 and prepares them for output to the outputs 22 in front. The data output device 21 also has at least one digital / analog converter, the value-discrete analog output data of which is optionally provided by an analog filter 5 can be smoothed. This enables time-continuous output of analog data on at least one channel or one line.
5 stellt ein reines Digital-Ausgangsmodul 23 dar.
Bei diesem Modul werden die Daten d direkt über den Speicher 14 an
den digitalen Ausgang 19 ausgegeben. 5 represents a pure digital output module 23 In this module, the data d are stored directly in the memory 14 to the digital output 19 output.
6 stellt ein Verteilermodul 24 dar.
Dieses Modul 24 weist mehr als zwei Datenschnittstelleneinrichtungen 2, 2', 2°, 2°°, 2* und Übertragungsstreckenanschlüsse 10, 10', 10°, 10°°, 10* zum
Anschließen
von mehr als zwei Übertragungsstrecken 9 auf. Im
einfachsten Fall einer Datenübertragung
gemäß einem
Ethernet-Standard ist die Verteilereinrichtung 25 ein für sich bekannter
Hub oder Switch. Daten d, die über
eine Übertragungsstrecke 9 empfangen wurden,
werden über
alle, eine oder mehrere ausgewählte
der Übertragungsstrecken 9 weitergeleitet. 6 represents a distribution module 24 this module 24 has more than two data interface devices 2 . 2 ' . 2 ° . 2 °° . 2 * and transmission line connections 10 . 10 ' . 10 ° . 10 °° . 10 * for connecting more than two transmission links 9 on. In the simplest case of data transmission in accordance with an Ethernet standard, the distribution device is 25 a well-known hub or switch. Data d over a transmission link 9 received over all, one or more selected ones of the transmission links 9 forwarded.
7 stellt ein Transceivermodul 26 dar. Das
Transceivermodul 26 weist nur eine Datenschnittstelleneinrichtung 2 und
einen Übertragungsstreckenanschluss 10 zu
einer leitungs- bzw. kabelgebundenen Übertragungsstrecke auf. Zu übertragende
Daten d werden zwischen der Datenschnittstelleneinrichtung 2 und
einer Funkschnittstellen-Steuereinrichtung bzw. einem Funkschnittstellen-Zugriffspunkt 27 übertragen.
Die Funkschnittstellen-Steuereinrichtung 27 überträgt die Daten
d über mindestens
eine Antenne 28 von bzw. zu einem anderen Transceivermodul,
welches auch ein herkömmliches
WLAN-Transceivermodul
(WLAN-Access-Point) sein kann. Die Daten d werden über eine funkgestützte Übertragungsstrecke 35,
d.h. über
einen WLAN-Kommunikationskanal gesendet. 7 represents a transceiver module 26 The transceiver module 26 only has one data interface device 2 and a link connection 10 to a line or cable-based transmission link. Data d to be transmitted are between the data interface device 2 and a radio interface controller or a radio interface access point 27 transfer. The radio interface control device 27 transmits the data d via at least one antenna 28 from or to another transceiver module, which can also be a conventional WLAN transceiver module (WLAN access point). The data d are transmitted over a radio-based transmission path 35 , ie sent over a WLAN communication channel.
Möglich ist
der Einsatz des Transceivermoduls 26 mit mindestens einer
Antenne 28 und einem einzigen WLAN-Zugriffspunkt 27 auch für das Überbrücken größerer Distanzen
als dies für
das Funksystem eigentlich zulässig
wäre. In
diesem Fall werden die Daten z.B. über eine funkgestützte Übertragungsstrecke
empfangen, zwischengespeichert und anschließend über eine andere funkgestützte Übertragungsstrecke
an ein entfernteres Modul weitergesendet.The use of the transceiver module is possible 26 with at least one antenna 28 and a single WiFi access point 27 also for bridging larger distances than would actually be permitted for the radio system. In this case, the data are received, for example, via a radio-supported transmission link, buffered and then sent on to another module via another radio-supported transmission link.
Für die Übertragung über größere Distanzen als
dies für
das entsprechende WLAN-Datennetz möglich ist, können auch
zwei Transceiver-Module 26 bereitgestellt werden, die auf
unterschiedlichen Trägerfrequenzen
arbeiten und über
die zwei eigenständige
funkgestützte Übertragungsstrecken 35 zu anderen
Transceivermodulen 26 aufgebaut werden.Two transceiver modules can also be used for transmission over longer distances than is possible for the corresponding WLAN data network 26 are provided that work on different carrier frequencies and over the two independent radio-supported transmission links 35 to other transceiver modules 26 being constructed.
8 stellt ein Leistungsversorgungsmodul 29 dar.
Dieses dient dazu, in die Versorgungsleitungen 12 der Übertragungsstrecke 9 eine
Versorgungsleistung einzuspeisen, die zur Leistungsversorgung anderer
Module an der Übertragungsstrecke
dient. Aus dem Kabel sind von den Kommunikations- bzw. Datenleitungen 11 die
beiden Versorgungsleitungen 12 getrennt und an den Ausgang
eines Spannungskonverters 30 angeschlossen. Der Spannungskonverter
wird von einer internen oder externen Spannungsquelle 31 versorgt. 8th provides a power supply module 29 This is used in the supply lines 12 the transmission path 9 to feed in a supply power that is used to supply power to other modules on the transmission link. From the cable are from the communication or data lines 11 the two supply lines 12 separately and to the output of a voltage converter 30 connected. The voltage converter is powered by an internal or external voltage source 31 provided.
9 stellt das Schnittstellenmodul 32 dar. Die
Steuereinrichtung 3 ist mit einem Schnittstellenwandler 33 verbunden.
Der Schnittstellenwandler 33 konvertiert Daten d von der Übertragungstrecke
in ein Format, welches an eine Standardschnittstelle eines anderen
Systems oder Standards angepasst ist. Die konvertierten Daten d
werden dann über
eine entsprechende Verbindung zu einem externen Gerät mit einer
entsprechenden Standardschnittstelle 34 übertragen.
Außerdem
konvertiert der Schnittstellenwandler 33 umgekehrt Daten
d für die Übertragungstrecke
aus einem Format, welches an die Standardschnittstelle des anderen
Systems oder Standards angepasst ist, um Daten von dem anderen System
empfangen und auf die Übertragungsstrecke weiterleiten
zu können.
