CN102959482A - 连接现场设备与叠加的控制设备的通讯系统 - Google Patents

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Abstract

为了可以实现较短的通讯周期，本发明提供一种通讯系统（20），该系统可将现场设备（150-156、160-162）与叠加的控制设备（20）相连。为此设置一个连接设备（40），其可以通过传输媒介（30）与叠加的控制设备（20）相连。连接设备（40）具有至少一个第一端口（130-136）和至少一个第二端口（140-142），分别有现场设备与这些端口相连。连接设备（40）具有至少一个功能设备（50-110），其可以在至少一个第一端口（136）和至少一个第二端口（142）转换。功能设备（80）形成为，根据到达第一端口（136）的输入数据生成为第二端口（142）所确定的输出数据。

Description

连接现场设备与叠加的控制设备的通讯系统
技术领域
本发明涉及一种用于连接现场设备，特别是传感器和激励器与叠加的控制设备的通讯系统。此外本发明还涉及一种适用于这类通讯系统的连接设备。
背景技术
为了以有效且廉价的方式将自动化系统内的现场设备与叠加的控制设备例如SPS（可编程存储控制器）相连接，很久以来使用名为IO-Link-通讯系统的标准化的连接系统。IO-Link-通讯系统为标准化的点对点连接系统。主要是传感器、激励器或者它们的组合的IO-Link-设备通过单独的点对点连接与IO-Link-母机相连，该母机又与SPS相连。每一个IO-Link-设备与IO-Link-母机的IO-Link-端口相连。根据不同的配置，IO-Link-端口的功能为数字输入端或者数字输出端。此外IO-Link-端口可以这样进行配置，其建立了与相连的IO-Link-设备的周期性通讯。IO-Link-母机的任务在于，在端口处收集从连接上的IO-Link-设备获得的输入过程数据并且将该数据通过叠加的现场总线传送到SPS。SPS拥有专门的功能设备，该设备将输入过程数据转换成输出过程数据。接下来该输出过程数据由SPS发送到IO-Link-母机。IO-Link-母机将收到的输出过程数据分配到相应的IO-Link-端口，然后IO-Link-端口将输出过程数据发送到相应的IO-Link-设备。然而对于某些应用情况该通讯周期持续过长，这样IO-Link-输入过程数据必须更快地转换成IO-Link-输出过程数据。
发明内容
由此本发明的目的在于，提供一种用于将现场设备与叠加的控制设备相连的通讯系统和连接设备，用来实现输入过程数据更快地转换成输出过程数据。
本发明的核心思想是寻求一种连接设备，其可以通过传输介质与叠加的控制设备相连接。可以将若干个现场设备连接到连接设备。连接设备具有若干个功能设备，其将从至少一个现场设备接收到的输入数据转换成输出数据。接下来连接设备将输出数据传送到目标现场设备。因为现在这些处理步骤不再在叠加的控制设备中而是在连接设备本身中进行，因此可以实现用于交换过程数据的通讯周期更短。
另一个核心思想是寻求，连接设备为修改后的IO-Link-母机并且现场设备是IO-Link-设备。
上述技术问题通过权利要求1的特征得以解决。
相应地设置一个将现场设备与叠加的控制设备相连的通讯系统。该通讯系统具有连接设备，该连接设备可通过传输媒介与叠加的控制设备相连。连接设备具有至少一个第一端口，把产生输入数据的现场设备接到该第一端口，还至少具有一个第二端口，把接收输出数据的现场设备接到该第二端口。由此实现较短的通讯周期并且减轻叠加的控制设备的负担，连接设备具有至少一个功能设备，其可以在至少一个第一端口和至少一个第二端口之间转换。功能设备形成为，根据到达第一端口的输入数据产生为第二端口所确定的输出数据。
在此需要说明的是，传输媒介可以是叠加的现场总线，例如根据以太网标准的现场总线。输入数据的意思是，由现场设备产生并且传输到连接设备的数据，即输入数据是用于连接设备的。相应地，输出数据是由连接设备传送到现场设备的数据，由此输出数据是表示连接设备的。
根据本发明的具有优势的实施方式，通讯系统形成为修改后的IO-Link-通讯系统，其中现场设备是IO-Link-设备，特别是传感器和激励器。这种情况下，连接设备根据IO-Link-协议通过点对点的连接与各个IO-Link-设备进行通讯。这种实施方式中的连接设备可以看成修改后的IO-Link-母机。
为了扩展通讯系统的使用范围并且提升其灵活度，连接设备具有若干个不同的功能设备和可编程的开关设备。开关设备这样形成，其可以在至少一个第一端口和至少一个第二端口之间转换至少一个功能设备。
在此需要说明的是，功能设备可以实现不同的逻辑或者算术功能。此外可以考虑，将功能设备实现为调节器、滤波器、开启延迟器或者关闭延迟器。根据所需应用可以实现，串联若干个功能设备，由此到达端口的输入数据在传送到现场设备中之前，可以经过多级处理过程。以这种方式可以通过有目的地使多个功能设备联接实现所需的总的功能。
根据具有优势的扩展方案，输入数据和输出数据含有过程数据，过程数据的传递可以循环地进行。输入数据和输出数据优选以电报的形式发送，该电报还可以包含对应的第一端口和第二端口的端口号和电报或者过程数据的长度。长度可以以比特或者字节形式给出。
上述技术问题同样通过权利要求6的特征解决。
然后设计一个连接设备，其适用于将现场设备与叠加的控制设备相连。该连接设备具有至少一个第一端口（产生输入数据的现场设备可以与其相连）和至少一个第二端口（接收输出数据的现场设备可以与其相连）。此外设计至少一个功能设备，其可以在至少一个第一端口和至少一个第二端口之间转换。功能设备形成为，根据到达第一端口的输入数据生成为第二端口所确定的输出数据。
附图说明
下面根据一个实施例以及附图进一步阐述本发明。
具体实施方式
