CN103825789A - 总线系统及其运行方法和具有总线系统的射流系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及总线系统及其运行方法和具有总线系统的射流系统，其中所述总线系统包括多个用户。向所述总线系统的用户传输关于所述总线系统的一组其它用户相应用户自身的一个分配属性的信息。

Description

总线系统及其运行方法和具有总线系统的射流系统

技术领域

本发明涉及一种具有多个用户的总线系统、一种用于运行总线系统的方法和一种具有这种总线系统的射流系统。

背景技术

总线系统、特别是现场总线系统的用户经常借助DIP开关或旋转开关进行寻址。但是，这种手动的地址定义对操作人员不友好并且经常导致较高的规划成本。此外，地址的手动调整易于出错，因为会不经意间分配两个相同的地址。DIP开关或旋转开关需要通过总线系统连接的部件中的空间并且提高了其成本。此外，在国际分类中确定的部件的IP65的保护能力经常仅通过例如额外的外壳或覆盖物来实现，这导致较高费用和额外成本。此外，许多设备或者例如在射流系统中使用的那些部件在制造者一侧配备有固定的地址。这必须在分配总线系统的其余部件的地址时得到考虑或者手动转换。

公知一种用于根据主从原则工作的总线系统的部件的自动寻址的方法。同时，主单元为总线系统的从单元分配其地址。在根据CAN总线标准工作并且使用CANopen作为通信协议的总线系统中，根据主从原则基于LSS协议进行寻址。根据另一种但同样费用较高的方法，非循环性服务中的外部控制为总线系统的每一个用户都分配一个地址。

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总线系统、一种用于运行总线系统改良的方法和一种具有这种总线系统的改良的射流系统。

用于解决问题的方案

根据本发明的一个方面，提供了一种具有多个用户的总线系统。向所述总线系统的用户传输与所述总线系统的一组其它用户的分配属性相关的信息。该组的相应用户自身可以传输这些信息。

关于所述用户的分配属性的这些信息可以是这些用户各自的地址。特别是总线系统的该组用户可以被设置为作为与所述总线系统内部的这些用户进行通信的完整基础来进行累积存储和寄存关于所述其它用户的所述分配属性的已接收信息，同样特别是所述其它用户的地址(即总线系统或网络中的用户的地址，或者网络地址)。将这些用户设置为本地寄存这些信息。根据一个实施方式，如果该组用户包括总线系统的所有用户，则在这些用户的每一个中都存在完整的、为总线系统内部的通信所必需的信息。换言之，每个用户都可以使用总线系统的所有其它用户的完整地址列表。在这样一种总线系统中，可以舍弃具有主机功能性的也被称为主单元的用户。具有优点的是，总线系统的所有用户都可以具有相同的功能性。该总线系统可以在对自身分配地址方面进行配置。这简化了总线系统的扩展和小型化，也简化了用户的替换和集成。

根据另一种实施方式，所述用户也不需要外部触发信号，该触发信号用于鼓励向其它用户传达关于其分配属性的信息，例如传达给其它用户的其地址。特别是不需要能发送这种触发信号的主单元。总线系统的一个用户例如可以被设置成在其检测到供电电压之后发送关于分配属性的信息。

根据另一种实施方式，该总线系统可以是现场总线系统。其特别可以是基于CAN的现场总线系统或与CAN兼容的总线系统。可以使用CANopen或与CANopen兼容的通信协议作为通信协议。

根据现有技术，在CANopen网络中总是具有NMT主机(NMT=NetworkManagement，即网络管理)，而其余用户是NMT从机。该NMT主机对从用户具有完全控制并且例如可以改变其运行状态。例如，所述NMT主机可以将从用户设置为在CANopen标准下定义的状态“初始化”，“预操作”，“操作”和“停机”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消息和心跳(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。在CANopen网络中用于进行地址分配的标准原则在于使用在使用LSS协议的情况下为该网络的这些用户分配相应的地址的LSS主机。

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。换言之，因此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由其发送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。如同总线系统的用户根据其网络功能性可以被视为主单元一样，也可以以类似的方式将所有用户视为从单元。在这种相互关系中主单元和从单元的区别并不重要因此也不进行区别，因为总线系统的用户可以配备有等价的网络功能性。

此外，总线系统的用户可以被设置为累积存储与一个用户的分配属性和该用户的身份或标识之间的连接相关联的信息。该用户的这种身份或标识可以是其硬件地址，但是也可以例如是分配的测量位置指定。这些信息可以本地存储在可以进行相应设置的所述用户中。

