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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Steuersystem, insbesondere ein dezentralisiertes
Automatisierungssystem.
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Stand der Technik
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Wie
aus 1 ersichtlich, ist ein dezentralisiertes Automatisierungssystem
gewöhnlich aus einem oder mehr als einem Kontroller 10 und
einer Vielzahl von Ein-/Ausgabemodulen (I/O-modules) 102, 104, 106 ausgebildet,
wobei der Kontroller und die I/O-Module 102, 104, 106 über
ein Kommunikationsnetzwerk 12 miteinander verbunden werden.
Der Kontroller kann als PC, industrieller Computer, programmierbarer
Logikkontroller, programmierbarer Automatisierungskontroller oder
Steuervorrichtungen weiterer Art ausgeführt werden. Durch
Abfrage (polling) gibt der Kontroller 10 den I/O-Modulen 102, 104, 106 einem
nach dem anderen Befehle. Die I/O-Module 102, 104, 106 können
als kombinierte Sensoren oder Auslöser, wie z. B. Drucksensoren,
Temperatursensoren, Durchfluß-Sensoren, usw. ausgeführt
werden. Jeder dieser Sensoren hat eine einzige Adresse im Netzwerk,
mit der der Kontroller 10 die Sensoren erkennen kann.
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Im
zentralen Automatisierungssystem weisen die I/O-Module unterschiedliche
Kombinationen von Typen und Konfigurationsparametern auf, wie in
Tabelle 1 zu sehen ist. Bei jedem Starten des Systems wird der Kontroller
10 die
Konfigurationsparameter jedes I/O-Moduls überprüfen;
während des Systemsbetriebs überprüft
das System auch in einem bestimmten Zeitabstand alle I/O-Module,
um festzustellen, ob ihre Konfigurationsparameter alle richtig sind.
Die Richtigkeit dieser Konfigurationsparameter entscheidet, ob das
ganze System regelgerecht funktioniert. Daher stellt es sich als
eine wichtige Aufgabe dar, die Konfigurationsparameter zu verwalten,
festzustellen, einzustellen und zu aktualisieren, vor allem beim
Hinzufügen oder Auswechseln des I/O-Moduls. Der Vorgang,
in dem der Kontroller
10 das I/O-Modul feststellt, schließt
folgende Schritte ein: der Kontroller
10 sendet einen Befehl
auf das I/O-Modul aus, das dann seine eigenen Konfigurationsparameter zum
Kontroller
10 zurücksendet; anschließend
liest der Kontroller
10 diese Konfigurationsparameter ab
und vergleicht sie mit den bereits in seiner Datenbank existierenden
Konfigurationsparametern, wobei eine Übereinstimmung der
besagten beiden Gruppen von Konfigurationsparametern einen normalen
Betrieb des I/O-Moduls bedeutet, ansonsten muß das I/O-Modul
erneut eingestellt werden. Der Vorgang einer erneuten Einstellung
des I/O-Moduls schließt folgende Schritte ein: Einschreiben
der richtigen Konfigurationsparameter ins I/O-Modul und Verifizieren
der Konfigurationsparameter durch den vorgenannten Vorgang zum Feststellen. Dabei
ist jedoch nachteilig, daß das Starten des Systems lang
dauert und zugleich eine erhebliche Datenmenge herstellt, weil der
Kontroller
10 beim Starten des Systems alle I/O-Module
einmal überprüft. Ebenfalls wird während
des Systemsbetriebs bei jeder in einem bestimmten Zeitabstand durchgeführten Überprüfung
viel Zeit gebraucht und eine große Datenmenge hergestellt. Tabelle 1
| Adresse | Typ | Version der Software | Konfigurationsparameter
1 | Konfigurationsparameter
2 | ... | Konfigurationsparameter
n |
| 1 | AI_Typ | 1.0 | „AI_High" | „AI_Low" | ∙ | „AI_Alarm" |
| 2 | AO_Typ | 1.0 | „AO_PowerOn" | „AO_SafeValue" | ∙ | „AI_Alarm" |
| 3 | AO_Typ | 1.0 | „AO_PowerOn" | „AO_SafeValue" | ∙ | „AI_Alarm" |
| ∙
∙
∙ | ∙
∙
∙ | ∙
∙
∙ | ∙
∙
∙ | ∙
∙
∙ | ∙
∙
∙ | ∙
∙
∙ |
| m | DO_Typ | 1.0 | „DO_PowerOn" | „DO_SafeValue" | | „DO_FF" |
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Es
gibt zwei herkömmliche Einstellmöglichkeiten zum
Auswechseln bzw. Hinzufügen eines neuen I/O-Moduls:
- 1. Manuelle Betätigung: Das Personal
für die Systeminstandhaltung führt mit einem spezifischen
Einstellmittel, z. B. einem PC oder Laptop mit gespeicherten Einstellprogrammen,
beim neuen I/O-Modul eine vollständige Einstellung der
Konfigurationsparameter durch, die den Anschaltwert, den sicheren
Wert, den Hoch- sowie Niedrigalarm des Eingabesignals, den Betriebsbereich
des Eingabesignals (z. B. ±10 V, ±5,0 V, ±20
mA) und die Kommunikationsgeschwindigkeit, usw. einschließt;
danach wird das neue I/O-Modul mit dem dezentralisierten Automatisierungssystem
verbunden.
