DE102009020772B4

DE102009020772B4 - Automatisierungssystem und Verfahren zur Diagnose eines Automatisierungssystems

Info

Publication number: DE102009020772B4
Application number: DE200910020772
Authority: DE
Inventors: Martin Ehlich
Original assignee: Lenze Automation GmbH
Current assignee: Lenze SE
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2029-05-07
Also published as: DE102009020772A1

Abstract

Automatisierungssystem, umfassend:
– mehrere Automatisierungskomponenten (10-1~10-n), jeweils umfassend:
– einen Spannungsversorgungsanschluss (11) und
– eine Automatisierungskomponenten-Datenübertragungseinheit (12), die mit dem Spannungsversorgungsanschluss (11) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, Daten über den Spannungsversorgungsanschluss (11) zu übertragen, und
– eine Spannungsversorgungskomponente (20), umfassend:
– einen Ausgabeanschluss (21) zum Ausgeben einer Versorgungsspannung (UV), wobei der Ausgabeanschluss (21) mit dem Spannungsversorgungsanschluss (11) einer jeweiligen Automatisierungskomponente (10-1~10-n) gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Spannungsversorgungskomponente (20) weiter umfasst:
– eine Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit (22), die mit dem Ausgabeanschluss (21) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, Daten über den Ausgabeanschluss (21) zu den jeweiligen Automatisierungskomponenten (10-1~10-n) zu senden oder von diesen zu empfangen,
– einen Diagnoseanschluss (23) zum Anschließen eines Diagnosegeräts (60) und
– eine Datenübertragungsvermittlungseinheit (24), die zwischen den Diagnoseanschluss (23) und die Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit (22) eingeschleift und dazu ausgebildet ist, Daten, die am Diagnoseanschluss (23) empfangen werden, zur...

