DE102005036032A1

DE102005036032A1 - Busanschalteinheit und Busverteiler zum Anschluss an ein Bussystem, eine an eine solche Busanschalteinheit bzw. an einen solchen Busverteiler anschließbare Maschine sowie Anlage mit einer Vielzahl von solchen Maschinen, welche über das Bussystem datentechnisch untereinander verbunden sind

Info

Publication number: DE102005036032A1
Application number: DE200510036032
Authority: DE
Inventors: Frank Roeder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2007-02-15

Abstract

Die Busschalteinheit weist zur datentechnischen Verbindung mit einem Bussystem (CAN) eine erste Anschlussmöglichkeit (BU, ST) zum Anschluss der Busanschalteinheit an das Bussystem (AN), ein Speicherelement (M) zum Ein- und Auslesen von Speicherdaten (ADR, POS, CONF) und eine zweite Anschlussmöglichkeit (AS) zum Anschluss eines Busteilnehmers (A1-A5) auf, wobei über die zweite Anschlussmöglichkeit (AS) eine Datenverbindung zwischen Busteilnehmer (A1-A5) und Bussystem (CAN) und zugleich eine davon unabhängige Datenverbindung zwischen dem Busteilnehmer (A1-A5) und dem Speicherelement (M) möglich ist. Die Erfindung betrifft in korrespondierender Weise einen Busverteiler mit einer Vielzahl von zweiten Anschlussmöglichkeiten (AS1-AS8), sowie eine an eine solche Busanschalteinheit bzw. an einen solchen Busverteiler anschließbare Maschine. Schließlich betrifft die Erfindung eine Anlage mit einer Vielzahl von solchen Maschinen, welche über das Bussystem (CAN) datentechnisch untereinander verbunden sind.

Description

Busanschalteinheit und Busverteiler zum Anschluss an ein Bussystem, eine an eine solche Busanschalteinheit bzw. an einen solchen Busverteiler anschließbare Maschine sowie Anlage mit einer Vielzahl von solchen Maschinen, welche über das Bussystem datentechnisch untereinander verbunden sind
Die Erfindung betrifft eine Busanschalteinheit zur datentechnischen Verbindung mit einem Bussystem, welche eine erste Anschlussmöglichkeit zum Anschluss der Busanschalteinheit an das Bussystem sowie eine zweite Anschlussmöglichkeit zum Anschluss eines Busteilnehmers aufweist, wobei über die zweite Anschlussmöglichkeit eine Datenverbindung zwischen dem Busteilnehmer und dem Bussystem möglich ist. Die Erfindung betrifft einen Busverteiler zur datentechnischen Verbindung mit einem Bussystem, wobei der Busverteiler eine erste Anschlussmöglichkeit zum Anschluss des Busverteilers an das Bussystem und eine Vielzahl von zweiten Anschlussmöglichkeiten zum Anschluss einer dazu korrespondierenden Anzahl von Busteilnehmern aufweist, wobei über die jeweiligen zweiten Anschlussmöglichkeiten eine Datenverbindung zwischen dem jeweiligen Busteilnehmer und dem Bussystem möglich ist. Die Erfindung betrifft zudem eine Maschine als Busteilnehmer mit einem Steuergerät, wobei das Steuergerät eine Datenschnittstelle zur Verbindung mit einer zweiten Anschlussmöglichkeit einer solchen Busanschalteinheit bzw. eines solchen Busverteilers aufweist, so dass eine Datenverbindung zum Bussystem möglich ist. Schließlich betrifft die Erfindung eine Anlage mit einem Leitrechner zur übergeordneten Steuerung der Anlage, mit einer Vielzahl solcher Maschinen als Busteilnehmer und mit einem Bussystem zur datentechnischen Verbindung untereinander.

Derartige Busanschalteinheiten bzw. Busverteiler sind für unterschiedlichste Bussysteme seit langem bekannt. Bekannte Bussysteme sind z.B. LAN-Netzwerke auf Basis des Ethernetstandards oder Netzwerke auf Basis des RS485-Standards mit jeweils einer sternförmigen Bustopologie sowie CAN-Bussysteme mit einer linienförmigen Bustopologie. Auf Protokollebene wird in der Anlagen- oder Automatisierungstechnik bei LAN-Netzwerken häufig der TCP/IP-Standard, bei RS485-Netzwerken ein Feldbusstandard, wie z.B. der Profibus-Standard, verwendet. Bei CAN-Bussystemen wird der sogenannte CANOpen-Standard bevorzugt.

