CN102782595B - 控制柜监视设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制柜监视设备，其包含经由现场总线（20）与监视和控制诸如气候控制、湿度控制和访问控制那样的各种控制柜功能的各种传感器和/或致动器连接的控制设备。为控制柜的不同应用提供了灵活适应可能性，使得传感器和/或致动器的至少一部分是直接连接传感器（30）和/或直接连接致动器（30′），每一个含有专用总线耦合电路（300）并通过它与现场总线（20）耦合，以及该控制设备含有初始化单元或可以与这样的单元连接，在启动之前可以经由初始化单元初始化从而自动寻址直接连接传感器（30）和/或直接连接致动器（30′），随后根据各自分配的地址经由控制设备连接直接连接传感器（30）和/或直接连接致动器（30′）以便为操作目的而交换数据。

Description

控制柜监视设备
技术领域
本发明涉及控制柜监视设备，其包含经由现场总线与监视和控制诸如气候控制、湿度控制和访问控制那样的各种控制柜功能的各种传感器和/或致动器连接的控制设备。
背景技术
这种类型的控制柜监视设备在DE 19911824C2中公开。在这种已知的控制柜监视设备中，将基本监视设备和几个监视单元与现场总线连接，基本监视设备主要承担数据处理，并且只在相关监视单元与基本监视设备之间提供经由现场总线的数据交换。基本监视设备和监视单元配有传感器和/或致动器的终端，其中可能已经在监视设备中进行了传感器和致动器的预处理。所连接或可连接传感器和致动器的数量受基本监视设备和监视单元上的终端的预定数量限制。
其他控制柜监视设备在DE 19710019C2、DE 102006011127A、DE 102005002314A1、DE 10119637A1、DE 10007271和DE 19911249A1中公开。DE 19710109C2还提到了现场总线。其与输出接口相关联以便以各种形式输出信息信号。
WO 98/36335示出了使用分层结构控制策略以及分配给多个控制设备的过程控制系统。现场总线功能块形成各种设备类型的控制结构的基本部件。自动配置程序根据新控制部件的检测作出反应，并自动配置输入/输出子系统。根据设备的连接，自动感测和配置该设备。提交识别新连接设备的自动请求。
发明内容
本发明的目的是提供如引言所述的控制柜监视设备，其中利用可靠的数据传送提供控制柜或控制柜装置的不同应用的灵活适应可能性。并且，将规定相应方法。
这个目的分别通过权利要求1或权利要求11的特征解决。
在该设备中，提供传感器和/或致动器的至少一部分是直接连接传感器和/或直接连接致动器，每一个含有专用总线耦合电路并通过它与现场总线耦合；以及控制设备含有初始化单元或可以与这样的单元连接，在启动之前可以经由初始化单元初始化从而自动寻址直接连接传感器和/或直接连接致动器，随后根据各自分配的地址经由控制设备连接直接连接传感器和/或直接连接致动器以便为操作目的而交换数据，每个所述直接连接传感器和/或直接连接致动器以及初始化单元都配有启用级，其中在初始化开始时，仅仅在初始化单元中接通启用信号，在与现场总线耦合的所述直接连接传感器和/或直接连接致动器的第一个的输入侧上可以识别该信号，而与现场总线耦合的随后直接连接传感器和/或直接连接致动器因所述第一直接连接传感器和/或直接连接致动器的未相连启用级而不能识别它，在这种状态下，所述第一直接连接传感器和/或直接连接致动器的初始化可以借助于其地址的分配以及存储在其中的其特定特征数据的通知来完成，以及在经由其启用级初始化和成功应用之后，可以将启用信号与后续直接连接传感器和/或直接连接致动器连接，据此相继完成后续和相应地各自进一步后续直接连接传感器和/或直接连接致动器的初始化，以及可以将直接连接传感器和/或直接连接致动器的次序存储在所述控制设备中。
