DE10317496A1

DE10317496A1 - Analysis unit for petrochemical and pure gas industry use has analysis module with processor storing module specific data and programs and standard digital external interface

Info

Publication number: DE10317496A1
Application number: DE10317496A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Rüdiger; Berthold Dr. Andres; Michael Ohland
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: DE10317496B4

Abstract

An analysis unit (10) has an analysis module (2) with physical measurement cell, processor (30) storing (31) analysis module specific linearization, calibration and maintenance data and programs and system controller (32) with standard digital communication interface (50) for the output of digitized (33) measurement values to an external control unit (60) applying application specific processing.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Sachgebiet der Analytik, insbesondere die Bedienung von Analysengeräten und deren Einbindung in übergeordnete Systeme. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Analysengerät, dass ein Analysenmodul, welches wenigstens eine physikalische Messzelle umfasst, eine Auswerteeinheit mit einem Systemcontroller, Ein/Ausgabekomponenten und eine integrierte Anzeige- und Bedieneinheit enthält.The The present invention relates to the field of analysis, in particular the operation of analysis devices and their integration into higher-level Systems. In particular, the invention relates to an analysis device that an analysis module which has at least one physical measuring cell comprises an evaluation unit with a system controller, input / output components and contains an integrated display and control unit.

Analysengeräte enthalten ein Analysenmodul, in dem auf einem bestimmten physikalischen Effekt berührend eine oder mehrere Stoffanalysen durchgeführt werden. Weiter umfasst ein Analysengerät eine Auswerteeinheit, die aus dem messeffektbasierten Wert des Analysenmoduls eine oder mehrere Ausgabegrößen ermittelt, bspw. einen Partialdruck oder eine Konzentration. An die Auswerteelektronik können insbesondere auch Anzeigemodule zum Darstellen und/oder Vorrichtungen zum Speichern und/oder zum Drucken von Messwerten, Ausgabegrößen oder Statussignalen angeschlossen sein. Weiter ist eine Stromversorgung in einem Analysengerät enthalten. Die Auswerteeinheit umfasst beispielsweise einen Systemcontroller und eine Ein-/Ausgabeschnittstelle. Das Analysengerät kann komplett über die Anzeige- und Bedieneinheit bedient werden.Analyzers included an analysis module in which on a certain physical effect touching one or more substance analyzes are carried out. Further includes an analyzer an evaluation unit based on the measurement effect-based value of the analysis module determines one or more output variables, for example a partial pressure or a concentration. To the evaluation electronics can in particular also display modules for displaying and / or devices for saving and / or printing measured values, output quantities or Status signals are connected. There is also a power supply in an analyzer contain. The evaluation unit includes, for example, a system controller and an input / output interface. The analyzer can be completely operated via the Display and control unit can be operated.

Das Analysenmodul ist als physikalische Messzelle ausgebildet, die je nach Aufgabe andersartig ausgebildet sein kann, beispielsweise als Infrarot-Analysatormodul oder UV-Analysatormodul, als magnetische Sauerstoffmesszelle oder Wärmeleitanalysatormodul.The Analysis module is designed as a physical measuring cell, each can be designed differently after the task, for example as Infrared analyzer module or UV analyzer module, as magnetic Oxygen measuring cell or thermal conductivity analyzer module.

An das Analysenmodul können je nach zu messender Größe unterschiedlich viele Sensoren und/oder Detektoren angeschlossen sein. Beispielsweise sind bei einer nichtdispersiven Gasanalyse, bei der in der Regel nach ein oder zwei Gaskomponenten gesucht wird, hinter einer messgasdurchströmten Küvette ein oder zwei Detektoren angeordnet, die als Sensoren oder Messwertaufnehmer fungieren. Es können dabei aber auch zusätzlich Wärmeleitfähigkeitssensoren, Anemometer und Temperaturfühler, etc. vorgesehen sein, die dann bei der Auswertung des Messergebnisses als Zusatzgröße berücksichtigt werden.On the analysis module can depending on the size to be measured many sensors and / or detectors can be connected. For example are in a non-dispersive gas analysis, as a rule is searched for one or two gas components, behind a sample gas-flowed cuvette or two detectors arranged as sensors or transducers act. It can but also additionally Thermal conductivity sensors, Anemometer and temperature sensor, etc. can be provided, which is then used when evaluating the measurement result considered as additional size become.

