DE69520371T2

DE69520371T2 - Faseroptisches schnittstellensystem

Info

Publication number: DE69520371T2
Application number: DE69520371T
Authority: DE
Inventors: E. Bjork; R. Cucci; Peter Stasz
Original assignee: NT International Inc
Current assignee: Siskiwit Systems inc Minneapolis Minn Us
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1995-10-03
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2015-10-04
Also published as: EP0801854B1; CA2201894C; DE69520371D1; JPH10507602A; US5528409A; BR9509304A; CA2201894A1; WO1996012357A1; EP0801854A4; EP0801854A1

Description

I. Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft allgemein ein System zum Anschluss eines entfernten (im Sinne von räumlich beabstandeten) Prozessvariablen-Sensors/Senders an ein lokales Steuerungssystem und im Besonderen ein faseroptisches Schnittstellensystem, wobei der entfernte Sender und die zugehörige Schnittstellenelektronik von einer lokal stationierten Lichtquelle mit Energie versorgt werden, und wobei Daten über eine faseroptische Verbindung von dem entfernten zu dem lokalen Ort gesendet werden.

II. Stand der Technik

Das Jensen et al. Patent 5,258,868 beschreibt einen optischen Prozessvariablen-Sender, bei dem optische Energie von einer lokalen Quelle zu einem entfernt stationierten Prozessvariablen-Sender übertragen wird, wobei sie an dem entfernten Ort in elektrische Energie umgewandelt wird, um die entfernt stationierte Elektronik zu versorgen, und bei dem die Prozessvariablen-Information ebenfalls über eine faseroptische Verbindung zu dem lokalen Ort gesendet wird. Das in dem Jensen et al. Patent beschriebene System ist insofern mangelhaft, als es weder die Übertragung sowohl analoger als auch digitaler Informationen vorsieht noch den ausreichenden Schutz eines Technikers vor einer möglichen Schädigung der Augen, wenn die optische Faser zur Übertragung der optischen Energie zu dem entfernten Ort nicht an die Konverterschaltung angeschlossen ist. Darüber hinaus wird bei dem in dem Jensen et al. Patent beschriebenen System optische Energie verschwendet. Wenn an dem lokalen Ort ein Laser als Lichtquelle eingesetzt wird und die Energie, die dieser an den entfernten Ort liefert, nicht richtig optimiert wird, führt dies zu einer verkürzten Lebensdauer des teuren eingesetzten Lasers.
Das US Patent 5,193,201 beschreibt ein System, bei dem eine Vielzahl von kleinen Datenverarbeitungsgeräten durch Lichtenergie von einem Fluoreszenzlichtsystem versorgt werden und Daten empfangen. Das Fluoreszenzlicht wird von einem Host-Rechner gesteuert moduliert, um die Datenübertragung an die Geräte sicherzustellen. Das Patent enthält insbesondere keinerlei Hinweise auf eine Einrichtung, die einen Pfad für den Rückfluss von Daten an das Host-Computersystem bereitstellt, um Zustandsinformationen über die Arbeitsweise der Datenverarbeitungsgeräte bereitzustellen, noch wird eine Rückkopplung zur Steuerung der Leistungsabgabe des Fluoreszenzlichts bereitgestellt.
Demnach ist es eine vorrangige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes System zum Anschluss eines entfernten Prozessvariablen-Sensors/Senders an ein lokales Steuerungssystem bereitzustellen, bei dem optische Energie, die von dem lokalen Ort aus übertragen wird, dazu eingesetzt wird, den Sender und die Elektronik an dem entfernten Ort zu versorgen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine mit Lichtenergie betriebene Schnittstelle für einen entfernten Prozessvariablen-Sender bereitzustellen, die eine gleichzeitige Übertragung von analogen sowie digitalen Informationen von dem PV-Sender zu dem lokalen Ort ermöglicht.
Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein wie zuvor beschriebenes System bereitzustellen, das einen Controller mit Mikroprozessorsteuerung sowohl an dem lokalen als auch dem entfernten Ort beinhaltet, wobei die Mikrocontroller den Fluss von optischer Energie zwischen den beiden Orten überwachen.
Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, bei einem System der beschriebenen Art eine Einrichtung bereitzustellen, die sicherstellt, dass Lichtenergie hoher Intensität nur dann von dem lokalen Ort an den entfernten Ort übertragen werden kann, wenn die faseroptische Verbindung zwischen den beiden ordnungsgemäß angeschlossen ist. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System der beschriebenen Art bereitzustellen, wobei die Energieleistung, die von der lokal stationierten optisehen Lichtquelle (Lasersender) an den entfernten Ort geliefert wird, durch Information gesteuert wird, die der entfernte Ort hinsichtlich des zum Betrieb der entfernt stationierten Elektronik notwendigen Mindest-Leistungsniveaus an den lokalen Ort übermittelt.

Zusammenfassung der Erfindung

Diesen und weiteren Aufgaben der Erfindung dient eine erste, lokal stationierte Mikrocontrollereinrichtung zum regulierbaren Zuführen von Lichtenergie an einen ersten Ausgangsanschluss und zum Empfangen von digital codierten, optisch übertragenen Informationen des entfernten Orts an einem ersten Eingangsanschluss der Mikrocontrollereinrichtung. Eine Analogsendeeinrichtung ist elektrisch an die erste, lokal stationierte Mikrocontrollereinrichtung angeschlossen und so eingerichtet, dass wahlweise entweder analoge oder digitale Informationen oder beides gleichzeitig an ein lokales Steuersystem übermittelt werden. Eine zweite Mikrocontrollereinrichtung ist an einem entfernten Ort stationiert, d. h. entfernt von der ersten Mikrocontrollereinrichtung, zum Empfang von analogen und/oder digitalen Signalen, welche den Zustand einer Prozessvariablen definieren, die von einem entfernten Prozessvariablen-Sender erfasst wurde, und zur Abgabe optisch codierter Zustandsinformationen an einen zweiten Ausgangsanschluss. An die zweite Mikrocontrollereinrichtung und den entfernten Prozessvariablen-Sender ist eine Energieversorgungseinrichtung gekoppelt, die diese mit elektrischer Energie versorgt. Die Energieversorgungseinrichtung enthält einen optisch-zu-elektrisch Energiekonverter mit einem zweiten Eingangsanschluss. Zwischen dem ersten Ausgangsanschluss der lokal stationierten Ausrüstung und dem zweiten Eingangsanschluss des entfernt stationierten optisch-zu-elektrisch Energiekonverters ist mindestens eine optische Faser angeschlossen. Dieselbe oder eine zweite optische Faser ist zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss der entfernt stationierten Mikrocontrollereinrichtung und dem ersten Eingangsanschluss der ersten, lokal stationierten Mikrocontrollereinrichtung angeschlossen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung leitet eine Einrichtung, die die erste Mikrocontrollereinrichtung einschließt, dem ersten Ausgangsanschluss anfänglich Lichtenergie mit einem augensicheren niedrigen Wert zu. Die zweite Mikrocontrollereinrichtung spricht auf den Empfang des augensicheren niedrigen Lichtenergiewerts über die erste optische Faser an und sendet über die optische Faserverbindung einen Hochfahrbefehl (power-up command) an die erste, lokal stationierte Mikrocontrollereinrichtung, wodurch der ersten optischen Faser zusätzliche Lichtenergie oberhalb des augensicheren niedrigeren Werts nur dann zugeleitet wird, wenn sie ordnungsgemäß zwischen den entsprechenden Ausgangs- und Eingangsanschlüssen angeschlossen ist.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Merkmal der Erfindung gibt es an dem lokalen Ort eine Lichtquellen-Energieversorgungseinrichtung, die eine Lichtquelle, wie etwa einen Gaslaser, eine Laserdiode oder eine LED, mit elektrischer Energie versorgt, wobei die Lichtquelle eine Einrichtung zur Modulation der Intensität der Lichtenergie, welche dem ersten Ausgangsanschluss bereitgestellt wird, enthält. Die erste Mikrocontrollereinrichtung enthält auch einen ersten Mikroprozessor zur Steuerung der Lichtquellen-Energieversorgungseinrichtung und der Lichtquellen-Modulationseinrichtung. Der erste Mikroprozessor empfängt Energie-Statusinformationen von der entfernt stationierten zweiten Mikrocontrollereinrichtung, so dass eine Regelung (closed 100p control) der optischen Energie, die von dem lokalen Ort an den entfernten Ort bereitgestellt wird, erfolgt. Die Regelung sorgt dafür, dass der Strom, der der Laserlichtquelle zugeführt wird, so niedrig wie zulässig ist, damit gleichzeitig der entfernten Schnittstelle und dem Prozessvariablen-Sender noch ausreichende Energie bereitgestellt wird.

