DE102007053833A1 - Modular station for automation system, has communication module and multiple periphery modules, which are connected with one or multiple field devices - Google Patents

Modular station for automation system, has communication module and multiple periphery modules, which are connected with one or multiple field devices Download PDF

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Abstract

The modular station (2) has a communication module (6) and multiple periphery modules (7), which are connected with one or multiple field devices (4). The communication module and the respective periphery module are internally wirelessly connected by a radio link (10). The radio link is based on Bluetooth, Zigbeeor Z-Wave.

Description

Die Erfindung betrifft eine modulare Station eines Automatisierungssystems, umfassend ein Kommunikationsmodul und eine Anzahl von Peripheriemodulen, die jeweils mit einem Feldgerät verbunden sind.The The invention relates to a modular station of an automation system, comprising a communication module and a number of peripheral modules, each with a field device are connected.

Üblicherweise umfasst ein Automatisierungssystem 1 eine Anzahl von modularen Stationen 2, die über einen Datenbus 3 mit einer nicht näher dargestellten zentralen Verarbeitungseinheit verbunden sind, wie dies in der 1 zum Stand der Technik dargestellt ist. Dabei wird unter einer modularen Station 2 insbesondere eine dezentrale Steuereinheit verstanden, die eine Prozessoreinheit 5 mit integriertem Kommunikationsmodul 6 umfasst, das der Verbindung zum Datenbus 3 und zur zentralen Verarbeitungseinheit dient. Bei dem Datenbus 3 handelt es sich insbesondere um einen so genannten Feldbus, insbesondere einen Profibus, Profinet, Ethercat, Ethernet Powerlink, DiviceNet usw. mit typischen Feldgeräteschnittstellen, z. B. 4–20 mA, +/–5 V, HART-Protokoll, Ethernet.Usually includes an automation system 1 a number of modular stations 2 that have a data bus 3 are connected to a central processing unit, not shown, as shown in the 1 is shown to the prior art. It will be under a modular station 2 in particular a decentralized control unit understood that a processor unit 5 with integrated communication module 6 includes the connection to the data bus 3 and to the central processing unit. In the data bus 3 In particular, it is a so-called fieldbus, in particular a Profibus, Profinet, Ethercat, Ethernet Powerlink, DiviceNet, etc. with typical field device interfaces, eg. Eg 4-20mA, +/- 5V, HART protocol, Ethernet.

Zur Anbindung von Feldgeräten 4, wie beispielsweise Aktoren und/oder Sensoren, an die modulare Station 2 umfasst diese üblicherweise eine Anzahl von Peripheriemodulen 7, die über eine interne elektrische Verbindung 8 an die Prozessoreinheit 5 gekoppelt sind. Dabei handelt es sich bei der internen elektrischen Verbindung 8 um einen so genannten spezifischen elektrischen Rückwandbus, der an die jeweilige Anwendung und Funktion der modularen Station 2 angepasst ist. Über den Rückwandbus, d. h. die elektrische Verbindung 8, werden die Peripheriemodule 7 mit Strom versorgt. Somit sind die Komponenten der modularen Station 2 beispielsweise bei einer Anordnung in einem Einschubmodul oder einen Einbauschrank intern über die rückseitig angeordnete elektrische Verbindung 8 miteinander verbunden und extern über das Kommunikationsmodul 6, das insbesondere eine so genannte Kopfbaugruppe ist, mit dem Datenbus 3 und der Zentrale oder weiteren modularen Stationen 2 verbunden.For connection of field devices 4 , such as actuators and / or sensors, to the modular station 2 this usually includes a number of peripheral modules 7 that have an internal electrical connection 8th to the processor unit 5 are coupled. This is the internal electrical connection 8th to a so-called specific electric backplane bus, which corresponds to the particular application and function of the modular station 2 is adjusted. Via the backplane bus, ie the electrical connection 8th , become the peripheral modules 7 powered. Thus, the components of the modular station 2 For example, in an arrangement in a plug-in module or a built-in cabinet internally via the rear side arranged electrical connection 8th interconnected and externally via the communication module 6 , which is in particular a so-called head assembly, with the data bus 3 and the central office or other modular stations 2 connected.