Das Schnittstellenmodul 32 ermöglicht die Anschlussmöglichkeit
von mindestens einem externen Gerät 34 mit mindestens
einer Standardschnittstelle, die kompatibel ist zu z.B. USB, RS232, RS422,
RS485, Centronics, IEC, CAN, Profibus, FLAN, FireWire, SCSI, IrDA,
I2C, SPI, QSPI, ISDN, DSL, GSM, GPRS oder
UMTS. 9 provides the interface module 32 The control device 3 is with an interface converter 33 connected. The interface converter 33 converts data d from the transmission link into a format that is adapted to a standard interface of another system or standard. The converted data d are then transferred to an external device with a corresponding standard interface via a corresponding connection 34 transfer. The interface converter also converts 33 conversely, data d for the transmission link from a format which is adapted to the standard interface of the other system or standard in order to be able to receive data from the other system and to forward it to the transmission link. The interface module 32 enables the connection of at least one external device 34 with at least one standard interface that is compatible with e.g. USB, RS232, RS422, RS485, Centronics, IEC, CAN, Profibus, FLAN, FireWire, SCSI, IrDA, I 2 C, SPI, QSPI, ISDN, DSL, GSM, GPRS or UMTS.
Ein
in 10 dargestellte Überbrückungsmodul 51 zur Überbrückung weiterer
Strecken ohne andere zwischengeschaltete Module weist vorteilhafterweise
nur eine Übertragungseinrichtung 50 ohne weitere
Bauelemente auf.An in 10 shown bridging module 51 for bridging further distances without other intermediate modules advantageously has only one transmission device 50 without further components.
Bei
z. B. 100 MBps-Ethernet (100BaseT) als Standard für die Übertragung
der Daten d über
die jeweilige Übertragungsstrecke 9 beträgt deren
jeweils einzelne maximale Länge
100 m, bei WLAN-Ethernet mit einer gesetzlichen Beschränkung der
abgestrahlten Leistung von 20dBm (100mW) und Sichtverbindung ca.
500 m. Im Fall von 10 MBps-Ethernet sind die maximal überbrückbaren
Distanzen größer, aber ebenfalls
beschränkt.
Im Fall der beispielhaften Pipeline Übertragungseinrichtung 49 sind
Sensoreinrichtungen 7 oder externe Einrichtungen 7° als
Schnittstellen zwischen zwei für
sich eigenständigen Übertragungsstrecken 9 jedoch
nur mit Kilometerabständen
erforderlich. Zur Verbindung einer Vielzahl dazwischen zur Entfernungsüberbrückung zu
schaltenden eigenständigen Übertragungsstrecken 9 können prinzipiell
beliebige dieser oder weiterer derartiger Module eingesetzt werden.
Bevorzugt wird jedoch das Überbrückungsmodul 51 und
bei Funkübertragungen
mittels WLAN-Ethernet ein oder zwei damit verbundene Transceivermodule 26.At z. B. 100 MBps Ethernet (100BaseT) as the standard for the transmission of data d over the respective transmission path 9 their individual maximum length is 100 m, for WLAN Ethernet with a legal restriction of the radiated power of 20dBm (100mW) and line of sight approx. 500 m. In the case of 10Mbps ethernet the maximum distances that can be bridged are larger, but also limited. In the case of the exemplary pipeline transmission device 49 are sensor devices 7 or external facilities 7 ° as interfaces between two separate transmission links 9 however only required with distances of kilometers. For connecting a large number of independent transmission links to be switched between them to bridge the distance 9 In principle, any of these or other such modules can be used. However, the bridging module is preferred 51 and for radio transmissions using WLAN Ethernet, one or two transceiver modules connected to it 26 ,
Die
einzelnen Module sind vorzugsweise auch in sich modular aufgebaut,
um sie bedarfsweise aufbauen, nach einem Einsatz wieder zerlegen
und für
andere Zwecke wieder bedarfsweise neu zusammengestellt einsetzen
zu können.
Die Schnittstelleneinrichtungen (2, 2'; 27)
können
z.B. als interne Baugruppe direkt mit der Steuereinrichtung (3)
verbunden oder als externe Baugruppen über einen Schnittstellenanschluss
mit der Steuereinrichtung verbunden sein.The individual modules are preferably also modular in themselves so that they can be built up if necessary, disassembled after use and put together again for other purposes if necessary. The interface devices ( 2 . 2 '; 27 ) can, for example, as an internal assembly directly with the control device ( 3 ) connected or connected to the control device as external modules via an interface connection.
Auch
ist die Kombination verschiedener der beschriebenen Module oder
weiterer Funktions- und Bauelemente zu einer größeren Einrichtung möglich. Bevorzugt
wird jedoch eine enge Kopplung mehrerer eigenständiger solcher Module. Dazu
weisen die Module vorteilhafterweise Gehäuse mit mechanischen und/oder
elektrischen Kopplungselementen auf.Also
is the combination of different modules or
further functional and structural elements for a larger facility possible. Prefers
however, there will be a close coupling of several independent such modules. To
the modules advantageously have housings with mechanical and / or
electrical coupling elements.
Möglich ist
auch die Kopplung mit herkömmlichen
Ethernet-LAN- oder
WLAN-Datennetzeinrichtungen, solange deren maximale Distanz zum
Kopplungspunkt eingehalten wird.Is possible
also the coupling with conventional ones
Ethernet LAN or
WLAN data network devices, as long as their maximum distance to
Coupling point is observed.
11 zeigt anhand der einzelnen 11A–11F sechs
Datennetz-Topologien. 11 shows based on the individual 11A - 11F six data network topologies.
11A stellt den Fall einer
linear verketteten Folge von Modulen 1, 18, 20, 23, 29, 32 als LAN-Topologie 38 dar.
Verkettet sind jeweils vorstehend beschriebene Module, beispielsweise
Ein- und Ausgangsmodule 1, Digital-Ein- und Ausgangsmodule 18,
Analog-Ausgangsmodule 20, Digital-Ausgangsmodule 23, Leistungsversorgungsmodule 29, Schnittstellenmodule 32 und/oder Überbrückungsmodule 51. 11A represents the case of a linearly chained sequence of modules 1 . 18 . 20 . 23 . 29 . 32 as a LAN topology 38 Modules described above, for example input and output modules, are linked in each case 1 , Digital input and output modules 18 , Analog output modules 20 , Digital output modules 23 , Power supply modules 29 , Interface modules 32 and / or bridging modules 51 ,
Die Übertragungsstrecken
sind jeweils durch ein Kabel mit Datenleitungen 11 und
Versorgungsleitungen 12 gebildet, die mit jeweils einem
der beiden Übertragungsstreckenanschlüsse 10 bzw. 10' eines der angeschlossenen
Module 1, 18, 20, 23, 29, 32 verbunden
sind. An einem Ende der Gesamtstrecke ist ein Computer 36 über eine
LAN-Datenschnittstelleneinrichtung 2, z.B. eine Ethernet-Netzwerkkarte, angeschlossen.
