CN103823427A - 总线系统及其运行方法、包括总线系统的装置和射流系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了总线系统及其运行方法、包括总线系统的装置和射流系统。所述总线系统包括多个用户，所述用户是至少一个过程值的生产者和/或消费者。所述总线系统的一组用户的各用户向所述总线系统的用户传输与该组自身的相应用户的至少一个分配属性有关的信息。所述分配属性通过由相应用户生产和/或消费的至少一个过程值来确定。

Description

总线系统及其运行方法、包括总线系统的装置和射流系统

技术领域

本发明涉及一种包括总线系统的装置，该总线系统具有多个用户，所述用户是至少一个过程值的生产者和/或消费者。此外，本发明还涉及一种具有这种装置的射流系统、具有多个用户的总线系统以及用于运行这种总线系统的方法。

背景技术

方法技术系统（特别是射流系统）包括多个部件，其生成过程值，例如测量值或参数，并且因此被称为相应过程值的生产者部件。此外，过程值由系统的部件进行处理，或者借助过程值对相应的部件进行调整或控制。这种处理过程值的部件被称为过程值的消费者。为了交换过程值，这种系统的部件反复通过总线系统相互连接。这些部件因此同样是该总线系统的用户。

在一种方法技术系统中，过程值的消费者和生产者相互匹配地进行分配。特别是一个过程值的每个消费者都应该被设置为从生产者接收其所需要的过程值，为相应的生产者分配所述过程值并且按照其需求进行消费。反复借助系统的主单元进行过程值在消费者和生产者之间的分配。这种主单元负责处理与由系统的单个部件生产和消费的过程值有关的必需信息。基于这种信息，可以进行相应的分配。但是这种系统架构缺少灵活性，因为在交换部件或系统发生改变时所述主单元必须重新进行配置的成本很高。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种改良的装置，其包括具有多个用户的总线系统，所述用户是过程值的生产者和/或消费者。本发明的另一目的在于提供一种改良的射流系统，该射流系统包括这样一种装置。此外本发明的目的还在于提供一种改良的总线系统以及一种用于运行这种总线系统的改良的方法。

用于解决问题的方案

根据本发明的一个方面，提供一种装置，该装置包括具有多个用户的总线系统。所述用户可以是至少一个过程值的生产者和/或消费者。该装置是一个方法技术系统或者方法技术设施并且特别是一种射流系统。所述过程值可以是这种系统内部的测量值和/或参数。当该装置是射流系统时，总线系统的用户，特别是所有用户可以是射流部件。但是并不必需所有的用户都是射流部件。该总线系统的一组用户中的各用户可以向所述总线系统的用户传输与至少一个分配属性有关的信息。该分配属性涉及该组自身的各个用户，并且由该组自身的相应用户进行传输。该分配属性可以通过由相应的用户生产和/或消费的至少一个过程值来确定。

有利地，所述过程值可以配备有分类，其中在这种情况下所述分配属性除了所述过程值之外还可以通过所述过程值的分类和/或通过所述过程值的类型来确定。

过程值的分类例如可以根据生产或消费所涉及的过程值的用户的类型和/或种类来确定。此外，该过程值的分类可以根据位置和/或根据设施内部相关用户的设置，特别是射流系统内部和/或系统总线内部的设置来确定。此外，过程值的分类可以根据用户的功能性来确定。分类的示例为：过程值的类型：压力；设施内部的用户的设置：3号过程链；用户的功能性：压力传感器。

根据另一实施方式，总线系统可以是现场总线系统。其特别可以是串行异步工作的总线系统，例如基于CAN（控制器局域网）的现场总线系统。CANopen或与CANopen兼容的协议可以用作通信协议。

根据现有技术，在CANopen网络中总是具有一台NMT主机（NMT=Network Management，即网络管理），而其余用户是NMT从机。NMT主机针对从用户进行完整控制并且可以改变其状态。例如所述NMT主机可以将从用户设置为CANopen标准下所定义的状态“初始化”、“预操作”、“操作”和“停机”其中之一或者改变从用户的状态。在状态“预操作”中，从用户可以根据CANopen标准仅通过SDO消息（SDO=Service Data Object，即服务数据对象）进行通信。在状态“停机”中，用户仅通过NMT消息和Heartbeat消息进行通信。其既不能发送PDO消息（PDO=Process Data Objects，即过程数据对象）也不能发送紧急消息。

