CN103828305A - 用于参数化自动化系统或控制系统的现场设备的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于自动化系统或控制系统的现场设备(30)进行参数化的系统和方法，所述系统具有高级单元(10)，所述高级单元通过基于第一现场总线协议的第一通信链路(1)与通信接口模块(20)连接。通信接口模块(20)通过基于第二现场总线协议(2)的第二通信链路(2)与至少一个现场设备(30)连接。在所述高级单元(10)中，由保存在用于所述现场设备(30)的设备描述文件(40)中的用于参数化所述现场设备(30)的数据结构中产生子块并且将其保存。第一网络服务通过所述第一通信链路(1)将所述现场设备(30)的保存在子块中的参数从所述高级单元(10)传输到所述通信接口模块(20)的作为从功能工作的第一功能性中。集成在所述通信接口模块(20)中的其他功能性评估所述现场设备(30)的保存在子块中的参数并且将所述参数组合成一个唯一的配置块。将所组合的配置块加载到通信接口模块(20)的现场总线主堆栈中，并且通过所述通信接口模块(20)的作为主功能工作的第二功能性、借助第二网络服务、通过所述第二通信链路(2)将所述配置块传输到所述现场设备(30)中。

Description

用于参数化自动化系统或控制系统的现场设备的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于参数化自动化系统或控制系统的现场设备的系统和方法。
背景技术
用于控制技术过程或技术设备的自动化系统通常包括中央控制单元。中央控制单元通过通信接口模块—也称作网关设备—与自动化系统的输入/输出单元和/或现场设备通信。网关设备在此提供在不同协议的现场总线之间的通信能力。
在过程自动化中在引导系统层面上使用高速以太网总线的情况下，网关设备作为引导系统层面与现场层面之间的中介元件工作，在所述引导系统层面中，以10M位/秒的传输率传输数据，在所述现场层面中，以1.2K位/秒的传输率进行例如用于现场总线协议的通信。在所述引导系统层面上网关具有从装置的功能，而在所述现场层面上，网关具有主装置的功能。
通常，在自动化系统或控制系统中使用的网关设备通过第一总线与高级的控制单元连接并且通过第二总线与现场设备通信。为了进行对不同协议进行处理的现场总线系统的通信，网关设备例如通过基于以太网的协议或PROFINET协议与中央控制单元通信，并且通过现场总线协议（例如CAN或CANopen）与连接到网关设备上的输入/输出设备和/或现场设备通信。
为了能够响应系统的硬件的输入和输出，必须根据相应的、客户特定的要求来配置和参数化在系统中使用的设备。用于参数化和配置的方法例如在IEC 61131-3中描述。
为了配置和参数化现场设备，设置一种设备描述文件，所述设备描述文件传输到现场设备中。设备描述文件例如包括：用于驱动器的设备特定信息、用于定位状态、压力测量、温度测量和/或流量测量和低压开关设备的仪器使用（Instrumentierungen）以及现场设备的功能性，其涉及设备的整个生命周期。
连接到网关设备上的设备的参数化通常通过集成在网关设备中的附加接口来进行，所述附加接口例如借助应用程序来配置和参数化。
为此，在网关设备中优选设置被实施为RS232接口、/RS422接口和/或RS485接口的串行接口，通过所述串行接口，将具有相应参数的设备描述文件加载到例如网关的闪存中。网关设备也可以通过USB接口与个人计算机连接，通过所述个人计算机可实施对现场设备的参数化。
在此，未提供通过第一高性能以太网总线或PROFIBUS来对连接到网关设备上的现场设备进行的完整参数化。
发明内容
因此，本发明所基于的任务是，说明用于参数化自动化系统或控制系统的现场设备的新颖的系统和方法，由此简化对控制系统或自动化系统的设备的参数化，并且尤其可通过第一高性能以太网总线或PROFIBUS来实施对连接到网关设备上的现场设备的完整参数化。
根据本发明，所述任务通过具有在权利要求1中说明的特征的、用于经由通信接口模块—也称作网关设备—来参数化和/或配置自动化系统或控制系统的现场设备的系统得到解决，所述通信接口模块被设置用于通过总线系统将现场设备连接到高级的控制单元上并且用于耦合至少两个现场总线系统。一种用于实施本发明的方法以及根据本发明的系统和方法的有利的扩展方案和改进在其他权利要求和说明书中说明。
