DE202017004429U1 - Coupler / Fieldbus Module - Google Patents
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Abstract
System (10), umfassend:einen Feldbuskoppler/Feldbuscontroller (12), wobei der Feldbuskoppler/Feldbuscontroller (12) eine erste Feldbusschnittstelle (12a) und eine erste Subbusschnittstelle (12b) aufweist und zum Anreihen von Modulen (14-20) eingerichtet ist, welche dazu ausgebildet sind, mit dem ersten Feldbuskoppler/Feldbuscontroller (12) über die erste Subbusschnittstelle (12b) zu kommunizieren; undein erstes angereihtes Modul (18), wobei das erste Modul (18) eine zweite Subbusschnittstelle zur Kommunikation mit dem Feldbuskoppler/Feldbuscontroller (12) und eine erste Funkschnittstelle (18a) aufweist;wobei das erste Modul (18) eingerichtet ist, über die erste Funkschnittstelle (18a) Konfigurationsdaten zu empfangen, welche unmittelbar oder mittelbar durch das erste Modul (18) zu emulierende erste digitale und/oder analoge Ein- und/oder Ausgänge spezifizieren, und eine den zu emulierenden ersten digitalen und/oder analogen Ein- und/oder Ausgängen entsprechende Datenbreite auf dem Subbus zu beanspruchen.A system (10) comprising: a fieldbus coupler / fieldbus controller (12), the fieldbus coupler / fieldbus controller (12) having a first fieldbus interface (12a) and a first subbus interface (12b) and adapted for interfacing modules (14-20); which are adapted to communicate with the first fieldbus coupler / fieldbus controller (12) via the first sub-bus interface (12b); anda first queued module (18), the first module (18) having a second sub-bus interface for communication with the fieldbus coupler / fieldbus controller (12) and a first radio interface (18a), the first module (18) being configured over the first Radio interface (18a) to receive configuration data specifying directly or indirectly by the first module (18) to be emulated first digital and / or analog inputs and / or outputs, and a to be emulated first digital and / or analog input and / or outputs to claim corresponding data width on the subbus.
Description
GEBIETTERRITORY
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Modul (im Folgenden auch als „Busklemme“ bezeichnet) zum Anreihen an einen Feldbuskoppler/Feldbuscontroller. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Busklemme mit einer Funkschnittstelle.The present invention relates to a module (hereinafter also referred to as "bus terminal") for connection to a fieldbus coupler / fieldbus controller. In particular, the present invention relates to a bus terminal with a radio interface.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Automatisierungsanlagen verfügen zur Kommunikation mit Sensoren/Aktoren, die über die Anlage räumlich verteilt angeordneten sind, oftmals über Feldbusknoten, die über einen Feldbus mit einer zentralen Steuereinrichtung verbunden sind. Typischerweise umfassen die Feldbusknoten je einen Feldbuskoppler/Feldbuscontroller und eine Vielzahl an Busklemmen, wobei jede Busklemme eine bestimmte Anzahl an Ein- und/oder Ausgängen aufweist, die eine drahtgebundene Übermittlung von Signalen zwischen den Sensoren/Aktoren und dem Feldbuskoppler/Feldbuscontroller ermöglichen.Automation systems have to communicate with sensors / actuators, which are arranged spatially distributed over the plant, often via fieldbus nodes, which are connected via a fieldbus with a central control device. Typically, the fieldbus nodes each comprise a fieldbus coupler / fieldbus controller and a multiplicity of Bus Terminals, each Bus Terminal having a specific number of inputs and / or outputs which enable a wired transmission of signals between the sensors / actuators and the fieldbus coupler / fieldbus controller.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Die Erfindung bereichert diesbezüglich den Stand der Technik, als eine erfindungsgemäße Busklemme eingerichtet ist, eine (im Wesentlichen) frei konfigurierbare Anzahl an digitalen und/oder analogen Ein-/Ausgängen zu emulieren, wobei die Signale feldseitig nicht drahtgebunden, sondern drahtlos über eine Funkschnittstelle an einen, Anlagenkomponenten emulierenden Rechner übertragen werden, so dass der Betrieb (oder zumindest ein Teil des Betriebs) der feldseitigen Architektur der Anlage auch ohne Vorhandensein der entsprechenden Elektrik/Elektronik simuliert/getestet oder konfiguriert werden kann.In this regard, the invention enriches the state of the art, as a bus terminal according to the invention is adapted to emulate a (substantially) freely configurable number of digital and / or analog inputs / outputs, wherein the signals on the field side not wired, but wirelessly via a radio interface a system component emulating computers are transmitted, so that the operation (or at least a part of the operation) of the field-side architecture of the system can be simulated / tested or configured without the presence of the appropriate electrical / electronics.
