DE102020102239A1 - SPE-based device adapter for connecting a non-Ethernet-capable field device to an Ethernet-based process control system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen SPE-basierter Geräteadapter (10) zum Anschließen eines nicht Ethernet-fähigen Feldgeräts (20, 30) an ein Ethernet-basiertes Prozesssteuerungssystem (1), aufweisend:
eine erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle (11), die zum Empfangen und Senden von Ethernet-Datenrahmen über eine zweiadrige Ethernet-Leitung (40) ausgebildet ist,
eine zweite Kommunikationsschnittstelle (12), die zum Empfangen und Senden von Daten gemäß einem ersten Kommunikationsprotokoll von und zu einem nicht Ethernet-fähigen Feldgerät (20) ausgebildet ist, wobei das erste Kommunikationsprotokoll kein Ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll ist,
eine erste Umwandlungseinrichtung (15), die dazu ausgebildet ist, über die zweite Kommunikationsschnittstelle (12) empfangene Daten in Ethernet-Datenrahmen zur Übertragung über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle (11) umzuwandeln und über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle (11) empfangene Ethernet-Datenrahmen in Daten zur Übertragung über die zweite Kommunikationsschnittstelle (12) gemäß dem ersten Kommunikationsprotokoll umzuwandeln.

Figure DE102020102239A1_0000
The invention relates to an SPE-based device adapter (10) for connecting a non-Ethernet-capable field device (20, 30) to an Ethernet-based process control system (1), comprising:
a first SPE-based communication interface (11) which is designed to receive and transmit Ethernet data frames via a two-wire Ethernet line (40),
a second communication interface (12) which is designed to receive and send data in accordance with a first communication protocol from and to a non-Ethernet-capable field device (20), the first communication protocol not being an Ethernet-based communication protocol,
a first conversion device (15) which is designed to convert data received via the second communication interface (12) into Ethernet data frames for transmission via the first SPE-based communication interface (11) and data received via the first SPE-based communication interface (11) Converting Ethernet data frames into data for transmission via the second communication interface (12) in accordance with the first communication protocol.
Figure DE102020102239A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen SPE-basierten Geräteadapter zum Anschließen eines nicht Ethernet-fähigen Feldgerätes an ein Ethernet-basiertes Prozesssteuerungssystem, welches insbesondere Bestandteil einer industriellen Automatisierungsanlage sein kann.The invention relates to an SPE-based device adapter for connecting a non-Ethernet-capable field device to an Ethernet-based process control system, which can in particular be part of an industrial automation system.

Bei einem Prozesssteuerungssystem kommunizieren Feldgeräte wie zum Beispiel Sensoren und Aktoren über ein Kommunikationsnetzwerk mit einer übergeordneten Steuerungseinrichtung. Mittlerweile setzt sich auch in der industriellen Automatisierungstechnik die Ethernet-Technologie immer mehr durch. Bisher werden Vierdraht- oder Achtdraht-Ethernet-Leitungen in Kommunikationsnetzwerken eingesetzt, um Feldgeräte mit einer übergeordneten Ethernet-fähigen Steuerungseinrichtung zu verbinden. Sollen nicht Ethernet-fähige Feldgeräte, wie zum Beispiel IO-Linkbasierte Feldgeräte an eine Vierdraht- oder Achtdraht-Ethernet-Leitung angeschlossen werden, kommen entsprechende IO-Module zum Einsatz, über die nicht-Ethernet-fähige Feldgeräte an die Vierdraht- oder Achtdraht-Ethernet-Leitung angeschlossen werden können. In jüngster Zeit zeichnet sich in der Automatisierungstechnik immer mehr ab, dass zumindest in der Netzwerkebene die Single-Pair-Ethernet (SPE)-Technologie zum Einsatz kommen wird, bei der Netzwerkteilnehmer über Zweidraht-Ethernet-Leitungen miteinander verkabelt werden. Die SPE-Technologie ermöglicht nicht nur einen Datenaustausch, sondern auch eine Energieversorgung der angeschlossenen Netzwerkteilnehmer, was als Power-Over-Dataline (PoDL) bekannt ist.In a process control system, field devices such as sensors and actuators communicate with a higher-level control device via a communication network. In the meantime, Ethernet technology is also becoming more and more popular in industrial automation technology. So far, four-wire or eight-wire Ethernet lines have been used in communication networks in order to connect field devices to a higher-level Ethernet-capable control device. If non-Ethernet-capable field devices, such as IO-Link-based field devices, are to be connected to a four-wire or eight-wire Ethernet cable, corresponding IO modules are used, via which non-Ethernet-capable field devices can be connected to the four-wire or eight-wire Ethernet line can be connected. In recent times it has become more and more apparent in automation technology that single-pair Ethernet (SPE) technology will be used, at least at the network level, in which network participants are wired to one another via two-wire Ethernet lines. SPE technology not only enables data to be exchanged, but also enables the connected network participants to be supplied with energy, which is known as Power-Over-Dataline (PoDL).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen SPE-basierten Geräteadapter zur Verfügung zu stellen, mit welchem ein nicht Ethernet-fähiges Feldgerät in einfacher und kostengünstiger Weise mittels einer zweiadrigen Ethernet-Leitung an ein Ethernet-basiertes Prozesssteuerungssystem angebunden werden kann.The present invention is based on the object of providing an SPE-based device adapter with which a non-Ethernet-capable field device can be connected to an Ethernet-based process control system in a simple and cost-effective manner by means of a two-wire Ethernet line.

Das oben genannte technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The technical problem mentioned above is solved by the features of claim 1.

