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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften
von in einem Automatisierungssystem gesteckten Modulen. Sie bezieht
sich weiter auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Der
Anlagenprozess einer technischen Anlage wird üblicherweise mittels eines
so genannten Automatisierungssystems gesteuert und überwacht.
Ein solches Automatisierungssystem einer technischen Anlage ist
in der Regel modular aufgebaut, wobei die redundanten Module einzelnen
Automatisierungsgeräten
oder diesen über-
bzw. untergeordneten Funktionsbausteinen des Automatisierungssystems
zugeordnet sind. In der Praxis werden derartige Module in so genannte
Racks eingeschoben und mit einem Bussystem, beispielsweise einem
so genannten Feldbus, oder mit einem Leitungssystem für den Daten-
und Signalverkehr zwischen den Modulen kontaktiert.
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Um
die Anpassung einer übergeordneten Systemkonfiguration
zu erreichen, müssen
innerhalb eines solchen modularen Automatisierungssystems aktuell
gesteckte Module ermittelt werden. Dabei ist vorgeschrieben, dass
lediglich eines dieser Module aktiv geschaltet wird und die Führung übernimmt, während die übrigen Module
sich passiv verhalten müssen
und keine Führung übernehmen
dürfen.
Zudem müssen
in einem solchen redundanten System die zueinander redundanten Module
das Vorhandensein und den Zustand der einzelnen Module erkennen.
Hierzu werden bisher aufwendige Schaltungen, z. B. so genannte Arbiterschaltungen,
eingesetzt. So erfordern diese Schaltungen für die Auswertung, d. h. für die Ermittlung
der Eigenschaften aktuell gesteckter Module, insbesondere für die Bestimmung
der Anzahl und der Rang- oder Reihenfolge der gesteckten Module,
mehrere Signalleitungen zwischen den einzelnen Modulen.
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Aus
der
DE 42 40 447 C1 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektronischen Kennung und
Erkennung einer fahrzeugspezifischen Kombination von optionalen,
sekundären
elektronischen Steuergeräten
bekannt, die über
eine gemeinsame Signalleitung mit einem primären Steuergerät verbindbar
sind. Es werden Maßnahmen
vorgeschlagen, welche eine externe Eingabe von Kenndaten vermeiden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung
derartiger Eigenschaften von in einem Automatisierungssystem gesteckten
Modulen anzugeben, bei dem eine besonders einfache und zuverlässige Auswertung
der gesteckten Module möglich
ist. Insbesondere soll in einfacher Art und Weise sowohl die Anzahl
als auch die Priorisierung oder Rangfolge von in einem Automatisierungssystem
gesteckten Modulen ermittelbar sein. Ferner soll eine zur Durchführung des
Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung angegeben werden.
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Bezüglich des
Verfahrens wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu erzeugt ein Führungsmodul auf einer allen
Modulen gemeinsamen Auswerteleitung einen Signalpegel, der durch
jedes weitere aktivierte Modul verändert wird. Durch diese Veränderung
des Signalpegels ist es mit einer einzigen Auswerteleitung möglich, sowohl
die Anzahl als auch die Priorisierung bzw. Rangfolge der einzelnen
gesteckten Module zu ermitteln. Durch jedes weitere gesteckte bzw.
aktivierte Modul wird der Signalpegel auf der gemeinsamen Auswerteleitung
verändert, wobei
diese Veränderung
erfasst wird. Der Grad der Veränderung
ist dann ein Maß für die Anzahl
aller gesteckten Module.
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In
vorteilhafter Weiterbildung blockiert der vom Führungsmodul auf der Auswerteleitung
erzeugte Signalpegel die Übernahme
der Führung
jedes weiteren gesteckten und damit aktivierten Moduls. Dadurch
ist sichergestellt, dass bei mehreren Modulen, die gleichzeitig
oder nacheinander gesteckt bzw. aktiviert werden, stets lediglich
eines der Module, insbeson dere das zuerst gesteckte bzw. aktivierte
Modul, die Führung übernimmt.
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Das
zuerst gesteckte bzw. aktivierte Modul legt den Signalpegel auf
der allen Modulen gemeinsamen Auswerteleitung fest und übernimmt
somit automatisch die Führung.
