DE102006005805A1

DE102006005805A1 - Verfahren zur automatischen Konfigurierung eines Feldgeräte enthaltenden Netzwerks

Info

Publication number: DE102006005805A1
Application number: DE102006005805A
Authority: DE
Inventors: Stefan Gross
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2007-08-09
Also published as: WO2007101765A1

Abstract

Zur Konfiguration eines Netzwerks mit darin enthaltenen Feldgeräten weisen diese zunächst identische Default-Adressen auf, unter denen sie von einer an dem Netzwerk angeschlossenen zentralen Einheit ansprechbar sind. Die unter der Default-Adresse angesprochenen Feldgeräte übermitteln als Antwort in ihnen gespeicherte Gerätedaten an die zentrale Einheit und bekommen von dieser jeweils eine individuelle, die Default-Adresse ersetzende Netzwerkadresse zugeteilt. Um eine automatische, selbsttätige Konfiguration des Netzwerks zu ermöglichen, werden alle Feldgeräte (1 bis 5) gleichzeitig unter der Default-Adresse angesprochen, wobei aufgrund von vorgegebenen Verhaltensregeln die einzelnen Feldgeräte (1 bis 5) nacheinander antworten und nacheinander automatisch die Netzwerkadressen zugeteilt bekommen. Die Verhaltensregeln bestehen darin, dass entsprechend einem bekannten Netzwerk-Zugriffsverfahren, vorzugsweise CSMA/CD oder CSMA/CA, zur gleichen Zeit immer nur eines der angesprochenen Feldgeräte (1 bis 5) seine Antwort übermittelt oder dass alternativ die unter der Default-Adresse angesprochenen Feldgeräte (1 bis 5) zunächst auf eine ihnen individuell zugeordnete Zusatzinformation, z.B. eine Geräte-Seriennummer, waren und dass immer nur dasjenige Feldgerät (1 bis 5), welches die ausgegebene Zusatzinformation erkennt, antwortet und die zugeteilte Netzwerkadresse erhält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5.

In einem Prozessautomatisierungssystem führen Feldgeräte vorgegebene Funktionen im Rahmen der Prozessautomatisierung aus und tauschen dabei prozess-, funktions- und/oder geräterelevante Daten mit dem Prozessautomatisierungssystem aus. Zu den Feldgeräten gehören z. B. Messumformer für Druck, Temperatur, Durchfluss, Füllstand usw., Analysengeräte für Gas- oder Flüssigkeitsanalyse, Wägesysteme, Stellantriebe, Stellungsregler für Ventile und sonstige dezentrale Regler. Zum Austausch der Daten innerhalb des Prozessautomatisierungssystems sind die Feldgeräte im dezentralen Peripheriebereich ggf. zusammen mit dezentraler Steuerung und Regelung und Bedienung und Beobachtung über Feldbusse oder andere Kommunikationswege miteinander verbunden, wobei unterschiedliche Feldbusse über Buskoppler miteinander verbunden sind. Die Feldbusse können wiederum über Steuereinrichtungen, wie z. B. speicherprogrammierbare Automatisierungsgeräte, an einem zentralen Anlagenbus angebunden sein, an dem auch eine zentrale Steuerung und Regelung und Bedienung und Beobachtung angeschlossen ist.