Demgemäß ist ein SPE-basierter Geräteadapter zum Anschließen eines nicht Ethernet-fähigen Feldgerätes an ein Ethernet-basiertes Prozesssteuerungssystem vorgesehen, wobei der SPE-basierte Geräteadapter folgende Merkmale aufweist:

  • eine erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle, die zum Empfangen und Senden von Ethernet-Datenrahmen über eine zweiadrige Ethernet-Leitung ausgebildet ist,
  • eine zweite Kommunikationsschnittstelle, die zum Empfangen und Senden von Daten gemäß einem ersten Kommunikationsprotokoll von und zu einem nicht Ethernet-fähigen Feldgerät ausgebildet ist, wobei das erste Kommunikationsprotokoll kein Ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll ist,
  • eine erste Umwandlungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, über die zweite Kommunikationsschnittstelle empfangene Daten in Ethernet-Datenrahmen zur Übertragung über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle umzuwandeln und über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle empfangene Ethernet-Datenrahmen in Daten zur Übertragung über die zweite Kommunikationsschnittstelle gemäß dem ersten Kommunikationsprotokoll umzuwandeln.
Accordingly, an SPE-based device adapter is provided for connecting a non-Ethernet-capable field device to an Ethernet-based process control system, the SPE-based device adapter having the following features:
  • a first SPE-based communication interface that is designed to receive and send Ethernet data frames via a two-wire Ethernet cable,
  • a second communication interface which is designed to receive and send data in accordance with a first communication protocol from and to a non-Ethernet-capable field device, the first communication protocol not being an Ethernet-based communication protocol,
  • a first conversion device which is designed to convert data received via the second communication interface into Ethernet data frames for transmission via the first SPE-based communication interface and to convert Ethernet data frames received via the first SPE-based communication interface into data for transmission via the second communication interface according to to convert to the first communication protocol.

Angemerkt sei, dass der SPE-basierte Geräteadapter insbesondere als Steckverbinder ausgebildet sein kann. Das Merkmal „Ethernet-Datenrahmen“ kann beispielsweise im Rahmen der Erfindung dahingehend verstanden werden, dass Daten gemäß einem Ethernet-Kommunikationsprotokoll in Ethernet-Datenrahmen über eine SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle und eine zweiadrige Ethernet-Leitung übertragen werden können.It should be noted that the SPE-based device adapter can in particular be designed as a plug connector. The feature “Ethernet data frame” can for example be understood in the context of the invention to the effect that data can be transmitted in accordance with an Ethernet communication protocol in Ethernet data frames via an SPE-based communication interface and a two-wire Ethernet line.

Um einen kompakten und flexiblen SPE-basierten Geräteadapter zu erhalten, kann eine dritte Kommunikationsschnittstelle vorgesehen sein, die zum Empfangen und Senden von Daten gemäß einem zweiten Kommunikationsprotokoll von und zu einem nicht Ethernet-fähigen Feldgerät ausgebildet ist. Das zweite Kommunikationsprotokoll ist wiederum kein Ethernet-Kommunikationsprotokoll. Ferner unterscheidet sich das zweite Kommunikationsprotokoll vom ersten Kommunikationsprotokolle. Zudem ist eine zweite Umwandlungseinrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, über die dritte Kommunikationsschnittstelle empfangene Daten in Ethernet-Datenrahmen zur Übertragung über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle umzuwandeln und über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle empfangene Ethernet-Datenrahmen in Daten zur Übertragung über die dritte Kommunikationsschnittstelle gemäß dem zweiten Kommunikationsprotokoll umzuwandeln. Ferner kann eine Steuer-und/oder Auswerteeinrichtung vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist zu erkennen, ob ein nicht Ethernet-fähiges Feldgerät an der zweiten oder dritten Kommunikationsstelle angeschlossen ist. Sie ist ferner dazu ausgebildet, in Abhängigkeit hiervon die erste oder zweite Umwandlungseinrichtung mit der ersten SPE-basierten Kommunikationsschnittstelle zu verbinden.In order to obtain a compact and flexible SPE-based device adapter, a third communication interface can be provided, which is used to receive and send data according to a second communication protocol from and to a not Ethernet-capable field device is formed. The second communication protocol is again not an Ethernet communication protocol. Furthermore, the second communication protocol differs from the first communication protocol. In addition, a second conversion device is provided, which is designed to convert data received via the third communication interface into Ethernet data frames for transmission via the first SPE-based communication interface and Ethernet data frames received via the first SPE-based communication interface into data for transmission via the convert the third communication interface according to the second communication protocol. Furthermore, a control and / or evaluation device can be provided which is designed to recognize whether a non-Ethernet-capable field device is connected to the second or third communication point. It is also designed to connect the first or second conversion device to the first SPE-based communication interface as a function of this.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann der SPE-basierte Geräteadapter eine dritte Kommunikationsschnittstelle aufweisen, die zum Empfangen und Senden von Daten gemäß einem zweiten Kommunikationsprotokoll von und zu einem nicht Ethernet-fähigen Feldgerät ausgebildet ist. Das zweite Kommunikationsprotokoll ist kein Ethernet Kommunikationsprotokolle und unterscheidet sich zudem vom ersten Kommunikationsprotokoll. Zudem ist eine vierte SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle vorgesehen, die zum Empfangen und Senden von Ethernet-Datenrahmen über eine zweiadrige Ethernet-Leitung ausgebildet ist. Ferner ist eine zweite Umwandlungseinrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, über die dritte Kommunikationsschnittstelle empfangene Daten Ethernet-Datenrahmen zur Übertragung über die vierte SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle umzuwandeln und über die vierte SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle empfangene Ethernet-Datenrahmen in Daten zur Übertragung über die dritte Kommunikationsschnittstelle gemäß dem zweiten Kommunikationsprotokoll umzuwandeln.According to an alternative embodiment, the SPE-based device adapter can have a third communication interface which is designed to receive and send data in accordance with a second communication protocol from and to a non-Ethernet-capable field device. The second communication protocol is not an Ethernet communication protocol and also differs from the first communication protocol. In addition, a fourth SPE-based communication interface is provided, which is designed to receive and send Ethernet data frames via a two-wire Ethernet line. Furthermore, a second conversion device is provided which is designed to convert data received via the third communication interface into Ethernet data frames for transmission via the fourth SPE-based communication interface and Ethernet data frames received via the fourth SPE-based communication interface into data for transmission via the third To convert communication interface according to the second communication protocol.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass es sich bei der ersten und zweiten Umwandlungseinrichtung vorzugsweise um eine Kommunikationsprotokoll-Umwandlungseinrichtung handelt, die Daten gemäß einem Ethernet-Kommunikationsprotokoll, also Ethernet-Datenrahmen, in Daten gemäß dem ersten und/oder zweiten Kommunikationsprotokoll und umgekehrt umwandelt.At this point it should be noted that the first and second conversion devices are preferably a communication protocol conversion device that converts data in accordance with an Ethernet communication protocol, i.e. Ethernet data frames, into data in accordance with the first and / or second communication protocol and vice versa.

