CN115208778B - 具有诊断通道的IO-Link系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种IO‑Link系统，其包括：至少一个IO‑Link主站(1)、至少一个IO‑Link设备(2)以及至少一个支持IO‑Link的基础设施组件(30)。所述至少一个IO‑Link主站(1)和所述至少一个IO‑Link设备(2)经由所述至少一个基础设施组件(30)连接并且经由数据通道(K1)交换。所述基础设施组件(30)具有用于记录诊断数据的装置(61,62)。诊断通道(K2)设置在所述IO‑Link系统中，经由所述诊断通道(K2)，所述诊断数据能够独立于所述数据通道(K1)在所述至少一个基础设施组件(30)与所述至少一个IO‑Link主站(1)之间传输和接收。

Description

具有诊断通道的IO-Link系统
技术领域
本发明涉及一种其中设置有诊断通道的IO-Link系统，经由所述诊断通道诊断数据可与数据通道分开传输和接收。本发明还涉及一种用于操作这种IO-Link系统的方法。
背景技术
在机械和设备工程以及自动化技术中，众多标准化现场总线系统已证明自身是并行单独布线的替代方案。在此，多个所谓的现场总线模块经由现场总线连接到集中控制设备。终端设备依次连接到现场总线模块。
为了将终端设备连接到现场总线模块，最近还使用了所谓的“IO-Link”连接。
有影响力的制造商联盟已经为智能传感器/执行器接口指定了命名名称“IO-Link”，所述名称在IEC 61131-9标准中被标准化为国际开放标准。
从DE 10 2012 009 494 A1已知这种IO-Link连接以及用于操作这种连接的方法和控制设备。如那里所述，现场总线模块承担IO-Link“主站(master)”的角色。终端设备(下文称为设备)可以是例如传感器、致动器、显示设备、操作设备，甚至机器上的驱动器。
这种IO-Link连接为传感器和执行器与特定机器的IO级别之间的信号传输提供串行点对点连接。基本上，IO-Link连接在IO-Link主站与作为“从站”连接的IO-Link设备之间传输数据。
所述IO-Link设备经由描述文件IODD(IO-Link设备描述)进行描述。此描述文件包含关于分配给它的IO-Link设备的特定信息。这包括关于标识、设备参数、过程和诊断数据、通信性能和用户接口结构的信息。作为描述语言的IODD也将在ISO 15745标准中被标准化为开放标准。IODD由项目规划工具(计算机程序)使用，以便能够以图形和用户友好的方式显示设备的设置选项和数据接口。
当使用IO-Link连接时，可使用所谓的支持IO-Link的基础设施组件。这些基础设施组件参与IO-Link主站与IO-Link设备之间的数据传输。IO-Link主站和IO-Link设备不是基础设施组件。例如，基础设施组件可以是提供无线连接的电感耦接器，数据通过所述无线连接从IO-Link主站无线地传输到IO-Link设备，以及沿相反方向跨越距离(例如，气隙)传输。这种支持IO-Link的电感耦接器在与此对其进行参考的DE 10 2014 106 752 A1中有所公开。基础设施组件也可以是在电缆长度超过20m时用于有线传输的IO-Link转发器，或者是IO-Link嗅探器。
基础设施组件对IO-Link设备的数据(下文也称为设备数据)的结构没有影响的通信通道称为透明通道。在透明通道的情况下，所连接IO-Link设备的所有功能均可在操作和配置期间不受限制地使用。
因此期望基础设施组件提供透明通信通道。这意味着经由基础设施组件连接的设备不需要单独的IODD，而是IO-Link主站可继续使用IO-Link设备的原始IODD。
为了监控IO-Link系统的功能，记录有关基础设施组件当前状态的诊断数据(例如，其输入电压、其输出电流、能量传输效率、组件的固有温度、信号质量等)或关于基础设施组件的环境状态的诊断数据，例如，振动、环境温度、湿度、梯度等。
