DE102011004007A1

DE102011004007A1 - Input device for field device for process instrumentation with button, is assigned with magnetic field sensors for generation of measurement signals

Info

Publication number: DE102011004007A1
Application number: DE102011004007A
Authority: DE
Inventors: Michael Geppert; Heiko Hoffmann
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2031-02-12
Also published as: DE102011004007B4

Abstract

The input device is assigned with the magnetic field sensors (9,10,11,12) for generation of measurement signals (13,14,15,16) depending on the respective operating condition of the buttons (5,6,7,8) and with an evaluation device (4), on which the measuring signal is guided for detection of touch operation depending on measuring signals. An evaluation unit is formed for detecting an actuation of the button additional to evaluation of other measuring signal. An independent claim is also included for a method for detecting an operation of a button of an input device for a field device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung für ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Detektion einer Betätigung einer Taste einer derartigen Eingabevorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.The invention relates to an input device for a field instrument for process instrumentation according to the preamble of claim 1 and to a method for detecting an actuation of a key of such an input device according to the preamble of claim 3.

In prozesstechnischen Anlagen werden zur Steuerung von Prozessen vielfältige Feldgeräte für die Prozessinstrumentierung eingesetzt. Messumformer dienen zur Erfassung von Prozessvariablen, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Durchflussmenge, Füllstand, Dichte oder Gaskonzentration eines Mediums. Durch Stellglieder kann der Prozessablauf in Abhängigkeit von erfassten Prozessvariablen entsprechend einer beispielsweise von einer Leitstation vorgegebenen Strategie beeinflusst werden. Als Beispiele für Stellglieder seien ein Regelventil, eine Heizung oder eine Pumpe genannt. Im Hinblick auf ein optimales Anlagenverhalten und eine dauerhaft hohe Produktqualität sind qualitativ hochwertige Feldgeräte notwendig, die auch unter extremen Bedingungen fehlerfrei arbeiten. Zur Ermöglichung einer Vor-Ort-Bedienung, z. B. zur manuellen Eingabe von Betriebsparametern oder Kalibrierfaktoren des Feldgeräts, kann eine Tastatur als Eingabevorrichtung vorgesehen sein. Für einen fehlerfreien Betrieb des Feldgeräts wird in diesem Fall eine Tastatur benötigt, die auch bei Störungen in der Umgebung des Feldgeräts eine sichere Funktion gewährleistet.In process engineering plants, a variety of field devices are used for process instrumentation to control processes. Transmitters are used to record process variables, such as temperature, pressure, flow rate, level, density or gas concentration of a medium. By means of actuators, the process flow can be influenced as a function of detected process variables in accordance with a strategy predetermined, for example, by a control station. As examples of actuators may be mentioned a control valve, a heater or a pump. With regard to optimum system behavior and a consistently high product quality, high-quality field devices are required that work flawlessly even under extreme conditions. To enable on-site operation, eg. As for the manual input of operating parameters or calibration factors of the field device, a keyboard may be provided as an input device. For a fault-free operation of the field device, a keyboard is required in this case, which ensures a safe function even in case of disturbances in the environment of the field device.

Aus der EP 0 759 660 B1 ist eine Eingabevorrichtung für einen Messumformer bekannt, die eine optoelektronische, fingerbetätigte Tastatur mit mehreren Eingabefeldern auf einer Glasscheibe aufweist und für einen Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgelegt ist.From the EP 0 759 660 B1 An input device for a transmitter is known which has an optoelectronic, finger-operated keyboard with a plurality of input fields on a glass pane and is designed for use in potentially explosive areas.

