DE102005029654A1

DE102005029654A1 - Flexible communication structure, automating apparatus with a replaceable physical interface

Info

Publication number: DE102005029654A1
Application number: DE102005029654A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen HILSCHER
Original assignee: Hilscher Gesellschaft fur Systemautomation mbH
Current assignee: Hilscher Gesellschaft fur Systemautomation mbH
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2025-06-24
Also published as: DE102005029654B4

Abstract

The apparatus has a programmable communication controller which cooperates with a higher control unit. A programmable communication ALU is integrated in the communication controller. A replaceable physical interface is connected to the controller via signal lines for transmitting an identification code, control data, reception data and transmission data. Independent claims also cover a method of configuring such an apparatus.

Description

Die Erfindung betrifft in erster Linie ein Gerät mit flexibler Kommunikationsstruktur, insbesondere Automatisierungsgerät, und weiterhin ein Verfahren zu dessen Konfiguration gemäß den Patentansprüchen 1 und 6.The The invention relates primarily to a device with a flexible communication structure, in particular automation device, and further a method of its configuration according to claims 1 and 6th

Seit längerem ist es bekannt, in der Steuer- und Automatisierungstechnik Feldbusse und Ethernet zur Datenkommunikation zwischen einzelnen, an der Steuerung eines Prozesses beteiligten Einheiten zu verwenden. Beispiele für bekannte Feldbusse sind CAN-Bus, Profibus, Modbus, DeviceNet oder Interbus. Um auf einfache Weise eine offene und flexible Betriebsweise des Systems zu erzielen, wobei die Hardwarekomponenten ohne Änderungen der Steuerprogramme austauschbar sind, ist aus der DE 198 50 469 A1 ein Automatisierungssystem und ein Verfahren zum Zugriff auf die Funktionalität von Hardwarekomponenten bekannt, bei dem diese jeweils eine Systemverbindungseinheit mit Funktionsobjekten als Abbild der realen Funktionalität der Hardwarekomponenten aufweisen, wobei die Funktionsobjekte zum Zugriff auf die Funktionalität der Hardwarekomponenten über das Bussystem vorgesehen sind. Für eine Realisierung der Hardwarekomponenten als "plug and play"-Module ist es erforderlich, direkt in der Hardwarekomponente einen speziellen Baustein vorzusehen, auf dem die Funktionsobjekte als Zugang zur Funktionalität der Hardwarekomponenten ablauffähig sind. Dieser spezielle Baustein ist in Form der Systemverbindungseinheit realisiert. Die Systemverbindungseinheit ist mit einem Bussystem des Automatisierungssystems gekoppelt, so dass Kommunikationsdaten beispielsweise von einem Leitsystem zur Hardwarekomponente wie auch von und zu sämtlichen mit dem Bussystem gekoppelten weiteren Komponenten übertragen werden können. Mit Hilfe der Systemverbindungseinheit wird es somit möglich, Hardwarekomponenten ohne Änderung der bestehenden Strukturen des Automatisierungssystems zu ersetzen, zu ergänzen etc. Weiterhin können spezielle zwischen einem- Leitsystem und den Hardwarekomponenten bisher erforderliche, Vermittlungsobjekte entfallen. Für einen Netzübergang weist die Systemverbindungseinheit einen Speicher zur Speicherung von zwischen den beiden Bussystemen erforderlichen Protokollen auf. So ist beispielsweise auf einfache Weise ein Netzübergang zwischen ETHERNET (Datenübertragungsrate 10 Mbit/s), insbesondere des FAST ETHERNET (Datenübertragungsrate 100 Mbit/s – Norm IEEE Std 802.3-1998), und dem Profibus möglich. Die Einbettung der den Hardwarekomponenten zugeordneten Systemverbindungseinheiten in ihre Umgebung kann dadurch erfolgen, dass die Funktionsobjekte mindestens ein erstes Funktionsobjekt zur Erzeugung einer minimalen Funktionalität einer Hardwarekomponente, mindestens ein zweites Funktionsobjekt zur Verschaltung von Funktionsobjekten und mindestens ein drittes Funktionsobjekt zur Auflistung von in der Systemverarbeitungseinheit und/oder auf entfernten Systemverarbeitungseinheiten und/oder entfernten Rechnern vorhandenen Funktionsobjekten enthalten. Die besondere Funktion des Funktionsobjekts besteht darin, die Summe der Funktionalität des Systems zu enumerieren, d. h. zu erfragen. Die Funktionsobjekte sind beispielsweise als sogenannte DCOM-Objekte (Distributed Component Object Model) bzw. als sogenannte OLE-Objekte (Object Linking and Embedding) ausgebildet. Weiterhin weist die Systemverbindungseinheit ein Laufzeitsystem (Runtime-System) sowie eine Protokollverarbeitungseinheit (Profibus, UDP/IP, RPC) auf. Die Systemverbindungseinheit ist deshalb ein Standardbaustein, der die für den Feldbus spezifizierten Protokolle gewährleisten muss und der häufig recht komplex und damit vergleichsweise teuer ist.For a long time it has been known to use fieldbuses and Ethernet for data communication between individual units involved in the control of a process in the control and automation technology. Examples of known fieldbuses are CAN bus, Profibus, Modbus, DeviceNet or Interbus. In order to easily achieve an open and flexible operation of the system, wherein the hardware components are interchangeable without changes in the control programs, is from the DE 198 50 469 A1 an automation system and a method for accessing the functionality of hardware components, in which these each have a system connection unit with function objects as an image of the real functionality of the hardware components, wherein the function objects are provided for accessing the functionality of the hardware components via the bus system. To implement the hardware components as "plug and play" modules, it is necessary to provide a special component directly in the hardware component on which the functional objects can run as access to the functionality of the hardware components. This special module is realized in the form of the system connection unit. The system connection unit is coupled to a bus system of the automation system, so that communication data can be transmitted, for example, from a control system to the hardware component as well as to and from all other components coupled to the bus system. With the help of the system connection unit, it is thus possible to replace hardware components without changing the existing structures of the automation system, to supplement, etc. Furthermore special so far required between a control system and the hardware components, switching objects can be omitted. For a gateway, the system connection unit has a memory for storing protocols required between the two bus systems. Thus, for example, a gateway between ETHERNET (data transmission rate 10 Mbit / s), in particular the FAST ETHERNET (data transmission rate 100 Mbit / s - standard IEEE Std 802.3-1998), and the Profibus is possible in a simple manner. The embedding of the system connection units assigned to the hardware components into their surroundings can take place in that the function objects have at least a first function object for generating a minimum functionality of a hardware component, at least a second function object for interconnecting function objects and at least a third function object for listing in the system processing unit and / or or contain functional objects present on remote system processing units and / or remote computers. The special function of the function object is to enumerate the sum of the functionality of the system, ie to inquire. The function objects are designed, for example, as so-called DCOM objects (Distributed Component Object Model) or as so-called OLE objects (Object Linking and Embedding). Furthermore, the system connection unit has a runtime system (Runtime system) and a protocol processing unit (Profibus, UDP / IP, RPC). The system connection unit is therefore a standard module, which must guarantee the protocols specified for the fieldbus and which is often quite complex and thus comparatively expensive.

