DE20013896U1

DE20013896U1 - Meßanordnung

Info

Publication number: DE20013896U1
Application number: DE20013896U
Authority: DE
Original assignee: WALDHERR KARL H
Current assignee: WALDHERR KARL H
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2002-01-03
Anticipated expiration: 2010-08-12

Description

Meßanordnung

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Solche Meßanordnungen mit dezentraler Meßwert-Erfassung und zentraler Anzeige oder Auswertung werden vor allem in Produktionsanlagen eingesetzt. Die Meßanordnungen sind kabelgebunden.

In Laboren und ähnlichen Umgebungen werden für die Erfassung verschiedener Zustandsgrößen jeweils eigene Meßinstrumente verwendet. Jedes Meßinstrument hat seinen eigenen Aufbau und seine eigene Bedienoberfläche, die vom Benutzer zu erlernen ist. Manche Meßinstrumente ermöglichen zusätzlich eine fortlaufende Datenaufzeichnung, durch welche die Instrumente noch komplexer werden. Bei Durchführung umfangreicher und längerer Versuchsreihen im Labor ist das Ablesen und Bedienen der verschiedenen Meßinstrumente zeitaufwendig und mühsam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich Aufbau und Bedienbarkeit vereinfachte Meßanordnung für Labore, aber auch für andere vergleichbare Arbeitsumgebungen anzugeben.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit der in Anspruch 1 und bezüglich vorteilhafter Ausgestaltungen in den Unteransprüchen gekennzeichneten Meßanordnung gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Meßanordnung sind das Ablesen und das Bedienen aller Meßsensoren für die verschiedenen Zustandsgrößen in einer einzigen Zentraleinheit zusammengefaßt. Die Zentraleinheit kommuniziert über eine Funkstrecke mit den modular aufgebauten Sensorgeräten, an welche jeweils ein Meßsensor angeschlossen ist. Die Meßdaten von den Sensoren werden in der Zentraleinheit nach einem einheitlichen Schema angezeigt und ggf. ausgewertet, z.B. über längere Zeit aufgezeichnet. Dadurch ist der Aufwand für das Ablesen und Auswerten der Meßdaten von den verschiedenen Meßsensoren erheblich reduziert. Die Bedienperson muß nur noch die Zentralein-

heit bedienen und braucht sich nicht mehr mit den verschiedenen Bedienungsanforderungen der üblichen Meßinstrumente auseinanderzusetzen. Das Ablesen geschieht aus der Entfernung; ein Hingehen zu den einzelnen Meßinstrumenten entfällt. Auch der technische Aufwand ist gegenüber klassischen Meßinstrumenten deutlich reduziert, da viele verschiedene Bedienungsmittel für die Meßsensoren entfallen, diese vielmehr nur noch einmal in Form der Zentraleinheit vorhanden sind. Schließlich ist auch die Dokumentierung der Meßdaten vereinfacht, weil die Zusatzinformationen, wie Datum, Uhrzeit, Name, etc. ebenfalls zentral in der Zentraleinheit hinzugestellt werden können.

Da die Zentraleinheit und die Sensorgeräte über Funk miteinander verkehren und die Zentraleinheit mobil ausgebildet ist, bestehen keinerlei räumliche Beschränkungen für die Auslegung der Meßanordnung. Es können sogar Meßsensoren in verschiedenen Räumen in einer Meßanordnung zusammengefaßt werden. Genauso kann die Zentraleinheit der Meßanordnung an verschiedenen Orten benutzt werden, so lange nur die Sensorgeräte sich innerhalb ihrer Reichweite befinden.

Im Rahmen der Erfindung ist in erster Linie daran gedacht, standardisierte, kommerziell erhältliche Funkmodule zu verwenden, vorzugsweise solche, die nach dem DECT-Protokoll arbeiten. Solche Funkmodule werden zum Beispiel auch bei den schnurlosen Telefonen eingesetzt. Wegen der großen Produktionszahlen sind sie preiswert erhältlich, außerdem zuverlässig. Sie haben eine typische Reichweite von.100 m innerhalb von Gebäuden und von bis zu 5 km bei freier Sicht. Es kommen aber auch andere Funkmodule in Frage, die nach einem anderen Funk-Übertragungs-Protokoll arbeiten, z.B. nach dem Bluetooth-Protokoll, das für die drahtlose Vernetzung von Computern entwickelt wurde.

