DE10128469A1 - Programmierbare Steuerung durch drahtlosen USB-Adapter - Google Patents

Abstract

Ein drahtloser USB-Adapter, der zur Übertragung eines Signals nach dem USB-Standard geeignet ist, umfassend ein drahtloses Kommunikationsmodul und ein Ein- und Ausgabemodul. Das drahtlose Kommunikationsmodul umfasst ein erstes serielles Schnittstellenmodul nach dem USB-Standard, welches dazu geeignet ist, über ein USB-Kabel mit einem Kontrollzentrum zu kommunizieren. Das Ein- und Ausgabemodul umfasst einen Mikroprozessor und ein zweites serielles Schnittstellenmodul nach dem USB-Standard zur Auswertung des Signals durch Verbindung mit dem USB-Kanal. Eine Kontrollmethode einer Programmsteuerung unter Zuhilfenahme des drahtlosen USB-Adapters wird vorgestellt, die es ermöglicht, einzelne und viele Arbeitspunkte zu kontrollieren. Die Kontrollmethode ist dazu geeignet, eine Arbeitspunkt-Definitionstabelle zu definieren, die einzelne oder mehrere Kontrollobjekte entsprechend der Arbeitspunktcharakteristik umfasst. Basierend auf den Kontrollerfordernissen können über die Kontrollmethoden ein oder mehrere Kontrollobjekte in die Ablauftabelle aufgenommen werden. Ein Benutzer kann die Arbeitspunktparameter unter Zuhilfenahme der Arbeitspunkt-Definitionstabelle modifizieren und ein Prozedurgestaltungswerkzeug ist für die Verbindung und Kontrolle der logischen Beziehung zwischen jedem Arbeitspunkt vorgesehen, wobei durch Ausführung der Ablauftabelle der Kontrollprozess bezüglich der vielen Arbeitspunkte abgearbeitet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine programmierbare Steuerung umfassend einen drahtlosen USB-Adapter zur Steuerung mehrerer Steuereinheiten mit den Vorteilen der drahtlosen Übertragung und der USB-Charakteristik.

Das USB-Interface wird zur Übertragung von Signalen durch Differentialverstärkung benutzt, hat eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit und ist kaskadierbar, so dass der Anwendungsbereich sehr umfangreich ist. Üblicherweise können Computer oder Peripheriegeräte, die mit einem USB-Interface ausgestattet sind, über ein USB-Kabel angeschlossen werden. Wenn das Peripheriegerät mit einem USB- Kabel angeschlossen ist, wird vorausgesetzt, dass das Peripheriegerät mit anderen Peripheriegeräten oder zu anderen Computern zur Signal- oder Datenübertragung in Verbindung treten kann. Der maximale Datendurchsatz der USB-Version 1.1 reicht bis zu 12 Mbps und in der USB-Version 2.0 bis zu 480 Mbps (Megabit pro Sekunde). Aus diesem Grunde ist das USB- Interface zu einem bevorzugten Interface von Computerprodukten geworden. Unbeachtlich wie weit die Entwicklung des PCs oder eines Notebooks gediegen ist, ist es dennoch notwendig, dass tragbare Geräte mit einer USB-Schnittstelle ausgerüstet sind.

Ein herkömmlicher USB-Adapter umfasst eine USB-Schnittstelle, einen Mikroprozessor und einen I/O-Port (z. B. RS-232) und ist geeignet alle Arten von Peripheriegeräten mit der USB- Schnittstelle zu verbinden. Alle Arten von Peripheriegeräten können auf einfache Weise mit einem herkömmlichen USB-Adapter angeschlossen werden, wobei der herkömmliche USB-Adapter immer über ein Kabel angeschlossen werden muss. Daher ist es mühsam ein weit entferntes Peripheriegerät anzuschließen. Alternativ kann zwar ein drahtloses LAN (Local Area Network) in einem Raum oder einem Gebäude zur Kommunikation der Peripheriegeräte eingesetzt werden, jedoch sind die Kosten sehr hoch, wenn beispielsweise weniger weit entfernte Peripheriegeräte verbunden werden sollen. Darüber hinaus hat ein drahtloses LAN die Einschränkung einer geringen Übertragungsbandbreite. In einem drahtlosen LAN schmälern viele Peripheriegeräte die nutzbare Bandbreite durch Datenkonflikte beim Senden und Empfangen, so dass nur eine begrenzte Anzahl von Peripheriegeräten angeschlossen werden kann.

