用于在多传感器系统中、特别是在以用于过程自动化技术的测量装置的形式的现场装置中操作传感器的方法和用于执行该方法的传感器

技术领域

本发明涉及一种用于在多传感器系统中、特别是在以用于过程自 动化技术的测量装置的形式的现场装置中操作传感器的方法，其中， 由与传感器连接的测量装置评估从传感器输出的数据，并且测量装置 向传感器提供能量，本发明并且涉及在多传感器系统中使用的传感器， 特别是在用于过程自动化技术的多传感器系统中使用的传感器。

背景技术

在过程自动化技术中，使用许多不同的传感器来工作。因此，存 在感测填充水平、导电率、压力、温度、角度设置(例如在机器上) 或pH值的传感器以及诸如光学传感器的应用，该光学传感器例如是浊 度传感器或吸收传感器。也应用离子敏感传感器，其特别感测液体的 硝酸盐含量。在这样的应用中，每一个传感器连接到接口，该接口继 而与处理器连接，该处理器对传感器信号进行评估和进一步处理。在 其中布置了处理器和其他有源电子器件的现场装置中，经常存在大量 的插件位置，其中，在各种情况下，一个传感器可连接到一个插件位 置。因此，多个传感器也可以连接到现场装置，并且由现场装置提供 电能。

然而，现场装置仅可以实现有限的电能消耗，因为在现场装置内 的能耗导致在电子组件和部件中的功耗，该功耗以热量散发。因为密 封现场装置可以仅向环境散发特定量的热量，所以在现场装置中剩余 的热量导致组件的不允许的温度升高。这可能发展使得组件由于温度 升高而破坏，并且现场装置变得不能工作。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于在多传感器系统中操作传感 器的方法和用于该方法的传感器，在该情况下，在测量装置中散失热 量的产生被可靠地限制为特定值，并且尽管如此，具有不同能量需求 的多个传感器可以连接到测量装置。

根据本发明，通过下述特征来实现该目的：在启动传感器之前， 核查是否随着所述传感器的启动将超过该测量装置的电能的最大消 耗。这具有测量装置关于该测量装置可以提供的电功率不会过载的优 点。测量装置自动地确定传感器是否能够与测量装置的能量平衡兼容。 测量装置的用户可以因此避免使得该测量装置本身执行这样的分析。 如果增补地连接到该测量装置的传感器需要的电功率太高，则测量装 置向用户信号通知这一点，使得用户可以选择不将传感器连接到测量 装置。如果该功率在测量装置可以提供的能量水平内，则测量装置提 供传感器所需的能量。

有利的是，在传感器的启动之前，确定在测量装置中操作的所有 电组件的能耗，并且将包括该传感器的能耗在内的所确定的能耗与测 量装置的最大能耗相比较，其中，在未超过或小于或等于该最大能耗 的情况下，则使该传感器操作。以这种方式，可以非常简单和迅速地 确定新连接的传感器是否导致测量装置的过载。

在一个实施例中，传感器与测量装置连接，并且随后由测量装置 提供预定的电能。

在进一步的改进中，该预定电能小于传感器的正常操作所需的能 量。以这种方式，通过仅连接该传感器来可靠地防止了测量装置进入 过载操作，即使该传感器仍然未被可操作地连接。

有利的是，测量装置与传感器进行通信，并且传感器向测量装置 报告其操作所需的能耗。传感器的操作所需的能量被存储在传感器中。 通过由传感器传输能耗，不必在传感器的正常操作期间测量该能耗， 并且因此，不必使传感器正常操作以获得这个信息。

在一个实施例中，传感器向测量装置传送关于传感器的类型并且 表征传感器的能耗的信息。测量装置具有关于考虑连接到测量装置的 所有类型的传感器的信息。因此，关于传感器的类型的信息完全充足， 并且测量装置可以从在该测量装置中存储的信息来得出关于传感器的 能量需求的结论。

