1. Einleitung. Diverse Mess- und Steuerungssysteme sowie intelligente Instrumente und Messgeräte bestehen im Wesentlichen aus Sensoren, Computersystemen und Aktoren. Sensoren und Aktoren werden heutzutage immer vielseitiger. Für die Entwicklung automatischer Mess- und Steuerungssysteme oder intelligenter Instrumente und Messgeräte stehen Standardsensoren mit 4–20 mA oder 0–10 mA Standardsignalausgängen und Aktoren zur Verfügung, die Standardansteuersignale akzeptieren. Daher müssen Entwickler lediglich den Computersystemteil entwerfen. Die Grundstruktur des Computersystems ist konsistent; es geht nur um die Auswahl des spezifischen Chips, und die Implementierungsmethoden sind weitgehend ähnlich. Mit der rasanten Entwicklung der Mikrocontroller-Technologie steigt deren Integrationsgrad stetig, ihre Funktionen werden leistungsfähiger und ihre Schnittstellen benutzerfreundlicher. Beispielsweise verfügt der 80C198 über vier 10-Bit-A/D-Wandler mit Abtast-Halte-Funktion, vier Hochgeschwindigkeits-Trigger-Eingänge und sechs Hochgeschwindigkeits-Impulsgeneratoren, die externe Ereignisse auslösen können. Ein gut konzipiertes Computersystem zeichnet sich durch hohe Vielseitigkeit aus. Im Folgenden wird ein relativ vollständiges Mess- und Steuerungssystem auf Basis des Mikrocontrollers 80C198 vorgestellt. 2. Systemhardware: Schaltplan und Beschreibung Das System besteht im Wesentlichen aus Sensor- und Filterschaltungen, einem 80C198-Mikrocontroller, Speicher, Tastatur/Display, Drucker, Aktoren und Alarmgeräten, serieller Kommunikation und analoger Signalausgabe. Das Strukturprinzip ist in Abbildung 1 dargestellt. Speichererweiterung: Aufgrund der begrenzten internen Speicherkapazität des 80C198 wurden ein 27C128-EPROM und ein DS12887-EPROM mit Kalenderfunktion (der ohne Änderung der Schaltung durch einen 28C64 ersetzt werden kann) hinzugefügt. Der EPROM speichert das Mess- und Steuerungsprogramm. Tastatur/Display: Das System verwendet einen 81C55-Chip zur Erweiterung der I/O-Schnittstelle. Der 81C55 kann auf drei 8-Bit-Parallelports (PA, PB und PC) erweitert werden. Das System kann auf eine 6×8-Tastatur und ein 8-Bit-8-Segment-LED-Display mit gemeinsamer Anode (Kathode) erweitert werden. Der PB-Port ist der Ausgang für die Tastaturzeilen, der PA-Port der Eingang für die Spalten und der PC-Port der Port für die Segmentauswahl des Displays. Die LED-Segmente und die Ziffernauswahl werden von einem 373-Mikrocontroller angesteuert und gespeichert. Analoge Signalausgabe: Das System nutzt den PWM-Baudratengenerator (Tastverhältnis 5:2) im 80C198, der einen CD4049-Puffer, ein RC-Filter und einen integrierten Spannungs-/Stromwandler (AD694) durchläuft, um ein Standardsignal von 4–20 mA auszugeben (durch Änderung der AD694-Verbindung ist ein Ausgang von 0–10 mA möglich). Dieses Signal kann mit externen Aufnahmegeräten oder als Steuersignal für analoge Regler verwendet werden. Serielle Kommunikation: Das System verwendet einen Chip der MAX-Serie mit einem Treiber und einem Empfänger für die RS485- und RS422-Standardkommunikation. Mit dem MAX1480 lässt sich eine vollständig galvanisch getrennte RS485/RS422-Datenschnittstelle realisieren. 4. Beschreibung der Systemuniversalität: Das System verfügt über umfangreiche Ressourcen: Die vier 10-Bit-A/D-Kanäle (ACH4–ACH7) des 80C198 mit Abtast- und Haltefunktion eignen sich zur Erfassung von 1–4 physikalischen Größen, und die Hochgeschwindigkeits-Ausgangskanäle HS0.0–HS0.3 können zur Steuerung oder Alarmierung von 1–4 physikalischen Größen verwendet werden. Das System zeichnet sich durch hervorragende Portabilität aus: Ein einzelnes Mess- und Steuerungssystem lässt sich durch einfaches Austauschen der Sensoren und Aktoren in ein anderes umwandeln, wobei die Computerhardware unverändert bleibt und nur geringfügige Softwareanpassungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann unser patentiertes „Zellstoffkonzentrations-Mess- und Steuerungssystem“ (bestehend aus einem Konzentrationssensor, dem Computersystem und einem elektrischen Regelventil) zur Dampfdruckmessung und -steuerung eingesetzt werden, indem der Konzentrationssensor durch einen Drucksensor, das elektrische Wasserregelventil durch ein elektrisches Dampfregelventil ersetzt und geringfügige Softwareanpassungen vorgenommen werden. Das System bietet zudem hervorragende Skalierbarkeit: Mit vier Abtastkanälen und vier Ausgangskanälen lässt sich die Funktionalität des Systems anpassen, was eine hohe Skalierbarkeit ermöglicht. Durch die Integration einer Durchflussmessung in das „Zellstoffkonzentrations-Mess- und Regelsystem“ entsteht ein Zellstoffdosiersystem. Darüber hinaus kann der Computer mehrere physikalische Größen (wie Konzentration, Druck und Flüssigkeitsstand) gleichzeitig messen und regeln, solange die Anzahl der gemessenen Größen und Regelvorgänge vier nicht übersteigt. 5. Fazit: Unser Unternehmen hat mit diesem Computersystem sieben Produktreihen für Messung und Regelung entwickelt, die mittlerweile in fast tausend Papierfabriken bundesweit eingesetzt werden. Die Ergebnisse sind hervorragend und bringen unserem Unternehmen sowie den Papierfabriken erhebliche wirtschaftliche und soziale Vorteile.