Darüber hinaus sind viele Steuereinheiten, beispielsweise in einer Produktionslinie zur Anwendung einer industriellen Steuerung vorzusehen. Alle Steuergeräte sind zumeist mit Kabeln verbunden um ein Signal zu empfangen oder ein Kommando auszuführen. Dies veranlasst den Benutzer Kabel zu verlegen und das Kabelnetz instand zu halten. Wenn ein Steuergerät ausfällt ist der Benutzer gezwungen das gesamte System zu überprüfen, um die fehlerhafte Stelle zu finden.

Somit ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen drahtlosen USB-Adapter für drahtlose und drahtbehaftete Randbedingungen zur Verfügung zu stellen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen drahtlosen USB-Adapter zur Verfügung zu stellen, um den Verdrahtungs- und Wartungsaufwand zu minimieren.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kontrollverfahren bereitzustellen, welches eine einfache Erstellung von Programmabläufen ermöglicht.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es einen drahtlosen USB-Adapter für drahtlose und drahtgebundene Umgebungen zur Verfügung zu stellen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den USB- Standard drahtlos zur Verfügung zu stellen um aufwendige Verkabelungen und Wartungsarbeiten überflüssig zu machen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kontrollverfahren bereitzustellen, welches eine einfache Gestaltung des Kontrollablaufes ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies durch einen USB-Adapter umfassend ein drahtloses Kommunikationsmodul mit einem ersten seriellen Schnittstellenmodul, welches dazu geeignet ist über das drahtlose Kommunikationsmodul ein Signal zu übertragen; ein Ein- und Ausgabemodul mit einem Mikroprozessor und einem zweiten seriellen Schnittstellenmodul welches elektrisch mit dem ersten seriellen Schnittstellenmodul verbunden ist und zur Übertragung eines Signals über eine drahtbehaftete Verbindung geeignet ist, erreicht.

Erfindungsgemäß wird die drahtbehaftete Verbindung über eine USB-Verbindung hergestellt.

Erfindungsgemäß ist die USB-Schnittstelle dazu geeignet mit mindestens einem weiteren drahtlosen Kommunikationsmodul elektrisch verbunden zu werden.

Erfindungsgemäß ist die USB-Schnittstelle dazu geeignet, mit mindestens einem weiteren Ein- und Ausgabemodul verbunden zu werden.

Erfindungsgemäß umfasst das Ein- und Ausgabemodul eine RS-232 und/oder RS-422 und/oder RS-485 Schnittstelle.

Erfindungsgemäß umfasst das drahtlose Kommunikationsmodul ein Radiofrequenzmodul und ein Basisbandmodul.

Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zur Kontrolle einer Vielzahl von Arbeitspunkten mit drahtlosen USB-Adaptern, welche die "Plug and Play" (PnP) Spezifikationen erfüllen, die folgenden Verfahrensschritte:
Generierung einer Arbeitspunktdefinitionstabelle umfassend eine Vielzahl von Kontrollobjekten, die über die Arbeitspunkte gemäß einer Spezifikation der Arbeitspunkte identifiziert werden können;
Übertragung der Kontrollobjekte in eine Ablauftabelle, die an die Kontrollbedürfnisse angepasst ist;
Ausführen der Ablauftabelle zur Abarbeitung einer Kontrollprozedur für die Arbeitspunkte.

Erfindungsgemäß umfassen die Spezifikationen der Arbeitspunkte einen Datenkatalog, ein Datenattribut, ein Datenkriterium und einen Übertragungspfad.

Erfindungsgemäß umfasst der Datenkatalog Ein- und Ausgabedaten (I/O), Analog-Digitaldaten (A/D) und/oder Digital-Analogdaten (D/A).

Erfindungsgemäß umfasst das Datenattribut eine Bit-Nummer, und/oder eine Kanalnummer und/oder eine Abfragezeit. Erfindungsgemäß umfasst das Datenkriterium einen Status des Arbeitspunktes.

Ein Arbeitspunkt-Datenkatalog kann unterschiedliche Formen aufweisen. Unter dem Aspekt des DAC umfasst die Spezifikation zur Bestimmung der Qualität des Ausgangssignals die Ausregelzeit, die Anstiegsgeschwindigkeit, die Auflösung, etc. Unter dem Aspekt des digitalen Ein-Ausgangs (I/O): die nutzbaren digitalen Ein- und Ausgänge, die akzeptierte Geschwindigkeit dieser digitalen Ein- und Ausgänge, die Quelle der digitalen Daten, die Triebfähigkeit, etc. Die grundlegenden Spezifikationen dieses DAQ-Produkts umfasst die Abtastkanäle, die Abtastrate, die Auflösung, den Eingabebereich, etc. Darüber hinaus hat der Zähler drei verschiedene Arten von Signalen. Sie sind Gate, Quelle und Ausgang. Einer kann als relatives Objekt unter Bezugnahme zu den Eigenschaften eines Arbeitspunktes gewählt werden.

