CN111989628A - 自动化和过程工程的通信系统，以及用于这样的通信系统的y选择器开关单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动化和过程工程的通信系统，其具有作为信号接收器的控制器(2)和作为信号源的传感器(3)，它们通过连接线交换电压和/或电流信号，其中，传感器(3)适用于提供根据IO链路标准的数字数据，并且控制器(2)仅具有模拟和/或开关信号输入。如果控制单元本身不适合此目的，为了使用户能够容易地访问通信系统中的来自IO链路能力的传感器的数据，将通信线分为两个部分线，并且在连接点处使用Y选择器开关单元(10)，其中在传感器侧提供第一连接(10a)，以及在Y选择器开关单元(10)上的控制器侧提供第二连接和第三连接(10b，10c)，其中控制器(2)连接到第二连接(10b)，以及另一数据接收器(4)连接到第三连接(10c)，其中Y选择器开关单元(10)向另一数据接收器(4)在第三连接(10c)处提供来自传感器(3)的根据IO链路标准的数字数据，并且包括评估和处理单元(11)，该评估和处理单元(11)获取来自传感器(3)的根据IO链路标准的数字数据，从中提取二进制开关信号，并向控制器(2)在第二连接(10b)处提供所述信号，结果是另一数据接收器(4)可以查询来自传感器(3)的数字数据并可以访问传感器(3)，而不会由此影响传感器(3)和控制器(2)之间的信号。

Description

自动化和过程工程的通信系统，以及用于这样的通信系统的Y 选择器开关单元

技术领域

本发明涉及一种自动化和过程工程的通信系统，所述通信系统包括作为信号接收器的控制器和作为信号源的传感器，所述传感器经由连接线交换电压和/或电流信号，以及用于这样的通信系统的Y选择器开关单元。

背景技术

在自动化和过程工程中，经常使用传感器或测量装置，其将测量值，例如压力、温度、流速、以及此外，距离或振动，转换为表示模拟的或数字的电流或电压信号形式的这种测量值的输出信号，并且在它们的电缆或插头连接处提供这种信号，或者有时无线地提供该信号，用于发送到更高级的控制器例如PLC进行进一步处理。

典型的测量装置首先由传感器元件(也称为“换能器”)组成，其用于检测过程值的物理测量变量并将其转换为测量信号。此外，提供了评估单元，其通常被配置为微控制器，并且其中由传感器元件产生的测量信号被调整，例如被放大，并且大部分已经被处理。评估单元的输出侧连接到其中经处理的测量信号可以通过接口以二进制开关信号或模拟信号的形式被发送到已经提到的控制器的接口。

此外，在自动化工程中，已知的是，标准通信接口驱动程序的使用符合IO链路标准。IO链路标准是工业自动化的专用通信系统，其用于将智能传感器和致动器(其也被称为现场设备)连接到控制器，前提是控制器具有IO链路能力，即被设计用于这样的通信。IO链路标准根据名为“用于小型传感器和致动器的单点数字通信接口”(SDCI)的IEC 61131-9标准进行标准化。所述标准化包括电连接数据以及数字通信协议，其中传感器和致动器经由所述数字通信协议与具有IO链路能力的控制器进行数据交换。

现今，大多数传感器，特别是申请人出售的传感器具有IO链路能力。另一方面，用户使用的控制器通常不具有IO链路能力，并且仅具有模拟和/或开关信号输入，因为根本不需要直接进行数字通信。因此，出现了这样的情况：智能(例如具有IO链路能力)传感器被连接到非智能控制器，并且因此与高级控制器实际需要相比，该传感器可以提供显著更多的数据，以便控制所讨论的系统。

然而，在工业4.0的环境中，现在越来越需要，在无需更改或替换控制器与传感器之间设置的通信系统的情况下，从智能传感器(控制器本身并不需要)访问数据以便能够监视或评估数据。

