CN115053495A - 用于将不支持以太网的现场设备连接至基于以太网的过程控制系统的基于spe的设备适配器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于SPE的设备适配器(10)，用于将不支持以太网的现场设备(20、30)连接到基于以太网的过程控制系统(1)，所述设备适配器具有：基于SPE的第一通信接口(11)，所述第一通信接口构造用于经由双芯以太网导线(40)接收和发送以太网数据帧，第二通信接口(12)，其被构造用于根据第一通信协议从和向不支持以太网的现场设备(20)接收和发送数据，其中第一通信协议不是基于以太网的通信协议，第一转换装置(15)，其被构造用于将经由第二通信接口(12)接收的数据转换为以太网数据帧以用于经由基于SPE的第一通信接口(11)传输，并且将经由基于SPE的第一通信接口(11)接收的以太网数据帧转换为用于根据第一通信协议经由第二通信接口(12)传输的数据。

Description

用于将不支持以太网的现场设备连接至基于以太网的过程控 制系统的基于SPE的设备适配器

技术领域

本发明涉及一种基于SPE的设备适配器，其用于将不支持以太网的现场设备连接到基于以太网的过程控制系统上，所述过程控制系统尤其可以是工业自动化设备的组成部分。

背景技术

在过程控制系统中，诸如传感器和执行器的现场设备通过通信网络与上级控制装置通信。同时，在工业自动化技术中以太网技术也越来越多地被贯彻。迄今为止，四线或八线以太网导线被用在通信网络中，以便将现场设备与上级的支持以太网的控制装置连接。如果要将不支持以太网的现场设备、例如基于IO链路的现场设备连接到四线或八线以太网导线上，则使用相应的IO模块，通过该IO模块可以将不支持以太网的现场设备连接到四线或八线以太网导线上。最近在自动化技术中越来越多地特征在于，至少在网络层面中使用单对以太网(SPE)技术，其中网络用户经由双线以太网导线相互布线。SPE技术不仅能够实现数据交换，而且也能够实现所连接的网络用户的能量供给，这作为数据线供电(PoDL)公知。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于SPE的设备适配器，利用该设备适配器能够将不支持以太网的现场设备以简单并且成本低廉的方式借助于双芯以太网导线连接到基于以太网的过程控制系统上。

上述技术问题通过权利要求1的特征解决。

因此，提供了一种基于SPE的设备适配器，用于将不支持以太网的现场设备连接到基于以太网的过程控制系统，其中基于SPE的设备适配器具有以下特征：

基于SPE的第一通信接口，其被构造为经由双芯以太网导线接收和发送以太网数据帧，

第二通信接口，其被构造为根据第一通信协议从和向不支持以太网的现场设备接收和发送数据，其中第一通信协议不是基于以太网的通信协议，

第一转换装置，其被构造为将经由第二通信接口接收的数据转换为以太网数据帧以经由基于SPE的第一通信接口传输，并且将经由基于SPE的第一通信接口接收的以太网数据帧转换为用于根据第一通信协议经由第二通信接口传输的数据。

要注意的是，基于SPE的设备适配器尤其能够构成为插接连接器。特征“以太网数据帧”例如可以在本发明的范围内如下理解，即数据可以根据以太网通信协议在以太网数据帧中通过基于SPE的通信接口和双芯以太网导线来传输。

为了获得紧凑并且灵活的基于SPE的设备适配器，能够设有第三通信接口，所述第三通信接口构成为用于根据第二通信协议从和向不支持以太网的现场设备接收和发送数据。第二通信协议又不是以太网通信协议。此外，第二通信协议与第一通信协议不同。此外，设置第二转换装置，其被构造为将经由第三通信接口接收的数据转换为以太网数据帧以便经由基于SPE的第一通信接口传输，并且将经由基于SPE的第一通信接口接收的以太网数据帧转换为用于经由第三通信接口根据第二通信协议传输的数据。此外，可以设置控制和/或分析装置，其被构造为识别是否有不支持以太网的现场设备连接在第二或第三通信接口上。它还被构造成根据此将第一或第二转换装置连接到基于SPE的第一通信接口。