Generell werden Analysengeräte in Raffinerien, in der Petrochemie, bei der Reingasherstellung, im Bereich der Nahrungs- und Genussmittelindustrie, sowie bei der Energieumwandlung eingesetzt.As a general rule become analytical devices in refineries, in petrochemicals, in clean gas production, in Area of the food and beverage industry, as well as in energy conversion used.

Bisher sind Analysengeräte bekannt, die ausschließlich herstellerspezifisch sind. D.h. sie lassen sich nur an Systeme desselben Herstellers anschließen oder mit entsprechenden Komponenten erweitern. Es gibt zwar Analysengeräte, die zusätzlich zu den herstellerspezifischen Bedien- und Anzeigemodulen standardisierte Schnittstellen aufweisen und beispielsweise über den Feldbus ansteuerbar sind. Bei diesen Analysengeräten ist es jedoch bisher nur möglich, über einen speziell entwickelten Fernzugang auf das Analysengerät zuzugreifen. Eine generelle Möglichkeit der Steuerung der Analysengeräte über entfernte Steuermodule oder Prozessoren ist bisher nicht bekannt.So far are analytical devices known that exclusively are manufacturer-specific. That they can only be applied to systems of the same Manufacturer or expand with appropriate components. There are analytical devices that additionally standardized to the manufacturer-specific operating and display modules Have interfaces and can be controlled, for example, via the fieldbus. With these analyzers So far, however, it is only possible to use one specially developed remote access to access the analyzer. A general possibility the control of the analysis devices via remote Control modules or processors are not yet known.

Außerdem ist die Anzeige der Messgröße meist nur am Analysengerät selbst möglich, auch die Menüsteuerung und die Darstellung der Messwertergebnisse sind herstellerspezifisch. Dies erfordert herstellerspezifische Spezialkenntnisse bei der Bedienung von Analysengeräten unterschiedlicher Hersteller.Besides, is the display of the measured variable mostly only on the analyzer yourself possible also the menu control and the presentation of the measured value results are manufacturer-specific. This requires manufacturer-specific special knowledge in the operation of analyzers different manufacturers.

Es ist bisher nicht möglich an Analysengeräte universelle Anzeigemodule, bspw. Personal Digitals Assistents (PDA) oder Notebooks anzuschließen und von diesen eine applikationsspezifische Steuerung des Analysengerätes vorzunehmen und externe Anzeige- und Bedieneinheiten zur Bedienung zu verwenden.It is not yet possible on analyzers universal display modules, e.g. Personal Digital Assistants (PDA) or notebooks and to carry out an application-specific control of the analyzer and to use external display and control units for operation.

Analysengeräte können weit entfernt von zentralen Steuerungssystemen angeordnet sein, wodurch sowohl eine Fernbedienung und als auch eine einfache Übertragung der ermittelten Messergebnisse wünschenswert sind. Bisherige Standardbussysteme, wie z.B. Feldbus, haben sich bei Analysengeräten noch nicht durchgesetzt.Analyzers can go far be located away from central control systems, whereby both a remote control and a simple transmission of the determined measurement results is desirable are. Previous standard bus systems, such as Fieldbus, have for analyzers not yet enforced.

Es ist bisher weiterhin nicht möglich, die Hardware von bereits verwendeten Analysengeräten derart zu erweitern, dass standardisierte Schnittstellen zur Kommunikation mit externen Anzeige- und Bedieneinheiten oder entfernten zentralen Steuerungssystemen verwendet werden können.It is still not possible to expand the hardware of analyzers already used in such a way that standardized interfaces for communication with external display and control units or remote central control systems can be used.