Dabei dient die modulare Station 2 insbesondere der Gruppierung mehrerer Peripheriemodulen 7 und Zuordnung dieser zu einer Busschnittstelle für den Datenbus 3 an die Zentrale, wodurch mehrere Peripheriemodule 7 sich die aufwändige und kostenintensive Busschnittstelle teilen.The modular station is used 2 in particular the grouping of several peripheral modules 7 and assigning them to a bus interface for the data bus 3 to the central office, creating several peripheral modules 7 share the complex and costly bus interface.

Über die rückwandige elektrische Verbindung 8 sind die Peripheriemodule 7 und die Prozessoreinheit 5 als eine Einheit in der modularen Station 2 integriert. Die Feldgeräte 4 sind direkt an die Peripheriemodule 7 über Kabelverbindungen 9 gekoppelt. Insbesondere im Randbereich der Baueinheit der modularen Station 2 bringt der Kabelanschluss der Feldgeräte 4 aufgrund der Bauraumenge Probleme mit sich. Darüber hinaus sind die Kabelverbindungen 9 bei bewegten Feldgeräten 4 entsprechend lang ausgeführt, wobei die Länge durch Entfernung des Feldgerätes 4 zur dezentralen modularen Station 2 entsprechend größer ist. Dies kann zu Verkabelungsproblemen führen. Ferner kann es bei im Umfeld der modularen Station 2 geringer Feldgerätedichte zu langen Kabelwegen vom der modularen Station 2 zu weiter entfernten Feldgeräten 4 kommen.About the back-walled electrical connection 8th are the peripheral modules 7 and the processor unit 5 as a unit in the modular station 2 integrated. The field devices 4 are directly to the peripheral modules 7 via cable connections 9 coupled. In particular, in the edge region of the unit of the modular station 2 brings the cable connection of the field devices 4 because of the construction lax problems with it. In addition, the cable connections 9 with moving field devices 4 executed correspondingly long, the length by removal of the field device 4 to the decentralized modular station 2 is correspondingly larger. This can lead to wiring problems. Furthermore, it may be in the environment of the modular station 2 low field device density to long cable runs from the modular station 2 to more distant field devices 4 come.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine modulare Station zur Anbindung von Feldgeräten in einem Automatisierungssystem anzugeben, welche eine einfache und flexibel aufgebaut ist.Of the The invention is therefore based on the object, a modular station for connection of field devices specify in an automation system, which is a simple and flexible.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.The The object is achieved by the achieved in claim 1 features.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die modulare Station umfasst ein Kommunikationsmodul und eine Anzahl von Peripheriemodulen, die jeweils mit einem oder mehreren Feldgeräten verbunden sind. Erfindungsgemäß sind das Kommunikationsmodul und das jeweilige Peripheriemodul intern drahtlos miteinander verbunden. Hierdurch ist ein flexibler Aufbau der modularen Station in einem Automatisierungssystem zur flexiblen Anbindung einer Anzahl von Feldgeräten ermöglicht. Insbesondere durch die interne drahtlose Verbindung von Kommunikationsmodul und Peripheriemodulen ist der spezifische und feste elektrische Rückwandbus sicher vermieden, wobei die Funktionalität des elektrischen Rückwandbusses, d. h. die Verbindung der Peripheriemodule untereinander und mit dem Kommunikationsmodul bzw. der Steuereinheit der modularen Station, vollständig erhalten bleibt. Darüber hinaus können durch die interne drahtlose Verbindung die Anzahl und/oder der Ort der Peripheriemodule der modularen Station variabel gewählt und verändert werden. Hierdurch ist eine Änderung des Aufbaus einer schon vorhandenen modularen Station schnell und einfach ermöglicht. Dabei können Peripheriemodule auch in herkömmlicher Weise über einen Rückwandbus an das Kommunikationsmodul angeschlossen werden. Auch sind Mischformen möglich, d. h. eine Auswahl von Peripheriemodulen ist über den Rückwandbus und weitere Peripheriemodule sind drahtlos an das Kommunikationsmodul angeschlossen.The modular station includes a communication module and a number of peripheral modules, each connected to one or more field devices are. According to the invention, the communication module and the respective peripheral module internally connected wirelessly. This provides a flexible design of the modular station in an automation system allows flexible connection of a number of field devices. In particular by the internal wireless connection of communication module and peripheral modules is the specific and solid electrical backplane bus safely avoided, being the functionality the electric backplane bus, d. H. the connection of the I / O modules with each other and with the communication module or the control unit of the modular station, Completely preserved. About that can out through the internal wireless connection the number and / or the location the modules of the modular station are variably selected and changed become. This is a change building an already existing modular station quickly and efficiently simply possible. It can Peripheral modules also in conventional Way over a backplane bus be connected to the communication module. Also, mixed forms are possible, d. H. A selection of I / O modules is available via the backplane bus and other I / O modules are wirelessly connected to the communication module.