该组用户可以包括总线系统的所有用户，从而可以具有优点地在该总线系统内部自动分配全部地址。

根据另一个实施方式，所述用户此外还可以设置成生成随机临时自有地址以使得该地址不同于所述其它用户的每一个累计存储的地址。因此可以避免重复分配这些地址。

所述总线系统的这些用户可以设置为在地址电报中向所述总线系统的其余用户传输其地址。地址电报可以是对应于CAN标准或对应于CANopen通信协议的电报。特别是，该地址电报可以是对应于CAN标准而相应设置的数据帧。

该地址电报除了关于发送方用户的分配属性的信息之外还包括关于该用户的等级状态的信息。优选地，该等级状态确定相应用户在总线系统的用户的整体等级内的等级或等级位置。作为用于确定特定用户的等级状态的标准，例如可以使用其实际运行状况或运行状态、其硬件地址、序列号，或者也可以使用关于该用户的任一其它适当信息。

根据另一实施方式，为此设置地址电报的至少一个接收者，以检查在所述已接收地址电报中存在的、与其自有的临时地址冲突的地址。如果存在冲突，则可以例如借助序列号的值、制造者编号或与之相互冲突的用户的另一资格特征来消除该冲突。例如，可以使用针对较高优先级的较低的序列号或制造者编号。换言之，因此相对于具有较高序列号或制造者编号的用户的具有较低或较小序列号的用户可以与地址的分配相关联地实现。消除所述冲突的另一可能性在于比较发送者(即发送所述地址电报的总线系统用户)的等级状态和接收者(即接收所述地址电报的总线系统用户)的等级状态。在这两种情况下，低级用户放弃其地址，相对高级的用户保留其地址。新的临时地址的生成和选择通过低级用户在这两种消除冲突的情况下以类似的方式和方法得以完成。

根据一种实施方式，如果借助所述用户的等级状态消除地址的冲突，则地址电报的接收者可以首先读出在已接收地址电报中存在的关于发出者的等级状态的状态信息。假如所述接收者的等级状态具有所述总线系统的整体等级中的较低等级作为在所述地址电报中提到的发出者的等级状态，则所述接收者可以放弃其自有临时地址。随后其可以生成新的随机临时地址，并且在另一地址电报中将其向所述总线系统的其余用户传达。换言之，因此在等级比较中等级较低的用户放弃其地址。

在相反的情况下，其中所述接收者的等级状态具有所述总线系统的整体等级中的较高等级作为在所述地址电报中提到的发出者的等级状态，则该接收者保留其地址。该接收者保留其地址，其方法在于其不作任何改变并且将自有(未改变的)地址在另一地址电报中向所述总线系统的其余用户传达。

为了预防单个用户的地址之间发生冲突，可以设置这些用户以使得一旦已临时确定的第一等待时间期满就将地址电报向所述总线系统的其余用户传达。该第一等待时间可以介于40ms和2.8s之间，并且例如借助随机生成器得以确定。作为该随机生成器的基础，例如可以采用相关用户的处理器编号或地址或出厂编号，以及在用户的输入端确定的外部信号或事件、例如噪声。

总线系统的用户发送至少一个第一地址电报并且临时确定自有地址之后，这些地址可以在另一步骤中得到验证。

此外，根据另一种实施方式，所述用户可以被设置为在其发送至少一个第一地址电报之后执行已随机确定的第二等待时间。第二等待时间可以以与第一等待时间相同或类似的方式和方法得以确定，并且特别地，第二等待时间介于40ms和630ms之间。在第二等待时间期间，该用户可以检查从其它用户收到的关于与所述自有临时地址的冲突的地址电报。假如其在第二或另一等待时间内没有接收到消除冲突的地址电报，则其将临时地址确定为固定地址。

相反地，如果在第二等待时间期间出现冲突，则该用户此外还可以被设置成重新根据比较例如序列号或制造者编号和/或根据比较自有等级状态和发出者的等级状态来消除该冲突。可以与上述冲突消除相同或类似地实施该冲突消除的各个步骤。

总线系统的用户可以保留其确定的地址；这也可以适用于预设地址或者在之前的地址分配框架内确定的地址。根据另一具有优点的实施方式，总线系统的用户可以设置成响应于另一用户的包括与其固定地址相冲突的地址的地址电报而保留其自有固定地址。该用户可以响应于此向总线系统的其余用户传输包括其固定地址的地址电报。

根据本发明的另一方面，此外还提供一种射流系统，该系统包括根据本发明前述方面的总线系统。特别是，该总线系统的用户可以是射流部件，例如阀门、传感器或者测量设备。

根据本发明的另一方面，此外还提供一种用于运行具有多个用户的总线系统的方法。向所述总线系统的所述用户传输与所述总线系统的一组其它用户和该组自身的相应用户的分配属性相关的信息。特别是，关于所述用户的所述分配属性的信息可以是所述总线系统内部的所述用户的地址。

