DE4006603A1

DE4006603A1 - Feldsensor-kommunikationsmethode und system

Info

Publication number: DE4006603A1
Application number: DE4006603A
Authority: DE
Inventors: Makoto Kogure; Akira Sase; Masao Fukunaga
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1990-09-13
Also published as: JPH0693684B2; JPH02230838A; US5184121A; CN1023176C; CN1054515A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Kommu nikation mit einem Feldsensor, insbesondere auf eine Feld sensor-Kommunikationsmethode und ein System, das für die Über tragung/Empfang eines Signals zwischen einer Vielzahl von Feldsensoren oder Kommunikationseinheiten geeignet ist.

Eine Art eines Sensors, im allgemeinen Feldsensor ge nannt, beinhaltet eine Vielfalt von Sensoren und nimmt physi kalische Größen wie Druck, Durchflußraten, Temperaturen und/ oder ähnliches von verschiedenen Geräten (plant) auf, um diese in elektrische Signale umzuwandeln, die wiederum durch eine zweiadrige Übertragungsleitung zu einem Empfangsinstrument ge leitet werden. Diese Signalübertragung ist so standardisiert, daß der Feldsensor ein analoges Stromsignal in einem Bereich zwischen 4 bis 20 mA liefert und das Empfangsinstrument oder eine Kommunikationseinheit das analoge Stromsignal empfängt.

Andererseits wurde in den letzten Jahren ein Feldsensor entwickelt, der einen Mikroprozessor beinhaltete und aufgrund der Fortschritte in der integrierten Halbleiter-Schaltungs technologie zur praktischen Verwendung gelangte. Mit diesem Typ eines Feldsensors sind sowohl ein-direktionale Analogsig nal-Kommunikation als auch zwei-direktionale Digitalsignal- Kommunikation an einer Zweileiterleitung durchgeführt worden, um Fernsteuerung einer Bereichumschaltung, Selbstdiagnose und/ oder ähnliches mit dem Feldsensor vorzunehmen.

Fig. 9 zeigt ein Beispiel einer Zweileiter-Feldsensor- Systemkonstruktion, die z.B. aus der US-PS 47 37 787 bekannt ist. In der Figur gibt der Feldsensor 1 ein Analogsignal ab, das als eine konstante Stromquelle angesehen werden kann und einen Strom liefert, der der gemessenen physikalischen Größe entspricht und aufgrund einer von einer externen Versorgungs quelle 4 gelieferten Spannung ein Signal auf die Übertragungs leitung 5 liefert. Ein Empfangsinstrument 3 empfängt das Ana logsignal, das wiederum als ein Wert verwendet wird, der indi kativ für den physikalischen Wert des Feldsensors 1 ist. Eine Kommunikationseinheit 2 ist zwischen dem Feldsensor 1 und dem Empfangsinstrument 3 und der externen Versorgungsquelle 4 ge schaltet und kommuniziert aufgrund eines digitalen Signals mit dem Feldsensor 1.

Eine Methode zur Übertragung eines Signals auf eine Zwei leiter-Übertragungsleitung ist z.B. aus der JP-A-59-2 01 535 be kannt. Dies ist eine Methode, in welcher ein digitales Signal einem Analogsignal überlagert ist, damit das Digitalsignal kommunizieren kann ohne irgendeinen Einfluß auf den Wert des Analogsignals auszuüben. Ebenso ist eine Signalübertragung mit einem Übergang zwischen einem Analogsignal und einem Digital signal aus der JP-A-58-48 198 bekannt.

Trotzdem wurde im oben genannten Stand der Technik dem Falle keine Aufmerksamkeit gewidmet, bei dem eine Vielzahl von Feldsensoren oder Kommunikationseinheiten zu einer Signalüber tragungsleitung zusammengeschlossen wurden. Nämlich, z.B., wenn eine Vielzahl von Kommunikationseinheiten mit einem Feld sensor in asynchroner Weise kommuniziert, erhebt sich ein Problem, nämlich, daß Signale mit anderen Signalen auf der Signalübertragungsleitung kollidieren und dabei eine zusammen hängende Kommunikationsoperation unterbrechen. Ebenso, für den Fall, daß in eine Zeitperiode von der Übertragung eines Sig nals von einer bestimmten Kommunikationseinheit zu einer Feld sensoreinheit und Rückkehr eines Antwortsignales auf das Über tragungssignal, was eine Totzeit der Signalleitung darstellt, eine andere Kommunikationseinheit ein anderes Signal zum sel ben Feldsensor überträgt, tritt eine Störung in der Kommunika tions-Operation zwischen dem Feldsensor und der Kommunika tionseinheit auf. Eine Methode zur Lösung dieser Probleme kann darin gesehen werden, daß eine Signalübertragung zu einer Vielzahl von Instrumenten, die mit einer gemeinsamen Leitung verbunden sind, in Zusammenhang mit einer vorbestimmten Priorität vorgenommen wird. Jedoch tritt dabei ein Problem auf, und zwar, daß diese Methode das System in der Konstruk tion kompliziert und die Herstellungskosten erhöht.

Ebenso, wenn ein Feldsensor in einem Gerät (plant) oder ähnlichem installiert ist, muß aus Sicherheitsgründen ein Leistungsverbrauch vermindert werden. Daher ist es nicht mög lich, einen Prozessor mittlerer oder großer Dimension zu ver wenden und es ist notwendig, eine zusammenhängende Kommunika tionsoperation zu vereinfachen.