Zur datentechnischen Anbindung verschiedenster Arten von Busteilnehmern, wie z.B. Steuergeräten, Maschinen, Antrieben und dergleichen, sind Busanschalteinheiten vorgesehen, welche Anschlussmöglichkeiten zum Anschluss der Busteilnehmer in Form von Klemmen, Buchsen, Steckern oder Steckplätzen bieten. Allgemein bekannt sind auch Busverteiler, welche eine Vielzahl derartiger Anschlussmöglichkeiten zum bedarfsweisen Anschluss der obengenannten Busteilnehmer bieten.

Ein Bussystem ermöglicht den Datenaustausch von angeschlossenen Busteilnehmern untereinander. Zur übergeordneten Steuerung zumindest eines Teils der angeschlossenen Busteilnehmer kann auch ein Leitrechner oder ein Zentralrechner als weiterer Busteilnehmer vorgesehen sein. Dies ist z.B. in einer technischen Anlage oder in einem Automatisierungs- oder Fertigungssystem der Fall.

Den jeweiligen Busteilnehmern an einem Bussystem ist oder wird zur Datenübertragung untereinander eine Busadresse zugeordnet. Diese Adresse kann bei einem LAN-Netzwerk z.B. die sogenannte MAC-Adresse sein, die in der busteilnehmerseitigen Datenschnittstelle gespeichert ist. Eine andere allgemein bekannte Busadresse ist z.B. die IP-Adresse, welche in einem LAN-Netzwerk auf Basis eines TCP/IP-Protokolls auch dynamisch vergeben werden kann.

Im zunehmenden Maße wird in der Anlagen- oder Automatisierungstechnik das CAN-Bussystem eingesetzt. Im Vergleich zu den sternförmigen Bussystemen weist das CAN-Bussystem ein ge ringes Mengengerüst für die Kommunikation, eine mögliche Busausdehnung über mehrere hundert Meter hinweg sowie eine äußerst störunempfindliche Übertragungstechnik auf. Zur Erweiterung des linienförmigen CAN-Bussystems kann an einer nahezu beliebigen Stelle einfach ein weiterer Busteilnehmer eingefügt werden.

Beim CAN-Bussystem erfolgt die Verteilung der Busadressen über einen Busmaster, wobei den jeweiligen Busteilnehmern, wie z.B. bei einem Hochfahren des Bussystems bzw. der Anlage, auch neue Busadressen vom Busmaster zugeteilt werden können.

Bei der Implementierung moderner Anlagen oder Automatisierungssysteme ist man bestrebt, möglichst viele identische Komponenten, Maschinen, Gerätschaften und dergleichen zu verwendet. Dadurch können zum einen defekte Komponenten sofort ausgetauscht werden. Zum anderen reduzieren sich die Kosten für die Entwicklung, Herstellung und Vorratshaltung solcher Komponenten erheblich.

In einem weitergehenden Schritt können identischen Komponenten auch für verschiedene Betriebsarten vorbereitet sein, so dass je nach Anwendungs- oder Einsatzfall eine von mehreren möglichen Betriebsarten eingestellt werden kann. Dadurch lässt sich die Komponentenvielfalt vorteilhaft weiter einschränken. Ein Beispiel dazu sind Spulmaschinensysteme in der Textilherstellungsindustrie. Derartige Spulmaschinensysteme bestehen u.a. aus einer Vielzahl von Hochleistungsspulköpfen sowie Zwirnmaschinen. Die dazu erforderlichen Antriebsbaugruppen mit dem jeweiligen Motor bilden sogenannte Wickel-Antriebe, welche z.B. über ein CAN-Bussystem miteinander vernetzt sein können. Je nach Einbauort eines Wickel-Antriebs innerhalb einer Arbeits- oder Fertigungsstelle kann eine unterschiedliche Funktion des Wickel-Antriebs erforderlich sein. So kann ein Wickel-Antrieb, entsprechend dem vorliegenden Beispiel, als Wickler, als Hilfsgalette oder auch als Galette konfiguriert sein.

Nachteilig daran ist, dass für die jeweils benötigte Funktion der sonst identischen Komponenten, wie z.B. der beispielhaften Wickel-Antriebe, eine separate und zumeist manuelle Einstellung der Betriebsart erforderlich ist. Der Grund dafür ist, dass dem Leit- oder Zentralrechner der jeweilige Einbauort des beispielhaften Wickel-Antriebs innerhalb einer von mehreren möglichen Arbeits- oder Fertigungsstellen nicht bekannt ist, um entsprechende einbauort- und somit funktionsbezogene Daten mit dem betreffenden Busteilnehmer austauschen zu können. Dies trifft insbesondere bei einer Anlage oder bei einem Automatisierungs- oder Fertigungssystem mit einem CAN-Bussystem zu. Dabei werden beim Hochfahren der Anlage bzw. beim Einschalten oder Hochfahren neuer oder ausgetauschter Komponenten die Busadressen der Busteilnehmer zufällig vergeben.

Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung Vorrichtungen anzugeben, welche die zuvorgenannten Probleme beheben.

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Busanschalteinheit zur datentechnischen Verbindung mit einem Bussystem, welches eine erste Anschlussmöglichkeit zum Anschluss der Busanschalteinheit an das Bussystem, ein Speicherelement zum Ein- und Auslesen von Speicherdaten und eine zweite Anschlussmöglichkeit zum Anschluss eines Busteilnehmers aufweist, wobei über die zweite Anschlussmöglichkeit eine Datenverbindung zwischen dem angeschlossenen Busteilnehmer und dem Bussystem und zugleich eine davon unabhängige Datenverbindung zwischen dem Busteilnehmer und dem Speicherelement möglich ist.

Durch eine aus dem Speicherelement auslesbare Kennung kann somit vorteilhaft der zweiten Anschlussmöglichkeit quasi eine „Steckplatzkodierung" zugewiesen werden. Wird diese Kennung vom angeschlossenen Busteilnehmer dem Leitrechner übertragen, so ist neben einer logischen Zuordnung des Busteilnehmers über die Busadresse zudem eine einbauortsbezogene Zuordnung des angeschlossenen Busteilnehmers möglich. Die Kennung kann z.B. eine kodierte Zahl aufweisen, aus welcher der Leitrechner z.B. die jeweilige Arbeits- oder Fertigungsstelle sowie den jeweiligen Einbauort innerhalb der Arbeits- oder Fertigungsstelle ermitteln kann. Die erfindungsgemäße Busanschalteinheit befindet sich dabei räumlich in der Nähe des Einbauorts und kann als solche zudem optisch gekennzeichnet sein.

In einer ersten Ausführungsform weist die zweite Anschlussmöglichkeit eine Reihe von Anschlusskontakten auf, von denen ein erster Teil mit dem Bussystem und ein zweiter Teil mit dem Speicherelement verbunden ist. Dadurch ist auch in physikalischer Hinsicht eine unabhängige Datenübertragung zwischen Busteilnehmer und dem Bussystem sowie zwischen Busteilnehmer und dem Speicherelement auf der Busanschalteinheit möglich. Die jeweiligen Teile der Anschlusskontaktreihe können auch über je ein separates Buskabel zum Busteilnehmer weitergeführt sein.

Die Busanschalteinheit kann auch einen Buskoppler aufweisen, welcher zwischen der ersten Anschlussmöglichkeit und der zweiten Anschlussmöglichkeit geschaltet ist. Dadurch ist eine Pegelanpassung zur Weiterverarbeitung durch die busteilnehmerseitigen Elektronik sowie ggf. eine Verstärkung der Bussignale möglich. Ist das Bussystem z.B. das linienförmige CAN-Bussystem, so ist üblicherweise im zugehörigen Buskabel eine Versorgungsgleichspannung zu diesem Zwecke mitgeführt.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Busverteiler zur datentechnischen Verbindung mit einem Bussystem, welcher eine erste Anschlussmöglichkeit zum Anschluss des Busverteilers an das Bussystem, eine Vielzahl von Speicherelementen zum Ein- und Auslesen von jeweiligen Speicherdaten, und eine Vielzahl von zweiten Anschlussmöglichkeit zum Anschluss einer dazu korrespondierenden Anzahl von Busteilnehmern aufweist, wobei über die jeweiligen zweiten Anschlussmöglichkeiten eine Datenverbindung zwischen dem jeweiligen Busteilnehmer und dem Bussystem und zugleich je ein davon unabhängige Datenverbindung zwischen dem jeweiligen Busteilnehmer und dem Speicherelement möglich ist.

Im Vergleich zur erfindungsgemäßen Busanschalteinheit bietet der Busverteiler den zusätzlichen Vorteil, dass eine Vielzahl von Busteilnehmern, wie z.B. 8, 16 oder 32 Busteilnehmer, angeschlossen werden können. Dennoch erhält jede zweite Anschlussmöglichkeit eine eigene Kennung, so dass eine eindeutige Zuordnung in einbauorttechnischer Hinsicht möglich ist.

Ein weiterer Vorteil ist, dass z.B. in einem Schaltschrank, welcher für eine Arbeits- oder Fertigungsstelle vorgesehen ist, ein Busverteiler angeordnet sein kann, welcher eine Vielzahl von Busteilnehmern an den jeweiligen unterschiedlichen Einbauorten innerhalb der Arbeits- oder Fertigungsstelle bedienen kann. Der erfindungsgemäße Busverteiler kann als solcher zudem optisch gekennzeichnet sein, so dass eine optische direkte Zuordnung zwischen der jeweiligen zweiten Anschlussmöglichkeit und dem physikalischen Einbauort möglich ist. Dies kann z.B. über eine Beschriftung mit fortlaufender Nummer, wie z.B. Anschluss X1, X2 und so weiter, erfolgen.