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Die
manuelle Betätigung hat allerdings folgende Nachteile:
bei einem I/O-Modul sind normalerweise mehrere Dutzend von Konfigurationsparametern
einzustellen; wenn die Datenmenge der Konfigurationsparameter des
gesamten dezentralisierten Automatisierungssystems erheblich groß ist,
müssen Sicherungskopien auf Papier oder elektrisch erstellt
werden, so daß beim Auswechseln eines I/O-Moduls seine
Konfigurationsparameter aus der Sicherungskopie herausgenommen und
eingestellt werden; außerdem erfolgt eine manuelle Betätigung
langsam und fehleranfällig; deshalb muß das Instandhaltungspersonal
für das Auswechseln des I/O-Moduls und die Systeminstandhaltung,
wobei eine Einstellung der Konfigurationsparameter des I/O-Moduls
durchzuführen ist, Einstellmittel zum Standort des Automatisierungssystems
mitnehmen, um die Konfigurationsparameter vor Ort ausgleichen zu
können; zudem muß das Instandhaltungspersonal
zum Aktualisieren und Einstellen der Konfigurationsparameter des
I/O-Moduls ausgebildet werden, um die Software einstellen zu können,
was zur Erhöhung der Bildungskosten für das Instandhaltungspersonal
führt.
- 2. Halb-automatische Betätigung:
um die Nachteile der manuellen Betätigung zu beseitigen,
wird vorgeschlagen, die grundlegenden Einstellungen der Kommunikation,
wie z. B. die Geschwindigkeit der Kommunikation, die einzige Adresse
im Netzwerk, zuerst über eine Brücke (jumper),
einen DIP-Schalter, einen Drehschalter oder ihre Kombination zu
adjustieren und dann das I/O-Modul mit dem Automatisierungssystem
zu verbinden. Was die üblichen Konfigurationsparameter
betrifft, ruft der Kontroller 10 mit gespeicherten richtigen
Konfigurationsparametern über ein Kommunikationsnetzwerk 12 die
Konfigurationsparameter des I/O-Moduls zurück und vergleicht
sie mit den in ihm gespeicherten Konfigurationsparametern. Im Falle einer
Nichtübereinstimmung schreibt der Kontroller 10 die
richtigen Konfigurationsparameter ins I/O-Modul ein. 2 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer typischen halb-automatischen Betätigung,
wobei der Kontroller 10 zunächst die Richtigkeit
des Typs des mit ihm verbundenen I/O-Moduls überprüft,
dann aus seiner Datenbank die vorher gespeicherten Konfigurationsparameter
abruft und sie mit den am I/O-Modul abgelesenen Konfigurationsparametern
einen nach dem anderen vergleicht. Im Falle einer Nichtübereinstimmung schreibt
der Kontroller 10 die richtigen Konfigurationsparameter
ins I/O-Modul ein. Erst wenn keine Übereinstimmung nach
dem Vergleich besteht, erfolgt die Überprüfung
und Einstellung des nächsten I/O-Moduls. Auf diese Weise
wird jedes I/O-Modul eines nach dem anderen dem Vergleich unterzogen,
bis alle I/O-Module im System überprüft sind.