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Feldsensor-Kommunikationsmethode und ein System bereitzu stellen, in denen Kommunikation für den Fall, in dem ein Feld sensor und eine Kommunikationseinheit an eine Signalübertra gungs-Leitung mit wenigstens einem Feldsensor und der Kommu nikationseinheit, die auch eine Vielzahl beinhalten können, in einer asynchronen Weise hergestellt werden kann, ohne irgend welche spezifischen Vorrichtungen zwischen dem Feldsensor und der Kommunikationseinheit vorzusehen.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen geeigneten Feldsensor und eine geeignete Kommunikations einheit zur Realisation der oben genannten Kommunikation be reitzustellen.

In einem Kommunikationssystem, das einen oder mehrere Feldsensoren zur Wahrnehmung der physikalischen Größe eines Prozesses und eine oder mehrere Kommunikationseinheiten zur Übertragung/Empfang eines Signals zu/von dem Feldsensor durch eine Signalübertragungsleitung, ist ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, daß eine Signal übertragung/Empfang von/durch irgendeinen der Feldsensoren und der Kommunikationseinheit zu/von den anderen Beteiligten eine Übertragungsseite sendet ein Signal zu der Kommunikationslei tung unter der Bedingung, daß kein Signal auf der Kommunika tionsleitung während einer Zeitperiode nicht kürzer als eine vorbestimmte Zeit anliegt, während eine Emfpangsseite ein Sig nal überträgt, daß kennzeichnend für den Betrieb der Übertra gungsleitung für ein Zeitintervall kürzer als die vorbestimmte Zeit während einer Zeitperiode ist, bis die Empfangsseite das Antwortsignal zurücksendet, nachdem sie das von der Übertra gungsseite übertragene Signal erhalten hat.

Das Signal, das den Betrieb der Übertragungsleitung an zeigt und von der Empfangsseite übertragen wird, ist ein un gültiges Signal, das nicht als tatsächliche Data verwendet wird. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann ebenso gelöst werden, wenn das Übertragungsintervall des ungültigen Signals kontinuierlich ist, während der Zeitperiode bis das Antwortsignal zurückgesendet wird.

Ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt dar in, daß für den Fall, daß eine vorbestimmte Antwortzeit ge fordert ist bis irgendeiner der Feldsensoren und die Kommuni kationseinheit ein Antwortsignal zurücksendet, als Antwort auf ein von einem anderen Feldsensor und der Kommunikationseinheit übertragenen Signals, überträgt der Feldsensor oder die Kommu nikationseinheit ein Signal unter der Voraussetzung, daß kein Signal auf der Signalübertragungsleitung während einer Zeit periode nicht kürzer als die vorbestimmte Antwortzeit liegt.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein Feldsensor oder eine Kommunikationseinheit mit einer Signalübertragungsleitung verbunden sein kann, so daß ein Instrument zur Kommunikation befähigt wird, das an eine Übertragungsleitung angeschlossen ist. Folglich, wenn ein Feldsensor oder eine Kommunikationseinheit mit seinen einge bauten Funktionen vorgesehen ist, ist der Feldsensor oder die Kommunikationseinheit wahlweise zu unterbrechen oder zu ver binden.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird nun die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm des gesamten Feldsensor- Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm gemäß der vorliegenden Er findung für den Fall, daß eine Vielzahl von Feldsensoren mit einer Übertragungsleitung verbunden sind;

Fig. 3 ist ein Beispiel eines Flußdiagramms der vorlie genden Erfindung für den Fall, daß eine Empfangsseite ein un gültiges Signal überträgt, das ein Zeitintervall kürzer als eine vorbestimmte Zeit aufweist;

Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm der Fig. 3;

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm für den Fall, daß eine Emp fangsseite ein ungültiges Signal kontinuierlich überträgt;

Fig. 6 ist ein Zeitdiagramm der Fig. 5;

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm für den Fall, daß eine Emp fangssignalsteuerzeit einer Sendeseite länger ist, als eine Antwortzeit der Empfangsseite;

Fig. 8 ist ein Zeitdiagramm der Fig. 7; und

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Zwei leiter-Feldsensor-Kommunikationssystems.

Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm des gesamten Feldsensor- Kommunikationssytems gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 1 zeigt einen Ausgang eines Feldsensors 1, mit einem ana logen Stromsignal im Bereich von 4 bis 20 mA und eine Kommuni kation ist aufgrund eines digitalen Signals, das dem Analog signal überlagert ist, hergestellt. Die Illustration zeigt den Fall, daß ein Feldsensor mit einer Signalübertragungsleitung 5 verbunden ist. Obwohl die vorliegende Erfindung beispielhaft den Fall zeigt, daß eine Kommunikationseinheit 2 a mit einer Signalübertragungsleitung 5 verbunden ist und eine Kommunika tionseinheit 2 e in einem Empfangsinstrument 3 eingebaut ist, kann eine Vielzahl von Kommunikationseinheiten miteinander verbunden werden. Der Feldsensor 1 arbeitet aufgrund eines elektrischen Netzteils mit einer externen Versorgungsquelle 4 und nimmt an verschiedenen Geräten (plants) physikalische Größen auf wie beispielsweise Druck, Durchflußraten, Tempera turen oder ähnliche, um Signale entsprechend der physikali schen Größe an die Signalübertragungsleitung 5 abzugeben. Das Empfangsinstrument 3, ausgerüstet mit der Kommunikationsein heit 2 d mit der gleichen Funktion wie eine Kommunikationsein heit, die später noch erwähnt wird, empfängt das Signal von dem Feldsensor 1 entsprechend der physikalischen Größe und kommuniziert mit dem Feldsensor 1, um Prozesse wie Selbst diagnose, Bereichsänderungen und/oder ähnliches für den Feld sensor 1 auszuführen. Die Kommunikationseinheit 2 a ist zwischen dem Feldsensor 1 und dem Empfangsinstrument 3 und einer exter nen Versorgungsquelle 4 an der Signalübertragungsleitung 5 verbunden und kommuniziert mit dem Feldsensor 1 aufgrund eines digitalen Signals, um einen Prozeß wie Ausgangsjustierung, Eingang/Ausgang-Signalsteuerung, Kalibration und/oder ähnli ches für den Feldsensor 1 auszuführen.