Der Computer dient als zentrale Steuereinrichtung für die anzusprechenden
Sensoren und Einrichtungen, die extern oder intern an den Modulen
angeschlossen sind. Am anderen Ende der Gesamtstrecke ist eine Leistungsversorgungseinrichtung 37 zur
Versorgung der Module an der Gesamtstrecke angeschlossen.The transmission links are each through a cable with data lines 11 and supply lines 12 formed, each with one of the two transmission line connections 10 respectively. 10 ' one of the connected modules 1 . 18 . 20 . 23 . 29 . 32 are connected. At one end of the entire route is a computer 36 via a LAN data interface device 2 , such as an Ethernet network card. The computer serves as a central control device for the sensors to be addressed and devices that are connected externally or internally to the modules. At the other end of the entire route is a power supply facility 37 connected to supply the modules along the entire route.
Bei
Verwendung einer Übertragungsstrecke, die
LAN-kompatibel ist, können
die Module, aus 1 z.B.
das erste Ein- und Ausgangsmodul 1, vorteilhafterweise
direkt mit der LAN-Schnittstelleneinrichtung,
d.h. der Netzkarte der zentralen verbunden werden. Die beiden Versorgungsleitungen 12 bleiben in
diesem Fall offen. Möglich
ist auch die Verbindung mit einem Standard-LAN-Kabel zwischen dem
Computer PC und dem daran angeschlossenen Modul, sofern das Modul
eine entsprechende Anschlussbuchse bereitstellt.When using a transmission path that is LAN-compatible, the modules can be switched off 1 eg the first input and output module 1 , advantageously be connected directly to the LAN interface device, ie the network card of the central. The two supply lines 12 remain open in this case. It is also possible to connect a standard LAN cable between the computer PC and the module connected to it, provided that the module provides a corresponding connection socket.
11B stellt eine Anordnung
eines Datennetzes 39 mit einer linear verketteten LAN/WLAN-Topologie
aus leitungsgekoppelten und funkgestützter Übertragungsstrecken 9, 35 dar. 11B represents an arrangement of a data network 39 with a linearly chained LAN / WLAN topology consisting of line-coupled and radio-supported transmission links 9 . 35 represents.
11C stellt eine Anordnung
eines Datennetzes 40 mit einer linear verketteten WLAN-Topologie
aus funkgestützten Übertragungsstrecken 35 dar. An
die Transceivermodule 26 sind jeweils weitere leitungsgekoppelte
Module 1, 18, 20, 23, 32, 51 angeschlossen. 11C represents an arrangement of a data network 40 with a linearly chained WLAN topology from radio-supported transmission links 35 to the transceiver modules 26 are further line-coupled modules 1 . 18 . 20 . 23 . 32 . 51 connected.
11D stellt eine Anordnung
eines Datennetzes 41 mit einer hierarchischen LAN-Topologie aus
leitungsgekoppelten Übertragungsstrecken 9 dar,
die an ein Koppler- bzw. Verteilermodul 24 angeschlossen
sind. 11D represents an arrangement of a data network 41 with a hierarchical LAN topology made up of line-coupled transmission links 9 represents to a coupler or distributor module 24 are connected.
11E stellt eine Anordnung
eines Datennetzes 42 mit einer hierarchischen WLAN-Topologie mit
funkgestützten Übertragungsstrecken 35 dar,
bei der die Daten eines Transceivermoduls 26 über eine funkgestützte Übertragungsstrecke 35 an
mehrere entfernte Transceivermodule 26 übertragen werden. 11E represents an arrangement of a data network 42 with a hierarchical WLAN topology with radio-supported transmission links 35 represents the data of a transceiver module 26 over a radio-supported transmission path 35 to several remote transceiver modules 26 be transmitted.
11F stellt eine Anordnung
eines Datennetzes 43 mit einer ringförmigen LAN-Topologie aus leitungsgekoppelten Übertragungsstrecken 9 dar, wobei
das erste und das letzte Modul der Kette über Übertragungsstrecke 9 miteinander
verbunden sind. 11F represents an arrangement of a data network 43 with a ring-shaped LAN topology made up of line-coupled transmission links 9 represents, with the first and the last module of the chain over transmission link 9 are interconnected.
Das
System ist gekennzeichnet durch die Verbindung einer beliebigen
Anzahl von Ein/Ausgangsmodulen 1, 18, 20, 23 zur
Ein- oder Ausgabe digitaler oder analoger Daten, Netzmodulen 24, 26 zur
drahtlosen Übertragung
und Netzverzweigung, Leistungsversorgungsmodulen 29 zur
Spannungsversorgung, Schnittstellenmodulen 32 zur Einbindung
externer Geräte
mit Standardschnittstellen, Computern 36 und externen Stromversorgungen 37.The system is characterized by the connection of any number of input / output modules 1 . 18 . 20 . 23 for input or output of digital or analog data, network modules 24 . 26 for wireless transmission and network branching, power supply modules 29 for power supply, interface modules 32 for the integration of external devices with standard interfaces, computers 36 and external power supplies 37 ,
Zwei
beliebige, benachbarte Module 1, 18, 20, 23, 24, 26, 29, 32, 51 mit
Ausnahme zweier Netzmodule Transceiver 26 werden über jeweils
eine autarke Kabelverbindung, z.B. eine massive Steckbrücke oder
ein bei 100BaseT-Ethernet 100 m langes Kabel, vom Übertragungsstreckenanschluss
bzw. Ausgangs-Port 10 des einen Moduls zum Eingangs-Port 10' des anderen
Moduls verbunden. Die Kabelverbindungen weisen dazu einen LAN-kompatiblen Kommunikationskanal 11 auf.
Ein Versorgungskanal 12 für die Stromversorgung ist zusätzlich implementiert.