Ein ähnlicher Weg wird bei dem aus dem DE 299 07 909 U1 bekannten und in der Fertigungseinrichtung integrierten Überwachungssystem, basierend auf Einsteckkarten, eingeschlagen. Im einzelnen weist jede Einsteckkarte einen Mikroprozessor, eine Speichereinheit zum Abspeichern der Prozessdaten, die mit dem Mikroprozessor verbunden ist, eine Sensorbus-Schnittstelle (RS 485) und eine Feldbus-Schnittstelle (RS 485), die mit dem Mikroprozessor verbunden sind, eine Service-Schnittstelle (RS-232) zum Anschluss an ein Modem und eine Schnittstelle (ISA-Busschnittstelle) zur Verbindung des Mikroprozessors mit einem Host-Rechner auf. Die integrierte Feldbus-Schnittstelle bzw. Sensorbus-Schnittstelle weist jeweils eine ISO-Schnittstelle und einen Feldbus-Datenprozessor (SPC 3), im vorliegenden Beispiel ein Profibus-Datenprozessor, auf. Eine Maschinensteuerung ist wahlweise über die integrierte Profibus-Schnittstelle mit der Einsteckkarte oder über eine I/O-Box mit Sensor-Elektronikeinheiten verbunden. Die intelligenten Sensor-Elektronikeinheiten ermöglichen jeweils die Versorgung eines Sensors, die Erfassung der Sensordaten, die Messsignalvorverarbeitung (Signalfilterung, -Verstärkung usw.) und die einfache Signalanalyse (digitales Filtern, Erfassen der Spitzenwerte, usw.). Unter einer intelligenten Sensor-Elektronikeinheit wird daher ein Modul verstanden, welches einen eigenen Mikro-Controller, Filter, Verstärker, eine Stromversorgung und eine Sensorbusschnittstelle aufweist. Die Sensor-Elektronikeinheit kann über die Einsteckkarte vor jeder Bearbeitung neu parametriert werden. Dies betrifft z.B. die Verstärkungsfaktoren, die Filterwerte und die Verrechnung mehrerer Eingangssignale zu einem Summensignal. Durch die Profibus-Schnittstelle wird die Überwachung mit dem Bearbeitungsprozess synchronisiert. Über sogenannte automatisierte Einstellroutinen kann das Überwachungssystem einfach in die Fertigungseinrichtung eingebunden werden. Die automatisierten Einstellroutinen führen z.B. die Erkennung der Sprache auf der Steuerung und die damit verbundene Sprachumschaltung, die Erkennung der Sensoren am Sensorbus und die automatische Konfiguration der Verstärkungs- und Filterwerte durch. Die Ein- und Ausgänge der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) werden selbständig zugeordnet und die Uhrzeit einer Echtzeit-Uhr auf der Einsteckkarte wird automatisch mit der Uhrzeit des Hostrechners abgeglichen. Die Einsteckkarte erlaubt die Überwachung von beispielsweise bis zu vier Sensorkanälen, wobei mit dem Kommunikationsprozessor für die Sensorbus-Schnittstelle eine Datenrate von bis zu 460,8 kBaud bei gleichzeitig hoher Störsicherheit erreicht wird. Vorzugsweise verarbeitet der Mikroprozessor der Einsteckkarte die Daten im Hammingcode mit einer Hamming-Distanz von 4 und ist für die Verschlüsselung und Entschlüsselung zuständig. Zwischen dem Mikroprozessor und der ISA-Busschnittstelle zum Host-Rechner ist ein Adressdekoder vorgesehen, der auf an sich bekannte Weise für die Kodierung und Dekodierung der Adress- und Speicherzugriffe im PC zuständig ist. Die Spannungsversorgung der Einsteckkarte erfolgt über die ISA-Schnittstelle, über die auch die Kommunikation mit dem Hostrechner erfolgt. Da die Einsteckkarte einen eigenen Prozessor aufweist, der für die Überwachung zuständig ist, wird die CPU des Hostrechners nicht mit Rechenleistung belegt. Für die Kommunikation mit den Sensor-Elektronikeinheiten ist ein echtzeitfähiges Sensorbusprotokoll definiert. Dies ermöglicht die Abfrage der Messdaten sowie die Steuerung und Parametrierung der Sensoren mit definierten Antwortzeiten. Die Überwachungsdaten werden beispielsweise in einem Takt von 10 ms verarbeitet und die Sensordatenvorverarbeitung erlaubt eine Abtastrate unter 1 ms. Damit kann für eine Kollisionsüberwachung eine Reaktionszeit unter 1 ms garantiert werden. Über den Feld- bzw. Profibus können neben den Synchronisationsdaten in vorteilhafter Weise auch prozessspezifische Achssignale wie Drehmomente, Motorströme und Achsgeschwindigkeiten übertragen werden. Das Protokoll kann beispielsweise die Abfrage von bis zu acht verschiedenen Achsen erlauben. Die benötigten Steuerdaten können auch direkt aus dem Steuerkern der Maschinensteuerung über den Feldbus an den Mikroprozessor der Einsteckkarte geliefert werden. In diesem Fall wird keine spezielle Sensorik benötigt und die Sensorbus-Schnittstelle auf der Einsteckkarte kann entfallen. Über die Service-Schnittstelle können alle Einstellungen, Software-Updates sowie die Prozessvisualisierung erfolgen. Durch die Auslegung als Modemschnittstelle sind über ein Modem Teleservice- und Ferndiagnose-Funktionalitäten verfügbar. Dadurch ist das System aus der Ferne voll bedien- und parametrierbar. Die Visualisierung der Prozessdaten kann über ein Programm auf dem Hostrechner (Steuerung, Industrie-PC) erfolgen. Nachteilig ist wieder, dass die Einsteckkarten und die intelligenten Sensor-Elektronikeinheiten, die für den Feldbus spezifizierten Protokolle gewährleisten müssen, komplex und damit vergleichsweise teuer sind.A similar way will be taken from the DE 299 07 909 U1 known and integrated in the manufacturing device monitoring system based on plug-in cards, embarked. In detail, each plug-in card has a microprocessor, a memory unit for storing the process data which is connected to the microprocessor, a sensor bus interface (RS 485) and a fieldbus interface (RS 485) which are connected to the microprocessor, a service unit. Interface (RS-232) for connection to a modem and an interface (ISA bus interface) for connecting the microprocessor to a host computer. The integrated fieldbus interface or sensor bus interface in each case has an ISO interface and a fieldbus data processor (SPC 3), in this example a Profibus data processor. A machine control system is optionally connected to the plug-in card via the integrated Profibus interface or to sensor electronic units via an I / O box. The intelligent sensor electronics units each provide sensor power, sensor data acquisition, measurement signal preprocessing (signal filtering, amplification, etc.) and simple signal analysis (digital filtering, peak detection, etc.). An intelligent sensor electronic unit is therefore understood to mean a module which has its own microcontroller, filter, amplifier, a power supply and a sensor bus interface. The sensor electronics unit can be reconfigured via the plug-in card before each processing. This applies, for example, the gain factors, the filter values and the billing of several input signals to a sum signal. The monitoring is synchronized with the machining process through the Profibus interface. By means of so-called automated setting routines, the monitoring sys simply be integrated into the production facility. The automated setup routines perform, for example, the recognition of the language on the controller and the associated language switching, the detection of sensors on the sensor bus and the automatic configuration of the gain and filter values. The inputs and outputs of the programmable logic controller (PLC) are assigned independently and the time of a real-time clock on the plug-in card is automatically adjusted to the time of the host computer. The plug-in card allows the monitoring of, for example, up to four sensor channels, with the communication processor for the sensor bus interface achieving a data rate of up to 460.8 kbaud with simultaneously high interference immunity. Preferably, the plug-in card's microprocessor processes the data in Hamming code with a Hamming distance of 4 and is responsible for encryption and decryption. Between the microprocessor and the ISA bus interface to the host computer, an address decoder is provided, which is responsible in a known per se for the encoding and decoding of the address and memory accesses in the PC. The plug-in card is supplied with power via the ISA interface, which also communicates with the host computer. Since the plug-in card has its own processor, which is responsible for the monitoring, the CPU of the host computer is not allocated with computing power. A real-time sensor bus protocol is defined for communication with the sensor electronics units. This makes it possible to query the measured data and to control and parameterize the sensors with defined response times. The monitoring data are processed, for example, in a cycle of 10 ms and the sensor data preprocessing allows a sampling rate under 1 ms. This guarantees a response time of less than 1 ms for collision monitoring. In addition to the synchronization data, process-specific axis signals such as torques, motor currents and axis speeds can be transmitted in an advantageous manner via the field or profibus. For example, the protocol may allow the query of up to eight different axes. The required control data can also be supplied directly from the control core of the machine control via the fieldbus to the microprocessor of the plug-in card. In this case, no special sensors are needed and the sensor bus interface on the plug-in card can be omitted. All settings, software updates and process visualization can be made via the service interface. Due to the design as a modem interface, teleservice and remote diagnostics functionalities are available via a modem. This makes the system fully operable and parameterizable from a distance. The visualization of the process data can be done via a program on the host computer (control, industrial PC). Another disadvantage is that the plug-in cards and the intelligent sensor electronics units, which must ensure the protocols specified for the fieldbus, are complex and thus comparatively expensive.