Zweckmäßigerweise sind das Kommunikationsmodul und das jeweilige Peripheriemodul über eine Funkverbindung verbunden. Hierdurch sind die Feldgeräte einfach und problemlos über eine Distanz je nach Art der Funkverbindung zwischen 1 m bis 50 m oder 100 m mit dem Kommunikationsmodul und somit dem Anschluss zum Datenbus verbunden. Dabei ermöglicht die Funkverbindung eine transparente Schnittstelle zum Feldgerät, wodurch dieses parametriert und diagnostiziert werden kann.Conveniently, the communication module and the respective peripheral module are connected via a radio link. As a result, the field devices are easily and easily over a distance depending on the type of radio link between 1 m to 50 m or 100 m with the communication module and thus connected to the connection to the data bus. The wireless connection allows a transparent interface to the field device, allowing it to be parameterized and diagnosed.

Vorzugsweise wird als Funkverbindung eine stromsparende und niedrige Leistung aufweisende Verbindung verwendet. Beispielsweise handelt es sich um eine standardisierte und offene Funkschnittstelle, die auf einen der Standards, wie Bluetooth-, Zigbee- oder Z-Wave-Standard oder einer anderen geeigneten Funktionsschnittstelle basiert. Dies ermöglicht selbst organisierende und vermaschte Netzwerke und Verbindungen von Peripheriemodulen und Kommunikationsmodul.Preferably As a radio link, it is energy-efficient and low-power having used compound. For example, it is to have a standardized and open radio interface on one standards such as Bluetooth, Zigbee or Z-Wave standard or another suitable functional interface. This allows itself Organizing and meshing networks and connections of peripheral modules and communication module.

Um einen Zugriff durch Nichtberechtigte auf die Feldgeräte und/oder Steuerfunktionen des Automatisierungssystems zu vermeiden, ist die Funkverbindung eine gesicherte Verbindung. Vorzugsweise ist die Funkverbindung mit herkömmlichen Authentisierungs- und Sicherungsmechanismen, z. B. Verschlüsselung, Passwortschutz, versehen. Gegebenenfalls kann die Datenübertragung verschlüsselt erfolgen.Around access by unauthorized persons to the field devices and / or To avoid control functions of the automation system is the Wireless connection a secure connection. Preferably, the Radio connection with conventional Authentication and security mechanisms, eg. Eg encryption, Password protection, provided. Optionally, the data transmission encoded respectively.