根据一个替代的设计方案，基于SPE的设备适配器可以具有第三通信接口，所述第三通信接口被构造为用于根据第二通信协议从和向不支持以太网的现场设备接收和发送数据。第二通信协议不是以太网通信协议并且此外与第一通信协议不同。此外，设置基于SPE的第四通信接口，所述第四通信接口构成为用于经由双芯的以太网导线接收和发送以太网数据帧。此外，设置第二转换装置，其被构造为将经由第三通信接口接收的数据转换为以太网数据帧以经由基于SPE的第四通信接口传输并且将经由基于SPE的第四通信接口接收的以太网数据帧转换为用于根据第二通信协议经由第三通信接口传输的数据。

在此要注意，第一和第二转换装置优选是通信协议转换装置，其将根据以太网通信协议的数据、即以太网数据帧转换成根据第一和/或第二通信协议的数据并且反之亦然。

优选地，第二通信接口可以是IO链路接口、HART接口、CAN接口、Profibus接口、RS-232接口或RS-485接口，并且第一通信协议可以是IO链路通信协议、HART通信协议、CAN通信协议、Profibus通信协议、RS-232通信协议或RS-485通信协议。然而，任意的其他的非基于以太网的通信接口和非基于以太网的通信协议是可能的。此外，第二通信接口可以是数字的、模拟的或光学的通信接口。

类似地，第三通信接口可以是IO链路接口、HART接口、CAN接口、Profibus接口、RS-232接口或RS-485接口，并且第二通信协议可以是IO链路通信协议、HART通信协议、CAN通信协议、Profibus通信协议、RS-232通信协议或RS-485通信协议，其中基于SPE的设备适配器的第二和第三通信接口以及所使用的第一和第二通信协议是不同的。

为了能够给基于SPE的设备适配器的电子组件、尤其是转换装置和分析和/或控制装置供给能量，能够使用所谓的数据线供电(Power over Data Line)技术，其中，经由双芯以太网导线进行对基于SPE的设备适配器的能量供给，其方式是，例如能够在双芯以太网导线上连接网络耦合元件或者控制装置，其提供相应的能量。

上述技术问题同样通过权利要求7的特征解决。

因此，提供了一种基于以太网的过程控制系统，其具有以下特征：

根据权利要求1至6中任一项所述的基于SPE的设备适配器，在所述设备适配器上连接不支持以太网的现场设备，

网络耦合元件，其具有：

-端口，其被构造用于连接四芯或八芯以太网导线，

-至少一个基于SPE的端口，所述端口构造用于连接双芯以太网导线，和

-转换装置，其构造用于将到达所述至少一个基于SPE的端口的数据转换为用于经由所述端口传输的数据，并且将到达所述端口的数据转换为用于经由所述至少一个基于SPE的端口传输的数据，以及

上级的控制装置，所述上级的控制装置能够经由四芯或八芯的以太网导线连接到所述网络耦合元件上，

其中网络耦合元件能够通过双芯以太网导线与基于SPE的设备适配器连接。

附图说明

下面借助于实施例结合附图对本发明进行详细解释。其中示出：

图1示出了具有根据本发明的基于SPE的设备适配器的示例性的过程控制系统，和

图2示出了一种替代的基于SPE的设备适配器。

具体实施方式

在图1中示出了基于单对以太网的设备适配器10，简称SPE设备适配器，利用其可以将至少一个不支持以太网的现场设备20连接到基于以太网的过程控制系统1上。示例性的基于SPE的设备适配器10优选地被构造为插接连接器，所述插接连接器具有基于SPE的第一通信接口11，其被构造为用于经由双芯以太网导线40接收和发送以太网数据帧。需要注意，以太网数据帧基于以太网通信协议。优选地，基于SPE的设备适配器10能够经由双芯以太网导线40、即SPE导线连接到网络耦合元件50。网络耦合元件50优选是层2以太网交换机，其可以具有多个基于SPE的端口51.1-51.n。在所示的示例中，双芯以太网导线40连接到基于SPE的端口51.1。网络耦合元件50此外具有基于以太网的接口52，四芯或八芯的以太网导线60可被连接到该接口上。在本示例中，假设导线60是八芯以太网导线。通过八芯导线60，网络耦合元件50可以与上级控制装置70连接，该上级控制装置例如是支持以太网的可编程存储控制器(SPS)。如果上级控制装置70具有基于SPE的接口，则基于SPE的设备适配器10也能够经由双芯的以太网导线40直接连接到上级控制装置70上。示例性的网络耦合元件50优选地具有转换装置55，其被构造用于将例如到达基于SPE的端口51.1的数据转换成用于经由八芯以太网端口52传输的数据并且反之亦然。