Die erfindungsgemäße Busklemme benötigt somit keine Ein- oder Ausgangsschaltung für Ein- und/oder Ausgänge (d. h. keine Frontendelektronik zum Anschluss von bspw. Sensoren/Aktoren) sondern verfügt stattdessen über eine Funkschnittstelle zur drahtlosen Übertragung der ein-/auszugebenden Daten, sowie eine Einrichtung zum Konfigurieren der Anzahl an zu emulierenden digitalen und/oder analogen Ein-/Ausgängen. Sie ist jedoch nicht dazu vorgesehen bzw. eingerichtet, als Busklemme mit Funkschnittstelle in den Feldbusknoten integriert zu werden, sondern ahmt busseitig das Verhalten einer Busklemme mit einer bestimmten Anzahl an Anschlüssen nach, wobei die Anzahl der zu emulierenden Anschlüsse nicht fest, sondern konfigurierbar ist.The inventive bus terminal thus requires no input or output circuit for inputs and / or outputs (ie, no front-end electronics for connecting, for example, sensors / actuators) but instead has a radio interface for wireless transmission of the input / output data, as well as a device for Configure the number of digital and / or analog inputs / outputs to be emulated. However, it is not intended or set up to be integrated into the fieldbus node as a bus terminal with a radio interface, but instead mimics the behavior of a bus terminal with a certain number of terminals on the bus side, the number of terminals to be emulated not being fixed but being configurable.
Die erfindungsgemäße Busklemme umfasst somit eine Subbusschnittstelle (im Folgenden auch als Klemmenbusschnittstelle bezeichnet) zur Kommunikation mit dem Feldbuskoppler/Feldbuscontroller und ist eingerichtet, über die Funkschnittstelle Konfigurationsdaten zu empfangen, welche unmittelbar oder mittelbar durch das Modul (d. h. die Busklemme) zu emulierende erste digitale und/oder analoge Ein- und/oder Ausgänge spezifizieren. Die erfindungsgemäße Busklemme ist ferner eingerichtet, eine den zu emulierenden ersten digitalen und/oder analogen Ein- und/oder Ausgängen entsprechende Datenbreite auf dem Subbus (im Folgenden auch als Klemmenbus bezeichnet) zu beanspruchen.The bus terminal according to the invention thus comprises a sub-bus interface (hereinafter also referred to as terminal bus interface) for communication with the fieldbus coupler / fieldbus controller and is configured to receive via the radio interface configuration data which directly or indirectly through the module (ie the bus terminal) to be emulated first digital and or specify analog inputs and / or outputs. The bus terminal according to the invention is further configured to claim a data width corresponding to the first digital and / or analog inputs and / or outputs to be emulated on the sub-bus (also referred to below as a terminal bus).
Dabei ist unter dem Begriff „Feldbuskoppler“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere eine Vorrichtung mit einer (Feld-) Busschnittstelle zu verstehen, die eingerichtet ist, Sensorsignale über den Feldbus an eine übergeordnete Steuerung zu übertragen und von der übergeordneten Steuerung Steuerungssignale zu empfangen. Ferner ist unter dem Begriff „Feldbuscontroller“, wie er in der Beschreibung verwendet wird, insbesondere ein Feldbuskoppler zu verstehen, der eine Steuerung implementiert bzw. ein Steuerprogramm ausführt. Des Weiteren ist unter dem Begriff „Busklemme“, wie er in der Beschreibung verwendet wird, insbesondere ein Modul zu verstehen, welches zum Anreihen an einen Feldbuskoppler/Feldbuscontroller eingerichtet ist, wobei durch das Anreihen eine serielle mechanische und elektrische Verkettung einer Vielzahl an Modulen ermöglicht wird.Here, the term "fieldbus coupler" as used in the description and the claims, in particular a device with a (field) bus interface to understand, which is adapted to transmit sensor signals via the fieldbus to a higher-level control and of the higher-level control to receive control signals. Furthermore, the term "fieldbus controller" as used in the description is to be understood in particular as a fieldbus coupler that implements a control or executes a control program. Furthermore, the term "bus terminal" as used in the description is to be understood in particular as a module which is set up for connection to a fieldbus coupler / fieldbus controller, whereby serializing enables serial mechanical and electrical linking of a large number of modules becomes.