Der bekannte Messumformer SITRANS FUS1010 besitzt als Eingabevorrichtung eine Tastatur mit fünf Hall-Effekt-Magnetschaltern, bei welchen als Magnetfeldsensoren Hall-Sensoren die Tasteneingaben über unterschiedliche Magnetpositionen erfassen. Diese Hall-Sensoren erzeugen dabei ein von dem jeweiligen Betätigungszustand der Taste abhängiges Messsignal, welches zur Detektion einer Tastenbetätigung ausgewertet wird. Dabei muss vermieden werden, dass die Detektion von Tastenbetätigungen mittels der Hall-Sensoren unbeabsichtigt auf magnetische Störfelder reagiert und Gerätefunktionen, beispielsweise aufgrund von veränderten Parametereinstellungen, bei derartigen Störungen nicht mehr korrekt arbeiten. Dies könnte gegebenenfalls zu schwer wiegenden Fehlfunktionen führen, die nicht vorhersehbar sind.The well-known transmitter SITRANS FUS1010 has as an input device a keyboard with five Hall-effect magnetic switches, in which as magnetic field sensors Hall sensors detect the key inputs via different magnet positions. These Hall sensors thereby generate a dependent of the respective operating state of the key measurement signal, which is evaluated for the detection of a key press. It must be avoided that the detection of key presses by means of the Hall sensors unintentionally reacts to magnetic interference and device functions, for example due to changes in parameter settings, no longer work correctly in such disorders. This could eventually lead to serious malfunctions that are unpredictable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingabevorrichtung für ein Feldgerät zu schaffen, die eine sichere Funktion selbst bei starken magnetischen Störfeldern gewährleistet. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein funktionssicheres Verfahren zur Detektion einer Betätigung einer Taste zu finden.The invention has for its object to provide an input device for a field device, which ensures a reliable function even with strong magnetic interference fields. A further object is to find a functionally reliable method for detecting an actuation of a key.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die neue Eingabevorrichtung der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In Anspruch 2 ist eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, in Anspruch 3 ein. Verfahren zur Detektion einer Betätigung einer Taste einer Eingabevorrichtung beschrieben.To solve this problem, the new input device of the type mentioned in the characterizing part of claim 1 features. In claim 2, an advantageous embodiment of the invention, in claim 3 a. A method for detecting an actuation of a key of an input device is described.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Einfluss magnetischer Störfelder auf die Funktionssicherheit der Eingabevorrichtung sehr weit reduziert werden kann. Selbst in rauer Umgebung ist eine Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Detektion einer Tastenbetätigung von nahezu Null erreichbar. Dieser Vorteil wird in besonders einfacher Weise dadurch erzielt, dass die den Tasten zugeordneten Magnetfeldsensoren der Eingabevorrichtung und der oder die Referenz-Magnetfeldsensoren im Wesentlichen denselben Störfeldern ausgesetzt werden, so dass diese sich in ähnlicher Weise auf alle Magnetfeldsensoren auswirken und somit zu ähnlichen Veränderungen der Messsignale führen. Eine Tastenbetätigung wird dann detektiert, wenn an dem Magnetfeldsensor, welcher der Taste zugeordnet ist, eine Veränderung des Magnetfelds erfasst wird, welche einer Tastenbetätigung entspricht, und wenn gleichzeitig an dem weiteren Magnetfeldsensor keine derartige Magnetfeldänderung feststellbar ist. Wird dagegen an den beiden Magnetfeldsensoren eine Magnetfeldveränderung gemessen, die zwar jeweils der Magnetfeldveränderung bei einer Tastenbetätigung entsprechen würde, so wird dennoch keine Tastenbetätigung detektiert, da es sich bei der Ursache der Magnetfeldänderung um den Einfluss magnetischer Störfelder handeln muss. Eine Eliminierung der Störungen kann somit in besonders einfacher Weise durch Bilden der Differenz aus dem Messsignal des der jeweiligen Taste zugeordneten Magnetfeldsensors und des weiteren Messsignals erreicht werden. Eine fälschliche Detektion einer Tastenbetätigung wird somit in vorteilhafter Weise mit besonders einfachen aber wirksamen Mitteln vermieden.The invention has the advantage that the influence of magnetic interference fields on the reliability of the input device can be reduced very far. Even in a harsh environment, a probability of erroneous detection of a key operation of almost zero can be achieved. This advantage is achieved in a particularly simple manner by exposing the magnetic field sensors of the input device assigned to the keys and the reference magnetic field sensor (s) to essentially the same interference fields so that they have a similar effect on all magnetic field sensors and thus on similar changes in the measurement signals to lead. A key actuation is detected when a change in the magnetic field corresponding to a key operation is detected on the magnetic field sensor assigned to the key, and if no such magnetic field change can be detected at the same time on the further magnetic field sensor. If, on the other hand, a magnetic field change is measured at the two magnetic field sensors, which in each case would correspond to the magnetic field change during a key actuation, then no key actuation is detected, since the cause of the magnetic field change must be the influence of magnetic interference fields. An elimination of the disturbances can thus be achieved in a particularly simple manner by forming the difference between the measuring signal of the magnetic field sensor assigned to the respective key and the further measuring signal. A false detection of a key operation is thus avoided in an advantageous manner with particularly simple but effective means.