Wie im Falle der Busanschalteinheit können die jeweiligen zweiten Anschlussmöglichkeiten des Busverteilers eine Reihe von Anschlusskontakten aufweisen, von denen ein erster Teil mit dem Bussystem und ein jeweiliger zweiter Teil mit dem jeweiligen Speicherelement verbunden ist.

Der Busverteiler weist eine Busverteileinheit mit einer Vielzahl von Buskopplereinheiten vorzugsweise in Form eines integrierten elektronischen Bauteils auf. Die Busverteileinheit ist dabei zwischen der ersten Anschlussmöglichkeit und der jeweiligen zweiten Anschlussmöglichkeit geschaltet.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste und/oder zweite Anschlussmöglichkeit als lösbare Steckverbindungen in Form eines Steckers oder einer Buchse ausgeführt. Vorzugsweise ist dann die zweite Anschlussmöglichkeit eine Buchse, in welche ein Buskabel eines Busteilnehmers mit einem entsprechenden Stecker eingesteckt werden kann.

Das Speicherelement ist vorzugsweise ein elektronischer Speicher, wie z.B. ein nichtflüchtiges EEPROM- oder FRAM-Speicherelement. Das Speicherelement kann dabei für den ausschließlichen Lesebetrieb als auch für einen Schreib- und Lesebetrieb ausgebildet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Speicherelement eine serielle Datenschnittstelle, insbesondere auf Basis eines I²C-Standards auf. Dadurch ist in schaltungstechnischer Hinsicht eine äußerst einfache Datenverbindung über wenige externe Anschlüsse des Speicherelements möglich.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Bussystem ein Bussystem mit linienförmiger Bustopologie, insbesondere ein CAN-Bussystem mit den bereits in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteilen.

Bei einem linienförmigen Bussystem, insbesondere bei einem CAN-Bussystem, sind die Datenleitungen wie auch ggf. die Versorgungsspannungsleitungen über die jeweiligen Busanschaltungen hinweg durchgeschleift. Die beiden Enden des Bussystems sind dabei mittels eines Abschlusswiderstands abgeschlossen, um Signalreflexionen auf den Datenleitungen zu bedämpfen. Zugleich dient der Abschlusswiderstand als Bürdenwiderstand, an welchen eine Datensignalspannung der parallel einspeisenden Datensender der jeweiligen Busanschalteinheiten bzw. Busverteiler von entsprechenden Datenempfängern eingelesen werden kann.

Besteht die erste Anschlussmöglichkeit aus zwei Buchsen, zwei Steckern oder aus einem Stecker und einer Buchse und ist zwischen diesen das Bussystem, d.h. sind zwischen entsprechenden Anschlusskontakten die Datenleitungen und ggf. die Versorgungsspannungsleitungen durchgeschleift, so kann auf einfache Weise eine weitere Busanschalteinheit bzw. ein weiterer Busverteiler in das Bussystem eingefügt werden.

In einer Ausführungsform besteht die erste Anschlussmöglichkeit aus einer Buchse und einem entsprechenden Stecker, zwischen welchen das Bussystem durchgeschleift ist, und wobei die Buchse und der Stecker so auf der Busanschalteinheit bzw. auf dem Busverteiler angeordnet sind, dass mehrere Busanschalteinheiten bzw. mehrere Busverteiler nebeneinandergereiht zusammenschaltbar sind. Dadurch kann vorteilhaft eine auf den Bedarf der Busteilnehmerzahl maßgeschneiderte Baueinheit mit mehreren Busanschalteinheiten zusammengestellt werden.

In einer besonderen Ausführungsform sind im jeweiligen Speicherelement auf der Busanschalteinheit bzw. auf dem Busverteiler eine dem jeweiligen Busteilnehmer vom Bussystem vergebene Busadresse und/oder ein Anlagenstrukturmerkmal und/oder Konfigurationsdaten ablegbar.

Wie eingangs beschrieben, wird bei einem linienförmigen Bussystem, insbesondere bei einem CAN-Bussystem die Busadresse automatisch vergeben. Wird diese z.B. bei einem Hochlauf der Anlage neu vergeben, so kann diese Busadresse im Speicherelement durch den angeschlossenen Busteilnehmer gespeichert werden werden. Eine Komponente, Gerät, Maschine und dergleichen, welche bzw. welches dann an derselben zweiten Anschlussmöglichkeit zum Austausch angeschlossen wird, kann diese hinterlegte Busadresse auslesen und diese für die Datenkommunikation verwenden. Dadurch lassen sich vorteilhaft Stillstandzeiten der Anlage reduzieren. Ein Abschalten und ein erneutes Hochfahren der Anlage kann somit vermieden werden.