Vorzugsweise kann es sich bei der zweiten Kommunikationsschnittstelle um eine IO-Link-, HART-, CAN-, Profibus-, RS-232-oder eine RS-485-Schnittstelle und beim ersten Kommunikationsprotokoll um ein IO-Link-, HART-, CAN-, Profibus-, RS-232-oder ein RS-485-Kommunikationsprotokoll handeln. Beliebige weitere nicht Ethernet-basierte Kommunikationsschnittstellen und nicht Ethernet-basierte Kommunikationsprotokoll sind jedoch möglich. Ferner kann es sich bei der zweiten Kommunikationsschnittstelle sich um eine digitale, analoge oder optische Kommunikationsschnittstelle handeln.The second communication interface can preferably be an IO-Link, HART, CAN, Profibus, RS-232 or RS-485 interface and the first communication protocol can be an IO-Link, HART, CAN -, Profibus, RS-232 or an RS-485 communication protocol. However, any other non-Ethernet-based communication interfaces and non-Ethernet-based communication protocols are possible. Furthermore, the second communication interface can be a digital, analog or optical communication interface.

In ähnlicher Weise kann es sich bei der dritten Kommunikationsschnittstelle um eine IO-Link-, HART-, CAN-, Profibus-, RS-232-oder eine RS-485-Schnittstelle und beim zweiten Kommunikationsprotokoll um ein IO-Link-, HART-, CAN-, Profibus-, RS-232-oder eine RS-485-Kommunkationsprotokoll handeln, wobei die zweite und dritte Kommunikationsschnittstelle des SPE-basierten Geräteadapters und das angewandte erste und zweite Kommunikationsprotokoll verschieden sind.Similarly, the third communication interface can be an IO-Link, HART, CAN, Profibus, RS-232 or an RS-485 interface and the second communication protocol can be an IO-Link, HART , CAN, Profibus, RS-232 or an RS-485 communication protocol, the second and third communication interface of the SPE-based device adapter and the first and second communication protocol used being different.

Um die elektronischen Komponenten des SPE-basierten Geräteadapters, insbesondere die Umwandlungseinrichtungen und die Auswerte- und/oder Steuereinrichtung mit Energie versorgen zu können, kann die sogenannte Power Over Data Line Technologie verwendet werden, bei der die Energieversorgung des SPE-basierten Geräteadapters über eine zweiadrige Ethernet-Leitung erfolgt, indem beispielsweise an die zweiadrige Ethernet-Leitung ein Netzkopplungselement oder eine Steuerungseinrichtung angeschlossen werden kann, die die entsprechende Energie zur Verfügung stellt.In order to be able to supply the electronic components of the SPE-based device adapter, in particular the conversion devices and the evaluation and / or control device, with energy, the so-called Power Over Data Line technology can be used, in which the energy supply of the SPE-based device adapter is via a two-wire Ethernet line takes place in that, for example, a network coupling element or a control device can be connected to the two-wire Ethernet line, which makes the corresponding energy available.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

  • 1 ein beispielhaftes Prozesssteuerungssystem mit einem erfindungsgemäßen SPE-basierten Geräteadapter und
  • 2 einen alternativen SPE-basierten Geräteadapter
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment in conjunction with the accompanying drawings. Show in it:
  • 1 an exemplary process control system with a SPE-based device adapter according to the invention and
  • 2 an alternative SPE-based device adapter