关于该方法，提供将传感器和/或致动器直接与现场总线耦合作为直接耦合传感器和/或直接耦合致动器；在初始化开始时，只在初始化单元内，使启用信号和非初始化信号处在电压条件下，而不连接所述直接连接传感器或直接连接致动器中的启用信号；所述直接连接传感器或直接连接致动器的第一个在其输入端上识别初始化单元的启用信号并接通终端电阻；随后，在所述初始化单元与所述直接连接传感器或直接连接致动器之间交换初始化数据，所述初始化单元将地址分配给所述直接连接传感器或直接连接致动器，并将存储在其中的特定特征数据通知初始化单元；所述初始化单元判定所述第一直接连接传感器或直接连接致动器是否可以在所述现场总线上开始正常操作，以及如果有必要，让其登录；随后，当开始正常操作时，所述直接连接传感器或直接连接致动器接通其传感器或致动器系统的电源，并通过启用信号与后续直接连接传感器或直接连接致动器连接和启用非初始化信号，同时在仍然处在初始电压电平，尤其地电平上的那个所述非初始化信号中识别另外至少一个直接连接传感器或直接连接致动器的存在，以及当检测到终端电阻的存在时自动断开；以及以这种方式相继初始化现场总线上的可选后续直接连接传感器或直接连接致动器，以及随后完成初始化，其中存储与现场总线连接的直接连接传感器和/或直接连接致动器的识别次序。
有了这些特征，就可以提供以后也可以作出修改或添加的控制柜监视设备的灵活可扩充性。从而，实现防备故障的安全有线线路数据传输，其中也可以防止未授权操纵。
一个有利实施例的关键在于将现场总线配置成CAN总线。由此获得的总线结构允许灵活的配置可能性。
如果提供控制设备包含与或可以与现场总线耦合的至少一个中央单元，初始化直接连接传感器和/或直接连接致动器的配置可以通过该单元实现，则在为致动器评估监视数据或控制数据的时候，可以通过该中央单元有利地作出数据存储、数据管理和数据处理。
关于对不同状况的灵活适应，这些特征有助于组合直接连接传感器和/或直接连接致动器以形成控制设备可操作的不同功能块。
可能作出不同强调的、例如利用划分数据处理的各种控制可能性通过能够多主控的现场总线来实现。
配置和功能的有利实施例在于初始化单元是中央单元的一部分，以及为了初始化，将初始化程序存储在所述初始化单元中。
因为除了为正常操作配备的两条操作数据线之外，现场总线还拥有用于初始化的两种辅助信号线，所以有利于安装和进入操作状态或配置的修改。
而且，对于功能和配置来说，每个直接连接传感器和/或直接连接致动器包含非初始化级和可以接通和断开的终端电阻的那些特征是有利的。
通过诸如至少一个传感器连接单元、一个总线耦合单元和进一步中央单元那样的进一步总线用户与现场总线连接的特征，提供了扩充控制柜监视设备的进一步潜力。例如，现有的传感器或致动器也可以通过这些特征与现场总线耦合，和/或现场总线可以与上级监视单元和总线系统或网络连接以便用于数据传送。
扩充控制柜监视设备的进一步有利潜力来自于所述中央单元配有进一步传感器和/或致动器和/或配有连接进一步传感器和/或致动器的终端。
附图说明
下面参考附图，借助于示范性实施例对本发明作进一步说明，在附图中：
图1示出了含有现场总线的控制柜监视设备的第一示范性实施例的示意性框图；
图2示出了带有现场总线装置的控制柜监视设备的进一步示范性实施例的示意性框图；
图3示出了用框显示的与图1和2的现场总线耦合的输入/输出单元；
图4示出了用框显示的总线耦合单元；以及
图5示出了功能块的示意性表示。
具体实施方式
图1示出了含有中央单元10和配置成CAN总线的与其耦合的现场总线20的控制柜监视设备的第一示范性实施例。这条总线是能够多主控的（multimaster capable），即，几个总线用户可以分别起主人的作用或可以被指定为主人。
作为或可以是更综合控制设备的一部分的控制单元10除了与现场总线20连接的现场总线接口112之外，还包含诸如串行总线（RS232）的进一步终端、将继电功能用于用户的继电终端107、连接具有各自标准接口的设备的通用串行总线接口102（USB）、以太网连接的连接103或上级网络的过渡端，以及连接显示设备101和电源100以便供电的可能接口那样的进一步接口。除此之外，举例来说，中央单元10还包含声音发生器104、输入和显示元件105、一个或多个温度传感器108、一个或多个湿度传感器109、数字输入端110和门传感器111。
从图2中可以看出，中央单元10可以配有诸如进一步现场总线接口113、进一步通用串行总线接口115、含有，例如，用于无线电传输的接收和发送天线的无线连接114，以及用于授权人士访问的读卡单元116那样的进一步特征。