Des Weiteren ist unter dem Begriff „Subbus“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere ein Bus zu verstehen, der eine Vielzahl an Busklemmen verbindet und Daten mit dem Feldbus austauscht. Ferner sind unter den Begriffen „Eingang“ und „Ausgang“, wie sie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, insbesondere elektrische Anschlüsse zu verstehen, die zum drahtgebundenen Eingeben bzw. Ausgeben elektrischer Signale eingerichtet sind.Further, the term "sub-bus" as used in the specification and claims is to be understood in particular as a bus which connects a plurality of bus terminals and exchanges data with the field bus. Further, the terms "input" and "output" as used in the specification and claims are to be understood as meaning, in particular, electrical connections which are set up for the wired input or output of electrical signals.
Ein erfindungsgemäßes System umfasst dementsprechend einen Feldbuskoppler/Feldbuscontroller, wobei der Feldbuskoppler/Feldbuscontroller eine erste Feldbusschnittstelle und eine erste Subbusschnittstelle aufweist und zum Anreihen von Modulen eingerichtet ist, welche dazu ausgebildet sind, mit dem ersten Feldbuskoppler/Feldbuscontroller über die erste Subbusschnittstelle zu kommunizieren und ein erstes angereihtes Modul, wobei das erste Modul eine zweite Subbusschnittstelle zur Kommunikation mit dem Feldbuskoppler/Feldbuscontroller und eine erste Funkschnittstelle aufweist, wobei das erste Modul eingerichtet ist, über die erste Funkschnittstelle Konfigurationsdaten zu empfangen, welche unmittelbar oder mittelbar durch das erste Modul zu emulierende erste digitale und/oder analoge Ein- und/oder Ausgänge spezifizieren, und eine den zu emulierenden ersten digitalen und/oder analogen Ein- und/oder Ausgängen entsprechende Datenbreite auf dem Subbus zu beanspruchen.A system according to the invention accordingly comprises a fieldbus coupler / fieldbus controller, wherein the fieldbus coupler / fieldbus controller has a first fieldbus interface and a first subbus interface and is set up for the attachment of modules which are designed to communicate with the first fieldbus coupler / fieldbus controller via the first subbus interface and first queued module, wherein the first module has a second sub-bus interface for communication with the fieldbus coupler / fieldbus controller and a first radio interface, wherein the first module is configured to receive via the first radio interface configuration data, which directly or indirectly by the first module to be emulated first specify digital and / or analog inputs and / or outputs, and specify a to claim to be emulated first digital and / or analog inputs and / or outputs corresponding data width on the sub-bus.
Vorzugsweise ist das erste Modul ferner eingerichtet, erste Nutzdaten über die erste Funkschnittstelle zu empfangen, die ersten Nutzdaten den ersten digitalen und/oder analogen Eingängen zuzuordnen und die zugeordneten ersten Nutzdaten über die erste Subbusschnittstelle an den Feldbuskoppler/Feldbuscontroller zu übertragen und/oder zweite Nutzdaten über die erste Subbusschnittstelle von dem Feldbuskoppler/Feldbuscontroller zu empfangen und die zweiten Nutzdaten unter Wahrung einer Zuordnung zu ersten digitalen und/oder analogen Ausgängen über die erste Funkschnittstelle zu versenden.Preferably, the first module is further configured to receive first payload data via the first radio interface, to assign the first payload to the first digital and / or analog inputs, and to transmit the associated first payload to the fieldbus coupler / fieldbus controller via the first subbus interface and / or second payload to receive from the fieldbus coupler / fieldbus controller via the first subbus interface and to send the second payload data via the first radio interface while maintaining an association with first digital and / or analog outputs.
Dabei sind unter dem Begriff „Nutzdaten“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere Daten zu verstehen, die Sensor- oder Steuersignale kodieren. Bspw. können die zweiten Nutzdaten Steuersignale sein, die von den ersten Nutzdaten, die bspw. Sensorsignale darstellen, abgeleitet sind. Ferner ist unter der Formulierung „Wahrung einer Zuordnung“, wie sie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere eine Abbildung von Nutzdaten auf Sensorsignale bzw. eine Abbildung von Steuersignalen auf Nutzdaten zu verstehen.In this case, the term "user data" as used in the description and the claims, in particular data to understand that encode sensor or control signals. For example. For example, the second payload data may be control signals which are derived from the first payload data, which represent, for example, sensor signals. Furthermore, the term "maintenance of an association" as used in the description and the claims is to be understood as meaning, in particular, an image of user data on sensor signals or an image of control signals on user data.