该图示出了通讯系统10，其例如以自动化装置的形式给出。通讯系统10具有上级控制设备20，该控制设备与传输媒介30，例如一个现场总线相连接。此外还有连接设备40与现场总线30相连，该连接设备根据所选实施例可以称为IO-Link-连接设备或者修改后的IO-Link-母机。为了简单地作出图示，只示出了一个连接设备40。连接设备40能够具有标准化IO-Link-母机的所有功能。然而为了能够使过程数据在通讯系统10中以较短的通讯周期传输，由此修改后的IO-Link-母机具有多个不同的功能设备50、60、70、80、90、100、110。例如功能设备50实现为或门，功能设备60实现为与门，功能设备70实现为反相器，功能设备80实现为调节器，功能设备90实现为滤波器，功能设备100实现为开启延迟器且功能设备110实现为关闭延迟器。此外连接设备40具有若干个配置为输入端口的端口130至136和若干个配置为输出端口的端口140至142。在本例中每一个输入端口都通过独立的点对点连接与一个传感器相连。因此在输入端口130连有传感器150，在输入端口131连有传感器151，在输入端口132连有传感器152，在输入端口133连有传感器153，在输入端口134连有传感器154，在输入端口135连有传感器155且在输入端口136连有传感器156。在本例中以类似的方式，在输出端口140连有激励器160，，在输出端口141连有激励器161且在输出端口142连有激励器162。由传感器150至156提供的、应当传递至连接设备40的数据称作输入数据，而由连接设备40经各个输出端口传递至激励器160至162的数据称作输出数据。在此需要说明的是，输入数据含有输入过程数据且输出数据含有输出过程数据用来调控激励器。
根据所示出的实施例，输出设备40和与其连接的传感器和激励器形成一个连接系统，该系统也可以称为IO-Link-通讯系统。传感器和激励器实现为IO-Link-设备。
此外连接设备40含有一个示例性示出的可编程的开关设备或者控制设备120。开关设备120的任务是，取决于前述的系统实现方式，通过一个或多个功能设备来引导到达至少一个输入端口130至136的输入数据，以获得所需输出数据。然后将输出数据输送到输出端口，该输出端口与目标激励器相连。在连接设备40的示例性实现方式中，输入端口130、131和132与功能设备50相连。换句话说，从传感器150、151和152出来的输入过程数据以或功能的方式结合于功能设备50。优选地将输入过程数据以电报形式在可限定的通讯周期中传输到连接设备40。除了上面提到的输入过程数据以外，电报中含有的输入数据还可以含有对应的输入端口的端口号、比特偏移和电报长度以及以比特或者字节为单位的过程数据的数量。由此在由传感器150提供的电报中传输输入端口130的端口号，在由传感器151提供的电报中传输输入端口131的端口号并且在由传感器152提供的电报中传输输入端口132的端口号。输入端口130或者另外的适宜的设备读取在电报中接收到的输入过程数据并且将该数据传递到功能设备50的输入端口。此外输入端口130或者另外的适宜的设备可以为此对接收到的电报中含有的输入端口130的端口号进行检验，看接收到的输入过程信号是否确实来自正确的出处，即传感器150。由传感器151和152输出的电报以同样方式进行处理。
在输出端一侧，功能设备50和输出端口140相连。因此由功能设备50产生的输出过程数据被输送到输出端口140并且在通讯周期内从这里传输到激励器160。优选地，输出过程数据在电报中以可限定的通讯周期传输到激励器160。除了上面提到的输出过程数据，在电报中含有的输出数据还含有输出端口140的端口号、比特偏移和电报长度以及以比特或者字节为单位的过程数据的数量。激励器160可以为此对电报中含有的输出端口140的端口号进行检验，看接收到的输出过程信号是否确实对应激励器160。
功能设备50或者另一个设备产生输出电报，功能设备50的输出过程数据、输出端口140的端口号和比特偏移以及电报长度写入该电报。然后输出电报通过端口140传输到激励器160，该激励器根据相应的输出过程数据实施所需处理。
此外，示例性的连接设备示出，输入端口133、134和135通过开关设备120与功能设备60相连，传感器153、154和155的输入数据以与门连接进行处理。所示例子中，功能设备60和70串联。因此功能设备60的输出数据被传送至功能设备70，该功能设备70将从功能设备60接收到的数据进行取反操作。开关设备120负责，将到达输入端口133、134和135的输入数据进行两步式处理，即，首先在功能设备60中接着在功能设备70中进行处理。功能设备70通过开关设备120与输出端口141相连。由此保证了，输出过程数据通过输出端口141从功能设备70传输到目标激励器161中。
根据示例性的实施方式，开关设备120还负责，从传感器156到达输入端口136的输入数据经过调节器80并且作为对应的输出数据通过输出端口142传输到激励器162。其余的功能设备90至110可以以类似的方式通过开关设备120在对应的输入端口和输出端口间转换。
在此需要说明的是，可以在所示的示例性的功能设备50至110以外加入另外的功能设备。根据开关设备120的配置，可以将一个或者若干个功能设备相联接并且其可以在所选的输入端口和输出端口间转换，以便根据预先给定的总的功能将收到的输入过程数据转换成输出过程数据。
鉴于输入端口和输出端口的连接以及相应的功能设备的转换，连接设备40的配置可以通过叠加的控制设备20或者一个另外的外部设备实现。配置参数，例如每个输入和输出端口的端口号和用于转换的功能设备的认证可以以连接设备40中的查阅表格的形式储存。开关设备120可以取用查阅表格，以便产生相应的连接。
由于本发明，实现了将输出过程数据快速地传递到目标激励器。这是因为由传感器提供的输入过程数据不再必须经过连接设备40传输到叠加的控制设备20，并且在该处转化成输出过程数据。相反地，输入过程数据直接在连接设备40自身中进行处理然后作为输出过程信号循环地传递到目标激励器。
然而叠加的控制设备20可以一直监视和观察输入过程数据和输出过程数据。此外叠加的控制设备可以以传统方式与现场设备非循环地通讯，该通讯例如在诊断和故障情况下是必须的。