根据一个实施方式，所述总线系统的该组用户累积存储以及本地寄存关于所述其它用户的所述分配属性的已接收信息，以作为与所述总线系统内部的这些用户进行通信的完整基础。特别地，所述组可以包括所述总线系统的所有用户。所述总线系统的用户关于其网络功能性是等价的。特别是，所述总线系统可以包括不与主机功能性相对应地工作的用户。

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

附图说明

参考附图由优选实施例的下列描述得出本发明的其它具有优点的方面。其中：

图1示出根据一个实施例的包括一个总线系统的射流系统的示意图，

图2至6示出根据多个实施例示出用于运行一个总线系统的方法的流程图的部分，以及

图7示出根据一个实施例的地址电报。

具体实施方式

图1示出根据一个实施例的射流系统1的图解并简化的示意图。该系统包括根据一个实施例的总线系统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可以是异步和串行工作的总线系统，特别是现场总线系统。尤其是，总线系统2可以是相应于CAN标准工作的CAN总线系统(CAN=Controller AreaNetwork，即控制器局域网)。例如可以使用CANopen作为通信协议，该协议响应于由CiA(CiA=CAN in Automation)确定的标准进行工作。

特别地，与数据线6相互连接的用户4可以是射流系统1的射流部件。像在基于CAN的总线系统中常见的那样，可以使用双芯或四芯铜导线作为数据线6。射流部件可以是例如阀门、传感器、测量设备、调节设备、致动器、调节器等。用户4还可以是用于编程或监控射流系统1的显示装置、控制单元或者网关。

总线系统2的用户4既可以单向也可以双向相互通信。其既可以传输服务数据也可以传输过程数据。这在图1中以相应的箭头示出。如果其是基于CANopen的总线系统，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上。用户4还可以以相同的方式和方法与在外部设置的第一控制器8(控制器1)进行通信。特别是，DCF配置数据(DCF=Device Configuration File，即装置配置文件)可以由存储器11通过控制计算机9和第一控制器8向总线系统2的一个或多个用户4传输以对用户4进行配置。DCF配置数据用于向用户4传输设备设置值。

可以对用户4授予超出其对应于CAN或CANopen标准的功能性的其它功能性。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。通过超出CAN或CANopen标准的所述其它功能性涉及用户4自身并且由其自身使用，而无需从外部干预总线系统2。

该其它功能性特别涉及总线系统2的用户4的自主或自动地各自生成明确的地址、特别是总线系统2内部的网络地址，以及自行分配该地址的能力。

图2示出根据一个实施例用于在总线系统2内部进行地址分配的方法的流程示意图的第一部分。可以在该总线系统2内部设置为一些用户、特别是所有用户4来实施这样一种方法。

从初始化状态20开始，总线系统2的用户4首先初始化21a下列描述的用于寻址的方法。随后用户4检查21其是否已经具有预定地址或在之前的寻址中确定的地址。如果符合这种情况，则用户4直接过渡到验证状况或检查状态40(也可见于图4)。假如用户4没有固定的地址，则其进入等待状况或等待状态22。

在等待状态22中，其首先生成23随机第一等待时间。该等待时间可以介于200ms和2.8s之间。此外用户4还包括随机生成器。作为用于生成该第一等待时间的随机生成器的基础，可以使用例如处理器识别号、出厂编号以及例如在用户4的输入端处识别出的噪音的外部信号或事件。用户4检查24第一等待时间是否已经过去，假如符合这种情况则进入启动状况或启动状态30。如果第一等待时间还没有过去，则将其缩短25。此外用户4还可以设置为接收到达的地址电报并且检查26其中包含的地址。在本说明书的上下文中，地址电报也被称为寻址消息。地址电报是对应于CAN标准或对应于CANopen通信协议的电报。接收的地址可以在用户4的内部存储器中寄存27。步骤25至27可以周期性重复直到第一等待时间结束。

随后用户4进入启动状态30。该方法的这一部分在图3中示出的流程图部分中示出。用户4生成31一段等待时间并且生成32自有的随机和临时的地址。该等待时间可以介于40ms和630ms之间。特别是用户4可以设置为生成空闲或未用的地址。就此而言，可以避免与在步骤27(见图2)中存储的总线系统2的其它用户4的已接收地址的冲突。换言之，用户4生成不同于其它用户4的所有已存地址的自有地址。

