CN103048988A - 耦合装置和用于操控可替换的电系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于连接电系统（11，12，15）与上级控制装置（2）的耦合装置；具有功能模块（7），其被构造用于向电系统（11，12，15）提供电信号和/或用于从电系统（11，12，15）接收电信号；具有总线耦合器（4），其为按照内部通信协议与功能模块（7）的通信和为按照可预先给定的总线通信协议与上级控制装置（2）的通信被构造。根据本发明规定在总线耦合器（4）和功能模块（7）之间接入切换装置（5），其被构造用于影响在功能模块（7）和上级控制装置（2）之间的通信，使得可以可选地设定第一动态通信状态或第二通信状态，其中将连接到功能模块（7）上的电系统的特性的可预先给定的静态映像提供给总线耦合器（4）。

Description

耦合装置和用于操控可替换的电系统的方法
技术领域
本发明涉及用于连接电系统与上级控制装置的耦合装置；具有功能模块，该功能模块被构造用于向电系统提供电信号和/或用于从电系统接收电信号；具有总线耦合器，该总线耦合器为按照内部通信协议与功能模块的通信以及为按照可预先给定的总线通信协议与上级控制装置的通信而被构造。此外，本发明还涉及用于操控可替换的电系统的方法。
背景技术
用于将电系统如执行器、阀、传感器和其组合与上级控制装置、尤其是存储器可编程的控制器连接的耦合装置由现有技术是已知的，并且由申请人例如以“模块化电终端CPX”的名称销售。这种耦合装置用于将由上级控制装置按照总线通信协议提供的控制信号转换成用于所连接的系统的合适的电信号并且将信号从电系统传输给上级控制装置。该已知的耦合装置被设立为使得在关断的耦合装置情况下进行所希望的电系统的连接并且接着在用于耦合装置的接通过程期间自动地进行对所连接的电系统的特性的确定。所确定的特性于是经由属于该耦合装置的总线耦合器被传输给上级控制装置，其中所述总线耦合器为与上级控制装置的通信而被构造。这于是可以借助被提供的信息来进行与耦合装置的、与所连接的系统的特性、尤其是数量和类型相协调的通信。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种耦合装置，该耦合装置能够实现所连接的电系统的简化的替换。
该任务按照针对开始所述类型的耦合装置的第一发明方面利用权利要求1的特征被解决。
在此情况下规定，在总线耦合器和功能模块之间接入（eingeschleift）切换装置，该切换装置被构造为用于影响在功能模块和上级控制装置之间的通信，使得为了在功能模块和上级控制装置之间的通信可以可选地设定第一通信状态或者第二状态，其中在第一通信状态情况下对连接到功能模块上的电系统的特性进行动态检测以及将所确定的特性提供给总线耦合器，在第二通信状态情况下将连接到功能模块的电系统的特性的可预先给定的静态映像（Abbild）提供给总线耦合器。
可借助切换装置设定的第一通信状态相应于已知的耦合装置的通信方式并且在电系统的替换、添加或移除之前要求耦合装置的停机，由此该耦合装置短暂地是无功能的。此外，在电系统的替换、添加或移除之后必须进行耦合装置的重新起动。由此，连接到耦合装置上的电系统的可用性是受限制的。第一通信状态的优点其中可看出，在上级控制装置和耦合装置之间的通信精确地匹配于所连接的电系统的需求并且由此只要由上级控制装置、耦合装置和所连接的电系统构成的控制系统被保持就具有高效率。
只要所述电系统中的一个或多个较经常地被替换、添加或者移除，本发明的耦合装置能够实现至第二通信状态的转变。在第二通信状态中，与连接到耦合装置上的电系统的特性无关地始终给上级控制装置传送相同的特性。因此与更换、添加或者移除电系统无关地，可以始终基于在上级控制装置和耦合装置之间的总线通信的相同通信条件。由此在耦合装置的持续运行期间能够实现电系统的更换、添加或者移除。这例如在具有高自动化程度的加工线和/或安装线情况下具有优点，其中给工件载体分配一个或多个电系统，其可被电耦合到具有耦合装置的可预先给定的工作站，以便能够在该工作站处执行一个或多个工作步骤，并且接着从该耦合装置被移除并且与工件载体一起被输送给下游的工作站。