发明内容

本发明的目的是以这样的方式开发上述自动化和过程工程的通信系统，即，如果控制器本身不适合，它使得用户能够容易地访问位于通信系统中的具有IO链路能力的传感器的数据。

根据本发明，通过包括权利要求1的特征的通信系统以及用于包括权利要求6的特征的这种通信系统的Y选择器开关单元来实现该目的。在从属权利要求中提供了本发明的有利实施例。

根据本发明，通信线(其中控制器和传感器经由该通信线在控制器的模拟或开关信号输入处彼此连接)被分成两个部分线，并且Y选择器开关单元被插入在连接点处。术语“Y选择器开关单元”是由于以下事实导致的：在传感器侧提供第一连接，而在控制器侧提供第二连接和第三连接。控制器连接到第二连接，并且另一数据接收器连接到第三连接。

一方面，Y选择器开关单元将传感器的根据IO链路标准的数字数据在第三连接处提供给另一数据接收器。另一方面，Y型选择器单元包括评估和处理单元；根据有利的实现，该评估和处理单元包括扫描单元、微控制器和放大器单元。该评估和处理单元获取(tapoff)传感器的数字IO链路数据，分析协议，从中提取原始二进制开关信号，并最终在控制器的第二连接处提供它。结果，另一数据接收器现在可以查询传感器的数字数据，而不影响传感器和控制器之间的接口。因此，重要的是，信号可以被直接地且不改变地从Y选择器开关单元中从第一连接转发到第三连接，例如从传感器转发到另一数据接收器，例如被循环，而第一连接和第二连接之间的连接(例如从传感器到控制器)，其特征在于，信号在Y选择器开关单元这里经由评估和处理单元被路由，并且从数字IO链路信号提取二进制开关信号。

结果，用户现在可以访问位于通信系统中的具有IO链路能力的传感器的数字通信数据，而不会由此影响非智能控制器能够继续接收传感器的二进制开关信号。

本发明的有利实施例提供了另一数据接收器，其包括用于连接到公司网络和/或便携式数据处理设备(平板计算机、智能电话、笔记本计算机等)的接口。该连接可以是有线的，例如经由LAN或USB、或无线的，例如经由蓝牙或WLAN。这使得传感器数据能够从数据接收器读出并进一步处理。然后，传感器数据彼此独立地在控制网络中和常规公司网络中可用或在移动数据处理设备上可用，尽管这两个网络是严格分离的(这经常是需要的)。

附图说明

在下文中，将参考附图基于示例性实施例更详细地解释本发明。

附图示意性地示出了：

图1是根据本发明的自动化和过程工程的通信系统；

图2是根据本发明的Y选择器开关单元的框图；以及

图3是图2的根据本发明的Y选择器开关单元的另一示例性实施例的框图。

在下面对优选实施例的描述中，相同参考符号表示相同或相似的部件。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的用于自动化和过程工程的通信系统1。请关注包括三个连接10a、10b和10c的Y选择器开关单元10，其中第一连接10a布置在传感器侧，而另外两个连接10b、10c布置在控制器侧。

传感器3连接到第一连接10a。这可以是在自动化和过程工程中常用的任何类型的传感器或测量装置，特别是压力传感器、温度传感器、流量传感器或液位传感器。重要的是，它是一种智能传感器，实际上适于与控制器(例如PLC)交换根据IO链路标准的数字数据。除了纯测量数据之外，这主要意味着表征传感器本身的数据，例如序列号、标识符、诊断或参数数据。然而，如果控制器2仅包括模拟和/或开关信号输入，并且因此不适于IO链路通信，则这些其他数据将保持未使用，因为它们不能被非智能控制器2获得或处理。

为了监视或评估的目的，通过在传感器3和控制器2之间插入Y选择器开关单元10，这种通信系统的操作者现在可以容易地从传感器3访问该其他通信数据。控制器2在第二连接10b处连接，并且另一数据接收器4在第三连接10c处连接到Y选择器开关单元10。数据接收器4特别地可以是IO链路主控器。