Als nächstes werden spezielle Operationen entsprechender Einrichtungen in Fig. 1 erläutert. Der gesamte Feldsensor 1 wird durch einen Mikroprozessor 101 mit Hilfe eines Prozesses basierend auf Informationen, die in einem ROM 103 programmiert sind, gesteuert. Ein zusammengesetzter Sensor 108 beinhaltet eine Vielzahl von Sensoren, bestehend aus beispielsweise einem Differential-Drucksensor, einem Durchflußsensor, einem Tempe ratursensor und/oder ähnlichem. Ausgangssignale des entspre chenden Sensors werden zu einem Multiplexer 109 geleitet, in dem ein Sensorsignal, das zu einem A/D-Wandler 105 geleitet werden soll, und durch ein Eingangs-Wechselübergangssignal von einem I/O Interface 106 selektiert wird. Der Mikroprozessor 101 vergleicht Signale, die successive von einem A/D-Wandler 105 mit verschiedenen Korrekturfaktoren, gespeichert in dem ROM 103 oder einem RAM gesendet werden, um eine Korrektur operation auszuführen und damit den wahren Wert zu bestimmen und an einen D/A-Wandler 107 zu liefern und einen Ausgangswert zu liefern, der durch einen Ausgangsbereich der vorher in dem RAM 102 gesetzt wurde. Auch kann der Mikroprozessor 101 eine Steuerzeit für ein Empfangssignal auf der Signalübertragungs leitung 5 setzen und kann wahlweise das Übertragungsintervall und die Übertragungszeit eines ungültigen Signals, das vom Übertrager/ Empfänger-Schaltkreis (UART) 104 ausgesendet wur de, setzen und zeigt den Betrieb der Signalübertragungsleitung 5 an, was später noch erwähnt wird.

Ein Ausgangswert des D/A-Wandlers 107 ist moduliert mit einem digitalen Ausgangssignal eines modulierenden Schaltkrei ses 112 und wird zu einem V/I-Wandler 111 geleitet. In dem V/I-Wandler 111 wird eine Steuerung durch einen Strom (norma lerweise im Bereich zwischen 4 und 20 mA), entsprechend dem darin eingegebenen Signal und der durch die Signalübertra gungsleitung 5 geflossen ist, hervorrufen.

Für den Fall einer Kommunikation eines digitalen Signals bei den Übertragungsdaten und dem ungültigen Signal, das von dem Übertrager/Empfänger-Schaltkreis (UART) 104 ausgesendet wird, wobei der letztere anzeigt, daß die Signalübertragungs leitung 5 in Betrieb ist, werden mit Hilfe des modulierenden Schaltkreises 112, z.B., in zwei Frequenzsignalarten modu liert, entsprechend einer "1" und "0" eines digitalen Signals, ähnlich einer Frequenzmodulation. Dieses Signal wird in dem Modulator mit (oder addiert zu) dem Ausgangswert des Analog signals in dem Modulator moduliert, wie weiter oben erwähnt wurde, und das digitale Singal wird dem Analogsignal überla gert und wird über den V/I-Wandler 111 zu der Signalübertra gungslinie 5 geleitet. Solange ein Ausgangssignal des modu lierenden Schaltkreises 112 eine Rechteck oder Sinuswelle mit der gleichen Amplitude in positiver und negativer Richtung hat, ist der analoge Signalwert durch nur einen plötzlichen Wechsel des Ausgangsstromwertes des V/I-Wandlers 111 fast nicht beeinflußt, selbst wenn ein Digitalsignal von dem modu lierenden Schaltkreis 112 ausgesendet wird.

Für den Fall des Empfangs eines Digitalsignals, sind die von der Kommunikationseiheit 2 a und dem Empfangsinstrument 3 übertragenen Singale Digitalsignale, ähnlich dem modulierten Stromsignals, wie weiter oben erwähnt wurde. Ein Spannungswert der externen Versorgungsquelle 4, die eine Spannung an die Signalübertragungsleitung 5 liefert, ist stets konstant und eine Änderung des Stromwertes, der durch die Signalübertra gungsleitung 5 fließt, bewirkt eine entsprechende Änderung der Spannung, die an einem Widerstand 30 für eine Analogsignalauf nahme in dem Empfangsinstrument 3 abfällt. Daher hat eine an den Feldsensor 1 angelegte Spannung notwendigerweise eine Än derung der oben erwähnten Spannung zur Folge. In einem Demo dulationsschaltkreis 113 wird diese Spannungsänderung aufge nommen und in ein Digitalsignal "1" und "0" demoduliert. Dieses Digitalsignal kann von einem Übertrager/Empfänger- Schaltkreis (UART) 104 empfangen werden. Auch für den Fall, daß der Feldsensor 1 ein Digitalsignal überträgt, kann das übertragene Signal vom Feldsensor 1 durch den demodulierenden Schaltkreis 113 empfangen werden, da der Wert des durch die Signalübertragungsleitung 5 fließenden Stromes sich ändert.

Das Steuern eines Empfangssignals in der Signalübertra gungsleitung 5 ist in der Weise geregelt, daß der Mikropro zessor 101 entscheidet, ob ein Signal das durch den demodulie renden Schaltkreis 113 und den Übertragungs/Empfangs-Schalt kreis 104 empfangen wurde, ein ungültiges oder gültiges Sig nal ist.