Die Verbindung zwischen mindestens zwei benachbarten Netzmodulen
kann auch über Transceiver 26 und
einen WLAN-kompatiblen Kommunikationskanal 35 drahtlos
durchgeführt
werden, z.B. über
eine Entfernung von 500 m.Any two neighboring modules 1 . 18 . 20 . 23 . 24 . 26 . 29 . 32 . 51 with the exception of two network modules transceivers 26 via an independent cable connection, e.g. a solid jumper or a 100 m long cable with 100BaseT-Ethernet, from the transmission link connection or output port 10 one module to the input port 10 ' connected to the other module. The cable connections have a LAN-compatible communication channel 11 on. A supply channel 12 for the power supply is also implemented. The connection between at least two neighboring network modules can also be established via transceivers 26 and a WLAN-compatible communication channel 35 be carried out wirelessly, for example over a distance of 500 m.
Das
System ermöglicht
durch einfache Modulkombinationen verschiedenartigste, insbesondere sämtliche
Netztopologien 38– 43 und
alle deren Kombinationen sowohl über
kabelgebundenes LAN als auch über
drahtloses WLAN abzubilden. Ein besonderer Vorteil gegenüber herkömmlichen
zentralen Messsystemen sind die linear verketteten Topologien 38–40, über die
Messdaten von räumlich
weit ausgedehnten Objekten übertragen
werden können.
Beispielsweise können
Daten einer 200km langen Pipeline mit äquidistanten Messstellen alle
500 m zu einem beliebigen Punkt übertragen
werden, z.B. den Computer PC, 36 einer Überwachungsstation.Thanks to simple module combinations, the system enables a wide variety of different, especially all network topologies 38- 43 and to map all of their combinations both via wired LAN and wireless WLAN. The linearly chained topologies are a particular advantage over conventional central measuring systems 38-40 , which can be used to transmit measurement data from objects that are spatially extended. For example, data of a 200 km long pipeline with equidistant measuring points can be transmitted to any point every 500 m, for example the computer PC, 36 of a monitoring station.
Jedes
Modul 1, 18, 20, 23, 24, 26, 29, 32, 51 ist
dabei ausgebildet, die Daten seines Vorgängermoduls 16, gegebenenfalls
durch Hinzufügen
oder Entnehmen seiner eigenen Daten, an sein Nachfolgermodul 17 weiterzuleiten.
Sogar ringförmige
Topologien 43 zur Erhöhung
der Sicherheit sind möglich, bei
denen nach Unterbrechung einer Verbindung das Übertragungsnetz noch voll funktionstüchtig bleibt. Die
Module 1, 18, 20, 23, 29, 32, 51 weisen
mindestens einen Eingangs-Port 10 zur
Verbindung mit einem Vorgängermodul 16 und
mindestens einen von diesem unabhängigen Ausgangsport 10' zur Verbindung
mit einem Nachfolgermodul 17 auf. Das Koppler-/Verteilermodul 24 weist
mindestens einen Übertragungsstreckenanschluss 10 zur
Verbindung mit einem Vorgängermodul 16 und
mindestens zwei unabhängige Übertragungsstreckenanschlüsse 10', 10°, 10°°, 10* zur
Verbindung mit mehreren Nachfolgermodulen 17 auf. Das Transceivermodul 26 weist
mindestens einen Port, der wahlweise als Übertragungsstreckenanschluss 10 oder Übertragungsstreckenanschluss 10' dient, sowie
mindestens eine Antenne 28 oder z.B. zwei Antennen 28 bei
Diversity als Verbindung zu einem WLAN-Kommunikationskanal 35 auf. Die
Begriffe "Vorgänger" und "Nachfolger" sind dabei auf die
jeweilige Übertragungsrichtung
einer momentanen Datenübertragung
zu lesen.Every module 1 . 18 . 20 . 23 . 24 . 26 . 29 . 32 . 51 is trained, the data of its predecessor 16 , possibly by adding or removing its own data, to its successor module 17 forward. Even ring topologies 43 To increase security, it is possible for the transmission network to remain fully functional after a connection has been interrupted. The modules 1 . 18 . 20 . 23 . 29 . 32 . 51 have at least one input port 10 for connection to a previous module 16 and at least one output port independent of this 10 ' for connection to a successor module 17 on. The coupler / distributor module 24 has at least one transmission link 10 for connection to a previous module 16 and at least two independent link connections 10 ' . 10 ° . 10 °° . 10 * for connection to several successor modules 17 on. The transceiver module 26 has at least one port, optionally as a transmission link 10 or transmission link connection 10 ' serves, as well as at least one antenna 28 or for example two antennas 28 with diversity as a connection to a WLAN communication channel 35 on. The terms "predecessor" and "successor" are to be read in the respective transmission direction of a current data transmission.
Der
Gleichspannungskonverter 8 generiert alle intern erforderlichen
Versorgungsspannungen, z.B. typischerweise +3.3 V und +/– 5.0 V,
und verfügt zur
Vermeidung von Erdschleifen bei großen Entfernungen über eine
galvanische Trennungseinrichtung 13 zwischen Eingang und
Ausgang. Der sehr weite Eingangsspannungsbereich, z.B. 5–50 V, ermöglicht die
Speisung durch Gleichstromversorgungseinrichtungen mit unterschiedlichen
Ausgangsspannungen, z.B. DC/DC-Konverter, RC/DC-Konverter, Batterien, Akkumulatoren
oder Solarzellen und ermöglicht
die Tolerieriung von Spannungsabfällen aufgrund sehr langer Leitungswege.
Standardmässig
können
die beiden Versorgungskanäle 12 im
Gleichspannungskonverter 8 überbrückt werden. Sie können aber auch
getrennt werden, so dass das jeweilige Modul 1, 18, 20, 23, 24, 32, 51 wahlweise
vom Vorgängermodul 16 oder
einem Nachfolgermodul 17 versorgt werden kann.The DC converter 8th generates all internally required supply voltages, e.g. typically +3.3 V and +/- 5.0 V, and has a galvanic isolation device to avoid earth loops at great distances 13 between entrance and exit. The very wide input voltage range, e.g. 5–50 V, enables power to be supplied by direct current supply devices with different output voltages, e.g. DC / DC converters, RC / DC converters, batteries, accumulators or solar cells, and enables voltage drops to be tolerated due to very long cable runs. The two supply channels can be used as standard 12 in the DC converter 8th be bridged. But they can also be separated so that the respective module 1 . 18 . 20 . 23 . 24 . 32 . 51 optionally from the previous module 16 or a successor module 17 can be supplied.