Das die Führung übernehmende
Modul ist dann Führungsmodul.
Da jedes einzelne gesteckte Modul den durch zuvor gesteckte Module
jeweils ver änderten
Signalpegel seinerseits verändert,
kann aufgrund allein der Veränderung
des Signalpegels in einfacher Art und Weise auch die Rang- oder
Reihenfolge und damit die Priorisierung der gesteckten Module ermittelt
werden.
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Somit
lässt sich
auf besonders einfache Art und Weise sowie praktisch automatisch
jede wesentliche Eigenschaft, nämlich
die Eigenschaft als Führungsmodul
sowie die Anzahl und die Reihenfolge der gesteckten Module, in einem
Automatisierungssystem ermitteln.
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Bezüglich der
Vorrichtung wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung
sind Gegenstand der auf diesen zurückbezogenen Unteransprüche.
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Dabei
ist jedem Modul eine Auswerteschaltung zugeordnet, wobei diese vorzugsweise
identischen Auswerteschaltungen mit einer einzigen Auswerteleitung
verbunden sind, die somit allen Modulen gemeinsam ist.
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Jede
Auswerteschaltung ist zweckmäßigerweise
durch eine mittels Arbeitswiderständen beschaltete Transistorschaltung
realisiert, die einen Schalteingang und einen Betriebsspannungseingang aufweist.
Der Betriebsspannungseingang wird dabei zweckmäßigerweise mit einer konstanten
Gleichspannung versorgt, während
der Schalteingang vom gesteckten Modul bei dessen Anlaufen von einem Low-Pegel
(logisch „0") auf einen High-Pegel
(logisch „1") von beispielsweise
5 V gesetzt wird. Mittels dieses Steuerpegels wird über die
Auswerteschaltung ein Auswertestrom über die Auswerteleitung geführt, der
mittels eines Signalabgriffs, vorzugsweise an einem gegen Masse
geschalteten Widerstand, abgreifbar ist.
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Nachdem
das zuerst aktivierte Modul als Führungsmodul einen Signalpegel
auf der Auswerteleitung vorgibt, der die Auswerteschaltung jedes
weiteren gesteckten Moduls blockiert, indem der Signalpegel auf
der Auswerteleitung stets größer ist
als der Ansteuerpegel am Schalteingang der Auswerteschaltung jedes
weiteren gesteckten Moduls, wird der Signalpegel durch Zuschalten
der Widerstände der
Auswerteeinrichtungen der weiteren gesteckten Module sukzessiv erhöht. Diese
sukzessive Erhöhung
als Maß sowohl
für die
Anzahl als auch für
die Reihenfolge der aktuell gesteckten Module wird zur Bestimmung
der Eigenschaften der Module ausgewertet.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass allein durch die Veränderung
eines Signalpegels infolge der Aktivierung von in einem Automatisierungssystem
gesteckten Modulen auf einer einzelnen, diesen gemeinsamen Auswerteleitung
in besonders einfacher sowie zuverlässiger Art und Weise sowohl
die Anzahl und die Reihenfolge der gesteckten Module als auch die Festlegung
und Bestimmung desjenigen Moduls erreicht wird, das die Führung übernommen
hat.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige
Figur in einem Blockschaltbild ein Automatisierungssystem mit einer
Anzahl von über
eine einzige Auswerteleitung miteinander verbundenen Modulen.
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Die
Figur zeigt eine Anzahl von innerhalb eines Automatisierungssystems 1 steckbaren
Modulen M1 bis Mn.
Jedes Modul Mn weist eine Auswerteschaltung
C1 bis Cn auf, wobei
die Auswerteschaltungen Cn und somit die
Module Mn über eine einzige, diesen gemeinsame
Auswerteleitung 2 miteinander kommunizieren. Die Auswerteschaltungen
Cn der einzelnen Module Mn sind
im Ausführungsbeispiel
identisch.