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise des Empfangsin struments 3 beschrieben. Der Widerstand 30, der mit der Sig nalübertragungsleitung 5 in Reihe geschaltet ist, hat im all gemeinen einen Widerstandswert von 250 Ω. Ein Spannungsab fall über den Widerstand wird von dem Verstärker 31 abgegrif fen, so daß ein analoges Stromsignal (4 bis 20 mA), das durch die Signalübertragungsleitung 5 fließt, in eine Spannung zwi schen 1 bis 5 V gewandelt wird und zu einem Gast(Host) -System, ähnlich einem Großcomputer, übermittelt wird.

Die Kommunikationseinheit 2 a ist aus den gleichen Schalt kreisen zusammengesetzt wie der Mikroprozessor, der Übertra gungs/Empfangsschaltkreis und die modulierenden und demodulie renden Schaltkreise, die im Feldsensor 1 enthalten sind. Die Übertragungseinheit 2 a liefert ein Digitalsignal, in dem sie ein Stromsignal an die Signalübertragungsleitung 5 abgibt und infolge dessen aufgrund der Änderung der Spannung über den Wi derstand 30 ein Digitalsignal erhält. Auch in dem Empfangsin strument 3 kann ein vom Empfangsinstrument 3 selbst ausgesen detes Signal in der gleichen Weise wie oben beschrieben wurde, empfangen werden.

Die Kommunikationseinheit 2 a ist auch durch die gleichen Schaltkreise wie die der Mikroprozessor, der Übertragungs/ Empfangsschaltkreis und der modulierende und demodulierende Schaltkreis, die sich im Feldsensor 1 befinden, zusammenge setzt. Die Kommunikationseinheit 2 a übermittelt ein Digital signal, in dem sie ein Stromsignal an die Signalübertragungs leitung 5 liefert und empfängt infolge der Änderung der Span nung zwischen den Leitungen und der Signalübertragungsleitung 5 ein digitales Signal. Auch in der Kommunikationseinheit 2 a kann ein von der Kommunikationseinheit selbst ausgesandtes Signal, in der gleichen Weise wie oben beschrieben, empfangen werden.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm entsprechend der vorliegen den Erfindung für den Fall, daß eine Vielzahl von Feldsensoren 1 a bis 1 n auf die Signalübertragungsleitung 5 geschaltet sind. In der Fig. 2 ist der Ausgang jedes einzelnen Feldsensors 1 a bis 1 n ein Digitalsignal. Der digitale Signalausgang kann da durch erreicht werden, indem ein Analogsignalausgang des D/A-Wandlers 107 des Feldsensors 1 aus Fig. 1 auf Null gebracht wird. Da die anderen Operationen der Feldsensoren 1 a bis 1 n sowie die Kommunikationseinheit 2 und das Empfangsinstrument 3 ähnlich dem Fall in Fig. 1 sind, erübrigt sich eine weitere Beschreibung.

Somit zeigt Fig. 2 ein Beispiel, in dem eine Kommunika tionseinheit 2 mit der Signalübertragungsleitung 5 verbunden ist. Eine Vielzahl von Kommunikationseinheiten kann ebenfalls angeschlossen werden.

Im folgenden wird unter Zuhilfenahme der Flußdiagramme und der Zeitdiagramme der Fig. 3 bis 8 die Operationsweise der Signalübertragung/Empfang der Systemkonstruktion der Fig. 1 oder 2 beschrieben.

Fig. 3 und 4 sind Flußdiagramme und Zeitdiagramme einer Kommunikationsoperation für den Fall, daß eine Empfangsseite ein ungültiges Signal zu einem Zeitintervall kürzer als eine vorbestimmte Zeit übermittelt, bis es ein Antwortsignal zu rücksendet. Fig. 3(a) zeigt ein Flußdiagramm der Kommunika tionsoperation einer Sendeseite. Bevor die Übertragung ge startet wird, steuert die Übertragungsseite ein Empfangssignal auf einer Signalübertragungsleitung während einer Zeitperiode, bis eine Empfangsseite ein Antwortsignal nach Empfang eines Signals von der Übertragungsseite zurückgesendet hat; dies ist eine vorbestimmte Zeit (Schritt 41). Für den Fall, daß ein Empfangssignal vorhanden ist, ist eine feste Wartezeit vorge sehen (Schritt 43) und daher ist die Steuerung eines Empfangs signals wiederholt durchgeführt bis das Empfangssignal ver schwindet (Schritt 41). Ist sichergestellt, daß kein Emp fangssignal vorhanden ist und daher die Signalübertragungslei tung nicht in Betrieb ist, überträgt die Übertragungsseite ein Signal und zur gleichen Zeit empfängt sie das Signal, welches von ihr selbst gesendet wurde, um Signalkollision zu steuern (Schritt 44). Ferner wird die Steuerung eines Empfangssignals fortgesetzt. Und, für den Fall, daß ein ungültiges Signal vor handen ist, ist die Steuerung eines Empfangssignals abermals durchgeführt (Schritt 46), bis ein Antwortsignal der Empfangs seite erhalten wurde (Schritt 48). Für den Fall, daß die über tragenen Signale zusammentreffen, beginnt die Kollision mit Sicherheit von dem ersten übertragenen Signal. Daher ist es nicht notwendig, daß die Kollisionssteuerung der übertragenen Signale für alle übertragenen Signale gemacht wird. Demgemäß kann hier eine Methode angewendet werden, in welcher die Kol lisionssteuerung für nur das erste übertragene Signal ausge führt wird und Signale, die nach Sicherstellung der Abwesen heit der Kollision übermittelt werden, sind nicht Gegenstand der Kollisionssteuerung.