Description

Die Erfindung betrifft ein Automatisierungssystem und ein Verfahren zur Diagnose eines Automatisierungssystems.
Automatisierungssysteme umfassen üblicherweise mehrere Automatisierungskomponenten, die zur Lösung von einzelnen Automatisierungsaufgaben des Automatisierungssystems dienen. Derartige Automatisierungskomponenten umfassen üblicherweise, zumindest optional, einen Spannungsversorgungsanschluss, der üblicherweise mit einer zentralen Spannungsversorgungskomponente des Automatisierungssystems verbunden ist, die zur Spannungsversorgung der Automatisierungskomponenten dient.
Zusätzlich umfassen die Automatisierungskomponenten üblicherweise Schnittstellen bzw. Netzwerkanschlüsse für die Prozessdatenkommunikation, die Parameterkommunikation, die lokale Diagnose etc. Derartige Netzwerkanschlüsse bzw. Schnittstellen sind jedoch nicht immer an ein entsprechendes Netzwerk angeschlossen, beispielsweise wenn die entsprechende Automatisierungskomponente im normalen Betrieb autonom arbeitet.
Um ein Automatisierungssystem in Betrieb zu nehmen bzw. zu warten, ist ein möglichst einfacher Zugriff auf alle Automatisierungskomponenten des Automatisierungssystems wünschenswert, insbesondere ohne hierfür einzelne Automatisierungskomponenten verkabeln zu müssen.
Die DE 20 2006 015 797 U1 zeigt eine Parametrierung einer intelligenten Einheit über eine Spannungsversorgungseinrichtung.
Die DE 102 11 939 A1 zeigt eine Kopplungsvorrichtung zum Ankoppeln von Geräten an ein Bussystem, wobei die Kopplungsvorrichtung eine Protokollumsetzeinrichtung umfasst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Automatisierungssystem und ein Verfahren zur Diagnose eines Automatisierungssystems zur Verfügung zu stellen, die eine Diagnose des Automatisierungssystems erleichtern und die insbesondere zu Diagnosezwecken keine zusätzliche Verkabelung benötigen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Automatisierungssystem nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Diagnose eines Automatisierungssystems nach Anspruch 6.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, die hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht werden.
Das erfindungsgemäße Automatisierungssystem umfasst mehrere Automatisierungskomponenten und eine Spannungsversorgungskomponente. Die Automatisierungskomponenten umfassen einen ersten Spannungsversorgungsanschluss und eine Automatisierungskomponenten-Datenübertragungseinheit, die mit dem Spannnungsversorgungsanschluss gekoppelt und dazu ausgebildet ist, Daten über den Spannungsversorgungsanschluss zu übertragen, d. h. zu senden und zu empfangen. Die Spannungsversorgungskomponente umfasst einen Ausgabeanschluss zum Ausgeben einer Versorgungsspannung, beispielsweise einer 24 V-Gleichspannung, wobei der Ausgabeanschluss mit dem Spannungsversorgungsanschluss der Automatisierungskomponenten, beispielsweise über Spannungsversorgungsleitungen, gekoppelt ist, eine Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit, die mit dem Ausgabeanschluss gekoppelt und dazu ausgebildet ist, Daten über den Ausgabeanschluss zu übertragen, d. h. zu senden und zu empfangen, einen Diagnoseanschluss bzw. eine Diagnoseschnittstelle zum Anschließen eines Diagnosegeräts, beispielsweise in Form eines herkömmlichen PCs mit einer darauf installierten Diagnosesoftware, und eine Datenübertragungsvermittlungseinheit, beispielsweise in Form eines Protokollumsetzers, die bzw. der zwischen den Diagnoseanschluss und die Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit eingeschleift und dazu ausgebildet ist, Daten, die am Diagnoseanschluss empfangen werden, zur Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit zu übertragen, gegebenenfalls mit einer entsprechenden Protokollumsetzung, und Daten, die von der Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit empfangen werden, gegebenenfalls ebenfalls nach einer Protokollumsetzung, am Diagnoseanschluss auszugeben. Das erfindungsgemäße Automatisierungssystem, bei dem eine Übertragung von Diagnosedaten zwischen der oder den Automatisierungskomponenten und dem Diagnosegerät über die Spannungsversorgungskomponente, die insbesondere als Protokollumsetzer dient, übertragen werden, ermöglicht einen einfachen und parallelen Zugriff auf sämtliche Automatisierungskomponenten des Automatisierungssystems, ohne dass hierfür eine spezielle Verkabelung notwendig wird, da die Daten über Spannungsversorgungsleitungen, die den Ausgabeanschluss der Spannungsversorgungskomponente mit den jeweiligen Spannungsversorgungsanschlüssen der Automatisierungskomponenten koppeln bzw. verbinden, übertragen werden können. Weiter benötigen die Automatisierungskomponenten keine „freie” Schnittstelle, um mit dem Diagnosegerät verbunden zu werden. Darüber hinaus werden auch keine spezifischen Schnittstellenkabel und Adapter benötigt, wenn ein Diagnosegerät an das Automatisierungssystem anzuschließen ist.