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Die
halb-automatische Betätigung reduziert zwar einige Arbeiten
bei der manuellen Betätigung, doch führt ein derartiger
Vergleich jedes Konfigurationsparameters, sofern die Anzahl der
I/O-Module oder die Anzahl der zu vergleichen Konfigurationsparameter
groß ist, zur Erhöhung der Anzahl der Netzwerkkommunikation;
außerdem sind das Ablesen, Vergleichen und Einstellen der
Konfigurationsparameter beim Kontroller
10 so zeitaufwendig,
daß das Starten des Systems langsam wird. Aus dem
US-amerikanischen Patent Nr. 2005/0262101 ist
ein dezentralisiertes Automatisierungssystem mit halb-automatischer
Einstellung bekannt, wobei die Einstellbefehle zunächst
der Reihe nach in einem Speicher gespeichert werden und dann beim
automatischen Einstellen der Konfigurationsparameter die Befehle
einer nach dem anderen ins I/O-Modul eingeschrieben werden. Vor
der Durchführung des Einstellens fragt der Kontroller nach
dem I/O-Modul, dessen Konfigurationsparameter einzustellen sind.
Sobald eine Veränderung des Einstellwerts gemäß der
zurückgesendeten Information festgestellt ist, wird die
Veränderung der Konfigurationsparameter durchgeführt,
und die Richtigkeit des Ergebnisses der Durchführung wird
anschließend überprüft. Diese Methode
zur Einstellung kann zwar sicherstellen, daß der Kontroller
die Konfigurationsparameter regelgerecht zum I/O-Modul sendet, hat
jedoch bei einer großen Anzahl der I/O-Module folgende
vier Probleme:
- (1) der Zeitaufwand, den der
Kontroller für die Einstellung der Konfigurationsparameter
des I/O-Moduls braucht, erhöht sich proportional zur Anzahl
der I/O-Module;
- (2) wenn das System von großem Ausmaß ist,
wird die Datenmenge der Kommunikation zum Feststellen des Systemaufbaus
beim Start sehr groß, so daß die Überprüfung
viel Zeit beansprucht, wodurch die Zeit zum regulären Betriebsstart
des Systems sich verzögert;
- (3) der Kontroller kann nur durch Anfrage erfahren, ob ein bestimmtes
I/O-Modul einer Aktualisierung der Konfigurationsparameter unterzogen
werden kann oder soll; mit anderen Worten: im Falle des Auswechselns
eines I/O-Moduls kann das neue I/O-Modul nicht aktiv den Kontroller über
die Forderung nach einer Aktualisierung der Konfigurationsparameter
informieren; und
- (4) in allen I/O-Modulen läuft eine Software, wobei
I/O-Module des gleichen Typs aufgrund unterschiedlicher Fertigungsdaten
mit Software unterschiedlicher Versionen versehen sein könnten,
bei denen kleine Unterschiede bezüglich der Funktionen
oder Betriebsweisen vorliegen können. Da ein derartiges
Automatisierungssystem diese Einzelheit nicht überprüfen
kann, besteht das Risiko, daß der Versionsunterschied der
I/O-Module zur Betriebsstörung des gesamten Systems führt.
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Aus
oben stehenden Gründen wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
gewünscht, durch das und mit der die Funktionssicherheit
und die Geschwindigkeit der Einstellung des dezentralisierten Automatisierungssystems
erhöht werden sollen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine I/O-Erweiterungseinheit
(I/O expansion unit) für ein dezentralisiertes Automatisierungssystem
zu schaffen.
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Der
Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum schnellen Überprüfen
des I/O-Moduls für ein dezentralisiertes Automatisierungssystem
zu schaffen.
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Der
Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum schnellen Einstellen des I/O-Moduls für ein dezentralisiertes
Automatisierungssystem zu schaffen.
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Der
Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
schnellen Auswechseln des I/O-Moduls für ein dezentralisiertes
Automatisierungssystem zu schaffen.
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Der
Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum schnellen
Detektieren des Hot-Swaps eines I/O-Moduls für ein dezentralisiertes
Automatisierungssystem zu schaffen.
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Der
Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, ein dezentralisiertes
Automatisierungssystem mit einer hohen Einstellgeschwindigkeit zu
schaffen.