In 1 ist ein Single-Pair-Ethernet basierter Geräteadapter 10, kurz SPE-Geräteadapter genannt, dargestellt, mit dem wenigstens ein nicht Ethernet-fähiges Feldgerät 20 an ein Ethernet-basiertes Prozesssteuerungssystem 1 angebunden werden kann. Der beispielhafte SPE-basierte Geräteadapter 10 ist vorzugsweise als Steckverbinder ausgebildet, der eine erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle 11 aufweist, die zum Empfangen und Senden von Ethernet-Datenrahmen über eine zweiadrige Ethernet-Leitung 40 ausgebildet ist. Anzumerken ist, dass ein Ethernet-Datenrahmen auf einem Ethernet-Kommunikationsprotokoll basiert. Vorzugsweise kann der SPE-basierte Geräteadapter 10 über die zweiadrige Ethernet-Leitung 40, d. h. eine SPE-Leitung, mit einem Netzkopplungselement 50 verbunden werden. Bei dem Netzkopplungselement 50 handelt es sich vorzugsweise um einen Layer-2-Ethernet-Switch, der mehrere SPE-basierte Ports 51.1-51.n aufweisen kann. Bei dem dargestellten Beispiel ist die zweiadrige Ethernet-Leitung 40 mit dem SPE-basierten Port 51.1 verbunden. Das Netzkopplungselement 50 weist ferner eine Ethernet-basierte Schnittstelle 52 auf, an die entweder eine vieradrige oder achtadrige Ethernet-Leitung 60 angeschlossen werden kann. Bei dem vorliegenden Beispiel sei angenommen, dass es sich bei der Leitung 60 um eine achtadrige Ethernet-Leitung handelt. Über die achtadrige Leitung 60 kann das Netzkopplungselement 50 mit einer übergeordneten Steuerungseinrichtung 70 verbunden sein, die beispielsweise eine Ethernet-fähige speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist. Sofern die übergeordnete Steuerungseinrichtung 70 über eine SPE-basierte Schnittstelle verfügt, kann der SPE-basierte Geräteadapter 10 über die zweiadrige Ethernet-Leitung 40 auch direkt an die übergeordnete Steuerungseinrichtung 70 angeschlossen werden. Das beispielhafte Netzkopplungselement 50 weist vorzugsweise eine nicht dargestellte Umwandlungseinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, Daten, die zum Beispiel am SPE-basierten Port 51.1 ankommen, in Daten zur Übertragung über den achtadrigen Ethernet-Port 52 und umgekehrt umzuwandeln.In 1 is a single-pair Ethernet based device adapter 10 , called SPE device adapter for short, with the at least one non-Ethernet-capable field device 20th to an Ethernet-based process control system 1 can be connected. The exemplary SPE-based device adapter 10 is preferably designed as a connector that has a first SPE-based communication interface 11 which is used to receive and send Ethernet data frames over a two-wire Ethernet line 40 is trained. It should be noted that an Ethernet data frame is based on an Ethernet communication protocol. Preferably, the SPE-based device adapter 10 via the two-wire Ethernet cable 40 , ie an SPE line, with a network coupling element 50 get connected. In the case of the network coupling element 50 it is preferably a Layer 2 Ethernet switch that has multiple SPE-based ports 51.1-51.n may have. In the example shown, the two-wire Ethernet cable is 40 with the SPE-based port 51.1 connected. The network coupling element 50 also has an Ethernet-based interface 52 to which either a four-wire or eight-wire Ethernet cable 60 can be connected. In the present example it is assumed that the line is 60 is an eight-wire Ethernet cable. Via the eight-core cable 60 can the network coupling element 50 with a higher-level control device 70 be connected, which is for example an Ethernet-capable programmable logic controller (PLC). If the higher-level control device 70 has an SPE-based interface, the SPE-based device adapter 10 via the two-wire Ethernet cable 40 also directly to the higher-level control device 70 be connected. The exemplary network coupling element 50 preferably has a conversion device, not shown, which is designed to convert data, for example, at the SPE-based port 51.1 arrive in data for transmission via the eight-wire Ethernet port 52 and vice versa.

Der SPE-basierte Geräte Adapter 10 weist eine zweite Kommunikationsschnittstelle 12 auf, die zum Empfangen und Senden von Daten gemäß einem ersten Kommunikationsprotokoll von und zu dem nicht Ethernet-fähigen Feldgerät 20 ausgebildet ist. Das nicht Ethernet-fähige Feldgerät 20 kann zum Beispiel ein Sensor und Aktor mit einer Kommunikationsschnittstelle 21 sein. Die zweite Kommunikationsschnittstelle 12 sowie die Kommunikationsschnittstelle 21 des nicht Ethernet-fähigen Feldgerätes 20 unterstützen jeweils ein erstes Kommunikationsprotokoll, dass kein Ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll ist. Beispielsweise kann es sich bei der zweiten Kommunikationsschnittstelle 12 und der Kommunikationsschnittstelle 21 des Feldgerät 20 um eine IO-Link-, HART-, CAN-, Profibus-, RS-232-oder eine RS-485-Schnittstelle handeln. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der zweiten Kommunikationsschnittstelle 12 und der Schnittstelle 21 des Feldgeräts 20 beispielsweise um eine IO-Link-Schnittstelle, die im dargestellten Beispiel über eine entsprechende Leitung 90 miteinander verbunden sind. Bei dem nicht Ethernet-fähigen Feldgerät 20 handelt es sich somit um ein Feldgerät, welches das IO-Link-Kommunikationsprotokoll anwendet. Um das nicht Ethernet-fähige Feldgerät 20 an das Ethernet-basierte Prozesssteuerungssystem 1 anbinden zu können, weist der SPE-basierte Geräteadapter eine Umwandlungseinrichtung 15 auf, die vorzugsweise als Kommunikationsprotokollwandler ausgebildet ist. Demzufolge ist die Umwandlungseinrichtung 15 dazu ausgebildet, über die zweite, beispielhaft als IO-Link-Schnittstelle ausgebildete Kommunikationsschnittstelle 12 vom Feldgerät 20 empfangene Daten in Ethernet-Datenrahmen zur Übertragung über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle 11 umzuwandeln und über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle 11 vom Netzkopplungselement 50 bzw. von der übergeordneten Steuerungseinrichtung 70 empfangene Ethernet-Datenrahmen in Daten zur Übertragung über die zweite Kommunikationsschnittstelle 12 gemäß dem ersten Kommunikationsprotokoll, hier das IO-Link-Kommunikationsprotokoll, umzuwandeln.The SPE-based device adapter 10 has a second communication interface 12th to receive and send data in accordance with a first communication protocol from and to the non-Ethernet-capable field device 20th is trained. The non-Ethernet-capable field device 20th can for example be a sensor and actuator with a communication interface 21 being. The second communication interface 12th as well as the communication interface 21 of the non-Ethernet-capable field device 20th each support a first communication protocol that is not an Ethernet-based communication protocol. For example, it can be the second communication interface 12th and the communication interface 21 of the field device 20th be an IO-Link, HART, CAN, Profibus, RS-232 or an RS-485 interface. In the present case, it is the second communication interface 12th and the interface 21 of the field device 20th for example an IO-Link interface, which in the example shown has a corresponding cable 90 are connected to each other. For the non-Ethernet-capable field device 20th it is therefore a field device that uses the IO-Link communication protocol. About the non-Ethernet-capable field device 20th to the Ethernet-based process control system 1 To be able to connect, the SPE-based device adapter has a conversion device 15th on, which is preferably designed as a communication protocol converter. Accordingly, the converting device is 15th designed to use the second communication interface, which is designed as an IO-Link interface, for example 12th from the field device 20th received data in Ethernet data frames for transmission via the first SPE-based communication interface 11 to convert and via the first SPE-based communication interface 11 from the network coupling element 50 or from the higher-level control device 70 received Ethernet data frames in data for transmission via the second communication interface 12th according to the first communication protocol, here the IO-Link communication protocol.