In einem Ausführungsbeispiel mit mehreren Tasten, denen jeweils ein Magnetfeldsensor zur Erzeugung eines von dem jeweiligen Betätigungszustand abhängigen Messsignals zugeordnet ist, kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jeder der Tasten ein weiterer Magnetfeldsensor zugeordnet werden, welcher jeweils ein weiteres Messsignal erzeugt, das sich in abweichender Weise bei einer Tastenbetätigung verändert. Dabei ist von Vorteil, dass die beiden einer Taste zugeordneten Magnetfeldsensoren vergleichsweise dicht beieinander angeordnet werden können und somit beide im Wesentlichen identischen magnetischen Störfeldern ausgesetzt sind. Eine bessere Übereinstimmung der Störfeldeinflüsse erleichtert nämlich deren Eliminierung. Wenn die Magnetfeldsensoren zudem derart relativ zur Taste angeordnet sind, dass sich deren Betätigung in beiden als Veränderung des erzeugten Messsignals äußert, besteht zudem die Möglichkeit, den Betriebszustand der Magnetfeldsensoren zu überwachen und eventuelle Funktionsfehler durch eine Diagnose zu erkennen. Aufgrund der dann redundanten Auslegung der Magnetfeldsensoren, welche einer Taste zugeordnet sind, wird weiterhin die Verfügbarkeit der Taste erhöht, da sie selbst dann betätigt werden kann, wenn einer der Magnetfeldsensoren ausgefallen ist. Weisen die beiden Magnetfeldsensoren eine entgegengesetzte Abhängigkeit vom jeweiligen Betätigungszustand der zugeordneten Taste auf, wird durch Bilden der Differenz der beiden Messsignale ein verbessertes Nutz-/Störsignalverhältnis erhalten. Dabei kann die Anordnung der Magnetfeldsensoren so gewählt werden, dass sich ein Tastenmagnet im nicht gedrückten Zustand der Taste nur in einem Empfangsbereich des einen Sensors, im gedrückten Zustand nur in einem Empfangsbereich des anderen Sensors befindet. Sofern dann beide Sensoren einen unterschiedlichen Zustand liefern, kann der Betätigungszustand der Taste eindeutig detektiert werden. Liefern dagegen beide Sensoren denselben Zustand, so liegt ein unzulässig großes magnetisches Störfeld oder ein Fehlerzustand eines Magnetfeldsensors vor.In an exemplary embodiment having a plurality of keys, each of which is assigned a magnetic field sensor for generating a dependent of the respective actuation state measurement signal, in a preferred embodiment of the invention, each of the buttons another magnetic field sensor can be assigned, which generates a further measurement signal, which differs in different Modified way with a key operation. It is advantageous that the two magnetic sensors associated with a key can be arranged comparatively close to each other and thus both in the Essentially identical magnetic interference fields are exposed. A better match of the Störfeldeinflüsse namely facilitates their elimination. Moreover, if the magnetic field sensors are arranged relative to the key such that their actuation manifests itself in both as a change in the generated measurement signal, it is also possible to monitor the operating state of the magnetic field sensors and to detect possible functional errors by means of a diagnosis. Due to the then redundant design of the magnetic field sensors, which are assigned to a button, the availability of the button is further increased, since it can be operated even if one of the magnetic field sensors has failed. If the two magnetic field sensors have an opposite dependence on the respective actuation state of the associated key, an improved useful / interference signal ratio is obtained by forming the difference of the two measurement signals. In this case, the arrangement of the magnetic field sensors can be selected such that a key magnet is in the non-depressed state of the key only in a receiving range of the one sensor, in the depressed state only in a receiving range of the other sensor. If then both sensors provide a different state, the operating state of the button can be clearly detected. On the other hand, if both sensors deliver the same state, then there is an impermissibly large magnetic interference field or a fault state of a magnetic field sensor.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.Reference to the drawings, in which an embodiment of the invention is shown, embodiments and advantages are explained in more detail below.

In der einzigen Figur sind lediglich die zum Verständnis der Erfindung erheblichen Komponenten eines Feldgeräts 1 dargestellt. Andere Teile des Feldgeräts 1, die in herkömmlicher Weise ausgeführt sein können, wie beispielsweise Prozessanschluss oder Feldbusschnittstelle zur Kommunikation innerhalb eines Automatisierungsnetzwerks, sind der Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeichnet.In the single figure, only the components of a field device which are significant for the understanding of the invention are shown 1 shown. Other parts of the field device 1 , which may be implemented in a conventional manner, such as process connection or field bus interface for communication within an automation network, are not shown for the sake of clarity.