作为传感器，除了所提到的温度和湿度传感器之外，如在引言中提到的参考文献所述，进一步的传感器可能被讨论。例如，烟雾传感器、振动传感器（例如，三维加速度传感器）、门位置传感器、电流和电压测量传感器、用于访问控制的个人识别传感器、诸如操作时间计数器那样空调设备的一些部件的传感器、流量检测器等都可以用作传感器，同时作为致动器，诸如空调设备的一些部件，即，风扇，泵等、用于关门的致动器、警告设备和警报发生器的显示器等那样用于控制柜控制功能的那些致动器也被讨论。
这里，传感器和致动器分别是直接与现场总线20或进一步的现场总线21耦合的直接连接传感器30和直接连接致动器30′，为此，拥有专用总线耦合电路300。并且，直接连接传感器30和直接连接致动器30′拥有专用启用级（启用）、非初始化级（非初始化）和总线终端电阻，其中可以通过启用级断开或接通到下一个总线用户，尤其，后续直接连接传感器30和直接连接致动器30′的启用信号，可以使非初始化信号保持在各自电压电平上或降下来，尤其变成地电平，并且可以经由专用开关接通或断开总线终端电阻。
如图2进一步所示，除了直接连接传感器30和/或直接连接致动器30′之外，作为进一步总线用户，含有用于进一步传感器和/或致动器，尤其经由所适配的终端的已知类型的进一步传感器和/或致动器（其中这些传感器和/或致动器可以通过代码电路，例如，通过电阻识别）的终端的传感器连接单元31，或用于配有串行总线接口（RS422）的设备的耦合单元32可以与相关现场总线20耦合（以及相对应地也与现场总线21耦合）。例如，以网关功能的方式与另一条总线的连接可以经由附加耦合单元33建立起来。
类似地，作为进一步用户，在图3中显示的输入/输出单元34可以分别与现场总线20或21连接，即，经由终端344（输入）和345（输出）与现场总线20或21连接。输入/输出单元34还包含继电器输出端343，以及按钮和状态发光二极管342和连接部件或设备的终端341。
与进一步的耦合单元33类似，与另一条总线的连接可以借助于在图4中显示的总线耦合单元35建立起来，其中与现有现场总线的连接经由输入端352和输出端352形成，以及进一步的连接可能性可经由与串行总线（RS422/RS485）的耦合351来实现。
图5示出了可以连接几个用户，例如，温度传感器301、访问传感器302以及电源开关303和显示器304的功能块50，所有这些用户都与现场总线连接，以及经由群控器500与其他用户连接。从而，灵活地配置组合总线用户的潜力，以便提供对不同操作条件和变化影响的自适应。该组合可以，例如，经由与控制设备连接的动态接口，例如，经由中央单元10建立起来。动态接口可以远离本地控制柜监视设备，并且可以，例如，经由上级网络连接以便用于数据传送。传感器和致动器或分别直接连接传感器30和直接连接致动器30′以及可选的进一步总线用户可以经由动态万维网接口互连，其中功能块包含可以与传感器，尤其也与直接连接传感器30连接的输入端，以及进一步包含与致动器，尤其也与直接连接致动器30′连接的输出端。在图5中显示的功能块的实施例指的是空调功能。在能够多主控的总线技术中，有利的是用户总线可以超越它们当中的功能块的所有功能，因为，例如，供电开关303或电源开关本身知道切换的所有状况。因此，配置成评估其他总线用户的状态信息，并且可以独立地判定到达开关状态的时间。然后，中央单元10只超越配置的功能，并可选地与上级网络（诸如以太网那样）耦合。一旦得到配置，功能块就可以无需中央单元10地独立起控制设备的分立部件的作用。该配置使得可以集成不同总线用户以及它们像预置值或标称值那样的设置。
在控制柜监视设备的另一种配置中，可以配备进一步的中央单元，以便，例如，为迅速向上级监视系统报警，冗余地提供扩充的监视和控制可能性。