Um den Einsatzbereich und die Flexibilität des SPE-basierten Geräteadapters 10 zu erweitern und eine Skalierbarkeit zu erreichen, kann eine dritte Kommunikationsschnittstelle 13 vorgesehen sein, die zum Empfangen und Senden von Daten gemäß einem zweiten Kommunikationsprotokoll von und zu einem nicht Ethernet-fähigen Feldgerät 30 ausgebildet ist, wobei das zweite Kommunikationsprotokoll kein Ethernet-Kommunikationsprotokoll ist und das erste und zweite Kommunikationsprotokolle verschieden voneinander sind. So kann beispielsweise die dritte Kommunikationsschnittstelle als zweites Kommunikationsprotokoll beispielsweise das Profibus-Kommunikationsprotokolle unterstützen, wobei dann das nicht Ethernet-fähige Feldgerät 30 als ein Profibusfähiges Feldgerät 30 mit einer Profibus-basierten Kommunikationsschnittstelle 31 ausgebildet ist. Über die Profibus-basierte Kommunikationsschnittstelle 31 kann das Feldgerät 30 mittels einer Profibus-basierten Anschlussleitung 91 an die dritte Kommunikationsschnittstelle 13 angeschlossen werden. Ferner kann der SPE-basierte Geräteadapter 10 eine vierte SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle 14 aufweisen. Zudem kann eine zweite Umwandlungseinrichtung im SPE-basierten Geräteadapter 10 implementiert sein, die dazu ausgebildet ist, über die dritte Kommunikationsschnittstelle vom Feldgerät 30 empfangene Daten in Ethernet-Datenrahmen zur Übertragung über die vierte SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle 14 umzuwandeln und über die vierte SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle 14 empfangene Ethernet-Datenrahmen in Daten zur Übertragung über die dritte Kommunikationsschnittstelle 13 gemäß dem zweiten Kommunikationsprotokoll, im vorliegenden Beispiel ist das das Profibus-Kommunikationsprotokolle umzuwandeln.About the area of application and the flexibility of the SPE-based device adapter 10 A third communication interface can be used to expand and achieve scalability 13th be provided for receiving and sending data in accordance with a second communication protocol from and to a non-Ethernet-capable field device 30th is formed, wherein the second communication protocol is not an Ethernet communication protocol and the first and second communication protocols are different from one another. For example, the third communication interface can support the Profibus communication protocol as the second communication protocol, in which case the non-Ethernet-capable field device 30th as a Profibus-capable field device 30th with a Profibus-based communication interface 31 is trained. Via the Profibus-based communication interface 31 can the field device 30th by means of a Profibus-based connection cable 91 to the third communication interface 13th be connected. Furthermore, the SPE-based device adapter 10 a fourth SPE-based communication interface 14th exhibit. In addition, a second conversion device can be installed in the SPE-based device adapter 10 be implemented, which is designed to be via the third communication interface from the field device 30th received data in Ethernet data frames for transmission via the fourth SPE-based communication interface 14th to convert and via the fourth SPE-based communication interface 14th received Ethernet data frames in data for transmission via the third communication interface 13th according to the second communication protocol, in this example the Profibus communication protocol is to be converted.

Verfügt der Geräteadapter 10 beispielsweise über die vierte SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle, die zweite Umwandlungseinrichtung 16 und die dritte Kommunikationsschnittstelle 13, wird in der Praxis vorzugsweise nur ein Feldgerät, zum Beispiel das Feldgerät 20 oder das Feldgerät 30 mittels des SPE-basierten Geräteadapters 10 an das Ethernet-basierte Prozesssteuerungssystem 1 bzw. das Netzkopplungselement 50 beispielsweise über die zweiadrige Ethernet-Leitung 40 angeschlossen. Denkbar ist aber auch, dass beide Feldgerät 20 und 30 gleichzeitig über den SPE-basierten Geräteadapter 10 beispielsweise an das Netzkopplungselement 50 angeschlossen werden. Hierzu kann eine weitere zweiadrige Ethernet-Leitung (nicht dargestellt) verwendet werden, um die vierte SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle 14 beispielsweise mit dem SPE-basierten Port 51.2 des Netzkopplungselementes 50 zu verbinden.Does the device adapter have 10 for example via the fourth SPE-based communication interface, the second conversion device 16 and the third communication interface 13th , in practice, preferably only one field device, for example the field device 20th or the field device 30th using the SPE-based device adapter 10 to the Ethernet-based process control system 1 or the network coupling element 50 for example via the two-wire Ethernet cable 40 connected. It is also conceivable, however, that both field devices 20th and 30th simultaneously via the SPE-based device adapter 10 for example to the network coupling element 50 be connected. For this purpose, another two-wire Ethernet cable (not shown) can be used to create the fourth SPE-based communication interface 14th for example with the SPE-based port 51.2 of the network coupling element 50 connect to.