Analysengeräte sind grundsätzlich später installierte Geräte, die in bestehende Anlagen eingebunden werden. Um dies zu ermöglichen, ist es notwendig, umfassende unterschiedliche Interface-Technologien zu unterstützen, um die Analysengeräte für die unterschiedlichen Kommunikationssysteme in den bestehenden Anlagen zugänglich zu machen oder aufwendige Spezialanpassungen zu umgehen. Beispielsweise kann in einem Anwendungsfall nur ein Übertragen der Messergebnisse an eine Speichervorrichtung notwendig sein, bei dem die zeitlichen Erfordernisse keine hohe Priorität haben. In einem andern Fall kann es erforderlich sein, die Messergebnisse sehr schnell an ein angeschlossenes Notebook zu übertragen, falls die Anlage nur zeitweise überwacht werden muss. Dann sollte die Übertragung der Messergebnisse sehr schnell erfolgen.Analyzers are basically devices that are installed later and integrated into existing systems. To make this possible, it is necessary to support extensive different interface technologies in order to make the analysis devices accessible for the different communication systems in the existing systems or to avoid complex special adaptations. For example, in one application, it may only be necessary to transfer the measurement results to a storage device in which the time requirements are not a high priority. In another case, it may be necessary to transfer the measurement results to a connected notebook very quickly, if only the system must be monitored at times. Then the measurement results should be transferred very quickly.

Außerdem ist die Rechenleistung des integrierten Systemcontrollers auch begrenzt, so dass aufwendige Rechenprozesse effektiver von externen Steuerungssystemen ausgeführt werden können.Besides, is the computing power of the integrated system controller is also limited, so that complex computing processes more effectively from external control systems accomplished can be.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Analysengerät anzugeben, bei dem eine externe Steuerung und/oder Darstellung der Analyse möglich ist.task The invention is therefore to provide an analysis device in which an external control and / or presentation of the analysis is possible.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.This The object is solved by the features of claim 1. The give the following dependent claims advantageous developments of the invention again.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass das Analysegerät zur Interkommunikation mit einer geräteexternen standardisierten Anzeigeeinrichtung eine standardisierte Schnittstelle aufweist. Die Anzeigeeinheit ist damit nicht mehr Gegenstand des Analysegerätes, und so können standardisierte Anzeigeeinrichtungen verwendet werden. Um dies zu realisieren müssen die Schnittstellen an dem Analysegerät mit den Schnittstellen an üblichen Anzeigeeinrichtungen wie Laptops oder PDAs zusammenwirken.The Invention is based on the idea that the analyzer for intercommunication with an external device standardized display device a standardized interface having. The display unit is therefore no longer the subject of Analyzer and so can standardized display devices are used. To do this have to realize the interfaces on the analyzer with the interfaces on usual Display devices such as laptops or PDAs work together.

Um gewisse apparative Voraussetzungen hierzu zu geben ist weiterhin angegeben, dass das Analysengerät ein Analysenmodul umfasst, die als eine physikalische Messzelle, Sensor oder Detektor ausgebildet ist, die je nach Messverfahren unterschiedlich sein kann. Trotz der unterschiedlichen Analysenmodule ist die Auswertung häufig ähnlich. Deshalb wird die im Analysengerät angeordnete Auswerteeinheit in ihrer Hardware immer gleichartig ausgebildet, wobei die Anpassung an die unterschiedlichen Messverfahren der Analysenmodule und Sensoren über eine Software erfolgt.Around certain apparatus requirements for this must continue to be given indicated that the analyzer includes an analysis module that acts as a physical measuring cell, Sensor or detector is designed depending on the measurement method can be different. Despite the different analysis modules the evaluation is often similar. Therefore will be in the analyzer arranged evaluation unit in their hardware always the same trained, the adaptation to the different measurement methods of the analysis modules and sensors software is carried out.