还可以设想将Y选择器开关单元10和另一数据接收器4之间的连接配置为无线连接，这会导致高灵活性。

数据接收器4可选地包括用于连接到公司网络5a和/或便携式数据处理设备(平板计算机、智能电话、笔记本计算机等)的接口5(其以虚线示出)。该连接可以是有线的，例如经由LAN、USB或无线的，例如经由蓝牙或WLAN。这使得能够从数据接收器4读出传感器数据并使得进一步处理它们成为可能。然后，传感器数据在控制网络2和常规公司网络5a中或者在移动数据处理设备上彼此独立地可用。

在图2中，Y选择器开关单元10以框图的形式详细示出。三个连接10a、10b、10c中的每个连接包括四个引脚，其中“+”和“-”分别表示正负工作电压。为了不使附图信息过载，省略了这些引脚的显式布线，并且仅指示了可以用于连接的选项。还存在用于(这里作为示例，以模拟信号的形式)获取记录的测量值的相应引脚、以及通过其发送根据IO链路标准的数字信号或二进制开关信号(SIO：串行输入输出)的引脚。模拟信号被循环传送，这里只作为一种选择方式；主要关注第四引脚，通过第四引脚发送数字或二进制信号。

从图2可以看出，用于IO链路信号的线被分开，一方面该信号被直接馈送到数据接收器4连接的第三连接10c，另一方面该信号被馈送到控制器2连接的第二连接10b，其中IO链路信号先前被馈送到包括协议扫描器11a、协议分析器11b和放大器单元11c的评估和处理单元11。

协议扫描器11a优选地被实现为硬件电路，并扫描在传感器连接10a处提供的数字IO链路信号，并将其馈送到协议分析器11b。协议分析器11b被实现为具有集成IO链路栈的微控制器，该集成IO链路栈被用于解释协议以便滤除其中包括的开关信息。放大器单元11c优选地再次实现为硬件电路，并且用于将开关信号调整为控制器2可理解的形式。然后，经调整的开关信号在第二连接10b处被提供给控制器2。

数据接收器4连接的第一连接10a和第三连接10c之间的连接通过两个彼此反方向的箭头表征为双向通信线。例如，作为另一数据接收器4的IO链路主控器也可以访问传感器3并在那里执行例如参数化。在第一连接10a和第二连接10b之间的连接上，仅可以有从传感器3到控制器2的相应的一个信号传输。

虽然Y选择器开关单元10在图2中以其基本结构示出，但是图3稍微更详细地示出了Y选择器开关单元10，并且具有一些有利的实现。协议扫描器11a还包括主栈11d和设备栈11e，它们基本上已经被包括在图2中，但是由于说明的原因在这里没有提及。主栈11d在第一连接10a处为传感器3提供主控制器，而设备堆栈11e在第三连接10c处为数据接收器4提供设备，例如，指定传感器。

与图2的第一个不同之处在于，第一连接10a和第三连接10c之间的IO链路信号现在经由评估和处理单元11被路由，例如首先经由主栈11d然后经由设备栈11e被路由。通过这样做，在不考虑另一数据接收器是否连接到第三连接10c的情况下，Y选择器开关单元10的功能被进一步改进。

与根据图2的实施例的另一个不同之处在于，第三连接10c与Y选择器开关单元10的其余部分完全电气隔离。特别是光耦合器本身适合于用于这种电气隔离的单元12。这种措施可以有效地消除可能出现的任何交叉电流。

将写保护集成到主栈11d和设备栈11e之间的通信线中也是有利的，以便防止数据接收器4对传感器3的不希望的写访问，从而例如允许仅在某些情况下对传感器3进行参数化。

参考符号列表

1 通信系统

2 控制器，PLC

3 传感器

4 数据接收器

5 接口

5a 公司网络

10 Y选择器开关单元

10a 第一连接

10b 第二连接

10c 第三连接

11 评估和处理单元

11a 扫描单元

11b 协议分析器/微控制器

11c 放大器单元

11d 主栈

11e 设备栈

12 电气隔离

Claims (9)