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Der
Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein dezentralisiertes
Automatisierungssystem mit einer hohen Funktionssicherheit zu schaffen.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein dezentralisiertes Automatisierungssystem
und eine darin eingesetzte I/O-Erweiterungseinheit, ein Verfahren
zum schnellen Überprüfen, Einstellen und Auswechseln
des I/O-Moduls sowie ein Verfahren zum schnellen Detektieren des
Hot-Swaps eines I/O-Moduls mit den Merkmalen der Ansprüche
1, 8, 14, 16, 18 und 21. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß umfasst
die I/O-Erweiterungseinheit eine Vielzahl von Erweiterungsbuchsen
zur Montage von I/O-Modulen und speichert die Konfigurations-Prüfzahlen
der I/O-Module, wobei die genannten Konfigurations-Prüfzahlen
mit den Konfigurations-Prüfzahlen verglichen werden, welche
in denjenigen I/O-Modulen gespeichert sind, die in der I/O-Erweiterungseinheit
montiert sind. Dieser Vergleich dient dem Feststellen, ob die jeweiligen
I/O-Module die richtigen Konfigurationsparameter besitzen. Durch
den Vergleich der Konfigurations-Prüfzahlen, die im Voraus
in den I/O-Modulen und der I/O-Erweiterungseinheit gespeichert sind, benötigt
die Überprüfung der I/O-Module nur wenig Zeit,
und die erforderliche Kommunikationsmenge sinkt in erheblichem Maße.
Somit lässt sich vorteilhafterweise die Anlaufzeit für
die Aktivierung des Systems und für die reguläre Überprüfung
während des Betriebs verkürzen.
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Vorzugsweise
speichert die I/O-Erweiterungseinheit Konfigurationsparameter der
I/O-Module, so daß im Falle einer Nichtübereinstimmung
der Konfigurations-Prüfzahlen oder eines Auswechselns des
I/O-Moduls die I/O-Erweiterungseinheit direkt die richtigen Konfigurationsparameter
ins I/O-Modul einschreiben kann, ohne über den Kontroller
des dezentralisierten Automatisierungssystems gehen zu müssen.
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Vorzugsweise
ist eine Detektionseinheit für Hot-Swap an der I/O-Erweiterungseinheit
angeordnet, damit die Erweiterungseinheit die Hot-Swap-Funktion
der I/O-Module unterstützt.
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Vorzugsweise
ist ferner eine Zustandsanzeigeeinheit an der I/O-Erweiterungseinheit
angeordnet, um das Gelingen bzw.
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Misslingen
der Einstellung der I/O-Module, die Gründe für
das Misslingen sowie die Betriebszustände anzuzeigen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines herkömmlichen dezentralisierten
Automatisierungssystems.
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer typischen halb-automatischen Betätigung.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
dezentralisierten Automatisierungssystems.
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4 zeigt
ein Ablaufdiagramm zum Einstellen eines I/O-Moduls gemäß der
Erfindung.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel der Erweiterungseinheit in 3.
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Wege der Ausführung
der Erfindung
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Im
Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung der Ausführungen
und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Jedoch soll die Erfindung nicht auf die Beschreibung und die beigefügten
Zeichnungen beschränkt werden.
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Zur
Verkürzung der Zeit für die Aktivierung des dezentralisierten
Automatisierungssystems und für die Überprüfung
der I/O-Module sowie zur Reduzierung der Netzwerkkommunikationsmenge
zwischen dem Kontroller und den I/O-Modulen stellt die Erfindung
eine I/O-Erweiterungseinheit für ein dezentralisiertes
Automatisierungssystem bereit. Da jedes I/O-Modul mit einer Vielzahl
von Konfigurationsparametern versehen ist, wird beim erstmaligen
Einstellen eines I/O-Moduls mit einem mathematischen Algorithmus
eine Konfigurations-Prüfzahl aufgrund seiner Konfigurationsparameter
ermittelt und in diesem I/O-Modul eingespeichert. Zu den Algorithmen
gehören Prüfsumme (check sum), zyklische Blockprüfung
(CRC), Message Digest Algorithm 5, Data Encryption Standard (DES),
Advanced Encryption Standard (AES), RSA, SHA-1, Rivest Cipher 6,
Wired Equivalent Privacy (WEP) oder ein beliebiger Algorithmus,
der eine einzige Zahl ermitteln kann.