有利地，可以将上级控制装置70、基于SPE的设备适配器10或80、网络耦合元件50和不支持以太网的现场设备20、30算入基于以太网的过程控制系统1。

基于SPE的设备适配器10具有第二通信接口12，其构成为用于根据第一通信协议从和向不支持以太网的现场设备20接收和发送数据。不支持以太网的现场设备20例如可以是具有通信接口21的传感器和执行器。第二通信接口12以及不支持以太网的现场设备20的通信接口21分别支持不是基于以太网的通信协议的第一通信协议。例如，第二通信接口12和现场设备20的通信接口21可以是IO链路接口、HART接口、CAN接口、Profibus接口、RS-232接口或RS-485接口。在当前情况下，第二通信接口12和现场设备20的接口21例如是IO链路接口，其在所示示例中通过相应的导线90相互连接。因此，不支持以太网的现场设备20是应用IO链路通信协议的现场设备。为了能够将不支持以太网的现场设备20连接到基于以太网的过程控制系统1上，基于SPE的设备适配器具有转换装置15，所述转换装置优选地构造为通信协议转换器。因此，转换装置15被设计为将经由示例性地被设计为IO链路接口的第二通信接口12从现场设备20接收的数据转换为以太网数据帧以便经由基于SPE的第一通信接口11进行传输，并且将经由基于SPE的第一通信接口11从网络耦合元件50或从上级控制装置70接收的以太网数据帧转换为用于经由第二通信接口12根据第一通信协议进行传输的数据，第一通信协议在此为IO链路通信协议。

为了扩展基于SPE的设备适配器10的应用领域和灵活性并且实现可缩放性，能够设有第三通信接口13，所述第三通信接口构成为用于根据第二通信协议从和向不支持以太网的现场设备30接收和发送数据，其中第二通信协议不是以太网通信协议并且第一和第二通信协议彼此不同。因此，例如第三通信接口可以作为第二通信协议例如支持Profibus通信协议，其中，于是不支持以太网的现场设备30构成为具有基于Profibus的通信接口31的支持Profibus的现场设备30。通过基于Profibus的通信接口31，现场设备30可以借助于基于Profibus的连接导线91连接到第三通信接口13上。此外，基于SPE的设备适配器10能够具有基于SPE的第四通信接口14。此外，可以在基于SPE的设备适配器10中实施第二转换装置，所述第二转换装置构造为用于将经由第三通信接口从现场设备30接收的数据转换为以太网数据帧以经由基于SPE的第四通信接口14传输，并且将经由基于SPE的第四通信接口14接收的以太网数据帧转换为用于经由第三通信接口13根据第二通信协议传输的数据，在当前示例中，第二通信协议为Profibus通信协议。

如果设备适配器10例如具有基于SPE的第四通信接口、第二转换装置16和第三通信接口13，那么在实践中优选地仅一个现场设备、例如现场设备20或现场设备30借助于基于SPE的设备适配器10例如经由双芯以太网导线40连接到基于以太网的过程控制系统1或网络耦合元件50。但是也可以考虑，两个现场设备20和30同时通过基于SPE的设备适配器10例如连接到网络耦合元件50上。为此，可以使用另一双芯以太网导线(未示出)，以便将基于SPE的第四通信接口14例如与网络耦合元件50的基于SPE的端口51.2连接。

在图2中，示出了一种替代的基于SPE的设备适配器80，该设备适配器80与SPE设备适配器10类似地可以具有以下特征：基于SPE的第一通信接口81，所述第一通信接口构成为用于经由双芯以太网导线、例如导线40接收和发送以太网数据帧，

通信接口82，其被构造为从和向不支持以太网的现场设备、例如现场设备20根据第一通信协议接收和发送数据，其中第一通信协议不是基于以太网的通信协议，

第一转换装置86，其被构造为将经由第二通信接口82接收的数据转换为以太网数据帧以便经由基于SPE的第一通信接口81传输，并且将经由基于SPE的第一通信接口81接收的以太网数据帧转换为用于根据第一通信协议经由第二通信接口82传输的数据。在本示例中，第一通信协议仍旧可以是IO链路通信协议。因此，在示例性的基于SPE的设备适配器80中，第二通信接口82被构造为根据IO链路通信协议接收和发送数据。