Ein
Herzstück
der Module 1, 18, 20, 23, 32, 51 bildet
die zentrale Steuereinrichtung 3, z. B. ein eingebettetes
(embedded) System mit Mikrocontroller, Direktzugriffsspeicher (RAM:
Random Access Memory), nichtflüchtiger
Flash-Speicher (EEPROM: Electrical Erasable and Programable Read
Only Memory) und einem eigenen Betriebssystem, wie z.B. Linux oder
Windows. Die Steuereinrichtung 3 ist an bei den meisten
Modulen mindestens zwei unabhängige
interne oder externe LAN-Ports als Datenschnittstelleneinrichtungen 2 angeschlossen.
Letztere verfügen
ebenfalls über
eine galvanische Trennungseinrichtung 13 mit z.B. 1500V
DC Isolationsspannung, so dass die für die Dateneingabe und die Datenausgabe
zuständigen
Komponenten sowohl vom LAN-Kommunikationskanal 11 als auch
vom Versorgungskanal 12 elektrisch isoliert sind.At the heart of the modules 1 . 18 . 20 . 23 . 32 . 51 forms the central control device 3 , e.g. B. an embedded system with microcontroller, random access memory (RAM: Random Access Memory), non-volatile flash memory (EEPROM: Electrical Erasable and Programmable Read Only Memory) and its own operating system, such as Linux or Windows. The control device 3 Most modules have at least two independent internal or external LAN ports as data interface devices 2 connected. The latter also have a galvanic isolation device 13 with eg 1500V DC isolation voltage, so that the components responsible for data input and output both from the LAN communication channel 11 as well as from the supply channel 12 are electrically isolated.
An
das Ein- und/oder Ausgabemodul 1 kann mindestens ein interner,
d.h. innerhalb des Moduls implementierter, oder externer, d.h. außerhalb
des Moduls platzierter, Sensor 7 angeschlossen werden. Der
Sensor 7 dient zur Erfassung beliebiger physikalischer
Größen, wie
z.B. Kräfte,
Drücke,
Dehnungen, Torsinnen, Materialbelastungen, Schwingungen, Vibrationen,
Wege, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Drehwinkel, Rotationsgeschwindigkeiten
und -Beschleunigungen, akustische Signale, (Ultra-)Schallpegel,
Temperaturen, Spannungen, Ströme,
Widerstände,
Frequenzen, optischer Licht- und Bildsignale
und allen Formen von Spektralanteilen.To the input and / or output module 1 can be at least one internal, ie implemented within the module, or external, ie placed outside the module 7 be connected. The sensor 7 is used to record any physical quantities, such as forces, pressures, strains, torsions, material loads, vibrations, vibrations, paths, speeds, accelerations, angles of rotation, rotational speeds and accelerations, acoustic signals, (ultra) sound levels, temperatures, voltages, currents , Resistances, frequencies, optical light and image signals and all forms of spectral components.
Um
eine flexible Anpassung an die Erfordernisse unterschiedlichster
Sensoren zu erreichen, kann eine analoge Signalaufbereitungseinrichtung 6 durch
auswechselbare Baugruppen realisiert, über Steckbrücken konfigurierbar oder digital
programmierbar sein. Das betrifft beispielsweise die Parametrierung
der analogen Signalverstärkung
oder der Sensorversorgung, wie Konstantstrom oder -spannung.In order to achieve flexible adaptation to the requirements of a wide variety of sensors, an analog signal processing device can be used 6 realized by interchangeable modules, configurable via jumpers or digitally programmable. This concerns, for example, the parameterization of the analog signal amplification or the sensor supply, such as constant current or voltage.
Das
vorzugsweise als hochpeglige (high-level) Spannung aufbereitete
Sensorsignal wird vor der Digitalisierung einem analogen Filter 5 zur
Vermeidung von Anti-Aliasing-Effekten zugeführt. Dieser kann bezüglich Filterfrequenz
durch die Steuereinrichtung 3 programmierbar oder auch
als einfaches Vorfilter ausgeführt
sein, sofern die anschließende Datenerfassung
mittels Überabtastung
und nachgeschalteter Digital-Filterung erfolgt. Die Datenerfassungseinrichtung 4 besteht
vorzugsweise aus mindestens einem analogen Eingang mit internen
oder externen Abtast- und Haltestufen (Sample/Hold) und mindestens
einem Analog-Digital-Wandler und kann z.B. durch einen digitalen
Signalprozessor mit analogen Eingängen realisiert werden. Die
Parametrierung der Datenerfassungseinrichtung 4, z. B.
Kanalabtastrate, Kanalauflösung
und Kanalbandbreite, kann manuell oder durch digitale Signale von
der Steuereinrichtung 3 erfolgen. Die Analog-Filter 5 und
Analogen Signalaufbereitungseinrichtungen 6 können wahlweise
von der Steuereinrichtung 3 oder der Datenerfassungseinrichtung 4 parametriert
werden.The sensor signal, which is preferably processed as a high-level voltage, becomes an analog filter before digitization 5 to avoid anti-aliasing effects. With regard to filter frequency, this can be done by the control device 3 be programmable or be designed as a simple pre-filter, provided that the subsequent data acquisition is carried out by means of oversampling and subsequent digital filtering. The data acquisition device 4 preferably consists of at least one analog input with internal or external sample and hold stages (sample / hold) and at least one analog-to-digital converter and can be implemented, for example, by a digital signal processor with analog inputs. The parameterization of the data acquisition device 4 , e.g. B. channel sampling rate, channel resolution and channel bandwidth, can be done manually or by digital signals from the controller 3 respectively. The analog filter 5 and analog signal conditioning devices 6 can optionally from the control device 3 or the data acquisition device 4 can be parameterized.
Durch
die zeitkontinuierlich einzulesenden oder auszugebenden Messdaten
ist eine synchrone Echtzeitverarbeitung in der Datenerfassungseinrichtung 4 und
der Datenausgabeeinrichtung 21 erforderlich. Da die LAN-Datenleitungen 11 und
WLAN-Kommunikationskanäle 35 asynchron
arbeiten und keine festen Kanalkapazitäten und Übertragungsraten zugesichert
werden können,
muss die für
die Weiterleitung der Daten zuständige
Steuereinrichtung 3 ebenfalls asynchron betrieben werden.