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3 zeigt
das erfindungsgemäße dezentralisierte Automatisierungssystem,
wobei der Kontroller 20 über das Kommunkationsnetzwerk 12 mit
jeder I/O-Erweiterungseinheit 22 verbunden ist. Allen I/O-Erweiterungseinheiten 22 sowie den
auf ihren montierten I/O-Modulen 262, 264, 266 wird
jeweils eine einzige Adresse im Netzwerk zugewiesen. Das Kommunkationsnetzwerk 12 kann
als RS-232, RS-422, RS-485, Funk-Modem (radio modem), Ethernet,
WiFi, GPRS, WiMAX, Tigbee, Lichtleitfaser oder weiteres kabelgebundenes
oder kabelloses Netzwerk ausgeführt werden. Der Kontroller 20 ist
dem herkömmlichen Kontroller 10 gleich, lässt
aber viel Arbeit aus, die nachher detailliert erläutert
wird. Die I/O-Module 262, 264, 266 sind
an den I/O-Erweiterungseinheiten 22 montiert und werden
durch den Kontroller 20 gesteuert. Der Kontroller 20 sendet
die Befehle gemäß den Adressen zu der I/O-Erweiterungseinheit 22 sowie
zu den an ihr montierten I/O-Modulen 262, 264, 266.
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Beim
erstmaligen Montieren der I/O-Module
262,
264,
266 an
der Erweiterungseinheit
22 speichert die Erweiterungseinheit
22 gemäß der
Position jedes I/O-Moduls seine entsprechende Konfigurationsprüfzahl
und Konfigurationsparameter in den Mikroprozessor
24 ein.
In diesem Ausführungsbeispiel werden die Soft- und Hardwareinformationen
wie die Position, der Typ, die Version der Software (Betriebssystem
oder Firmware), die Konfigurationsparameter jedes I/O-Moduls mit
dem Algorithmus CRC
32 berechnet, um eine Konfigurations-Prüfzahl
zu ermitteln, wie in Tabelle 2 gezeigt. Durch den Vergleich einer
einzelnen Konfigurations-Prüfzahl können die Richtigkeit
des Typs, der Version der Software, und die jeweiligen Konfigurationsparameter eines
I/O-Moduls schnell festgestellt werden. Unter Tabelle 2 folgt die
Beschreibung. Tabelle 2
| Adresse | Typ | Version
der Software | Konfigurationsparameter
1 | Konfigurationsparameter
2 | ... | Konfigurationsparameter
n | Konfigurations-Prüfzahl |
| 1 | AI_Typ | 1.0 | „AI_High" | „AI_Low" | ∙ | „AI_Alarm" | „1111" |
| 2 | AO_Typ | 1.0 | „AO_High" | „AO_Low" | ∙ | „AI_Alarm" | „2222" |
| 3 | AO_Typ | 1.0 | „AO_High" | „AO_Low" | ∙ | „AI_Alarm" | „2223" |
| ∙
∙
∙ | ∙
∙
∙ | ∙
∙
∙ | ∙
∙
∙ | ∙
∙
∙ | ∙
∙
∙ | ∙
∙
∙ | ∙
∙
∙ |
| m | DO_Typ | 1.0 | „DO_AA" | „DO_BB" | | „DO_FF" | „xxxx" |
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Zunächst
wird die Konfigurations-Prüfzahl über ein Einstellmittel,
wie z. B. einen PC, mit einem Algorithmus berechnet. Beispielsweise
werden die Adresse, der Typ, die Version der Software und die sämtlichen Konfigurationsparameter
des I/O-Moduls 262 mit dem Algorithmus berechnet, wodurch
eine Zahl ermittelt wird, die als Konfigurations-Prüfzahl
bezeichnet wird, wie in Tabelle 2 ersichtlich ist. Bei Eingabe veränderter
Daten in den 15 Algorithmus wird nach der Ermittlung also eine andere
Konfigurations-Prüfzahl sich ergeben. Mit anderen Worten:
bei I/O-Modulen, die vom gleichen Typ sind und die gleichen Konfigurationsparameter
sowie die gleiche Version der Software haben, werden aufgrund unterschiedlicher
Adressen unterschiedliche Konfigurations-Prüfzahlen ermittelt.