根据本发明的系统和方法被设置用于在过程自动化或机械控制的自动化系统或控制系统中使用。
根据本发明的、用于参数化和配置自动化系统或控制系统的现场设备的系统包括：作为主装置工作的高级单元，例如控制单元（SPS）或引导系统，所述作为主装置工作的高级单元通过基于第一现场总线协议的第一通信链路与通信接口模块连接。该主装置控制连接到其上的从设备，以便进行数据传输，所述从设备具有对自动化系统或控制系统的网络的访问权。
通信接口模块通过基于第二现场总线协议的第二通信链路与至少一个作为从装置工作的现场设备连接。
用于参数化现场设备的数据结构保存在设备描述文件中。
在从现场设备的设备描述文件中优选产生三个初级子块之后，现在起由这些子块组成的设备描述文件保存在高级单元中。然而，也可以产生多于三个初级子块。这当次级现场总线需要此来例如用于特殊配置时就特别有用。
因此，设备描述文件分解成子块或者分配置也是有利的，这是因为可能的是，一个子块/分配置过大，或其他分配置（例如由于初级总线中关于最大块大小的限制）而不再适合在同一块中。
通过将设备描述文件分解成这些子块，通过有利的方式，可通过更好的分析能力来更快地发现配置错误。
第一块包括关于用于第二现场总线协议的从设备的网络配置/传输技术的信息，例如关于网络地址和传输速度的信息。第二块包括关于从设备的内部设备配置的信息，例如周期性的实时数据的配置、模拟信道的配置、与安全相关的输入/输出的行为。第三块包括过程映像的配置，例如映像以及输入/输出的数目。
第一网络服务将现场设备的保存在三个子块中的参数从高级单元通过第一通信链路传输到通信接口模块的作为从功能工作的第一功能性中。
集成在通信接口模块中的其他功能性评估现场设备的保存在其中的参数，并且将这三个子块组合/转换成一个唯一的配置块。这在网关功能单元中实施，所述网关功能单元负责在初级总线和次级总线之间翻译数据/配置/服务。
在所组合的配置块加载到通信接口模块的现场总线主堆栈中之后，该通信接口模块的作为主功能工作的第二功能性借助第二网络服务实施先前所产生的配置块—也称作现场设备的标准配置—通过第二通信链路到现场设备中的传输。堆栈涉及通信软件包，所述通信软件包实现根据IEC 61131-3的ISO/OSI层，所述ISO/OSI层用在设备中。因此，次级总线（主功能）实现为单独的软件模块，其也称作“堆栈”。
通信接口模块在高级的层面上具有相对于高级的单元的从装置 功能并且在现场层面上具有相对于现场设备的主装置功能。通信接口模块在此接管连接到通信接口模块上的现场设备借助实施为主联接的第一高性能通信链路与高级的控制系统的通信，而且接管连接到第二总线上的现场设备通过集成在通信接口模块中的实施为“从”联接的第二通信链路的通信，其中，用于现场设备的数据交换的主联接和从联接通过总线系统、借助先前提到的特定的软件模块和/或硬件模块来实现。
在根据本发明的系统的优选的扩展方案中，通信接口模块通过高性能的（高速的）以太网协议、PROFINET协议或PROFIBUS协议与高级单元通信，并通过现场总线协议CAN或CANOPEN与现场设备（30）通信。
在此，一个子块包括设备网络配置，所述设备网络配置具有连接到CANopen的设备的CANopen节点标识符（CANopen节点ID）、具有同步消息（SYNC）和节点保护功能以及用于作为从装置工作的设备的监视功能设置（心跳设定），并且例如利用索引1下的PROFINET非周期性服务来发送。利用CANopen帧来表示同步消息SYNC，CANopen帧确定总线周期并且同步这些从装置。节点保护/心跳设定涉及用于在CANopen中进行总线监视的配置。
如果选项“节点保护”是激活的，则向该设备发送消息。如果该设备随后没有以所说明的保护COB-ID（通信对象标识符）来报告，则该设备收到状态“超时”。如果达到尝试的数目（Life Time Factor：寿命因子），则该模块被认为不好。模块的状态存放在诊断地址处。如果没有说明保护时间（Guard Time）和寿命因子，则不进行对模块的监视。
如果选项“心跳产生”是激活的，则该设备以在心跳产生者时间（Heartbeat Producer Time）中说明的ms间隔发出所谓的心跳。如果选项“激活心跳消费”是激活的，则该模块监听由主装置发送的心跳。一旦不再接收到这种心跳，则该设备切断输入/输出。