Ein Zwischenspeicher 14 für die Datenpufferung ist deshalb
zweckmäßigerweise
Bestandteil der Ein- und Ausgabemodule 1. Um maximale Datenraten
zu gewährleisten,
kann der Speicher 14 z.B. als FIFO (First-in-first-out)
oder Dual-Port-RRM ausgeführt
werden. Je nach vorhandenen Ressourcen, ist es auch vorteilhaft,
dass der Zwischenspeicher 14 Bestandteil der Datenerfassungseinrichtung 4,
der Datenausgabeeinrichtung 21 oder der Steuereinrichtung 3 ist.Due to the measurement data to be read in or output continuously, there is synchronous real-time processing in the data acquisition device 4 and the data output device 21 required. Because the LAN data lines 11 and WiFi communication channels 35 work asynchronously and no fixed channel capacities and transmission rates can be assured, the control device responsible for forwarding the data must 3 can also be operated asynchronously. A cache 14 for data buffering is therefore expediently part of the input and output modules 1 , To ensure maximum data rates, the memory 14 for example as a FIFO (first-in-first-out) or dual-port RRM. Depending on the resources available, it is also advantageous that the cache 14 Part of the data acquisition device 4 , the data output device 21 or the control device 3 is.
Der
asynchrone Transport der Messdaten hat zur Folge, das nicht bekannt
ist, wann diese ihr Bestimmungsziel, z.B. den Computer 36 der
Messstation, erreichen, zumal auch die Übertragungsdauer einzelner
Datenpakete zeitlich variieren kann. Für exakte Korrelationen zwischen
den Daten von verschiedenen E/Amodulen 1, 18, 20, 23 ist
es somit zwingend erforderlich, den genauen Zeitpunkt der Erfassung
zu bestimmen, zu speichern und an das Bestimmungsziel zu übertragen.
Zu diesem Zweck verfügt
u.a. die Steuereinrichtung 3 über eine Uhr 15 als eine
interne oder externe Präzisionsuhr.The result of the asynchronous transport of the measurement data is that it is not known when it will reach its destination, eg the computer 36 the measuring station, especially since the transmission time of individual data packets can also vary in time. For exact correlations between the data from different I / O modules 1 . 18 . 20 . 23 it is therefore imperative to determine the exact point in time of the recording, to save it and to transfer it to the destination. For this purpose, among other things, the control device 3 over a clock 15 as an internal or external precision watch.
Beim
Einlesen von Messdaten beginnt die Messung bei den Ein-/Ausgangsmodulen 1, 18 mit dem Öffnen eines
Eingangstores des Speichers 14 durch die Steuereinrichtung 3.
Im gleichen Moment wird die aktuelle Zeit t der Uhr 15 abgefragt.
Dieser Zeitstempel wird zusammen mit dem Abtastintervall der Datenerfassungseinrichtung 4 beim
Ein- und Ausgangsmodul 1 bzw. dem Abtast-/Lesetakt beim Digital-Ein-
und Ausgangsmodul 18 einem Datensatz als Kopfabschnitt-Information
(Header) vorangestellt, bevor die Messwerte als Daten nacheinander
am Ausgang des Speichers 14 durch die Steuereinrichtung 3 ausgelesen
werden. Da durch diese Vorgehensweise der Erfassungszeitpunkt des
ersten Messwertes und außerdem
der Wert der in der Regel konstanten Zeitdifferenz zwischen jeweils
zwei aufeinander folgenden Messwerten gespeichert wird, kann der
komplette Datensatz nach Erreichen des Bestimmungsortes, z.B. einer
zentralen Messstation, mit Datensätzen von anderen Ein-/Ausgangsmodulen 1, 18 die
die gleiche Headerinformation besitzen, exakt zeitlich korreliert
werden.When reading in measurement data, the measurement begins with the input / output modules 1 . 18 with the opening of an entrance gate to the store 14 by the control device 3 , At the same moment the current time t of the clock 15 queried. This timestamp is taken together with the sampling interval of the data acquisition device 4 for the input and output module 1 or the sampling / reading cycle for the digital input and output module 18 preceded a data record as header information before the measured values as data one after the other at the output of the memory 14 by the control device 3 be read out. Since this procedure saves the time of acquisition of the first measured value and also the value of the generally constant time difference between two successive measured values, the complete data set can be used with data sets from other input / output modules after reaching its destination, e.g. a central measuring station 1 . 18 that have the same header information are correlated exactly in time.
Entsprechend
umgekehrt funktioniert die Ausgabe analoger und digitaler Daten
bei den Ausgangsmodulen 20,23. Über den
LAN-Kommunikationskanal
bzw. die Datenleitungen 11 wird der Steuereinrichtung 3 eine
Uhrzeit für
die Ausgabe der Daten mitgeteilt, z.B. eine konstante Verzögerung nach dem
Einlesen der Daten von anderen Ein-/Ausgangsmodulen 1, 18.
Die Uhrzeit der Uhr 15 wird im Anschluss permanent durch
die Steuereinrichtung 3 abgefragt. Ist diese erreicht,
wird das Ausgangstor des Zwischenspeichers 14 geöffnet und
die Daten werden ausgegeben.Conversely, the output of analog and digital data works with the output modules 20 . 23 , Via the LAN communication channel or the data lines 11 becomes the control device 3 communicated a time for the output of the data, for example a constant delay after reading in the data from other input / output modules 1 . 18 , The time of the clock 15 is then permanently by the control device 3 queried. If this is reached, the buffer will be the exit gate 14 opened and the data are output.
Voraussetzung
dafür ist,
dass jede Steuereinrichtung 3 in der Lage ist, nach dem
Einschalten des Systems ihre Uhr 15 exakt mit der Uhr 15 der
anderen Module, insbesondere des nächsten Vorgängermoduls 16 mit
einer Steuereinrichtung 3 zu synchronisieren. Die im System
implentierten Computer 36 werden bei diesem Vorgang ebenfalls
als Modul mit Steuereinrichtung 3 und Präzisionsuhr 15 betrachtet.
Die Bestimmung der Zeitdifferenz zwischen der eigenen Uhr 15 und
der Uhr 15 des Vorgängermoduls
erfolgt über
die Ermittlung der Laufzeit von Ping-Signalen, die vom Modul an
das Vorgängermodul 16 gesendet
und von dort reflektiert werden. Über geeignete Algorithmen in
Verbindung mit statistischen Methoden wird im zu synchronisierenden
Modul aus mehreren Versuchen ein Zeitkorrekturwert Δt ermittelt.
