CN105704972A - 自动化设备、用于自动化设备的连接模块和用于操作自动化设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有主模块(20、30)和可互换连接模块(10)的自动化设备，其中自动化设备的现场总线端口(12)位于可互换连接模块(10)中。自动化设备的特征在于可互换连接模块(10)包含可以由自动化设备的主模块(20、30)读出的非易失性存储器(103)。本发明还涉及一种用于这种类型的自动化设备的可互换连接模块以及一种用于操作具有可互换连接模块的自动化设备的方法。

Description

自动化设备、用于自动化设备的连接模块和用于操作自动化设备的方法
技术领域
本发明涉及一种具有主模块和可互换连接模块的自动化设备，其中可互换连接模块中被安排有用于自动化设备的现场总线端口。本发明还涉及一种用于这种类型的自动化设备的可互换连接模块，以及一种用于操作具有可互换连接模块的自动化设备的方法。
背景技术
在工业自动化系统中，用于在一个或者多个控制计算机与现场设备之间传送控制数据和/或测量值的现场总线是互换的，控制计算机也称为主计算机或可编程逻辑控制器(PLC)。现场设备包括输入和输出模块，下文简称为I/O(输入/输出)模块，其提供模拟和/或数字输入和/或输出信道，经由这些信道系统组件可以被控制并且经由这些信道测量值(例如来自传感器的)可以被读入。常常，并非是被直接连接到现场总线，每个个人现场设备都经由所谓的现场总线耦合器连接到现场总线，现场总线耦合器充当一方的现场总线与另一方的通常是私有的子总线之间的数据接口。许多有总线能力的模块例如所说的I/O模块可以被耦合到子总线。
在本申请的范围内，自动化设备在下文中被理解为自动化系统的具有现场总线端口的任意组件。由此，例如，自动化设备既包括控制计算机，也包括现场总线耦合器或者直接连接到现场总线的现场设备。
多个不同现场总线系统在自动化系统中被标准地使用。这些包括例如Profibus、Profinet和EtherCAD。为了避免不得不为各种现场总线系统提供多个不同配置的自动化设备，例如根据文档DE102004056363A1可知有具有用于不同现场总线系统的可互换连接模块的自动化设备。模块化连接概念降低了开发、生产和储存自动化设备的成本。对于自动化设备的使用者，模块化系统还便于在现有系统中改变现场总线系统或者在新系统中重复使用自动化设备，即使当一个现场总线系统不同于之前使用的系统那样。
然而，利用这种类型的模块化系统，存在可能会使用不适当的连接模块来操作自动化设备的风险。由于硬件工程、软件工程和/或许可的原因，自动化设备和连接模块的某些配对可能是不被允许的。
发明内容
本发明的目的是提供在申请的摘要部分描述的类型的自动化设备和适于这种类型的自动化设备中使用的连接模块，其中可以防止主模块与连接模块之间的兼容性问题。另一个目的是提供一种用于操作这样一种自动化设备的方法。
该目的可以通过一种自动化设备、一种用于自动化设备的连接模块以及一种具有独立权利要求的相应特征的方法来实现。从属权利要求中描述了有利实施例和进一步的发展。
如本申请摘要部分所描述地，根据本发明的自动化设备，其特征在于可以由自动化设备的主模块读出的非易失性存储器位于连接模块中。
关于各种设备的兼容性的信息可以被存储在连接模块的非易失性存储器中。以这种方式，一旦自动化设备已经耦合到了连接模块，自动化设备可以查询该连接模块在硬件、软件或许可因素方面是否适于和被允许与自动化设备的主模块进行协作。此外，连接模块的非易失性存储器可以包含可以由自动化设备一旦已经被耦合到连接模块就读入的程序或程序单元或程序段，并且可以纠正任何早已存在的软件相关的不兼容性。
在自动化设备的有利实施例中，连接模块的非易失性存储器是闪存、铁电存储器(FRAM-铁电随机存取存储器)或者EEPROM(电子可擦除可编程只读存储器)。非易失性存储器优选地永久地被焊接到连接模块的电路板，用于操作连接模块的现场总线端口的接口驱动器和/或中央控制单元的组件被安排在电路板上。将非易失性存储器集成到现场总线端口的电路板中可使篡改连接模块更困难。