替代地，传感器直接地向测量装置发送该传感器的能耗。

在另一种形式的实施例中，在超过测量装置的最大能耗的情况下， 关于该情况的信息被输出，使得不使传感器操作。通过这个信息，引 入了与用户的交互，用户因为这个报告而不再必须单独确定是否可以 使传感器操作。可以省略用户在本发明前必须执行以确定新的传感器 的能耗是否仍然适合于测量装置的功率平衡的计算工作。

在进一步的改进中，光学地和/或声学地输出该信息。这使得能够 简单地引导用户。

在一种变化形式中，在超过测量装置的最大能耗的情况下，相继 地操作两个或更多的传感器。当绝对需要多个传感器以便完成测量任 务，即使它们到测量装置的连接关于测量装置的能量平衡导致过载时， 这种形式的实施例总是特别有利。然而，因为在特定的时间点总是仅 连接高能量传感器中的一个，所以测量装置的能量平衡保持不被干扰。 在一个实施例中，交替地操作两个或更多的传感器。以这种方式，保 证所有的高能量传感器对于测量操作以预定的节奏变得有效。

有利的是，在传感器的启动后进行传感器的清洁阶段。因为例如 在净化工厂中的情况下的悬浊液体中的测量可以导致传感器的污染， 所以必须以特定的时间间隔清洁传感器，因为否则在测量中应当被检 验的液体将不再能接近传感器的测量表面。这在光学传感器的情况下 特别重要，因为当在测量表面上存在沉积物时该测量表面在其功能方 面变差。

在一个实施例中，测量装置触发传感器的清洁阶段。在测量装置 中、特别是在中央处理器中提供了控制程序，该控制程序以确定的间 隔来开启加压空气或清洁液体的输出，以便清洁传感器的测量表面。 因此，当传感器递送的测量值未超过(subceed)或超过特定极限值并 且因此被判定为不现实时，测量装置可以开始清洁阶段。

替代地，根据时间来触发清洁阶段。因此，保证以固定的间隔来 清洁传感器的测量表面，使得传感器的测量值保持精确。清洁需要多 长时间取决于传感器的污染程度和所使用的测量方法。

在进一步的改进中，向传感器通知清洁阶段的开始和/或结束。这 是重要的，以便传感器可以在这个时间段期间中断其测量行为。

有利的是，存储在传感器的清洁阶段开始之前产生的最后测量值 并且在清洁阶段结束后进一步处理该测量值。当传感器的测量循环较 短时，这样的过程总是有利的，使得可以从中假定，该测量值在清洁 阶段结束后总是仍然具有代表性，因为测量介质同时仅不显著地改变。

在一个实施例中，测量装置在清洁阶段的开始时触发警告或错误 报告。以这种方式，使得在这个时间点输出的测量值加带有误差变得 明显。

在另一种变化形式中，传感器和/或测量装置将最后测量的值冻结 达清洁阶段的持续时间。替代地，传感器和/或测量装置在清洁阶段期 间发出固定测量值或由用户预定的测量值。

在进一步的改进中，在清洁阶段开始后，删除在测量装置中的所 有信号处理值，并且在清洁阶段结束后，传感器递送测量值，根据该 测量值产生新的信号处理值。以这种方式，保证在传感器的清洁阶段 期间在测量装置中也中断信号处理。

有利的是，在清洁阶段开始前处理的信号处理值用于在清洁阶段 结束后的进一步处理。

替代地，在结束清洁阶段后丢弃该信号处理值，并且重新开始信 号处理。

在一个实施例中，传感器决定清洁阶段何时开始。这些传感器是 智能传感器，该智能传感器检验由它们提供的测量值的合理性。如果 未发现这样的合理性，则假定传感器被污染，因此引入清洁阶段。

有利的是，传感器向测量装置通知关于清洁阶段的开始和/或结 束。这个步骤是必需的，以便测量装置在清洁阶段期间中断测量信号 的处理。取决于施加的测量和评估方法，信号处理值被存储并在清洁 阶段结束后被进一步处理，或者该信号处理值被丢弃并且在恢复测量 操作后重新产生。