Damit die Feldgeräte mit anderen Komponenten des Automatisierungssystems und ggf. auch untereinander kommunizieren können, müssen ihnen eindeutige Netzwerkadressen, z. B. Busadressen, zugeordnet sein, unter denen sie ansprechbar sind. Neben der manuellen Zuordnung von Adressen ist bereits eine automatische Adresszuweisung von zentraler Stelle aus möglich. Hierfür ist eine spezielle Default-Adresse reserviert, die bei den Feldgeräten im Auslieferungszustand voreingestellt und für alle Feldgeräte identisch ist. Wird ein neues Feldgerät an das Netzwerk des Automatisierungssystems ange schlossen, so wird es im Rahmen der automatischen Adresszuweisung zunächst unter dieser Adresse angesprochen. Das Feldgerät übermittelt als Antwort in ihm abgespeicherte Gerätedaten an die zentrale Stelle und bekommt daraufhin von dieser eine individuelle Netzwerkadresse zugeteilt, die die Default-Adresse ersetzt. Danach können in weiteren Schritten nach und nach weitere neue Feldgeräte auf dieselbe Art und Weise dem Automatisierungssystem hinzugefügt werden. Hierfür wird nach wie vor Bedienpersonal, z. B. ein Inbetriebsetzer, benötigt, was mit Zeit-, Kosten- und Arbeitsaufwand verbunden ist und zu Fehlern führen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine automatische, selbsttätige Konfigurierung eines Netzwerks mit darin enthaltenen Feldgeräten zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 5 angegebenen Verfahren gelöst, von denen vorteilhafte Weiterbildungen in den Unteransprüchen angegeben sind.

Das einheitliche Erfindungskonzept besteht darin, dass alle Feldgeräte gleichzeitig unter der einheitlichen Default-Adresse angesprochen werden und dass aufgrund von vorgegebenen Verhaltensregeln die einzelnen Feldgeräte nacheinander antworten und nacheinander automatisch die Netzwerkadressen zugeteilt bekommen. Die Verhaltensregeln bestehen darin, dass entsprechend einem bekannten Netzwerk-Zugriffsverfahren, vorzugsweise CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) oder CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance), zur gleichen Zeit immer nur eines der angesprochenen Feldgeräte seine Antwort übermittelt oder dass alternativ die unter der Default-Adresse angesprochenen Feldgeräte zunächst auf eine ihnen individuell zugeordnete Zusatzinformation, beispielsweise eine Geräte-Seriennummer (European Article Number – EAN), warten und dass immer nur dasjenige Feldgerät, welches die ausgegebene Zusatzinforma tion erkennt, antwortet und die zugeteilte Netzwerkadresse erhält bzw. akzeptiert.

Im letzteren Fall kann die Netzwerkadresse zusammen mit der Zusatzinformation ausgegeben werden und das die Zusatzinformation erkennende Feldgerät anschließend antworten oder das die Zusatzinformation erkennende Feldgerät antwortet zuerst und bekommt erst dann die Netzwerkadresse zugeteilt.

Hat ein Feldgerät seine Netzwerkadresse zugeteilt bekommen, so wird dasselbe Verfahren automatisch nach und nach für die verbleibenden Feldgeräte weitergeführt, bis alle Feldgeräte ihre Netzwerkadressen zugeteilt bekommen haben, wobei die zentrale Einheit die Default-Adresse so oft ausgibt, bis sie keine Antwort mehr erhält.