Wie die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt, werden in der Automatisierungstechnik zur Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten verschiedene Schnittstellen mit ihren physikalischen Eigenschaften und Übertragungsprotokolle definiert und in internationale Normen eingebracht oder etablieren sich als Industriestandards. Diese Systeme werden allgemein als Feldbussystem bezeichnet, wobei auch die Ethernet-basierten Technologien dazu zu zählen sind. Das gesamte Interface wird oft als auswechselbares Modul aufgebaut, bestehend aus Steckverbinder, physikalischem Interface, dedizierter Kommunikations-Controller, Mikroprozessor mit Speicher und Übergabelogik zur CPU des Automatisierungsgeräts in der Regel ein Dual-port Memory. Dieses Modul realisiert genau ein spezielles Übertragungsprotokoll und muss in der Gesamtheit darauf speziell entwickelt werden. Dabei sind in der Regel spezielle Hard- und Softwarekomponenenten mit einer Reihe von teueren, für die Kommunikation speziell ausgelegten Komponenten, wie HUB und Leitungstreiber, Ethernet-Controller, Media Interpent Interface für die Verbindung zu einem anderen Netz (öffentliches Datennetz, anderes LAN oder einem Hostsystem), Feldbus-Schnittstellen bzw. Sensorbus-Schnittstelle, insbesondere Serial Peripheral Interface mit Master- bzw. Slave-Protokollchips, sowie die Umsetzung entsprechender Netzwerk-Zugangsprotokolle, z.B. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection), Token-Passing (Bitmuster als Berechtigungsmarke) oder TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) in für den Feldbus spezifizierte Protokolle erforderlich. Wenig Beachtung findet jedoch die Entwicklung einer Kommunikationsschnittstelle unabhängig von einem speziellen Feldbussystem, um darauf basierend eine individuelle und komfortable Anpassung der Kommunikationsfunktionen zu ermöglichen. Deshalb fehlen in der Praxis kostengünstige Kommunikationsschnittstellen für ein in Echtzeit betreibbares Automatisierungssystem, welche eine einfache Austauschbarkeit ermöglicht. Besonders bedeutsam ist dies, weil die Telekommunikations- und Computerindustrie als äußerst fortschrittliche, entwicklungsfreudige Industrien anzusehen sind, die schnell Verbesserungen und Vereinfachungen aufgreifen und in die Tat umsetzen.As the above assessment of the prior art are used in automation technology for communication between the individual devices different interfaces defined with their physical properties and transmission protocols and introduced into international standards or establish themselves as Industry standards. These systems are commonly referred to as a fieldbus system, including the Ethernet-based technologies are to be counted. The entire interface is often built as a replaceable module, consisting of connector, physical interface, dedicated Communication controller, microprocessor with memory and transfer logic to the CPU of the programmable controller usually a dual-port memory. This module realizes exactly a special transmission protocol and must be specially developed in the whole on it. There are usually special hardware and software components with one Series of expensive, for the communication specially designed components, such as HUB and Line Driver, Ethernet Controller, Media Interpent Interface for the Connection to another network (public data network, other LAN or a host system), fieldbus interfaces or sensor bus interface, in particular serial peripheral interface with master or slave protocol chips, and the implementation of appropriate network access protocols, e.g. CSMA / CD (carrier sense multiple access / collision detection), token passing (Bit pattern as authorization mark) or TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) in for Fieldbus specified protocols required. Little attention however, finds the development of a communication interface independently from a special fieldbus system to an individual based on it and to allow comfortable adaptation of the communication functions. Therefore, in practice, inexpensive communication interfaces are lacking for a in real time operable automation system, which is a simple Interchangeability possible. This is particularly important because the telecommunications and computer industries as extremely advanced, development-friendly industries are looking at the quick improvements and simplifications and put into action.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät mit flexibler Kommunikationsstruktur und ein Verfahren hierzu derart auszugestalten, dass eine Austauschbarkeit von Teilen des Geräts ermöglicht wird.Of the Invention is based on the object, a device with a flexible communication structure and a method for this purpose to design such that an interchangeability of parts of the device allows becomes.