在另一个优选实施例中，非易失性存储器连接到控制单元或连接到用于连接模块的现场总线端口的接口驱动器。这允许非易失性存储器还被用于接收将被存储用于连接模块的信息，例如用于连接模块的所谓固件。
在自动化设备的另一个有利实施例中，连接模块具有用于连接到自动化设备的主模块的插头连接器，插头连接器耦合到连接模块中的非易失性存储器。继而可以经由分配给非易失性存储器的接口驱动器直接地建立插头连接器与非易失性存储器之间的耦合。在这种情况下，所述的插头连接器提供单独的数据信道用于从非易失性存储器向主模块传送数据。可以提供仅用于所述数据信道的插头连接器，或者还使用被用于其他目的的插头连接器的部分可以用于所述数据信道。
作为替代，非易失性存储器可以经由接口驱动器连接到连接模块的中央控制单元，并且可以经由控制单元以及可选地经由附加的接口驱动器耦合到插头连接器。在这种情况下，在主模块与连接模块之间仅建立一条数据信道，经由该数据信道来自非易失性存储器的数据被传送到主模块并且现场总线数据被交换。
在自动化设备的又一个有利实施例中，主模块和/或连接模块具有用于将连接模块机械连接到主模块的耦合装置。该耦合装置优选地具体化为锁钩。
在自动化设备的又一个有利实施例中，主模块和/或连接模块被设计为安装在安装轨上并且特别地具有卡扣式安装轨凹口。除了主模块和连接模块的机械互连之外，这还允许自动化设备例如在设备柜中受到机械保护。
在自动化设备的又一个实施例中，所述设备是现场总线耦合器和/或控制计算机。
根据本发明的用于自动化设备的连接模块的特征在于连接模块包含非易失性存储器，其可以由自动化设备的主模块经由位于连接模块上的插头连接器来读出。
根据本发明的用于操作自动化设备的方法包括下述步骤：将所述自动化设备的主模块连接到连接模块；和通过所述主模块读取所述连接模块的非易失性存储器。然后检测可能存在于所述主模块与所述连接模块之间的任何不兼容性。如果没有检查到任何不兼容性，则使所述自动化设备投入运行。
根据本发明的连接模块和根据本发明的方法得到了上述与自动化设备有关的好处。
在本方法的一个有利实施例中，来自连接模块的非易失性存储器的数据在主模块中被使用来纠正可能存在的任何不兼容性。在又一个有利实施例中，来自连接模块的非易失性存储器的数据被用于更新主模块中的操作性软件，特别是固件。
在本方法的又一个有利实施例中，连接模块还提供无线通信信道。该无线通信信道可以被用于出于诊断或配置目的将例如膝上型计算机或平板计算机经由连接模块链接到主模块。连接模块由此还将主模块根据需要扩展为具有此连接选项。作为结果，系统的模块化性和其用于升级的容量被进一步增加。无线通信信道可以基于例如WLAN(无线局域网)标准、NFC(近场通信)标准、Zigbee标准或者蓝牙标准。
附图说明
下文中，将结合一组附图在若干实施例的上下文中详细描述本发明。附图示出了：
图1a和1b：自动化设备的一个实施例的透视图，具有主模块和连接模块组装在一起(图1a)，彼此拆开(图1b)；
图2：图1b的自动化设备的侧视图；
图3：自动化设备的主模块和各种连接模块的俯视图；
图4a-4c：主模块和连接模块的各种组合，每一个都为俯视图；
图5：自动化设备的框图；
图6a和6b：自动化设备的又一个实施例的透视图，具有主模块和连接模块组装在一起(图6a)，彼此拆开(图6b)；
图7：图6b的自动化设备的侧视图；以及
图8：图6a的自动化设备的俯视图。
具体实施方式
图1a、1b和图2以透视图(图1a和1b)和侧视图(图2)示出了根据本申请的自动化设备的第一个实施例。所示出的自动化设备的这一实施例是现场总线耦合器。
现场总线耦合器包括现场总线耦合器主模块20、下文称为主模块20，以及附接于其上的连接模块10。图1a示出了组合状态的现场总线耦合器，而图1b和图2示出了连接模块10从主模块20上拆下的状态。