In einer Weiterbildung umfasst der Diagnoseanschluss der Spannungsversorgungskomponente einen Ethernet-Anschluss, einen Fast-Ethernet-Anschluss, einen Gigabit-Ethernet-Anschluss und/oder einen W-LAN-Anschluss. Es versteht sich, dass auch weitere Schnittstellenstandards vorgesehen sein können.
In einer Weiterbildung erzeugt die Spannungsversorgungskomponente die Versorgungsspannung als eine Gleichspannung aus einer Netzwechselspannung. Bevorzugt weist die Gleichspannung einen Pegel von 24 V auf.
In einer Weiterbildung weist die Automatisierungskomponente mindestens einen vom Spannungsversorgungsanschluss unabhängigen Netzwerkanschluss zum Anschließen an ein Datennetzwerk auf. Der Netzwerkanschluss kann beispielsweise ein Ethernet-Anschluss oder ein Feldbus-Anschluss sein, beispielsweise ein Controller Area Network(CAN)-Netzwerkanschluss.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose eines Automatisierungssystems umfasst das Automatisierungssystem mindestens eine Automatisierungskomponente und eine Spannungsversorgungskomponente, die zur Spannungsversorgung der mindestens einen Automatisierungskomponente dient. Bei dem Verfahren werden Diagnosedaten zwischen der mindestens einen Automatisierungskomponente und einem Diagnosegerät über bzw. durch die Spannungsversorgungskomponente übertragen, wobei die Spannungsversorgungskomponente eine Protokollumsetzung zwischen einem Protokoll, das von dem Diagnosegerät unterstützt wird, und einem Protokoll, das von der mindestens einen Automatisierungskomponente unterstützt wird, vornimmt. Die Spannungsversorgungskomponente bildet daher ein sogenanntes Gateway. Auf diese Weise können Spannungsversorgungsleitungen, mittels der die Spannungsversorgungskomponente und die Automatisierungskomponenten zur Übertragung von Betriebsenergie verbunden bzw. gekoppelt sind, auch zur Datenübertragung verwendet werden, sodass zu Diagnosezwecken keine spezifisch hierfür vorgesehene Verkabelung notwendig ist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur beschrieben. Hierbei zeigt die
Figur ein Automatisierungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das in der Figur gezeigte Automatisierungssystem umfasst Automatisierungskomponenten 10-1 bis 10-n, eine Spannungsversorgungskomponente 20, eine Spannungsversorgungsleitung 30, einen Feldbus 40 sowie ein lokales Netzwerk bzw. ein LAN 50.
Zur Diagnose des Automatisierungssystems, beispielsweise im Zuge einer Inbetriebnahme oder einer Wartung, ist weiter ein Diagnosegerät 60 vorgesehen, das als herkömmlicher PC ausgebildet ist.
Die Automatisierungskomponente 10-1 bildet eine Anlagensteuerung bzw. eine speicherprogrammierbare Steuerung SPS, die Automatisierungskomponente 10-2 bildet eine Benutzerschnittstelle, die Automatisierungskomponente 10-3 bildet eine Maschinensteuerung, die Automatisierungskomponente 10-4 bildet eine Echtzeitsteuerung, beispielsweise in Form eines Industrie-PCs, die Automatisierungskomponente 10-5 bildet eine dezentrale Eingabe-/Ausgabeeinheit, die Automatisierungskomponente 10-6 bildet einen Umrichter und die Komponente 10-n stellt eine Komponente mit einer weiteren, beliebigen Automatisierungsfunktion dar, die in dem gezeigten Automatisierungssystem benötigt wird. Das gezeigte Automatisierungssystem verfolgt einen dezentralen Ansatz, bei dem die im Automatisierungssystem benötigten Funktionen auf die entsprechenden Automatisierungskomponenten verteilt sind.
Eine jeweilige Automatisierungskomponente 10-1 bis 10-n umfasst einen Spannungsversorgungsanschluss 11 und eine Automatisierungskomponenten-Datenübertragungseinheit 12, die mit dem Spannungsversorgungsanschluss 11 gekoppelt und dazu ausgebildet ist, Daten über den Spannungsversorgungsanschluss 11 zu übertragen.
Die Spannungsversorgungskomponente 20 umfasst einen Ausgabeanschluss 21 zum Ausgeben einer Versorgungsspannung UV, wobei der Ausgabeanschluss 21 mit den jeweiligen Spannungsversorgungsanschlüssen 11 der Automatisierungskomponenten 10-1 bis 10-n mittels einer Spannungsversorgungsleitung 30 gekoppelt bzw. elektrisch verbunden ist.
Die Spannungsversorgungskomponente 20 umfasst weiter eine Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit 22, die mit dem Ausgabeanschluss 21 gekoppelt und dazu ausgebildet ist, Daten über den Ausgabeanschluss 21 zu den jeweiligen Automatisierungskomponenten 10-1 bis 10-n zu senden bzw. von diesen zu empfangen, einen Diagnoseanschluss 23 in Form einer Ethernet-Schnittstelle oder einer W-LAN-Schnittstelle zum Anschließen des Diagnosegeräts 60 über dessen nicht gezeigte Ethernet- bzw. W-LAN-Schnittstelle und eine Datenübertragungsvermittlungseinheit 24, die zwischen den Diagnoseanschluss 23 und die Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit 22 eingeschleift ist und die dazu ausgebildet ist, Daten, die am Diagnoseanschluss 23 von dem Diagnosegerät 60 empfangen werden, zur Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit 22 zu übertragen, und Daten, die von der Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit 22 empfangen werden, am Diagnoseanschluss 23 zum Diagnosegerät 60 auszugeben.
