CN101881946A - 自动化设备和自动化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动化设备(100)，包括：第一功能单元(11)；第二功能单元(12)；第一网络端口(3)，用于连接至第一数据网络(1)；总线主控单元(15)，用于连接外围组件(21，22，23)，其中第一功能单元(11)具有第一接口单元(5)，该第一接口单元配属有第一网址，并且第二功能单元(12)具有第二接口单元(6)，该第二接口单元配属有第二网址，其中，借助分配装置(30)可逻辑地分配外围组件(21)的地址空间，并且第一地址空间(211)作为地址空间的分离出来的部分可直接地配属给可通过第一网络端口(3)连接的上位计算单元(101)。

Description

自动化设备和自动化系统
技术领域
本发明涉及一种自动化设备，包括：第一功能单元；第二功能单元；用于连接至第一数据网络的第一网络端口；以及用于连接外围组件的总线主控单元。
背景技术
已知了自动化设备，其具有车载(On-Board)或可模块化地插入的外围设备。在此，外围设备例如理解成输入/输出组件或附加的传感器组件。外围设备的输入/输出信号由自动化设备本身进行处理或者被传输或以电路传输给上位计算单元。优选地，该电路传输借助于第一数据网络来实现。该第一数据网络也称为初级总线系统。特别是，在自动化技术中还存在多种应用情况，其中仅一部分外围设备应在自动化设备本身中被处理或者应被预处理。外围设备的另一部分应被分配给又称为主机系统的上位计算单元。在初级总线系统上可连接用于将附加的外围设备连接到上位计算单元的初级总线装置。
已知了自动化设备，其对于过程现场总线来说通过虚拟模块实现从连接。该从连接基本上局限于有效数据。希望为用于确定的工业应用的自动化设备给定参数的使用者为此必须制订两个单独的方案，一个用于在主机系统上的辅机，和一个用于实际的自动化设备。附加地，必须配置在外围设备和上位计算单元之间的连接。由应用程序对外围设备的访问必须进行编程，并且数据由虚拟模块复制或者复制到虚拟模块上。缺点在于，通过上位计算单元控制的外围设备的反应时间较长。
发明内容
本发明的目的在于改善这种自动化设备的处理速度或者说反应时间。
该目的通过开头所述类型的自动化设备以下述方式来实现，即，第一功能单元具有第一接口单元，该第一接口单元配属有第一网址；第二功能单元具有第二接口单元，该第二接口单元配属有第二网址，其中借助分配装置可逻辑地分配外围组件的地址空间，并且第一地址空间作为地址空间的分离出来的部分可直接地配属给可通过第一网络端口连接的上位计算单元。因此实现了多功能的自动化设备，该自动化设备不仅可以提供用于自身的中心外围设备的一部分的处理能力，而且还显而易见地为上位主机系统提供该中心外围设备的一部分作为“快速”的非中心外围设备。在现在看起来显而易见地用于上位计算单元的外围设备上的上位计算单元(主机系统)方面，其对应于初级总线装置上的非中心外围设备这一方面。在此，初级总线装置的功能应具有相同的特性，其在未进行预处理的情况下提供标准设备。为了满足这些要求，功能单元最大程度地彼此分开。为此，提出两个具有各自的网址的独立的接口单元。在此，网址优选设计成IP地址。借助两个不同网址，两个在配置方面的功能单元和其硬件彼此分离。这种设备的装置功能因此不必再由应该优先承担控制任务并且进而应该具有高性能的控制系统承担。控制系统现在不再受到额外的用于外围组件的并列任务(Koordinationsaufgaben)的影响。在此，自动化设备利用其两个功能单元而具有两个独立的功能。自动化设备借助两个功能单元分为两个逻辑设备，对于每个接口单元来说存在一自身的IP地址，该IP地址也能在第一数据网络中看到。这两个逻辑设备组成一个多功能的自动化设备。
在一个改进方案中，第一接口单元具有第一网络开关，第一数据线连接到第一网络开关上，第一数据线使第一功能单元与第二功能单元连接。优选使用一开关作为网络开关，该开关可通过第一网络端口连接到第一数据网络上，并且在此同时实现通过第一数据线到第二功能单元的通信连接。从上位计算单元通过第一功能单元到第二功能单元的访问路径利用数据技术连接通过两个开关来实现。
作为特别有利的可替换方案，第一功能单元设计成控制系统，第二功能单元设计成用于有效数据连接的通信单元。
相反，在一个可替换的设计方案变体中，在此第二功能单元设计成控制系统，第一功能单元设计成用于有效数据连接的通信单元。在此，在自动化设备中的有存储器可编程的控制器优选被理解成控制系统。有存储器可编程的控制器用于工业过程的程序控制。在此，用于有效数据连接的通信单元优选设计成DP辅机。这种DP辅机能够实现与非中心外围组件(DP)的数据技术连接。该非中心外围组件例如可以是用于接收和发送输入和输出信号的输入/输出模块，如其在用于执行器和传感器的工业过程中所必需的那样。
此外，有利的是，设计成控制系统的功能单元具有总线主控单元。该总线主控单元用于连接外围组件，在此，外围组件可以是中心地插在自动化设备上的输入/输出组件，或者还可以是工业制造过程中非中心分布的外围组件，这些外围组件优选通过现场总线连接至总线主控器。