本发明的进一步的改进涉及在多传感器系统中、特别是在过程自 动化技术中使用的传感器，其中，系统属性被存储在传感器中。为了 将具有不同的电功耗的传感器连接到多传感器系统内，系统属性涉及 传感器的至少一个状态。传感器必须知道这个状态，以便能够与测量 装置进行通信。在该情况下，传感器可以使用大多数不同的协议和传 输速度来工作。

有利的是，该状态包括传感器的能量需求。传感器因此可以在任 何时间向多传感器系统报告其能量需求，否则用户必须测量该能量需 求。利用这一点，保证总是确保传感器的正确的能量提供。

在一个实施例中，包括传感器的能量需求的状态包括启动功能。 为了执行这个启动功能，有必要将降低的能量需求与正常操作比较。 通过在传感器中存储这样的信息，保证传感器对于这样的降低的能量 值做出反应。

在进一步的改进中，启动功能包括以小于传感器正常操作所需的 能量水平的能量水平与测量装置进行通信。启动功能因此在传感器实 际正常操作之前插入方法步骤，该方法步骤中，在传感器上设置除了 在正常操作中之外的其他指令。

有利的是，状态包括传感器的清洁功能。在启动清洁功能的情况 下，传感器必须随之调整其测量操作。

在一种形式的实施例中，清洁功能中止传感器的测量功能，使得 在清洁期间不递送测量值。

在另一种形式的实施例中，同时执行传感器的清洁功能和测量功 能。在该情况下，可以基于测量值来确定是否可以结束清洁或必须继 续执行该清洁。因此，通过这些测量值的评估来控制清洁的持续时间。

在进一步的改进中，传感器的清洁功能表征在清洁阶段期间输出 的测量值的有效性或无效性。

有利的是，传感器取决于测量值是否为真或假来将状态值与每一 个测量值相关联。

附图说明

本发明允许多种形式的实施例。现在基于附图更详细地描述一个 这样的实施例，附图的唯一视图被示出如下：

图1是在过程自动化技术中的作为现场装置的测量发送器的示意 图。

具体实施方式

图1示出测量发送器T，其包括基本块1，并且该基本块1被实现 为电路板，在该电路板上，布置了所有有源部件，诸如处理器2、I/O 控制器3、闪存4和工作存储器5。基本块1进一步包括三个插件位置 6、7、8，其中，用于测量发送器M的电流供应的电源9被紧固到插件 位置6。电源9在该情况下提供24V的电压。在插件位置7处连接了 基本模块10，在基本模块10上，设置了用于两个传感器的连接，该传 感器经由电缆与基本模块10连接。而且，基本模块10引向显示器11， 显示器11被实现用于显示并且被实现为服务模块，并且可以仅表示图 形数据并评估输入。在基本块1上的第三插件位置8是自由可用的， 并且可以容纳任何扩展电路。

基本模块10和电源9每一个均被布置在电路板上，它们被实现为 插件卡，并且被垂直地插入设置在基本块1上的接触插槽内。在另一 侧上，电源9的插件卡和基本模块10的插件卡与接触板12连接，在 接触板12中，设置了用于外部传感器13、14的连接。每一个传感器 13、14要求用于数据传输的两个连接和用于能量供应的两个连接。传 感器13经由它占用的四个连接器与基本模块10连接，基本模块10提 供用于传感器13的操作的几个mW的功率。因此，传感器13是具有 低能量要求的传感器。

传感器14相反是高能量传感器，其中需要例如5W的电功率用于 传感器14的操作。因为这个原因，传感器14与两个能量连接器连接， 该两个能量传感器直接引向测量发送器M的电源9，同时数据通信所 需的两个连接被连接到基本模块10。

如果测量发送器M的当前测量任务需要连接另外的高能量传感器 15，则该高能量传感器15经由另一个插件卡16连接到插件位置8。插 件卡16也与接触板12连接，使得高能量传感器15与用于与插件卡16 进行数据传输的两个连接相连接，并且与到承载电源9的插件卡的两 个另外的连接相连接。基本块1可以被扩展块扩展，用于传感器、致 动器或其他电路的其他未示出的插件卡可以与该扩展块连接。