但是根据一种实施方式，总线系统的所有用户都配备有等价的网络功能性。因此，换言之，所有用户都具有例如NMT主机的功能性，例如将其自身或其它用户设置为另一运行状态。此外，总线系统的用户还可以例如不受关于所发送来的消息的类型的限制。为了发送相应的消息，所述用户例如可以自主改变其状态。与总线系统的用户根据其网络功能性可被视为主单元的情况同样地，也可以以类似的方式将所有用户视为从单元。不区分主单元和从单元，因为总线系统的用户可以配备有等价的网络功能性。

根据一种实施方式，对总线系统的用户组的第一用户进行设置，以向总线系统的其它用户发送供货电报和/或询问电报。总线系统的第二用户可以被配置为响应于第一用户的询问电报至少向第一用户发送供货电报。

在本发明的上下文中，“供货电报”和“询问电报”各自理解为在总线系统内部通信的消息。如果总线系统根据CAN标准工作并且使用CANopen作为通信协议，则根据本发明的该实施方式，供货电报或询问电报可以是与CAN标准兼容的电报或框架。

供货电报可以包括与由总线系统的用户生产的过程值有关的信息。相反地，询问电报包括与待由总线系统的用户消费的过程值有关的消息。如果总线系统的用户是过程值的生产者，则该用户特别可以适于发送供货电报。相反地，如果总线系统的用户是过程值的消费者，则该用户特别可以适于发送询问电报。用户例如可以是过程值的消费者同时也可以是生产者。因此可以进行设置，以发送或接收供货电报以及询问电报这两者。特别地，对总线系统的用户、例如总线系统的所有用户进行设置以接收供货电报。

因此，根据本发明的一个方面，在总线系统内部，可以在总线系统的用户之间进行直接通信，而无需为此设置主单元。通过总线系统的用户接收到供货电报，过程值的消费者直接识别其所需的过程值的生产者，并且随后将其分配给相关的过程值，所述消费者可以找到该过程值的匹配的生产者，而无需通过主单元进行交互或配置。通过服务数据对象（SDO）手动匹配用户的可能性由此保持不受影响。该装置的这种自主自身配置的可能性无论是在用户的交换方面还是在其替换方面都简化了该装置的安装并且使得其重建更加简单。

根据另一实施方式，总线系统的组的用户可以各自至少是至少一个过程值的生产者。此外，对该组的用户进行设置以各自向总线系统的其余用户发送供货电报，所述供货电报包括与各用户生产的过程值和该过程值的分类有关的信息。因此，可以对总线系统的至少另一用户（该用户至少是至少一个过程值的消费者）进行设置，以接收该组用户的供货电报并且各自针对所提供的过程值的分类进行分析。这种分析可以在所述另一用户中进行，例如其方法在于，该用户将所提供的过程值的分类和与其消费的过程值的分类有关的自身的需求配置文件进行比较。总线系统的所述另一用户可以是从该组的用户中选出成功进行上述比较的那些用户。所述另一用户可以向用户的这个子组发送特定的询问电报。在该特定的询问电报中，可以包括与所提供的至少一个过程值的类型有关的询问。该类型例如可以是所述过程值的单位、数据类型和/或精度。

通过比较所提供的过程值的分配属性和需求配置文件，所述另一用户可以关于相应过程值的生产者进行预选。执行这种预选，其中仅在成功比较的情况下向该过程值的相应生产者发送特定的询问电报，其中该询问电报可以是标准CANopen电报。所述预选减少了在总线系统内部发送的消息的数量，从而可以减轻网络负荷。

根据另一实施方式，可以对子组的用户进行设置以针对所述另一用户的该特定的询问电报向其余用户发送同样特定的供货电报。该电报可以包括与该子组的各自用户生产的过程值的类型有关的信息。接收到该特定的供货电报的所述另一用户现在可以再次被设置成对与由该子组的各自用户生产的过程值的类型有关的信息进行分析并且为该组的作为生产者的用户之一固定分配相关的过程值。在根据本发明各方面的这种装置中，过程值的消费者可以自动查找匹配的生产者本身，还考虑与该过程值的类型有关的信息。