Bei der zweiten Verfahrensvariante sind die Wartezeiten, in denen die unter der Default-Adresse angesprochenen Feldgeräte auf die ihnen individuell zugeordnete Zusatzinformation warten, bevor sie antworten, vorzugsweise begrenzt, wobei die Feldgeräte nach Ablauf der Wartezeit in einen Zustand übergehen, in dem sie auf das Ansprechen unter der Default-Adresse sofort antworten. In dem Fall war die automatische Adresszuordnung erfolglos und kann dann in der bisher üblichen Art und Weise manuell erfolgen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen jeweils beispielhaft
1 ein Blockschaltbild eines Automatisierungssystems mit Feldgeräten und einer zentralen Einheit zur Adresszuweisung an die Feldgeräte,
2 ein Ablaufdiagramm entsprechend einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit in der zentralen Einheit ausgeführten Verfahrensschritten,
3 ein Ablaufdiagramm entsprechend der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit in den Feldgeräten ausgeführten Verfahrensschritten,
4 ein Ablaufdiagramm entsprechend einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit in der zentralen Einheit ausgeführten Verfahrensschritten und
5 ein Ablaufdiagramm entsprechend der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit in den Feldgeräten ausgeführten Verfahrensschritten.
1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung ein Beispiel für ein Prozessautomatisierungssystem mit Feldgeräten 1 bis 5, die in einem zu steuernden und/oder zu regelnden Prozess vorgegebene Mess-, Steuer- und Regelungsfunktionen wahrnehmen und dabei über ein Netzwerk 6 prozess-, funktions- und/oder geräterelevante Daten mit dem Prozessautomatisierungssystem austauschen. Dazu sind die Feldgeräte 1 bis 5 über einen Feldbus 7, z. B. nach dem PROFIBUS-Standard, als einem Bestandteil des Netzwerkes 6 an Automatisierungsgeräten 8 und 9, z. B. speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), angeschlossen, welche wiederum über einen zentralen Anlagenbus 10 mit einer übergeordneten Steuerung und Regelung 11 und Bedienung und Beobachtung 12 verbunden sind. Ein solches Automatisierungssystem kann grundsätzlich eine unterschiedliche Anzahl von Automatisierungsebenen aufweisen, in denen die einzelnen Komponenten des Automatisierungssystems angeordnet sind und über ein aus unterschiedlichen Kommunikationswegen bestehendes Netzwerk miteinander kommunizieren.
Bei den Feldgeräten 1 bis 5 ist im Auslieferungszustand eine einheitliche Default-Adresse, z. B. "126", voreingestellt, unter der sie ansprechbar sind. Diese Default-Adresse ist in dem Automatisierungssystem für neue Feldgeräte reserviert, die noch nicht in das Automatisierungssystem eingebunden sind. Zum Einbinden der Feldgeräte in das Automatisierungssystem werden diese von einer zentralen Einheit unter der Default-Adresse angesprochen und erhalten dann eine individuelle Netzwerkadresse zugewiesen, unter der sie künftig ansprechbar sind. Bei der zentralen Einheit kann es sich um eine beliebige Komponente innerhalb des Automatisierungssystems handeln, die zum Zwecke der Adressverwaltung und Adresszuweisung ertüchtigt ist. Hierfür kommen insbesondere Komponenten wie die Bedienung und Beobachtung 12 aber auch von außen an das Netzwerk 6 des Automatisierungssystems anschließbare oder drahtlos mit diesem kommunizierende Einheiten 13, z. B. Programmiergeräte, Process Device Manager (PDM), in Betracht.
Die 2 und 3 verdeutlichen ein erstes Beispiel für die automatische Adresszuweisung anhand von vereinfachten Ablaufdiagrammen mit in der zentralen Einheit (2) und den Feldgeräten (3) durchgeführten Verfahrensschritten.
Die zentrale Einheit gibt die Default-Adresse aus, von der alle noch nicht in das Automatisierungssystem eingebundenen Feldgeräte angesprochen werden. Die angesprochenen Feldgeräte prüfen, ob das Netzwerk frei ist, um eine Antwort abzusenden. Dabei kommt ein bekanntes Netzwerk-Zugriffsverfahren, z. B. CSMA/CD oder CSMA/CA, zur Anwendung, das sicherstellt, dass zur gleichen Zeit immer nur eines der angesprochenen Feldgeräte zur Übermittlung seiner Antwort auf das Netzwerk zugreifen kann. Findet eines der Feldgeräte das Netzwerk frei, so übermittelt es seine Antwort und seine Gerätedaten an die zentrale Einheit, die daraufhin die Netzwerkadresse ausgibt. Das geantwortet habende Feldgerät ersetzt seine Default-Adresse durch die erhaltene Netzwerkadresse und ist damit in das Automatisierungssystem eingebunden.
