DE4015457A1 - REMOTE MEASURING AND ACTUATING SYSTEM - Google Patents

REMOTE MEASURING AND ACTUATING SYSTEM

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DE4015457A1
DE4015457A1 DE4015457A DE4015457A DE4015457A1 DE 4015457 A1 DE4015457 A1 DE 4015457A1 DE 4015457 A DE4015457 A DE 4015457A DE 4015457 A DE4015457 A DE 4015457A DE 4015457 A1 DE4015457 A1 DE 4015457A1
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Karl-Heinz Dr Ilg
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Airbus Defence and Space GmbH
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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    • G06F13/4004—Coupling between buses
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    • H04M11/002—Telephonic communication systems specially adapted for combination with other electrical systems with telemetering systems

Abstract

Disclosed is an intelligent remote measurement and control system, contained in a housing unit (terminal) (1 to 4), for the measurement, processing and storage of analogue and/or digital data and for the recording in a memory (22) and the transmission, on command, of such data by a suitable path. Each unit (terminal) can be linked to other units (any number) in a network, and the node computer fitted in each unit automatically selects and establishes for the transmission path such a connexion with the destination (receiver) that will ensure troublefree data transmission.

Description

Die Erfindung betrifff ein intelligentes Fernmeß- und Stellsystem zum Fernmessen und Einstellen, Fernsteuern, Fernüberwachen, Fernabfrage, Protokollieren bzw. Dokumentieren.The invention relates to an intelligent telemetry and control system for Remote measurement and setting, remote control, remote monitoring, remote inquiry, Log or document.

Aus der deutschen Patentschrift DE 28 22 672 C2 ist es bekannt, ein computergesteuertes Steuergerät mit am Gerät angebrachten, drahtlos oder drahtgebunden Signale übertragenden Bedienungsorganen, wie Sensoren und Stellglieder, wobei Befehle an den Empfänger abgegeben und Steuerbefehle gespeichert und umgesetzt werden. Die Signalerfassung/-verarbeitung erfolgt nach eingeschriebenem Programm.From the German patent DE 28 22 672 C2 it is known a Computer-controlled control unit with wireless or attached to the device wired signals transmitting controls, such as sensors and Actuators, where commands are given to the receiver and control commands saved and implemented. Signal acquisition / processing takes place according to the registered program.

Nachteilig ist hierbei die nötige manuelle Einstellung für die veränderbaren Bedienfunktionen.The disadvantage here is the necessary manual setting for the changeable operating functions.

Aufgabe vorliegender Erfindung isf es, ein Verfahren und eine Einrichfung (Geräfeeinheif oder Terminal) sowie ein Nefzwerk anzugeben, mit dem es möglich isf, daß Dafen (dezentral von gleichen Einheiten) gesammelt, (vor-) verarbeitet, gespeichert und automatisch und/oder periodisch oder auf Befehl (zentral) auf bestem Übertragungsweg (fern-)übertragen werden.The object of the present invention is a method and a To set up a device (device unit or terminal) and a network, with which it is possible that Dafen (decentralized from the same units) collected, (pre-) processed, saved and automatically and / or periodically or on command (central) on the best transmission path be transmitted (remotely).

Die Lösung vorliegender Erfindung ist in Anspruch 1 bezüglich des Netzwerks und in Anspruch 14 bezüglich des Verfahrens der Datenübertragung angegeben.The solution of the present invention is in claim 1 with respect to the Network and in claim 14 regarding the method of Data transfer specified.

In weiteren Ansprüchen und den Ausführungsbeispielen sind weitere Merkmale, insbesondere bezüglich der Geräteeinheiten/Terminals enthalten, ohne hierauf beschränkt zu sein. Abwandlungen und Kombinationen der beschriebenen und dargestellten Merkmale sind dem Fachmann möglich.In further claims and the exemplary embodiments are further Features, especially with regard to the device units / terminals included, but not limited to this. Variations and Combinations of the features described and shown are the Expert possible.