In der vorliegenden Erfindung können die gegenwärtig üblichen
Algorithmen der Datenfehlersuche und -beseitigung, z. B. Prüfsumme,
zyklische Blockprüfung und WEP, usw., eingesetzt werden. In
diesem Ausführungsbeispiel wird der Algorithmus „CRC
32" eingesetzt, wodurch 232 Konfigurations-Prüfzahlen
ermittelt werden können.
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Nachdem
die Konfigurations-Prüfzahl des I/O-Moduls 262 ermittelt
worden ist, werden die Konfigurationsparameter und die Konfigurations-Prüfzahl
des I/O-Moduls 262 gemäß ihren Positionen
in den Mikroprozessor 24 eingespeichert und zugleich ins
I/O-Modul 262 eingeschrieben. Auf diese Weise wird jedes
auf die Erweiterungseinheit 22 zu montierende I/O-Modul
berechnet und gespeichert.
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Danach
wird die Erweiterungseinheit 22 bei jedem Systemstart oder
Auswechseln der I/O-Module den I/O-Modulen 262, 264, 266 Befehle
geben, die Konfigurations-Prüfzahl jedes I/O-Moduls ablesen
und sie mit der in der Erweiterungseinheit 22 gespeicherten
Konfigurations-Prüfzahl vergleichen. Im Fall einer Übereinstimmung
kann festgestellt werden, daß die Konfigurationsparameter
richtig sind; ansonst müssen die in der Erweiterungseinheit 22 gespeicherten
Konfigurations-Prüfzahl und Konfigurationsparameter direkt
ins I/O-Modul eingeschrieben werden. Im Vergleich zum herkömmlichen
Verfahren, bei dem der Kontroller 10 die Konfigurationsparameter
einen nach dem anderen von den I/O-Modulen zurückruft,
einen Vergleich durchführt und dann die zu aktualisierenden
Konfigurationsparameter einschreibt, erfolgt das erfindungsgemäße
Verfahren zum Feststellen und Einstellen einfacher und schneller.
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Dadurch
wird ermöglicht, daß zum Auswechseln eines I/O-Moduls
oder zum Prüfen der Richtigkeit der Konfigurationsparameter
eines I/O-Moduls nur die in der Erweiterungseinheit 22 gespeicherte
Konfigurations-Prüfzahl gemäß der Position
mit der Konfigurations-Prüfzahl des mit der Erweiterungseinheit 22 verbundenen
I/O-Moduls verglichen werden muß. Daher lässt
sich dasjenige I/O-Modul schnell herausfinden, dessen Konfigurationsparameter
einzustellen sind. Anschließend werden die Konfigurationsparameter
direkt ins I/O-Modul mit einzustellenden Konfigurationsparametern
eingeschrieben, ohne die Konfigurationsparameter des I/O-Moduls
einen nach dem anderen zurückrufen zu müssen,
so daß die Zeit und die Kommunikationsmenge dafür
gespart werden können. Hierbei werden die Arbeiten der
Feststellung und Aktualisierung der Konfigurationsparameter auf
die jeweiligen Erweiterungseinheiten 22 verteilt, so daß jede
Erweiterungseinheit 22 für die Feststellung und
Aktualisierung der Konfigurationsparameter eines Teils der I/O-Module
im gesamten System verantwortlich ist. Der Kontroller 20 braucht
nur mit den Erweiterungseinheiten 22 zu kommunizieren und
kann dadurch erfahren, ob die Konfigurationsparameter aller I/O-Module
des gesamten Systems überprüft und eingestellt
worden sind. Dadurch wird die Arbeitsmenge des Kontrollers 20 in
erheblichem Maß reduziert, so daß sich die Anlaufzeit
vor dem Systemsbetrieb erheblich verkürzen lässt.