由于控制柜监视设备配有直接连接传感器30和直接连接致动器30′，所以可能传感器或致动器的各自数量不局限于连接单元上的终端插座的预定数量，而是可以通过软件以灵活的方式确定，并且是可扩充的。通过寻址总线用户，尤其直接连接传感器30和/或直接连接致动器30′，将唯一地识别这些总线用户。目前，特定配置还在于，通过初始化总线系统来识别用户以及它们的安装位置，并且在添加总线用户，交换或减少它们的数量引起的重新配置之后，优选地自动触发新初始化。为此，当在断开电源之后重新接通控制柜监视设备时，或甚至当通过热插拔更换硬件部件时总是进行初始化。每个总线用户，尤其直接连接传感器30和直接连接致动器30′都配有两个总线终端，即，输入端和输出端。有利的是，对于初级侧（primary side），例如，10mA的总电流消耗（对于24V直流电压的电源电压），通过电压切换传感器或致动器，以保证可以不超过控制设备，尤其控制单元10提供的最大功率地进行总线应用。只有在被控制设备，尤其控制单元10启用之后，才激活能耗较高的相关传感器或致动器，以启动其各自传感器功能或致动器功能。对于每个用户，可以接通或断开终端电阻。
为了允许自动寻址用户，尤其直接连接传感器30和直接连接致动器30′，经由启用终端使用启用信号和经由非初始化终端启用非初始化信号。并且，经由这些信号终端通知总线配置的修改（例如，当并入新总线用户时）。每个总线用户具有通过可有源控制开关将与启用信号相关联的启用信号线与后续总线用户断开的可能性。另外，可以将启用信号设置成地电平。这种切换功能必须可以分别针对中央单元10或控制设备（可以具体包含在中央单元10内）的初始化单元。由于在用户输入端和输出端所在的那一侧不是强制性的，所以有利地设成可以在为中断服务的开关的两侧设置成地电平。此外，可以由总线用户将非初始化信号线设置成地电平。设成当分别复位总线用户时或对于复位总线用户，不影响这些信号线。在初始化过程中启用信号用于依次使总线用户进入操作状态。在完成了初始化之后，启用信号线用于某种类型的电缆断裂识别。为此，最后总线用户接收来自初始化单元的命令，以便将启用信号拉成低电平。从而，可以监视总线连接。非初始化信号用于提供向位于总线下游的用户向上游通知他们存在的可能性。
下面详细说明初始化直接连接传感器30和/或直接连接致动器30′的示范性实施例。初始化单元包含将启用信号和非初始化信号的电压提升到，例如，电源电压的电平的提升电阻。优选地模拟分析启用信号和非初始化信号的信号电平，因为预计由于总线长度上的结电阻，以纯数字方式分析低电平可能是不保险的。
最初，直接连接传感器30或直接连接致动器30′还未初始化。初始化单元接通供给现场总线20的电压。
每个总线用户，这里，例如，直接连接传感器30或直接连接致动器30′在启动期间处在非初始化状态下，通过有源可控制开关划分启用信号，并将非初始化信号拉成地电平。但终端电阻在默认情况下是断开。在非初始化状态下，如下所述，除了初始化之外，不允许相关直接连接传感器30或直接连接致动器30′通信。
初始化单元经由提升电阻将启用信号和非初始化信号切换到供应电压的电平上。提升电阻也可以是永久激活的。
现场总线20上的第一直接连接传感器30或直接连接致动器30′各自在输入端上开始并且发现启用信号。它激活总线终端电阻。由于到后续总线用户的启用信号是中断的，所以它是现场总线20上拥有可用启用信号的唯一非初始化用户。在这种状态下，初始化单元和相关直接连接传感器30或直接连接致动器30′（或可选地，另一个总线用户）可以交换初始化所需的数据。初始化单元将地址分配给专用总线用户。而且，在初始化的过程中，总线用户将它的类型特征，因此传感器类型或致动器类型、序列号等，以及最大功耗通知初始化单元。初始化单元判定专用总线用户是否可以开始操作。如果有必要，让总线用户登录。随后，总线用户在初始化单元启用之后，开始它的正常操作，并接通，例如，它自己的传感器系统的电源。
而且，在完成了初始化之后，连接到后续总线用户的启用线并启用非初始化信号。如果非初始化信号保持在低电平上，则总线用户就会知道至少一个进一步非初始化用户处在总线上，因此自动切断总线终端电阻。在概念性尝试中调查在每种情况下是否通过依次的初始化过程保证下一个未初始化用户真正处在现场总线20上是有利的。处在现场总线20上的随后用户以相同方式相继登录。
由于非初始化信号变成电源电压的电平，所以初始化单元可以识别所有总线用户的初始化。据此，初始化阶段结束，并通知用户链的最后一个用户以便将启用信号拉成低电平。
如果在操作期间，出现初始化单元侧的启用信号变成电源电压的电平（电缆断裂）或非初始化信号变成低电平（例如，当接通新传感器时）的状态，则在短时间内完全中断总线的电源，以便在所有总线用户上触发复位过程（复位），并重新开始初始化。
