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Stand der Technik
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AS-Interface (oder „ASi”) ist ein eingeführtes und genormtes1
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- IEC 62026-2: Part 2: Actuator Sensor Interface (AS-i), Part 2: Actuator Sensor Interface (AS-i); 2000; oder: Kriesel, W. R., Madelung, O. W. (Hrsg.): AS-Interface Das Aktuator-Sensor-Interface für die Automation; 213 S., 2. deutsche Auflage, Carl Hanser Verlag 1999, ISBN 3-446-21064-4; oder aktualisiert: AS-International Association: Complete Specification Version 3.0 Rev. 3 (2010) und Annex A and B to the Complete AS-Interface Specification; Version 3.0, Revision 3 (2010)
Bussystem für einfache Sensoren und Aktuatoren („Slaves”), die in computergesteuerten Prozessen oder Anlagen verwendet werden. Die Steuerung der Kommunikation obliegt dabei dem Master des Netzes, der im aktiven Busbetrieb kontinuierlich alle Slaves in der Reihenfolge ihrer Adressen zyklisch aufruft, solange von ihm kein Fehler detektiert wird. Neue Slaves tragen die Adresse „0”. Sie werden vom Master im zyklischen Busbetrieb nicht aufgerufen.
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Die Slaves können Bestandteil eines Gerätes sein, also eines Sensors oder Aktuators, oder sie bilden separate Einheiten, sogenannte Module, an die konventionelle externe Sensoren oder Aktuatoren ohne eigenen AS-Interface-Anschluss angeschlossen werden. Bei einfachen Slaves wird die Kommunikation meist über einen Slave-IC abgewickelt. Die Funktion eines Slave-ICs kann jedoch in Geräten mit eigener Rechenkapazität auch durch Emulation der Slavefunktion innerhalb des Gerätes übernommen werden.
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Geräte mit höherem Kommunikationsbedarf können mehrere Slaves in einem Gehäuse enthalten. Ein Beispiel sind Ventilinseln mit mehreren voneinander unabhängigen Ventilen. Ein solches Gerät bildet dann einen „Mehrfachslave”.
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Jeder Slave, bei Mehrfachslaves jeder Teilslave, verfügt über 4 Codes E/A, ID, ID1 und ID2 mit einer Datenbreite von je 4 bit. Sie beschreiben seine Funktion, sein „Profil”, entsprechend der Spezifikation von AS-Interface (Annex A in Zitat 1). Davon sind 3 Codes, nämlich E/A, ID und ID2, so eng mit der Funktion des jeweiligen Slaves verbunden, dass sie nur vom Hersteller festgelegt werden können und dann unveränderlich sind. Der vierte Code, von der Spezifikation „ID1” genannt, ist nur für wenige Profile festgelegt.
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Bei AS-Interface tragen in der „standard addressing mode” alle betriebsbereiten Slaves eine Adresse zwischen 1 und 31, in der A/B-Technik, der sogenannten „extended addressing mode”, wird zusätzlich noch unterschieden zwischen „A-Slaves” und „B-Slaves”. Die Adresse wird vom Anwender beim Aufbau eines Netzes durch Adressierung vergeben und dann dauerhaft im Slave dauerhaft gespeichert. Bei Bedarf kann die Adresse vom Anwender verändert werden. Bei Slaves, die für die „extended addressing mode” zugelasen sind, ist ein Bit des ID1-Codes für die Unterscheidung von „A” und „B”-Slaves reserviert und wird vom Anwender bei der Adressierung festgelegt. Die übrigen 3 bit bzw. 4 bit (in der „standard addressing mode”) sind nicht festgelegt und werden meist nicht genutzt.
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Die vier genannten Codes aller Slaves eines Netzes werden vom Master abgerufen und zusammen mit der Adresse der Slaves im Master in einer „Liste der projektierten Slaves” abgelegt, die dem Master zur kontinuierlichen Kontrolle des richtigen Aufbaus des Netzes dient. Weichen die Daten eines oder mehrerer Slaves von dieser Liste ab, so stoppt der Master den aktiven Busbetrieb.
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Fabrikneue Slaves tragen zunächst die Adresse „0”. Die Adressierung oder die Umadressierung von Slaves kann auf mehreren Wegen erfolgen:
- (1) Slaves können über spezielle Adressiergeräte ohne Rücksicht auf das Profil des Slaves adressiert werden. Bei einzelnen Slaves kann das Adressiergerät den Adressierbefehl über das Buskabel übermitteln und dabei gleichzeitig den zu adressierenden Slave mit Spannung versorgen. In einer Variante kann bei aufgebautem Netz die Adressierung über eine besondere Adressierbuchse des Slaves oder einen optischen Zugang erfolgen, wobei dann keine Rückwirkung des Adressierbefehls auf die übrigen Slaves im Netz erfolgt.