通常，基础设施组件的诊断数据经由与IO-Link设备的设备数据相同的数据通道传输。因此，传输到IO-Link主站的数据取决于诊断数据，因此也取决于所使用基础设施组件。因此，数据通道不再透明。
本发明的目的是提供基础设施组件的诊断数据并且以数据通道透明的方式传输所述数据。
发明内容
提供了一种IO-Link系统，其具有：至少一个IO-Link主站；至少一个IO-Link设备；以及至少一个支持IO-Link的基础设置组件。所述至少一个IO-Link主站和所述至少一个IO-Link经由所述至少一个基础设施组件连接并且经由数据通道、即经由IO-Link通信通道交换数据。就此而言，可使用常规IO-Link系统。
根据本发明，所述基础设施组件具有用于记录诊断数据的装置。这可以是例如传感器或测量设备。特别地，用于记录诊断数据的所述装置可：记录所述基础设施组件的当前状态，例如，可测量输入电压和/或输出电流；确定能量传输的效率；记录所述组件的固有温度；确定信号质量等。另外或替代地，用于记录诊断数据的所述装置可记录所述基础设施组件的环境的当前状态，例如，可确定振动、环境温度、湿度、梯度等。通过用于记录所述基础设施组件的诊断数据的所述装置，诊断数据可直接记录在所述基础设施组件上或其中。
如已经描述，在所述IO-Link系统中设置有数据通道作为所述至少一个IO-Link主站与所述至少一个IO-Link设备之间的IO-Link通信通道，经由所述IO-Link通信通道，数据例如控制命令从所述至少一个IO-Link主站传输到所述至少一个IO-Link设备，并且经由所述IO-Link通信通道，数据例如测量数据从所述至少一个IO-Link设备传输到所述至少一个IO-Link主站。
根据本发明，独立于所述数据通道，还设置有诊断通道，作为所述至少一个支持IO-Link的基础设施组件与所述至少一个IO-Link主站之间的另一IO-Link通信通道。由用于记录诊断数据的所述装置记录的诊断数据经由所述诊断通道发送到所述至少一个IO-Link主站并且在那里接收。所述诊断通道和所述数据通道彼此独立，使得所述诊断数据经由所述诊断通道与所述数据通道和发送到其中的设备数据分开发送和接收。
通过分开所述数据通道和所述诊断通道，所述IO-Link设备与所述IO-Link主站之间的数据、即特别是测量数据和控制命令独立于所述基础设施组件的所述诊断数据传输到所述IO-Link主站，并且因此也可独立于彼此进行评估。因此，所述数据通道保持不受所述基础设施组件的诊断数据的影响，这提供了极大优势：所述数据通道是透明的。所述IO-Link主站在没有基础设施组件的情况下无法区分所传输装置数据与原本将经由所述IO-Link主站与所述IO-Link装置之间的直接连接传输的数据。以此方式，所述至少一个IO-Link主站可设置有针对所述数据通道的所述设备数据的描述文件，特别是IODD(IO-Link设备描述)，所述描述文件仅依赖于所述至少一个IO-Link设备。这对所述诊断通道的所述诊断数据的另一描述文件、特别是IODD可另外独立于首先提到的描述文件提供给所述至少一个IO-Link主站，并且可类似于仅所述基础设施组件。可使得所述描述文件独立于彼此并且仅关于特定组件可用于所述IO-Link主站。
在所述IO-Link主站处分开所述数据通道和所述诊断通道的一种方式是在所述至少一个IO-Link主站具有多个IO-Link端口的情况下实现。然后，所述数据通道馈送到所述IO-Link主站的一个IO-Link端口，并且所述诊断通道馈送到所述IO-Link主站的另一IO-Link端口。对于具有至少两个IO-Link端口的IO-Link主站，这已经是可能的。所述IO-Link主站可对不同IO-Link端口使用不同IODD。因此，使用尽可能少的组件就可实现通道的简单且成本有效分离。