Die vorliegende Erfindung wird deutlich durch die folgende Beschreibung unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen, in denen

Fig. 1 ist ein Diagramm einer erfindungsgemäßen Hardwarearchitektur;

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen industriellen Kontrollsystems;

Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Kontrollverfahren; und

Fig. 4 ist ein Kontrollbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen.

Fig. 1 zeigt die Hardwarearchitektur eines kabellosen USB- Adapters, wobei ein kabellose Kommunikationsmodul 10 ein Radiofrequenzmodul 11, ein Basisfrequenzmodul 12, ein erstes serielles Schnittstellenmodul (SIE) 13 des USB und einen Controller 15 umfasst und ein Ein- und Ausgabemodul (I/O) umfasst ein zweites serielles Schnittstellenmodul (SIE) 17, einen Mikroprozessor 18 und eine Ein- und Ausgabeschnittstelle (I/O Port) 14. Das Funksignal wird übertragen und empfangen durch eine Antenne 16. Für die Empfangsprozedur wird das Signal über das Radiofrequenzmodul 11 übertragen und die Signalfrequenz nimmt mit der Basisfrequenz ab, die über das Basisfrequenzmodul 12 erzeugt wird. Dennoch kann das Signal über das Basissignal bei gleichzeitiger Erfüllung der USB-Spezifikationen übertragen werden. Das erste serielle Schnittstellenmodul 13 des USB wird das Signal ausgeben. Zur Berücksichtigung eines weiteren Aspektes kann das zweite serielle Schnittstellenmodul 17 des Ein-Ausgabemoduls das Signal empfangen, zum Mikroprozessor 18 und der Ein- und Ausgabeschnittstelle 14 leiten, so dass das Signal an andere Peripheriegeräte die kein USB unterstützen weitergeleitet werden kann.

Durch die vorliegende Erfindung können kabellose Kommunikationsmodule und eine Ausgabeschnittstelle über USB kombiniert werden, so dass die Programmkontrolle durch den kabellosen USB-Adapter in einfacher Weise auf eine einfache oder vielfache Arbeitspunktsteuerung angewendet werden kann. Darüber hinaus gestaltet sich die Installation sehr einfach, da USB den PnP-Standard (Plug and Play) unterstützt.

Unter dem Aspekt einer Steuerung über weite Entfernung ist der Umstand einer drahtlosen Kommunikation eines kabellosen USB-Adapters dazu geeignet, eine Verbindung zu dem weit entfernten Arbeitspunkt herzustellen. Somit können Aufwendungen bezüglich der Verkabelung und der Instandhaltung eingespart werden. Der Vorteil ist offensichtlich bezüglich des Einsatzes in einer industriellen Steuerung, beispielsweise für die Steuerung einer Produktionslinie.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung die als industrielle Steuerung unter Ausnutzung der vorliegenden Erfindung benutzt wird. Knotenpunkt 1 und Knotenpunkt 2 sind beides Programmsteuereinheiten für erfindungsgemäße kabellose USB- Adapter die zur Minimierung des Steueraufwandes weit entfernter Arbeitspunkte (AP11, AP12, AP1n, AP21, AP22, AP2n) geeignet sind. Knotenpunkt 3 ist ein verkabeltes Kommunikationsmodul welches dazu benutzt wird, den AP31, AP32, Apn in der Nähe des Kontrollzentrums 21 zu kontrollieren. Das Funksignal kann an jeden Knotenpunkt (einer Kontrollgruppe) übertragen werden über das Kontrollzentrum 21 durch den Haupt-Knotenpunkt 211 des kabellosen USB-Adapters. Das Kontrollzentrum 21 kann mit der Aufgabe eines jeden Arbeitspunktes in der Mitte betraut werden oder kann den Status eines jeden Arbeitspunktes anzeigen. Jeder Knotenpunkt umfasst viele Arbeitspunkte, und jeder Arbeitspunkt kann ein Ein- und Ausgabemodul (I/O Modul) enthalten. Jeder Arbeitspunkt kann ein Funksignal zu dem Kontrollcenter 21 über ein kabelloses Kommunikationsmodul der programmierten Steuerung über einen kabellosen USB-Adapter verschicken und kann wechselseitig mit einem anderen in der Kontrollgruppe über USB verbunden werden.