Vorzugsweise ist das erste Modul eingerichtet, wenn eine Funkverbindung mit einem Sender der ersten Nutzdaten und/oder einem Empfänger der zweiten Nutzdaten temporär nicht verfügbar ist, die ersten Nutzdaten erneut über die erste Subbusschnittstelle an den Feldbuskoppler/Feldbuscontroller zu übertragen oder einen Ersatzwert über die erste Subbusschnittstelle an den Feldbuskoppler/Feldbuscontroller zu übertragen bzw. die zweiten Nutzdaten zwischenzuspeichern.The first module is preferably set up when a radio link with a sender of the first user data and / or a receiver of the second user data is temporarily unavailable, the first user data again transmitted via the first subbus interface to the fieldbus coupler / fieldbus controller or a substitute value over the first Subbus interface to the fieldbus coupler / fieldbus controller to transfer or buffer the second user data.
D. h., dass, wenn eine Funkverbindung bspw. wegen Abschattung oder mangelnder Reichweite abreißt, der Betrieb der Anlage in gewissen Grenzen weiterlaufen bzw. die Anlage automatisch in einen sicheren Zustand überführt werden kann. Bspw. kann, wenn die ersten Nutzdaten einen Schalterzustand betreffen, das Senden eines Ersatzwertes die Anlage in dem aktuellen Zustand belassen. Ferner kann, wenn die ersten Nutzdaten einen sich stetig ändernden Regelparameter betreffen, ein Ersatzwert gesendet werden, der die Anlage in einen bestimmten (vorzugsweise stabilen und sicheren) Zustand überführt.In other words, if a radio link breaks off, for example because of shading or insufficient range, the operation of the system can continue within certain limits or the system can be automatically transferred to a safe state. For example. For example, if the first payload relates to a switch state, sending a substitute value may leave the device in the current state. Furthermore, if the first payload relates to a continuously changing control parameter, a substitute value can be sent, which transfers the system to a specific (preferably stable and safe) state.
Vorzugsweise umfasst das System ferner eine übergeordnete Steuereinrichtung, wobei die übergeordnete Steuereinrichtung eine zweite Feldbusschnittstelle aufweist, wobei der Feldbuskoppler/Feldbuscontroller zum Übertragen der ersten Nutzdaten an die übergeordnete Steuereinrichtung und/oder zum Empfangen der zweiten Nutzdaten von der übergeordneten Steuereinrichtung eingerichtet ist.Preferably, the system further comprises a higher-level control device, wherein the higher-level control device has a second fieldbus interface, wherein the fieldbus coupler / fieldbus controller for transmitting the first payload data to the higher-level control device and / or receiving the second payload data is set up by the higher-level control device.
Vorzugsweise umfasst das System ferner ein zweites Modul, wobei das zweite Modul eine dritte Subbusschnittstelle zur Kommunikation mit dem Feldbuskoppler/Feldbuscontroller und einen oder mehrere zweite digitale und/oder analoge Ausgänge aufweist, wobei der Feldbuskoppler/Feldbuscontroller eingerichtet ist, auf Basis der ersten Nutzdaten Ausgangsdaten zu erzeugen und die Ausgangsdaten über die erste und dritte Subbusschnittstelle an das zweite Modul zur Ausgabe digitaler und/oder analoger Signale über den einen oder die mehreren zweiten digitalen und/oder analogen Ausgänge zu übertragen.Preferably, the system further comprises a second module, the second module having a third sub-bus interface for communicating with the fieldbus coupler / fieldbus controller and one or more second digital and / or analog outputs, the fieldbus coupler / fieldbus controller being configured based on the first payload data output data to generate and transmit the output data via the first and third sub-bus interface to the second module for outputting digital and / or analog signals via the one or more second digital and / or analog outputs.
Vorzugsweise umfasst das System ferner ein mobiles Endbenutzergerät, besonders vorzugsweise ein Mobiltelefon, ein Laptop-Computer, oder ein Tablet-Computer, wobei das mobile Endbenutzergerät eine zweite Funkschnittstelle aufweist, wobei das mobile Endbenutzergerät eingerichtet ist, zumindest einen Teil eines Betriebs einer Anlage, welche zumindest teilweise durch das System gesteuert wird, zu simulieren und wobei das mobile Endbenutzergerät ferner eingerichtet ist, die ersten Nutzdaten zu erzeugen und/oder die zweiten Nutzdaten hinsichtlich ihrer Wirkung auf den Betrieb der Anlage zu visualisieren.Preferably, the system further comprises a mobile end-user device, more preferably a mobile phone, a laptop computer, or a tablet computer, the mobile end-user device having a second radio interface, wherein the mobile end-user device is adapted to at least part of an operation of a system at least partially controlled by the system, and wherein the mobile end-user device is further configured to generate the first payload data and / or to visualize the second payload data with respect to their effect on the operation of the system.