Die Vorteile der Struktur der erfindungsgemäßen Meßanordnung kommen besonders zum Tragen, wenn die mobile Zentraleinheit als tragbares Handgerät ausgebildet ist. Mit diesem kann man

z.B. durch die Laborräume gehen und Raum für Raum die Sensorgeräte der Meßanordnung abfragen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Zentraleinheit eine Schnittstelle auf, über welche sie an einen Computer angeschlossen ist, mit dem sie Daten austauscht. Damit läßt sich die Datenaufzeichnung, Registrierung und Archivierung in sehr einfacher Weise mit Hilfe eines Computers realisieren. Umgekehrt kann auch der Computer benutzt werden, um die Zentraleinheit so zu steuern, daß sie die Meßsensoren in einer bestimmten, programmierten Weise, z.B. in einer bestimmten Reihen- oder Rangfolge abfragt.

Alle Komponenten der Meßanordnung sind vorzugsweise modular aufgebaut. Bei einer solchen Auslegung umfaßt das Sensorgerät in einer günstigen Ausgestaltung eine einheitliche Mikroprozessor-Schaltung mit Speicher und Analog-Wandler, die das Funkmodul ansteuert. Der jeweils zugeordnete Meßsensor ist an die Mikroprozessor-Schaltung über eine individuelle Anpaßschaltung angeschlossen, welche die Schnittstelle zwischen der für alle Sensorgeräte einheitlichen Mikroprozessor-Schaltung und dem je nach Meßaufgabe unterschiedlich ausgebildeten Meßsensor realisiert.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßanordnung sind zusätzlich zu den Sensorgeräten und der Zentraleinheit Gateway-Geräte vorgesehen, die jeweils über ein Funkmodul in Funk-Verbindung mit der Zentraleinheit und/oder den Sensorgeräten stehen und zur Anbindung an externe Netzwerke und Drähte dienen. Die Gateway-Geräte werden also auf der Funkseite genauso wie die Sensorgeräte angesprochen. Auf der anderen Seite sind sie für das Protokoll eines bestimmten Netzwerkes oder für die Normen eines bestimmten Gerätes, z.B. eines Computers, ausgelegt. So können die Gateway-Geräte eine Verbindung zum Internet oder einem Intranet herstellen oder auch zu einem Gerät mit V24- oder einer RS485-Schnittstelle. Über die Gateway-Geräte können Meßdaten an die externen Netzwerke und Geräte übergeben

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empfangen werden. Auch bietet ein Gateway-Gerät eine Alternative zum Anschluß eines Auswertungs-Computers direkt an eine entsprechende Schnittstelle der Zentraleinheit, indem ein solcher Computer an einen entsprechenden Ausgang eines Gateway-Gerätes angeschlossen wird.

Unabhängig davon, ob man einen Auswertungs-Computer mit der Meßanordnung über ein Gateway-Gerät oder direkt über eine Schnittstelle in der Zentraleinheit verbindet, läßt sich durch entsprechende Software festlegen, in welchem Maße der Computer Steuerungsfunktionen der Zentraleinheit übernehmen soll. Im Extremfall können alle Zentralfunktionen auf den Computer verlagert werden. Dann dient die Zentraleinheit nur noch im Bedarfsfall vor Ort zur Anzeige bestimmter Meßergebnisse, und wird dementsprechend nur bei Bedarf eingeschaltet.

Eine weitere, sehr vorteilhafte Erweiterung der erfindungsgemäßen Meßanordnung geschieht durch ein oder mehrere Steuergeräte, die analog zu den Sensorgeräten und den ggf. vorgesehenen Gateway-Geräten ebenfalls über ein Funkmodul in Funkverbindung mit der Zentraleinheit und/oder den Sensorgeräten stehen und zur drahtgebundenen Ansteuerung von meßwertabhängig arbeitenden Apparaten dienen, z.B. von Stelleinheiten, die bestimmte Aktionen, wie Ventilbetätigungen, Ein- und Ausschal tvorgänge, etc. in der Versuchsanordnung bewirken, aus der die Meßwerte stammen.

Im Sinne des bevorzugten modularen Aufbaus der gesamten Meßanordnung weisen die Gateway-Geräte und die Steuergeräte die gleiche Mikroprozessor-Schaltung wie die Sensorgeräte auf, welche jeweils nur durch eine Anpaß- oder Schnittstellenschaltung entsprechend dem jeweiligen Einsatzzweck des Gerätes ergänzt ist.

Das bevorzugte Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Meßanordnung sind Labore. Sie kann aber auch zu Meß- und Überwachungsaufgaben in anderer Umgebung eingesetzt werden, in welcher an verschiedenen von einander getrennten Orten viele

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Meßwerte anfallen, z.B. in Klärwerken, Brauereien, in der Medizin, beim Gewässerschutz, etc.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt sehr schematisch eine Meßanordnung nach der Erfindung.