Zur Aufrechterhaltung der Funktionalität des herkömmlichen elektrischen Rückwandbusses sind die Feldgeräte zumindest einer oder mehreren Peripheriemodulen über die Funkverbindung zuordbar. Diese Zuordnung kann beispielsweise mittels Konfigurations- und Programmiersystemen einer Zentraleinheit des Automatisierungssystems oder der Steuereinheit der modularen Station, z. B. über Beschreibungs- oder Zuordnungsdateien, erfolgen.to Maintaining the functionality of the conventional electrical backplane bus are the field devices at least one or more peripheral modules can be assigned via the radio link. These Assignment can be done, for example, by means of configuration and programming systems a central unit of the automation system or the control unit the modular station, z. B. over Description or mapping files.

Ferner können die Peripheriemodule über die Funkverbindung mittels der Steuereinheit der modularen Station und/oder der Zentraleinheit des Automatisierungssystems frei parametriert und/oder diagnostiziert werden.Further can the peripheral modules over the Radio connection by means of the control unit of the modular station and / or freely parameterized by the central unit of the automation system and / or diagnosed.

Die Peripheriemodule sind zweckmäßigerweise digitale und/oder analoge Eingangsmodule und/oder Ausgangsmodule, die in Abhängigkeit von der Position und der Art und Funktion des oder der anzubindenden Feldgeräte im Funkbereich der modularen Station und somit in einem Bereich von bis zu 100 m von der modularen Station entfernt variabel anordbar sind.The Peripheral modules are expediently digital and / or analogue input modules and / or output modules, the dependent of the position and nature and function of the person or persons to be connected field devices in the radio range of the modular station and thus in one area up to 100 m away from the modular station are.

Die Feldgeräte sind vorzugsweise Sensoren, Aktoren und/oder andere modulare Stationen. Die Feldgeräte sind zweckmäßigerweise herkömmlich an die Peripheriemodule über eine Drahtverbindung oder auch über eine Feldbusverbindung gekoppelt.The field devices are preferably sensors, actuators and / or other modular stations. The field devices are expediently conventional to the peripheral modules via a wire connection or over coupled a fieldbus connection.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:embodiments The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Showing:

2 schematisch in Blockdarstellung eine modulare Station eines Automatisierungssystems mit zwischen Peripheriemodulen und Kommunikationsmodul vorgesehenen internen drahtlosen Verbindung. 2 schematically a block diagram of a modular station of an automation system provided between peripheral modules and communication module internal wireless connection.

2 zeigt eine erfindungsgemäße modulare Station 2 eines Automatisierungssystems 1. Die erfindungsgemäße modulare Station 2 umfasst wie die Station 2 nach dem Stand der Technik gemäß 1 eine Prozessoreinheit 5 mit integriertem Kommunikationsmodul 6 und eine Anzahl von Peripheriemodulen 7, die jeweils über eine Kabelverbindung 9 mit einem oder mehreren Feldgeräten 4 verbunden sind. Dabei dient das Kommunikationsmodul 6 der Verbindung der Feldgeräte 4 an einen als Feldbus ausgebildeten externen Datenbus 3 über das oder die Peripheriemodule 7. Dabei sind an die Station 2 über die Peripheriemodule 7 beliebige, insbesondere verschiedenartige Feldgeräte 4 von insbesondere verschiedenen Herstellern anschließbar. 2 shows a modular station according to the invention 2 an automation system 1 , The modular station according to the invention 2 includes like the station 2 According to the prior art according to 1 a processor unit 5 with integrated communication module 6 and a number of peripheral modules 7 , each via a cable connection 9 with one or more field devices 4 are connected. The communication module is used here 6 the connection of the field devices 4 to an external data bus designed as a fieldbus 3 via the peripheral module (s) 7 , Here are the station 2 via the I / O modules 7 any, especially different field devices 4 from particular different manufacturers connectable.