Die Spannungsversorgungskomponente 20 erzeugt aus einer Netzwechselspannung UN die Versorgungsgleichspannung UV mit einem Pegel von 24 V.
Die Automatisierungskomponenten 10-1 bis 10-n umfassen, zumindest teilweise, einen von ihrem jeweiligen Spannungsversorgungsanschluss 11 unabhängigen Netzwerkanschluss 13, der zum Anschließen an das lokale Netzwerk 50 bzw. den Feldbus 40 ausgebildet ist. Die Automatisierungskomponenten 10-2 bis 10-4 umfassen jeweils weiter einen zweiten unabhängigen Netzwerkanschluss 14, der es den genannten Automatisierungskomponenten ermöglicht, auch über den Feldbus 40 zu kommunizieren.
Wenn das in der Figur dargestellte Automatisierungssystem einer Diagnose zu unterziehen ist, beispielsweise im Zuge einer Inbetriebnahme oder bei einer Fehlersuche, kann beispielsweise ein Servicetechniker sein Diagnosegerät 60 über ein herkömmliches Ethernet-Kabel 70 mit dem Diagnoseanschluss 23 der Spannungsversorgungskomponente 20 verbinden. Eine zusätzliche Verkabelung mit den zu diagnostizierenden Automatisierungskomponenten 10-1 bis 10-n ist nicht notwendig.
Eine auf dem Diagnosegerät 60 ablaufende Software sendet unter Verwendung eines ersten (Datenübertragungs-)Protokolls, beispielsweise TCP/IP, Diagnosedaten zum Diagnoseanschluss 23, wobei die Diagnosedaten von der Datenübertragungsvermittlungseinheit 24 empfangen werden. Die Datenübertragungsvermittlungseinheit 24 führt eine Protokollumsetzung durch, indem das von dem Diagnosegerät 60 unterstützte Datenübertragungsprotokoll in ein Datenübertragungsprotokoll umgesetzt wird, das von den Automatisierungskomponenten 10-1 bis 10-n unterstützt wird. Anschließend werden die Daten zur Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit 22 übertragen. Die Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit 22 überträgt nun die Diagnosedaten über die Spannungsversorgungsleitung 30 mittels des geeignet umgesetzten Protokolls an die jeweiligen Automatisierungskomponenten 10-1 bis 10-n. Die Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit 22 kann beispielsweise die Schicht 1 im OSI-7-Schichtenmodell abbilden, d. h. die Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit 22 kann die Bitübertragung realisieren.
Damit die Automatisierungskomponenten 10-1 bis 10-n für sie vorgesehene Diagnosedaten aus dem übertragenen Diagnosedatenstrom entnehmen können, sind die Automatisierungskomponenten 10-1 bis 10-n jeweils mit einer eindeutigen Adresse versehen, die beispielsweise mittels Schiebeschaltern in den jeweiligen Automatisierungskomponenten 10-1 bis 10-n eindeutig einstellbar sind. Es versteht sich, dass auch andere Mechanismen der Adressvergabe, beispielsweise über ein Software-Protokoll, möglich sind.
Die derart adressierte Automatisierungskomponente sendet beispielsweise auf die vorangegangenen Diagnosedaten bzw. die Anforderung des Diagnosegeräts 60 entsprechende Antwort-Diagnosedaten zunächst über die Spannungsversorgungsleitung 30 und den Ausgabeanschluss 21 an die Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit 22, die diese wiederum an die Datenübertragungsvermittlungseinheit 24 weiterleitet. Die Datenübertragungsvermittlungseinheit 24 führt erneut eine Protokollumwandlung derart durch, dass Daten gemäß dem Protokoll am Diagnoseanschluss 23 ausgegeben werden, das von dem Diagnosegerät 60 unterstützt wird.
Zusammenfassend werden folglich Diagnosedaten zwischen den Automatisierungskomponenten 10-1 bis 10-n und dem Diagnosegerät 60 über die Spannungsversorgungskomponente 20 übertragen, wobei die Spannungsversorgungskomponente 20 eine Protokollumsetzung zwischen einem Protokoll, das von dem Diagnosegerät 60 unterstützt wird, und einem Protokoll, das von den Automatisierungskomponenten 10-1 bis 10-n unterstützt wird, vornimmt. Hierbei wird die bereits vorhandene Spannungsversorgungsleitung 30 als physikalisches Datenübertragungsmedium mit verwendet.
Für den Fall, dass eine Automatisierungskomponente beispielsweise aus einem sogenannten Zwischenkreis mit Betriebsenergie versorgt wird, dies kann beispielsweise bei Umrichtern der Fall sein, verfügt eine derartige Automatisierungskomponente dennoch über einen (Pseudo-)Spannungsversorgungsanschluss, der mit dem Ausgabeanschluss 21 der Spannungsversorgungskomponente 20 beispielsweise mittels vorkonfektionierten Verbindungsleitungen, beispielsweise Patch-Kabeln, verbunden werden kann.
Die gezeigten Ausführungsformen ermöglichen eine einfache und zuverlässige Diagnose des Automatisierungssystems, ohne dass hierzu eine zusätzliche Verkabelung benötigt wird.