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4 zeigt
ein Ablaufdiagramm zum Einstellen eines I/O-Moduls gemäß der
Erfindung. Die Erweiterungseinheit 22 ruft die vorher in
ihr gespeicherte Konfigurations-Prüfzahl und die Konfigurations-Prüfzahl
des I/O-Moduls ab, um die beiden Konfigurations-Prüfzahlen
zu vergleichen. Im Falle einer Nichtübereinstimmung wird
zuerst die Richtigkeit des Typs des I/O-Moduls überprüft;
wenn der Typ nicht richtig ist, wird Misslingen der Ausführung
angezeigt; wenn der Typ aber richtig ist, werden die in der Erweiterungseinheit 22 gespeicherten
Konfigurationsparameter und die Konfigurations-Prüfzahl
des I/O-Moduls direkt in dieses I/O-Modul eingeschrieben, wobei
zugleich geprüft wird, ob das Einstellen gelungen ist oder
nicht. Eine gelungene Einstellung bedeutet eine gelungene Ausführung;
bei Misslingen muß der Versuch wiederholt werden, wobei
nach einer gewissen Anzahl von Wiederholungen aufgegeben werden
soll, und das Misslingen der Ausführung angezeigt werden
soll. Eine Übereinstimmung der Konfigurations-Prüfzahlen
bedeutet die Richtigkeit der Konfigurationsparameter, so daß ein
gelungener Versuch angezeigt werden kann. Dann wird festgestellt,
ob noch ein I/O-Modul dem Vergleich zu unterziehen ist. Wenn ja,
werden die Konfigurationsparameter aus der Erweiterungseinheit 22 und
dem nächsten I/O-Modul abgerufen und verglichen; wenn nicht,
wird der Einstellvorgang beendet.
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Um
die Richtigkeit und die Vollständigkeit der Einstellung
des gesamten dezentralisierten Automatisierungssystems sicherzustellen,
weist jeder Konfigurationsparameter in diesem Ausführungsbeispiel
beim Einstellen der Konfigurationsparameter der I/O-Module seinen
eigenen Befehl und Rückmeldungsgröße
auf, wobei gemäß der vom I/O-Modul zurückgesendeten
Rückmeldungsgröße erfahren werden kann,
ob die Einstellung gelungen oder misslungen ist. Für diejenigen
Konfigurationsparameter, deren Einstellung misslungen ist, kann
eine Wiederholung der Einstellung vorgenommen werden, oder darauf
verzichtet. Auf diese Weise sind Richtigkeit und Vollständigkeit
der Einstellung des gesamten dezentralisierten Automatisierungssystems
sicherzustellen.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel der Erweiterungseinheit 22 in 3.
Der Mikroprozessor 24 der Erweiterungseinheit 22 umfasst
eine Einstelleinheit für Kommunkationsparameter 240,
z. B. eine herkömmliche Brücke, einen DIP-Schalter,
einen Drehschalter oder ihre Kombination. Das Instandhaltungspersonal
stellt der Kommunikationssteuereinheit 242 die grundlegenden
Kommunikationseinstellungen (z. B. die grundlegenden Kommunikationsparameter
wie Kommunikationsgeschwindigkeit, die einzige Adresse im Netzwerk) über eine
Einstelleinheit für Kommunikationsparameter 240 zur
Verfügung, so daß die Kommunikationssteuereinheit 242 mit
den I/O-Modulen in der I/O-Erweiterungsbuchse 26 kommunizieren
kann. Der Speicher 246 kann ROM, Flash-Speicher, EEROM,
FRAM oder Harddisk sein und dient dem Speichern der Positionen der
jeweiligen I/O-Module, der Konfigurations-Prüfzahlen und
Konfigurationsparameter. In diesem Ausführungsbeispiel ist
ferner eine Detektionseinheit 248 vorgesehen, die über
eine Signalleitung 250 mit der I/O-Erweiterungsbuchse 26 verbunden
ist. Beim Hot-Swap eines I/O-Moduls in der I/O-Erweiterungsbuchse 26 wird
sich der elektrische Pegel verändern, z. B. von 0 V auf
5 V. Dieses Hotswap-Signal dient dazu, die Detektionseinheit 248 auf
einen Hot-Swap eines I/O-Moduls hinzuweisen. Die Detektionseinheit 248 kann
bei jeder Buchse 26 nach dem Hot-Swap eines I/O-Moduls
fragen, oder das Hotswap-Signal kann die Detektionseinheit 248 unterbrechen
(interrupt). Auf diese Weise lässt sich feststellen, ob
ein I/O-Modul eingesteckt oder herausgenommen wird, um die Kommunikationseinheit 242 über
die Pause der Kommunikation zwischen dem betreffenden I/O-Modul
und dem Kontroller 20 zu informieren. Eine derartige Ausgestaltung
kann vermeiden, daß der Kontroller 20 mit demjenigen
I/O-Modul mit nicht eingestellten Konfigurationsparametern kommuniziert,
so daß einige unvorgesehene Einwirkungen sich ergeben.