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Jede
Auswerteschaltung Cn weist einen Betriebsspannungseingang
E2 mit einer Gleichspannung von beispielsweise UDC =
24 V (DC) und einen Schalteingang E1 auf. Dieser ist über einen
Widerstand R1 an den Steuereingang S1 eines
ersten elektronischen Schalters geführt. Der Schalter ist zweck mäßigerweise
ein npn-Transistor T1, der emitterseitig über eine Diode D1 mit einem
als Leitungsanschluss wirksamen Ausgang A1 der Ansteuerschaltung
Cn verbunden ist. An einen die Diode D1
kathodenseitig mit dem Ausgang A1 verbindenden Leitungsabschnitt 3 ist über einen
Signalabgriff 4, an dem ein Widerstand R2 gegen Masse geschaltet
ist, ein erstes Auswerte- und Anzeigeelement 5 angeschlossen.
Dieses liefert an dessen Ausgang A3 ein die Anzahl der gesteckten
Module Mn repräsentierendes Prioritätssignal
Z.
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Der
Transistor T1 ist kollektorseitig über einen Widerstand R3 an
den Betriebsspannungseingang E2 angeschlossen. Ein als pnp-Transistor
T2 ausgeführter
zweiter elektronischer Schalter ist ausgangsseitig zwischen den
Betriebsspannungseingang E2 und den Steuereingang S1 des
ersten Transistors T1 geschaltet. Dazu ist der Transistor T2 emitterseitig über einen
Widerstand R4 mit dem Betriebsspannungseingang E2 und kollektorseitig
mit einer Diode D2 verbunden, die kathodenseitig an die Verbindung
zwischen dem Widerstand R1 und dem Steuereingang S1 des
Transistors T1 geführt
ist. Der Steuereingang S2 des Transistors
T2 ist an die Verbindung zwischen dem als Spannungsteiler wirksamen
Widerstand R3 und dem Transistor T1 geführt. Zwischen dem Transistor
T2 und der Diode D2 ist ein Signalabgriff 6 vorgesehen,
der mit einer weiteren Auswerteeinheit 7 verbunden ist.
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Bei
der nachfolgenden Funktionsbeschreibung der Vorrichtung und des
Verfahrens zur Ermittlung der Eigenschaften von innerhalb des Automatisierungssystems 1 gesteckten
Modulen Mn wird davon ausgegangen, dass
zunächst
das in der Darstellung obere Modul M1 gesteckt
wird. Die Funktionsbeschreibung gilt jedoch analog für jedes
andere zuerst gesteckte Modul Mn.
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Nach
fehlerfreiem Anlauf des Moduls M1 wird der
als Führungseingang
wirksame Eingang E1 der Auswerteschaltung A1 auf
logisch „1", z. B. auf einen Pegel
von 5 V, gesetzt. Dadurch wird der Transistor T1 über den
Widerstand R1 eingeschaltet.
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Der
demzufolge durch den Widerstand R3 fließende Strom schaltet den Transistor
T2, so dass dieser über
die Diode D2 die Ansteuerung des Transistors T1 übernimmt. Der sich dadurch
am Ausgang A1 einstellende Signal- oder Spannungspegel Ps wird durch den Strom über den Transistor T1 und den
Widerstand R2 bestimmt. Die Dimensionierung ist dabei derart ausgelegt,
dass der Signalpegel Ps am Ausgang A1 der
Ansteuerschaltung C1 oberhalb des Ansteuerpegels
PA des Führungseingangs
E1 der Auswerteschaltung C1 liegt. Die über den
Signalabgriff 6 angesteuerte Auswerteeinheit 7 liefert
an deren Ausgang A2 ein Führungssignal
F, das die Übernahme der
Führung
durch dieses Modul M1, das nunmehr Führungsmodul
ist, anzeigt. Die durch die Anzahl der gesteckten Module Mn bestimmte Höhe des Signalpegels Ps auf der Auswerteleitung 2 wird
am Ausgang A3 der Auswerteeinheit 5 angezeigt.
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Wird
nun das Modul M2 zugesteckt, so wird wiederum
nach dessen fehlerfreiem Anlauf der Eingang E1 der Auswerteschaltung
C2 dieses Moduls M2 auf
logisch „1" gesetzt. Hier kann
jedoch der Transistor T1 nicht durchgesteuert werden, da der Signalpegel
Ps auf der Auswerteleitung 2 oberhalb
des Ansteuerpegels PA des Eingangs E1 liegt.