Das im Speicherelement hinterlegte Anlagenstrukturmerkmal kann als einzigartige Kennung Informationen über die jeweili ge Arbeitstelle, Fertigungsstelle, Maschinengruppe sowie Einbauortdaten innerhalb der jeweils zuvor genannten Vorrichtungen enthalten. Ein übergeordneter Leitrechner kann dann einen Busteilnehmer, welcher sich mit seiner Busadresse und einem solchen Anlagenstrukturmerkmal meldet, korrekt in die gesamte Anlagenstruktur einordnen und prozesstechnisch einbinden.

Im Speicherelement können aber auch Konfigurationsdaten hinterlegt sein, welche z.B. Betriebsparameter, eine Betriebsmoduskennung oder Kalibrierdaten aufweisen. Auf Basis der ausgelesenen Betriebsmoduskennung kann z.B. ein an das Bussystem angeschlossenes Gerät, ein Antrieb oder eine Maschine einen entsprechenden Betriebsmodus einstellen. Entsprechend dem in der Beschreibungseinleitung genannten Beispiel eines Spulmaschinensystems kann ein Wickler-Antrieb dann als Wickler, Galette oder Hilfsgalette konfiguriert werden.

Im Speicherelement können zudem Kalibierdaten hinterlegt sein, welche in Bezug zum Einbauort stehen. Dieses können Mess- oder Einstelldaten, Angaben zu mechanischen Verstellwegen oder ähnliches sein. Dadurch muss nach Austausch keine manuelle Eingabe, wie z.B. über ein Bedien- und Beobachtungsgerät oder eine Neukalibrierung für die betreffende Komponente manuell vorgenommen werden.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Maschine mit einem Steuergerät, welches eine Datenschnittstelle zur Verbindung mit einer zweiten Anschlussmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Busanschalteinheit oder eines erfindungsgemäßen Busverteilers aufweist, so dass eine erste Datenverbindung zum Bussystem und eine zweite Datenverbindung zum zugehörigen Speicherelement auf der Busanschalteinheit bzw. auf dem Busverteiler möglich ist. Dadurch ist ein vorteilhaft besonders einfacher Austausch der Maschine möglich. Stillstandzeiten der Anlage oder eines Automatisierungs- oder Fertigungssystems lassen sich erheblich reduzieren. Der Begriff der Maschine ist dabei weit auszulegen. So kann eine Maschine ein Automatisierungsgerät, ein Aktor, ein Umrichter oder dergleichen sein.

Die Maschine kann auch ein Steuergerät zur Steuerung von verschiedenen Betriebsarten der Maschine aufweisen, wobei mittels der aus dem zugehörigen Speicherelement ausgelesenen Konfigurationsdaten, insbesondere der Betriebsmoduskennung, eine dazu korrespondierende Betriebsart der Maschine eingestellt werden kann.

In einer Ausführungsform ist das über die zweite Datenübertragung aus dem zugehörigen Speicherelement ausgelesene Anlagenstrukturmerkmal mittels der zweiten Datenverbindung an das Bussystem übertragbar ist. Auf diese Weise ist im Sinne einer Steckplatzkodierung durch den Leitrechner eine direkte Zuordnung der Maschine in der Anlagenstruktur möglich.

Im Besonderen ist die Maschine eine Antriebseinheit, wie z.B. der beispielhaft aufgezeigte Wickler-Antrieb.