Dies wird dadurch erreicht, dass die Auswerteeinheit eine A/D-Umwandlung der Analysengröße vornimmt und digitale vorverarbeitete Auswertegrößen an einer digitale Schnittstelle bereitstellt und Speichervorrichtungen auf der Auswerteeinheit vorgesehen sind, die zur Speicherung von analysemodulspezifische Daten und Algorithmen vorgesehen sind.This is achieved in that the evaluation unit has an A / D conversion of the analysis size and digital preprocessed evaluation sizes on a digital interface provides and storage devices provided on the evaluation unit are for the storage of analysis module specific data and Algorithms are provided.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit eine analysemodulspezifische Verarbeitung vornimmt. Dadurch kann die Auswerteeinheit für alle Analysenmodule gleichartig ausgebildet werden. Die Anpassung an das jeweils verwendete Analysenmodul erfolgt dann über die Speicherung der analysemodulspezifischen Daten und Algorithmen auf den Speichervorrichtungen der Auswerteeinheit. Somit stehen dem Systemcontroller der Auswerteeinheit alle analysemodulspezifischen Daten und Algorithmen zur Verfügung um eine Vorverarbeitung der Analysegröße vorzunehmen und diese nach einer Umwandlung eine digitale Größe für die digitale Schnittstelle des Analysengeräts anzupassen.In An advantageous embodiment of the invention provides that the evaluation unit has processing module-specific processing performs. This means that the evaluation unit can be the same for all analysis modules be formed. Adaptation to the analysis module used in each case then takes place via the storage of the analysis module-specific data and algorithms on the storage devices of the evaluation unit. So stand the system controller of the evaluation unit all analysis module-specific Data and algorithms available in order to preprocess and analyze the analysis size a conversion a digital quantity for the digital interface of the analyzer adapt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die digitale Schnittstelle zur Kommunikation mit einer externen Steuereinheit vorgesehen ist, die eine applikationsspezifische Verarbeitung der Analysegrößen und vorverarbeiteten Größen vornimmt. Dadurch wird es ermöglicht, externe Steuereinheiten mit größerer Rechenleistung oder anpassbarer Darstellungsmöglichkeit zu verwenden, beispielsweise Prozessrechner, Laptops, PDA, Mobiltelefone, Hand-held PCs oder Panel PCs.In An advantageous embodiment of the invention provides that the digital interface for communication with an external Control unit is provided, the application-specific processing the analysis sizes and pre-processed sizes. This enables external control units with greater computing power or customizable display options to be used, for example process computers, laptops, PDAs, mobile phones, Hand-held PCs or panel PCs.

In der Speichervorrichtung sind Linearisierungsfaktoren und/oder Kalibrierfunktionen und/oder Korrekturfaktoren und/oder Responsefaktoren enthalten, die zur Anpassung der digitalisierten Analysengröße durch die Auswerteeinheit vorgesehen sind.In the storage device are linearization factors and / or calibration functions and / or contain correction factors and / or response factors, that for adjusting the digitized analysis size by the evaluation unit are provided.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Speichervorrichtung wartungsrelevante Daten des Analysenmoduls, wie Betreibstundenzähler, Drift und Offsetwerte etc., gespeichert werden.In An advantageous embodiment of the invention provides that maintenance-relevant data of the analysis module, such as Betreibstundenzähler, Drift and offset values etc. can be saved.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die externe Steuereinheit applikationsspezifische Signalverarbeitungsalgorithmen oder Grenzwertüberwachungen oder Ablaufsteuerungen mit den übertragenen digitalen vorverarbeiteten Signalen des Analysengeräts vornimmt. Dies kann auch die Aufzeichnung bzw. Speicherung von wartungsrelevanten Daten des Analysengerätes über einen längeren Zeitraum umfassen.In An advantageous embodiment of the invention provides that the external control unit application-specific signal processing algorithms or limit value monitoring or sequential controls with the transferred digitally processed signals of the analyzer. This can also be the recording or storage of maintenance-relevant Data from the analyzer via a longer Period.