Fig. 3(b) zeigt ein Flußdiagramm der Kommunikationsope ration der Empfangsseite. Die Empfangsseite steuert ein Sig nal, das in Richtung der Empfangsseite selbst übertragen wird (Schritt 51). Für den Fall, daß ein Empfangssignal vorhanden ist, ist ein ungültiges Signal, das den Betrieb der Signal übertragungsleitung anzeigt und beispielsweise ein SYN eines nicht gebrauchten Steuercodes als aktuelle Daten sein kann und während einer Zeitperiode übermittelt, bis ein Antwortsignal zurückgesendet wird, für ein Zeitintervall kürzer als die Steuerzeit für das Empfangssignal auf der Sendeseite (Schritt 53). Die Empfangsseite sendet das Antwortsignal in einem Sta dium, wenn es für die Antwort aufbereitet ist (Schritt 56).

Fig. 4 ist ein Zeitdiagramm, das eine Kommunikations operation für den Fall zeigt, daß das Empfangsinstrument 3 und die Kommunikationseinheit 2 a in Übertragungs/Empfangsbereit schaft gebracht sind und der Feldsensor 1 eine Empfangsseite ist.

Fig. 4(a) ist ein Beispiel des Falles, daß die Kommuni kationseinheit 2 a mit der Übertragung während einer Zeit be ginnt, da das Empfangsinstrument 3 ein Übertragungssignal SD überträgt. Die Kommunikationseinheit 2 a stellt zunächst sicher, daß kein Empfangssignal oder ein nicht in Betrieb-Signal der Signalübertragungsleitung in der dritten Empfangssignal- Steuerperiode der Zeit T ₃ vorhanden ist und überträgt dann ein Übertragungssignal SD.

Fig. 4(b) ist ein Beispiel, in dem die Kommunikations einheit 2 a die Übertragung in einer Zeitperiode startet, nach dem der Feldsensor 1 ein Signal erhalten hat und bis der Feld sensor 1 ein Antwortsignal AS für das erhaltene Signal zurück sendet. Der Feldsensor 1 sendet ein ungültiges Signal ND, das den Betrieb der Signalübertragungsleitung zu einem Zeitinter vall kürzer als die Zeitbreite einer Steuerperiode der Zeit M ₁ anzeigt und das ungültige Signal in der Zeitsteuerperiode M ₁ bestätigt ist. Demgemäß ist die tatsächliche Übertragung/Em pfang eines Übertragungssignals SD durch die Kommunikations einheit 2 a bewerkstelligt, nachdem eine fortlaufende Kommuni kationsoperation zwischen dem Empfangsinstrument 2 und dem Feldsensor 1 vollständig ausgeführt wurde. Somit besteht dort keine Befürchtung, daß die Kommunikationseinheit 2 a die fort laufende Kommunikationsoperation zur Übertragung eines Signals unterbricht.

Fig. 4(c) ist ein Beispiel, dafür, daß ein Empfangsin strument 3 und die Kommunikationseinheit 2 a auf der Übertra gungsseite zur gleichen Zeit mit der Übertragung beginnen. Wenn das Empfangsinstrument 3 und die Kommunikationseinheit 2 a Übertragungssignale C zur gleichen Zeit übermitteln, kollidie ren die Signale miteinander und der Zusammenstoß ist durch beide, das Empfangsinstrument 3 und die Kommunikationseinheit 2 a aufgenommen, die andererseits Prozesse zur Rückübertragung der Übertragungssignale ausführen. Wenn eine Wartezeit bis zur Vervollständigung des Übertragungs-Rückübertragungsprozesses unterschiedlich zwischen dem Empfangsinstrument und der Kommu nikationseinheit eingestellt ist, ist es möglich, eine Wieder holung der Signalkollision mit der Rückübertragung wieder zu verhindern. In Fig. 4(c) ist ein Beispiel gezeigt, in dem beide sowohl das Empfangsinstrument 3 als auch die Kommunika tionseinheit 2 a die Signalkollision bestätigt haben. Die Kom munikationseinheit 2 a steuert wiederum ein Empfangssignal nach einer festen Wartezeit, um einen Signalrückübertragungsprozeß auszuführen. Da die Signalkollision zwischen Anfangsdaten der Übertragung passiert, wie in der Figur gezeigt ist, werden keine gültigen Daten zu dem Feldsensor 1 übertragen und somit besteht keine Gefahr, daß der Feldsensor 1 eine fehlerhafte Operation aufgrund der Kollision der Übertragungssignale auf der Übertragungsseite durchführt.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Emp fangsseite eine Priorität der Signalübertragungsleitung in der Weise sicherstellen, daß eine Betriebstotzeit der Signalüber tragungsleitung, die solange durch ein ungültiges Signal, das von der Empfangsseite übertragen wurde, besetzt ist, bis die Empfangsseite ein Antwortsignal zurücksendet, nachdem sie ein Signal erhalten hat. Da dementsprechend eine andere Vorrich tung entscheidet, daß die Signalübertragungsleitung in Betrieb ist bis eine nachfolgende Kommunikationsoperation vom Start der Übertragung eines Signals durch die Übertragungsseite bis zum Zurücksenden der Antwort durch die Empfangsseite beendet ist, ist es möglich, die nachfolgende Kommunikationsoperation fertig auszuführen, und zwar in der kürzesten Zeit, ohne Ge fahr zu laufen, daß die nachfolgende Kommunikationsoperation aus Gründen einer Unterbrechung von einer anderen Vorrichtung diskontinuierlich ist.

Auch ist es für die Empfangsseite nicht notwendig, ein Signal auf der Signalübertragungsleitung kontinuierlich zu steuern oder sie kann eine Verbindung aufgrund nur einer ein fachen Operation herstellen, die nur ein Herausziehen eines gültigen Signals und die Rücksendung einer Antwort auf das gültige Signal erfordert.