Anstelle eines herkömmlichen elektrischen Rückwandbusses sind das Kommunikationsmodul 6 und die Peripheriemodule 7 intern drahtlos über eine Funkverbindung 10 miteinander verbunden. Hierzu ist das Kommunikationsmodul 6 zum einen mit einer Funkschnittstelle für die interne Funkverbindung 10 zu den Peripheriemodulen 7 und zum anderen mit einer Datenbusschnittstelle für die Verbindung zum externen Datenbus 3 versehen. Das jeweilige Peripheriemodul 7 ist ebenfalls mit einer Funkschnittstelle für die interne Funkverbindung 10 versehen. Auch kann das Peripheriemodul 7 mit einer weiteren Funkschnittstelle zur Anbindung von Feldgeräten 4 über eine externe Funkverbindung ausgestattet sein.Instead of a conventional electrical backplane bus are the communication module 6 and the peripheral modules 7 Internal wireless via a wireless connection 10 connected with each other. This is the communication module 6 on the one hand with a radio interface for the internal radio connection 10 to the peripheral modules 7 and on the other hand with a data bus interface for the connection to the external data bus 3 Mistake. The respective peripheral module 7 is also equipped with a radio interface for the internal radio connection 10 Mistake. Also, the peripheral module 7 with another radio interface for the connection of field devices 4 be equipped via an external radio connection.

Die interne Funkverbindung 10 ermöglicht bei weit verteilten oder nicht stationären Feldgeräten 4 eine einfache und flexible Lösung. Dabei können die Peripheriemodule 7 nah an den Feldgeräten 4 angeordnet oder in diese integriert sein. Die Feldgeräte 4 sind herkömmlich über eine Draht- oder Kabelverbindung 9 mit dem zugehörigen Peripheriemodul 7 oder alternativ über eine nicht näher dargestellte Funkverbindung verbunden.The internal radio connection 10 allows for widely distributed or non-stationary field devices 4 a simple and flexible solution. The peripheral modules can do this 7 close to the field devices 4 be arranged or integrated in this. The field devices 4 are conventional over a wire or cable connection 9 with the associated peripheral module 7 or alternatively connected via a wireless connection, not shown.

Die interne Funkverbindung 10 ist z. B. eine auf Bluetooth-, Zigbee- oder Z-Wave-Standard basierende oder eine andere geeignete drahtlose Verbindung. Dabei ist eine direkte Funkverbindung 10 zwischen Peripheriemodule 7 und Kommunikationsmodul 6 möglich. Zusätzlich oder alternativ kann die Funkverbindung 10 als ein vermaschtes Funknetz aufgebaut sein, bei welchem die Kommunikation zwischen dem Kommunikationsmodul 6 und einem der Peripheriemodule 7 über ein weiteres Peripheriemodul 7 oder eine andere modulare Station 2 ausgeführt wird. Hierdurch kann das Funknetz ausgedehnt und/oder redundante Übertragungsverfahren umgesetzt werden.The internal radio connection 10 is z. A Bluetooth, Zigbee or Z-Wave standard or any other suitable wireless connection. There is a direct radio connection 10 between peripheral modules 7 and communication module 6 possible. Additionally or alternatively, the radio connection 10 be constructed as a meshed radio network, wherein the communication between the communication module 6 and one of the peripheral modules 7 via another I / O module 7 or another modular station 2 is performed. As a result, the radio network can be extended and / or redundant transmission methods vice be set.

Die Funkverbindung 10 ist gesichert, beispielsweise mit Authentisierungs- und Sicherungsmechanismen, wie Passwortschutz und/oder Verschlüsselung, versehen.The radio connection 10 is secured, for example, provided with authentication and security mechanisms, such as password protection and / or encryption.