1.一种自动化和过程工程的通信系统，包括作为信号接收器的控制器(2)和作为信号源的传感器(3)，所述控制器(2)和所述传感器(3)经由连接线交换电压和/或电流信号，

其中，所述传感器(3)适于提供根据IO链路标准的数字数据，并且所述控制器(2)仅包括模拟和/或开关信号输入，

其中，所述连接线被分成两个部分线，并且Y选择器开关单元(10)被插入在连接点处，

其中，在所述Y选择器开关单元(10)处，在传感器侧提供第一连接(10a)，并且在控制器侧提供第二连接和第三连接(10b，10c),

其中，所述控制器(2)连接到所述第二连接(10b)，并且另一数据接收器(4)连接到所述第三连接(10c)；并且

其中，所述Y选择器开关单元(10)一方面将所述传感器(3)的根据IO链路标准的所述数字数据在所述第三连接(10c)处提供给所述另一数据接收器(4)，以及另一方面包括评估和处理单元(11)，所述评估和处理单元(11)获取所述传感器(3)的根据IO链路标准的所述数字数据，从中提取二进制开关信号，并将所述二进制开关信号在第二连接(10b)处提供给所述控制器(2)，使得所述另一数据接收器(4)能够查询所述传感器(3)的所述数字数据并访问所述传感器(3)，而不会由此影响所述传感器(3)和所述控制器(2)之间的信号。

2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述评估和处理单元(11)包括扫描单元(11a)、微控制器(11b)和放大器单元(11c)。

3.根据权利要求2所述的通信系统，其特征在于，所述微控制器(11b)包括根据IO链路标准的协议分析器和协议栈。

4.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，来自或到所述第三连接(10c)的所述数据和所述信号经由电气隔离(12)被路由。

5.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述另一数据接收器(4)包括用于连接到公司网络(5a)和/或便携式数据处理设备的接口(5)。

6.一种用于自动化和过程工程的通信系统的Y选择器开关单元，所述通信系统包括作为信号接收器的控制器(2)和作为信号源的传感器(3)，

其中，电压和/或电流信号经由连接线交换，并且所述传感器(3)适于提供根据IO链路标准的数字数据，并且所述控制器(2)仅具有模拟和/或开关信号输入，

其中，第一连接(10a)设置在传感器侧，以及第二连接和第三连接(10b，10c)设置在控制器侧，

其中，所述第二连接(10b)被设置用于连接到所述控制器(2)并且所述第三连接(10c)被设置用于连接到另一数据接收器(4)，并且

其中，所述Y选择器开关单元(10)一方面将所述传感器(3)的根据IO链路标准的数字数据在所述第三连接(10c)处提供给所述另一数据接收器(4)，以及另一方面包括评估和处理单元(11)，所述评估和处理单元(11)获取所述传感器(3)的根据IO链路标准的所述数字数据，从中提取二进制开关信号，并将所述二进制开关信号在所述第二连接(10b)处提供给所述控制器(2)，使得所述另一数据接收器(4)能够查询所述传感器(3)的所述数字数据并且能够访问所述传感器(3)，而不会由此影响所述传感器(3)和所述控制器(2)之间的信号。

7.根据权利要求6所述的Y选择器开关单元，其特征在于，所述评估和处理单元(11)包括扫描单元(11a)、微控制器(11b)和放大器单元(11c)。

8.根据权利要求7所述的Y选择器开关单元，其特征在于，所述微控制器(11b)包括根据IO链路标准的协议分析器和协议栈。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的Y选择器开关单元，其特征在于，来自或到所述第三连接(10c)的所述数据和信号经由电气隔离(12)被路由。

Images