在存储器接口中可以缓冲存储有数据和/或输入-/输出值。该存储器接口用作在两个功能单元之间的接口。在双处理器体系结构的设计方案中，第一功能单元的处理器可以通过连接线通过第二功能单元的另一处理器对其存储器接口进行访问以用于数据交换。
在一个可选设计方案中，设计成通信单元的功能单元具有与第二数据线连接的第二网络开关，其中该第二数据线向外引导以用于附加地连接数据网络。因此可以实现各自的功能单元与外界的直接连接，而不需要通过其它功能单元进行通信。
在实际应用中证明，将功能单元组合成具有壳体的结构单元对于在工业过程中的安装来说使得安装工作变得容易。
自动化系统具有计算单元和根据权利要求1至8中任一项所述的自动化设备，在该自动化系统中，通过第一数据网络使计算单元与自动化设备连接，其中自动化设备的第二数据网络与其它外围组件或自动化组件连接，分配装置被设计成，可逻辑地分配外围组件，并且能够实现由计算单元到第一地址空间的第一访问路径和从自动化设备到第二地址空间的第二访问路径。
附图说明
借助附图详细阐述本发明的其它特征和优点。图中示出：
图1示出具有自动化设备的自动化系统的原理图，
图2示出根据体系结构1的自动化设备的第一实施例，以及
图3示出根据体系结构2的自动化设备的第二实施例。
具体实施方式
根据图1示出具有计算单元101、自动化设备100和第一外围组件21的自动化系统。可以看作为上位主机系统或上位主计算机的计算单元101通过数据网络1与自动化设备100连接，以便进行数据交换。自动化设备100包括第一功能单元11和第二功能单元12。功能单元11，12在自动化设备100中代表两个独立的逻辑设备，即一个是控制系统，如有存储器可编程的控制器；以及一个是通信单元，如用于连接非中心的外围设备的自动化组件。在此，自动化设备设计成结构单元，其中壳体容纳第一功能单元11和第二功能单元12。
如果从计算单元101的第一数据网络1(初级网络)的角度考虑自动化设备100，则在所考虑的网络拓扑中，计算单元101的自动化设备100表明是两个逻辑设备。这以下述方式实现，即为每个功能单元分配一独立的网址(IP-地址)。连接到第一数据网络上的、具有用于自动化设备100的配置软件的工程系统理解成两个要利用该工程系统单独配置的逻辑设备。
在此，第一功能单元具有第一网址IP1，第二功能单元具有第二网址IP2。借助设置在自动化设备100中的分配装置30可逻辑地分配外围组件21的地址空间。第一外围组件21通过对角线象征地分成第一地址空间211和第二地址空间212。第一外围组件21通过第二数据网络2与自动化设备100连接。通过这种数据连接可以交换有效数据。
逻辑分配成第一地址空间211和第二地址空间212使得计算单元101通过第一访问路径31直接地连接到第一地址空间211，其中地址空间211，212保持彼此不相交。在此，地址空间211例如通过输入/输出组件的一列数字输入端来确定(aufspannen)。
第二地址空间212在这种情况下通过相同的数字输入/输出组件来确定，其中这一次的不相交的数量的部分仅与数字输出端相关。因此，自动化设备100可以利用其第一功能单元11通过第二访问路径32直接访问地址空间212中输入/输出组件的数字输出端。
因此可利用自动化设备100以有利的方式和方法将外围设备的部分区域直接地提供给上位计算单元101，而自动化设备此外不必承担通信管理任务。
在图2中详细示出根据第一设计方案变体的、体系结构1的形式的自动化设备100。通过虚线示出的自动化设备100代表具有壳体的结构单元，在该壳体内设置有第一功能单元11和第二功能单元12。在此，第二功能单元12设计成用于有效数据连接的通信单元。第一功能单元11具有第一网络端口3和第二网络端口4。通过网络端口3，4，第一功能单元11作为控制单元位于第一数据网络1的线路中。第一数据网络1也可以看作为初级总线。第二功能单元12通过集成在第一接口单元5中的第一开关5a连接到控制单元上，进而第二功能单元还与第一数据网络1连接。第一开关5a与第二功能单元12的连接借助第一数据线17实现。
第一功能单元11具有第一处理器11a，该第一处理器通过连接线16与第二功能单元12的处理器12a连接。第一处理器11a可以借助连接线16与第二处理器12a交换数据，其中该数据还可以来源于存储器接口13。在这种所谓的双处理器体系结构中，存储器接口是在两个处理器11a，12a之间的、具有缓冲器功能的接口。为了使第一外围组件21、第二外围组件22和第三外围组件23通过第二数据网络2连接到第一功能单元11上，该自动化设备具有总线主控器15。因此自动化设备100可以通过第一数据网络1被识别成两个逻辑设备，在第一接口单元5中执行第一网址，在第二接口单元6中执行第二网址。因此，连接到第一数据网络1上的上位的计算单元101(图1)可以通过第一数据网络1识别具有第一IP地址IP1的第一接口单元5，并且还通过利用第一数据线17连接第一接口单元5与第二接口单元6来识别在第二接口单元6中执行的第二网址IP2。