每个总线用户存储它登录的初始化单元的精确识别，以便能够在初始化期间检测配置是否发生了变化。这个信息对于初始化单元和上级评估来说都是重要的。
如所述那种类型的应用实现了总线用户的自动寻址，而且可以通过现场总线20上的总线用户或直接连接传感器30和/或直接连接致动器30′确定安装位置。
初始化总是在接通电源电压之后进行。从而，将识别出在断开状态下进行的配置修改。
每当在操作期间，添加或移除了分别总线用户或直接连接传感器30或直接连接致动器30′时（其中对于移除，在短时间内中断现场总线20，因此使随后用户变成非初始化状态），初始化单元可以借助于非初始化信号识别新初始化的必要性。
非初始化信号的每个下降沿通过重新初始化来处理，以便正确对等初始化过程中对现场总线20的干扰。
与用于通信的寻址平行，每个总线用户管理可能受操作符影响的逻辑地址。从而保证，例如，当修改连线的次序时，无需调整上级配置。
为了进行初始化，将现场总线20配置成除了在总线的正常操作期间使用的导线之外，还将两条进一步的导线用于初始化过程是有利的。
如本文所述的控制柜监视设备提供了在以可靠方式起作用和具有用户友好的安装的同时，针对不同目的调整控制柜的灵活可能性。

Claims (13)

1.一种控制柜监视设备，其包含经由现场总线(20)与监视和控制各种控制柜功能的各种传感器和/或致动器连接的控制设备，
其特征在于，传感器和/或致动器的至少一部分是直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)，每一个含有专用总线耦合电路(300)并通过它与现场总线(20)耦合；
该控制设备包含初始化单元或能够与这样的单元连接，在启动之前能够经由初始化单元初始化从而自动寻址直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)，随后根据各自分配的地址经由控制设备连接直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)以便为操作目的而交换数据；
所述直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)的每一个以及初始化单元都配有启用级；
在初始化开始时，只在初始化单元内，使启用信号和非初始化信号处在电压条件下，在与现场总线(20)耦合的所述直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)的第一个的输入侧上能够识别该启用信号，而与现场总线耦合的后续直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)因所述直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)的所述第一个的未连接的启用级而不能识别该启用信号；
在这种状态下，所述直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)的所述第一个的初始化能够借助于其地址的分配以及存储在其中的其特定特征数据的通知来完成，以及在经由其启用级初始化和成功应用之后，能够将启用信号与后续直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)连接，据此相继完成后续和相应地各自另外的后续直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)的初始化；以及
能够将直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)的次序存储在所述控制设备中；
其中初始化单元根据非初始化信号的改变识别所有直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30’)的初始化，并且初始化阶段结束，并通知最后的直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30’)以改变启用信号的电压条件。