还可以对所述另一用户进行设置以监控所述过程值的一个或多个生产者。如果总线系统基于CANopen通信协议，则这种监控可以借助由所述生产者自动生成的Heartbeat消息来进行。

此外还对该装置进行设置，使得作为过程值消费者的用户为相应的过程值不但分配唯一的生产者，而且还分配多个冗余工作的生产者。因此可以从关于该过程值的多个生产者中选出消费者。这种冗余提高了该装置的可靠性，因为假如迄今针对相关的过程值所使用的生产者失效，则该消费用户自动选出可代换的生产者。在上下文中，所有生产者都可以由所述消费者进行监控。

根据本发明的另一方面提供了一种射流系统，该射流系统包括根据本发明各方面的装置。该装置的总线系统的至少一个用户可以是射流部件。特别是多数用户可以是射流部件。射流部件例如是射流控制单元和调节单元、阀门、滑阀、流量限制器、以及用于测量诸如温度、压力、流量等物理量的传感器单元。根据一种实施例，作为过程值的生产者和/或消费者的总线系统的所有用户可以是射流部件。

根据本发明的另一方面，提供了一种具有多个用户的总线系统，其中所述总线系统的一组用户的各用户向该总线系统的用户传输与该组自身的相应用户的至少一个分配属性有关的信息。所述总线系统的组的这些用户可以是过程值的生产者和/或消费者。该总线系统的用户的网络功能性可以是等价的。特别地，该总线系统包括不具有主机功能性的用户。

根据本发明的另一方面提供了一种用于运行具有多个用户的总线系统的方法。该总线系统的用户的一组用户向该总线系统的其它用户传输与其分配属性有关的信息。在此所述信息由该组用户自身进行传输。

相同或相似的优点，像其已经在关于根据本发明各方面的装置中提到的一样，也以相同或相似的方式适用于所述射流系统、总线系统和用于运行总线系统的方法，并且因此不再赘述。

附图说明

本发明其它具有优点的方面由优选实施例的下列描述参考附图得出。其中：

图1示出根据一种实施例的包括一个总线系统的射流系统的示意图，

图2至5示出根据一种实施例示出用于运行一个总线系统的方法的流程图的片段，以及

图6示出根据两个实施例的询问电报和供货电报的示意图。

具体实施方式

图1示出根据一种实施例的装置1的图解并简化的示意图，该装置例如可以是射流系统。装置1包括根据一种实施例的总线系统2。总线系统2包括以“单元1”至“单元n”表示的多个用户4。用户4的数量仅由总线系统2的通信协议进行限制。总线系统2可以是串行异步工作的总线系统，特别是现场总线系统。尤其地，总线系统2可以是根据CAN标准进行工作的CAN总线系统（CAN=Controller Area Network，即控制器局域网）。作为通信协议，例如可以使用CANopen或与CANopen兼容的足以达到由CiA（CiA=CAN inAutomation）确定的标准的通信协议。

与数据导线6相互连接的用户4特别可以是射流系统的射流部件。像在基于CAN的总线系统中常见的一样，可以使用双芯或四芯铜导线作为数据导线6。射流部件可以是诸如阀门、传感器、测量设备、调节设备、致动器、调节器等。同样用户4可以是显示装置、控制单元或者用于编程或监控射流系统的网关。

总线系统2的用户4既可以单向也可以双向相互通信。如图1中相应的箭头所示，其既可以传输服务数据也可以传输过程数据。如果其是基于CANopen的总线系统2，则传输SDO电报（SDO=Service Data Object，即服务数据对象）中的服务数据和PDO电报（PDO=Process Data Object，即过程数据对象）中的过程数据。这种通信并不局限于总线系统2本身。用户4同样可以以相同的方式和方法与设置在外部的第一控制器8（控制器1）进行通信。特别地，DCF配置数据（DCF=Device Configuration File，即设备配置文件）可以由存储器11通过控制计算机9和第一控制器8来传输至总线系统2的一个或多个用户4以配置用户4。DCF配置数据用于向用户4传输设备调节值。