Beim Aufbau der Funkverbindung 10 werden die Feldgeräte 4 der modularen Station 2 und insbesondere dem jeweiligen Peripheriemodul 7, z. B. Ein- bzw. Ausgängen einer analogen oder digitalen Ein- oder Ausgabebaugruppe, entsprechend einer vorgegebenen elektrischen Verkabelung, die insbesondere dem herkömmlichen elektrischen Rückwandbus entspricht, zugeordnet. Anschließend können die Peripheriemodule 7 über die interne Funkverbindung 10 frei parametriert und/oder diagnostiziert werden. Gegebenenfalls können die Feldgräte 4 über die Funkverbindung 10 und die Drahtverbindung 9 frei parametrisiert und/oder diagnostiziert werden.When establishing the radio connection 10 become the field devices 4 the modular station 2 and in particular the respective peripheral module 7 , z. B. inputs or outputs of an analog or digital input or output module, according to a predetermined electrical wiring, which corresponds in particular to the conventional electrical backplane bus assigned. Subsequently, the peripheral modules 7 via the internal radio connection 10 freely parameterized and / or diagnosed. If necessary, the field burr 4 over the radio connection 10 and the wire connection 9 freely parameterized and / or diagnosed.

Claims (10)

Modulare Station (2) eines Automatisierungssystems (1), umfassend ein Kommunikationsmodul (6) und eine Anzahl von Peripheriemodulen (7), die jeweils mit einem oder mehreren Feldgeräten (4) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsmodul (6) und das jeweilige Peripheriemodul (7) intern drahtlos verbunden sind.Modular station ( 2 ) of an automation system ( 1 ), comprising a communication module ( 6 ) and a number of peripheral modules ( 7 ), each with one or more field devices ( 4 ), characterized in that the communication module ( 6 ) and the respective peripheral module ( 7 ) are connected wirelessly internally. Modulare Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsmodul (6) und das jeweilige Peripheriemodul (7) über eine Funkverbindung (10) verbunden sind.Modular station according to claim 1, characterized in that the communication module ( 6 ) and the respective peripheral module ( 7 ) via a radio link ( 10 ) are connected. Modulare Station nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkverbindung (10) eine auf Bluetooth-, Zigbee- oder Z-Wave-Standard basierende Verbindung ist.Modular station according to claim 2, characterized in that the radio link ( 10 ) is a Bluetooth, Zigbee or Z-Wave standard based connection. Modulare Station nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkverbindung (10) eine gesicherte Verbindung ist.Modular station according to claim 2 or 3, characterized in that the radio link ( 10 ) is a secure connection. Modulare Station nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkverbindung (10) mit Authentisierungs- und Sicherungsmechanismen versehen ist.Modular station according to one of claims 2 to 4, characterized in that the radio link ( 10 ) is provided with authentication and security mechanisms. Modulare Station nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldgeräte (4) zumindest einem oder mehreren Peripheriemodulen (7) über die Funkverbindung (10) zuordbar sind.Modular station according to one of claims 2 to 5, characterized in that the field devices ( 4 ) at least one or more peripheral modules ( 7 ) via the radio link ( 10 ) are assignable. Modulare Station nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldgeräte (4) und/oder die Peripheriemodule (7) über die Funkverbindung (10) parametrierbar sind.Modular station according to one of claims 2 to 6, characterized in that the field devices ( 4 ) and / or the peripheral modules ( 7 ) via the radio link ( 10 ) can be parameterized. Modulare Station nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Peripheriemodule (7) digitale und/oder analoge Eingangsmodule und/oder Ausgangsmodule sind.Modular station according to one of claims 1 to 7, characterized in that the peripheral modules ( 7 ) are digital and / or analog input modules and / or output modules. Modulare Station nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldgeräte (4) Sensoren und/oder Aktoren sind.Modular station according to one of claims 1 to 8, characterized in that the field devices ( 4 ) Sensors and / or actuators are. Modulare Station nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldgeräte (4) an die Peripheriemodule (7) über eine Drahtverbindung gekoppelt sind.Modular station according to one of claims 1 to 9, characterized in that the field devices ( 4 ) to the peripheral modules ( 7 ) are coupled via a wire connection.
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