CN110312973A - 用于与控制装置相连接的前端适配器以及自动化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明尤其涉及一种用于与控制装置(10)相连接的前端适配器(5)。前端适配器(5)具有：与预定的系统缆线(30)相连接的接头装置，用于联接至少一个场组件(100、110、120)；至少一个无线通讯接口(71)，用于将信号无线发送给至少一个无线发送和/或接收装置(185、195)或从所述无线发送和/或接收装置接收信号，所述无线发送和/或接收装置可与第一场设备(180、190)连接；和/或至少一个有总线功能的通讯接口(70)，用于通过信号总线(200)将信号发送给至少一个有总线功能的发送和/或接收装置(150、160)或从所述有总线功能的发送和/或接收装置接收信号，所述有总线功能的发送和/或接收装置可与第二场设备(130、140)相连接；以及控制和/或评估装置(40)，其设计成，控制在控制装置(10)和至少一个无线发送和/或接收装置(185、195)和/或至少一个有总线功能的发送和/或接收装置(150、160)之间的信号传输。

Description

用于与控制装置相连接的前端适配器以及自动化系统
技术领域
本发明涉及一种用于与控制装置相连接的前端适配器，该前端适配器尤其是可使用在工业的自动化系统中，本发明也涉及一种自动化系统。
背景技术
将传感器和执行器有线地连结到控制系统的EA平面上，已经是已知的。这种控制系统使用所谓的前端适配器，前端适配器形成在控制部和E/A平面之间的接口。在此，执行器和传感器可通过系统缆线与控制系统的控制部的前端适配器相连接。
例如，从专利文献WO 2015/1 10476 A1中已知控制技术的相应的连接适配系统，在其中，E/A设备可借助于在一个端部与前端适配器相连接的系统缆线联接到控制装置的输入和/或输出单元上。为了实现在控制装置的输入和/或输出单元和至少一个E/A设备之间无线传输数字和/或模拟信号，专利文献WO 2015/1 10476 A1提出，通过相应地构造成用于无线传输数字和/或模拟信号的前端适配器和场侧的适配器替代系统缆线。
从专利文献DE 10 2004 029 022 A1中已知一种具有控制设备的过程控制系统。控制设备可与无线I/O接口相连接，以能够与无线供给的场装置通讯。此外，控制设备可直接与有线场装置相连接。
从专利文献US 2012/0057694 A1中已知一种具有组合端口(Anschlussbuchse)的连接装置，该连接装置具有多个电触点。例如，该组合端口支持两个连接标准，RJ-45和RJ-11。此外，连接装置具有探测装置，探测装置可识别插入的RJ-45或RJ-11插拔连接器的连接标准。根据已知的连接标准使组合端口的相应的触点与连接模块相连接。
发明内容
本发明的目的是，实现一种用于控制装置的前端适配器以及一种自动化系统，其以简单且成本适宜的方式实现灵活地将任意制造商的场设备连结到自动化系统中。
本发明的核心构思在于，例如根据要求的安全性，通过不同的传输介质传输控制装置的输出信号并且传输给不同制造商的场设备，并且将联接到不同传输介质上的不同制造商的场设备的输入信号打包(bündeln)并且有目的地传输给控制装置的输入触点。
以这种方式，也可将场设备连结到未构造成与预定的系统插头接缆线的控制装置上。
一方面，上述技术问题通过权利要求1所述的特征实现。
对此，设置用于与控制装置，例如SPS(可储存程序的控制部)或DCS(分配式控制系统)相连接的前端适配器。前端适配器具有与预定的系统缆线相连接的接头装置。通过系统缆线可将至少一个场组件，例如场传输组件或场设备联接到控制装置上。接头装置具有第一接触元件，第一接触元件可与控制装置的输入和输出部件的第一E/A接触元件电连接。此外，前端适配器具有至少一个无线通讯接口，无线通讯接口用于将信号无线发送给至少一个无线发送和/或接收装置或从所述无线发送和/或接收装置接收信号，无线发送和/或接收装置可与第一场设备相连接。