主模块20包括外壳上面部分21，其顶表面包括显示和连接单元22。外壳上面部分21附接到外壳下面部分23，其在所示本实施例中被设计为安装到安装轨特别是卡扣式(snap-on)安装轨上。在所示图中，用于主模块20的相应卡扣式安装轨凹口是不可见的。
在这一实施例中，连接模块10具有外壳，同样也包括多个部分，在这一情况下是两个部分，具有外壳上面部分11和外壳下面部分13。在连接模块10的顶表面上，提供了现场总线端口12，在所示出的实施例中，是用于接收“RJ-45”型接头的两个现场总线端口12。所示连接模块10适于例如EtherCAD现场总线。
在连接模块10的外壳下面部分13中，同样也提供安装轨凹口，在本情况下具体化为卡扣式安装轨凹口14。卡扣式安装轨凹口14具有侧向作用的锁紧滑道，例如，借助该滑道它可以锁紧到卡扣式安装轨上。为了释放到卡扣式安装轨的连接，提供了侧向解锁杆15。
如图1a所示，连接模块10可以被齐平(flush)地放置到主模块20上，其中它机械地耦合特别是锁紧于其上。为了这一目的，在主模块20上提供耦合装置24，在这一情况下以锁钩的形式提供，其在图1b和图2中可清楚地看到。耦合装置24啮合于连接模块10的相应凹槽锁紧单元中。
为了建立连接模块10和主模块20之间的电连接，插头连接器16位于连接模块10上，并且互补的配套连接器26位于主模块20上。当主模块20和连接模块10彼此耦合时，用于激活现场总线端口12的信号在两个模块之间经由插头连接器16和配套的连接器26传送。此外，集成到连接模块10中的非易失性存储器经由插头连接器16和配套的连接器26连接到主模块20的控制设备以便主模块20能够访问连接模块10中的非易失性存储器的内容。这将在下文中结合图5的示意性框图更详细地描述。
图3再次以俯视图形式示出了图1和图2的主模块20和连接模块10，其中它们彼此拆开。在这种情况下，连接模块用参考标号10a来标识。
参考标号10b和10c标识用于与图3中所示现场总线耦合器的主模块20一起使用的连接模块10的两个额外实施例。这些与连接模块10a的区别在于使用了不同现场总线系统的现场总线端口12。例如，连接模块10b可以适于Profibus现场总线。连接模块10b和10c与连接模块10a的区别还在于提供了调整单元17，其可以被用于例如用于现场总线端口12的地址编码。当然，所示出的调整单元17位于连接模块10b、10c的顶表面上并不是强制的，可替代的它们可以位于侧表面上。由于只要有可能就应该避免调整单元的疏忽移位，安排在面向主模块20的侧面也是有利的。应当注意，除了所示出的调整单元17以外，例如发光二极管的显示单元也可以提供于连接模块10之上。
在图3的俯视图中，解锁杆25也可见于主模块20之上，并且其被用于释放在主模块20上提供且此处未显示的卡扣式安装轨凹口。在连接模块10相反的侧面上，主模块20具有额外的耦合装置24’，其在设计上与耦合装置24相同。这些额外的耦合装置24’被用于机械地耦合到具有总线能力的模块，例如IO模块，其连接到现场总线耦合器主模块20。
为了这种类型的模块的电连接，总线接触27形成于主模块20上，其被用于供应功率以及用于具有总线能力的模块与现场总线耦合器20之间数据交换的电流分布。具有总线能力的模块与现场总线耦合器的主模块20之间以及主模块20与连接模块10之间的耦合的类似机械配置使得外壳组件能够被重复使用。例如，连接模块10的外壳下面部分13与主模块20的外壳下面部分23的至少一部分基本相同。连接模块10的外壳下面部分13也可以与基于总线能力的模块一起使用。
图4a再次示出了包括主模块20和连接模块10a的现场总线耦合器的俯视图。图4b和4c示出了现场总线耦合器的配置，其中同时使用了多个连接模块10。
例如，图4b示出了与图4a的俯视图类似的俯视图，其中连接模块10b作为额外的连接模块连接到主模块20和连接模块10a的组合。为了这一目的，此实施例中的连接模块10a配置为使得其也具有耦合装置，该耦合装置与主模块20的耦合装置24类似并且可以被用于建立到连接模块10b的机械连接。此外，在连接模块10a面向连接模块10b的侧面上，提供了与耦合模块20的配套连接器26类似的配套连接器，其可以被用于建立两个连接模块10a和10b之间的电连接。