Zentrales Element des Feldgeräts 1 bildet eine Recheneinheit 2, z. B. ein Mikrocontroller mit einem Betriebsprogramm, welche außer ihren Funktionen im Zusammenhang mit der Eingabevorrichtung auch weitere Aufgaben des Feldgeräts, z. B. die Messwertaufbereitung und -übertragung zu einem Automatisierungsgerät, übernimmt. Zur manuellen Eingabe von Daten in das Betriebsprogramm, beispielsweise zur Veränderung von Betriebsparametern oder Kalibrierfaktoren, dient eine Eingabevorrichtung, die ein Eingabefeld 3 sowie eine Auswerteeinrichtung 4 umfasst. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt das Eingabefeld 3 vier Magnettasten 5, 6, 7 und 8, denen jeweils ein Magnetfeldsensor 9, 10, 11 bzw. 12 zugeordnet ist. Die Magnetfeldsensoren 9 ... 12 erzeugen jeweils ein Messsignal 13, 14, 15 bzw. 16, das vom jeweiligen Betätigungszustand der zugeordneten Taste 5, 6, 7 bzw. 8 abhängig ist. Beispielsweise, wenn die Magnettaste 5 ihre relative Lage zum Magnetfeldsensor 9 verändert, wird durch einen Hall-Sensor als Magnetfeldsensor 9 ein entsprechend veränderter Pegel einer Spannung als Messsignal 13 erzeugt. Ein weiterer Magnetfeldsensor 17, der ein weiteres Messsignal 18 generiert, dient zur Kompensation des Einflusses von magnetischen Störfeldern auf die Messsignale 13 ... 16. Dazu ist das weitere Messsignal 18 gemeinsam mit den Messsignalen 13 ... 16 der Magnetfeldsensoren 9 ... 12 auf die Auswerteeinrichtung 4 geführt, welche diese zur Detektion einer Tastenbetätigung auswertet. Die Magnetfeldsensoren 9 ... 12 und 17 sind derart ausgelegt und räumlich zueinander angeordnet, dass sich magnetische Störfelder zumindest etwa gleichermaßen auf die von ihnen gelieferten Messsignale 13 ... 16 bzw. 18 auswirken. Die Betätigung einer Taste, beispielsweise der Magnettaste 5, bewirkt jedoch eine Veränderung des dieser zugeordneten Messsignals, im beschriebenen Beispiel des Messsignals 13 des Magnetfeldsensors 9, welche von derjenigen des Messsignals 18 abweicht. Da der Magnetfeldsensor 17 in einer anderen relativen Position zur Magnettaste 5 angeordnet ist als der Magnetfeldsensor 9, ist auch das weitere Messsignal 18 des weiteren Magnetfeldsensors 17 in einer anderen Weise vom Betätigungszustand der Magnettaste 5 abhängig als das Messsignal 13 des Magnetfeldsensors 9. In einer besonders einfachen Ausgestaltung wird zur Detektion einer Betätigung beispielsweise der Magnettaste 5 die Differenz der Messsignale 13 und 18 berechnet und auf Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts überwacht. Zur weiteren Verbesserung der Störfestigkeit können selbstverständlich auch alternative oder ergänzende Auswerteverfahren, beispielsweise eine Signalfilterung, angewandt werden. Der jeweils detektierte Betätigungszustand der Tasten 5 ... 8 wird durch die Auswerteeinrichtung 4 der Recheneinheit 2 angezeigt, welche in einer geeignet vorprogrammierten Weise auf Tastenbetätigungen reagiert.Central element of the field device 1 forms an arithmetic unit 2 , z. As a microcontroller with an operating program, which in addition to its functions in connection with the input device and other tasks of the field device, z. B. the measured value preparation and transmission to an automation device takes over. For manually entering data into the operating program, for example for changing operating parameters or calibration factors, an input device serving as an input field is used 3 as well as an evaluation device 4 includes. In the embodiment shown has the input field 3 four magnetic keys 5 . 6 . 7 and 8th which each have a magnetic field sensor 9 . 10 . 11 respectively. 12 assigned. The magnetic field sensors 9 ... 12 each generate a measuring signal 13 . 14 . 15 respectively. 16 , that of the respective operating state of the assigned key 5 . 6 . 7 respectively. 8th is dependent. For example, if the magnet button 5 their relative position to the magnetic field sensor 9 is changed by a Hall sensor as a magnetic field sensor 9 a correspondingly changed level of a voltage as a measurement signal 13 generated. Another magnetic field sensor 17 , which is another measurement signal 18 generated, serves to compensate for the influence of magnetic interference fields on the measuring signals 13 ... 16 , This is the additional measurement signal 18 together with the measuring signals 13 ... 16 the magnetic field sensors 9 ... 12 to the evaluation device 4 guided, which evaluates this for the detection of a key operation. The magnetic field sensors 9 ... 12 and 17 are designed and spatially arranged in such a way that magnetic interference fields at least approximately equally to the measurement signals supplied by them 13 ... 16 respectively. 18 impact. The operation of a button, such as the magnetic button 5 However, causes a change in this associated measurement signal, in the described example of the measurement signal 13 of the magnetic field sensor 9 , that of that of the measuring signal 18 differs. Because the magnetic field sensor 17 in a different relative position to the magnet key 5 is arranged as the magnetic field sensor 9 , is also the other measurement signal 18 the further magnetic field sensor 17 in a different way from the operating state of the magnetic button 5 dependent as the measuring signal 13 of the magnetic field sensor 9 , In a particularly simple embodiment, for example, the magnetic key is used to detect an actuation 5 the difference of the measuring signals 13 and 18 calculated and monitored for exceeding a predetermined threshold. Of course, alternative or supplementary evaluation methods, for example signal filtering, can also be used to further improve immunity to interference. The respectively detected operating state of the keys 5 ... 8th is through the evaluation 4 the arithmetic unit 2 which responds to key presses in a suitably preprogrammed manner.