通过将耦合装置置于第二通信状态的可能性，在耦合装置和上级控制装置之间的通信始终是相同的，而与是否在确定的时间点将一个或多个电系统连接到该耦合装置上无关。在此情况下，虽然在上级控制装置和耦合装置之间的通信的效率与第一通信状态相比被减少。但是，通过取消对于电系统的每次更替对耦合装置的停机和重新起动实现了时间收益，其至少在较经常地更替一个或多个电系统情况下导致耦合装置的较高的可用性。
本发明的有利的改进方案在从属权利要求中被说明。
合乎目的的是，切换装置被构造用于在多个可预先给定的静态映像之间进行选择。这些映像是被提供给上级控制装置的可预先给定的特性组合。这些映像例如可以在电系统的类型方面进行区别，所述电系统例如可以被构造为尤其是用于处理传感器信号的输入模块、尤其是用于转交控制信号给执行器或阀的输出模块、或者尤其是用于操控执行器和阀并且用于处理传感器信号的输入/输出模块。此外可以规定，所述映像在上级控制装置和耦合装置之间要传输的数据的数据宽度方面相区别。例如可以规定，二或四或六或八位的数据宽度通过相应的映像预先给定。
切换装置优选可以手动地在第一和第二通信状态之间进行切换。因此已经可以在构建控制系统时进行所期望的通信状态的选择，其中所述控制系统包括至少一个具有这种切换装置的耦合装置。
代替地，可以规定，切换装置被构造用于通过包含在总线通信协议中的切换指令进行切换。由此，可以通过上级控制装置的相应控制信号来执行切换。
在本发明的一种改进方案中，切换装置包括用于设定连接到功能模块上的电系统的功能范围和/或用于设定用于在功能模块和上级控制装置之间的数据交换的数据宽度的设定装置。借助该设定装置可以单独地影响被提供给上级控制装置的映像。典范地可以规定，该设定装置能够实现如下选择：连接在功能模块上的电系统是被构造为输入模块、输出模块还是输入/输出模块。补充地或者代替地，可以规定，该设定装置优选地能够与功能选择的选择（der）无关地实现数据宽度的选择。
在本发明的另一扩展方案中，切换装置包括诊断装置，该诊断装置被构造用于对连接在功能模块上的电系统进行诊断并且该诊断装置被构造为可以在多个诊断功能之间切换。该诊断装置被构造用于扫描连接在功能模块的接口上的电系统并且允许这些电系统的至少一个基本诊断。所述诊断的结果例如可以在于识别出，在功能模块的一个或多个接口上没有连接电系统，或者具有被提供给上级控制装置的所选择的映像的所连接的电系统是不可操控的。与此相应地，上级控制装置可以对相应检测的诊断状态进行反应并且必要时要求映像的改变或者输出错误通知。
本发明的任务按照第二方面利用权利要求7的特征来解决。按照本发明设置用于借助上级控制装置操控可替换的电系统的方法，其中电系统被连接到按照权利要求1至6之一的耦合装置上并且其中该耦合装置在第一通信状态中确定所连接的电系统的特性并且将由所确定的特性确定的动态特性映像传输给控制装置，以便能够实现总线通信协议的高效利用并且其中耦合装置在第二通信状态中与实际上所连接的电系统无关地向控制装置传输可预先给定的静态特性映像，以便在控制装置和耦合装置的运行中能够进行电系统的替换。
在本方法的一种改进方案中规定，在第二通信状态中该静态特性映像通过设定电系统的功能范围和/或通过设定用于在功能模块和上级控制装置之间的数据交换的数据宽度来确定。
在该方法的一种扩展方案中规定，诊断装置在第二通信状态中对连接在功能模块上的电系统进行诊断并且将诊断通知与所设定的诊断范围有关地传输给总线耦合器。
附图说明
本发明的有利的实施方式在附图中示出。在此情况下：
图1 示出具有控制装置和用于操控多个被安置在工件载体上的电系统的耦合装置的控制系统的示意性示图。
具体实施方式
在唯一的图1中示出了控制系统1，该控制系统包括控制装置2和耦合装置3。控制装置2典范地是存储器可编程的控制器。该耦合装置3可以以其基本结构形式典范地以由申请人销售的模块化电终端“CPX”的类型来构造。
耦合装置3包括总线耦合器4、切换装置5、设定装置6和功能模块7。在总线耦合器4和切换装置5之间任选地可以编入多个未更详细示出的组件。
总线耦合器4用于将上级控制装置2的控制信号向切换装置5、设定装置6和功能模块7以及未示出的任选地设置的其他组件转发，并且在相反的方向上用于将这些组件的信号向上级控制装置2转交和转发。