Die dargestellte Meßanordnung umfaßt mehrere Meßsensoren 1, die zur Erfassung unterschiedlicher Zustandsgrößen, wie Temperatur, Druck, Feuchte, Ph-Wert, Trübung, etc. ausgebildet sind. Solche Meßsensoren sind handelsüblich. Sie geben die erfaßte Zustandsgröße durch ein elektrisches analoges Signal wieder.

Jeder Meßsensor ist an ein Sensorgerät 2 angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel sind vier Sensorgeräte dargestellt. In der Praxis können es deutlich mehr sein. Jedes Sensorgerät umfaßt in nicht näher dargestellter Weise eine Mikroprozessor-Schaltung mit Speicher und Analog-Wandler sowie ein Funkmodul, das von der Mikroprozessor-Schaltung angesteuert wird. Ferner umfaßt jedes Sensorgerät eine individuelle, d.h. dem jeweils verwendeten Meßsensor entsprechende Anpaßschaltung, die das analoge Meßsignal des Meßsensors standardisiert und an den Analogwandler der Mikroprozessor-Schaltung übergibt.

Als Variante für Sonderfälle ist ein Sensorgerät 3 mit einer eingebauten Anzeige 4 vorgesehen, welche eine unmittelbare Beobachtung des Meßwertes gestattet. Ansonsten entspricht das Sensorgerät mit Anzeige den Sensorgeräten 2 ohne Anzeige.

Desweiteren gehört zu der Meßanordnung eine mobile Zentraleinheit in Form eines tragbaren Handgerätes 5, das in etwa die Abmessungen eines großen Mobil-Telefons hat. Das Handgerät 5 besitzt eine Anzeige 6 und eine Tastatur 7. Beide sind mit einem Mikroprozessor verbunden, dem ein Speicher zugeordnet ist und de'rJWlt .e*ia*öin.*F*ank<no'diil'*pt{s*^r5Jaenv{iikt:. Alle

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Funkmodule der Meßanordnung, also die in den Sensorgeräten 2 und 3 und das in der Zentraleinheit 5 arbeiten mit einem einheitlichen, gleichen Funk-Übertragungs-Protokoll, beim Ausführungsbeispiel nach dem DECT-Protokoll. Unter diesem Protokoll können über die Funkstrecken zwischen der Zentraleinheit und den Sensorgeräten von der Zentraleinheit die Meßdaten der Meßsensoren abgefragt werden. Dabei bestimmt z.B. die Bedienungsperson über die Tastatur 7, welches Sensorgerät jeweils angesprochen werden soll. Die Unterscheidung der verschiedenen Sensorgeräte geschieht mit Hilfe einer entsprechenden Frequenz- und Kanaleinteilung, welche in an sich bekannter Weise durch das verwendete Übertragungsprotokoll, hier das DECT-Protokoll zur Verfügung gestellt wird. Die jeweils abgefragten Meßwerte werden an der Anzeige 6 wiedergegeben.

Die Zentraleinheit 5 umfaßt ferner eine V24-Schnittstelle 8, über die ein Computer 9 an die Zentraleinheit angeschlossen werden kann und über die die Meßdaten an den Computer übergeben werden. Dort können sie gespeichert, ausgewertet oder auch über einen Drucker 10 ausgedruckt werden. Die Zentraleinheit ist mit ihrem Speicher so ausgelegt, daß sie eine Reihe von Meßdaten aufnehmen kann, die dann in einem Vorgang, nach Abschluß der Abfrage der Meßsensoren und ggf. auch an einem anderen Ort über die Schnittstelle 8 an den Computer 9 ausgegeben werden. Dabei kann die Zentraleinheit 5 durchaus auch Datenlogger-Funktionen übernehmen, indem sie Meßdaten über einen längeren Zeitraum abfragt und vorläufig speichert.

Die Zentraleinheit wird von ihrem Mikroprozessor so gesteuert, daß sie für die Abfrage aller Meßsensoren eine einheitliche Bedienroutine bietet. In Verbindung mit dem Umstand, daß nur eine Zentraleinheit verschiedenen Meßsensoren der Meßanordnung zugeordnet ist, ergibt sich daraus der wesentliche Vorteil einer einheitlichen Bedienoberfläche für alle Meßvorgänge, unabhängig von jeweils erfaßten Zustandsgrößen. Das macht die Handhabung und die Erlernbarkeit der Handhabung besonders einfach. Eine weitere Erleichterung ergibt sich dadurch, daß die Zentraleinheit 5 ein IC-Modul um-

fassen kann, welches die Uhrzeit und das Datum liefert, um diese den jeweiligen Meßdaten automatisch zuzuordnen.