Schließlich wird die Aufgabe gelöst mit einer Anlage mit einem Leitrechner, einer Vielzahl von Maschinen als Busteilnehmer und einem Bussystem zur datentechnischen Verbindung untereinander. Ein solche erfindungsgemäße Anlage oder ein solches Automatisierungs- oder Fertigungssystem zeichnet sich durch eine hohe Wartungsfreundlichkeit auf, da bei Ausfall und anschließendem Tausch einer an das Bussystem angeschlossenen Komponente die Anlage ohne größere Stillstandszeiten weiter betrieben werden kann.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
1 eine beispielhafte Anlage mit einem Leitrechner, einer Vielzahl von Maschinen als Busteilnehmer und mit einem Bussystem gemäß der Erfindung,
2 einen beispielhaften Aufbau eines Bussystems mit linienförmiger Bustopologie am Beispiel eines CAN-Bussystems,
3 einen beispielhaften Aufbau einer erfindungsgemäßen Busanschalteinheit,
4 eine beispielhafte Speicherbelegung eines Speicherelements mit einer Busadresse, einem Anlagenstrukturmerkmal sowie Konfigurationsdaten gemäß der Erfindung,
5 einen beispielhaften Aufbau eines erfindungsgemäßen Busverteilers, und
6 einen beispielhaften Aufbau einer Maschine mit einem Steuergerät mit einer Datenschnittstelle gemäß der Erfindung.
1 zeigt eine beispielhafte Anlage AL mit einem Leitrechner LR, einer Vielzahl von Maschinen A1-A5 als Busteilnehmer und mit einem Bussystem CAN gemäß der Erfindung. Im Beispiel der 1 ist der Leitrechner LR ein Zentralrechner einer SPS-Steuerung (speicherprogrammierbare Steuerung). Der Leitrechner LR ist dabei an ein übergeordnetes Bussystem PB mit einer sternförmigen Bustopologie angeschlossen. Im vorliegenden Beispiel ist dies ein RS485-Bus auf Basis eines in der Anlagen- und Automatisierungstechnik weitverbreiteten Profibus-Standards. Über eine Koppelstelle K5 – besser bekannt unter dem Begriff Gateway – ist beispielhaft das übergeordnete Bussystem PB mit einem CAN-Bussystem CAN verbunden, so dass Daten in beiden Richtungen zwischen den Bussystemen PB, CAN ausgetauscht werden können. Die vorliegende 1 zeigt beispielhaft vier Busverteiler V1-V4 gemäß der Erfindung, welche im CAN-Bussystem CAN hintereinandergeschaltet angeordnet sind. Am Busverteiler V1 ist beispielhaft nur eine Maschine A5 als Busteilnehmer angeschlossen; am Busverteiler V3 sind es vier Maschinen A1-A4. Mit dem Bezugszeichen G1 bis G3 sind Arbeits- oder Fertigungsstellen innerhalb der Anlage AL bezeichnet, welchen ein oder auch zwei Busverteiler V1-V4 zugeordnet sind.
2 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Bussystems CAN mit linienförmiger Bustopologie am Beispiel eines CAN-Bussystems. Im Beispiel der 2 sind die beiden Datenleitungen CH, CL des beispielhaften CAN-Bussystems CAN zu sehen, an welchen Buskoppler BK, wie z.B. ein Transceiver, zur Signal- und Pegelaufbereitung angeschlossen sind. An den beiden Enden ist das Bussystem CAN mittels zweier Abschlusswiderstände R abgeschlossen, um insbesondere bei langen Datenleitungen CH, CL Signalreflexionen zu vermeiden. An die beiden Datenleitungen CH, CL können die Buskoppler BK Sendepegel in Form von Differenzsignalen anlegen und zugleich anliegenden Pegel für einen Datenempfang auslesen. Die Buskoppler BK erhalten dazu die zu sendenden Daten über den Dateneingang TxD. Die empfangenen Daten werden am Datenausgang RxD zur Weiterverarbeitung ausgegeben.