主模块20与连接模块10b之间交换的数据被连接模块10a经由配套连接器26和插头连接器16的组合或者经由连接模块10b的所述配套连接器和插头连接器16的组合转发。以这种方式，数据可以在主模块20与连接模块10a之间以及在主模块20与连接模块10b之间交换。
以与图4b相同的方式，图4c示出了一种配置，其中现场总线耦合器的主模块20连接到第一连接模块10a，第二连接模块10c连接到第一连接模块10a。
图5以框图形式示出了配置用于所期望用途的自动化设备的主模块20和连接模块10的组合。这可以是例如根据图1至图4的主模块20和连接模块10或10a-10c。
主模块20包括中央控制单元200，例如微控制器。所述微控制器连接到接口驱动器201、202和204，经由接口驱动器201、202和204控制单元200连接到各种端口。接口驱动器201和202接触配套连接器26，经由配套连接器26建立到连接模块10的电连接。接口驱动器204将控制单元200耦合到总线端口27，具有总线能力的模块(IO模块)连接到总线端口27。控制单元200还连接到存储器203。该存储器可以具有易失性和/或非易失性存储器区域。为了简洁的需要，没有示出用于控制存储器203的接口驱动器。
在所示出的实施例中，连接模块10同样也包括中央控制单元100，再一次地其可以由微处理器形成。连接到控制单元100的是现场总线接口驱动器101，现场总线端口12耦合到该现场总线接口驱动器101。信息在连接模块10与主模块20之间在接口驱动器101和201之间(优选地具有控制单元100的互连)进行交换。私有协议可以被用于此目的，其不对应于现场总线端口12的协议。对于实施例来说经由插头连接器16和/或配套连接器26的数据传输的硬件(“物理层”)对应于现场总线端口12的硬件也是非强制的。协议将在控制单元100中或在现场总线接口驱动器101中被转换。然而，也可以设想接口驱动器101与201之间的信息传输基于用于现场总线端口12的相同的协议和/或相同硬件规范。
根据本发明，连接模块10包括非易失性存储器103，例如闪存、铁电存储器(FRAM-铁电随机存取存储器)或者EEPROM(电子可擦除可编程只读存储器)。在所示出的实施例中，所述存储器中的信息可以由主模块20的控制单元200经由接口驱动器201以及插头连接器16和配套连接器26的组合并经由接口驱动器202读出。在所示出的实施例中，用于此信息的数据传输路径与用于在现场总线端口12处输出的数据的传输路径是分开的。相应地，用于插头连接器16和/或配套连接器26的信号线路可以提供为单独用于不同的数据路径。在图3的实施例中，这也用插头连接器16的不同区的空间隔离来表示，然而，在所示出的实施例中，使用普通插头外壳。在可替代实施例中，当使用普通插头外壳时，插头的不同区的空间隔离也可以免除，特别是如果不同区中提供的信号水平处于可比较量级的话。
在根据本发明的方法中，自动化设备使用主模块来访问位于连接模块中的非易失性存储器。下面结合图5中示意性示出的现场总线耦合器详细地描述这一类型的方法的一个实施例。
例如，一旦启动主模块20，控制单元200就访问接口驱动器202以查询连接模块10是否连接到插头连接器26。如果所述类型的连接模块10已连接，则接口驱动器202建立经由配套连接器26和插头连接器16到用于非易失性存储器103的接口驱动器102的通信链路。两个接口驱动器102与202之间的链路可以基于已知规范，例如根据USB(通用串行总线)规范。一旦检测到存在连接模块10并且已经建立了接口驱动器102与202之间的通信链路，微控制器200就访问非易失性存储器103的内容。应当注意，在连接模块10的其他实施例中，还可以提供的是，将非易失性存储器103直接耦合到插头连接器16，也即，没有接口驱动器102。继而，由主模块20直接访问非易失性存储器103。