In 2 ist ein alternativer SPE-basierter Geräteadapter 80 dargestellt, der ähnlich dem SPE-Geräteadapter 10 folgende Merkmale aufweisen kann: eine erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle 81, die zum Empfangen und Senden von Ethernet-Datenrahmen über eine zweiadrige Ethernet-Leitung, beispielsweise die Leitung 40, ausgebildet ist,
eine 81 Kommunikationsschnittstelle 82, die zum Empfangen und Senden von Daten gemäß einem ersten Kommunikationsprotokoll von und zu einem nicht Ethernet-fähigen Feldgerät, beispielsweise das Feldgerät 20, ausgebildet ist, wobei das erste Kommunikationsprotokoll kein Ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll ist,
eine erste Umwandlungseinrichtung 86, die dazu ausgebildet ist, über die zweite Kommunikationsschnittstelle 82 empfangene Daten in Ethernet-Datenrahmen zur Übertragung über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle 81 umzuwandeln und über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle 81 empfangene Ethernet-Datenrahmen in Daten zur Übertragung über die zweite Kommunikationsschnittstelle 82 gemäß dem ersten Kommunikationsprotokoll umzuwandeln Im vorliegenden Beispiel kann es sich bei dem ersten Kommunikationsprotokoll wiederum um das IO-Link-Kommunikationsprotokoll handeln. Bei dem beispielhafte SPE-basierte Geräteadapter 80 ist somit die zweite Kommunikationsschnittstelle 82 dazu ausgebildet, Daten gemäß dem IO-Link-Kommunikationsprotokoll zu empfangen und zu senden.In 2 is an alternative SPE-based device adapter 80 shown, which is similar to the SPE device adapter 10 may have the following features: a first SPE-based communication interface 81 that are used to receive and send Ethernet data frames over a two-wire Ethernet line, for example the line 40 , is trained,
a 81 communication interface 82 that are used to receive and send data in accordance with a first communication protocol from and to a non-Ethernet-capable field device, for example the field device 20th , is formed, wherein the first communication protocol is not an Ethernet-based communication protocol,
a first conversion means 86 , which is designed to use the second communication interface 82 received data in Ethernet data frames for transmission via the first SPE based communication interface 81 to convert and via the first SPE-based communication interface 81 received Ethernet data frames in data for transmission via the second communication interface 82 to convert according to the first communication protocol In the present example, the first communication protocol can in turn be the IO-Link communication protocol. In the example SPE-based device adapter 80 is therefore the second communication interface 82 designed to receive and send data according to the IO-Link communication protocol.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können mit dem SPE-basierten Geräteadapter 80 aber auch wenigstens zwei verschiedene nicht Ethernet-fähige Feldgeräte an das Ethernet-basierte Prozesssteuerungssystem 1 angeschlossen werden.According to an advantageous embodiment, the SPE-based device adapter 80 but also at least two different non-Ethernet-capable field devices to the Ethernet-based process control system 1 be connected.

Hierzu weist der SPE-basierte Geräteadapter 80 weiterhin eine dritte Kommunikationsschnittstelle 83 auf, die zum Empfangen und Senden von Daten gemäß einem zweiten Kommunikationsprotokoll von und zu einem nicht Ethernet-fähigen Feldgerät, beispielsweise das Feldgerät 30, ausgebildet ist. Bei dem zweiten Kommunikationsprotokoll kann es sich beispielsweise um das Profibus-Kommunikationsprotokoll handeln, wobei beispielsweise das Feldgerät 30 an die dritte Kommunikationsschnittstelle 83 über die Anschlussleitung 91 angeschlossen werden kann. Das zweite Kommunikationsprotokoll ist kein Ethernet-Kommunikationsprotokoll und unterscheidet sich vom ersten Kommunikationsprotokoll. Der SPE-basierte Geräteadapter 80 kann eine zweite Umwandlungseinrichtung 85 aufweisen, die dazu ausgebildet ist, über die dritte Kommunikation Schnittstelle 83 empfangene Daten in Ethernet-Datenrahmen zu Übertragung über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle 81 umzuwandeln und über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle empfangene Ethernet-Datenrahmen in Daten zur Übertragung über die dritte Kommunikationsschnittstelle 83 gemäß dem zweiten Kommunikationsprotokolle umzuwandeln. Der SPE-basierte Geräteadapter 80 fungiert somit als eine Art Gateway, d.h. als Protokollwandler. Weiterhin kann der SPE-basierte Geräte Adapter 80 eine Steuer-und/oder Auswerteeinrichtung 84 aufweisen, die beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildet ist. Die Steuer-und/oder Auswerteeinrichtung 84 ist dazu ausgebildet, zu erkennen, ob ein nicht Ethernet-fähiges Feldgerät an der zweiten Kommunikationsschnittstelle 82 oder der dritten Kommunikationsschnittstelle angeschlossen ist. Die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung 84 ist ferner dazu ausgebildet, in Abhängigkeit davon, ob an der zweiten oder dritten Kommunikation Schnittstelle ein nicht Ethernet-fähiges Feldgerät angeschlossen ist, die erste Umwandlungseinrichtung 86 oder die zweite Umwandlungseinrichtung 85 mit der ersten SPE-basierten Kommunikationsschnittstelle 81 zu verbinden. Hierzu kann die Steuer-und/oder Auswerteeinrichtung 84 ein Schaltelement 87 entsprechend ansteuern.The SPE-based device adapter instructs you to do this 80 furthermore a third communication interface 83 to receive and send data according to a second communication protocol from and to a non-Ethernet-capable field device, for example the field device 30th , is trained. The second communication protocol can be, for example, the Profibus communication protocol, with the field device, for example 30th to the third communication interface 83 via the connecting cable 91 can be connected. The second communication protocol is not an Ethernet communication protocol and differs from the first communication protocol. The SPE-based device adapter 80 may have a second conversion device 85 have, which is designed to interface via the third communication 83 received data in Ethernet data frames for transmission via the first SPE-based communication interface 81 to convert and Ethernet data frames received via the first SPE-based communication interface into data for transmission via the third communication interface 83 to convert according to the second communication protocol. The SPE-based device adapter 80 thus acts as a kind of gateway, ie as a protocol converter. Furthermore, the SPE-based device adapter 80 a control and / or evaluation device 84 have, which is designed, for example, as a microcontroller. The control and / or evaluation device 84 is designed to recognize whether a non-Ethernet-capable field device is connected to the second communication interface 82 or the third communication interface is connected. The control and / or evaluation device 84 is also designed, depending on whether a non-Ethernet-capable field device is connected to the second or third communication interface, the first conversion device 86 or the second converting means 85 with the first SPE-based communication interface 81 connect to. The control and / or evaluation device can do this 84 a switching element 87 control accordingly.