Das Modul M2 speist somit keinen Strom in
die gemeinsame Auswerteleitung 2 ein.
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Durch
die Parallelschaltung der Widerstände R2 der Module M1 und M2 verändert sich
der Signalpegel Ps auf der gemeinsamen Auswerteleitung 2 derart,
dass die Auswerteeinheit 5 der Auswerteschaltung C1 des Führungsmoduls
M1 diese beiden gesteckten Module M1 und M2 erkennt.
Da in der Auswerteschaltung C2 des zugesteckten
Moduls M2 der Transistor T1 und damit auch
der Transistor T2 nicht durchgesteuert wird, kann die Auswerteeinheit 7 des Moduls
M2 kein Führungssignal F liefern. Während der
Ausgang A2 der Auswerteeinheit 7 des zugesteckten Moduls
M2 somit keine Übernahme der Führung anzeigen
kann, kann die Auswerteeinheit 5 der Auswerteschaltung
C2 des Moduls M2 die
gesteckten Module M1 und M2 erkennen
und über
den Ausgang A3 signalisieren.
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Werden
weitere Module Mn zugesteckt, so verhalten
sich deren Auswerteschaltungen Cn entsprechend
der Auswerteschaltung C2 des Moduls M2. Durch die Parallelschaltung der Widerstände R2 der weiteren
zugesteckten Module Mn verändert sich
jedoch der Signalpegel Ps auf der gemeinsamen
Auswerteleitung 2 derart, dass sowohl die Auswerteeinheit 5 der
Auswerteschaltung C1 des Führungsmoduls
M1 als auch die jeweilige Auswerteeinheit 5 der Auswerteeinrichtungen
Cn die zusätzlich gesteckten Module Mn erkennen. Analog können auch die Auswerteschaltungen
Cn der weiteren zugesteckten Module Mn keine Führungssignale
F am Ausgang A2 der Auswerteeinheit 7 liefern.
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Da
bei der dargestellten Parallelschaltung der Widerstände R2 der
Auswerteschaltungen Cn der Strom in der
Auswerteleitung 2 mit zunehmender Anzahl der zugesteckten
Module Mn ansteigt, steigt entsprechend
der Signalpegel Ps auf der Auswerteleitung 2 an.
Dabei wird anhand des jeweiligen Anstiegs des Signalpegels Ps sowohl die Anzahl als auch die Reihenfolge
oder Priorisierung der einzelnen zugesteckten Module Mn in
einfacher Weise bestimmt. Ebenso wie beim zugesteckten Modul M2 liefern die Auswerteschaltungen Cn der weiteren zugesteckten Module Mn kein Führungssignal
F am Ausgang A2 der Auswerteeinheit 7.
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Werden
zwei oder mehrere Module Mn gleichzeitig
gesteckt, so werden wiederum die Eingänge E1 deren Auswerteschaltungen
Cn auf logisch „1" gesetzt. Auch wird der Transistor T1
jeder Auswerteschaltung Cn über den
Widerstand R1 eingeschaltet. Dasjenige Modul Mn,
welches zuerst den Transistor T2 der Auswerteschaltung An einschaltet, übernimmt
automatisch die Führung
und schaltet den Signalpegel Ps der Auswerteleitung 2 oberhalb
des Ansteuerpegels PA der Eingänge E1 der
einzelnen zugesteckten Module Mn, so dass
keines dieser weiteren Module Mn die Führung übernehmen
kann.
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Im
Fehlerfall schaltet die Auswerteeinrichtung An bei
Erkennung eines internen Fehlers im entsprechenden Modul Mn den jeweiligen Eingang E1 auf logisch „0". Damit kann dieses
Modul Mn nicht mehr die Führung übernehmen.
Wird im Führungsmodul
M1 ein Fehler erkannt, so wird der Eingang
E1 dessen Auswerteschaltung C1 auf logisch „0" gesetzt. Über den
Widerstand R1 wird der Transistor T1 gesperrt und damit die Führung abgegeben.
Der Signalpegel Ps auf der Auswerteleitung 2 sinkt
unter den Ansteuerpegel PA am Eingang E1,
so dass ein anderes Modul Mn die Führung übernehmen
kann.