随后用户4在一个地址电报中将其临时和随机的地址发送33到总线系统2的其余用户4。如果在传输地址电报时出现传输错误或发送错误34，则重新发送33该地址电报。用户4检查35在步骤31中生成的等待时间是否已经过去。如果符合这种情况，则用户4直接进入验证状况或检查状态40。如果该等待时间还没有过去，则将其缩短36，并且用户4此外还接收并检查37已接收地址电报中的地址。

检查38已接收地址是否与用户4的自有临时地址相冲突。只要不存在冲突，则该方法执行步骤35至38直到所述等待时间结束。如果在已接收地址和用户4的自有临时地址之间存在冲突，则可以选择根据比较序列号和制造者编号或者根据比较发送者的等级状态和接收者的等级状态来消除该冲突。在此，针对较高优先级可以使用较低的序列号或者较低及较小的制造者编号。不言而喻，也可以进行相反的定义，从而针对较高优先级使用较高的序列号或较大的制造者编号。换言之，因此可以实现用户相对于具有较高序列号或制造者编号的用户而具有较低制造者编号或序列号。具有较低制造者编号或序列号的用户4维持并保留其地址，而具有较高制造者编号或序列号的用户4放弃其地址。这在步骤39中发生。

如果所述地址的冲突根据用户4的等级状态得以消除39，则用户4首先读出在地址电报中存在的关于发出者等级状态的信息。作为确定所述等级状态的标准，例如可以采用用户4的状况或运行状态。此外还可以采用用户4的识别号作为总线系统2的整体等级内的这种状态的基础。所述用户4还可以配置有特定的等级状态。

具有较高等级状态的用户4保留或维持其地址，并且在另一地址电报中将该地址向总线系统2的其余用户4发送33。相反地，如果作为发送所述地址电报的用户4在步骤39中确定其具有较低等级状态，则该用户4放弃其自有临时地址并且重新进入启动状态30。

如果用户4成功找到了尚未被占用的地址，则将该地址在验证状况或检查状态40进行验证。该方法的这一部分借助在图4中示出的流程图部分进行阐述。首先用户4生成41第二等待时间。该随机第二等待时间可以介于40ms和630ms之间。第一和第二等待时间的监控可以借助在微处理器中存在的计时器或通过任务管理器来实现。

在验证期间，用户4在另一地址电报中将其地址发送42到总线系统2的其余用户4。如果在传输该地址电报时出现错误43，则重新发送42该地址电报。用户4检查44第二等待时间是否已经过去。如果符合这种情况，则用户4在步骤45中将其临时地址确定为最终和确定的地址。只要第二等待时间尚未结束，则将其缩短46，并且用户4接收并检查47到达的地址电报。如果所述地址电报中没有要求48与用户4的自有地址相冲突的地址，则实施步骤44和46至48直到第二等待时间结束。相反地，如果出现与所述自有地址的冲突，则消除49这种冲突。如已经在与图3中的步骤39的相互关系中描述的那样，这种冲突消除49可以再次借助用户4的等级状态或者借助序列号或制造者编号进行。如果用户4被迫放弃其自有地址，则其重新进入启动状态30。相反地，如果用户4维持其地址，则其在一个地址电报中重新发送42该地址到总线系统2的其它用户4。如果用户4成功确定45其地址，则该用户进入持续的运行状态50，该运行状态也被称为已寻址状态。

如果用户4处于已寻址状态50中(流程图的这一部分在图5中示出)，则用户4不再改变其已确定的地址。其仅检查51总线系统2的其它用户4的到达的地址电报中已存在的其它用户4的临时地址。如果这种临时地址与其自有固定地址相冲突，则用户4响应于此仅发送53包括所述自有固定地址的地址电报。如果不符合这种情况，则用户4继续检查51到达的地址电报。如果在发送53所述地址电报时出现54传输错误，则重新发送该地址电报。

图6示出描述根据另一个实施例的方法的流程图的一个部分。由初始化状态20出发，首先初始化21a用于自动寻址的方法。随后用户4过渡到等待状态22。其生成23一段特别是可以介于200ms和2.8s之间的随机第一等待时间。随后用户4检查24该第一等待时间是否已经过去。如果不符合这种情况，则缩短25该等待时间。用户4检查26到达的地址电报并存储27其它用户4的已接收地址。一直重复步骤25至27，直到步骤23中生成的第一等待时间结束。如果符合这种情况，则用户4检查21其是否已经具有一个地址，例如一个预设地址。如果符合这种情况，则用户4直接过渡到检查状态40。如果用户4不具有地址，则其进入启动状态30。