Um insbesondere die Umwandlungseinrichtung 15 und, sofern vorhanden, die Umwandlungseinrichtung 16 mit Energie versorgen zu können, kann die sogenannte Power Over Data Line-Technologie genutzt werden. Die PoDL-Technologie ermöglicht, dass, wenn beispielsweise das Netzkopplungselement 50 über eine eigene Energieversorgungseinrichtung verfügt, der SPE-basierte Geräteadapter 10 über die zweiadrige Ethernet-Leitung 40 mit Energie versorgt werden kann. In ähnlicher Weise kann auch der SPE-basierte Geräteadapter 80 und insbesondere die Steuer-und/oder Auswerteeinrichtung 84 sowie die beiden Umwandlungseinrichtungen 85 und 86 beispielsweise über die Energieversorgungseinrichtung des Netzkopplungselementes 50 mit Energie versorgt werden.In particular to the conversion device 15th and the conversion device, if any 16 To be able to supply energy, the so-called Power Over Data Line technology can be used. The PoDL technology enables that, for example, if the network coupling element 50 has its own power supply facility, the SPE-based device adapter 10 via the two-wire Ethernet cable 40 can be supplied with energy. The SPE-based device adapter 80 and in particular the control and / or evaluation device 84 as well as the two conversion devices 85 and 86 for example via the energy supply device of the network coupling element 50 be supplied with energy.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
ProzesssteuerungssystemProcess control system
1010
SPE-basierte GeräteadapterSPE-based device adapters
1111
erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstellefirst SPE-based communication interface
1212th
zweite Kommunikationsschnittstellesecond communication interface
1313th
dritte Kommunikationsschnittstellethird communication interface
1414th
vierte SPE-basierte Kommunikationsschnittstellefourth SPE-based communication interface
1515th
erste Umwandlungseinrichtung, insbesondere zur Kommunikationsprotokoll-Umwandlung,first conversion device, in particular for communication protocol conversion,
1616
zweite Umwandlungseinrichtung, insbesondere zur Kommunikationsprotokoll-Umwandlungsecond conversion device, in particular for communication protocol conversion
2020th
nicht Ethernet-fähiges Feldgerät, insbesondere Sensor oder AktorField device that is not Ethernet-capable, in particular a sensor or actuator
2121
KommunikationsschnittstelleCommunication interface
3030th
nicht Ethernet-fähiges Feldgerät, insbesondere Sensor oder AktorField device that is not Ethernet-capable, in particular a sensor or actuator
3131
KommunikationsschnittstelleCommunication interface
4040
zweiadrige Ethernet-Leitungtwo-wire ethernet cable
5050
Netzkopplungselement, insbesondere ein Layer-2-Ethernet-SwitchNetwork coupling element, in particular a Layer 2 Ethernet switch
51.151.1
-n SPE-basierter Port-n SPE based port
5252
Port zum Anschließen einer vier- oder achtadrigen Ethernet-LeitungPort for connecting a four-wire or eight-wire Ethernet cable
6060
vier- oder achtadrige Ethernet-Leitungfour or eight wire Ethernet cable
7070
überlagerte Steuerungseinrichtung, z. B. eine Ethernet-fähige SPSsuperimposed control device, e.g. B. an Ethernet-capable PLC
8080
SPE-basierte GeräteadapterSPE-based device adapters
8181
erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstellefirst SPE-based communication interface
8282
zweite Kommunikationsschnittstellesecond communication interface
8383
dritte Kommunikationsschnittstellethird communication interface
8484
Auswerte- und Steuereinrichtung, z.B. ein Mikrocontroller vierte SPE-basierte KommunikationsschnittstelleEvaluation and control device, e.g. a microcontroller, fourth SPE-based communication interface
8585
erste Umwandlungseinrichtung, insbesondere zur Kommunikationsprotokoll-Umwandlung,first conversion device, in particular for communication protocol conversion,
8686
zweite Umwandlungseinrichtung, insbesondere zur Kommunikationsprotokoll-Umwandlungsecond conversion device, in particular for communication protocol conversion
8787
ansteuerbares Schaltelementcontrollable switching element
9090
AnschlussleitungConnecting cable
9191
AnschlussleitungConnecting cable

Claims (6)