Die Erfindung ist anwendbar zur Fernüberwachung, insbesondere auf dem Gebiet des Umweltschutzes, z. B. Luftüberwachung, Gewässerüberwachung bzw. Verunreinigungen, Radioaktivität, biologisch, chemisch etc., aber z. B. auch als Verkehrsüberwachungs- und Leitsystem, beim Katastrophenschutz, wie Brandschutz, Erdbebenschutz, Überschwemmungen und dgl.The invention is applicable for remote monitoring, in particular on the Field of environmental protection, e.g. B. air monitoring, water monitoring  or impurities, radioactivity, biological, chemical etc., but e.g. B. also as a traffic monitoring and control system Civil protection, such as fire protection, earthquake protection, floods and the like

Die besonderen Vorteile des Systems sind: Beliebig viele Meßstationen (Terminals) an einer Zentrale, Datenübertragung per Funk, Lichtwellenleiter oder Zweidrahtleitung, Übertragung mit hoher Datendichte, z. B. über DATEX-P-Netz der Bundespost, automatische Fehlererfassung und -korrektur bei der Übertragung, geringster Stromverbrauch, Solargenerator optionell lieferbar, Terminals im Relaisbetrieb einsetzbar, fernsteuerbare Alarmmeldungen und fernsteuerbare Änderung der Meßparameter, insbesondere durch Übertragung anderer Meßprogramme (z. B. aus Speicher 5).The special advantages of the system are: Any number of measuring stations (terminals) at a central, data transmission by radio, fiber optic or two-wire line, transmission with high data density, e.g. B. via DATEX-P network of the federal post office, automatic error detection and correction during transmission, lowest power consumption, solar generator optionally available, terminals can be used in relay operation, remotely controllable alarm messages and remotely controllable change of the measurement parameters, in particular by transmission of other measurement programs (e.g. from memory 5 ).

Das System dient zur Erfassung von analogen und digitalen Meßdaten an abgelegenen und/oder kaum zugänglichen Meßorten sowie zur Übertragung dieser Parameter an eine Zentralstation mittels Funkstrecke, Lichtwellenleiter, Telefonleitung oder Datenbus.The system is used to record analog and digital measurement data remote and / or hardly accessible measuring locations as well as for transmission this parameter to a central station via radio link, Optical fiber, telephone line or data bus.

In umgekehrter Richtung können dem Terminal Einstellparameter wie Abfragerate, Grenzwerte, Kanalzahl, die Zuordnung von Funkstationen etc. über Funk übermittelt werden.In the opposite direction, setting parameters such as Query rate, limit values, number of channels, the assignment of radio stations etc. be transmitted by radio.

Jedes Datenterminal kann gleichzeitig als Relaisstation für andere Terminals dienen. Die Terminals können im Relaisbetrieb hintereinander geschaltet werden.Each data terminal can simultaneously act as a relay station for others Serve terminals. The terminals can be operated one after the other in relay mode be switched.

Die Erfindung betrifft ein intelligentes Fernmeß- und Stellsystem, enthalten in einer Gehäuseeinheit (Terminal) für die Erfassung, Verarbeitung und Speicherung analoger und/oder digitaler Daten und der Aufzeichnung in einem Speicher und Übertragung in einem geeigneten Übertragungsweg auf Befehl.The invention relates to an intelligent telemetry and control system, contained in a housing unit (terminal) for recording, Processing and storage of analog and / or digital data and the Record in memory and transfer in an appropriate one Transmission path on command.

Das System besteht aus einem oder mehreren Terminals. An jedes Terminal können analoge Meßsignale und digitale Ein- oder Ausgänge auch mit D/A-Wandler angeschlossen werden. Die Zuordnung, ob es sich hierbei um einen Ein- oder Ausgang handelt, ist wahlfrei. jedes Terminal verfügt über ausreichend Speicherplatz zur Zwischenspeicherung von Meßdaten. jede Meßstation speichert in vorgegebenen Meßintervallen die Meßdaten zusammen mit der Meßkanalnummer. Die Intervalldauer ist frei wählbar und über Funk von der Zentralstation aus einstellbar. Die Daten werden zusammen mit der Uhrzeit (Zeitpunkt der Messung) entweder periodisch zu festgelegten Zeitpunkten oder auf Anforderung der Zentralstation an diese übertragen. Die Datenfernübertragung erfolgt z. B. in Paketform zusammen mit Datum, Uhrzeit, Nummer des Meßkanals sowie Stationsnamen (Funkrufzeichen), so daß eine eindeutige Zuordnung der in der Zentrale eingehenden Daten gesichert ist. Das System erlaubt eine fexible Anpassung an verschiedenen Meßaufgaben, ohne zusätzliche Änderung der Systemprogramme.The system consists of one or more terminals. To every terminal  can also use analog measurement signals and digital inputs or outputs D / A converter can be connected. The assignment of whether this is an input or output is optional. every terminal has sufficient storage space for the temporary storage of measurement data. each measuring station saves the measuring data at predetermined measuring intervals together with the measuring channel number. The interval duration is freely selectable and Can be set via radio from the central station. The data will together with the time (time of measurement) either periodically specified times or at the request of the central station transfer this. Remote data transmission takes place e.g. B. in package form together with the date, time, number of the measuring channel and station name (Radio call sign), so that an unambiguous assignment of the in the center incoming data is secured. The system allows a flexible Adaptation to different measuring tasks, without additional change of the System programs.