In der Figur ist die Auswerteeinrichtung 4 als von der Recheneinheit 2 getrennter Funktionsblock dargestellt. In einer Realisierung kann selbstverständlich die Funktion der Auswerteeinrichtung bei geeigneter Programmierung der Recheneinheit in diese integriert sein.In the figure, the evaluation device 4 as from the arithmetic unit 2 separate function block shown. In one implementation, of course, the function of the evaluation device can be integrated with appropriate programming of the arithmetic unit in this.

In einer anderen Ausführungsform, welche von dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel abweicht, wird jeder Taste sowohl ein Magnetfeldsensor zur Erzeugung eines ersten Messsignals als auch ein weiterer Magnetfeldsensor zur Erzeugung eines weiteren Messsignals zugeordnet. Durch die Anordnung der Magnetfeldsensoren wird dabei erreicht, dass die beiden erzeugten Messsignale in unterschiedlicher Weise vom jeweiligen Betätigungszustand der Taste abhängen. Durch geeignete Auswertung der gelieferten Messsignale wird so eine Möglichkeit zur Diagnose von Fehlern an den Magnetfeldsensoren und gleichzeitig zur Kompensation der Einflüsse magnetischer Störfelder geschaffen.In another embodiment, which differs from the embodiment shown in the drawing, each key is assigned both a magnetic field sensor for generating a first measurement signal and a further magnetic field sensor for generating a further measurement signal. Due to the arrangement of the magnetic field sensors is It is thereby achieved that the two measurement signals generated depend in different ways on the respective actuation state of the key. By suitable evaluation of the supplied measurement signals, a possibility for the diagnosis of errors at the magnetic field sensors and at the same time for the compensation of the influences of magnetic interference fields is thus created.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0759660 B1 [0003]

Claims

Input device for a field device ( 1 ) for process instrumentation with at least one key ( 5 ... 8th ), which is a magnetic field sensor ( 9 ... 12 ) is assigned to generate one of the respective. Actuation state of the at least one key-dependent measurement signal ( 13 ... 16 ), and with an evaluation device ( 4 ), to which the measurement signal is guided, for detecting a key actuation based on the measurement signal, characterized in that a further magnetic field sensor ( 17 ) is present for generating a different way from the respective operating state of the at least one button ( 5 ... 8th ) dependent further measuring signal ( 18 ) and that the evaluation device is designed to additionally evaluate the further measurement signal for detecting an actuation of the at least one key.

Input device according to claim 1, characterized in that a plurality of keys are present, each of which is associated with a magnetic field sensor for generating a dependent of the respective actuation state measurement signal and each a further magnetic field sensor for generating a dependent on the respective actuation state measurement signal.

Method for detecting an actuation of a key ( 5 ... 8th ) an input device for a field device ( 1 ) for process instrumentation, wherein a magnetic field sensor associated with the key ( 9 ... 12 ) a dependent of the respective operating state of the key measurement signal ( 13 ... 16 ) and wherein an evaluation device ( 4 ), to which the measurement signal is guided, detects a key actuation based on the measurement signal, characterized in that a further magnetic field sensor ( 17 ) another dependent on the respective operating state of the key further measuring signal ( 18 ) and that for detecting an actuation of the key additionally the further measurement signal is evaluated.