Claims (7)

1.一种将现场设备（150-156、160-162）与叠加的控制设备（20）相连的通讯系统（20），所述系统具有一个连接设备（40），所述连接设备通过传输媒介（30）与所述叠加的控制设备（20）相连，其中所述连接设备（40）具有：至少一个第一端口（130-136），生成输入数据的现场设备（150-156）与所述第一端口相连；和至少一个第二端口（140-142），接收输出数据的现场设备（160-162）与所述第二端口相连，其特征在于，所述连接设备（40）具有至少一个功能设备（50-110），所述功能设备能够在所述至少一个第一端口（136）和至少一个第二端口（142）之间转换，其中所述功能设备（80）形成为，根据到达所述第一端口（136）的输入数据生成为第二端口（142）所确定的输出数据。
2.根据权利要求1所述的通讯系统，其特征在于，所述现场设备是IO-Link-设备，特别是传感器或激励器，并且所述连接设备（40）根据IO-Link-协议通过点对点连接与对应的IO-Link-设备进行通讯。
3.根据前述权利要求的任意一项所述的通讯系统，其特征在于，所述连接设备（40）具有若干个不同的功能设备（50-110）和一个可编程的开关设备（120），其中所述开关设备（120）形成为，所述开关设备（120）可在所述至少一个第一端口（133-135）和至少一个第二端口（141）之间转换所述功能设备（60-70）。
4.根据前述权利要求的任意一项所述的通讯系统，其特征在于，所述输入和输出数据含有过程数据，所述过程数据的传输循环进行。
5.根据前述权利要求的任意一项所述的通讯系统，其特征在于，所述到达第一端口（130-136）的输入数据含有各个第一端口的端口号并且所述从第二端（140-142）输出的输出数据含有各个第二端口的端口号。
6.一种连接设备（40），特别是用于将现场设备（150-156、160-162）与叠加的控制设备（20）相连的通讯系统（20），其中所述连接设备（40）通过传输媒介（30）与叠加的控制设备（20）相连并且具有至少一个第一端（130-136）和至少一个第二端口（140-142），生成输入数据的现场设备（150-156）与所述第一端口相连，接收输出数据的现场设备（160-162）与所述第二端口相连，其特征在于至少一个功能设备（50-110），所述功能设备能够在所述至少一个第一端口（136）和至少一个第二端（142）之间转换，其中所述功能设备（80）形成为，根据到达第一端（136）的所述输入数据生成为第二端（142）所确定的输出数据。
7.根据权利要求6所述的连接设备（40），其特征在于多个不同的功能设备（50-110）以及一个可编程的开关设备（120），其中所述开关设备（120）形成为，所述开关设备可在所述至少一个第一端（133-135）和至少一个第二端（141）之间转换所述功能设备（60-70）。
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