Die zentrale Einheit gibt nun erneut die Default-Adresse aus, woraufhin ein weiteres der noch nicht in das Automatisierungssystem eingebundenen Feldgeräte in der oben beschriebenen Art und Weise antwortet und eine Netzwerkadresse zugeteilt bekommt. Nachdem auch das letzte der Feldgeräte mit Default-Adresse geantwortet und eine Netzwerkadresse zuge teilt bekommen hat, erhält die zentrale Einheit keine Antwort mehr und bricht daraufhin die Adresszuweisungsroutine ab.
Die 4 und 5 verdeutlichen ein zweites Beispiel für die automatische Adresszuweisung anhand von vereinfachten Ablaufdiagrammen mit in der zentralen Einheit (4) und den Feldgeräten (5) durchgeführten Verfahrensschritten.
Die zentrale Einheit gibt die Default-Adresse aus, von der alle noch nicht in das Automatisierungssystem eingebundenen Feldgeräte angesprochen werden. Die angesprochenen Feldgeräte gehen in einen Wartezustand über, in dem sie auf sie identifizierende Zusatzinformationen, beispielsweise ihre Geräte-Seriennummern, warten. Diese Zusatzinformationen sind in einer Zusatzinformationstabelle hinterlegt, auf die die zentrale Einheit Zugriff hat. Die zentrale Einheit übermittelt nun die erste der in der Tabelle hinterlegten Zusatzinformationen, woraufhin dasjenige Feldgerät, dem diese Zusatzinformation zugeordnet ist, seine Antwort und seine Gerätedaten an die zentrale Einheit übermittelt, welche daraufhin die Netzwerkadresse ausgibt. Das geantwortet habende Feldgerät ersetzt seine Default-Adresse durch die erhaltene Netzwerkadresse und ist damit in das Automatisierungssystem eingebunden.
Die zentrale Einheit gibt nun erneut die Default-Adresse und anschließend die nächste der in der Tabelle hinterlegten Zusatzinformationen aus, woraufhin das durch diese nächste Zusatzinformation identifizierte Feldgerät in der oben beschriebenen Art und Weise antwortet und eine Netzwerkadresse zugeteilt bekommt. Nach vollständiger Abarbeitung der Zusatzinformationstabelle oder nachdem auch das letzte der Feldgeräte eine Netzwerkadresse zugeteilt bekommen hat und die zentrale Einheit keine Antwort mehr erhält, wird die Adresszuweisungsroutine abgebrochen.
Die Wartezustände, während derer die Feldgeräte auf die Zusatzinformationen warten, sind zeitlich begrenzt, wobei die Feldgeräte nach Ablauf der zeitlichen Begrenzung in einen Zustand übergehen, in dem sie auf das Ansprechen unter der Default-Adresse sofort antworten. In diesem Fall war die automatische Adresszuordnung erfolglos und kann dann in der bisher üblichen Art und Weise manuell erfolgen.
Die Zusatzinformationstabelle kann der zentralen Einheit 13 in dem Automatisierungssystem z. B. mittels eines Process Device Managers (PDM – ein universelles, herstellerübergreifendes Werkzeug zur Projektierung, Parametrierung, Inbetriebnahme, Diagnose und Wartung von intelligenten Prozessgeräten) oder eines geeigneten Lesegeräts, das die Zusatzinformationen von den Feldgeräten oder von Feldgerätedokumenten liest, zugänglich gemacht werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die zentrale Einheit in der Lage ist, die Zusatzinformationstabelle ad hoc selbst zu erzeugen. Dies könnte dadurch geschehen, dass von der zentralen Einheit 13 zunächst ein Scan-Vorgang gestartet wird, in dem die angeschlossenen Feldgeräte mit Default-Adressen ihre individuellen Zusatzinformationen (Seriennummer) absenden, indem sie unter Verwendung der bekannten Zugriffsverfahren (CSMA/CD, CSMA/CA) oder aber durch eine aus der individuellen Zusatzinformation generierte Wartezeit für wiederholten Netzwerkzugriff nach Kollision auf den Feldbus 7 zugreifen und sich so bei der zentralen Einheit 13 bekannt machen. Die individuellen Zusatzinformationen werden von der zentralen Einheit 13 empfangen und in einer Ad-hoc-Liste zur weiteren Verwendung für die oben beschriebene Adresszuweisung gespeichert. Der Scan-Vorgang kann sowohl automatisch beim Hochlauf des Automatisierungssystems als auch manuell gestartet werden.