Diese Aufgabe wird, gemäß Patentanspruch 1, durch ein Gerät mit flexibler Kommunikationsstruktur, insbesondere Automatisierungsgerät, gelöst, welches aufweist:

– mindestens einen frei programmierbaren Kommunikations-Controller, welcher mit einer übergeordneten Steuereinrichtung zusammenarbeitet,
– mindestens eine im Kommunikations-Controller integrierte frei programmierbare Kommunikations-ALU und
– eine über Signalleitungen zur Übertragung eines Identifizierungscodes, Steuerdaten, Empfangsdaten und Sendedaten mit dem Kommunikations-Controller verbundene, austauschbare, physikalische Schnittstelle,

wodurch die physikalische Schnittstelle austauschbar ist.This object is achieved, according to claim 1, by a device having a flexible communication structure, in particular an automation device, which has:

At least one freely programmable communication controller, which cooperates with a higher-level control device,
- At least one integrated in the communication controller freely programmable communication ALU and
An exchangeable physical interface connected via signal lines for transmission of an identification code, control data, reception data and transmission data to the communication controller,

whereby the physical interface is interchangeable.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht auf einfache Art und Weise den Aufbau eines „quasi dezidierten" Kommunikations-Controllers, indem dieser als eine bzw. mehrere frei programmierbare Kommunikations-ALUs (Arithmetik and Logic mit) aufgebaut wird, welche einen auf die Kommunikationsaufgaben optimierten Befehlssatz und Hardwarearchitektur besitzen. Damit ergeben sich für die erfindungsgemäße Lösung folgende Vorteile:

• Die physikalische Schnittstelle als austauschbares Modul ist wesentlich kleiner, preiswerter und nur mit einer Sende- und Empfangs- und einigen Steuerleitungen an den frei programmierbaren Kommunikations-Controller im Automatisierungsgerät angebunden. Im Gegensatz dazu werden sonst ca. 40 Signalleitungen für Daten-, Adress- und Steuerleitungsbus der sonst üblichen Dual-port Memory Kopplung benötigt, die wesentlich höherfrequente Signale enthält und die Verbindung auf wenige Zentimeter beschränkt.
• Auf Grund der geringen Signalleitungen kann das austauschbare physikalische Interface über eine flexible Verbindung an jeder beliebigen Stelle im Automatisierungsgerät angebracht werden.

The device according to the invention makes it possible in a simple manner to set up a "quasi-dedicated" communication controller by constructing it as one or more freely programmable communication ALUs (Arithmetic and Logic), which has an instruction set and hardware architecture optimized for the communication tasks This results in the following advantages for the solution according to the invention:

• The physical interface as a replaceable module is much smaller, less expensive and only connected to the freely programmable communication controller in the programmable controller with a send and receive line and a few control lines. In contrast, otherwise about 40 signal lines for data, address and control line bus the usual dual-port memory coupling is required, which contains much higher-frequency signals and limits the connection to a few centimeters.
• Due to the low signal lines, the interchangeable physical interface can be mounted anywhere in the programmable controller via a flexible connection.

Weiterhin wird diese Aufgabe, erfindungsgemäß nach Patentanspruch 6, bei einem Verfahren zur Konfiguration eines Gerät mit flexibler Kommunikationsstruktur, insbesondere Automatisierungsgerät, mit mindestens einem Kommunikations-Controller, mindestens einer in diesem integrierte Kommunikations-ALU und mindestens einer physikalischen Schnittstelle gelöst, bei dem

• die Kommunikationsfunktionen nicht fest vorgegeben sind, sondern auf Basis von frei programmierbaren und auf Kommunikationsfunktionen optimierten ALUs ausgebildet sind,
• in der Startphase die physikalische Schnittstelle über eine Signalleitung einen Identifizierungscode an den Kommunikations-Controller sendet und

der Kommunikations-Controller selbständig die richtige Konfiguration durchführt und die zugehörige Software in die Kommunikations-ALU lädt.Furthermore, this object, according to the invention according to claim 6, in a method for configuring a device having a flexible communication structure, in particular automation device, with at least one communication controller, at least one integrated in this communication ALU and at least one physical interface, in which

• the communication functions are not fixed, but are based on freely programmable ALUs optimized for communication functions,
• In the start phase, the physical interface sends an identification code to the communication controller via a signal line and

the communication controller independently performs the correct configuration and loads the associated software into the communication ALU.