第一场设备可以、但不是必须构造成用于联接到预定的系统缆线上。然而，通常涉及未构造成用于联接到预定的系统缆线上的场设备。
可替代地或附加地，前端适配器具有有总线功能的通讯接口，该有总线功能的通讯接口用于通过信号总线将信号发送给至少一个有总线功能的发送和/或接收装置或从所述有总线功能的发送和/或接收装置接收信号，有总线功能的发送和/或接收装置可与第二场设备相连接。第二场设备可以、但不是必须构造成用于联接到预定的系统缆线上。此外，前端适配器具有与无线的和/或有总线功能的通讯接口且与第二接触元件相连接的控制和/或评估装置，其中，前端适配器的第二接触元件可与控制装置的输入和输出部件的E/A接触元件相连接。控制和/或评估装置构造成，控制在输入和输出部件的第二E/A接触元件和至少一个无线发送和/或接收装置和/或至少一个有总线功能的发送和/或接收装置之间的信号传输。
根据一种有利的改进方案，为每个无线的和/或有总线功能的发送和/或接收装置分配明确的地址。现在，控制和/或评估装置构造成，在对该地址进行响应的情况下控制在输入和输出部件的第二E/A接触元件和至少一个无线发送和/或接收装置和/或至少一个有总线功能的发送和/或接收装置之间的信号传输。有利地，至少一个无线通讯接口构造成用于光学的信号传输或无线电传输，并且有总线功能的通讯接口构造成用于接通信号总线。可使用有线场总线或数据总线作为信号总线。
为了能对前端适配器且尤其是控制和/或评估装置进行参数化和/或设置，可设置无线接口或有线接口。无线接口例如可以NFC或蓝牙标准为基础。
前端适配器和尤其是控制和/或评估装置的能量供给可借助于内部的能量供给源实现。可替代地或附加地，前端适配器可具有用于联接外部能量供给源的接口。
优选地，前端适配器构造成插拔连接器，其第一和第二接触元件可与输入和输出部件的第一和第二E/A接触元件配对。
另一方面，上述技术问题通过权利要求7所述的特征实现。
对此，设置一种自动化系统，该自动化系统具有根据权利要求1至6中任一项所述的前端适配器，前端适配器与控制装置相连接。此外，自动化系统具有至少一个无线发送和/或接收装置，该无线发送和/或接收装置与第一场设备相连接并且构造成用于与前端适配器无线通讯，以实现在第一场设备和控制装置之间的通讯。
可替代地或补充地，自动化系统具有至少一个基于总线的发送和/或接收装置，该基于总线的发送和/或接收装置与第二场设备相连接并且构造成用于与前端适配器的基于总线的通讯。
根据一种有利的设计方案，至少一个无线发送和/或接收装置和/或至少一个有总线功能的发送和/或接收装置分别布置在独立的壳体中，并且构造成与相应的为其分配的场设备外部连接。
可替代地，至少一个无线发送和/或接收装置和/或至少一个有总线功能的发送和/或接收装置实施在相应的为其分配的场设备中。
第一和/或第二场设备分别可为执行器或传感器。
第一和第二场设备可以、但不是必须构造成能够与系统缆线相连接。
自动化系统可具有构造成用于与系统缆线相连接的场组件，例如场传输组件或第三场设备。
借助于根据本发明的前端适配器根据不同的安全需求，实现场设备通过不同的传输介质、即预定的系统缆线、无线传输介质或基于总线的传输介质通讯。
附图说明
下文根据实施例结合附图详细解释本发明。其中：
图1示出了实现本发明的示例性的自动化系统，以及
图2示出了在图1中示出的发送和/或接收装置，其构造成用于基于总线的通讯。
具体实施方式
图1示出了示例性的、优选地工业的自动化系统1，该自动化系统1具有至少一个控制装置10，控制装置例如可构造成SPS或DCS。控制装置10具有至少一个输入和输出部件12，输入和输出部件构造成用于接收模拟的和/或数字的输入信号以及输出模拟的和/或数字的输出信号。输入和输出部件12具有第一E/A接触元件201至20n，其在本示例中构造成E/A针。此外，输入和输出部件12具有第二E/A接触元件21l至21n，其再次可构造成E/A针。
为了将场设备连结到控制装置10上，设置前端适配器5，前端适配器例如可构造成插拔连接器并且可安装在壳体中。