在总线耦合器4和切换装置5以及紧接着顺序排列到切换装置5上的设定装置6和功能模块7之间构造内部的通信系统8，该通信系统能够实现在耦合装置3的这些和必要时其他组件之间的按照内部通信协议的双向通信。典范地该内部通信系统8被构造为多极连接、尤其是在Z交联（Verkettung）中，或者被构造为内部的总线系统。
为了在耦合装置3和上级控制装置2之间的通信，设置典范地被构造为现场总线系统的外部通信系统9，在该外部通信系统9上可以连接多个没有更详细示出的总线用户。外部通信系统9典范地能够实现在上级控制装置2和耦合装置3之间的双向数据传输。通过外部通信系统9的通信按照可预先给定的总线通信协议的预先规定来进行。
功能模块7典范地具有4个被构造为插座的接口10，其上可连接不同的电系统11、12、15。这些电系统例如可以是传感器操控装置11、15或电流体阀组12。
典范地在工件载体16处布置电系统11、12、15，该工件载体例如被设置在未更详细示出的安装线中用于固定并且输送示意性画入的工件17。工件载体16例如可以沿着输送路径在安装线中被输送给多个工作站，在所述工作站处工件17经受不同的加工过程并且给所述工作站分别分配耦合装置3。
为了不仅在工作站之间输送工件17期间、而且在工作站处加工工件时保证正确地定位工件17，典范地可以设置可气动运行的执行器18。该执行器18可以被设立为，使得其在无压力状态中夹紧工件17并且在施加压力时释放工件17。执行器18的压力施加通过典范地被构造为阀组12的电系统在存在相应的、由上级控制装置2和耦合装置3提供的操控信号的情况下来进行。对工件17的存在和工件17的正确的夹持状态的监控借助传感器操控装置11、15和分别分配的接近传感器25、26来进行。
为了现在在相应配置的工件载体16抵达包括耦合装置3的工作站时保证在电系统11、12和15和上级控制装置2之间的通信，首先在分配给工件载体16的插接连接器19和功能模块7之间建立电连接。由此可以向电系统11、12、15提供耦合装置3的电供给电压和控制信号。
下面出发点为：切换装置5通过对典范地被构造为可手动操作的机电或电子开关的开关20的相应设定被置于如下通信状态，该通信状态能够实现在无耦合装置3的停机和接着的重新起动的情况下连接并且稍后移除电系统11、12、15，并且被称为第二通信状态。
安置在工件载体16处的电系统12在阀组12的情况下是输出系统，其借助至少一个由耦合装置3提供的电信号被操控。被构造为传感器11、15的电系统是输入系统，其分别被构造用于向耦合装置3提供传感器信号并且其必要时被供应耦合装置3的供给电压。
借助典范地包括两个开关双组21至24的设定装置6，可以进行所连接的电系统11、12、15的相对于外部控制装置2要交换的特性静态映像的匹配。示例性地借助开关21和22确定连接在功能模块7上的电系统11、12、15的功能范围。因为在工件载体16情况下，典范地将输入和输出模块连接在功能模块7上，因此这样开关两个开关21和22，使得针对上级控制装置2的映像既具有输入模块又具有输出模块。
代替地，在开关21和22的其他开关位置时也可以预先给定，在功能模块7上仅仅连接输入模块或仅仅连接输出模块。此外，利用在其他开关位置中的开关21和22可以以所连接的电系统11、12、15的动态映像来预先给定耦合装置3的自动配置，该自动配置于是相应于第一通信状态。
利用开关23和24可以在第二通信状态中典范地设定用于映像的从功能模块7向电系统11、12、15以及从电系统11、12、15向功能模块7要传输的数据的数据宽度，该映像被提供给上级控制装置2。典范地，借助分别具有两个开关位置的开关23和24可以在2位步骤中设定从2位至8位的数据宽度。
典范地，为了在功能模块7和连接在其上的电系统11、12、15之间的通信，设置按照I/O链路标准的数据传输。
在切换装置5的假定设定情况下，耦合装置3被置于通信状态，该通信状态能够实现在无耦合装置3的停机和接着的重新起动的情况下连接并且稍后移除电系统11、12、15。为此，向上级控制装置2传送静态映像，其来自设定装置6的开关21至24的设定并且与实际上连接到功能模块7上的电系统11、12、15的特性无关。由此实现，在添加或移除电系统11、12、14时不需要在总线耦合器4和上级控制装置2之间的通信的匹配。更确切地说，对于上级控制装置2来说在耦合装置3处的状况呈现出不变地类似。