Die Ausführungsbeispiele sind dargestellt in den Fig. 1 bis 4. Es zeigen:The exemplary embodiments are shown in FIGS. 1 to 4. The figures show:

Fig. 1 ein Netzwerk mit Anschluß links unten zu weiteren Netzwerken gleicher Art, Fig. 1 shows a network with connection to the left down to the same other network type,

Fig. 2 eine Geräteeinheit/Terminal im Aufbau als Blockschaltbild, Fig. 2 is a device unit / terminal in the structure as a block diagram,

Fig. 3 ein Schema der Datenfernübertragung und Fig. 3 is a schematic of remote data transmission and

Fig. 4 ein Schema des Datenübertragungsverfahrens. Fig. 4 is a diagram of the data transmission method.

Wie Fig. 1 zeigt, kann bei einem zwischen Terminal 1 und 2 auftretendem Hindernis 23 eine vom Terminal 1 ausgesandte Datenwortfolge 24 nicht zu ihrem Ziel, z. B. Terminal 2 direkt gelangen. Nun wird diese Folge 24 (Paket) auf dem Umweg über Terminal 3 und 4 zum Ziel 2 geleitet. Dabei dienen 3 und 4 als Relaisstationen für die Übertragung (einwandfrei).As shown in FIG. 1, if an obstacle 23 occurs between terminals 1 and 2 , a data word sequence 24 sent out by terminal 1 cannot reach its destination, e.g. B. Terminal 2 directly. This sequence 24 (package) is now routed via detour via terminals 3 and 4 to destination 2 . 3 and 4 serve as relay stations for the transmission (perfect).

jedes Terminal ist als Zentrale ausführbar (nicht nur 4 mit 5 und 6) und kann als Alarmzentrale o. ä. intelligentes Fernmeß- und Stellsystem dienen.Each terminal can be designed as a control center (not only 4 with 5 and 6 ) and can serve as an alarm center or similar intelligent telemetry and control system.

Datenübertragung als Datenpaketübermittlung: Der Anfangsblock beinhaltet ein spezielles Datenbite als Kennzeichen des Paketanfangs sowie die Stationsnamen (Adresse) von Sender, Empfänger und bei Bedarf Relaisstationen, die das Paket zum Empfänger weiterreichen.Data transmission as data packet transmission: The header contains a special data bit as an identifier of the Beginning of the package as well as the station names (address) of sender, receiver and if necessary relay stations that pass the package on to the recipient.

Als Paketinhalt werden die zu übertragenden Daten (Meßwerte, Datum, Uhrzeit, Kanalnummer) bezeichnet. Das Paketende besteht z. B. aus einem 8 bit langen Schlußzeichen und einer 16 bit langen Kontrollinformation, die sich aus den Bitewerten von Paketanfang und Paketinhalt nach dem CRC-Verfahren (Cyclic Redundancy Check) berechnet.The data to be transmitted (measured values, date, Time, channel number). The end of the package consists e.g. B. from an 8th bit-long terminator and 16-bit control information, which result from the bit values of the beginning of the package and the contents of the package after CRC procedure (Cyclic Redundancy Check) calculated.

Die empfangene Station berechnet ebenfalls aus den empfangenen Daten diesen Wert und vergleicht ihn mit dem empfangenen Kontrollwert. Stimmen beide überein, sendet sie eine positive Quittierung zurück und erwartet das nächste Paket, andernfalls sendet sie eine negative Quittierung und erwartet die Wiederholung des Pakets.The received station also calculates from the received data this value and compares it with the received control value. vote both agree, it sends back a positive acknowledgment and expects the next packet, otherwise it sends a negative acknowledgment and expects the package to be repeated.

Der verwendete CRC-Algorithmus ergibt eine Fehlersicherheit von 1,5×10-12, was praktisch zur Erkennung aller auftretenden Übertragungsfehler führt, die durch Blockwiederholung korrigiert werden.The CRC algorithm used gives an error tolerance of 1.5 × 10 -12 , which practically leads to the detection of all occurring transmission errors that are corrected by block repetition.