Sowohl die Sensorgeräte wie auch die Zentraleinheit sind vorzugsweise batteriebetrieben. Es kommt jedoch auch eine Netzversorgung in Betracht.

Die Meßanordnung umfaßt ferner mehrere Gateway-Geräte 11, die jeweils über ein Funkmodul in Funk-Verbindung mit der Zentraleinheit oder auch direkt mit den Sensorgeräten stehen und zur Anbindung an externe Netzwerke und Geräte dienen. Jedes Gateway-Gerät enthält die gleiche, einheitliche Mikroprozessor-Schaltung wie die Sensorgeräte sowie, neben dem Funkmodul, eine Interface-Schaltung für 4-20mA-I/0 oder V24 oder RS485 oder Internet/Intranet zur Anbindung an externe Netzwerke und Geräte, z.B. an bestehende, klassische Meßinstrumente, Analyseautomaten, Computer, etc.

Schließlich umfaßt die Meßanordnung im Ausführungsbeispiel ein Steuergerät 12, das ebenfalls über ein Funkmodul mit den anderen Komponenten der Meßanordnung in Funkverbindung steht und zur drahtgebundenen Ansteuerung von meßwertabhängig arbeitenden Apparaten dient, z.B. von Stellgliedern, die den Ablauf des messend überwachten Prozesses beeinflussen. Auch das Steuergerät enthält die einheitliche Mikroprozessor-Schaltung sowie eine Interface-Schaltng für digitalen Ein- und Ausgang auf mehreren digitalen Steuerleitungen, über welche die zu steuernden Apparate angeschlossen sind. Die jeweils benötigte Steuerfunktion, d.h. die Abhängigkeit der vom Steuergerät 12 bewirkten Aktion von den verschiedenen Meßwerten, ist in der Zentraleinheit realisiert oder, insbesondere bei komplexeren Aufgaben, in dem über die Schnittstelle 8 angeschlossenen Computer 9.

Bei einer nicht dargestellten Variante ist der Computer 9 nicht direkt an die Zentraleinheit angeschlossen, sondern in die Meßanordnung über ein eigenes Gateway-Gerät eingebunden, das mit dem Computer z.B. über eine V24-Schnittstelle kommuniziert .

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Claims

1. Meßanordnung mit mehreren Meßsensoren zur Erfassung unterschiedlicher Zustandsgrößen wie Temperatur, Druck, Feuchte, Ph-Wert, etc., und mit einer Zentral-Vorrichtung zur Anzeige und/oder Auswertung der verschiedenen Meßwerte, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
jeder Meßsensor (1) ist an ein Sensorgerät (2; 3) angeschlossen, das mit einem Funkmodul versehen ist;
die Zentral-Vorrichtung ist als mobile Zentraleinheit (5) mit einer Anzeige (6) und einer Tastatur (7) ausgebildet und mit einem Funkmodul versehen;
alle Funkmodule arbeiten mit einem einheitlichen, gleichen Funk-Übertragungs-Protokoll;
die Meßdaten der Meßsensoren (1) werden über die Funkmodule von der Zentraleinheit (5) abgefragt;
die Zentraleinheit (5) ist so ausgelegt, daß sie für die Abfrage aller Meßsensoren (1) eine einheitliche Bedienroutine hat.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mobile Zentraleinheit (5) als tragbares Handgerät ausgebildet ist.

3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mobile Zentraleinheit (5) eine Schnittstelle (8) aufweist, über welche sie an einen Computer (9) angeschlossen ist, mit dem sie Daten austauscht.

4. Meßanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sensorgerät (2) eine einheitliche Mikroprozessor- Schaltung mit Speicher und Analog-Wandler aufweist, die das Funkmodul ansteuert und an welche der Meßsensor (1) über eine individuelle Anpaßschaltung angeschlossen ist.

5. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Gateway-Geräte (11) vorgesehen sind, die jeweils über ein Funkmodul in Funk-Verbindung mit der Zentraleinheit (5) und/oder den Sensorgeräten (2; 3) stehen und zur Anbindung an externe Netzwerke und Geräte dienen.

6. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Steuergeräte (12) vorgesehen sind, die jeweils über ein Funkmodul in Funkverbindung mit der Zentraleinheit (5) und/oder den Sensorgeräten (2) stehen und zur drahtgebundenen Ansteuerung von meßwertabhängig arbeitenden Apparaten dienen.

7. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateway-Geräte (11) und die Steuergeräte (12) die gleiche Mikroprozessor-Schaltung wie die Sensorgeräte (2; 3) aufweisen.

8. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkmodule nach dem DECT-Protokoll arbeiten.