SPE-basierter Geräteadapter (10; 80) zum Anschließen eines nicht Ethernet-fähigen Feldgeräts (20, 30) an ein Ethernet-basiertes Prozesssteuerungssystem (1), aufweisend: eine erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle (11; 81), die zum Empfangen und Senden von Ethernet-Datenrahmen über eine zweiadrige Ethernet-Leitung (40) ausgebildet ist, eine zweite Kommunikationsschnittstelle (12; 82), die zum Empfangen und Senden von Daten gemäß einem ersten Kommunikationsprotokoll von und zu einem nicht Ethernet-fähigen Feldgerät (20) ausgebildet ist, wobei das erste Kommunikationsprotokoll kein Ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll ist, eine erste Umwandlungseinrichtung (15; 86), die dazu ausgebildet ist, über die zweite Kommunikationsschnittstelle (12; 82) empfangene Daten in Ethernet-Datenrahmen zur Übertragung über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle (11; 81) umzuwandeln und über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle (11, 81) empfangene Ethernet-Datenrahmen in Daten zur Übertragung über die zweite Kommunikationsschnittstelle (12; 82) gemäß dem ersten Kommunikationsprotokoll umzuwandeln.SPE-based device adapter (10; 80) for connecting a non-Ethernet-capable field device (20, 30) to an Ethernet-based process control system (1), comprising: a first SPE-based communication interface (11; 81) which is designed to receive and transmit Ethernet data frames via a two-wire Ethernet line (40), a second communication interface (12; 82) which is designed to receive and send data in accordance with a first communication protocol from and to a non-Ethernet-capable field device (20), the first communication protocol not being an Ethernet-based communication protocol, a first conversion device (15; 86) which is designed to convert data received via the second communication interface (12; 82) into Ethernet data frames for transmission via the first SPE-based communication interface (11; 81) and via the first SPE based communication interface (11, 81) to convert received Ethernet data frames into data for transmission via the second communication interface (12; 82) according to the first communication protocol. SPE-basierter Geräteadapter (80) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Kommunikationsschnittstelle (83), die zum Empfangen und Senden von Daten gemäß einem zweiten Kommunikationsprotokoll von und zu einem nicht Ethernet-fähigen Feldgerät (20, 30) ausgebildet ist, wobei das zweite Kommunikationsprotokoll kein Ethernet-Kommunikationsprotokoll ist und das erste und zweite Kommunikationsprotokoll verschieden sind, eine zweite Umwandlungseinrichtung (85), die dazu ausgebildet ist, über die dritte Kommunikationsschnittstelle (83) empfangene Daten in Ethernet-Datenrahmen zur Übertragung über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle (81) umzuwandeln und über die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle (81) empfangene Ethernet-Datenrahmen in Daten zur Übertragung über die dritte Kommunikationsschnittstelle (83) gemäß dem zweiten Kommunikationsprotokoll umzuwandeln, und durch eine Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung (84), die dazu ausgebildet ist zu erkennen, ob ein nicht Ethernet-fähiges Feldgerät an der zweiten oder dritten Kommunikationsschnittstelle (82, 83) angeschlossen ist, und die ferner dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit hiervon die erste oder zweite Umwandlungseinrichtung (86, 85) mit der ersten SPE-basierten Kommunikationsschnittstelle (81) zu verbinden.SPE-based device adapter (80) according to Claim 1 , characterized by a third communication interface (83) which is designed to receive and send data in accordance with a second communication protocol from and to a non-Ethernet-capable field device (20, 30), the second communication protocol not being an Ethernet communication protocol and the first and second communication protocols are different, a second conversion device (85) which is designed to convert data received via the third communication interface (83) into Ethernet data frames for transmission via the first SPE-based communication interface (81) and via the first SPE based communication interface (81) to convert received Ethernet data frames into data for transmission via the third communication interface (83) according to the second communication protocol, and by a control and / or evaluation device (84) which is designed to recognize whether an Ethernet is not -capable field device on the second or a third communication interface (82, 83) is connected, and which is further designed to connect the first or second conversion device (86, 85) to the first SPE-based communication interface (81) as a function thereof. SPE-basierter Geräteadapter (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Kommunikationsschnittstelle (13), die zum Empfangen und Senden von Daten gemäß einem zweiten Kommunikationsprotokoll von und zu einem nicht Ethernet-fähigen Feldgerät (30) ausgebildet ist, wobei das zweite Kommunikationsprotokoll kein Ethernet-Kommunikationsprotokoll ist und das erste und zweite Kommunikationsprotokoll verschieden sind, eine vierte SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle (14), die zum Empfangen und Senden von Ethernet-Datenrahmen über eine zweiadrige Ethernet-Leitung ausgebildet ist, und eine zweite Umwandlungseinrichtung (16), die dazu ausgebildet ist, über die dritte Kommunikationsschnittstelle (13) empfangene Daten in Ethernet-Datenrahmen zur Übertragung über die vierte SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle (14) umzuwandeln und über die vierte SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle (14) empfangene Ethernet-Datenrahmen in Daten zur Übertragung über die dritte Kommunikationsschnittstelle (13) gemäß dem zweiten Kommunikationsprotokoll umzuwandeln.SPE-based device adapter (10) according to Claim 1 , characterized by a third communication interface (13) which is designed to receive and send data according to a second communication protocol from and to a non-Ethernet-capable field device (30), the second communication protocol not being an Ethernet communication protocol and the first and second Communication protocol are different, a fourth SPE-based communication interface (14), which is designed to receive and send Ethernet data frames over a two-wire Ethernet line, and a second conversion device (16), which is designed to use the third communication interface ( 13) to convert received data into Ethernet data frames for transmission via the fourth SPE-based communication interface (14) and Ethernet data frames received via the fourth SPE-based communication interface (14) into data for transmission via the third communication interface (13) according to the second Communication pro tokoll to convert. SPE-basierter Geräteadapter (10, 80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kommunikationsschnittstelle (12; 82) eine IO-Link-, HART-, CAN-, Profibus-, RS-232- oder eine RS-485-Schnittstelle ist.SPE-based device adapter (10, 80) according to Claim 1 , characterized in that the second communication interface (12; 82) is an IO-Link, HART, CAN, Profibus, RS-232 or an RS-485 interface. SPE-basierter Geräteadapter (10; 80) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kommunikationsschnittstelle (12, 82) eine IO-Link-, HART-, CAN-, Profibus-, RS-232- oder eine RS-485-Schnittstelle ist, die dritte Kommunikationsschnittstelle (13; 83) eine IO-Link-, HART-, CAN-, Profibus-, RS-232- oder eine RS-485-Schnittstelle ist, wobei die zweite und dritte Kommunikationsschnittstelle verschieden sind.SPE-based device adapter (10; 80) according to Claim 2 or 3 , characterized in that the second communication interface (12, 82) is an IO-Link, HART, CAN, Profibus, RS-232 or an RS-485 interface, the third communication interface (13; 83) is a IO-Link, HART, CAN, Profibus, RS-232 or a RS-485 interface, the second and third communication interfaces being different. SPE-basierter Geräteadapter (10, 80) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung des SPE-basieren Geräteadapters über ein an die erste SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle (11, 81) oder die vierte SPE-basierte Kommunikationsschnittstelle (14) anschließbare zweiadrige Ethernet-Leitung erfolgt.SPE-based device adapter (10, 80) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy supply of the SPE-based device adapter via a to the first SPE-based communication interface (11, 81) or the fourth SPE-based communication interface (14) connectable two-wire Ethernet cable.
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