Beschreibung der Zeichnungen

Aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltung werden die obigen Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung für einen Fachmann offensichtlich, vor allem bei gleichzeitiger Betrachtung der beigefügten Zeichnungen, wobei:
Fig. 1: ein System-Blockdiagramm des optisch betriebenen faseroptischen Schnittstellensystems der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2: ein Software-Flussdiagramm der Hochfahr- Ablauffolge (power-up sequence) ist, die von dem zentral stationierten Mikrocontroller ausgeführt wird;
Fig. 3: ein Software-Flussdiagramm des Hauptprogramms ist, das von der lokal stationierten Mikrocontrollereinrichtung im Anschluss an eine erfolgreiche Hochfahr-Ablauffolge ausgeführt wird;
Fig. 4 ein Software-Flussdiagramm ist, das die Merkmale des Programms darstellt, welches in der entfernt stationierten Mikrocontrollereinrichtung enthalten ist; und
Fig. 5: ein bevorzugtes Nachrichtenformat und die Signifikanz der Bits des Nachrichtenkopfes (message header bits) hiervon darstellt.

Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltung

In Fig. 1 werden zunächst anhand eines Blockdiagramms die Komponenten der optisch betriebenen, faseroptischen Datenverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das System ist allgemein mit der Ziffer 10 gekennzeichnet und ist zum Anschluss des Steuerungsmoduls eines lokalen Systems 12 an einen entfernt stationierten Prozessvariablen-Sender angepasst. Das Modul 12 stellt eine Einrichtung oder ein System dar, dessen Betriebsparameter in Abhängigkeit von Informationen, die das entfernt stationierte Prozessvariablen-Sensor-/Sendermodul 14 ihm übermittelt, zu steuern sind. Der Begriff "Prozessvariable" ist so zu verstehen, dass er einen oder mehrere Parameter wie Druck, Temperatur, Fluss, Bewegung, Dichte oder andere Parameter, deren Wert für die Durchführung eines Verfahrens mit dem Systemsteuerungsmodul 12 von Bedeutung ist, beinhaltet. Die optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung 10 enthält eine Lichtquelle und ein Datenverarbeitungsmodul 16 und ein entferntes Schnittstellenmodul 18, die über eine erste und zweite optische Faser 20 und 22 verbunden sind. Während in Fig. 1 zwei diskrete optische Fasern dargestellt werden, ist es auch möglich, eine einzige optische Faser zwischen den betreffenden Eingangs- und Ausgangsanschlüssen durch konventionelle faseroptische Verbindungsvorrichtungen anzuschließen, und eine Beschränkung auf ein System mit zwei diskreten optischen Fasern lässt sich nicht herleiten.
In der Zeichnung von Fig. 1 sind die optischen Fasern durch dicke Strichlinien dargestellt. Kundenseitig bereitgestellte elektrische Verbindungen werden durch eine dicke durchgezogene Linie dargestellt, während interne elektrische Verbindungen der Schnittstellenmodule 16 und 18 durch eine dünne durchgezogene Linie gekennzeichnet sind. Es 'wird zuerst auf das Lichtquellenmodul 16 Bezug genommen, das eine erste Mikrocontrollereinrichtung 24 enthält, welche zum Empfangen von digitalen Informationen geeignet ist, die ihr über die zweite optische Faser 22 an einen ersten Eingangsanschluss 25, an welchen ein Fotodiodenempfänger 26 angeschlossen ist, bereitgestellt werden. Wie im Folgenden noch näher beschrieben wird, enthält der Fotodiodenempfänger 26 einen optisch-zu-elektrisch Umformer und Impulsformer, um digital codierte Statusinformationen an die Mikrocontrollereinrichtung 24 bereitzustellen. Die Mikrocontrollereinrichtung 24 stellt über die Leitung 28 eine erste Ausgabe an einen Analogsignalsender 30 bereit. Die Ausgabe des Analogsenders 30 dient als Eingabe in den analog/digital I/O Schaltkreis 32. Diese analoge Information an Ausgang 39 kann z. B. ein Industriestandard-Stromsignal im Bereich von 4 bis 20 mA sein. Die Stromamplitude dieses Signals zeigt die Prozessvariablenmessung, die von dem Sensor-/Sendermodul 14 bereitgestellt wird, an. Ein Fachmann wird erkennen, dass 4 bis 20 mA Steuerschleifen (control 100 ps) üblicherweise in einer großen Reihe von Prozess-Steuerungssystemen gebräuchlich sind. So ist das System der vorliegenden Erfindung mit herkömmlichen Systemen kompatibel. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das Analogsignal an Leitung 39 ein Spannungsniveau statt eines 4 bis 20 mA Stromsignals sein kann. Das System der vorliegenden Erfindung ist auch für den Datenaustausch in einem Analogübertragungssystem statt einem digitalen System geeignet. So ist der Mikrocontroller 24 auch in der Lage, über die Leitung 34 einen digitalen Wert an einen Digitalsender 36 auszugeben, der ebenso über das analog/digital I/O Schnittstellenmodul 32 und die Datenverbindung 38 an das gesteuerte System 12 angeschlossen ist. Das gesteuerte System 12 kann umgekehrt auch mit der Sendevorrichtung 14 kommunizieren. In diesem Fall werden digitale oder analoge Information über die kundenseitig bereitgestellte elektrische Verbindung 38 und über das analog/digital I/O Modul 32 in den Digitalempfängerschaltkreis 40 eingegeben. Der Digitalempfänger 40 stellt seine Ausgabe dem Mikrocontroller 24 bereit, wo die Nachricht richtig formatiert und einem Lichtquellenmodulatorschaltkreis 42 zugeleitet wird, wo Frequenzumtastung (frequency shift keying) oder andere Modulationstechniken angewandt werden können, um digitale Informationen dem analogen Lichtniveau, das der optischen Faser 20 an einem ersten Ausgangsanschluss 44 des Lichtquellenmoduls 16 zugeleitet wird, zu überlagern. Da der Durchschnittswert des digitalen Signals null ist, verändert die Überlagerung mit dem digitalen Signal nicht die übertragene analoge Information. Der Mikrocontroller 24 dient auch zum Steuern der Amplitude der optischen Energie, indem das Niveau der elektrischen Leistung (Strom), die von der Lichtquellen- Stromversorgung 46 an den Lichtquellenmodulator 42 bereitgestellt wird, gesteuert wird.
Als nächstes wird das entfernte Schnittstellenmodul 18 betrachtet, das einen zweiten Eingangsanschluss 48, an den die optische Faser 20 angeschlossen ist, enthält. Dieser zweite Eingangsanschluss empfängt die Lichtenergie, die über die optische Faser 20 zugeführt wird, und wandelt diese Energie über den Fotodioden-Energiekonverterschaltkreis 50 in ein hierzu proportionales elektrisches Signal um. Der Informationsinhalt wird, wenn er in digitaler Form gesendet wird, von einem Digitalempfängerschaltkreis 52 detektiert und einer zweiten Mikrocontrollereinrichtung 54 als Eingabe zugeleitet.