可以授予用户4超出其对应于CAN或CANopen标准的功能性的另一功能性。为此用户4可以借助于另一控制计算机12和另一控制器10（控制器2）进行设置。但是控制计算机12和另一控制器10仅用于用户4的这种相应设置。超出CAN或CANopen标准的所述另一功能性涉及用户4自身并且由其自身使用，而无需从外部干预总线系统2。

该另一功能性特别涉及总线系统2的用户4的独立、自主和自动在过程值的生产者和过程值的消费者之间创建配属关系的能力。

图2示出了流程示意图的一部分，该部分描绘了根据实施例在装置2内部的至少一个过程值的生产者和消费者之间进行伙伴配属的方法。用户4开始20所述伙伴配属或伙伴分配（在附图中简称为PZ），其方法在于该用户首先询问21其所需的过程值（在附图中用PW作为过程值的缩写）。随后进行询问22，其中用户4检查是否存在用于该过程值的入口。如果符合这种情况，则用户4下一步检查23是否针对由用户4消费的相应过程值存在所述生产者，即生产的用户4的描述（在附图中用PB作为生产者描述的缩写）。如果不符合这种情况，则该过程值表示为不可用。如果用户4在重新检查22时没有过程值可用，则用户4进入预选30的状态，其中针对所述过程值用户4只要存在就可能询问生产者描述。相反地，如果在步骤23中存在所述生产者的描述，则该描述被接收24为固定的。换言之，所述过程值的生产者存在的描述在用户4中保存为持续的生产者描述。这可以通过对象描述（Object Dictionary）的索引中的相应条目得以完成。过程值的周期性询问借助所述生产者的描述进行相应的重建25，相应的过程值被标记26为从属于所述生产者并且现在开始由这个生产者进行询问。这种分配可以借助生产者描述对象（ProducerDescription Object）中的相应条目得以完成。在图2的步骤25中这种重建和分配被称为“重建PDO分配”。

同时，消费用户4可以监控生产用户4。例如消费用户4可以监控所述生产者的Heartbeat信号或Heartbeat电报。所述消费用户4将生产用户4确定为特定过程值的生产者。在生产用户4失效的情况下，所述消费用户4重新进行询问以找到可替换的生产者。

如果用户4进入预选30的状态，则该用户首先向31提供由其自身生产的过程值。流程图的这一部分在图3中示出。用户4首先检查32其对象描述的索引（所述对象描述的索引或者对象索引在附图中也被缩写为OV）。在该索引中可以针对每个过程值存在相应的对象。如果在检查32该索引时找到用户4生产的过程值，则用户4向总线系统2的其余用户4发送33供货电报。在该供货电报中除了关于所述过程值自身的信息以外还存在关于该过程值的分类的信息。借助用户4的种类或类型进行该过程值的分类可以借助其位置和/或其在装置1或设施内部和/或总线系统2内部的设置和/或借助其功能性来实施。这种分类的示例是，用户的类型：压力测量设备；装置内部的位置：7号过程分支；功能性：测量设备。

用户4可以针对其生产的所有索引过程值发送相应的供货电报。换言之，一直重复步骤32和33直到在对象描述中不再存在其它过程值，其中针对这些其它过程值无需再发送供货电报。

接着，用户4寻找34过程值，其中不再为该过程值固定分配其它用户4。为实现这一目的，再次实施对象描述的索引的检查35。如果用户4只是过程值的生产者且自身无法消费该过程值，则该索引不具有分配了所消费的过程值的其它对象。用户4结束37所述预选。相反地，如果用户4是至少一个过程值的消费者，则在对象描述的索引中找到该用户，并且用户4向总线系统2的其余用户4发送36询问电报。如上关于所述供货电报所述，询问电报也可以包括与由用户4消费的过程值的分类有关的信息。这种分类可以类似于关于所述供货电报提到的分类进行设置。