Dabei ist unter dem Begriff „mobiles Endbenutzergerät“, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, insbesondere ein elektronisches Gerät zu verstehen, welches von einem Inbetriebnehmer verwendet werden kann, den Feldbuskoppler/Feldbuscontroller und die durch den Feldbuskoppler/Feldbuscontroller implementierten Funktionen der Anlage „vor Ort“ (d. h. in Funkreichweite) zu testen.Here, the term "mobile end user device" as used in the description and the claims, in particular an electronic device to understand, which can be used by a commissioning, the fieldbus coupler / fieldbus controller and implemented by the fieldbus coupler / fieldbus controller functions of System "on site" (ie in radio range) to test.
Vorzugsweise ist das mobile Endbenutzergerät eingerichtet, die ersten Nutzdaten auf Basis von Benutzereingaben zu erzeugen.The mobile end user device is preferably set up to generate the first user data on the basis of user inputs.
Vorzugsweise ist das mobile Endbenutzergerät ferner eingerichtet, einen Zustand eines Aktors der Anlage auf Basis der zweiten Nutzdaten zu visualisieren.Preferably, the mobile end user device is further configured to visualize a state of an actuator of the system based on the second user data.
Das mobile Endbenutzergerät ist somit in der Lage, einen Teil der Anlage, der durch den Feldbuskoppler/Feldbuscontroller bedient wird, zu emulieren.The mobile end-user device is thus able to emulate a portion of the plant being serviced by the fieldbus coupler / fieldbus controller.
Vorzugsweise ist das mobile Endbenutzergerät ferner eingerichtet, eine Benutzerauswahl hinsichtlich der zu emulierenden ersten digitalen und/oder analogen Ein- und/oder Ausgänge zu empfangen und die darauf basierenden Konfigurationsdaten über die zweite Funkschnittstelle an das erste Modul zu übertragen.Preferably, the mobile end user device is further configured to receive a user selection with regard to the first digital and / or analog inputs and / or outputs to be emulated and to transmit the configuration data based thereon to the first module via the second radio interface.
Dadurch kann der zu emulierende Teil der Anlage beliebig verändert und angepasst werden. As a result, the part of the system to be emulated can be changed and adapted as desired.
Vorzugsweise sind die erste und zweite Funkschnittstelle zur Errichtung einer Nahfeldkommunikations-, Bluetooth-Low-Energy-, Bluetooth-, ZigBee, oder IEEE 802.11-Verbindung ausgebildet.The first and second radio interfaces are preferably designed to establish a near field communication, Bluetooth low energy, Bluetooth, ZigBee, or IEEE 802.11 connection.
Figurenlistelist of figures
Die Erfindung wird nachfolgend in der detaillierten Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wobei auf Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
-
1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems; und -
2 ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Emulieren digitaler und/oder analoger Ein- und/oder Ausgänge zeigt.
-
1 a block diagram of an exemplary system; and -
2 a flowchart of a process for emulating digital and / or analog inputs and / or outputs shows.
Dabei sind in den Zeichnungen gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.In the drawings, like elements are identified by like reference numerals.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
An den Feldbuskoppler/Feldbuscontroller
Die elektrische Verbindung umfasst die in
Das in
Bspw. können die Anschlüsse
Die Anschlüsse
Wie in
Beim Starten des Feldbuskopplers/Feldbuscontrollers
Das Modul „A“
Das Modul „C“
Die Ausgestaltung des Moduls „C“
Wie in
Die über die Funkschnittstelle
Um die Auswirkungen einer (unbeabsichtigten) Unterbrechung der Funkverbindung auf die Anlage kontrollieren zu können, kann das Modul „C“
Während des Betriebs der Anlage kann ein Benutzer des mobilen Endbenutzergeräts
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Systemsystem
- 1212
- Feldbuskoppler/FeldbuscontrollerCoupler / Fieldbus
- 12b12b
- SubbusschnittstelleSubbusschnittstelle
- 12b'12b '
- Subbusschnittstellen-AusgangSubbusschnittstellen output
- 12b"12b "
- Subbusschnittstellen-EingangSubbusschnittstellen input
- 1414
- Modul „A“Module "A"
- 14a14a
- Anschlüsseconnections
- 14b14b
- Anschlüsseconnections
- 1616
- Modul „B“Module "B"
- 16a16a
- Anschlüsseconnections
- 1818
- Modul „C“Module "C"
- 18a18a
- FunkschnittstelleRadio interface
- 2020
- Modul „D“Module "D"
- 2222
- EndbenutzergerätEnd-User Device
- 2424
- Bildschirmscreen
- 2626
- Eingabeeinrichtunginput device
- 2828
- Prozessschrittprocess step
- 3030
- Prozessschrittprocess step
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