Die Mikrocontrollereinrichtung 54 empfängt auch über die kundenseitig bereitgestellte elektrische Verbindung 56 Signale, die den Zustand einer Prozessvariablen (PV) definieren, die von dem entfernten Prozessvariablen-Sender 14 erfasst worden ist. Die über die elektrische Verbindung 56 übertragenen Informationen können eine digitale oder analoge Form haben, was von dem eingesetzten PV Sensor- /Sendertyp 14 abhängt. In beiden Fällen wird die Information von dem PV Sensor/Sender 14 dem Analog-Digital-Sende - Empfangs-Gerät 58 zugeleitet, wobei die digitale Komponente dem entfernten Mikrocontroller 54 über den Digital- Schnittstellenschaltkreis 60 und die analoge Komponente dem entfernten Mikrocontroller 54 über den Analogschnitt - Stellenschaltkreis 62 zugeleitet wird. Ein A/D Wandler (nicht dargestellt), der entweder in dem Schnittstellenschaltkreis 62 angesiedelt oder Teil des Mikrocontrollers 54 ist, wandelt die analogen Ausgabedaten des PV-Senders in eine digitale Größe um. Der entfernte Mikrocontroller übermittelt über einen LED-Sendeschaltkreis 64 Statusinformationen und Nachrichten an einen zweiten Ausgangs - anschluss 66, an den die optische Faser 22 angeschlossen ist.
Weiterhin ist bei dem entfernten Schnittstellenmodul 18 zu erkennen, dass die Ausgabe von dem Fotodioden-Energiekonverter 50 einem Energieversorgungskonverter 68 zugeleitet wird, der elektrische Energie an den entfernten Prozessvariablen-Sender 14 bereitstellt. Der Energieversorgungskonverter 68 wird in einer Weise von dem entfernten Mikrocontroller 54 gesteuert, die im Folgenden noch näher beschrieben wird.
An diesem Punkt sollte auch erwähnt werden, dass die digitale Modulation, die von dem optischen Signal, das über die optische Faser 20 übertragen wird, getragen wird, über den Fotodioden-Energiekonverter 50 und den digitalen Empfänger 52 empfangen wird, wo sie dann als Eingabe an den Mikroprozessor, der Teil des entfernten Mikrocontrollers 54 ist, geleitet wird. Die digitale Information, die an die entfernten PV-Sensor-/Sendereinrichtung 14 zu übertragen ist, wird aus dem entfernten Mikrocontroller einem digitalen Senderschaltkreis 70 zugeführt, dessen Ausgabe einem analog/digital Verknüpfungsnetz 58 und anschließend über die kundenseitig bereitgestellte elektrische Leitung 56 der PV Sensor-/Sendeeinrichtung 14 zugeführt wird.
Nachdem der Aufbau des faseroptischen Schnittstellensystems 10 beschrieben worden ist, wird es als hilfreich zum Verständnis der Erfindung angesehen, an dieser Stelle die allgemeine Funktionsweise der wichtigsten eingesetzten Module zu beschreiben.
Zunächst sei das lokale Lichtquellenmodul 16 betrachtet. Die optische Leistung der Laser-, LED- oder anderen Lichtquelle, die von dem Lichtquellenmodulator 42 ausgegeben wird, wird so gesteuert, dass durch eine spezielle Einschaltablauffolge Augensicherheit sowie eine maximale Lebensdauer des Lasers gewährleistet wird, indem mit der niedrigsten möglichen optischen Ausgangsleistung gearbeitet wird, mit der ausreichende elektrische Leistung an das entfernte Ende zur Versorgung des elektronischen Schaltsystems in dem entfernten Modul 18 sowie der PV Sensor- /Sendereinrichtung 14 bereitgestellt werden kann.
Die Augensicherheit der Lichtquelle wird durch die Steuerung der Anlaufzeit der Lichtquelle erzielt. Die optische Leistung, die von dem Ausgangsanschluss 44 und über die optische Faser 20 übertragen wird, wird von einem niedrigen Wert heraufgefahren. Wenn die sehr niedrige optische Ausgangsleistung von dem Fotodioden-Energiekonverter 50 und schließlich dem entfernten Mikrocontroller 54 empfangen wird, "weckt" dies tatsächlich den entfernten Mikrocontroller und veranlasst ihn, ein digitales Statuswort über den LED Sender 64 und über die optische Faser 22 an den Fotodiodenempfänger 26 auszugeben. Während dieser Zeit ist die Leistungsabgabe an Leitung 74 an den PV Sender 14 abgeschaltet. Erst wenn der Fotodiodenempfänger 26 eine passende Eingabe an den Lichtquellen-Mikrocontroller 24 bereitstellt, veranlasst der Mikrocontroller die Lichtquellen-Energieversorgung 46 dazu, die optische Leistungsabgabe des Lichtquellenmodulators 42 zu steigern. Wäre eine der beiden optischen Fasern 20 und 22 beschädigt oder nicht an den richtigen Eingangsanschluss 48 oder Ausgangsanschluss 66 des entfernten Schnittstellenmoduls 18 angeschlossen, hätte der Lichtquellen-Mikrocontroller 24 nicht die richtige Statusnachricht empfangen und infolge dessen würde der Lichtquellenmodulator 42 nicht so weit heraufgefahren, dass die übertragene optische Energie ausreichen würde, um eine Schädigung der Augen hervorzurufen. Darüber hinaus werden bei einem normalen Betrieb des Systems der vorliegenden Erfindung in regelmäßigen Zeitabständen fortlaufende Überprüfungen vorgenommen, um sicherzustellen, dass das entfernte Schnittstellenmodul 18 regelmäßig mit Statusdaten reagiert, die anzeigen, dass normale Betriebsbedingungen herrschen.
Das lokal stationierte Lichtquellenmodul 16 dient auch dazu, eine Rückumwandlung analoger Signale bereitzustellen. Das bedeutet, dass das von der PV Sendereinrichtung 14 übertragene analoge Signal in eine analoge Spannung oder eine 4-20 mA Stromschleife zurückgewandelt und dem Steuersystem 12 über die kundenseitig bereitgestellte elektrische Leitung 39 zugeführt wird.
Das entfernte Schnittstellenmodul 18 dient dazu, die Ausgabewerte des Fotodioden-Energiekonverters 50, die Energieversorgungsspannung an den Sender 14 und die analoge Spannung von dem Sender zu messen und zu digitalisieren. Daraufhin übermittelt es Statusinformationen, die aussagen, wie gut das entfernte Modul 18 arbeitet. Genauer gesagt führt es den oben beschriebenen Hochfahrmodus zur Sicherstellung der Augensicherheit aus und, vorausgesetzt, dass alle optischen Datenverbindungen ordnungsgemäß angeschlossen sind, geht es in den normalen Betriebsmodus, bei dem alle relevanten Daten mit einer vorbestimmten Übertragungsgeschwindigkeit an das lokale Schnittstellenmodul 16 gesendet werden. Wenn ein Fehler vorliegt, wie ein Kurzschluss des Ausgangsstroms an den Sender, eine beschädigte Faser in der Energiefaserverbindung 20 etc., wird eine Fehleranzeige (error flag) an das lokale Schnittstellenmodul 16 zurückgesendet, um Kontrolllichter auf eine später beschriebene Weise zu aktivieren, so dass geeignete Abhilfemaßnahmen ergriffen werden können.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Funktionen hat das entfernte Schnittstellenmodul 18 auch die Aufgabe, den Energiekonverter 68 zu optimieren. Hierdurch soll der Arbeitspunkt des Fotokonverters überwacht werden, um sicherzustellen, dass er in dem effektivsten optisch-zuelektrisch Konvertierungssegment seiner Strom-/Spannungskurve bleibt. Dies geschieht, indem in regelmäßigen Abständen ein offener Stromkreis in der Ausgangsleistung, die an den Sensor/Sender 14 bereitgestellt wird, erzeugt wird, und indem dann die Fotodiode in dem Fotodiodenenergiekonverter 50 stark belastet wird, während die Fotodiodenspannungen in dem Speicher des in dem entfernten Mikrocontroller 54 verwendeten Mikroprozessors aufgezeichnet werden.