过程值的生产者和消费者之间的配属现在例如借助第一用户和第二用户4进行描述。所述用户4基本上可以是装置1的任意用户4，所述用户具有相应的功能性。

由第一用户4发送的供货电报和询问电报至少由总线系统2的第二用户4接收。该第二用户4可以包括多个供货电报和询问电报。

图4示出流程图的另一部分，其中总线系统2内部的第二用户4在步骤40中首先接收供货电报或询问电报。供货电报和询问电报特别在附图中也被称为伙伴分配消息，缩写为PZ消息。已接收的供货电报或询问电报进行分类的检查41。如果这种比较41消极失效，即所接收到的供货电报或询问电报的分类与已接收到的用户4的需求配置文件不对应，则结束42用于该用户4的伙伴配属。在成功进行比较的情况下，针对发送者的组从属关系，检查43供货报告或询问报告。所述组从属关系例如可以通过在特定链内部或设施、特别是射流系统的特定部分内部设置发送方用户4来确定。所述组从属关系也可以理解为所涉及的过程值的分类的一部分。如果这种比较不成功，则再次结束所述伙伴配属。在成功进行比较的情况下，第二用户4检查44已接收到的电报是供货电报还是询问电报。第二用户4针对询问电报进行应答，其方法在于该用户至少向询问电报的发出者发送45供货电报。发送45该供货电报之后，针对第二用户，结束42用于伙伴配属的方法。相反地，如果已接收到的电报是供货电报，则在预选列表中存储46发送方用户的地址或网络地址和描述，例如所述供货电报中所包含的过程值的类型。

随后可以验证47所述过程值的生产者。为了实现这个目的，可以检查能够描述该过程值的过程值的参数。在这种验证的框架下可以处理48预选列表。在处理48该列表期间用户4可以检查是否在该列表中存在49尚未被验证的过程值。如果该预选列表不包括条目，则结束42该方法。只要该预选列表不是空的，第二用户4在步骤50中需要询问与所述过程值的生产者的一个特定询问电报中的过程值有关的其它详细信息。为了实现该目的，用户4向存储在该预选列表中的用户4发送特定的询问电报。在这些询问电报中可以包括与已提供的过程值的类型的询问。特定的供货电报和询问电报的通信可以基于CANopen进行。换言之，因此特定的供货电报和询问电报可以是为实现该目的而使用的对应于CANopen标准的电报。过程值的类型可以是其单位、其数据类型和/或其精度。被询问的用户4可以以特定的供货电报进行答复，在所述特定的供货电报中存在相应的信息。该参数在第二用户一侧被进行检查51。只要该参数不对应于第二用户的内部需求配置文件，则继续处理48具有下一过程值的预选列表。相反地，如果该过程值的参数与第二用户4的内部需求配置文件一致，则只要所述列表被完全处理，则其相应被进行标记52。因此，在所述预选的框架内，首先提供的相应过程值的生产者的列表清理所述提供的过程值的参数与消费方用户4的需求配置文件不一致的条目及用户4。

例如如果第一用户4是对应于第二用户4的需求配置文件提供过程值的生产者，则确定作为该过程值的生产者的第一用户4和作为该过程值的消费者的第二用户4之间的持续连接。这种分配特别可以发生在作为该过程值的消费者的第二用户4上并且在内部进行存储。

在通过相应过程值的消费者完成过程值的生产者的分配53之后，用户4响应于在图5中示出的流程图部分进行处理。第二用户4询问54第一用户4，即生产者的明确的识别。例如可以询问其硬件地址或序列号。该参数被持续存储为55从属于相应的过程值，并且例如在初始化装置1时用于该过程值消费者和生产者之间的再连接。最后重建所述过程值的周期性询问56。这种重建通过相应设置过程数据对象（PDO）得以完成。为了实现该目的，映射信息由该过程值的生产者4询问57并且存储58在该过程值的相应过程数据对象中。该方法结束时所述消费者为其所需的过程值各自固定分配生产者。该消费者可以监控其生产者，例如其方法在于该消费者监控其Heartbeat电报。该用于伙伴配属的方法可以在步骤59结束。