Damit ergeben sich für die erfindungsgemäße Lösung folgende Vorteile:

• Die Entwicklung, Produktion und Vertrieb eines solchen Automatisierungsgeräts mit austauschbarer physikalischen Schnittstellenschaltung kann unabhängig von einem speziellen Feldbussystem erfolgen.
• Erweiterungen innerhalb der Feldbusspezifikation oder Implementierungen komplett neuer Feldbussysteme können per Softwareupdate erfolgen und benötigen keine neue Schnittstellenschaltung.
• Besonders bei zwei oder mehreren Kommunikationsschnittstellen werden die jeweiligen Feldbussysteme durch Laden der Software festgelegt und sind damit völlig flexibel auswählbar.

This results in the following advantages for the solution according to the invention:

• The development, production and distribution of such an automation device with exchangeable physical interface circuit can be carried out independently of a special fieldbus system.
• Enhancements within the fieldbus specification or implementations of completely new fieldbus systems can be made by software update and do not require a new interface circuit.
• Particularly with two or more communication interfaces, the respective fieldbus systems are defined by loading the software and can therefore be selected flexibly.

In Weiterbildung der Erfindung sind, gemäß Patentanspruch 2, im Kommunikations-Prozessor mehrere frei programmierbare Kommunikations- Controller enthalten.In Further development of the invention are, according to claim 2, in the communication processor more freely programmable communication controllers included.

Diese Weiterbildung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass man im Vergleich zum Stand der Technik für jeden Kanal den im Austauschmodul benötigten Mikroprozessor und die zugehörige Infrastruktur wie Speicher und Dual-port Memory einspart.These Development of the invention has the advantage that in comparison to the state of the art for each channel the microprocessor needed in the replacement module and the associated Infrastructure like memory and dual-port memory saves.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist, gemäß Patentanspruch 3, die physikalische Schnittstelle als gedruckte Schaltung im Leitungsanschluss ausgestaltet.at a preferred embodiment of the invention is, according to claim 3, the physical interface as a printed circuit in the line connection designed.

Diese Ausgestaltung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass auf Grund der kleinen Abmessungen des physikalischen Interface, dieses direkt als gedruckte Schaltung am Übergabestecker des Leitungsanschluss ausgeführt, werden kann.These Embodiment of the invention has the advantage that due to the small dimensions of the physical interface, this directly as a printed circuit on the transfer connector running the line connection, can be.

Vorzugsweise arbeitet, gemäß Patentanspruch 5, der Kommunikations-Prozessor sowohl die Applikation als auch das Übertragungsprotokoll ab.Preferably works, according to claim 5, the communication processor both the application and the transmission protocol from.

Heutige Mikroprozessoren sind so leistungsfähig, dass sie sowohl die Applikation als auch das Übertragungsprotokoll abarbeiten können. Damit erspart man sich auf vorteilhafte Weise einen zweiten Mikroprozessor und die zugehörige Infrastruktur wie Speicher und Dual-port Memory im Austauschmodul.today Microprocessors are so powerful that they both the application as well as the transmission protocol can work off. This saves you advantageously a second microprocessor and the associated Infrastructure like memory and dual-port memory in the exchange module.

Weitere Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:Further Advantages and details can be found in the following description a preferred embodiment of the invention with reference to the drawing. In the Drawing shows:

1 das Blockschaltbild eines Automatisierungsgerät mit flexibler Kommunikationsstruktur gemäß der Erfindung. 1 the block diagram of an automation device with flexible communication structure according to the invention.

In der Automatisierungstechnik sind seit Jahren verschiedene Kommunikationssysteme mit standardisierten Kommunikationsdiensten und Protokollen, mit denen man zwischen heterogenen und homogenen Netzwerken kommunizieren kann, im Einsatz. In der untersten Ebene sind beispielsweise einfache Sensor-Aktuator-Bussysteme oder Rückwandbussysteme (z.B. auf handelsüblichen Norm-Tragschienen anbringbare modulare Ein-/Ausgabe-Geräte), in der mittleren Ebene „eingebettete" Netzwerke zur Steuerung der Maschinen (welche programmierbare Steuerungen, komplexe elektrische und hydraulische Antriebsgeräte, Ein-/Ausgabe-Geräte. Datenerfassungsgeräte oder Mensch/Maschine-Schnittstellen verbinden) und in der obersten Ebene die Netzwerke zur Fabrikautomation angeordnet.In In automation technology, communication systems have been different for years with standardized communication services and protocols, with to communicate between heterogeneous and homogeneous networks can, in use. At the lowest level, for example, are simple Sensor-actuator bus systems or backplane bus systems (e.g. commercial Standard mounting rails attachable modular I / O devices), in the middle level "embedded" networks for control of the machines (which programmable controls, complex electrical and hydraulic drive units, I / O devices. Data acquisition devices or human / machine interfaces) and in the top one Level the networks arranged for factory automation.