Claims

Verfahren zur automatischen Konfiguration eines Netzwerks (6), an dem mindestens zwei Feldgeräte (1 bis 5) anschließbar sind, wobei die Feldgeräte (1 bis 5) zunächst identische Default-Adressen enthalten, unter denen sie von einer an dem Netzwerk (6) angeschlossenen zentralen Einheit (13) ansprechbar sind, und die unter der Default-Adresse angesprochenen Feldgeräte (1 bis 5) als Antwort in ihnen abgespeicherte Gerätedaten an die zentrale Einheit (13) übermitteln und von dieser jeweils eine individuelle, die Default-Adresse ersetzende Netzwerkadresse zugeteilt bekommen, dadurch gekennzeichnet, dass die die Default-Adressen enthaltenden Feldgeräte (1 bis 5) gleichzeitig von der zentralen Einheit (13) angesprochen werden, dass nach Regeln eines Netzwerk-Zugriffsverfahrens zur gleichen Zeit immer nur eines der angesprochenen Feldgeräte (1 bis 5) seine Antwort übermittelt und dass nur das geantwortet habende Feldgerät (1 bis 5) die von der zentralen Einheit (13) zugeteilte Netzwerkadresse akzeptiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Einheit (13) nach Erhalt der Antwort und nach Vergabe der Netzwerkadresse erneut die Feldgeräte (1 bis 5) unter der Default-Adresse anspricht und diesen Vorgang so oft wiederholt, bis sie keine Antwort mehr erhält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Netzwerk-Zugriffsverfahren das CSMA/CD-Verfahren verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Netzwerk-Zugriffsverfahren das CSMA/CA-Verfahren verwendet wird.
Verfahren zur automatischen Konfiguration eines Netzwerks (6), an dem mindestens zwei Feldgeräte (1 bis 5) anschließbar sind, wobei die Feldgeräte (1 bis 5) zunächst identische Default-Adressen enthalten, unter denen sie von einer an dem Netzwerk (6) angeschlossenen zentralen Einheit (13) ansprechbar sind, und die unter der Default-Adresse angesprochenen Feldgeräte (1 bis 5) als Antwort in ihnen abgespeicherte Gerätedaten an die zentrale Einheit (13) übermitteln und von dieser jeweils eine individuelle, die Default-Adresse ersetzende Netzwerkadresse zugeteilt bekommen, dadurch gekennzeichnet, dass die die Default-Adressen enthaltenden Feldgeräte (1 bis 5) gleichzeitig von der zentralen Einheit (13) angesprochen werden, dass die angesprochenen Feldgeräte (1 bis 5) zunächst einen Wartezustand einnehmen, in dem sie auf eine ihnen individuell zugeordnete Zusatzinformation warten, dass die zentrale Einheit (13) im Anschluss an die Default-Adresse an alle Feldgeräte (1 bis 5) eine solche Zusatzinformation ausgibt, welche eines der Feldgeräte (1 bis 5) bezeichnet und zusammen mit die anderen Feldgeräte (1 bis 5) bezeichnenden Zusatzinformationen für die zentrale Einheit (13) zugänglich abgespeichert ist, und dass dasjenige Feldgerät (1 bis 5), welches die ausgegebene Zusatzinformation erkennt, antwortet und die ihm zugeteilte Netzwerkadresse akzeptiert.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerkadresse zusammen mit der Zusatzinformation ausgegeben wird und dass das die Zusatzinformation erkennende Feldgerät (1 bis 5) anschließend antwortet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Zusatzinformation erkennende Feldgerät (1 bis 5) zunächst antwortet und daraufhin die Netzwerkadresse zugeteilt bekommt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Netzwerkadresse erhalten habende Feldgerät (1 bis 5) den Wartezustand verlässt, dass die übrigen Feldgeräte (1 bis 5) so lange in ihren Wartezuständen verbleiben, bis sie die ihnen zugeordneten Zusatzinformationen bzw. die Netzwerkadressen erhalten haben, und dass die zentrale Einheit (13) die Default-Adresse so oft ausgibt, bis sie keine Antwort mehr erhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartezustände zeitlich begrenzt sind und die Feldgeräte (1 bis 5) nach Ablauf der zeitlichen Begrenzung in einen Zustand übergehen, in dem sie auf das Ansprechen unter der Default-Adresse sofort antworten.