但是，根据一个有利的设计方案，利用基于SPE的设备适配器80也可以将至少两个不同的不支持以太网的现场设备连接到基于以太网的过程控制系统1上。

为此，基于SPE的设备适配器80还具有第三通信接口83，所述第三通信接口构成为用于根据第二通信协议从和向不支持以太网的现场设备、例如现场设备30接收和发送数据。第二通信协议例如可以是Profibus通信协议，其中例如现场设备30可以经由连接导线91连接到第三通信接口83上。第二通信协议不是以太网通信协议，并且与第一通信协议不同。基于SPE的设备适配器80能够具有第二转换装置85，所述第二转换装置构成为，将经由第三通信接口83接收的数据转换为以太网数据帧以经由基于SPE的第一通信接口81传输，并且将经由基于SPE的第一通信接口接收的以太网数据帧转换为用于根据第二通信协议经由第三通信接口83传输的数据。基于SPE的设备适配器80因此用作一种网关，即作为协议转换器。此外，基于SPE的设备适配器80能够具有控制和/或分析装置84，所述控制和/或分析装置例如构成为微控制器。控制和/或分析装置84被构造用于识别，是否有不支持以太网的现场设备连接在第二通信接口82或第三通信接口上。控制和/或分析装置84还被设计为，取决于在第二或第三通信接口上是否连接有不支持以太网的现场设备，将第一转换装置86或第二转换装置85与基于SPE的第一通信接口81连接。为此，控制和/或分析装置84可以相应地控制开关元件87。

为了尤其能够给转换装置15和(如果存在的话)转换装置16供给能量，能够使用所谓的数据线供电(Power Over Data Line)技术。PoDL技术使得，如果例如网络耦合元件50具有自己的能量供给装置，则基于SPE的设备适配器10能够通过双芯以太网导线40被供给能量。以类似的方式，也可以例如通过网络耦合元件50的能量供给装置向基于SPE的设备适配器80和尤其控制和/或分析装置84以及两个转换装置85和86供给能量。

下面再次总结本发明的一些示例性方面。

据此，提出一种过程控制系统1，其在图1中通过示例的方式示出，并且可以具有以下特征：

基于SPE的设备适配器10或80，如以上示例性阐述的那样，在所述设备适配器上连接不支持以太网的现场设备20和/或30，

网络耦合元件50，其具有：

-端口52，其被构造为连接四芯或八芯以太网导线60，

-至少一个基于SPE的端口51.1-51.n，所述端口构成为用于连接双芯的以太网导线40，和

-转换装置，其被构造为将到达所述至少一个基于SPE的端口51.1-51.n的数据转换为用于通过端口52传输的数据，并且将到达端口52的数据转换为用于通过所述至少一个基于SPE的端口51.1-51.n传输的数据，以及

上级的控制装置70，所述上级的控制装置能够经由四芯或八芯的以太网导线60连接到网络耦合元件(50)上，

其中网络耦合元件50能够通过双芯以太网导线40与基于SPE的设备适配器10、80连接。

附图标记说明

1 过程控制系统

10 基于SPE的设备适配器

11 基于SPE的第一通信接口

12 第二通信接口

13 第三通信接口

14 基于SPE的第四通信接口

15 第一转换装置，尤其用于通信协议转换，

16 第二转换装置，尤其用于通信协议转换

20 不支持以太网的现场设备，尤其是传感器或执行器

21 通信接口

30 不支持以太网的现场设备，尤其是传感器或执行器

31 通信接口

40 双芯以太网导线

50 网络耦合元件，尤其是层2以太网交换机

51.1-n 基于SPE的端口

52 用于连接四芯或八芯以太网导线的端口

55 转换装置

60 四芯或八芯以太网导线

70 上级的控制装置，例如支持以太网的SPS

80 基于SPE的设备适配器

81 基于SPE的第一通信接口

82 第二通信接口

83 第三通信接口

84 分析和控制装置，例如微控制器，基于SPE的第四通信接口

85 第一转换装置，尤其用于通信协议转换，

86 第二转换装置，尤其用于通信协议转换

87 能操控的开关元件

90 连接导线

91 连接导线

Claims (8)