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kontrollverfahren. Die Tabellen zur Steuerkontrolle werden von einem Arbeitspunkt Tabellen Werkzeug generiert. Es wird dazu benutzt, Objekte zu definieren. Jedes Objekt umfasst einen Arbeitspunkt, den Datenkatalog des Arbeitspunktes, das Datenattribut, das Datenkriterium und Übertragungspfad. Wenn zum Beispiel ein Arbeitspunkt eine 8 Bit Ein-Ausgabe ist, kann der Arbeitspunkt in dem Datenkatalog als I/O definiert werden; das Datenattribut ist 8 Bit; und das Datenkriterium hängt vom Arbeitsstatus ab, so wie aktiv in dem einen Zustand und inaktiv im anderen Zustand.

In Abhängigkeit von der Zusammenstellung dem Objekt zugewiesenen Datenkatalogs, dem Datenattribut, dem Datenkriterium und dem Übermittlungspfad, kann eines die möglichen Arbeitsmodi eines jeden Arbeitspunktes bestimmen und die Objekte können nacheinander ausgeführt werden. Danach, können einige oder viele Objekte in dem Kontrollablauf genutzt werden. Zum Beispiel können die Objekte 1 bis 4 der Ablauftabelle hinzugefügt werden. Wenn die Ablauftabelle etabliert ist, sollte das Kontrollsystem den Kontrollablauf in Übereinstimmung mit dem Arbeitsmodus, wie er in den Objekten definiert ist, ausführen.

Fig. 4 Zeit ein Kontrollbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise umfasst ein Kontrollsystem vier Arbeitspunkte, wie ein Fensterschalter, einen Alarm, einen Rauchmelder und eine automatische Wählvorrichtung. Jeder Arbeitspunkt sollte als ein Objekt etabliert werden. Der Inhalt des Objekts 1 zeigt nach Datenkatalog, dass der Arbeitspunkt 1 ein Fensterschalter ist, das Datenattribut ist ein Bit, das Datenkriterium ist, dass wenn der Fensterschalter "An" ist, zu Objekt 2 gegangen werden soll. Das Objekt 2 identifiziert den Arbeitspunkt 2 nach Datenkatalog als "Alarm", das Datenattribut ist "Aktiv bei Anruf" und das Datenkriterium ist für "30 Sekunden" zu arbeiten. Das Objekt 3 weist dem Arbeitspunkt 3 nach Datenkatalog zu, dass der Rauchmelder ein "Schalter" sein soll, das Datenkriterium ist, dass wenn der Rauchmelder anschlägt zu Objekt 4 gegangen werden soll; das Objekt 4 beschreibt, dass es sich bei dem Arbeitspunkt 4 um eine automatische Wählvorrichtung handelt, die eine voreingestellte Telefonnummer wählen soll; wenn das Objekt 3 auf "An" steht, wird die automatische Wählvorrichtung veranlasst, einen Notruf abzusetzen. Der Merker 1 illustriert, dass ein Entwickler ein Ereignis generieren kann, indem er den Pfad anhand des physikalischen Status überträgt.

In der Ablauftabelle ist ein Prozedurgestaltungswerkzeug dargestellt, welches dazu geeignet ist, Objekt 1 bis 4 zu entwerfen. Wenn das Kontrollsystem gestartet wird, ist der Arbeitsablauf folgender: Das Objekt 1 fragt den Fensterschalter ab, wenn der Fensterschalter auf "An" steht, soll der Alarm aus Objekt 2 für 30 Sekunden gestartet werden; falls der Status "Aus" ist, soll in den Status des Objektes 3 gewechselt werden; dort wird der Status des Rauchmelders abgefragt; wenn dieser Status "An" ist, wird die automatische Wählvorrichtung aktiviert, die einen Notruf absetzt; wenn der Status "Aus" ist, wird zum Merker 1 gewechselt, der einen Sprung zum Objekt 1 auslöst.