3 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer erfindungsgemäßen Busanschalteinheit SP. Im oberen Teil der 3 ist eine erste Anschlussmöglichkeit ST, BU zu sehen, bestehend aus einer Buchse und einem Stecker zum Anschluss an ein CAN-Bussystem CAN bzw. zum Einfügen in ein bereits bestehendes CAN-Bussystem CAN. Die Datenleitungen CH, CL sowie die Versorgungsgleichspannungsleitungen V+, GND sind zwischen dem Stecker und der Buchse der ersten Anschlussmöglichkeit BU, ST durchgeschleift ausgeführt. Dadurch kann die erfindungsgemäße Busanschalteinheit SP gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit weiteren Busanschalteinheiten SP nebeneinandergereiht zusammengeschaltet werden.
Mittels eines Buskopplers BK erfolgt gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Signalaufbereitung und ei ne Pegelanpassung für das mit CAN' bezeichnete und in dieser Hinsicht modifizierte CAN-Bussystem. Die entsprechenden Datenleitungen sind mit TxD und mit RxD bezeichnet. Mit GND ist das gemeinsame Bezugspotential bezeichnet. Diese drei Leitungen TxD, RxD, GND sind mit einem ersten Teil 1-3 von Anschlusskontakten 1-6 einer zweiten Anschlussmöglichkeit AS verbunden. Über diese Kontakte 1-3 ist nun ein Datenaustausch mit einem dort anschließbaren Busteilnehmer A1-A5 gemäß der Erfindung möglich.
Erfindungsgemäß ist zugleich eine davon unabhängige Datenverbindung MEMB zwischen dem Busteilnehmer A1-A5 und einem Speicherelement M auf der Busanschalteinheit SP möglich. Hierzu sind beispielhaft drei Datenleitungen CLK, DI, DO sowie die Masse als gemeinsames Bezugspotential GND entsprechend dem I²C-Standard vorgesehen. Mit DI ist dabei eine Dateneingabeleitung, mit DO eine Datenausgabeleitung und mit CLK eine Clock-Datenleitung bezeichnet. Die zuvor bezeichneten Leitungen GND, CLK, DI, DO bilden sozusagen einen Speicherbus MEMB. Diese Leitungen sind nun zu einem zweiten Teil 4-6 der Anschlusskontakte der zweiten Anschlussmöglichkeit AS geführt. Im vorliegenden Beispiel wird die Masse GND als gemeinsames Bezugspotential verwendet. Es wird angemerkt, dass auch voneinander galvanisch getrennte Datenverbindungen CAN', MEMB verwendet werden können.
4 zeigt eine beispielhafte Speicherbelegung eines Speicherelements M mit einer Busadresse ADR, einem Anlagenstrukturmerkmal POS sowie Konfigurationsdaten CONF gemäß der Erfindung. In spitzen Klammern sind hierzu mögliche Einträge in das Speicherelement M dargestellt.
5 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines erfindungsgemäßen Busverteilers V1-V4. Im Vergleich zur Busanschalteinheit SP ist nun anstelle eines einzelnen Buskopplers BK nun eine Busverteileinheit BV zu sehen, welche für eine Datenkommunikation zwischen dem CAN-Bussystem CAN und beispielhaft 8 zweiten Anschlussmöglichkeiten AS1-AS8 ausgebildet ist. Mit M1-M8 sind die jeweils einem Steckplatz bzw. einer zweiten Anschlussmöglichkeit AS1-AS8 zugeordneten Speicherelemente bezeichnet.
6 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Maschine A1 mit einem Steuergerät SG mit einer Datenschnittstelle BS gemäß der Erfindung. Die vorliegende 6 zeigt eine Antriebseinheit A1 mit einem Motor MOT. Das Steuergerät SG ist beispielhaft über einen ersten und zweiten internen Datenbus IB1, IB2 mit der Datenschnittstelle BS verbunden. Die Datenschnittstelle BS weist zwei Schnittstellenmodule SPI, CI auf, über welche die voneinander unabhängigen Datenverbindungen zu einer zweiten Anschlussmöglichkeit AS, AS1-AS8 einer Busanschalteinheit SP oder eines Busverteilers V1-V4 erfolgen können. Mit SPI ist ein Serial-Port-Interface bezeichnet. In diesem Fall können z.B. drei freie Ein-/Ausgabeports eines Mikrocontrollers oder einer CPU des Steuergeräts SG für eine Datenverbindung MEMB zum Speicherelement M, M1-M8 auf schaltungstechnisch denkbar einfache Weise realisiert werden. Mit CI ist ein CAN-Bussystem-Interface bezeichnet. Über dieses erfolgt mittels geeigneter Hardware die Datenübertragung zum CAN-Bussystem CAN.