Im System ist der Anwender nicht mit den Einzelheiten der Übertragung befaßt, die Meßdaten einschließlich ihrer Kenndaten (Datum, Uhrzeit etc.) stehen nach wenigen Sekunden in verschienen vorgebbaren Formaten, z. B. ASCII-Textdateien auf Diskette, Festplatte oder Bildschirm zur Verfügung und können automatisch übertragen und ausgewertet werden oder auf Abruf/Fernabfrage.In the system, the user is not familiar with the details of the transfer deals with the measurement data including their characteristics (date, time etc.) are available after a few seconds in various formats e.g. B. ASCII text files on disk, hard drive or screen And can be automatically transferred and evaluated or on demand / remote access.

BezugszeichenReference numerals

 1, 2, 3, 4 Geräteeinheit/Terminal
 5 Rechnereinheit, wie Computer bzw. PC mit Programmspeicher und -laufwerk
 6 Auswerteeinheit, wie Drucker bzw. Plotter od. ä. graphikfähige Ausgabe/Anzeige
 7 Sensor/Meßfühler
 8 Aktuator/Stellglied
 9 Eingangs-/Ausgangsteil
10 Analogeingänge/-ausgänge
11 Digitaleingänge/-ausgänge
12 Analog-/Digitalwandler
13 Uhr od. ä. Clockpulstreiber
14 interner Bus des Terminals
15 Energieversorgung, wie aufladbare Spannungsquelle
16 Solarmodul (optimal)
17 Mikrocomputer bzw. Mikroprozessor mit Terminal Node Controler 17′
18 Schnittstelle (erste, z. B. für Funk) zu Sender/Empfäger für zu übertragende Daten
19 Antenne zu 18
20 Schnittstelle (zweite, z. B. für Telefon od. opt.)
21 Lesespeicher, auch EPROM, EEPROM
22 Schreib-/Lesespeicher, insbesondere Ringspeicher
23 Hindernis für Datenübertragung
24 Datenwortfolge (Bites) bei Paketübertragung mit Kontrolle 1, 2, 3, 4 device / terminal
5 computer unit, such as a computer or PC with program memory and drive
6 Evaluation unit, such as printer or plotter or similar graphics-capable output / display
7 sensor / sensor
8 actuator / actuator
9 input / output section
10 analog inputs / outputs
11 digital inputs / outputs
12 analog / digital converters
1 p.m. or similar clock pulse driver
14 internal bus of the terminal
15 power supply, such as rechargeable voltage source
16 solar module (optimal)
17 microcomputer or microprocessor with terminal node controller 17 ′
18 Interface (first, e.g. for radio) to transmitter / receiver for data to be transmitted
19 antenna to 18
20 interface (second, e.g. for telephone or opt.)
21 read memories, also EPROM, EEPROM
22 read / write memories, especially ring memories
23 Obstacle to data transmission
24 data word sequence (bites) for packet transmission with control

Claims (14)