Claims

Automatisierungssystem, umfassend: – mehrere Automatisierungskomponenten (10-1~10-n), jeweils umfassend: – einen Spannungsversorgungsanschluss (11) und – eine Automatisierungskomponenten-Datenübertragungseinheit (12), die mit dem Spannungsversorgungsanschluss (11) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, Daten über den Spannungsversorgungsanschluss (11) zu übertragen, und – eine Spannungsversorgungskomponente (20), umfassend: – einen Ausgabeanschluss (21) zum Ausgeben einer Versorgungsspannung (UV), wobei der Ausgabeanschluss (21) mit dem Spannungsversorgungsanschluss (11) einer jeweiligen Automatisierungskomponente (10-1~10-n) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Spannungsversorgungskomponente (20) weiter umfasst: – eine Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit (22), die mit dem Ausgabeanschluss (21) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, Daten über den Ausgabeanschluss (21) zu den jeweiligen Automatisierungskomponenten (10-1~10-n) zu senden oder von diesen zu empfangen, – einen Diagnoseanschluss (23) zum Anschließen eines Diagnosegeräts (60) und – eine Datenübertragungsvermittlungseinheit (24), die zwischen den Diagnoseanschluss (23) und die Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit (22) eingeschleift und dazu ausgebildet ist, Daten, die am Diagnoseanschluss (23) empfangen werden, zur Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit (22) zu übertragen, und Daten, die von der Spannungsversorgungskomponenten-Datenübertragungseinheit (22) empfangen werden, am Diagnoseanschluss (23) auszugeben.
Automatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Diagnoseanschluss der Spannungsversorgungskomponente einen Ethernet-Anschluss, einen Fast-Ethernet-Anschluss, einen Gigabit-Ethernet-Anschluss und/oder einen W-LAN-Anschluss umfasst.
Automatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgungskomponente die Versorgungsspannung als eine Gleichspannung aus einer Netzwechselspannung erzeugt.
Automatisierungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannung einen Pegel von 24 V aufweist.
Automatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungskomponente mindestens einen vom Spannungsversorgungsanschluss unabhängigen Netzwerkanschluss (13, 14) zum Anschließen an ein Datennetzwerk (40, 50) aufweist.
Verfahren zur Diagnose eines Automatisierungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Automatisierungssystem umfasst: – mehrere Automatisierungskomponenten (10-1~10-n) und – eine Spannungsversorgungskomponente (20) zur Spannungsversorgung der Automatisierungskomponenten (10-1~10-n), gekennzeichnet durch die Schritte: – Übertragen von Diagnosedaten zwischen den Automatisierungskomponenten (10-1~10-n) und einem Diagnosegerät (60) über die Spannungsversorgungskomponente (20), wobei die Spannungsversorgungskomponente (20) eine Protokollumsetzung zwischen einem Protokoll, das von dem Diagnosegerät (60) unterstützt wird, und einem Protokoll, das von den Automatisierungskomponenten (10-1~10-n) unterstützt wird, vornimmt.