图7示出使用CANopen作为通信协议的总线系统2中的地址电报60的一个实施例。地址电报60可以包括11比特长的对象识别字段61。该字段未通过CANopen标准得到确定，并且该字段可以包括描述数据对象的信息。字段62可以表示已发送消息的种类。例如，可以在该字段62中指明该地址电报60是在上述自动寻址框架内发出的消息。字段63可以指明用户4处于何种状况或状态下。例如，可以存在表示启动状态30的比特值“0x04”、表示检查状态40的比特值“0x05”和表示运行或已寻址状态50的比特值“0x06”。最后，字段64可以包括用户4的至多4比特长的序列号。

Claims (18)

1.一种具有多个用户的总线系统，其中，所述总线系统的一组其它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分配属性有关的信息。

2.根据权利要求1所述的总线系统，其中，与该组用户的所述分配属性有关的信息是所述总线系统内部的该用户的地址。

3.根据权利要求2所述的总线系统，其中，至少对所述总线系统内部的该组用户进行设置，以累积存储以及本地寄存与所述其它用户的所述分配属性有关的已接收信息作为与所述总线系统内部的这些用户进行通信的完整基础。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的总线系统，其中，所述组包括所述总线系统的所有用户，所述总线系统的用户的网络功能性优选是等价的，并且特别地，所述总线系统包括不具有主机功能性的用户。

5.根据权利要求3或4所述的总线系统，其中，还对所述用户进行设置，以生成随机临时自有地址，使得该地址不同于所述其它用户的每一个累计存储的地址。

6.根据权利要求5所述的总线系统，其中，对所述用户进行设置，以各自在地址电报中向所述总线系统的其余用户传输该用户的地址。

7.根据权利要求6所述的总线系统，其中，所述地址电报还包括与所述总线系统的整体等级内的发送方用户的等级状态有关的信息。

8.根据权利要求7所述的总线系统，其中，还对所述地址电报的接收者进行设置，以检查在已接收地址电报中存在的与其自有的临时地址冲突的地址，并且在存在冲突的情况下读出在所述已接收地址电报中存在的发出者的状态信息，并且

a）假如自有的等级状态具有所述总线系统的整体等级中的较低等级作为在所述地址电报中提到的发出者的等级状态，则放弃所述自有的临时地址，生成新的随机临时地址并且在另一地址电报中将其向所述总线系统的其余用户传输，

b）假如所述自有的等级状态具有所述总线系统的整体等级中的较高等级作为在所述地址电报中提到的发出者的等级状态，则保留所述自有地址并且将该保留的地址在另一地址电报中向所述总线系统的其余用户传输。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的总线系统，其中，对所述用户进行设置，以在临时已确定的第一等待时间期满之后将地址电报向所述总线系统的其余用户传输。

10.根据权利要求6至9中任一项的总线系统，其中，对所述用户进行设置，以在所述用户已经发送至少一个第一地址电报之后执行已随机确定的第二等待时间，同时在所述第二等待时间期间检查从其它用户进入的关于与所述自有的临时地址冲突的地址电报，并且假如在第二等待时间内没有接收到消除冲突的地址电报，则确定其临时地址为固定地址。

11.根据权利要求10所述的总线系统，其中，还对所述用户进行设置，以借助所述自有的等级状态和所述发出者的等级状态之间的对比消除第二等待时间内出现的冲突。

12.根据权利要求1至11中任一项的总线系统，其中，对所述总线系统的用户进行设置，只要所述用户具有固定的地址，则响应于另一用户的包括与所述固定地址冲突的地址的地址电报而保留自有的固定地址并且向所述总线系统的其余用户传输包括该固定地址的地址电报。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的总线系统，其中，所述总线系统是现场总线系统，特别是与控制器局域网即CAN兼容的现场总线系统，并且还特别是基于CANopen或与CANopen兼容的现场总线系统。

14.一种射流系统，包括根据权利要求1至13中任一项所述的总线系统，其中所述用户的至少一部分是射流部件。

15.一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其它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分配属性有关的信息。

16.根据权利要求15所述的用于运行具有多个用户的总线系统的方法，其中，与所述用户的所述分配属性有关的信息是所述总线系统内部的所述用户的地址。

17.根据权利要求15或16所述的用于运行具有多个用户的总线系统的方法，其中，至少所述总线系统的该组用户累积存储以及本地寄存与所述其它用户的所述分配属性有关的已接收信息作为与所述总线系统内部的这些用户进行通信的完整基础。

18.根据权利要求17所述的用于运行具有多个用户的总线系统的方法，其中，所述组包括所述总线系统的所有用户，特别地，所述总线系统的用户的网络功能性优选是等价的，并且特别地，所述总线系统包括不对应于主机功能性而工作的用户。

Images