基于存储于非易失性存储器103的兼容性数据，控制单元200可以继而确定所连接的连接模块10是否与主模块20兼容。非易失性存储器103还可以包含许可数据，其可以被用于确定主模块20是否被许可与可以被连接到连接模块10的现场总线端口12的现场总线一起使用。
非易失性存储器103还可以包含程序段或程序，其可以由控制单元200读入并可选地可以被用于更新控制程序，例如主模块20的控制单元200的所谓固件。这种类型的固件例如被存储在主模块20的存储器203中，并且使用来自非易失性存储器103的信息适当地被更新。作为结果，用于较新的或者被更新的现场总线变形的较新的连接模块10也可以被连接到较旧的主模块20，该主模块20的软件未被配置为与特定现场总线类型一起使用。一旦所述连接模块10已经连接，则自动更新主模块20的软件，以便该主模块被配置为与连接模块10一起使用。
为了防止对连接模块10的任何损坏，非易失性存储器103可以永久地焊接到连接模块10的电路板。此外，相关信息例如有关于兼容性和/或许可数据的信息可以以加密形式存储在非易失性存储器103中。优选地，一旦存储器103的内容被读出，就由控制单元200使用存储在主模块20例如在存储器203中的关键数据来执行解密。
图6-8示出了根据本发明的自动化设备的又一个实施例。在所述附图所示的实施例中，自动化设备是控制计算机30，如上述的实施例中那样，其连接到提供现场总线端口12的连接模块10。
如图1-5所示的自动化设备那样，具体化为控制计算机的自动化设备具有主模块30，其机械且电耦合到连接模块10。
控制计算机与现场设备进行通信，由此信号可以被输出或读入。在这种情况下现场设备经由所示的现场总线端口12，直接或间接地经由现场总线耦合器例如图1-5所示的现场总线耦合器来连接。
在所示实施例中，根据图1-4的实施例的现场总线耦合器的主模块20还直接连接到控制计算机的主模块30。这有可能是因为控制主模块30在其与连接模块10相反的一侧上装配了插头连接器(图中不可见)，其与现场总线主模块20的配套连接器26啮合。作为结果，通常在控制计算机与现场总线耦合器之间经由现场总线交换的信息可以被在控制计算机的主模块30与现场总线耦合器的主模块20之间直接传送。这得出紧凑的自动化系统，其包括控制计算机和现场总线耦合器，相应的具有总线能力的模块可以连接到该现场总线耦合器。
以透视图形式示出了包括具有连接模块10且具有耦合到其上的现场总线耦合器的主模块20的所示系统，其中图6a中为组合状态并且在图6b中为模块彼此拆开状态。图7示出了拆开模块的侧视图，图8示出了组合状态的模块的俯视图。
在图6-8示出的实施例中，使用多部分外壳用于主模块30，所述外壳包括外壳上面部分31和外壳下面部分33。类似于现场总线耦合器的主模块20，在外壳上面部分31的顶表面上提供了连接、显示和调整单元32。例如，除了作为状态显示的发光二极管之外，示出了显示字段(显示)，以及USB端口和可以被手指激活用于操控系统的微型操纵杆。
外壳下面部分33的面向连接模块10的侧面在配置上类似于现场总线耦合器主模块20的外壳下面部分23。在相反的侧面，外壳下面部分33在配置上类似于连接模块10的相应侧面，允许它被耦合到现场总线耦合器主模块20。如图8的俯视图中清晰可见地，再次提供了解锁杆35，利用它主模块30可以被锁紧到卡扣式安装轨上。主模块30的卡扣式安装轨凹口在图中不可见。
关于操作方法，可以参考图5有关的描述。当操作为自动化设备时，可以由主模块30经由集成的非易失性存储器读入主模块30中的有关模块的兼容性、许可和/或固件的软件更新的信息。
参考标记列表
10连接模块
11外壳上面部分
12现场总线端口
13外壳下面部分
14卡扣式安装轨凹口
15解锁杆
16插头连接器
17调整单元
20主模块(现场总线耦合器)
21外壳上面部分
22连接单元，显示
23外壳下面部分
24耦合装置
24’额外耦合装置
25解锁杆
26配套连接器
27总线端口
30主模块(控制)
31外壳上面部分
32连接单元、显示、调整单元
33外壳下面部分
34耦合装置
35解锁杆
36配套连接器