另一子块包括设备内部的配置并且利用在索引2下的PROFINET非周期性服务来发送，所述设备内部的配置具有用于参数化用于CANopen从设备的对象目录条目的服务数据对象SDO（Service Data Object）。
第三子块包括具有过程数据对象PDO（Process Data Object）的过程映像的配置并且利用索引3下的PROFINET非周期性服务来发送，所述过程映像的配置用于传输用于CANopen从设备的实时数据。
通信接口模块读取和收集所有三个子块、评估这些子块并且将其转换为用于内部的CANopen主装置的完整的参数块，使得CANopen从装置在没有附加的耦合的情况下必须通过第三总线来配置。
因此，借助根据本发明的模块，大大降低了自动化系统或控制系统的设备成本，这是因为通常实施为单独的设备的输入单元、输出单元或输入/输出单元通过在根据本发明的通信接口模块中实现其功能而省去，并且因此现场设备在无附加的总线的情况下可直接连接到网关设备上。
本发明能够以有利的方式实现：参数化（例如输入和/或输出的数目的参数化）、作为数字的或模拟的输入和/或输出的使用或者在现场设备没有到操作设备的附加连接的情况下通过现有通信链路—例如通过实施为RS232接口、/RS422接口和/或RS485接口的串行接口来确定输入和/或输出的设置范围。
一种用于参数化自动化系统或控制系统的现场设备的方法可以从权利要求9中得出。根据本发明的方法从以下出发：高级单元通过基于第一现场总线协议的第一通信链路与通信接口模块连接，并且通信接口模块通过基于第二现场总线协议的第二通信链路与至少一个现场设备连接。
从保存在用于所述现场设备的设备描述文件中的用于参数化所述现场设备的数据结构中产生子块。借助第一网络服务通过所述第一通信链路将所产生的子块从高级单元传输到通信接口模块的作为从功能工作的第一功能性中，并且借助另一功能性来评估，并且组合成一个唯一的配置块。
所组合的配置块然后加载到通信接口模块的现场总线主堆栈中，并且借助第二网络服务将所述通信块通过通信接口模块的作为主功能工作的第二功能性、通过第二通信链路传输到现场设备中。
附图说明
根据在下面的附图中所示的实施例，更详细地解释和描述本发明以及本发明的有利的扩展方案、改进和其他优点。
示出：
图1：来自具有根据本发明的、用于通过高级控制单元来参数化多个现场设备的系统的控制系统的片段；
图2：用于参数化自动化系统或控制系统的现场设备的示例性的方法流程。
具体实施方式
在图1中所示的控制系统包括作为主装置工作的高级单元10，所述高级单元实施为可编程控制器（SPS）。
SPS 10通过其通信模块11和基于第一现场总线协议的第一通信链路1与网关设备20连接。网关设备20在此提供在不同协议的现场总线1、2之间—例如在PROFINET和CAN或者CANopen之间—的通信能力。
网关设备20包括第一功能单元和第二功能单元，所述第一功能单元通过现场总线协议PROFINET 1进行与控制单元10的通信，所述第二功能单元用于通过现场总线协议CAN或CANopen 2与连接到其上的、CAN兼容或CANopen兼容的、作为从装置工作的现场设备30通信。
在所示控制系统的一种有利的实施方式中，其他现场设备50可以可选择地连接到集成在网关设备20中的第三功能单元，所述第三功能单元具有输入和/或输出功能性。借助第三功能单元，通过有利的方式，将通常实施为单独的设备的输入/输出单元的功能集成在根据本发明的网关设备20中。
根据本发明，包含从设备的被设置用于第二现场总线协议的参数的设备描述文件40分解为优选三个子块，并且被设置用于通过第一现场总线协议传输到第一现场总线设备。第一块包括关于用于第二现场总线协议的从设备的网络配置/传输技术的信息，第二块包括关于从设备的内部设备配置的信息，并且第三块包括设备过程映像的配置。
图2示出用于参数化自动化系统或控制系统的作为从装置工作的现场设备30的方法流程。第一网络服务通过第一通信链路1将现场设备30的保存在三个子块中的参数从SPS 10、基于现场总线协议PROFINET 1传输到网关设备20的作为从功能工作的第一功能性21。
集成在网关设备20中的其他功能性评估所述现场设备30的保存在这三个子块中的参数并且将所述参数组合成一个唯一的配置块。
所组合的配置块然后加载到网关设备20的现场总线主堆栈中，并且通过网关设备20的作为主功能工作的第二功能性22、借助第二网络服务、通过第二通信链路2传输到现场设备30中。