Durch diesen Mechanismus muß das dezentralisierte Automatisierungssystem
beim Auswechseln eines I/O-Moduls nicht zum Stillstand gebracht
werden.
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In
diesem Ausführungsbeispiel ist desweiteren eine Zustandsanzeigeeinheit 244 vorgesehen,
die das Gelingen, Misslingen oder die Gründe für
das Misslingen der Einstellung der Konfigurationsparameter anzeigt. Die
Erweiterungseinheit 22 führt eine automatische
Einstellung auf ein I/O-Modul durch und erfährt das Ergebnis.
Im Falle des Misslingens der Einstellung kann die Erweiterungseinheit 22 über
die Zustandsanzeigeeinheit 244 Warnungen in Form von Beleuchtung,
Klängen, Bildern oder Schriften ausgeben, um das Instandhaltungspersonal
zum Fehlerbeseitigen zu informieren. Die Zustandsanzeigeeinheit 244 kann
als LED ausgeführt und wie folgt bestimmt werden:
LED
im ausgeschaltetem Zustand: Gelungene Einstellung;
LED mit
schnellem Blinken: Einstellungsphase;
LED mit langsamem Blinken:
Kein Einstecken eines I/O-Moduls in diese Position;
LED mit
Blinken in einem Langsam-Schnell-Intervall: Falscher Typ des I/O-Moduls;
LED
in konstanter Helligkeit: Misslungene Einstellung.
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Zum
Auswechseln eines I/O-Moduls braucht der Benutzer nur das alte I/O-Modul
herauszuziehen und den ganzen Satz von Klemmen zum neuen I/O-Modul
zu verschieben; dann soll der Benutzer mit seinen Augen überprüfen,
ob die LEDs an der Erweiterungseinheit 22 in Ordnung sind;
wenn ja, bedeutet das, daß das I/O-Modul regelgerecht funktioniert.
Dadurch braucht das Instandhaltungspersonal beim Instandhalten des
Automatisierungssystems nicht mit einem spezifischen Einstellgerät,
z. B. einem PC oder Laptop, am Standort des Automatisierungssystems
zu erscheinen und kann trotzdem den Arbeitszustand oder die Fehlerursache des
I/O-Moduls einfach erkennen, ohne sich mit den Einstellprogrammen
auskennen zu müssen.
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Die
Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, daß die Konfigurationsparameter
sämtlicher I/O-Module des dezentralisierten Automatisierungssystems
schnell kopiert werden können. Beispielsweise stellt die I/O-Erweiterungseinheit 22 einen
Befehl bereit, der einen Zugriff auf die im Speicher 246 gespeicherten
Daten anweisen kann. Somit kann der Kontroller 20 sämtliche
Inhalte im Speicher 246 der Erweiterungseinheit 22 ablesen
und sie in Form der Konfigurationsparameter-Dateien als Sicherungskopie
ausgeben. Wenn ein System mit den gleichen Konfigurationsparametern
benötigt wird, können die im Kontroller 20 zur
Sicherung als Kopie gespeicherten Konfigurationsparameter-Dateien
eine nach der anderen in die weitere Erweiterungseinheit eingeschrieben
werden, um die Konfigurationsparameter der I/O-Module schnell zu
kopieren.
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Die
vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung dar und soll nicht die Patentansprüche beschränken.
Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die
von einem Fachmann gemäß der Beschreibung und
den Zeichnungen der Erfindung vorgenommen werden können, gehören
zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Der Schutzbereich
der Erfindung richtet sich auf die nachstehenden Patentansprüche.
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Der herkömmlichen Ausführungsform
- 10
- Kontroller
- 102–106
- I/O-Modul
- 12
- Kommunikationsnetzwerk
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Der vorliegenden Erfindung
- 20
- Kontroller
- 22
- I/O-Erweiterungseinheit
- 24
- Mikroprozessor
- 240
- Einstelleinheit
für Kommunikationsparameter
- 242
- Kommunikationssteuereinheit
- 244
- Zustandanzeigeeinheit
- 246
- Speicher
- 248
- Detektionseinheit
- 250
- Signalleitung
- 26
- I/O-Erweiterungsbuchse
- 262–266
- I/O-Modul
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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