1. Intelligentes Fernmeß- und Stellsystem, enthalten in einer Gehäuseeinheit (Terminal) für die Erfassung, Verarbeitung und Speicherung analoger und/oder digitaler Daten und der Aufzeichnung in einem Speicher und Übertragung in einem geeigneten Übertragungsweg auf Befehl, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheit (Terminal) mit weiteren Einheiten (beliebiger Zahl) in einem Netzwerk zusammenschaltbar ist derart, daß der in jeder Einheit eingebaute Knotenrechner (TNC) automatisch eine solche Verbindung zum Ziel (Empfänger) bezüglich Übertragungsweg auswählt und aufbaut, daß diese die einwandfreie Datenübertragung gewährleistet.1. Intelligent telemetry and control system, contained in a housing unit (terminal) for the acquisition, processing and storage of analog and / or digital data and the recording in a memory and transmission in a suitable transmission path on command, characterized in that each unit ( Terminal) can be interconnected with other units (any number) in a network in such a way that the node computer (TNC) installed in each unit automatically selects and sets up such a connection to the destination (receiver) with regard to the transmission path that this guarantees the faultless data transmission. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten (Terminals) in beliebiger Zahl sowohl untereinander als auch mit wenigstens einer Zentrale verbindbar sind.2. System according to claim 1, characterized in that the Units (terminals) in any number both among themselves and can be connected to at least one control center. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten (Terminals) an eine Zentrale anschließbar sind zur automatischen Alarmübertragung bei Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen Grenz- oder Schwellwertes oder Bereiches.3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the Units (terminals) can be connected to a control center automatic alarm transmission when a limit is exceeded or undershot predetermined limit or threshold value or range. 4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten (Terminals) an eine Zentrale anschließbar sind , von der aus eine Änderung der Meßparameter, z. B. nach Art, Bereich, Betrag, Zeit, Ort auf Befehl erfolgt.4. System according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the units (terminals) to a central office can be connected, from which a change in the measurement parameters, for. B. by type, area, amount, time, place on command. 5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerteübertragung von einer Einheit/Terminal zu einer anschließbaren Zentrale auf Fernabfrage aus einem Speicher erfolgt, in dem die nach einem bestimmten Programm erfaßten und gespeicherten Meßwerte abrufbar sind. 5. System according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the measured value transmission from a unit / terminal to a connectable control center for remote access from a memory takes place, in which the according to a certain program and stored measured values are available.   6. Sytem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten (Terminals) zueinander im Relaisbetrieb schaltbar sind.6. System according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the units (terminals) to each other in the Relay operation can be switched. 7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einheit (Terminal) wenigstens eine, vorzugsweise zwei serielle Schnittstellen zur Datenübertragung eingebaut sind.7. System according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that in the unit (terminal) at least one, preferably installed two serial interfaces for data transmission are. 8. System der einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheit/Terminal eine eigene Energieversorgungseinrichtung enthält, insbesondere eine Spannungsquelle, die von außen aufladbar ist, z. B. von einem Solarmodul und auch Sende- und Empfangsmittel speist.8. System of one of the preceding claims, characterized characterized that each unit / terminal has its own Contains energy supply device, in particular one Voltage source that can be charged from the outside, e.g. B. from a solar module and also feeds transmission and reception means. 9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in jede Einheit/Terminal eingebaute Mikroprozessor bzw. Mikrocomputer mit einem Ringspeicher und mit einer Echtzeituhr innerhalb des Gehäuses verbunden ist.9. System according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the built in each unit / terminal Microprocessor or microcomputer with a ring memory and with one Real time clock is connected inside the case. 10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Meßwerte und/oder Stellwerte in jeder Einheit/Terminal nach vorgegebenem Programm automatisch erfaßt bzw. eingestellt werden.10. System according to any one of the preceding claims, characterized characterized that measured values and / or manipulated values in each The unit / terminal is automatically recorded according to the specified program or can be set. 11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheit (Terminal) Analogeingänge unabhängig von Digitaleingängen aufweist um beide Arten von Meßwerten in vorgegebenen Zeitabständen automatisch zu erfassen und abzuspeichern, wobei die analogen mit Hilfe des Mikroprozessors bzw. Mikrocomputers und diesem inhärenten A/D-Wandler umgesetzt werden, vorzugsweise vorverarbeitet z. B. auf-/abgerundet, bzw. komprimiert.11. System according to any one of the preceding claims, characterized characterized that each unit (terminal) analog inputs independently of digital inputs has both types of measured values in automatically record and save predefined time intervals, the analog with the help of the microprocessor or microcomputer and this inherent A / D converter, preferably preprocessed e.g. B. rounded up / down, or compressed. 12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten/Terminals bei Zusammenschaltung auf einer Frequenz senden und empfangen. 12. System according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the units / terminals when interconnected send and receive a frequency.   13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten (Terminals) bei Zusammenschaltung eine automatische Fehlererfassung und Korrektur bei der Übertragung aufweisen derart, daß das empfangene Terminal die Datenwortlänge (Bitesumme) ermittelt und mit einem Kontrollwert vergleicht und sobald beide übereinstimmen eine positive Quittierung an das sendende Terminal zurückgesandt wird, anderenfalls eine negative Quittierung ausgesandt wird und die Übertragung eines Datenpakets wiederholt wird (Blockwiederholung) zwecks Korrektur bis zum fehlerfreien Empfang.13. System according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the units (terminals) when interconnected automatic error detection and correction during transmission have such that the received terminal has the data word length (Bit total) determined and compared with a control value and as soon as both match a positive acknowledgment to the sending terminal is sent back, otherwise a negative acknowledgment is sent out and the transmission of a data packet is repeated (Block repetition) for correction until error-free reception. 14. Verfahren zum Datenübertragung für ein Fernmeß- und Stellsystem, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Einschaltbite von der Einheit (Terminal) gesendet wird, dann die Adresse (Ziel) - dann ein Kontrollbite - dann die Daten variabel nach Art und Datenlänge sowie eine Prüfsumme und zum Abschluß ein Ausschaltbite übertragen wird.14. Method for data transmission for a telemetry and control system, in particular according to one of the preceding claims, characterized characterized that first a switch-on bit from the unit (Terminal) is sent, then the address (destination) - then a control bit - then the data variable according to type and data length as well as a checksum and at the end a switch-off bit is transmitted.
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