Im folgenden wird eine Ausführungsform einer Übertra gungsseite und einer Empfangsseite bezüglich einer Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der Fig. 5 bis 8 gezeigt.

Die Fig. 5 und 6 sind ein Flußdiagramm und ein Zeit diagramm einer Kommunikationsoperation für den Fall, daß eine Empfangsseite ein ungültiges Signal kontinuierlich überträgt.

Fig. 5(a) zeigt ein Flußdiagramm der Kommunikationsope ration einer Übertragungsseite. Bevor die Übertragung beginnt, steuert die Übertragungssseite ein Empfangssignal während ei ner vorbestimmten Zeit (Schritt 61). Für den Fall, daß ein Empfangssignal vorliegt, ist eine feste Wartezeit vorgesehen (Schritt 63), und danach ist die Steuerung eines Empfangssig nals abermals durchgeführt, bis das Empfangssignal verschwin det (Schritt 61). Bestätigend, daß kein Empfangssignal vor liegt und somit die Signalübertragungsleitung noch nicht in Betrieb ist, überträgt die Übertragungsseite ein Signal und zur gleichen Zeit empfängt sie das selbst ausgesendete Signal um die Signalkollision zu steuern (Schritt 64). Für den Fall, daß keine Kollision auftritt, empfängt die Übertragungsseite ein ungültiges Signal kontinuierlich übertragen von einer Emp fangsseite und ein davon übertragenes Antwortsignal wird im Anschluß an das ungültige Signal gesendet (Schritt 68) .

Fig. 5(b) ist ein Zeitdiagramm der Kommunikationsopera tion der Empfangsseite. Die Empfangsseite steuert ein Signal das in Richtung der Empfangsseite selbst übertragen wird (Schritt 71). Für den Fall, daß ein Empfangssignal nicht vor handen ist, wird die Steuerung eines Empfangssignals abermals ausgeführt (Schritt 71). Für den Fall, daß ein Empfangssignal vorhanden ist, überträgt die Empfangsseite kontinuierlich ein ungültiges Signal MD, kennzeichnend für den Betrieb der Über tragungsleitung während einer Zeitperiode bis sie ein Antwort signal für das erhaltene Signal überträgt (Schritt 73). Wenn eine Antwortvorbereitung nicht vollständig ist, wird das un gültige Signal ND kontinuierlich bis zur Vervollständigung übertragen (Schritt 73). Nach der Erstellung der Antwortvor bereitung wird das Antwortsignal übertragen (Schritt 75).

Fig. 6(a) ist ein Beispiel, in dem die Kommunikations einheit 2 a die Übertragung während einer Zeit startet, wenn das Empfangsinstrument 3 ein Übertragungssignal SD überträgt. Die Kommunikationseinheit 2 a bestätigt die Abwesenheit eines Empfangssignals in der dritten Periode der Steuerzeit M ₃ und überträgt nachfolgend ein Übertragungssignal SD.

Fig. 6(b) ist ein Beispiel, in welchem die Kommunika tionseinheit 2 a die Übertragung während einer Zeit startet, wenn der Feldsensor 1 ein ungültiges Signal ND kontinuierlich überträgt, bis eine Antwort zurückgesendet wird. Die Kommuni kationseinheit 2 a bestätigt den Betrieb der Übertragungsleitung durch das ungültige Signal, das kontinuierlich in der ersten Zeitsteuerperiode M ₁ übertragen wird.

Fig. 6(c) ist ein Beispiel, in dem das Empfangsinstru ment 3 und die Kommunikationseinheit 2 a zur gleichen Zeit die Übertragung starten, obwohl ähnlich wie im Fall der Fig. 4(c), die Übertragung der Signale C des Empfangsinstruments 3 und der Kommunikationseinheit 2 a miteinander kollidieren, wird die Steuerung des Empfangssignals abermals durchgeführt und ein Übertragungssignal SD wird nach der Bestätigung der Abwe senheit einer Signalkollision übermittelt.

Da die kontinuierliche Übertragung des ungültigen Signals durch die Empfangsseite gemäß der vorliegenden Ausführungsform einfach ist, kann das System weiterhin vereinfacht werden, wo durch eine höchst zuverlässige Kommunikation ermöglicht wird. Ferner, da eine Betriebstotzeit der Signalübertragungsleitung durch das kontinuierliche ungültige Signal besetzt ist, werden ähnliche Effekte wie in dem oben erwähnten Fall erzielt, wobei das ungültige Signal zu einem kurzen Zeitintervall übertragen wird, z.B. ein Effekt, daß jede Signalunterbrechung eines an deren Geräts ausgeschlossen ist.

Die Fig. 7 und 8 sind Flußdiagramme und Zeitdiagramme einer Kommunikationsoperation für den Fall, daß eine Empfangs signal-Steuerzeit einer Übertragungsseite länger ist als eine Antwortzeit einer Empfangsseite.

Fig. 7(a) ist ein Flußdiagramm der Übertragungsseite.

Bevor die Übertragung gestartet wird, steuert die Übertra gungsseite ein Empfangssignal während der Zeitperiode, die länger ist als die Antwortzeit der Empfangsseite (Schritt 81). Ist sichergestellt, daß kein Empfangssignal vorhanden ist und damit verbunden, daß die Signalübertragungsleitung nicht in Betrieb ist, überträgt die Übertragungsseite ein Signal und zur gleichen Zeit empfängt es das von ihr selbst gesendete Signal, um die Signalkollision zu steuern (Schritt 84). Wenn keine Kollision auftritt, empfängt die Übertragungsseite ein Antwortsignal, das von der Empfängerseite gesendet wurde (Schritt 86). Fig. 7(b) ist ein Flußdiagramm der Empfänger seite. Die Empfängerseite steuert ein Signal, das von ihr selbst gesendet wurde (Schritt 91). Nach einem Warten für die Erstellung einer Aufbereitung für die Übertragung eines Ant wortsignals (Schritt 93) überträgt die Empfangsseite das Ant wortsignal (Schritt 94).