前端适配器5具有与预定的系统缆线30相连接的接头装置。接头装置具有接触元件801至80n，其分别可与控制装置10的输入和输出部件12的第一E/A接触元件201至20n电连接。接头装置的第一接触元件801至80n构造成与第一E/A接触元件201至20n互补。在本示例中，接头装置的第一接触元件801至80n构造成插槽触点，相应的E/A针201至20n可被插入该插槽触点中。预定的系统缆线30的单个纤维311至31n分别与第一接触元件801至80n中的一个相连接。
如在图1中可看出，预定的系统缆线30在背离前端适配器的端部上具有系统插头90，系统插头可与场组件相连接。作为场组件，可使用所谓的场传输组件100，多个场设备可联接到该场传输组件上。在本示例中，执行器110和传感器120通过场组件100、系统缆线30和前端适配器5与控制装置10相连接。然而也可设想的是，场设备直接与系统缆线30相连接。
概念“预定的系统缆线”尤其是指，其为确定制造商的系统缆线，其中，尤其是，系统插头100具有限定的结构和电的性能。因此，在系统插头100上也可仅仅联接具有互补地构造的连接器的场组件。
为了能使场设备与控制装置10(该控制装置或者未构造成与预定的系统缆线30相连接，或者例如应布置在出于安全技术的原因不允许与系统缆线30相连接或者完全不能与缆线相连接的环境中)相连接，设置至少一个无线通讯接口71，无线通讯接口用于将信号无线发送给至少一个无线发送和/或接收装置或从所述无线发送和/或接收装置处接收信号。在本示例中，示出了两个发送和/或接收装置185和195，其分别可与场设备180或190相连接。例如，场设备180为传感器并且场设备190为执行器。根据一种有利的设计方案，无线发送和/或接收装置185实现在传感器180中，而无线发送和/或接收装置195实现在执行器180中。
至少一个无线通讯接口71例如构造成用于光学的信号传输或无线电传输。例如，通讯接口71和无线发送和/或接收装置185和195构造成用于红外线数据传输。可设想的是，作为无线通讯接口71的备选或附加，可设置另一、未示出的无线通讯接口，该另一无线通讯接口例如可根据无线电技术与相应地构造的无线发送和/或接收装置(未示出)通讯。
可替代地或附加地，无线通讯接口71可在前端适配器5中实现有总线功能的通讯接口70，该有总线功能的通讯接口用于通过信号总线将信号发送给至少一个有总线功能的发送和/或接收装置或从所述具有总线功能的发送和/或接收装置接收信号。为了更简单地示出，例如示出了两个发送和/或接收装置150和160，其分别与场设备130和140相连接。在这点上应指出的是，场设备130、140、190和180不必构造成能够与系统缆线30相连接。
如例如在图1中示出的那样，两个有总线功能的发送和/或接收装置150和160分别布置在独立的壳体中并且构造成与场设备130或140外部地机械和电连接。优选地，有总线功能的发送和/或接收装置150可与场设备130的相应的卡紧部位拧在一起，以建立机械的和电的耦联。以相似的方式，有总线功能的发送和/或接收装置160可与场设备140电的和机械的耦联。在图2中，为此构造的通讯接口设有附图标记154。
如可在图1中看出的那样，两个有总线功能的发送和/或接收装置150和160分别构造成，可联接到例如为场总线的信号总线200上。场总线200与构造成场总线通讯接口的有总线功能的通讯接口70相连接。应指出的是，场设备130为执行器并且场设备140为传感器。
为了尤其是能够控制在前端适配器5或控制装置10和场设备130、140、180、190之间的通讯，前端适配器5具有控制和/或评估装置40，控制和/或评估装置40例如可构造成可编程的微控制器或微处理器。控制和/或评估装置40具有触点，该触点以相应的方式与示例性地实现的通讯接口70和71以及第二接触元件811至81n相连接。第二接触元件811至81n构造成与控制装置10的输入和输出部件12的第二E/A接触元件互补。由此，在这种情况中，第二接触元件811至81n构造成插槽触点，在接合的状态中，插槽触点与控制装置10的第二E/A接触元件211至21n电连接。