在本发明的一种改进方案中，切换装置5包括诊断功能，该诊断功能能够实现在不同诊断状态之间切换。典范地可以规定，在第一诊断状态中丝毫不进行从所连接的电系统向上级控制装置的反馈。在第二诊断状态中可以规定，当没有电系统11、12、15连接在功能模块7的接口10之一上时，切换装置5识别出，并且其（das）在这种情况下针对所涉及的接口10将错误通知输出给上级控制装置2。
此外，也可以规定错误通知的输出，只要连接在接口10之一上的电系统11、12、15具有相对于所设定的数据宽度大的数据宽度。在第三诊断状态中，功能模块7的各个接口10可以被去活，使得所述接口可以被上级控制装置2忽略。 

Claims (9)

1.用于连接电系统（11，12，15）与上级控制装置（2）的耦合装置；具有功能模块（7），该功能模块被构造用于向电系统（11，12，15）提供电信号和/或用于从电系统（11，12，15）接收电信号；具有总线耦合器（4），该总线耦合器为按照内部通信协议与功能模块（7）的通信以及为按照可预先给定的总线通信协议与上级控制装置（2）的通信而被构造，
其特征在于，在总线耦合器（4）和功能模块（7）之间接入切换装置（5），该切换装置被构造用于影响在功能模块（7）和上级控制装置（2）之间的通信，使得为了在功能模块（7）和上级控制装置（2）之间的通信可以可选地设定第一通信状态或者第二状态，其中在第一通信状态情况下对连接到功能模块（7）上的电系统的特性进行动态检测以及将所确定的特性提供给总线耦合器（4），在第二通信状态情况下将连接到功能模块（7）上的电系统的特性的可预先给定的静态映像提供给总线耦合器（4）。
2.根据权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，所述切换装置（5）被构造用于在多个可预先给定的静态映像之间进行选择。
3.根据权利要求1或2所述的耦合装置，其特征在于，所述切换装置（5）可以手动地在第一和第二通信状态之间进行切换。
4.根据权利要求1或2所述的耦合装置，其特征在于，所述切换装置（5）被构造用于通过包含在总线通信协议中的切换指令来进行切换。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的耦合装置，其特征在于，所述切换装置（5）包括用于设定连接到功能模块（7）上的电系统（11，12，15）的功能范围和/或用于设定用于在功能模块（7）和上级控制装置（2）之间的数据交换的数据宽度的设定装置（6）。
6.根据上述权利要求之一所述的耦合装置，其特征在于，所述切换装置（5）包括诊断装置，该诊断装置被构造用于对连接在功能模块（7）上的电系统（11，12，15）进行诊断并且该诊断装置被构造为可以在多个诊断功能之间切换。
7.用于借助上级控制装置（2）操控可替换的电系统的方法，其中功能模块（7）连接到按照上述权利要求之一的耦合装置（3）上，其特征在于，该耦合装置（3）在第一通信状态中确定所连接的电系统（11，12，15）的特性并且将由所确定的特性确定的动态特性映像传输给控制装置（2），以便能够实现总线通信协议的高效利用，并且耦合装置（3）在第二通信状态中与实际上所连接的电系统（11，12，15）无关地向控制装置（2）传输可预先给定的静态特性映像，以便在控制装置（2）和耦合装置（3）的运行中能够进行电系统（11，12，15）的替换。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在第二通信状态中该静态特性映像通过设定电系统（11，12，15）的功能范围和/或通过设定用于在功能模块（7）和上级控制装置（2）之间的数据交换的数据宽度来确定。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，诊断装置在第二通信状态中对连接在功能模块（7）上的电系统（11，12，15）进行诊断并且将诊断通知与所设定的诊断范围有关地传输给总线耦合器（4）。
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