Bei der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Lösung eines Automatisierungsgeräts mit flexibler Kommunikationsstruktur weist das Basisboard des Automatisierungsgeräts AG einen Kommunikations-Prozessor KP mit mindestens einen, im dargestellten Ausführungsbeispiel- vier, frei konfigurierbare Kommunikations-Controller KC auf. Erfindungsgemäß ist mindestens eine frei programmierbare Kommunikations-ALU KA im Kommunikations-Controller KC integriert. Die Kommunikations-ALUs KA haben die Aufgabe, entsprechend der Übertragungsrate den empfangenen Bit- bzw. Nibble (halbes Byte) seriellen Datenstrom zu dekodieren und in eine parallele Darstellung (z.B. Byte, Wort oder Doppelwort) zu konvertieren und/oder Daten aus einer parallelen Darstellung in Bit- bzw. Nibble seriellen Datenstrom zu kodieren und mit der richtigen Übertragungsrate auf die Leitung zu geben und/oder den Sende- und Empfangsverlauf eines zusammengehörigen Datenpakets zu steuern.At the in 1 illustrated inventive solution of an automation device with a flexible communication structure, the base board of the automation device AG on a communication processor KP with at least one, in the illustrated embodiment four, freely configurable communication controller KC. According to the invention, at least one freely programmable communication ALU KA is integrated in the communication controller KC. The purpose of the communication ALUs KA is to decode the received bit or nibble (half byte) serial data stream according to the transmission rate and to convert it into a parallel representation (eg byte, word or double word) and / or data from a parallel representation to encode in bit or nibble serial data stream and to give with the correct transmission rate on the line and / or to control the transmission and reception history of a related data packet.

Weiterhin enthält das Basisboard des Automatisierungsgeräts AG mindestens eine, im dargestellten Ausführungsbeispiel vier, über Signalleitungen IC, ST, ED, SD mit dem Kommunikations-Controller KC verbundene, austauschbare, physikalische Schnittstelle PS, über welche jeweils eine Identifizierungscode, Steuerdaten, Empfangsdaten und Sendedaten übertragen werden. Wie in 1 dargestellt, enthält der Kommunikations-Prozessor KP auch einen Data Switch DS, welcher beispielsweise eine 32-Bit Steuereinrichtung CPU und die Kommunikations-Controller KC (wobei in 1 vier getrennte Kommunikations-Controller KC dargestellt sind) mit einem Speicher SP, der internen Peripherie PE und einer Hoststeuereinrichtung, HC verbindet. Die Hoststeuereinrichtung HC ist zwischen einem Erweiterungsbus EB zum Anschluss von externen Speicher und Peripheriebausteinen und einem Dual-port Memory DPMH zum Anschluss einer weiteren übergeordneten Steuereinrichtung umschaltbar. Der Data Switch DS vermeidet somit den aus anderen Bus-Controllern bekannten „Flaschenhals" eines gemeinsamen Busses, indem er den gleichzeitigen Zugriff der Masterports (im Beispielsfall zwei) über die verschiedenen Slaveports (im Beispielsfall drei) auf die Daten ermöglicht. Dadurch können die Speicher und das Dual-port Memory DPMH parallel zum laufenden Betrieb gelesen und beschrieben werden, so dass eine industrielle Echtzeit-Ethernet-Lösung mit Netzwerkzyklen und Präzision im Mikrosekundenbereich ermöglicht wird, welche keine Unterstützung durch proprietäre Hardwarekomponenten oder ASICs benötigt. Dies gilt auch für die Optimierung und Anpassung der Echtzeit-Übertragung, wie Anpassung an die Anforderungen der Anwendung, des Systems und der Kommunikations-Architektur, so dass ein durchgängiger Datenzugriff von der Management- bis zur Feldebene gewährleistet ist.Furthermore, the base board of the automation device AG contains at least one, in the illustrated embodiment four, via signal lines IC, ST, ED, SD to the communication controller KC connected, interchangeable physical interface PS, via which in each case transmit an identification code, control data, received data and transmission data become. As in 1 1, the communication processor KP also includes a data switch DS, which includes, for example, a 32-bit controller CPU and the communication controllers KC (where in 1 four separate communication controllers KC are shown) having a memory SP, the internal peripheral PE and a host controller, HC connects. The host controller HC is switchable between an expansion bus EB for connection of external memory and peripheral devices and a dual-port memory DPMH for connection to another higher-level control device. The Data Switch DS thus avoids the "bottleneck" of a common bus known from other bus controllers by allowing the simultaneous access of the master ports (in the example two) to the data via the different slave ports (in the example three) and the dual-port memory DPMH can be read and written in parallel with the current operation, enabling a real-time Ethernet network-scale, microsecond precision industrial solution that does not require support from proprietary hardware or ASICs, including optimization and real-time transmission adaptation, such as adaptation to application, system and communication architecture requirements, to ensure consistent data access from the management level to the field level.