为了能以电能供给前端适配器5以及尤其是控制和/或评估装置40，可使用内部的能量供给源(未示出)。附加地或可替代地，前端适配器具有接头170和171，外部的能量供给源、例如直流电压源可联接到该接头上。通过直流电压转换器50，将由外部的能量供给源提供的直流电压输送给控制和评估装置40。
控制和/或评估装置40构造成，控制在输入和输出部件12的第二E/A接触元件201至20n和无线发送和/或接收装置185和195和/或有总线功能的发送和/或接收装置150和160之间的信号传输。如果交换模拟信号，在前端适配器5中为预定的第二接触元件811至81n分配D/A或A/D转换器，确切地说根据输入和输出部件12是否具有模拟的输出部和模拟的输入部。
为了控制和/或评估装置40能控制在控制装置10和场设备130、140、180和190之间的通讯，有利地，为每个无线发送和/或接收装置185和195以及每个有总线功能的发送和/或接收装置150、160分配明确的地址。现在，前端适配器5的控制和/或评估装置构造成，在对该地址进行响应的情况下控制在控制装置10的输入和输出部件12的第二E/A接触元件201至20n和无线发送和/或接收装置185和195和/或有总线功能的发送和/或接收装置150和160之间的信号传输。
为了能对前端适配器5进行参数化和/或设置，设置合适的接口60，接口60与控制和/或评估装置40相连接。接口60可构造成无线接口或有线接口，以例如能将来自外部计算机的参数化和配置数据继续传输给控制和评估装置40。
以这种方式，控制和评估装置40例如可设置成，将在E/A接触元件201上出现的控制装置10的输出信号传输给有总线功能的发送和/或接收装置150并且进而传输给执行器130，而例如将由传感器140提供的、且从发送和/或接收装置160传输给前端适配器5的信号输送给E/A接触元件20n。
以相似的方式，无线发送和/或接收装置185和195或场设备180或190可分别被指派给输入和输出部件12的另一预定的第二E/A接触元件，以能够通过前端适配器5将信号从控制装置10传输给执行器130并且将信号从传感器140传输给控制装置10。
根据实施方案，除了相应的执行器的目标地址之外，前端适配器5或控制和/或评估装置40也可将分配给前端适配器5的明确的地址增加到确定用于执行器190或执行器130的控制装置10的输出信号中，可由发送和/或接收装置150或195评估该地址。评估目标地址的目的是作为执行器120和190的接收器识别出相应的信号，而评估前端适配器5的地址的目的是确认前端适配器。
为此，发送和/或接收装置150和195分别具有控制和/或评估装置，其在图2中在发送和/或接收装置150方面示出并且以附图标153表示。发送和/或接收装置150具有通讯接口151，在本示例中，通讯接口构造成有总线功能的通讯接口，场总线200例如可联接在该通讯接口上。可替代地，通讯接口151也可构造成无线通讯接口，无线通讯接口具有发送和/或接收天线或光学的发送器和/或光学的接收器。可通过内部的能量供给源和/或通过外部的能量供给源实现发送和/或接收装置150的能量供给。在图2中，示出了具有例如两个联接端子155、156的接头装置，未示出的外部的能量供给源、优选地直流电压源可联接到联接端子上。联接端子与直流电压转换器152相连接，直流电压转换器至少为控制和/或评估装置153供能。发送和/或接收装置150可通过接口154与执行器130机械地且电地耦联。
发送和/或接收装置160可构造成与发送和/或接收装置150相似。然而，发送和/或接收装置160具有用于与传感器140机械地且电地耦联的接口。此外，发送和/或接收装置具有控制和/或评估装置，控制和/或评估装置构造成，将由传感器140为控制装置10提供的输入信号与发送和/或接收装置160的地址和前端适配器5的地址一起传输给前端适配器5，前端适配器通过相应的第二接触元件将输入信号输送给控制装置10。