2.如权利要求1所述的控制柜监视设备，其特征在于，所述各种控制柜功能包括气候控制、湿度控制或访问控制。
3.如权利要求1所述的控制柜监视设备，其特征在于，该现场总线被配置成CAN总线。
4.如权利要求1或3所述的控制柜监视设备，其特征在于，该控制设备包含与或能够与现场总线耦合的至少一个中央单元(10)，初始化的直接连接传感器和/或直接连接致动器(30′)的配置能够通过该单元实现。
5.如权利要求1所述的控制柜监视设备，其特征在于，能够组合直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)以形成控制设备可操作的不同功能块(50)。
6.如权利要求1所述的控制柜监视设备，其特征在于，该现场总线是能够多主控的。
7.如权利要求4所述的控制柜监视设备，其特征在于，初始化单元是中央单元的一部分，以及为了初始化，将初始化程序存储在所述初始化单元中。
8.如权利要求1所述的控制柜监视设备，其特征在于，除了为正常操作配备的两条操作数据线之外，现场总线还拥有用于初始化的两条辅助信号线。
9.如权利要求1所述的控制柜监视设备，其特征在于，每一个直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)包含非初始化级和能够接通和断开的终端电阻。
10.如权利要求1所述的控制柜监视设备，其特征在于，另外的总线用户与现场总线连接。
11.如权利要求10所述的控制柜监视设备，其特征在于，所述另外的总线用户包括至少一个传感器连接单元(31)、一个总线耦合单元(35)和/或另外的中央单元。
12.如权利要求4所述的控制柜监视设备，其特征在于，该中央单元配有另外的传感器和/或致动器和/或配有连接另外的传感器和/或致动器的终端。
13.一种初始化控制柜监视设备的方法，该控制柜监视设备包含与现场总线(20)耦合的传感器和/或致动器和含有初始化单元的控制设备，其特征在于，
将所述传感器和/或致动器至少部分直接与现场总线耦合作为直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)；
在初始化开始时，只在初始化单元内，使启用信号和非初始化信号处在电压条件下，而不连接所述直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)中的启用信号；
所述直接连接传感器(30)或直接连接致动器(30′)的第一个在其输入上识别初始化单元的启用信号并接通终端电阻；
随后，在所述初始化单元与所述直接连接传感器(30)或直接连接致动器(30′)的所述第一个之间交换初始化数据，通过所述初始化单元将地址分配给所述直接连接传感器(30)或直接连接致动器(30′)，并将存储在其中的特定特征数据通知初始化单元；
所述初始化单元判定所述直接连接传感器(30)或直接连接致动器(30′)的所述第一个是否能够在所述现场总线上开始正常操作；
随后，当开始正常操作时，所述直接连接传感器(30)或直接连接致动器(30′)接通其传感器或致动器系统的电源，并通过启用信号与后续直接连接传感器(30)或直接连接致动器(30′)连接并启用非初始化信号，同时通过仍然处在初始电压电平上的所述非初始化信号识别至少一个直接连接传感器(30)或直接连接致动器(30′)的存在，以及当检测到终端电阻的存在时自动断开；以及
以这种方式分别相继初始化现场总线上的可选后续直接连接传感器(30)或直接连接致动器(30′)，以及随后完成初始化，其中存储与现场总线连接的直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30′)的识别次序；
其中初始化单元根据非初始化信号的改变识别所有直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30’)的初始化，并且初始化阶段结束，并通知最后的直接连接传感器(30)和/或直接连接致动器(30’)以改变启用信号的电压条件。
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