Claims (10)

1. 一种用于对自动化系统或控制系统的现场设备(30)进行参数化的系统，所述系统具有：
- 高级单元(10)，所述高级单元通过基于第一现场总线协议的第一通信链路(1)与通信接口模块(20)连接，
- 所述通信接口模块(20)通过基于第二现场总线协议(2)的第二通信链路(2)与至少一个现场设备(30)连接，
- 在所述高级单元(10)中，从保存在用于所述现场设备(30)的设备描述文件(40)中的用于参数化所述现场设备(30)的数据结构中产生子块并且将其保存，
- 第一网络服务通过所述第一通信链路(1)将所述现场设备(30)的保存在子块中的参数从所述高级单元(10)传输到所述通信接口模块(20)的作为从功能工作的第一功能性中，
- 集成在所述通信接口模块(20)中的其他功能性评估所述现场设备(30)的保存在子块中的参数并且将所述参数组合成一个唯一的配置块，
- 将所组合的配置块加载到所述通信接口模块(20)的现场总线主堆栈中，并且
- 通过所述通信接口模块(20)的作为主功能工作的第二功能性、借助第二网络服务、通过所述第二通信链路(2)将所述配置块传输到所述现场设备(30)中。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信接口模块(20)通过高性能的以太网协议、PROFIBUS协议或PROFINET协议与所述高级单元(10)通信。
3. 根据以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述通信接口模块(20)通过现场总线协议CAN或CANOPEN与所述现场设备(30)通信。
4. 根据以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，第一子块包括关于用于所述第二现场总线协议的从设备的网络配置的信息，例如关于网络地址和传输速度的信息。
5. 根据以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，第二子块包括关于所述从设备的内部设备配置的信息，例如周期性的实时数据的配置、模拟信道的配置、与安全相关的输入/输出的行为。
6. 根据以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，第三子块包括所述设备过程映像的配置，例如映像以及输入/输出的数目。
7. 根据以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述高级单元(10)是控制单元(10)或引导系统。
8. 根据以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述通信接口模块(20)在高级的层面上相对于高级单元(10)具有从装置的功能并且在现场层面上相对于所述现场设备(30)具有主装置的功能。
9. 一种用于参数化自动化系统或控制系统的现场设备(30)的方法，所述方法利用高级单元(10)和至少一个现场设备(30)，所述高级单元通过基于第一现场总线协议的第一通信链路(1)与通信接口模块(20)连接，所述至少一个现场设备通过基于第二现场总线协议(2)的第二通信链路(2)与所述通信接口模块(20)连接，其中
- 从保存在用于所述现场设备(30)的设备描述文件(40)中的用于参数化所述现场设备(30)的数据结构中产生子块，
- 借助第一网络服务通过所述第一通信链路(1)将所述子块从所述高级单元(10)传输到所述通信接口模块(20)的作为从功能工作的第一功能性中，
- 借助其他功能性来评估所述现场设备(30)的保存在子块中的参数并且将所述参数组合成一个唯一的配置块，
- 将所组合的配置块加载到所述通信接口模块(20)的现场总线主堆栈中，并且
- 通过所述通信接口模块(20)的作为主功能工作的第二功能性、借助第二网络服务、通过所述第二通信链路(2)将所述配置块传输到所述现场设备(30)中。
10. 根据以上权利要求中任一项所述的通信接口模块(20)在所述过程自动化或机械控制的自动化系统或控制系统中的使用。
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