Fig. 8(a) ist ein Beispiel, in dem die Kommunikations einheit 2 a die Übertragung startet, während einer Zeit, da das Empfangsinstrument 3 ein Übertragungssignal SD überträgt. Fig. 8(b) ist ein Beispiel, in dem Kommunikationseinheiten 2 a die Übertragung während einer Zeit starten, wenn der Feldsensor 1 eine Antwort zurücksendet. In jedem Falle wird aufeinan derfolgende Kommunikation zwischen dem Empfangsinstrument 3 und dem Feldsensor 1 ohne Unterbrechung durch die Kommunika tionseinheit 2 a ausgeführt.

Fig. 8(c) ist ein Beispiel, in dem das Empfangsinstru ment 3 und die Kommunikationseinheit ihre Kommunikationsopera tion zur gleichen Zeit starten. Wie im Falle der Fig. 4(c) wird eine Kommunikation ohne Wiedererscheinen einer Kollision durch einen Rückübertragungsprozeß hergestellt, obwohl eine Signalkollision auftritt.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Ausgabe eines ungültigen Signals von der Empfangsseite nicht notwendig und eine Vorrichtung, die ein ungültiges Signal erzeugt, wird nicht benötigt. Daher ist das System einfach und niedrig in den Kosten.

Wie im Vorangegangenen gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt wurde, kann in dem Fall, da eine Vielzahl von Feldsen soren oder Kommunikationseinheiten mit einer Übertragungslei tung verbunden sind, eine Signalkollision in der Signalüber tragungsleitung verhindert werden, ohne den Gebrauch spezifi scher Einrichtung zur Erstellung der Kommunikationspriorität, wodurch es möglich ist, die Kommunikation einfach auszuführen. Demgemäß kann die Forderung nach einem großen Prozessor zur Erstellung des Feldsensors oder der Kommunikationseinheit ge mindert werden, wodurch es möglich wird, eine sehr praktische Feldsensor-Kommunikation herzustellen.

Claims

1. Eine Feldsensor-Kommunikationsmethode in einem Kommuni kationssystem, in dem enthalten sind:
eine oder mehrere Feldsensoren (1) zur Aufnahme der phy sikalischen Größe eines Prozesses und eine oder mehrere Kommu nikationseinheiten (2) zur Übertragung/Empfang eines Signals zum/vom Feldsensor durch eine Signalübertragungsleitung (5), in der bei Signalübertragung/Empfang von/durch irgendeinem der Feldsensoren und eine der Kommunikationseinheiten zu/von den anderen, eine Übertragungsseite ein Signal zur Übertragungs leitung überträgt, nachdem sichergestellt ist, daß kein Signal auf der Übertragungsleitung während einer Zeitperiode nicht kürzer als eine vorbestimmte Zeit liegt und eine Empfangsseite ein Signal überträgt, das den Betrieb der Übertragungsleitung anzeigt, in einem Zeitintervall, kürzer als die vorbestimmte Zeit, während einer Zeitperiode bis die Empfangsseite ein Ant wortsignal zurücksendet, nachdem das von der Übertragungsseite gesendete Signal erhalten wurde.

2. Eine Feldsensor-Kommunikationsmethode in einem Kommuni kationssystem, in dem enthalten sind:
eine oder mehrere Feldsensoren (1) zur Aufnahme der phy sikalischen Größe eines Prozesses und eine oder mehrere Kommu nikationseinheiten (2) zur Übertragung/Empfang eines Signals zum/vom Feldsensor durch eine Signalübertragungsleitung (5), die bei Signalübertragung/Empfang von/durch irgendeinem der Feldsensoren und eine der Kommunikationseinheiten zu/von den anderen, eine Übertragungsseite die Anwesenheit/Abwesenheit eines Signals in der Übertragungsleitung steuert, um eine Übertragung zu verhindern, wenn ein Signal in der Übertra gungsleitung in der Steuerzeit vorhanden ist und eine Empfangsseite ein Signal überträgt in einem Zeitintervall, kürzer als die Steuerzeit, während einer Zeitperiode bis die Empfangsseite ein Antwortsignal zurücksendet, nachdem das von der Übertragerseite gesandte Signal erhalten wurde.

3. Eine Feldsensor-Kommunikationsmethode in einem Kommuni kationssystem, in dem enthalten sind:
ein industrielles Instrument (1) und eine Kommunikations einheit (2) mit wenigstens einem industriellen Instrument und mehreren Kommunikationseinheiten, wobei die Signalübertragung/Em pfang zwischen dem industriellen Instrument und der Kommu nikationseinheit durch eine einzige Signalübertragungsleitung (5) hergestellt wird, der die Kommunikationseinheit ein Signal zur Übertragungsleitung übermittelt, nachdem sichergestellt wurde, daß kein Signal an der Übertragungsleitung lag, während einer Zeitperiode, nicht kürzer als eine vorbestimmte Zeit und das industrielle Instrument ein ungültiges Signal überträgt in einem Zeitintervall, kürzer als die vorbestimmte Zeit während einer Zeitperiode bis das industrielle Instrument ein Antwort signal zurücksendet, nachdem das von der Kommunikationseinheit gesendete Signal empfangen wurde.