图6示出用于询问电报61的实施例和用于供货电报62的实施例。所示出的实施例涉及如下情况，即总线系统2是CAN总线系统，并且此外还使用与CANopen兼容的通信协议。询问电报61和供货电报62各自包括例如11比特长的对象识别场63。该场63（COB-ID）并不由CANopen标准确定，并且可以包括描述数据对象的信息。场64可以表示已发送消息的种类。例如可以在该场64中指明该场是在上述伙伴配属的框架内发出的电报。

此外，询问电报61可以包括场65，该场包括与被询问的过程值的分类有关的信息。类似地，供货电报62可以包括这种分类场65，该分类场包括与所提供的过程值的分类有关的信息。此外，该供货电报62还可以包括场66（传感器位置），该场包括与在提供的过程值的对象索引中的位置有关的信息。

询问电报61和供货电报62都可以包括场67（传感器分组），该场（在供货电报62的情况下）包括与过程值的生产者的组从属关系有关的信息或者（在询问电报61的情况下）包括与过程值的消费者的组从属关系有关的信息。

Claims (18)

1.一种包括总线系统的装置，所述总线系统具有多个用户，所述用户是至少一个过程值的生产者和/或消费者，其中所述总线系统的一组用户的各用户向所述总线系统的用户传输与该组自身的相应用户的至少一个分配属性有关的信息，其中所述分配属性通过由相应用户所生产和/或消费的至少一个过程值来确定。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分配属性还通过分类和/或通过所述至少一个过程值的类型来确定。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述过程值的分类根据如下内容来确定：生产和/或消费所述过程值的用户的类型和/或种类；设施内部和/或所述总线系统内部的用户的位置和/或分配；以及/或者所述用户的功能性。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述总线系统的用户的网络功能性是等价的，特别地，所述总线系统包括不具有主机功能性的用户。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，对所述组的第一用户进行设置，以向所述总线系统的其它用户发送供货电报和/或询问电报，并且对所述组的第二用户进行设置，以响应于第一用户的询问电报至少向第一用户发送供货电报。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述组的用户各自是至少一个过程值的生产者，并且还对所述组的用户进行设置以各自向所述总线系统的其余用户发送供货电报，所述供货电报包括与由各个用户生产的所述至少一个过程值和该过程值的分类有关的信息。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，对所述总线系统的至少作为所述至少一个过程值的消费者的至少另一用户进行设置，以接收所述组的用户的供货电报并且针对所提供的过程值的分类进行分析，其中所述另一用户将所提供的过程值的分类和与由所述另一用户消费的过程值的分类有关的需求配置文件进行比较。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，进一步对所述另一用户进行设置以向所述组的用户的子组各自发送特定的询问电报，其中针对所述子组，所提供的过程值的分类与需求配置文件的比较成功，在该特定的询问电报中包括与所提供的过程值的类型有关的询问。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述过程值的类型是单位、数据类型和/或精度。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其中，对所述子组的用户进行设置，以针对所述特定的询问电报而向其它用户发送特定的供货电报，所述供货电报包括与由该子组的各个用户所生产的过程值的类型有关的信息。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，对所述另一用户进行设置，以基于所述特定的供货电报中存在的与所述子组的用户所生产的过程值的类型有关的信息，选择所述子组的该用户、并且为生产者固定分配相关的过程值。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，进一步对所述另一用户进行设置，以监控所述过程值的生产者。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中，所述总线系统是现场总线系统，特别是控制器局域网总线系统即CAN总线系统，并且特别地，所述总线系统的通信协议是CANopen或与CANopen兼容的通信协议。

14.一种射流系统，其包括根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其中，所述总线系统的至少一个用户、特别是所述总线系统的所有用户是射流部件。

15.一种具有多个用户的总线系统，其中所述总线系统的一组用户的各用户向所述总线系统的用户传输与该组自身的相应用户的至少一个分配属性有关的信息。

16.根据权利要求15所述的总线系统，其中，所述组的用户是过程值的生产者和/或消费者。

17.根据权利要求15或16所述的总线系统，其中，所述总线系统的用户的网络功能性是等价的，并且特别地，所述总线系统包括不具有主机功能性的用户。

18.一种用于运行具有多个用户的总线系统的方法，其中，所述总线系统的一组用户的各用户向所述总线系统的用户传输与所述组的相应用户的至少一个分配属性有关的信息。

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