发送和/或接收装置185与发送和/或接收装置160的基本区别在于，发送和/或接收装置185是传感器180的一体的组成部分，并且发送和/或接收装置185具有无线通讯接口，无线通讯接口可具有发送和/或接收天线或者光学的发送器和/或光学的接收器。可替代地，发送和/或接收装置185的通讯接口也可构造成有总线功能的通讯接口，该通讯接口例如可联接到场总线200上。传感器180和发送和/或接收装置185相互电连接并且可联接到共同的能量供给源上。
发送和/或接收装置195与发送和/或接收装置150的基本区别在于，发送和/或接收装置195是执行器190的一体的组成部分，并且发送和/或接收装置190具有无线通讯接口，无线通讯接口可具有发送和/或接收天线或光学的发送器和/或光学的接收器。可替代地，发送和/或接收装置195的通讯接口也可构造成有总线功能的通讯接口，该有总线功能的通讯接口例如可联接到场总线200上。执行器190和发送和/或接收装置195可相互电连接并且可联接到共同的能量供给源上。
下文详细解释在图1中示出的自动化系统1的工作原理以及前端适配器5的功能性。
现在应指出的是，控制装置10想要在执行器190上进行状态改变。例如，例如构造成电流接触器的执行器190应关闭开关。为此，例如用作数字输入针的E/A接触元件211被控制装置10接上。控制和评估装置40识别出，已经接上了接触元件211并且接触元件通过无线通讯接口71将数字信号与发送和/或接收装置195的地址以及必要时与前端适配器5的地址一起发出。发送和/或接收装置195根据被分配给其的地址识别出，接收到的数字信号是确定用于其自身的并且将该信号继续传输给执行器190，执行器现在如通过控制装置10规定的那样操纵开关。
以相似的方式，可将例如数字的输入信号从传感器180传输给控制装置10。为此，通过无线通讯接口将由传感器180提供的数据与发送和/或接收装置185的地址和前端适配器5的目标地址一起发出，并且被通讯接口71接收。控制和/或评估装置40根据与信号一起传输的地址识别出，该信号确定用于前端适配器5并且已经由传感器180传输。控制和/或评估装置40知道，来自传感器180的数据必须被继续传输到控制装置10的数字的输入针21n处。因此，控制和/或评估装置40用于，将接收的信号通过第二接触元件81n和输入针21n输送给控制装置10以继续处理。
以相似的方式，确定用于执行器130的、控制装置10的输出信号通过控制装置10的相应的E/A接触元件传输给控制和/或评估装置40，控制和/或评估装置又将控制装置10的输出信号与前端适配器5的地址和控制和/或接收装置150的地址一起通过通讯接口70和场总线200传输给控制和/或接收装置150并且进而传输给执行器130。根据传输的目标地址，控制和接收装置150识别出，接收的输出信号来自控制装置10并且确定用于执行器130。
以相似的方式，例如可将数字的输入信号从传感器140传输给控制装置10。为此，由传感器140提供的数据与发送和/或接收装置160的地址和前端适配器5的目标地址一起通过有总线功能的通讯接口和场总线200传输给前端适配器5的通讯接口71。根据与信号一起传输的地址，控制和/或评估装置40识别出，该信号确定用于前端适配器5并且已经由传感器140传输。控制和/或评估装置40知道，来自传感器140的数据必须继续传输给第二E/A接触元件211至21n的确定的输入针。因此，控制和/或评估装置40用于，将接收的信号通过相应的第二接触元件和相应的输入针21n输送给控制装置10以继续处理。

Claims (12)

1.一种用于与控制装置(10)相连接的前端适配器(5)，其具有：
与预定的系统缆线(30)相连接的接头装置，用于联接至少一个场组件(100、110、120)，其中，所述接头装置具有第一接触元件(801至80n)，所述第一接触元件能够与控制装置(10)的输入和输出部件(12)的第一E/A接触元件(201至20n)电连接，
至少一个无线通讯接口(71)，用于将信号无线发送给至少一个无线发送和/或接收装置(185、195)或从所述无线发送和/或接收装置接收信号，所述无线发送和/或接收装置能够与第一场设备(180、190)连接，和/或