根据图3示出体系结构2的形式的第二实施例。自动化设备100现在仍具有第一功能单元11和第二功能单元12。在这种情况下，然而第一功能单元11设计成通信单元，而第二功能单元12设计成控制单元。换句话说，自动化设备100现在可以考虑作为用于非中心外围设备的、具有装置功能的控制CPU。在此，该装置在电路布线技术方面位于CPU之前。CPU通过集成在装置中的开关连接。该连接在功能单元11中借助其中集成有第一开关5a的第一接口单元5来实现。对此，在第一开关5a中，该连接借助第一数据线17连接于第二接口单元6。在第二接口单元6中又集成有第二开关6a。该第二开关6a例如可以设置成双重的并可以通过第二数据线18实现在第二开关6a上的另一连接选择，该第二数据线18向外引导以用于附加地连接数据网络。
在该实例中，第一功能单元11还具有第一处理器11a，而第二功能单元12具有第二处理器12a，该第一处理器和第二处理器通过连接线16彼此连接。第一功能单元11作为通信单元具有带有RAM芯片14的存储器接口13。
为了连接外围组件21，22，23，在第二功能单元12中集成有总线主控器15。总线主控器15通过第二数据网络2连接到外围单元21，22，23上。第二数据网络2例如可以设计成现场总线、优选设计成过程现场总线。但同样还可以考虑，第二数据网络2是在能插入模块化的输入/输出组件以用于扩展非中心外围设备的那种自动化设备上集成的通信总线。
通过实现分别具有一自身的网址(IP地址)的功能单元11，12，每个功能单元11，12可以配属有关于上位计算单元101方面的特有功能。两个设备、即控制单元和通信单元现在通过可称为二级总线的第二数据网络2分配给所连接的中心外围设备。如通过第一至第三外围组件21，22，23代表的原来的外围资源仅一次作为外围资源存在。这些外围资源的不相交的分配通过利用连接至自动化设备100的配置工具进行的相应的配置来分派两个不同的IP地址来实现，配置工具例如是工程系统。代替在控制单元和外围组件21，22，23之间的连接，也可以实现初级总线至外围设备的传输，该外围设备也可以由一个或多个功能单元组成。
分配装置30例如是可任意编程的芯片、如ASIC(专用集成电路)或另外的处理器。分配装置30通过具有固件的配置工具占用，其中在这个固件中存储有用于外围设备的分配信息。

Claims (9)

1.一种自动化设备(100)，包括：第一功能单元(11)；第二功能单元(12)；第一网络端口(3)，用于连接至第一数据网络(1)；总线主控单元(15)，用于连接外围组件(21，22，23)，其中所述第一功能单元(11)具有第一接口单元(5)，所述第一接口单元配属有第一网址，并且所述第二功能单元(12)具有第二接口单元(6)，所述第二接口单元配属有第二网址，其中，借助分配装置(30)可逻辑地分配外围组件(21)的地址空间，并且第一地址空间(211)作为所述地址空间的分离出来的部分可直接地配属给可通过所述第一网络端口(3)连接的上位计算单元(101)。
2.根据权利要求1所述的自动化设备(100)，其中，所述第一接口单元(5)具有第一网络开关(5a)，第一数据线(17)连接到所述第一网络开关上，所述第一数据线使所述第一功能单元(11)与所述第二功能单元(12)连接。
3.根据权利要求1或2所述的自动化设备(100)，其中，所述第一功能单元(11)设计成控制系统，并且所述第二功能单元(12)设计成用于有效数据连接的通信单元。
4.根据权利要求1或2所述的自动化设备(100)，其中，所述第二功能单元(12)设计成控制系统，并且所述第一功能单元(11)设计成用于有效数据连接的通信单元。
5.根据权利要求3或4所述的自动化设备(100)，其中，设计成控制系统的所述功能单元(11，12)具有所述总线主控单元(15)。
6.根据权利要求3或4所述的自动化设备(100)，其中，设计成通信单元的所述功能单元(11，12)具有存储器接口(13)。
7.根据权利要求5或6所述的自动化设备(100)，其中，设计成通信单元的所述功能单元(11，12)具有与第二数据线(18)连接的第二网络开关(6a)，其中所述第二数据线(18)向外引导以用于附加地连接数据网络。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的自动化设备(100)设计成具有壳体的结构单元。
9.一种自动化系统，具有计算单元(101)和根据前述权利要求中任一项所述的自动化设备(100)，所述计算单元与所述自动化设备通过第一数据网络(1)连接，其中第二数据网络(2)使所述自动化设备(100)与其它的外围组件(21，22，23)或自动化组件连接，其中，分配装置(30)设计成可逻辑地分配所述外围组件，并且能够实现从所述计算单元(101)到第一地址空间(211)的第一访问路径(31)和从所述自动化设备(100)到第二地址空间(212)的第二访问路径(32)。
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