100控制单元
101现场总线接口
102用于非易失性存储器的接口驱动器
103非易失性存储器
200微控制器
201、202、204接口驱动器
203存储器

Claims (15)

1.一种自动化设备，具有主模块(20、30)以及可互换连接模块(10)，其中用于所述自动化设备的现场总线端口(12)位于所述可互换连接模块(10)中，其特征在于所述可互换连接模块(10)包含能够由所述自动化设备的所述主模块(20、30)读出的非易失性存储器(103)。
2.根据权利要求1所述的自动化设备，其中所述连接模块(10)的所述非易失性存储器(103)是闪存、铁电存储器或EEPROM。
3.根据权利要求2所述的自动化设备，其中所述连接模块(10)的所述非易失性存储器(103)被焊接到所述连接模块(10)的电路板上，所述非易失性存储器(103)还包括用于控制所述现场总线端口(12)的接口驱动器(101)和/或中央控制单元(100)的组件。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的自动化设备，其中所述连接模块(10)具有用于连接到所述自动化设备的所述主模块(20、30)的插头连接器(16)，所述连接模块(10)中的所述插头连接器(16)被直接或间接耦合到所述非易失性存储器(103)。
5.根据权利要求4所述的自动化设备，其中所述插头连接器(16)还被配置为在所述主模块(20、30)与所述连接模块(10)的所述现场总线端口(12)之间传送数据。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的自动化设备，其中所述主模块(20、30)和/或所述连接模块(10)具有用于将所述连接模块(10)机械连接到所述主模块(20、30)的耦合装置(24)。
7.根据权利要求6所述的自动化设备，其中所述耦合装置(24)具体化为锁钩。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的自动化设备，其中所述主模块(20、30)和/或所述连接模块(10)被配置为安装在安装轨上，并且特别地具有卡扣式安装轨凹口(14)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的自动化设备，具体化为现场总线耦合器和/或控制计算机。
10.一种用于自动化设备的连接模块(10)，其特征在于所述连接模块(10)包含非易失性存储器(103)，其能够由所述自动化设备的主模块(20、30)经由位于所述连接模块(10)上的插头连接器(16)读出。
11.一种用于操作根据权利要求1-9中任一项所述的自动化设备的方法，包括下述步骤：
-将所述自动化设备的主模块(20、30)连接到连接模块(10)；
-使用所述主模块(20、30)读出所述连接模块(10)的非易失性存储器(103)；
-检测可能存在于所述主模块(20、30)与所述连接模块(10)之间的任何不兼容性；以及
-如果没有检查到不兼容性，则使所述自动化设备投入运行。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述不兼容性与软件、硬件或者许可有关。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中来自所述连接模块(10)的所述非易失性存储器(103)的数据被用于所述主模块(20、30)中以纠正可能被检测到的任何不兼容性。
14.根据权利要求13所述的方法，其中来自所述连接模块(10)的所述非易失性存储器(103)的数据被用于升级所述主模块(20、30)中的操作性软件，特别是固件。
15.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中还由所述连接模块(10)提供无线通信信道。
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