- (2) Solange der zyklische Busbetrieb abgeschaltet ist, kann die Adressierung im Netz über den Master erfolgen. Hierbei werden alle angeschlossenen Slaves über das AS-Interface Netz mit Spannung versorgt. Der zu adressierende Slave muss dann als einziger die Adresse „0” besitzen oder er muss sie zunächst durch Umadressierung erhalten. Die verschiedenen Slaves müssen also nacheinander an das Netz angeschlossen werden.
- (3) Durch „Autoadressierung”: Wenn ein Slave im aktiven Busbetrieb ausgefallen ist und durch einen neuen Slave mit der Adresse „0” ersetzt wird, kann dieser unter bestimmten Bedingungen vom Master automatisch die Adresse des ausgefallenen Slaves erhalten.
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Diese Autoadressierung ist eine Besonderheit von AS-Interface. Sie hat das Ziel, eine defekte Applikation wieder schnell und ohne den Eingriff eines besonders geschulten Technikers lauffähig zu machen.
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Altere Master führen die Autoadressierung eines neuern Slaves mit der Adresse 0 neben anderen Bedingungen nur dann durch, wenn genau ein Slave in der Liste der projektierten Slaves fehlt und wenn der neue Slave die Adresse „0” und dasselbe Profil wie der ersetzte Slave hat. Seit der oben zitierten Ausgabe der Complete Specification kann eine Autoadressierung optional auch dann stattfinden, wenn mehrere Slaves aus der Liste der der konfigurierten Slaves fehlen. Master, in denen diese Option realisiert ist, werden im Folgenden als „Master mit Mehrfachautoadressierung” bezeichnet. Diese Master führen die Autoadressierung allerdings nur dann durch, wenn ein einziger Slave die Adresse „0” führt. Dieser Slave erhält dann diejenige Adresse, die der ersetzte mit den denselben Codes hatte.
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Damit ist Voraussetzung für diese erweiterte Autoadressierung, dass die Slaves einzeln, also nach einander, in das Netz eingefügt werden. Ein ersetzter Mehrfachslave erfüllt diese Bedingung nicht: Die Teilslaves kommen gleichzeitig an das Netz. Für ersetzte Mehrfachslaves kann also die Autoadressierung auch mit einem Master mit Mehrfachautoadressierung bisher nicht genutzt werden. Dieser Stand der Technik ist unbefriedigend.
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Ähnliches gilt beim Netzaufbau: Ein Mehrfachslave lässt sich hier nicht vom Master aus adressieren, solange mehrere Teilslaves die Adresse „0” haben. Mehrfachslaves benötigen daher nach dem Stand der Technik immer Adressierbuchsen für die Teilslave. Auch dies ist ein unbefriedigender Zustand.
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Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren gibt einen Weg an, wie Mehrfachslaves, die in einer Applikation ausgetauscht werden müssen, durch Autoadressierung in das AS-Interface Netz aufgenommen werden können. Es eröffnet zugleich einen Weg, neue Mehrfachslaves vom Master aus zu adressieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Tatsache, dass ein Master mit Mehrfachautoadressierung bei der Prüfung, ob jeweils nur ein einziger Slave mit einem bestimmten Profil ausgefallen ist, alle vier Codes E/A, ID, ID1 und ID2 überprüft und dass der ID1Code bisher nur eingeschränkt genutzt wird. Es ist Stand der Technik ein Bit dieses Codes in der „extended addressing mode” zur Unterscheidung von „A”- und „B”-Slaves zu nutzen. Die übrigen Bits des ID1-Codes (4 bit im Fall der „standard addressing mode”; 3 bit im Fall der „extended addressing mode”) stehen im allgemeinen dem Anwender zur Verfügung und können von ihm vorgegeben werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren legt als ersten neuen Schritt fest, dass alle Teilslaves sich wenigstens in einem ihrer Profile unterscheiden müssen. Bei Teilslaves, die sich in ihren Codes E/A, ID und ID2 nicht unterscheiden, steht für die Realisierung dieser Forderung der ID1-Code zur Verfügung. Wegen der freien Datenbreite des ID1-Codes von 4 bzw. 3 bit bestehen hierzu pro Slave 16 bzw. 8 Möglichkeiten für die Vergabe des ID1-Codes. Mit diesem Verfahrensschritt unterscheiden sich die Teilslaves so voneinander, dass ein Master mit Mehrfachautoadressierung grundsätzlich in der Lage ist, einen Autoadressierungsbefehl bei Mehrfachslaves auszuführen.