至少一个有总线功能的通讯接口(70)，用于通过信号总线(200)将信号发送给至少一个有总线功能的发送和/或接收装置(150、160)或从所述有总线功能的发送和/或接收装置接收信号，所述有总线功能的发送和/或接收装置能够与第二场设备(130、140)连接，以及
控制和/或评估装置(40)，其与所述至少一个无线通讯接口(71)和/或所述至少一个有总线功能的通讯接口(70)以及第二接触元件(811至81n)相连接，其中，所述第二接触元件(811至81n)能够与控制装置(5)的输入和输出部件(12)的第二E/A接触元件(211至21n)连接，其中，所述控制和/或评估装置(40)构造成，控制在输入和输出部件(12)的第二E/A接触元件(211至21n)和所述至少一个无线发送和/或接收装置(185、195)和/或所述至少一个有总线功能的发送和/或接收装置(150、160)之间的信号传输。
2.根据权利要求1所述的前端适配器，
其特征在于，
为每个无线的和/或有总线功能的发送和/或接收装置(150、160、185、195)分配明确的地址，并且，所述控制和/或评估装置(40)构造成，在对所述地址进行响应的情况下控制在输入和输出部件(12)的第二E/A接触元件(211至21n)和至少一个无线发送和/或接收装置(185、195)和/或至少一个有总线功能的发送和/或接收装置(150、160)之间的信号传输。
3.根据权利要求1或2所述的前端适配器，
其特征在于，
所述至少一个无线通讯接口(71)构造成用于光学的信号传输或无线电传输，并且所述有总线功能的通讯接口(70)构造成用于有线的或玻璃纤维的信号总线(200)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的前端适配器，
其特征在于，
用于对前端适配器(5)接口(60)的参数化和/或设置。
5.根据上述权利要求中任一项所述的前端适配器，
其特征在于，
内部的能量供给源和/或用于联接外部的能量供给源的接口(170、171)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的前端适配器，
其特征在于，
所述前端适配器(5)构造成插拔连接器。
7.一种自动化系统(1)，所述自动化系统具有：
根据上述权利要求中任一项所述的前端适配器(5)，所述前端适配器与控制装置(10)连接，
至少一个无线发送和/或接收装置(185、195)，所述无线发送和/或接收装置与第一场设备(180、190)连接并且构造成用于与所述前端适配器无线通讯，和/或
至少一个基于总线的发送和/或接收装置(150、160)，所述基于总线的发送和/或接收装置与第二场设备(130、140)连接并且构造成用于与前端适配器的基于总线的通讯。
8.根据权利要求7所述的自动化系统，
其特征在于，
所述至少一个无线发送和/或接收装置和/或所述至少一个有总线功能的发送和/或接收装置(150、160)分别布置在独立的壳体中，并且构造成与相应的为其分配的场设备(130、140)外部连接。
9.根据权利要求7所述的自动化系统，
其特征在于，
所述至少一个无线发送和/或接收装置(185、195)和/或所述至少一个有总线功能的发送和/或接收装置实施在相应的为其分配的场设备(180、190)中。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的自动化系统，
其特征在于，
所述第一场设备和/或所述第二场设备分别构造成执行器(130、190)或传感器(140、180)。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的自动化系统，
其特征在于，
所述第一场设备和所述第二场设备(130、140、180、190)不构造成能够与系统缆线(30)连接。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的自动化系统，
其特征在于，
场组件(100、110、120)构造成用于与系统缆线(30)相连接。
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