Die Daten werden eingesetzt, um den Arbeitszyklus (duty cycle) des Gleichstromkonverters 18 zu kontrollieren, um so den Arbeitspunkt des Fotokonverters zu optimieren. Durch die Steigerung des Wirkungsgrads wird die Lebensdauer der Lichtquelle verlängert, da sie auf einem niedrigeren Leistungsniveau betrieben werden kann. Diese Leerlaufspannung wird pro Sekunde einmal gemessen, und der Arbeitszyklus des Schaltkonverters wird einmal alle 1/60- stel Sekunden, d. h. einmal pro Zyklus, aktualisiert.
Wenn die gespeicherte Energie ausreicht, um die PV Sensor- /Sendereinrichtung 14 zu betreiben, wird die Leistung, die aus dem Energieversorgungskonverter 68 an die Sendeeinrichtung bereitgestellt wird, eingeschaltet. Wenn die gespeicherte Energie nicht ausreicht, wird die Energie vom Sender abgeschaltet, und es wird eine Alarmzustandsmeldung über die Datenverbindung 58, 60 oder 62, 64 und die optische Faser 22 an den Fotodiodenempfänger 26 gesendet.
Im Folgenden werden die Flussdiagramme gemäß den Fig. 2, 3 und 4 betrachtet, die die Softwareprogramme, die von den Mikroprozessoren in den Controllern 24 und 54 ausgeführt werden, definieren. Es wird erklärt, wie die Hardware-Komponenten von den entsprechenden lokalen und entfernten Mikroprozessoren in den Mikrocontrollern 24 und 25 gesteuert werden. Die Flussdiagramme sind ausführlich genug, um Fachleute in die Lage zu versetzen, die Quellcodes/Objektcodes für die ausgewählten eingesetzten Mikroprozessoren aufzustellen.
Im Flussdiagramm von Fig. 2 ist das Programm, das beim Hochfahren abläuft, dargestellt. Wenn das System eingeschaltet wird, "erwacht" der Controller mit Mikroprozessor 24, und es läuft eine Initialisierungsabfolge wie in Block 80 dargestellt ab. Davon ausgehend, dass die fragliche Lichtquelle ein Laser oder eine Laserdiode ist, wird die Laserspannung (VLASER) zunächst auf null gestellt. Ebenso wird der Analogausgang (V D/A) des Analogsenders 30 auf null gestellt, und es werden weitere organisatorische Schritte ausgeführt, um die Anschlüsse (ports) der Mikroprozessoren einzurichten, den Systemzeitnehmer bei 1/60 Hz zu starten und den Status bestimmter Brücken (jumper) oder Dip-Schalter abzulesen, die eine Reihe vom Hersteller programmierter Anweisungen definieren, die genau den eingesetzten D/A Konvertierungstyp und PV Sensor-/Sendertyp identifizieren. Die Jumper oder Dip-Schalter können z. B. festlegen, ob ein Spannungssignal von dem entfernten Sender an eine 4-20 mA Stromschleife am lokalen Ende oder eine spezielle Kombination von tatsächlichen Analoginformationen über die Schnittstelle übermittelt werden soll. Während die Datenübertragungsschleife bei der bevorzugten Ausgestaltung mit einer 60 Hz Aktualisierungsrate arbeitet, so dass das entfernte Ende alle 1/60-stel Sekunden die gesamten Status- und Dateninformationen an das lokale Ende sendet, wird ein Fachmann erkennen, dass auch andere Aktualisierungsraten als 60 Hz eingesetzt werden können. Nachdem die Laserspannung auf null gesetzt worden ist, gestattet der Mikrocontroller 24 der Lichtquellen-Energieversorgung 46, die Laserspannung hochzufahren, wobei die Spannung alle 1/60-stel Sekunde inkrementiert wird. Während jeder Periode wird geprüft, ob ein Signal von dem entfernten Ende eingegangen ist, wodurch angezeigt wird, dass auch das entfernte Ende sich in der "Aufwachphase" befindet, da ihm nun wie bereits beschrieben über die optische Datenverbindung 20 Energie, wenn auch auf niedrigen Niveau, zugeführt wird. In dem Entscheidungsblock 84 wird geprüft, ob von dem entfernten Schnittstellenmodul 18 ein Signal empfangen wurde. Wenn ja, wird der Zeitnehmer, wie es in Block 86 dargestellt ist, ebenso wie ein Zykluszähler auf null zurückgestellt. Dann wird die Steuerung an das Hauptablaufprogramm zurückgegeben, das in dem Flussdiagramm von Fig. 3 dargestellt ist. Durch das Zurückstellen des Zeitnehmers wird für die 1/60-stel Sekunden-Periode eine Basislinie erstellt. Danach sollte der Mikrocontroller in aufeinanderfolgenden 1/60-stel Sekunden-Intervallen eine weitere Nachricht von dem entfernten Schnittstellenmodul 18 erwarten. Wird keine Nachricht empfangen, erfolgt eine Fehleranzeige über die Kontrolllichter 174 und 176 (Fig. 1).
Wenn bei der Inbetriebnahme die Prüfung in Entscheidungsblock 84 ergibt, dass kein entferntes Signal eingegangen ist, zählt der Mikrocontroller 24 selbst eine 1/60-stel Sekunde weiter und prüft dann, ob nun ein entferntes Signal eingegangen ist. Diese Funktion hat der Entscheidungsblock 90. Die Steuerung geht in einer Schleife über Pfad 92 solange zurück, bis die Prüfung in Entscheidungsblock 90 ergibt, dass die abgelaufene Zeit einen Zyklus überschritten hat. Dann wird in Block 94 geprüft, ob soviel Zeit abgelaufen ist, dass ein vorbestimmter max. Zählwert überschritten wurde.
Der "max. Zählwert" ist eine programmierbare Größe. Wenn etwa innerhalb einer Sekunde z. B. kein Signal von dem entfernten Ende zurückgesendet worden ist, weist dies auf einen Fehler am entfernten Ende hin, und die Kontrolllichter 174 und 176 wiederum weisen auf die Art des Fehlers hin, und es wird durch eine Fehlersuche (Block 96) manuell eingegriffen. Sobald der Fehler behoben worden ist, geht die Steuerung über Pfad 98 zurück zur Eingabe von Block 82.
Wenn in dem Entscheidungsblock 94 nicht der vorprogrammierte maximale Zählwert erreicht worden ist, wird in dem Entscheidungsblock 100 die Spannung der Laserlichtquelle um einen Schritt inkrementiert. In dem Entscheidungsblock 102 wird überprüft, ob die Laserspannung dem vollen Energienennwert des Lasers gleichkommt oder diesen übersteigt. In diesem Block bedeutet FF die hexadezimale Darstellung, entsprechend 256 (dezimal), was im Maschinencode einem vollen 8-bit Wort entspricht. Übersteigt die Laserspannung den Volllastwert, bedeutet dies, dass der Laser überlastet wird. Dies ist eine weitere Fehlerbedingung, die ein manuelles Eingreifen, wie es in Operationsblock 104 dargestellt ist, erfordert. Wenn die Laserspannung jedoch nicht ihren vollen Nennwert übersteigt, geht die Steuerung aus dem Entscheidungsblock 102 über Pfad 106, der zur Eingabe in den Entscheidungsblock 84 führt.
Aus der obigen Beschreibung des Flussdiagramms von Fig. 2 ist ersichtlich, dass das lokale Lichtquellenmodul 16 einem "Weckablauf" unterliegt. Dieser Weckablauf stellt sicher, dass alle optischen Fasern ordnungsgemäß zwischen dem lokalen Lichtquellenmodul und dem entfernten Schnittstellenmodul angeschlossen sind, bevor der Laserlichtquelle die volle Energieleistung zugeführt werden kann.
Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von Fig. 3 wird nun das von dem lokal stationierten Mikrocontroller 24 mit Mikroprozessor ausgeführte Hauptprogramm erklärt. Zunächst sollte in Erinnerung gerufen werden, dass während des Ablaufs beim Hochfahren ein Zeitnehmer auf null gesetzt worden ist, so dass ab dann die relative Zeit gemessen werden konnte.
Nach Abschluss des Hochfahrablaufs sollten alle 16,6 Millisekunden (d. h. 1/60-stel Sekunden) Nachrichten von dem entfernten Ende empfangen werden. So wird in dem ersten Block 108 auf eine nächste Nachricht von dem entfernten Ende gewartet.
Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht eine Nachricht aus sechs 8-Bit Bytes, wobei das sechste Byte die numerische Summe aller anderen Bytes der Nachricht enthält als Kontrollsumme zur Fehlerermittlung. Es ist ein gebräuchliches Verfahren, Kontrollsummen einzusetzen, um Fehler bei der Übermittlung der Nachricht anzuzeigen.
Fig. 5 zeigt das Format einer typischen Nachricht und die Bedeutung der Bits des 8-Bit Kopfbytes.
Wenn das Bit B0 in der Kopfzeile (header) gesetzt ist, deutet dies darauf hin, dass das System so konfiguriert ist, dass unter Verwendung des sog. HART Protokolls die gleichzeitige Übertragung von digitalen sowie analogen Informationen möglich ist. Das Bit B1 ist ein Senderspannungsalarm, der eingesetzt wird, wenn ein Notfall vorliegt. Wenn z. B. die Leitungen an dem Sender versehentlich kurzgeschlossen werden, wird das Kopfbit B1 gesetzt, und so wird die lokale Schnittstelleneinheit 16 benachrichtigt, so dass Abhilfemaßnahmen ergriffen werden können.
Das Kopfbit B2 ist das Fotodiodenspannungsalarmbit, das dem Zustand der Fotodiodenspannung nachgeht, die von der Fotodiode in Block 50 erzeugt wird, wenn diese von Licht, das über die optische Faser 20 übertragen wurde, beleuchtet wird. Diese Spannung muss in einem sehr engen Spannungsbereich liegen, um eine optimale Energieübertragungsleistung sicherzustellen. Wird das Bit B2 gesetzt, deutet dies an, dass die Fotodiodenspannung nicht innerhalb des gewünschten Bereichs liegt.
In festgesetzten Zeitabständen wird die Fotodioden-Leerlaufspannung gemessen, und wenn das Kopfbit B3 gesetzt ist, deutet dies darauf hin, dass die folgenden Machrichtenbits Daten über den gemessenen Wert der LeerlaufSpannung liefern.
Bit B4 ist ein Überwachungszeitgeberbit (watchdog timer WDT), das in konventioneller Weise angewendet wird, um anzuzeigen, dass der Mikroprozessor möglicherweise aus irgendeinem Grund einer Endlosschleife unterliegt. Wenn der Überwachungszeitgeber abgelaufen ist, wird B4 gesetzt, um dem lokalen Modul 16 anzuzeigen, dass in dem Mikroprozessor des entfernten Mikrocontrollers 54 irgendein logischer Fehler vorliegt.
Kopfbit B5 wird gesetzt, wenn die Spannung zu dem Sender 14 eingeschaltet worden ist.
Kopfbit B6 ist die Aufforderung des entfernten Mikrocontrollers 54 an das Laser-Schnittstellenmodul 16, der Lichtquelle die volle Laserenergie zuzuleiten. Das Bit B7 zeigt schließlich an, dass sich das entfernte Schnittstellenmodul 18 in einem Aufwachablauf befindet.
Wenn die Überprüfung "Kontrollsumme OK" in 110 erfolgreich verläuft, werden die Nachrichtenkopfbits und das begleitende Datenpaket umfassend die Bytes 2, 3 und 5 der Nachricht gelesen - siehe Block 112. Die Überprüfung in Entscheidungsblock 114 veranlasst den Mikroprozessor in dem Mikrocontroller 24, das Bit B7 der Kopfzeile zu überprüfen. Wenn es gesetzt ist, veranlasst der Mikroprozessor in dem Mikrocontroller 24 die Lichtquellen-Energieversorgung 46, die Energie, die dem Laser zugeführt wird, zu erhöhen (Block 116). In Entscheidungsblock 118 wird dann geprüft, ob das Kopfbit B6 gesetzt ist, das den Befehl darstellt, die Laserenergie auf den Nennleistungswert zu setzen. Der Mikrocontroller 24 reagiert, indem er die Laserspannung auf ihren Nennleistungswert setzt (Block 120).
Bei der Kontrolle in Entscheidungsblock 122 wird das Bit B3 der Nachrichtenkopfzeile überprüft. Wenn dieses Bit gesetzt wurde, werden bestimmte spezielle Fotodiodeninformationen von dem entfernten Schnittstellenmodul zur besonderen Verarbeitung durch das Lichtquellen-Schnittstellenmodul 16 zurückgesendet. So kann das Lichtquellen-Schnittstellenmodul 16 z. B. eine Überprüfung vornehmen, um festzustellen, ob die Fotodiode tatsächlich an ihrem richtigen Arbeitspunkt arbeitet (Block 124). Wenn Bit B3 gesetzt ist und festgestellt wird, dass der Arbeitspunkt der Fotodiode in dem Fotodioden-Energiekonverter 50 nicht optimal ist, wird eine Markierung (flag) oder ein Alarm gesetzt (Block 126), so dass der Alarm an den Mikrocontroller 24 weitergeleitet und zum Anschalten der Kontrolllichter 174 und 176 zur Fehlerdiagnose eingesetzt werden kann.
In Block 128 wird geprüft, ob ein Warnmeldung bezüglich der Fotodiodenspannung oder der Senderspannung vorliegt, der nachgegangen werden muss. Wie es durch Block 130 dargestellt wird, müssen dann geeignete Hilfsmaßnahmen eingeleitet werden.
Wenn alle durch die Entscheidungsblöcke 114, 118, 122 und 128 dargestellten Überprüfungen mit "nein" beantwortet werden, geht die Steuerung zu Block 132, der den Steueralgorithmus der Laserenergie darstellt. Wie schon zuvor erwähnt wurde, ist es wünschenswert, die Laserleistung, die der entfernten Schnittstelle zugeleitet wird, zu minimieren, um die Lebensdauer der Laserlichtquelle zu erhöhen. Um diese Aufgabe zu erfüllen, wird ein Proportional- Integral Regelalgorithmus eingesetzt. Genauer gesagt wird eine Fehlerspannung gleich der gegenwärtigen Spannung minus des Senderspannungs-Sollwerts gesetzt. Das Summieren von Fehlertermen bildet den Integralterm des Regelalgorithmus. Das Endergebnis ist, dass die Laserspannung gleich einer Konstante Kp mal der Fehlerspannung plus einer Integralkonstante Ki mal dem Integralterm gesetzt wird. Durch den Einsatz einer Proportional-Integral Regelung wird sichergestellt, dass der Laserstrom schnell auf das Soll zurückgesetzt wird, und der Integralterm bestimmt, dass der Laserstrom sehr nah an den optimalen Wert herankommt.
Nachdem der richtige Laserstrom bestimmt oder berechnet wurde, wird der Laserstrom an einen Digital/Analog Wandler (nicht dargestellt) übermittelt, der Teil des Mikrocontrollers 24 ist und direkt die Strommenge, mit der der Laser gespeist wird, steuert (siehe Ablaufblocks 134 und 136). Die Ablaufsteuerung geht dann in einer Schleife zur Eingabe von Block 108 zurück, wo das System auf den Empfang der nächsten Nachricht wartet.