Claims

Busanschalteinheit zur datentechnischen Verbindung mit einem Bussystem (CAN), welche aufweist a) eine erste Anschlussmöglichkeit (BU, ST) zum Anschluss der Busanschalteinheit an das Bussystem (CAN), b) ein Speicherelement (M) zum Ein- und Auslesen von Speicherdaten (ADR, POS, CONF) und c) eine zweite Anschlussmöglichkeit (AS) zum Anschluss eines Busteilnehmers (A1-A5), wobei über die zweite Anschlussmöglichkeit (AS) eine Datenverbindung zwischen Busteilnehmer (A1-A5) und Bussystem (CAN), und zugleich eine davon unabhängige Datenverbindung zwischen dem Busteilnehmer (A1-A5) und dem Speicherelement (M) möglich ist.
Busanschalteinheit nach Anspruch 1, wobei die zweite Anschlussmöglichkeit (AS) eine Reihe von Anschlusskontakten (1-6) aufweist, von denen ein erster Teil (1-3) mit dem Bussystem (CAN) und ein zweiter Teil (3-6) mit dem Speicherelement (M) verbunden ist.
Busanschalteinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Busanschalteinheit einen Buskoppler (BK) aufweist, welcher zwischen der ersten Anschlussmöglichkeit (BU, ST) und der zweiten Anschlussmöglichkeit (AS) geschaltet ist.
Busverteiler zur datentechnischen Verbindung mit einem Bussystem (CAN), welcher aufweist a) eine erste Anschlussmöglichkeit (BU, ST) zum Anschluss des Busverteilers an das Bussystem (CAN), b) eine Vielzahl von Speicherelementen (M1-M8) zum Ein- und Auslesen von jeweiligen Speicherdaten (ADR, POS, CONF) und c) eine Vielzahl von zweiten Anschlussmöglichkeiten (AS1-AS8) zum Anschluss einer dazu korrespondierenden Anzahl von Busteilnehmern (A1-A5), wobei über die jeweiligen zweiten Anschlussmöglichkeiten (AS1-AS8) eine Datenverbindung zwi schen dem jeweiligen Busteilnehmer (A1-A5) und dem Bussystem (CAN) und zugleich je eine davon unabhängige Datenverbindung zwischen dem jeweiligen Busteilnehmer (A1-A5) und dem Speicherelement (M1-M8) möglich ist.
Busverteiler nach Anspruch 4, wobei die jeweilige zweite Anschlussmöglichkeit (AS1-AS8) eine Reihe von Anschlusskontakten (1-6) aufweist, von denen ein erster Teil (1-3) mit dem Bussystem (CAN) und ein jeweiliger zweiter Teil (3-6) mit dem jeweiligen Speicherelement (M1-M8) verbunden ist.
Busverteiler nach Anspruch 4 oder 5, wobei der jeweilige Busverteiler eine Busverteileinheit (BV) mit einer Vielzahl von Buskopplereinheiten aufweist und zwischen der ersten Anschlussmöglichkeit (BU, ST) und der jeweiligen zweiten Anschlussmöglichkeit (AS1-AS8) geschaltet ist.
Busanschalteinheit bzw. Busverteiler nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die erste und/oder zweite Anschlussmöglichkeit (BU, ST, AS, AS1-AS8) ein Stecker oder eine Buchse ist.
Busanschalteinheit bzw. Busverteiler nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Speicherelement (M, M1-M8) ein nichtflüchtiger EEPROM- oder FRAM-Speicherelement ist.
Busanschalteinheit bzw. Busverteiler nach Anspruch 8, wobei das Speicherelement (M, M1-M8) eine serielle Datenschnittstelle, insbesondere auf Basis eines I²C-Standards aufweist.
Busanschalteinheit bzw. Busverteiler nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Bussystem (CAN) ein Bussystem mit linienförmiger Topologie, insbesondere ein CAN-Bussystem ist.
Busanschalteinheit bzw. Busverteiler nach Anspruch 10, wobei die erste Anschlussmöglichkeit (BU, ST) aus zwei Buchsen, zwei Steckern oder aus einer Buchse und einem Stecker besteht, zwischen welchen das Bussystem (CAN) durchgeschleift ist.
Busanschalteinheit bzw. Busverteiler nach Anspruch 11, wobei die erste Anschlussmöglichkeit (BU, ST) aus einer Buchse und einem entsprechenden Stecker besteht, zwischen welchen das Bussystem (CAN) durchgeschleift ist, und wobei die Buchse und der Stecker so auf der Busanschalteinheit bzw. auf dem Busverteiler angeordnet sind, dass mehrere Busanschalteinheiten (SP) bzw. mehrere Busverteiler (V1-V4) nebeneinandergereiht zusammenschaltbar sind.
Busanschalteinheit bzw. Busverteiler nach einem der vorigen Ansprüche, wobei im jeweiligen Speicherelement (M, M1-M8) auf der Busanschalteinheit (SP) bzw. auf dem Busverteiler (V1-V4) eine dem jeweiligen Busteilnehmer (A1-A8) vom Bussystem (CAN) vergebene Busadresse (ADR) und/oder ein Anlagenstrukturmerkmal (POS) und/oder Konfigurationsdaten (CONF) ablegbar sind.
Maschine mit einem Steuergerät (SG), welches eine Datenschnittstelle (BS) zur Verbindung mit einer zweiten Anschlussmöglichkeit (AS, AS1-AS8) einer Busanschalteinheit (SP) oder eines Busverteilers (V1-V4) nach einem der vorigen Ansprüche aufweist, so dass eine erste Datenverbindung zum Bussystem (CAN) und eine zweite Datenverbindung zum zugehörigen Speicherelement (M, M1-M8) auf der Busanschalteinheit (SP) bzw. auf dem Busverteiler (V1-V4) möglich ist.
Maschine nach Anspruch 14, welche ein Steuergerät (SG) zur Steuerung von verschiedenen Betriebsarten der Maschine aufweist, wobei mittels der aus dem zugehörigen Speicherelement (M, M1-M8) ausgelesenen Konfigurationsdaten (CONF) der Speicherdaten (ADR, POS, CONF) eine dazu korrespondierende Betriebsart der Maschine einstellbar ist.
Maschine nach Anspruch 14 oder 15, wobei das über die zweite Datenübertragung aus dem zugehörigen Speicherelement (M, M1-M8) ausgelesene Anlagenstrukturmerkmal (POS) mittels der zweiten Datenverbindung an das Bussystem (CAN) übertragbar ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Maschine eine Antriebseinheit ist.
Anlage mit einem Leitrechner (LR), einer Vielzahl von Maschinen (A1-A8) nach einem der Ansprüche 14 bis 17 als Busteilnehmer und einem Bussystem (CAN) zur datentechnischen Verbindung untereinander.