Im Anschluss wird die Uhrzeit t des Vorgängermoduls 16 abgefragt,
der Zeitkorrekturwert für
die Transportverzögerung
hinzuaddiert und die Uhr auf diese Zeit eingestellt. Nach diesem
Prozess laufen beide Uhren 15 der Module zeitsynchron.The prerequisite for this is that every control device 3 is able to watch after turning on the system 15 exactly with the clock 15 the other modules, especially the next previous module 16 with a control device 3 to synchronize. The computers implemented in the system 36 are also used in this process as a module with control device 3 and precision watch 15 considered. Determining the time difference between your own watch 15 and the clock 15 of the predecessor module is done by determining the runtime of ping signals sent from the module to the predecessor module 16 sent and reflected from there. Using suitable algorithms in connection with statistical methods, a time correction value Δt is determined from several experiments in the module to be synchronized. Then the time t of the previous module 16 queried, the time correction value for the transport delay added and the clock set to this time. Both clocks run after this process 15 the modules are synchronous.
Die
Kommunikation zwischen den Modulen erfolgt vorzugsweise auf Basis
von Netzwerk- und Internetprotokolle, wie z.B. HTTP, HTTPS, FTP,
SMTP oder POP3. D.h. die interne Kommunikation zwischen den Modulen
ist kompatibel zu der in Intranet-Netzen und im Internet. Das ermöglicht die
direkte An- und Einbindung des Systems in vorhandene LAN oder WLAN-Netze
ohne zusätzliche Schnittstellen-
oder Protokoll-Konverter sowie nach Freischaltung von in der Regel
vorhandenen Internet-Gateways auch die Kommunikation mit dem System über das
Internet. Implementierte Web-, FTP- und E-Mail-Server oder -Clients
in der Steuereinrichtung 3 machen die direkte Kommunikation
mit dem Sensor über
das Internet möglich.
Seitens der entfernten Station erfolgt der Zugriff z.B. über Browsen
auf einer eigenen Homepage des Sensors mit aktuellen Messdaten,
programmierbaren Parametern und Links zu anderen Sensoren. Möglich sind
auch der automatische FTP-Messdaten-Transfer (FTP: File Transfer Protokoll)
auf die Festplatte ins Büro
oder die Kommunikation mit dem Sensor via E-Mail, z.B. Senden von
Parametern oder Firmwareupdates zu dessen Steuerung und der Empfang
von Messdaten.Communication between the modules is preferably based on network and Internet protocols, such as HTTP, HTTPS, FTP, SMTP or POP3. This means that the internal communication between the modules is compatible with that in intranet networks and on the Internet. That enables the direk te connection and integration of the system into existing LAN or WLAN networks without additional interface or protocol converter and after activation of generally existing Internet gateways also communication with the system via the Internet. Implemented web, FTP and email servers or clients in the control facility 3 make direct communication with the sensor possible via the Internet. The remote station can be accessed, for example, by browsing the sensor's own homepage with current measurement data, programmable parameters and links to other sensors. Automatic FTP measurement data transfer (FTP: File Transfer Protocol) to the hard drive in the office or communication with the sensor via e-mail are also possible, e.g. sending parameters or firmware updates to control it and receiving measurement data.
Vorteilhafterweise
weisen die entsprechenden Module 1, 1° dazu,
wie dies in 1 dargestellt ist,
jeweils einen Client X oder Server Y auf, wie sie für sich genommen
z.B. aus dem Bereich des Internets bekannt sind. Der Client X oder
Server Y hat eine eindeutige IP-Adresse (IP: Internet Protokoll), z.B.
192.168.0.1, über
den das Modul eindeutig ansprechbar ist. Als Webserver konfiguriert
stellt Y außerdem
jeweils eine eigene sogenannte Homepage der Module 1, 1° über das
Datennetz bereit, die auch verlinkt werden können. Über die Homepage sind das Modul
und insbesondere die daran angeschlossenen internen und externen
Sensoren sowie sonstigen Einrichtungen abfragbar und ansteuerbar.
Dem Sensor wird somit eine künstliche
Intelligenz verliehen, die ihn in die Lage versetzt, mit dem Anwender, Betreiber
oder Hersteller auf etablierten Wegen zu kommunizieren, die bisher
reinen Personen vorbehalten waren.The corresponding modules advantageously have 1 . 1 ° about how this in 1 is shown, each a client X or server Y, as they are known, for example, from the Internet. The client X or server Y has a unique IP address (IP: Internet Protocol), e.g. 192.168.0.1, via which the module can be uniquely addressed. When configured as a web server, Y also provides its own module homepage 1 . 1 ° via the data network, which can also be linked. The module and in particular the internal and external sensors and other devices connected to it can be queried and controlled via the homepage. The sensor is thus given an artificial intelligence that enables it to communicate with the user, operator or manufacturer in established ways that were previously reserved for pure people.
Wie
dies aus 1 ersichtlich
ist, werden die vom Sensor ermittelten Messwerte T = 24 °C und w =
1000 Umin–1 zur
zentralen Überwachungseinrichtung
bzw. deren Computer PC übertragen
und auf einem Bildschirm des Computers PC angezeigt. Dazu kann vorzugsweise
ein für
sich bekannter Browser verwendet werden. Möglich ist auch die automatische
oder manuelle Eingabe von Steuerdaten, z.B. w = 1010 Umin–1,
die von der zentralen Steuereinrichtung PC über die Übertragungsstrecken 9 zu
dem Modul und einer anzusteuernden internen oder externen Einrichtung 7° übertragen
werden. Die Verwendung von Standardbrowsern und/oder Standard-e-Mail-Programmen hat den
großen
Vorteil, dass keinerlei Software auf dem PC installiert werden muss
und nach Freischaltung von Internet-Gateways hinter dem PC der Zugriff
auf System von jedem Terminal weltweit, z.B. in einem Internet-Cafe,
gegeben ist. Zur Vermeidung von Missbrauch kann die Übertragung
auf gesicherten HTTPS-Verbindungen mit vorheriger Passwort-Authentifizierung
erfolgen.Like this 1 It can be seen that determined by the sensor measurement values are T = 24 ° C and w = 1000 rpm -1 for central monitoring device or the computer PC transferred and displayed on a screen of the computer PC. A browser known per se can preferably be used for this. It is also possible to enter control data automatically or manually, for example w = 1010 Umin −1 , from the central control device PC via the transmission links 9 to the module and an internal or external device to be controlled 7 ° be transmitted. The use of standard browsers and / or standard e-mail programs has the great advantage that no software has to be installed on the PC and after activation of Internet gateways behind the PC access to the system from any terminal worldwide, e.g. in one Internet cafe, is given. To avoid misuse, transmission can take place on secure HTTPS connections with prior password authentication.