Die externe Steuereinheit kann somit anhand der wartungsrelevanten Daten feststellen, wann eine Kalibrierung des Analysenmoduls notwendig ist und die erforderlichen Kalibrierungsdaten zum Analysengerät übertragen.The External control unit can therefore use the maintenance-relevant data determine when calibration of the analysis module is necessary and transmit the required calibration data to the analyzer.

Dadurch werden erhebliche fertigungstechnische Vorteile erzielt. Das Basisanalysengerät ist bis auf die Analysenmodule und die Software gleichartig aufgebaut, so dass für alle unterschiedlichen Messverfahren einheitliche Komponenten des Analysengeräts verwendet werden können.Thereby considerable manufacturing advantages are achieved. The basic analyzer is up on the analysis modules and the software are constructed in the same way, so that for all different measuring methods used uniform components of the analyzer can be.

Durch diese Modularität werden Fernabfragen und Einbindungen in Leitsysteme ermöglicht. Der Bedienkomfort wird erheblich gesteigert, da externe Anzeige- und Bedieneinheiten verwendet werden können und auch auf Prozesse zur Auswertung der Analyse von externen Prozessoren durchgeführt werden können.This modularity enables remote queries and integration into control systems. The ease of use is increased considerably, since external display and operating units can be used and processes for evaluating the analysis can also be carried out by external processors.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung in schematische Weise dargestellt ist. Es zeigt:following the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment that is shown in the drawing in a schematic manner. It shows:

1 Blockschaltbild eines Analysengerätes nach dem Stand der Technik; 1 Block diagram of an analysis device according to the prior art;

2 Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Analysengerätes mit Anschluss an eine externe Steuereinheit; 2 Block diagram of an analysis device according to the invention with connection to an external control unit;

1 zeigt ein Analysengerät 1 nach dem Stand der Technik. Dieses enthält ein Analysenmodul 2 und eine Auswerteeinheit 3. Die Auswerteeinheit 3 ist mit einer herstellerspezifischen Schnittstelle 5 verbunden, über die das Analysengerät 1 mit externen Geräten verbunden werden kann. 1 shows an analyzer 1 According to the state of the art. This contains an analysis module 2 and an evaluation unit 3 , The evaluation unit 3 is with a manufacturer-specific interface 5 connected via which the analyzer 1 can be connected to external devices.

2 zeigt ein erfindungsgemäßes Analysengerät 10 mit Anschluss an eine externe Steuereinheit 60 über eine digitale Schnittstelle 50. Das Analysengerät 10 umfasst im Gegensatz zum Stand der Technik nur noch eine Auswerteeinheit 30, die über Komponenten 31, 32, 33 verfügt, mit denen eine analysemodulspezifische Verarbeitung und Anpassung der analysierten Werte oder Größen an eine digitale Schnittstelle 50 ermöglicht wird. An die digitale Schnittstelle 50 wird ein standardisiertes Bussystem 70 angeschlossen. Insbesondere gehören zur Auswerteinheit 30 eine Speichervorrichtung 31, ein Systemcontroller 32 und ein A/D-Umwandler 33. 2 shows an analyzer according to the invention 10 with connection to an external control unit 60 via a digital interface 50 , The analyzer 10 In contrast to the prior art, it now only comprises one evaluation unit 30 that about components 31 . 32 . 33 with which an analysis module-specific processing and adaptation of the analyzed values or sizes to a digital interface 50 is made possible. To the digital interface 50 becomes a standardized bus system 70 connected. In particular, belong to the evaluation unit 30 a storage device 31 , a system controller 32 and an A / D converter 33 ,

Über die Schnittstelle 50 und das Bussystem 70 können sowohl externe Steuergeräte, wie bspw. Notebooks angeschlossen werden, es können jedoch auch PDAs, Mobiltelefone, Handheld-Terminals oder Panel-PCs angeschlossen werden, die weitestgehend zur Anzeige und Bedienung des Analysengerätes 10 verwendet werden.Via the interface 50 and the bus system 70 Both external control devices such as notebooks can be connected, but PDAs, cell phones, handheld terminals or panel PCs can also be connected, which are largely used to display and operate the analyzer 10 be used.