在所述IO-Link主站处分开所述数据通道和所述诊断通道的另一方式是在提供两个IO-Link主站的情况下实现。然后，所述数据通道连接到一个IO-Link主站的一个IO-Link端口，并且所述诊断通道连接到另一IO-Link主站的IO-Link端口。所述IO-Link主站可各自具有仅一个IO-Link端口。这实现具有最简单可能组件的通道的简单且成本有效分离。
优选地，所述至少一个IO-Link主站与所述至少一个支持IO-Link的基础设施组件的主侧之间的连接实现为4极或5极插头连接。这建立了IO-Link特有的有线连接。所述插头连接的每个极是通过引脚实现的。
在此情况下，有利的是，所述数据通道是经由所述插头连接的一个引脚路由，并且所述诊断通道是通过是插头连接的另一引脚路由。以此方式，所述通道在同一插头连接中已经彼此分开而无需另外的插头连接。在原则上，可设置多个插头连接，并且所述数据通道和所述诊断通道可经由不同的插头连接路由。然而，单个插头连接是有利的，因为通常存在很少安装空间可用于另外的连接，尤其是在所述基础设施组件上。在IEC 60974-5-2标准中，IO-Link插头连接根据IP65/67连接技术指定成使得引脚1和3用于电力供应源并且引脚4设置用于数据通道。此处，有可能至少部分地经由引脚2实现所述诊断通道。
在所述IO-Link主站处，所述插头连接如上所述单独设计。为此，所述插头连接可例如特别是经由Y线划分成两个单独插头连接，其中所述数据通道经由一个插头连接的引脚4延伸到所述IO-Link端口中的一个，并且所述诊断通道从引脚2传递到另一插头连接的引脚4并且经由所述另一插头连接的引脚4延伸到另一IO-Link端口。引脚4设置在IO-Link主站的IO-Link端口中，作为数据传输的标准，因此无需对主站进行调试，并且可使用市售IO-Link主站。
支持IO-Link的基础设施组件优选地是支持IO-Link的电感耦接器。这种支持IO-Link的电感耦接器在特此进行参考的DE 10 2014 106 752 A1中有所公开。支持IO-Link的电感耦接器提供无线连接，经由所述连接，数据可从IO-Link主站无线传输到IO-Link设备，以及沿相反方向跨越距离(例如，气隙)传输。替代地，支持IO-Link的基础设施组件也可以是在电缆长度超过20m时用于有线传输的IO-Link转发器，或者是IO-Link嗅探器。
此外，提出了一种用于操作上述IO-Link系统的方法。所述方法包括以下步骤：提供所述至少一个IO-Link设备与所述至少一个IO-Link主站之间的连接的数据通道。为此，通过以下建立连接：例如经由插头连接将至少一个IO-Link设备和至少一个IO-Link主站相互连接，此外，建立从IO-Link主站到IO-Link设备的通信。根据至少一个IO-Link设备，然后将描述文件、例如IODD提供给至少一个IO-Link主站，用于数据通道的设备数据。IODD可例如附接到IO-Link设备或相应地在线下载。
此外，提供了至少一个支持IO-Link的基础设施组件与至少一个IO-Link主站之间的连接的诊断通道。同样为此，通过以下建立连接：例如经由插头连接将至少一个基础设施组件与至少一个IO-Link主站相互连接，其中插头连接也可以是至少部分地上述插头连接；以及建立从IO-Link主站与至少一个基础设施组件的通信，经由所述通过可传输诊断数据。如上所述，诊断通道与数据通道分离。根据至少一个支持IO-Link的基础设施组件，然后将另一描述文件、例如IODD提供给至少一个IO-Link主站，用于诊断通道的诊断数据。IODD可例如附接到支持IO-Link的基础设施组件，或者可相应地在线下载。最后，独立地评估设备数据和诊断数据。
通过将数据通道和诊断通道分开并单独地评估设备数据和诊断数据，数据通道保持没有来自基础设施组件的诊断数据，这提供了数据通道透明的优势，即仅依赖于IO-Link设备，如上所解释。
附图说明
本发明的示例性实施方案在附图中示出并且在以下描述中更详细地解释。