Ein
Einsatz ist bei einer Vielzahl insbesondere technischer Überwachungs-
und Prüfanwendungen
vorteilhaft. Die Überwachung
und Steuerung der ortsfesten Ölpipeline
ist ein Beispiel für
eine weite zu überbrückende Distanz.
Auch der Einsatz bei mobilen Objekten ist vorteilhaft. Der Einbau
einer Vielzahl von Sensoren in einem Flugzeug lässt Schwingungen und Belastungen
bei unterschiedlichen Flugbedingungen zentral überwachen.On
Is used in a large number of technical monitoring
and testing applications
advantageous. The supervision
and control of the fixed oil pipeline
is an example of
a long distance to be bridged.
Use with mobile objects is also advantageous. The installation
A large number of sensors in an aircraft release vibrations and loads
monitor centrally in different flight conditions.
In
einem Zug können
beispielsweise Drucksensoren eingesetzt werden, um die Druckverhältnisse
bei Durchfahrt durch einen Tunnel zu testen. Außerdem können weitere Sensoren im Tunnel
angeordnet werden. Eine Synchronisierung der beiden Systeme kann
z.B. bei Einfahrt in den Tunnel über eine
der funkgestützten Übertragungsstrecken
erfolgen. Bei Ausfahrt aus dem Tunnel kann über eine solche funkgestützte Übertragungsstrecke
eine Übertragung
der in einem der beiden Systeme erfassten Daten zu der zentralen
Steuereinrichtung des anderen der beiden Systeme erfolgen.In
one train
For example, pressure sensors are used to determine the pressure conditions
to test when passing through a tunnel. In addition, other sensors in the tunnel
to be ordered. The two systems can be synchronized
e.g. when entering the tunnel via a
of radio-supported transmission links
respectively. When exiting the tunnel, such a radio-supported transmission path can be used
a transfer
the data recorded in one of the two systems to the central one
Control device of the other of the two systems.
-
1,
1°1,
1 °
-
Ein-
und Ausgangsmodul(e)On-
and output module (s)
-
2,
2'2,
2 '
-
erste/zweite
LAN-Datenschnittstelleneinrichtungfirst second
LAN data interface device
-
33
-
Steuereinrichtungcontrol device
-
44
-
DatenerfassungseinrichtungData acquisition device
-
55
-
Analog-FilterAnalog filter
-
66
-
Analoge
Signalaufbereitungseinrichtunganalog
Signal conditioning device
-
77
-
SeeuoreinrichtungSeeuoreinrichtung
-
7°7 °
-
externe
Einrichtung, z.B. Pumpeexternal
Establishment, e.g. pump
-
7'7 '
-
Eingang
und/oder Ausgangentrance
and / or exit
-
88th
-
GleichspannungskonverterDC converter
-
99
-
Übertragungsstrecke,
leitungsgebundenTransmission link,
wired
-
10,
10'10
10 '
-
erster,
zweiter ÜbertragungsstreckenanschlussFirst,
second link connection
-
1111
-
Datenleitungen/LAN-KommunikationskanalData lines / LAN communication channel
-
1212
-
Versorgungsleitungensupply lines
-
1313
-
Galvanische
Trennungseinrichtunggalvanic
separating means
-
1414
-
SpeicherStorage
-
1515
-
UhrClock
-
1616
-
Vorgängermodulpredecessor module
-
1717
-
Nachfolgermodulsuccessor module
-
1818
-
Digital-Ein-
und AusgangsmodulDigital input
and output module
-
1919
-
Ein-
und/oder Ausgang für
digitale DatenOn-
and / or exit for
digital data
-
2020
-
Analog-AusgangsmodulAnalog Output Module
-
2121
-
DatenausgabeeinrichtungData output means
-
2222
-
Analoge
Ausgängeanalog
outputs
-
2323
-
Digital-AusgangsmodulDigital Output Module
-
2424
-
Koppler-/VerteilermodulCoupler / splitter box
-
2525
-
Verteilereinrichtung
(z.B. LAN Switch oder Hub)distribution facility
(e.g. LAN switch or hub)
-
2626
-
Transceivermodultransceiver module
-
2727
-
Funkschnittstellen-Zugriffspunkt/-SteuereinrichtungRadio interface access point / indicating controller
-
2828
-
Antenneantenna
-
2929
-
LeistungsversorgungsmodulPower supply module
-
3030
-
Spannungskonvertervoltage converter
-
3131
-
Spannungsquellevoltage source
-
3232
-
SchnittstellenmodulInterface Module
-
3333
-
SchnittstellenwandlerInterface Converters
-
3434
-
Externes
Gerät mit
Standardschnittstelleexternal
Device with
Standard Interface
-
3535
-
Übertragungsstrecke,
funkgestütztTransmission link,
radio supported
-
36,
PC36
PC
-
Computercomputer
-
3737
-
Externes
Stromversorgungsmodulexternal
Power supply module
-
3838
-
Linear
verkettete LAN-TopologieLinear
concatenated LAN topology
-
3939
-
Linear
verkettete LAN/WLAN-TopologieLinear
concatenated LAN / WLAN topology
-
4040
-
Linear
verkettete WLAN-TopologieLinear
concatenated WLAN topology
-
4141
-
Hierarchische
LAN-Topologiehierarchical
LAN topology
-
4242
-
Hierarchische
WLAN-Topologiehierarchical
WLAN topology
-
4343
-
Ringförmige LAN-TopologieAnnular LAN topology
-
4949
-
Pipelinepipeline
-
5050
-
Übertragungseinrichtungtransmission equipment
-
5151
-
Überbrückungsmodulbridging module
-
XX
-
Clientclient
-
YY
-
Serverserver
-
ZZ
-
Steuereinrichtung
mit Standardbrowser, FTP-Transfercontrol device
with standard browser, FTP transfer
-
-
oder
E-Mail-Programmor
Email client