Erfindungsgemäß sind also die Kommunikationsfunktionen nicht fest vorgegeben, sondern auf Basis von frei programmierbaren und auf Kommunikationsfunktionen, optimierten Kommunikations-ALUs KA ausgebildet. Der Kommunikations-Controller KC liest in der Startphase den Identifizierungscode einer physikalischen Schnittstelle PS ein, konfiguriert danach die Kommunikations- ALU KA passend und lädt die zugehörige Firmware selbständig ein. Weiterhin beinhaltet der Kommunikations- Prozessor KP mehrere frei programmierbare Kommunikations-Kanäle und kann damit beliebige Kombinationen an Kommunikations-Standards realisieren. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kommunikations- Prozessor KP auf der Basis mehrerer frei programmierbarer Kommunikations- Controller KC neben den Kommunikations-Protokollen auch die Applikation ausführen kann. Erfindungsgemäß ist die physikalische Schnittstelle PS als eigenständiges, austauschbares Modul, ohne eigene Intelligenz oder Controllerfunktionen ausgestaltet, welche sich durch einen Identifizierungscode in der Startphase beim frei programmierbaren Kommunikations-Controller KC anmeldet und diesen dazu ermächtigt, die passende Konfiguration und die zugehörige Firmware zu laden. Insbesondere können bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht nur Master/Slave-Systeme sondern auch verteilte Steuerungen, welche zumindest partiell nicht-hierarchische Netzwerkarchitektur mit Durchlässigkeit in beide Richtungen erfordern, realisiert werden.According to the invention are therefore the communication functions are not fixed but based on from freely programmable to communication features, optimized Communication ALUs KA trained. The communication controller KC reads in the start phase the identification code of a physical Interface PS, then configures the communication ALU KA suitable and loads the associated Firmware independently one. Furthermore, the communication processor KP includes several freely programmable communication channels and can thus use any combination to realize communication standards. It is preferably provided that the communication processor KP on the basis of several free programmable communication controller KC in addition to the communication protocols also run the application can. According to the invention, the physical PS interface as an independent, interchangeable Module, without own intelligence or controller functions, which by an identification code in the starting phase at freely programmable communication controller KC logs in and authorized him to do so, to load the appropriate configuration and firmware. Especially can not in the inventive solution only master / slave systems but also distributed controllers, which at least partially non-hierarchical network architecture with permeability in both directions require to be realized.

Auch wenn die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung für den Einsatz bei der Automatisierungstechnik (einschließlich universelle Kommunikations-Plattform für Barcode- und Identifikationssysteme, intelligente EAs, Low-Cost-Antriebe, SPSen oder Maschinenterminals) beschrieben ist, so ist der Einsatz des Verfahrens und des Geräts mit flexibler Kommunikationsstruktur auch in anderen Nachrichtennetzen mit entsprechenden Netzwerkübergängen möglich. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das erfindungsgemäße Konzept auf Vorleistungen in Nachrichtennetzen oder Systemen/Anlagen (auch für vermittelte Verbindungen) ausbaut und die einfache Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten und Einbindung ohne Änderung der Erfindung bzw. des Grundkonzepts erlaubt. Weiterhin kann in vorteilhafter Weise die Initialisierung neuer und der Austausch fehlerhafter Geräte durch Plug- & Play verwirklicht werden und die flexiblen Kommunikations-Mechanismen ermöglichen den einfachen Einsatz in vielen Anwendungsfällen und Systemarchitekturen.Although the design of the solution according to the invention for use in automation technology (including universal communication platform for barcode and identification systems, intelligent EAs, low-cost drives, PLCs or machine terminals), the use of the method and the device with a flexible communication structure is also possible in other communication networks with corresponding network transitions. This is due to the fact that the concept according to the invention is based on intermediate services in communication networks or systems / systems (also for switched connections) and allows simple adaptation to the respective circumstances and integration without changing the invention or the basic concept. Furthermore, the initialization of new devices and the replacement of faulty devices can advantageously be realized by plug & play, and the flexible communication mechanisms allow easy deployment in many applications and system architectures.

Claims

device with - more flexible Communication structure, in particular automation device, which having: - at least a freely programmable communication controller (KC), which with a parent Control device cooperates, At least one in the communication controller (KC) integrated freely programmable communication ALU (KA) and - one via signal lines for transmission an identification code, control data, reception data and transmission data (IC, ST, ED, SD) connected to the communication controller (KC), exchangeable physical interface (PS), causing the physical interface (PS) is interchangeable.

Automation device according to claim 1, characterized characterized in that in the communication processor (KP) several free programmable communication controllers (KC) are included.

Automation device according to claim 1, characterized characterized in that the physical interface (PS) as printed Circuit designed with the connector of the communication network is.

Automation device according to claim 1, characterized characterized in that a physical interface (PS) with the Connector of the communication network as an integrated Unit is designed.

Automation device according to claim 1, characterized characterized in that the communication processor (KP) both the Application as well as the transmission protocol executing.

Method for configuring an automation device with at least a communication controller (KC), at least one in this integrated communication ALU (KA) and at least one physical Interface (PS), in which • the communication functions are not fixed, but based on freely programmable and optimized on communication functions ALUs (KA) trained are, • in the start phase, the physical interface (PS) via a Signal line (IC) sends an identification code to the communication controller (KC) and • of the Communication Controller (KC) independently the correct configuration performs and the associated Software in the communication ALU (KA) loads.