Fig. 4 ist ein Software-Flussdiagramm für das Programm, das von dem Mikroprozessor des entfernten Mikrocontrollers 54 gemäß Fig. 1 ausgeführt wird. Wenn der Fotodioden- Energiekonverter 50 detektiert, dass die optische Energie heraufgefahren und über die optische Faser 20 zugeleitet wird, fängt die Fotodiodenspannung an zu steigen und der Mikroprozessor "erwacht". Dieser Vorgang wird durch den Einschalt-Reset-Kasten 140 in Fig. 4 dargestellt. Der Einschalt-Resetvorgang wiederum löst eine Reihe von organisatorischen Maßnahmen aus. So müssen z. B. die Eingangs/Ausgangsports des Mikroprozessors in dem Mikrocontroller 54 initialisiert und ein Ausgangsleistungsschalter, der die Senderspannung steuert, abgeschaltet werden, so dass alle verfügbare Energie dem Mikrocontroller und der dazugehörigen Elektronik bereitgestellt wird. Ebenso wird ein Analog/Digital Wandler in Schaltkreis 58 abgeschaltet, um Energie zu sparen. Schließlich wird der Zykluszeitnehmer, der die Zeitabstände von 16,66 Millisekunden misst, gestartet. Diese organisatorischen Maßnahmen werden in Block 142 von Fig. 4 dargestellt.
Der Mikroprozessor 54 sendet dann wie zuvor beschrieben über die optische Faser 22 eine Status- und Aufrufmeldung (wake-up message) an die lokale Lichtquellen-Schnittstelle - siehe Block 144. Dies setzt den lokal stationierten Mikrocontroller 24 davon in Kenntnis, dass die optischen Fasern intakt sind, woraufhin die Laser- oder LED-Lichtquelle 42 angewiesen wird, zur vollen Leistungsabgabe überzugehen. Der Spannungsregler (nicht dargestellt) des Senders wird dann eingeschaltet, so dass der PV Sensor/Sender 14 mit der für den Betrieb benötigten elektrischen Energie versorgt wird.
Im nächsten Schritt wird in dem Entscheidungsblock 148 geprüft, ob die dem PV Sensor/Sender 14 bereitgestellte Energie einem vorbestimmten Grenzwert entspricht. Ist dies nicht der Fall, wird die Ablaufsteuerung in einer Schleife zurück zu Block 150 geführt, um einen weiteren Zyklus abzuwarten, bevor die Schritte 146 und 148 wiederholt werden. Entspricht die Sensor-/SenderSpannung ihrem Grenzwert, wird in Block 152 geprüft, ob die Fotodiodenspannung des Fotodioden-Energiekonverterkreises 50 dem gewünschten Grenzwert entspricht. Ist dies nicht der Fall, wird die Ablaufsteuerung erneut zurück zu Block 150 geführt, und nach Ablauf eines weiteren Zyklus werden die Schritte 146, 150 und 152 wiederholt.
Sobald festgestellt wird, dass sowohl die Sensor-/Senderspannung als auch die Fotodiodenspannung dem gewünschten Grenzwert entsprechen, tritt die Steuerung in die Hauptschleife der entfernten Schnittstelle ein. Im Wesentlichen werden die in dem Kasten 154 wiedergegebenen Maßnahmen ausgeführt, wodurch der Analog/Digital Wandler in dem Schaltkreis 58 von Fig. 1 sowie ein A/D Wandler auf der Leiterplatte, der Teil des Mikrocontrollers 54 ist, eingeschaltet werden. Der A/D Wandler auf dem Chip misst die Senderspannung und die Fotodiodenspannung und digitalisiert diese beiden Parameter, bevor er die Meldungen in digitalem Format an das lokale Lichtquellenmodul 16 übermittelt. Wie es in Block 156 angegeben ist, wird der Überwachungszeitgeber auf null gestellt, und nach jedem 60. Zyklus (Intervall von 1 Sekunde) wird der Fotodiodenstrom oder ein anderer Fotodiodenparameter gemessen und zusammen mit dem nächsten Meldungsbündel zurück zu dem lokalen Lichtquellen-Schnittstellenmodul gesendet.
Im Anschluss daran wird in dem Entscheidungsblock 158 geprüft, ob die Fotodiodenausgabespannung den Grenzwert übersteigt, der einem programmierten Sollwert entspricht, der im Allgemeinen einige Volt unter dem gewünschten Arbeitspunkt liegt. Liegt die Fotodiodenspannung unterhalb dieses Werts, liegt eine Fehlerbedingung vor, und es wird ein Alarm an das lokale Lichtsteuermodul (Block 160) gesendet. Darüber hinaus wird der Schalter, der die Zuleitung von Spannung zu dem Sender steuert, geöffnet. Liegt die Fotodiodenspannung aber über dem Grenzwert, geht die Steuerung zu Block 162, und es wird ein geschlossener Fotodioden-Regelkreisalgorithmus ausgeführt. Dieser Algorithmus misst die gegenwärtige Fotodiodenspannung und vergleicht sie mit der Leerlauf-Fotodiodenspannung. Die Fotodioden-Betriebspannung kann üblicherweise einige hundert Millivolt unterhalb der Fotodioden-Leerlaufspannung liegen, um die maximale Leistung der Fotodiode zu erzielen. Der geschlossene Fotodioden-Regelkreisalgorithmus 162 stellt im Wesentlichen den Betriebszyklus (duty cycle) eines Gleichspannungswandlers mit Induktivschaltung, der in dem entfernten Schnittstellenmodul 18 enthalten ist, so ein, dass die Strommenge, die der Fotodiode zugeleitet wird, um deren Abgabeleistung auf den gewünschten Arbeitspunkt zu bringen, entweder begrenzt oder erhöht wird.
Im nächsten Schritt, der in Block 164 wiedergegeben wird, wird eine festgelegte Zeitverzögerung, z. B. 0,4 Millisekunden eingerichtet, während der es dem A/D Wandler in dem Schaltkreis "analog lesen" in Block 62 ermöglicht wird, hochzufahren und sich zu stabilisieren. Die analoge Ausgabe des Senders wird dann in die entsprechende digitale Darstellung umgewandelt. Danach kann der A/D Wandler wieder abgeschaltet werden, um Energie zu sparen (Block 166). Der entfernte Mikrocontroller 54 steuert den LED Sender 64 so, dass er alle sechs Bytes der Nachricht zurück zu der lokalen Lichtquellen-Schnittstelle (Block 168) sendet. Dann geht die Steuerung über Pfad 170, wo der Ablauf ausgesetzt wird, bis der nächste Zyklus durch die Zeitgeberschaltung (Block 172) ausgelöst wird. Hierdurch wird die Hauptsteuerschleife des Mikroprozessors erneut eingeleitet.
Um bei der Fehlersuche des Systems zu helfen, ist der Mikrocontroller 24 mit einer Vielzahl von Kontrolllichtern wie den LED 174 und 176 (Fig. 1) verbunden. Arbeitet das System ordnungsgemäß, d. h. liegt kein Senderfehler oder eine unterbrochene optische Schleife vor, ist LED 174 aus, während LED 176 leuchtet. Ist die optische Schleife gestört, leuchtet nur LED 174. Liegt eine Störung des PV Senders vor, leuchtet sowohl LED 174 als auch 176. Bei einem Netzausfall sind beide LEDs aus. Müssen schließlich Wartungsarbeiten ausgeführt werden, um etwa die Fotodiode 50 oder den von dem Lichtquellenmodulator 42 betriebenen Laser zu ersetzten, ist LED 174 aus und LED 176 blinkt.
Die Erfindung wurde hiermit recht ausführlich beschrieben, um die patentrechtlichen Vorschriften zu erfüllen und um Fachleute mit den notwendigen Informationen zu versorgen, die sie benötigen, um die neuen Prinzipien anzuwenden und die spezifischen Komponenten, die notwendig sind, zu entwerfen und einzusetzen. Die Erfindung kann jedoch selbstverständlich auch mit im Einzelnen abweichenden Ausrüstungen und Einrichtungen ausgeführt werden, und sowohl Ausrüstungselemente als auch Verfahrensabläufe können Änderungen unterzogen werden, ohne vom Umfang der Erfindung gemäß den angefügten Ansprüchen abzuweichen.