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Der zweite Schritt ist, dafür zu sorgen, dass die einzelnen Teilslaves jeweils eine andere Adresse, nämlich diejenige des ersetzten Teilslaves erhalten können. Erfindungsgemäß wird dazu in den Mehrfachslave ein Baustein aufgenommen, im folgenden „Supervisor” genannt, der die Teilslaves mit der Adresse „0” nacheinander zur Adressierung durch den Master freigibt, also immer nur einen, während die übrigen Teilslaves mit der Adresse „0” inaktiv geschaltet werden. Sobald der erste Teilslave eine von „0” verschiedene Adresse erhalten hat, gibt der Supervisor den zweiten Teilslave zur Adressierung frei und so weiter bis schließlich alle Teilslaves adressiert sind und das Netz wieder in den aktiven Busbetrieb übergehen kann. Auf diese Weise kann ein Master mit Mehrfachautoadressierung die einzelnen Teilslaves nacheinander adressieren.
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In einem dritten Schritt sichert das erfindungsgemäße Verfahren die einwandfreie Funktion der Adressierung eines korrekten Ersatzslaves ab: Für Mehrfachslaves eines bestimmten Typs, die unter einander austauschbar sein sollen, werden die einzelnen Teilslaves in gleicher Weise durch ihre Profile identifiziert. Damit wird sichergestellt, dass die Autoadressierung beim Austausch identischer Mehrfachslaves funktioniert.
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Die genannten drei Schritte entsprechen Anspruch 1.
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Zur Absicherung gegen spätere Eingriffe, die zu Fehlfunktionen führen konnten, können die 3 bzw. 4 bit des ID1-Codes, die zur Kennzeichnung der Teilslaves verwendet werden, vom Hersteller des Mehrfachslaves unveränderlich gespeichert werden (Anspruch 2).
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Zur Realisierung der meisten AS-Interface Slaves werden ICs verwendet, die alle Slavefunktionen der Spezifikation realisieren. Diese Slave-ICs haben Ausgänge, die das Vorhandensein einer Adresse „0” signalisieren und haben Eingänge, über die der IC zeitweise inaktiv geschaltet werden kann. Diese Ein- und Ausgänge können direkt vom Supervisor genutzt werden, um darüber das Vorhandensein einer Adresse „0” zu erkennen bzw. um solche Slaves inaktiv zu schalten (Ansprüche 3 und 4).
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Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet zusätzlich die Möglichkeit, in der Konfigurationsphase eines Netzes die Teilslaves einzeln vom Master aus zu adressieren. Dadurch können Adressierbuchsen an den Teilslave entfallen. Die Teilslaves erhalten einzeln vom Master den Adressierbefehl. Bei dieser Art der Adressierung findet kein Vergleich mit der Liste der projektierten Slaves statt, daher kann diese Adressierung auch von einem Master ohne die Option der Mehrfachautoadressierung durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise wird dazu optisch signalisiert, welcher Teilslave gerade vom Supervisor freigegeben wird. Dazu können optische Anzeigen genutzt werden, die den Status der Teilslaves signalisieren, (Anspruch 5).
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Erfindungsgemäß wird der Supervisor dann und nur dann aktiv, wenn zwei oder mehr Teilslaves die Adresse „0” haben und mit Spannung versorgt werden. Das hat mehrere Gründe: Im zyklischen Busbetrieb darf der Supervisor keinen Einfluss auf die Slaves nehmen. Werden die Teilslaves mit Hilfe eines Adressiergerätes einzeln adressiert und werden sie dabei einzeln mit Spannung versorgt, so darf der Supervisor auch darauf keinen Einfluss nehmen. Während der Autoadressierung sind alle Teilslaves am Netz und der Supervisor muss in der beschriebenen Weise aktiv sein (Anspruch 6).
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Auf die Vergabe von typabhängigen ID1-Codes kann unter Umständen verzichtet werden, beispielsweise wenn das erfindungsgemäße Verfahren nur dazu genutzt wird, die Adressierung durch den Master in der Konfigurationsphase zu ermöglichen (Anspruch 7).
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Vorteile und wirtschaftlicher Wert der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die Besonderheit der Autoadressierung von AS-Interface Slaves, die bisher nur bei Einzelslaves funktionierte, auf Mehrfachslaves erweitert wird. Damit wird im Störungsfall der Service für AS-Interface Netze wesentlich vereinfacht. Das Verfahren gestattet es außerdem, Mehrfachslaves beim Aufbau eines Netzes vom Master aus adressieren und dadurch bei Mehrfachslaves auf die heute üblichen Adressierbuchsen für einzelne Teilslaves verzichten zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEC 62026-2: Part 2: Actuator Sensor Interface (AS-i), Part 2: Actuator Sensor Interface (AS-i); 2000 [0001]
- Kriesel, W. R., Madelung, O. W. (Hrsg.): AS-Interface Das Aktuator-Sensor-Interface für die Automation; 213 S., 2. deutsche Auflage, Carl Hanser Verlag 1999, ISBN 3-446-21064-4 [0001]
- AS-International Association: Complete Specification Version 3.0 Rev. 3 (2010) und Annex A and B to the Complete AS-Interface Specification; Version 3.0, Revision 3 (2010) [0001]