图1示出了根据现有技术的IO-Link系统的示意图。
图2示出了根据现有技术的4极IO-Link插头连接。
图3示出了根据本发明一个实施方案的IO-Link系统的示意图。
图4示意性地示出了根据本发明一个实施方案的IO-Link系统的整体视图。
图5示出了根据本发明一个实施方案的IO-Link系统的电路图。
图6示出了根据本发明另一实施方案的IO-Link系统的电路图。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的IO-Link系统的示意图。IO-Link系统始终具有IO-Link主站1和IO-Link设备2。还示出了支持IO-Link的基础设施组件3。基础设施组件3参与IO-Link主站1与IO-Link设备2之间的数据传输。基础设施组件可以是例如感应耦接器、IO-Link中继器、IO-Link嗅探器等。IO-Link主站1经由有线IO-Link插头连接4连接到基础设施组件3，并且IO-Link设备经由另一有线IO-Link插头连接5连接到基础设施组件3。插头连接4、5的引脚4通常用于数据传输。下文将结合图2解释引脚分配。
图2示出了根据现有技术的常规4极IO-Link插头连接，其具有共四个引脚：引脚1、引脚2、引脚3、引脚4(在下文中，根据插头连接的命名，引脚将称为“引脚1”至“引脚4”)。在IEC 60974-5-2标准中，IO-Link插头连接根据IP65/67连接技术指定成使得引脚1和3用于电力供应源并且数据经由引脚4传输。引脚2在标准中未分配，并且可用作例如另外的数字通道。下文所述的插头连接4和5相应地设计。代替4极IO-Link插头连接，也可使用5极IO-Link插头连接(未示出)。根据插头连接的种类，第五引脚的功能未预定义，或者另外的供应电压经由第五引脚提供。
图3是根据本发明的实施方案的IO-Link系统的示意性表示。此情况下的基础设施组件是如DE 10 2014 106 752 A1中所述的支持IO-Link的电感耦接器30。然而，也可提供任何其他基础设施组件3，特别是上述中的一种。电感耦接器30具有其间发生电感耦接的基部31和远端32。这提供无线连接，经由所述连接，数据从IO-Link主站1无线传输到IO-Link设备2，以及沿相反方向跨越距离(例如，气隙)传输。基部31和远程32各自具有传感器61、62，通过所述传感器61、62检测电感耦接器30的状态即例如其输入电压、其输出电流、能量传输的效率、基部31或远端32的固有温度、信号质量等，或者通过所述传感器检测电感耦接器30的环境状态，即振动、环境温度、湿度、梯度等。也可设置仅一个传感器61、62，例如基部31中的传感器61。
电感耦接器30经由IO-Link插头连接4连接到IO-Link主站1，并且经由另一IO-Link插头连接5连接到IO-Link设备2，如图1所示。在此实施方案中，IO-Link主站1具有两个IO-Link端口10、11。IO-Link设备2的设备数据(例如，测量数据)在第一IO-Link通信通道中传输到第一IO-Link端口10，所述通信通道在下文中称为数据通道K1。为此，设备数据继续在每种情况下经由两个插头连接4、5的针脚4(并且通过电感耦接器30中的电感耦接)传输。这同样适用于从IO-Link主站1发送到IO-Link设备2的数据，例如，控制命令。换言之，数据通道K1经由特定插头连接4、5的引脚4路由。数据通道K1是透明的，因为其中传输的数据不会被电感耦接器30从根本上改变。IO-Link主站1不能从在第一端口10处接收的设备数据推断出电感耦接器30的存在，并且不能将它们与将经由直接插头连接传输的设备数据区分开来。经由IO-Link主站1的第一IO-Link端口10由数据通道K1接收或发送的数据通过IO-Link设备描述IODD1进行描述。由于数据通道K1是透明的，因此IODD1仅依赖于IO-Link设备2。实际上，IODD1可与IO-Link设备2一起提供。