Claims

1. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung zum Anschluss eines entfernten Prozessvariablen-Senders (14) an ein lokales Steuerungssystem (12), enthaltend:

(a) eine erste Steuerungseinrichtung (24) zum regulierbaren Zuführen von Lichtenergie an einen ersten Ausgangsanschluss (44) und zum Empfangen von digital codierten, optisch übertragenen Nachrichten an einem ersten Eingangsanschluss (25);

(b) Sendemittel (30, 36), die elektrisch mit der ersten Steuerungseinrichtung (24) verbunden sind zum Übertragen von Informationen an das lokale Steuerungssystem (12) basierend auf den am ersten Eingangsanschluss (25) empfangenen Nachrichten;

(c) eine zweite Steuerungseinrichtung (18) mit Eingangs- (48) und Ausgangs- (66) Anschlüssen, wobei die zweite Steuerungseinrichtung entfernt von der ersten Steuerungseinrichtung (24) angeordnet ist zum Empfang sowohl analoger als auch digitaler Signalkomponenten, welche den Zustand einer Prozessvariablen definieren, die von dem entfernten Prozessvariablen- Sender (14) erfasst worden sind, und zur Abgabe optisch codierter digitaler Nachrichten und Zustandsinformationen betreffend die Arbeitsweise (performance) der zweiten Steuerungseinrichtung (18) als ein Nachrichtenpaket an den Ausgangsanschluss (66) der zweiten Steuerungseinrichtung, wobei die Informationen der optisch codierten digitalen Nachricht auf den analogen und digitalen Signalkomponenten basieren, die den Zustand einer vom entfernten Prozessvariablen-Sender (14) erfassten Prozessvariablen definieren, wobei die zweite Steuerungseinrichtung (48) eine Energieversorgungseinrichtung (50, 68) enthält, die einen optisch-zu-elektrisch Energiekonverter (50) umfasst, welcher mit dem Eingangsanschluss (48) der zweiten Steuerungseinrichtung und einem Ausgangsleiter verbunden ist, wobei der Ausgangsleiter mit einer Energieversorgungs-Konvertierungseinrichtung (68) verbunden ist, um elektrische Energie an eine entfernte Mikrocontrollereinrichtung (54) und den entfernten Prozessvariablen-Sender (14) bereitzustellen;

(d) wenigstens eine optische Faser (20), die optisch zwischen dem ersten Ausgangsanschluss (44) der ersten Steuerungseinrichtung (24), dem Eingangsanschluss (48) der zweiten Steuerungseinrichtung (18), dem Ausgangsanschluss (66) der zweiten Steuerungseinrichtung und dem ersten Eingangsanschluss (25) der ersten Steuerungseinrichtung angeschlossen ist; und

(e) eine an die erste Steuerungseinrichtung (24) am lokalen Ort gekoppelte Einrichtung (32) zur Rekonstruktion der optisch codierten digitalen Nachrichteninformation in dem Nachrichtenpaket in seine analogen und digitalen Komponenten vor dem Senden an das lokale Steuerungssystem (12).

2. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend:

(a) eine Analog-Digital-Wandlereinrichtung, welche von der zweiten Steuerungseinrichtung (18) gesteuert wird, um die analogen Signalkomponenten und die Zustandsinformationen zu digitalisieren; und

(b) eine Nachrichten-Formatierungseinrichtung (24) enthaltend eine Einrichtung zur Übersetzung analoger und digitaler Informationsformate in ein übliches (common) Informationsprotokoll zur Zusammenstellung der digitalisierten analogen Signalkomponenten und der digitalen Signalkomponenten in das Nachrichtenpaket.

3. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 2, wobei erste (20) und zweite (22) optische Fasern zwischen dem ersten Ausgangsanschluss (44) der ersten Steuerungseinrichtung (24) und dem Eingangsanschluss (48) der zweiten Steuerungseinrichtung (18) beziehungsweise zwischen dem Ausgangsanschluss (66) der zweiten Steuerungseinrichtung und dem ersten Eingangsanschluss (25) der ersten Steuerungseinrichtung angeschlossen sind.

4. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 1, wobei die an das lokale Steuerungssystem (12) gesendete analoge Komponente eine Spannung oder ein Strom in einem Bereich ist, der mit dem lokalen Steuerungssystem kompatibel ist.

5. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Steuerungseinrichtung jeweils einen programmierbaren Mikrocontroller (24, 54) umfassen.

6. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung zum Anschluss eines entfernten Prozessvariablen-Senders (14) an ein lokales Steuerungssystem (12), enthaltend:

(a) eine erste Steuerungseinrichtung (24) zum regulierbaren Zuführen von Lichtenergie an einen ersten Ausgangsanschluss (44) und zum Empfang von digital codierten, optisch übertragenen Informationen an einem ersten Eingangsanschluss (25);

(b) eine elektrisch mit der ersten Steuerungseinrichtung (24) verbundene analoge Sendeeinrichtung (30), die für das Senden analoger Information an das lokale Steuerungssystem (12) eingerichtet ist;

(c) eine zweite Steuerungseinrichtung (18) mit Eingangs- (48) und Ausgangs-(66) Anschlüssen, wobei die zweite Steuerungseinrichtung entfernt von der ersten Steuerungseinrichtung (24) angeordnet ist zum Empfang von Signalen, die den Zustand einer Prozessvariablen definieren, welche von dem entfernten Prozessvariablen-Sender (14) erfasst worden ist, und zur Abgäbe von optisch codierter Statusinformation an den Ausgangsanschluss (66) der zweiten Steuerungseinrichtung, und enthaltend

(i) eine Energieversorgungseinrichtung umfassend einen optisch-zu-elektrisch Energiekonverter (50), der mit dem Eingangsanschluss (48) der zweiten Steuerungseinrichtung (18) verbunden ist, und einen Ausgangsleiter (74), wobei der Ausgangsleiter an eine Energieversorgungs-Konvertierungseinrichtung (68) angeschlossen ist, um elektrische Energie an eine entfernte Mikrocontrollereinrichtung (54) und den entfernten Prozessvariablen-Sender (14) bereitzustellen;

(d) eine erste optische Faser (20), die zwischen dem ersten Ausgangsanschluss (44) der ersten Steuerungseinrichtung und dem Eingangsanschluss (48) der zweiten Steuerungseinrichtung (18) angeschlossen ist;

(e) eine zweite optische Faser (22), die zwischen dem Ausgangsanschluss (66) der zweiten Steuerungseinrichtung und dem ersten Eingangsanschluss (25) der ersten Steuerungseinrichtung (24) angeschlossen ist; und

(f) eine Einrichtung (42) einschließlich der ersten Steuerungseinrichtung (24) für die anfängliche Zuleitung der Lichtenergie an den ersten Ausgangsanschluss (44) bei einem standardmäßigen, akzeptiert augensicheren niedrigen Lichtenergiewert, wobei die zweite Steuerungseinrichtung (18) auf den Empfang des standardmäßigen, akzeptiert augensicheren niedrigen Lichtenergiewertes über die erste optische Faser reagierend ist, um über die zweite optische Faser (22) einen Einschalt- (power-up) Befehl an die erste Steuerungseinrichtung zu senden, wodurch der ersten optischen Faser (20) zusätzliche Lichtenergie oberhalb des genannten standardmäßigen, akzeptiert augensicheren Lichtenergiewertes nur dann zugeleitet wird, wenn der Einschaltbefehl empfangen wird, was anzeigt, dass die erste und zweite optische Faser zwischen ihren entsprechenden Ausgangs- und Eingangsanschlüssen ordnungsgemäß angeschlossen sind.

7. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 6, wobei die erste Steuerungseinrichtung (24) umfasst:

(a) eine Lichtquellen-Energieversorgungseinrichtung (46) für die elektrische Energiezufuhr an eine Lichtquelle (42), wobei die Lichtquelle eine Einrichtung zur Modulation der Intensität der Lichtenergie, welche dem ersten Ausgangsanschluss (44) der ersten Steuerungseinrichtung bereitgestellt wird, und einen ersten Mikroprozessor zur Steuerung der Lichtquellen- Energieversorgungseinrichtung (46) und der Lichtquellen-Modulationseinrichtung (42) enthält.

8. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 7, weiterhin enthaltend eine von der ersten Steuerungseinrichtung gesteuerte Einrichtung (32) zur Bereitstellung von Informationssignalen an das lokale Steuerungssystem (12) basierend auf der digital codierten, optisch übertragenen Information, die über die zweite optische Faser (22) an den ersten Eingangsanschluss der ersten Steuerungseinrichtung abgegeben wird.

9. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 8, wobei die an das lokale Steuerungssystem (12) abgegebenen Informationssignale analoge Signale sind.

10. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 8, wobei die an das lokale Steuerungssystem (12) abgegebenen Informationssignale digitale Signale sind.

11. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, weiterhin enthaltend einen optisch-zu-elektrisch Wandler (26), welcher an den ersten Eingangsanschluss (25) der ersten Steuerungseinrichtung gekoppelt ist.

12. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Lichtquelle (42) eine LED umfasst.

13. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 6, wobei die zweite Steuerungseinrichtung (18) eine Einrichtung (52) zur Messung und Digitalisierung elektrischer Leistung enthält, welche von der Energieversorgungseinrichtung an den entfernten Prozessvariablen- Sender (14) geliefert wird, und zur Digitalisierung der Signale, welche den Zustand einer Prozessvariablen definieren.

14. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 6, wobei der augensichere niedrige Wert der Lichtenergie erzielt wird durch Verwendung von Lichtpulsen mit niedrigem Arbeitszyklus.

15. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung zum Anschluss eines entfernten Prozessvariablen-Senders (14) an ein lokales Steuerungssystem (12), umfassend:

(a) eine erste Steuerungseinrichtung (24) zum regulierbaren Zuführen von Lichtenergie aus einer Lichtquelle (42) an einen ersten Ausgangsanschluss (44) und zum Empfang digital codierter, optisch übertragener Nachrichten an einem ersten Eingangsanschluss (25);

(b) eine elektrisch an die erste Steuerungseinrichtung (24) gekoppelte Eingabe-/Ausgabeeinrichtung (32) zur Zuleitung digitaler und/oder analoger Informationen, die den am ersten Eingangsanschluss (44) empfangenen Nachrichten entsprechen, an das lokale Steuerungssystem (12);

(c) eine zweite Steuerungseinrichtung (18) mit Eingangs- (48) und Ausgangs-(66) Anschlüssen, wobei die zweite Steuerungseinrichtung entfernt von der ersten Steuerungseinrichtung (24) angeordnet ist zum Empfang von analogen und/oder digitalen Signalkomponenten, die den Zustand einer Prozessvariablen definieren, welche von dem entfernten Prozessvariablen-Sender (14) erfasst worden ist, und zur Abgabe von Nachrichtenpaketen enthaltend optisch codierte digitale Zustandsinformation basierend auf den analogen und/oder digitalen Signalkomponenten an den Ausgangsanschluss (66) der zweiten Steuerungseinrichtung in periodischen Intervallen, um den ordnungsgemäßen Betrieb der zweiten Steuerungseinrichtung und des entfernten Prozessvariablen-Senders (14) an die erste Steüerungseinrichtung (18) anzuzeigen;

(d) eine Energieversorgungseinrichtung umfassend einen optisch-zu-elektrisch Energiekonverter (50), der mit dem Eingangsanschluss (48) der zweiten Steuerungseinrichtung (18) und einem Ausgangsleiter (74) verbunden ist, wobei der Ausgangsleiter mit einer Energieversorgungs-Konvertierungseinrichtung (68) verbunden ist zur Bereitstellung elektrischer Energie an eine entfernte Mikrocontrollereinrichtung (54) und den entfernten Prozessvariablensender (14); und

(e) wenigstens eine optische Faser (20, 22), die zwischen dem ersten Ausgangsanschluss (44) und dem Eingangsanschluss (48) der zweiten Steuerungseinrichtung (18) beziehungsweise zwischen dem Ausgangsanschluss (66) der zweiten Steuerungseinrichtung und dem ersten Eingangsanschluss (25) angeschlossen ist, wobei die Zustandsinformation in dem Nachrichtenpaket, das von dem Ausgangsanschluss (66) der zweiten Steuerungseinrichtung (18) an den ersten Eingangsanschluss (25) gesendet wurde, eine Anzeige des Energieniveaus ist, welches von der Energieversorgungseinrichtung erzeugt wird.

16. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 15, wobei die erste Steuerungseinrichtung (24) die an den ersten Ausgangsanschluss (44) bereitgestellte Lichtenergie in Reaktion auf die Zustandsinformation regelt.

17. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 15, weiterhin enthaltend:

(f) eine Alarmeinrichtung in der ersten Steuerungseinrichtung zum Hinweis darauf, wann die Statusinformation anzeigt, dass ein Niveau der von der Energieversorgungseinrichtung erzeugten Energie außerhalb von vorgegebenen oberen und unteren Grenzen liegt.

18. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 17, wobei die erste Steuerungseinrichtung (24) Mittel (42, 46) enthält zur Anpassung der von der Lichtquelle produzierten Lichtenergie an einen minimalen Wert, der notwendig ist, um Betriebspotentiale an die zweite Steuerungseinrichtung (18) und den Prozessvariablen-Sender (14) bereitzustellen.

19. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 17, weiterhin enthaltend eine Einrichtung (68) zur Unterbrechung der elektrischen Energie, die an den entfernten Prozessvariablen-Sender (14) geliefert wird, in dem Falle, dass das Niveau der Leistung, die von der Energieversorgungseinrichtung (50) abgegeben wird, unter die genannte untere Grenze fällt.

20. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 15, wobei die Eingabe-/Ausgabeeinrichtung (32) dem lokalen Steuerungssystem (12) die analoge Information als Spannung oder Strom in einem Bereich zuleitet, der kompatibel mit dem lokalen Steuerungssystem ist.

21. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 15, wobei die erste und zweite Steuerungseinrichtung jeweils einen programmierbaren Mikrocontroller (24, 54) umfassen.

22. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 15, wobei die zweite Steuerungseinrichtung (18) die Zustandsinformation enthaltenden Nachrichtenpakete in periodischen Intervallen an den zweiten Ausgangsanschluss (66) sendet, um den ordnungsgemäßen Betrieb der genannten Steuerungseinrichtung, des entfernten Prozessvariablen-Senders (14) und der wenigstens einen optischen Faser (20, 22) an die erste Steuerungseinrichtung anzuzeigen.

23. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 15, wobei die Zustandsinformation den ordnungsgemäßen Betrieb der wenigstens einen optischen Faser (20, 22) anzeigt.

24. Optisch betriebene, faseroptische Datenverbindung nach Anspruch 15, weiterhin enthaltend eine Einrichtung zur Überwachung der Energieabgabe der Lichtquelle (42).