1.一种基于SPE的设备适配器(10；80)，用于将不支持以太网的现场设备(20、30)连接到基于以太网的过程控制系统(1)，所述设备适配器具有：

基于SPE的第一通信接口(11；81)，所述第一通信接口构造用于经由双芯以太网导线(40)接收和发送以太网数据帧，

第二通信接口(12；82)，其被构造用于根据第一通信协议从和向不支持以太网的现场设备(20)接收和发送数据，其中第一通信协议不是基于以太网的通信协议，

第一转换装置(15；86)，其被构造用于将经由第二通信接口(12；82)接收的数据转换为以太网数据帧以用于经由基于SPE的第一通信接口(11；81)传输，并且将经由基于SPE的第一通信接口(11、81)接收的以太网数据帧转换为用于根据第一通信协议经由第二通信接口(12；82)传输的数据。

2.根据权利要求1所述的基于SPE的设备适配器(80)，

其特征在于

第三通信接口(83)，其构造用于根据第二通信协议从和向不支持以太网的现场设备(20、30)接收和发送数据，其中所述第二通信协议不是以太网通信协议并且所述第一和第二通信协议是不同的，

第二转换装置(85)，其被构造用于将经由第三通信接口(83)接收的数据转换为以太网数据帧以便经由基于SPE的第一通信接口(81)传输，并且将经由基于SPE的第一通信接口(81)接收的以太网数据帧转换为用于根据第二通信协议经由第三通信接口(83)传输的数据，以及

控制和/或分析装置(84)，其被构造用于识别是否有不支持以太网的现场设备连接在第二或第三通信接口(82、83)上，并且其此外被构造用于根据此将第一或第二转换装置(86、85)与基于SPE的第一通信接口(81)连接。

3.根据权利要求1所述的基于SPE的设备适配器(10)，

其特征在于

第三通信接口(13)，其被构造用于根据第二通信协议从和向不支持以太网的现场设备(30)接收和发送数据，其中第二通信协议不是以太网通信协议，并且第一和第二通信协议是不同的，

基于SPE的第四通信接口(14)，其被构造用于经由双芯以太网导线接收和发送以太网数据帧，以及

第二转换装置(16)，其被构造用于将经由第三通信接口(13)接收的数据转换为以太网数据帧以便经由基于SPE的第四通信接口(14)传输，并且将经由基于SPE的第四通信接口(14)接收的以太网数据帧转换为用于根据第二通信协议经由第三通信接口(13)传输的数据。

4.根据权利要求1所述的基于SPE的设备适配器(10、80)，

其特征在于

第二通信接口(12；82)是IO链路接口、HART接口、CAN接口、Profibus接口、RS-232接口或RS-485接口。

5.根据权利要求2或3所述的基于SPE的设备适配器(10；80)，

其特征在于

第二通信接口(12、82)是IO链路接口、HART接口、CAN接口、Profibus接口、RS-232接口或RS-485接口，

第三通信接口(13；83)是IO链路接口、HART接口、CAN接口、Profibus接口、RS-232接口或RS-485接口，其中第二和第三通信接口是不同的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的基于SPE的设备适配器(10、80)，

其特征在于

基于SPE的设备适配器的能量供给通过能连接到基于SPE的第一通信接口(11、81)或基于SPE的第四通信接口(14)上的双芯以太网导线进行。

7.一种基于以太网的过程控制系统(1)，其具有以下特征：

-根据权利要求1至6中任一项所述的基于SPE的设备适配器(10、80)，在所述设备适配器上连接不支持以太网的现场设备(20、30)，

-网络耦合元件(50)，所述网络耦合元件具有：

端口(52)，其被构造用于连接四芯或八芯以太网导线(60)，

至少一个基于SPE的端口(51.1-51.n)，其被构造用于连接双芯以太网导线(40)，和

转换装置(55)，其被构造用于将到达所述至少一个基于SPE的端口(51.1-51.n)的数据转换为用于经由所述端口(52)传输的数据，并且将到达所述端口(52)的数据转换为用于经由所述至少一个基于SPE的端口(51.1-51.n)传输的数据，以及

-上级控制设备(70)，其能够经由四芯或八芯以太网导线(60)连接到网络耦合元件(50)上，

其中网络耦合元件(50)能够经由双芯以太网导线(40)与基于SPE的设备适配器(10、80)连接。

8.根据权利要求7所述的基于以太网的过程控制系统，

其中所述网络耦合元件(50)是层2以太网交换机。

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