Somit lässt sich eine standardisierte Anzeige und Bedienung von Analysengeräten unterschiedlicher Hersteller ermöglichen.Consequently let yourself a standardized display and operation of different analyzers Enable manufacturers.

Durch die Anpassung an standardisierte Übertragungstechniken, bspw. Ethernet, Bluetooth, UMTS, GSM, ISDN, DECT, USB, IrDA kann eine Verbindung im Nahbereich oder auch zu entfernten Standorten erfolgen. Die Schnittstelle 50 lässt sich aufgrund der Speichermöglichkeiten in der Speichervorrichtung 31 an diese Übertragungstechniken anpassen. Die erforderliche Hardware zur Nutzung dieser Techniken lässt sich an die digitale Schnittstelle 50 anschließen, bspw. ein Funkmodul oder IR-modul zur Umwandlung und Übertragung der vorverarbeiteten Größen.By adapting to standardized transmission technologies, e.g. Ethernet, Bluetooth, UMTS, GSM, ISDN, DECT, USB, IrDA, a connection can be made in the vicinity or to distant locations. the interface 50 can be due to the storage options in the storage device 31 adapt to these transmission techniques. The hardware required to use these techniques can be connected to the digital interface 50 connect, e.g. a radio module or IR module for converting and transmitting the pre-processed quantities.

Ein erfindungsgemäßes Analysengerät kann somit mit bspw. allgemein bekannten Browsern seine Analysegrößen anzeigen und darüber gesteuert werden. Weiter können Fernwartungen, Softwareupdates, Kalibrierungen, Inbetriebnahmen, Fehlersuche, Asset Management usw. an den Analysengeräten durchgeführt werden.On Analysis device according to the invention can thus display its analysis parameters with, for example, well-known browsers and above to be controlled. Can continue Remote maintenance, software updates, calibrations, commissioning, Troubleshooting, asset management etc. can be carried out on the analysis devices.

11: Analysengerät nach dem Stand der TechnikAnalyzer after State of the art
22: Analysenmodulanalysis module
33: Auswerteeinheitevaluation
55: analoge Schnittstelleanalog interface
1010: erfindungsgemäßes AnalysengerätAnalyzer according to the invention
3030: erfindungsgemäße Auswerteeinheitevaluation unit according to the invention
3131: Speichervorrichtungstorage device
3232: Systemcontrollersystem controller
3333: D/A-UmwandlungD / A conversion
5050: digitale Schnittstelledigital interface
6060: externes Steuer oder Bediengerätexternal Control or operating device
7070: standardisiertes Bussystemstandardized bus system

Claims

Analyzer ( 10 ) with an analysis module ( 2 ), which has at least one physical measuring cell, an evaluation unit ( 30 ) with a system controller ( 32 ), Input / output components and an integrated display and operating unit, characterized in that the analysis device for intercommunication with a device-external standardized display device has a standardized interface.

Analysis device according to claim 1, characterized in that the evaluation unit ( 30 ) A / D conversion ( 33 ) of the analysis size and digital preprocessed evaluation sizes on a digital interface ( 50 ) and a storage device ( 31 ) on the evaluation unit ( 30 ) is provided, which is used to store analysis module-specific data and algorithms.

Analyzer ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the evaluation unit ( 30 ) carries out an analysis module-specific processing of the analysis size.

Analyzer ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the digital interface ( 50 ) for communication with an external control unit ( 60 ) is provided, which is an application-specific Processing of analysis sizes and pre-processed sizes.

Analyzer ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the storage device ( 31 ) Contains linearization factors and / or calibration functions and / or correction factors and / or response factors, which are used by the evaluation unit to adapt the digitized analysis variable ( 30 ) are provided.

Analyzer ( 10 ) according to claim 2, characterized in that it is provided in the external control unit ( 60 ) application-specific signal processing algorithms or limit value monitoring or sequence controls with the transmitted digital preprocessed quantities of the analyzer ( 10 ) To run.

Analyzer ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the storage device ( 31 ) is provided for storing maintenance information.