In der Kontrollmethode gemäß der vorliegenden Erfindung, können die Arbeitsmodi jedes Arbeitspunktes im Vorfeld definiert werden. In der Anwendung, solange der Anwender einige Grundkenntnisse der Programmierung mitbringt, kann eine Kontrolllauf so einfach wie eine Glühbirne installiert werden und es müssen keine aufwendigen Programme geschrieben werden. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Kontrollmethode in die Hardwarearchitektur nach Fig. 1 und Fig. 2 implementiert werden, so dass die Vorteile der USB Datenübertragung genutzt werden können.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen darin, dass

• 1. die kabellos verbundenen einzelnen und mehrere Arbeitspunkte einfach installiert werden können;
• 2. die Installation und Wartung ist einfach durchzuführen;
• 3. die großen Kosten werden eingespart, wenn es in der industriellen Kontrolle eingesetzt wird.

Während die Erfindung anhand von Ausführungen beschrieben wird, die derzeit als die praktikabelsten und bevorzugtesten Ausführungsformen angesehen werden, so ist es verständlich, dass die Erfindung nicht auf die nahegelegten Ausführungsformen beschränkt sein soll. Daraus ergibt sich, dass es beabsichtigt ist, mannigfaltige Modifikationen und ähnliche Ausführungsformen zu schützen, die unter den Grundgedanken und die vermittelte Sichtweise der anliegenden Ansprüche fallen, wobei mit der weitesten Auslegung alle Modifikationen und ähnlichen Ausführungsformen abgedeckt werden sollen.

Claims (11)

1. Ein drahtloser USB-Adapter umfassend:

• a) ein drahtloses Kommunikationsmodul (10) mit einem ersten seriellen Schnittstellenmodul (13), welches dazu geeignet ist über das drahtlose Kommunikationsmodul ein Signal zu übertragen;
• b) ein Ein- und Ausgabemodul mit einem Mikroprozessor (18) und einem zweiten seriellen Schnittstellenmodul (17), welches elektrisch mit dem ersten seriellen Schnittstellenmodul (13) verbunden ist und zur Übertragung eines Signals über eine drahtbehaftete Verbindung geeignet ist.

2. Ein drahtloser USB-Adapter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der drahtbehafteten Verbindung um eine USB-Schnittstelle handelt.

3. Ein drahtloser USB-Adapter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die USB-Schnittstelle (serielles Schnittstellenmodul 17) dazu geeignet ist, elektrisch mit einem weiteren drahtlosen Kommunikationsmodul (10) verbunden zu werden.

4. Ein drahtloser USB-Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die USB-Schnittstelle (serielle Schnittstelle 17) dazu geeignet ist, um elektrisch mit dem Mikroprozessor (18) eines weiteren Ein- und Ausgabemoduls verbunden zu werden.

5. Ein drahtloser USB-Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein- und Ausgabemodul über eine Schnittstelle nach dem RS-232 und/oder RS-422 und/oder RS 485 Standard verfügt.

6. Ein drahtloser USB-Adapter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das drahtlose Kommunikationsmodul (10) ein Radiofrequenzmodul mit einem Basisfrequenzmodul umfasst.

7. Ein Verfahren zur Kontrolle einer Vielzahl von Arbeitspunkten von drahtlosen USB-Adaptern, welche die Plug and Play (PnP) Spezifikationen erfüllen, umfassend die Verfahrensschritte:

• a) Generierung einer Arbeitspunktdefinitionstabelle umfassend eine Vielzahl von Kontrollobjekten, die über die Arbeitspunkte gemäß einer Spezifikation der Arbeitspunkte identifiziert werden können;
• b) Übertragung der Kontrollobjekte in eine Ablauftabelle die an die Kontrollbedürfnisse angepasst ist;
• c) Ausführen der Ablauftabelle zur Abarbeitung einer Kontrollprozedur für die Arbeitspunkte.

8. Ein Verfahren zur Kontrolle eines drahtlosen USB-Adapters nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spezifikation eines Arbeitspunktes mindestens einen Datenkatalog, ein Datenattribut, ein Datenkriterium und einen Übertragungspfad umfasst.

9. Ein Verfahren zur Kontrolle eines drahtlosen USB-Adapters nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenkatalog Ein- und Ausgabedaten (I/O), Analog- Digitaldaten (A/D) und/oder Digital-Analogdaten (D/A) umfasst.

10. Ein Verfahren zur Kontrolle eines drahtlosen USB-Adapters nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenattribut eine Bit-Nummer, und/oder eine Kanalnummer und/oder eine Abfragezeit umfasst.

11. Ein Verfahren zur Kontrolle eines drahtlosen USB-Adapters nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenkriterium eine Statusabfrage des Arbeitspunktes umfasst.