此外，提供了第二IO-Link通信通道，下文中称为诊断通道K2，传感器61、62的诊断数据经由所述第二IO-Link通信通道传输到IO-Link主站1的第二IO-Link端口11。为此，传感器61、62的诊断数据也经由IO-Link插头连接4传输。原则上，也可提供另一IO-Link插头连接，但由于可用安装空间，这并不有利。诊断数据基本上经由同一插头连接4的引脚2传输。在这方面参考图4的描述。传感器62的诊断数据经由电感耦接器30的电感耦接另外从远端32传输到基部31。为此，诊断数据在传输期间被调制，使得它们不会干扰设备数据。在基部31中，诊断数据和设备数据可在IO-Link主站1未注意到这一点的情况下再次分离。因此，诊断数据经由与数据通道K1分开的诊断通道K2传输到IO-Link主设备1的第二IO-Link端口11，因此不影响在数据通道K1中传输的数据。另一IO-Link设备描述IODD2仅分配给诊断通道K2，并且用于描述诊断通道K2经由IO-Link主站1的第二IO-Link端口11接收或传输的数据。IODD2仅依赖于支持IO-Link的基础设施组件，即在这种情况下依赖于电感耦接器30。实际上，IODD2可与支持IO-Link的基础设施组件一起提供。
图4示出了单独通道K1和K2的实际实现方式。相同部件用相同附图标记表示并且不再描述。基座31与IO-Link主站1的IO-Link端口10、11之间的插头连接4将在此处更详细地检查。在基座31的一侧，IO-Link插头连接4被设计为直接连接到基座31的单个插头连接40。此处，如上文结合图3所述，数据通道K1经由插头连接40的引脚4路由，并且诊断通道K2经由插头连接40的引脚2路由。插头连接40通过Y线41分成两个相同插头连接42和43。插头连接40的引脚4连接到插头连接42的引脚4，并且插头连接40的引脚2连接到插头连接43的引脚4。插头连接42被路由到IO-Link主站1的第一IO-Link端口10，并且插头连接43被路由到IO-Link主站2的第二IO-Link端口11。每个IO-Link端口10、11现在提供其经由其插头连接42、43中的一个的引脚4接收到的数据以进行评估，而独立于另一插头连接42、43。在这方面也参考图5。
图5示出了根据上述本发明实施方案的IO-Link系统的电路图，其中IO-Link主站1具有两个IO-Link端口10、11。每个IO-Link端口10、11的引脚1连接到电压源，并且将供应电压Vs传输到基部31的引脚1。每个IO-Link端口10、11的引脚3提供接地GND，并且连接到基部31的引脚3。第一IO-Link端口10的引脚4连接到基部31的引脚4。数据通道K1经由这种连接路由，并且设备数据经由这种连接传输。然后，设备数据经由第一IO-Link端口10的引脚4馈送到评估单元(此处未显示)并且在那里进行评估。第二IO-Link端口11的引脚4连接到基部31的引脚2。诊断通道K2经由这种连接路由，并且诊断数据经由这种连接传输。引脚4在IO-Link主站1的IO-Link端口10、11中作为标准提供以便传输数据，因此IO-Link主站1的电路对应于市售IO-Link主站。然后，独立于第一IO-Link端口10，诊断数据经由第二IO-Link端口11的引脚4馈送到评估单元(此处未显示)并且在那里进行评估。因此，评估单元可独立地评估诊断数据和设备数据。