4. Eine Feldsensor-Kommunikation gemäß Anspruch 2 oder 3, in der das ungültige Signal kontinuierlich übertragen wird, wäh rend der Zeitperiode bis das Antwortsignal zurückgesendet wird.

5. Eine Feldsensor-Kommunikationsmethode mit:
einer Signalübertragungsleitung (5), eine oder mehrere Feldsensoren (1), verbunden mit der Übertragungsleitung und eine oder mehrere Kommunikationseinheiten (2), verbunden mit der Übertragungsleitung; jeder der Feldsensoren und Kommuni kationseinheiten senden ein Signal in einer vorbestimmten Ant wortzeit als Antwort auf ein von dem anderen Feldsensor und Kommunikationseinheit übertragenen Signal zurück, in der der Feldsensor oder die Kommunikationseinheit ein Signal auf die Übertragungsleitung sendet, nachdem die Abwesenheit eines Signals in der Übertragungsleitung während einer Zeitperiode, nicht kürzer als die Antwortzeit, sichergestellt wurde.

6. Eine Feldsensor-Kommunikationsmethode gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 5, wobei bei Übertragung eines Signals von einem der Feldsensoren (1) und einer Kommunikationseinheit (2) zu den anderen die Kollision von Anfangsdaten zur Zeit einer Signalübertragung gesteuert wird, so daß die Signalübertragung bei Bestätigung der Kollisionsabwesenheit fortgesetzt wird.

7. Eine Feldsensor-Kommunikationsmethode nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5, wobei bei Signalübertragung/Empfang von/durch einen der Feldsensoren (1) und eine der Kommunikations einheiten (2) zu/von den anderen, eine Übertragerseite ein Signal empfängt, das von ihr selbst ausgesendet wurde, so daß ein Signal abermals übertragen wird für den Fall, daß das übertragende Signal Abnormitäten enthält.

8. Eine Feldsensor-Kommunikationsmethode in der eine Signal übertragung zwischen einer Vielzahl von Feldsensoren (1 a bis 1 n) und einer Vielzahl von Kommunikationseinheiten (2 a, 2 b) durch eine gemeinsame Signalübertragungsleitung (5), in der eine gleiche Priorität für Signalübertragung zwischen Feld sensor und Kommunikationseinheit gegeben ist und wenn ein zu sendendes Signal von einem Feldsensor oder einer Kommunika tionseinheit übertragen ist, wird die Übertragung gestartet nach der Abwesenheit eines Signals in der Übertragungsleitung während einer Zeitperiode, nicht kürzer als eine vorbestimmte Zeit bestätigt wurde.

9. Ein Feldsensor zur Übertragung/Empfang eines Signals zu/von einer Kommunikationseinheit (2) durch eine Signalübertra gungsleitung (5), darin enthalten sind: Vorrichtungen (101, 104) zur Erzeugung eines Signals, das den Betrieb der Übertra gungsleitung während einer Zeitperiode anzeigt, bis ein Ant wortsignal zurückgesandt wird, nachdem ein von der Kommunika tionseinheit übertragenes Signal empfangen wurde.

10. Ein Feldsensor gemäß Anspruch 9, in dem eine zweiadrige Übertragungsleitung (5) als Signalübertragungsleitung verwen det wird und für den Feldsensor eine elektrische Versorgungs quelle (4) vorgesehen ist, die an der Seite der Kommunika tionseinheit über die Übertragungsleitung angebracht ist.

11. Eine Kommunikationseinheit zur Übertragung/Empfang eines Signals zu/von einem Feldsensor (1) über eine Signalübertra tungsleitung (5); darin enthalten sind: Einrichtungen (101, 104) zur Bestätigung der Abwesenheit eines Signals in der Übertragungsleitung während einer Zeitperiode nicht kürzer als eine vorbestimmte Zeit, um ein Signal auf die Übertragungs leitung zu senden.

12. Ein Feldsensor-Kommunikationssystem mit:
einem oder mehreren Feldsensoren (1) zur Aufnahme der physikalischen Größe eines Prozesses und eine oder mehrere Kommunikationseinheiten (2) zur Übertragung/Empfang eines Signals zum/vom Feldsensor durch eine Signalübertragungslei tung (5), in welcher bei Signalübertragung/Empfang von/durch irgendeinen Feldsensor und eine Kommunikationseinheit zu/von den anderen eine Übertragungsseite Vorrichtungen (101, 104) zur Bestätigung vor der Übertragung der Abwesenheit eines Signals in der Übertragungsleitung während einer Zeitperiode kürzer als eine vorbestimmte Zeit beinhaltet, um ein Signal zu übertragen und eine Empfangsseite enthält Vorrichtungen (101, 104) zur Übertragung eines Signals, das den Betrieb der Über tragungsleitung in einem Zeitintervall kürzer als die vorbe stimmte Zeit anzeigt, bis ein Antwortsignal zurückgesendet wird, nachdem das von der übertragenden Seite gesendete Signal erhalten wurde.

13. Ein Feldsensor-Kommunikationssystem, darin enthalten:
eine Signalübertragungsleitung (5) eine oder mehrere Feldsensoren (1) verbunden mit der Übertragungsleitung und eine oder mehrere Kommunikationseinheiten (2) verbunden mit der Übertragungsleitung; jeder der Feldsensoren und der Kom munikationseinheiten, die ein Signal nach einer vorbestimmten Antwortzeit als Antwort auf ein von dem anderen Feldsensor und Kommunikationseinheit übertragenen Signals zurücksenden, wobei der Feldsensor oder die Kommunikationseinheit Vorrichtungen (101, 104) enthalten zur Bestätigung der Abwesenheit eines Signals in der Übertragungsleitung während einer Zeitperiode nicht kürzer als die Antwortzeit und danach ein Signal aus senden.