在上述传感器13、14、15的情况下，这些传感器是智能数字传感 器。每个传感器13、14、15除了其正常的测量功能之外还具有可用的 启动功能和清洁功能。启动功能使得高能量传感器14或15当被提供 诸如100mW的电功率时能够进行通信。测量操作在这个功率水平上 是不可能的。例如在高能量传感器14、15的情况下，测量操作需要5W 或7W的功率。

当传感器接收到要开始清洁阶段的信号时，传感器13、14或15 的清洁功能负责关断传感器的测量过程。

在安装新的高能量传感器15的情况下，过程如下。高能量传感器 15以描述的方式，以两条线路与电源9连接，并且以两条线路与插件 卡16连接。在高能量传感器15启动时，高能量传感器15被馈送100mW 的最大功率，使得仅与处理器2的通信是可能的。高能量传感器15现 在被处理器2查询该高能量传感器15需要多少电流、即多少功率用于 其正常操作。处理器2接收以传感器类型的标识形式的这个信息。处 理器2基于关于电流的信息来确定传感器15的电功率。在估计了在测 量发送器中布置的所有扩展卡的情况下，处理器2然后确定在考虑到 要新连接到测量发送器M的高能量传感器15时，包含在外壳中的这些 电路产生多少热量。热量的最高值被限制为7W，因为通过外壳的更高 的热交换是不可能的。从在外壳中的电子电路或电路散失的更高的热 量值将导致电路的过热，并且使得测量发送器M的操作变差。如果处 理器2确认在连接了新的高能量15的情况下超过了允许散热的最高值 7W，则经由显示器11向测量发送器M的用户输出传感器15不能操 作的信号。通过这样的用户交互，向用户通知是否可以操作高能量传 感器15。然而，同时，用户也接收关于多少可利用的功率仍然可用的 信息，使得用户可以找到并连接具有适当的功率需求的传感器。

虽然超过热能的上限，然而，如果强制需要连接高能量传感器15， 则这个新的传感器15与已经连接的传感器14交替地操作。以这种方 式，保证了不超过产生热能的上限。

如果传感器13、14或15已经在正常操作，则由于传感器的污染， 经常可能出现诸如液体的要评估的介质不能到达传感器的有效区域， 传感器因此不能输出合理的传感器值。因为这个原因，传感器13、14 或15以固定间隔或者通过传感器的判断来经受清洁阶段。在这样的清 洁阶段中，借助加压空气或清洁液来清洁传感器13、14或15。

为了避免传感器13、14或15在清洁阶段输出例如在清洁阶段期 间确定测量值的平均值期间容易出现的错误测量值，对于在清洁期间 的测量值存在两种选择。

第一选择是存储在开始清洁阶段之前测量的最后测量的值，并且 在清洁阶段结束后进一步将其与新测量的测量值一起处理。为此，传 感器13、14或15必须被告知清洁阶段的开始和结束，以便能够在适 当的时间点由传感器13、14或15存储传感器值以及该值随后被释放。 传感器13、14或15从处理器2接收这个信息。

第二选择是输出与警告耦合的错误报告，以便声明该测量值是不 现实的。

在第三选择的情况下，传感器13、14或15和/或处理器2在清洁 阶段期间冻结最后测量值达清洁阶段的持续时间。

第四选择是在清洁阶段期间，传感器13、14或15或处理器2输 出固定测量值或由用户预定的测量值。

而且，测量发送器的处理器2必须被设置为使传感器13、14或 15是否在清洁阶段后确定新的测量值或找回旧的测量值。根据清洁需 要多长时间或使用哪种测量方法，确定对于处理器2的信号处理值将 发生什么。这些信号处理值在短清洁阶段的情况下可以被完全丢弃或 被进一步处理。

如果传感器13、14或15是决定是否要执行清洁的智能传感器， 则传感器13、14或15在清洁阶段的开始和结束时向处理器2发送信 号，该信号将关于清洁阶段通知给处理器2，由此，处理器2决定应当 对于信号处理值做何处理。