图6示出了根据本发明另一实施方案的IO-Link系统的电路图。在此实施方案中，提供各自具有IO-Link端口101、111的两个IO-Link主站100、110。在每个IO-Link主站100、110中，IO-Link端口101、111的引脚1在每个情况下连接到其IO-Link主站100、110的电压源，并且将供应电压Vs传输到基部31的引脚1。供应电压Vs针对IO-Link归一化。每个IO-Link主站100、110的IO-Link端口101、111的引脚3提供接地GND，并且连接到基部31的引脚3。第一IO-Link主站100的IO-Link端口101的引脚4连接到基部31的引脚4。数据通道K1经由这种连接路由，并且传输设备数据。然后，设备数据经由第一IO-Link主站100的IO-Link端口101的引脚4馈送到评估单元(此处未显示)并且在那里进行评估。第二IO-Link主站110的IO-Link端口111的引脚4连接到基部31的引脚2。诊断通道K2经由这种连接路由，并且传输诊断数据。引脚4在IO-Link主站100、110的IO-Link端口101、111中作为标准提供以便传输数据，使得IO-Link主站100、110的电路对应于市售IO-Link主站。然后，独立于第一IO-Link端口100，诊断数据经由第二IO-Link端口110的IO-Link端口111的引脚4馈送到评估单元(此处未显示)并且在那里进行评估。因此，评估单元可独立地评估诊断数据和设备数据。

Claims (7)

1.一种IO-Link系统，其包括：
-至少一个IO-Link主站(1,100,110)；
-至少一个IO-Link设备(2)；
-至少一个支持IO-Link的基础设施组件(3,30)；
其中所述至少一个IO-Link主站(1,100,110)和所述至少一个IO-Link设备(2)经由所述至少一个基础设施组件(3,30)连接并且经由数据通道(K1)交换设备数据，
其特征在于，所述基础设施组件(3,30)具有用于记录诊断数据的装置(61,62)，并且在于，诊断通道(K2)设置在所述IO-Link系统中，经由所述诊断通道(K2)，所述诊断数据能够独立于所述数据通道(K1)在所述至少一个基础设施组件(3,30)与所述至少一个IO-Link主站(1,100,110)之间传输和接收。
2.如权利要求1所述的IO-Link系统，其特征在于，所述至少一个IO-Link主站(1)具有多个IO-Link端口(10,11)，并且在于，所述数据通道(K1)馈送到所述IO-Link主站(1)的一个IO-Link端口(10)，并且所述诊断通道(K2)馈送到所述IO-Link主站(1)的另一IO-Link端口(11)。
3.如权利要求1所述的IO-Link系统，其特征在于，提供两个IO-Link主站(100,110)，并且在于，所述数据通道(K1)馈送到所述IO-Link主站(100)中的一个并且所述诊断通道(K2)馈送到另一IO-Link主站(110)。
4.如权利要求1所述的IO-Link系统，其特征在于，所述至少一个IO-Link主站(1,100,110)与所述至少一个IO-Link基础设施组件(3,30)的主侧(31)之间的连接实现为4极或5极插头连接(4)。
5.如权利要求4所述的IO-Link系统，其特征在于，所述数据通道(K1)经由所述插头连接(4)的引脚(引脚4)路由，并且所述诊断通道(K2)经由所述插头连接(4)的另一引脚(引脚2)路由。
6.如权利要求1所述的IO-Link系统，其特征在于，所述支持IO-Link的基础设施组件是支持IO-Link的电感耦接器(30)。
7.一种用于操作根据权利要求1至6中的一项所述的IO-Link系统的方法，其特征在于以下步骤：
a)提供所述至少一个IO-Link设备(2)与所述至少一个IO-Link主站(1,100,110)之间的连接的数据通道(K1)；
b)提供所述数据通道(K1)的所述设备数据的描述文件(IODD1)；
c)提供所述至少一个支持IO-Link的基础设施组件(3,30)与所述至少一个IO-Link主站(1,100,110)之间的连接的诊断通道(K2)，所述诊断通道(K2)与所述数据通道(K1)分开；
d)提供所述诊断通道(K2)的所述诊断数据的描述文件(IODD2)；
e)独立于彼此地评估所述设备数据和所述诊断数据。
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