DE102012014682A1 - Feldbussystem - Google Patents

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Abstract

Bei einem Feldbussystem, umfassend wenigstens ein als Masterbaugruppe ausgebildetes Busmodul mit wenigstens einer Anschlusseinrichtung zum Anschluss an ein Netzwerk und mit wenigstens einem Anschluss zum Anschluss eines parametrierbaren IO-Link-Device, kommt eine als IO-Link-Device ausgebildete Datenspeichereinrichtung zum Einsatz, die an den wenigstens einen Anschluss zum Anschluss eines IO-Link-Device anschließbar ist und in der sämtliche Parameter der an die Masterbaugruppe angeschlossenen IO-Link-Devices gespeichert sind und von der Masterbaugruppe auslesbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Feldbussystem und eine Datenspeichereinrichtung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
  • Stand der Technik
  • Im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Automatisierungstechnik haben sich zahlreiche genormte Feldbussysteme als Alternative zur parallelen Einzelverkabelung bewährt. Dabei werden an eine zentrale Steuereinrichtung eine Mehrzahl von sogenannten Feldbusmodulen über den Feldbus angeschlossen. An die Feldbusmodule werden wiederum Endgeräte angeschlossen. Zur Verbindung der Endgeräte an die Feldbusmodule werden in jüngerer Zeit IO-Link-Verbindungen verwendet. In diesem Fall übernehmen die Feldbusmodule die Rolle des IO-Link-Masters. Endgeräte sind beispielsweise Sensoren, Aktoren, Anzeigegeräte, Bediengerät bis hin zu kleineren Antrieben an Maschinen. Bei vielen Montageanlagen überschreitet nun der Platzbedarf für eine Verkabelung und für Schaltkästen für die Elektroinstallation nicht selten den Bauraum der Handhabungsmechanik. Fast immer übersteigen die Kosten für die Arbeitszeit und den Materialaufwand der Installation der Hardware zur Signalübertragung an die Maschine die Beschaffungspreise der angeschlossenen binären Sensoren und Aktoren. Um eine aufwendige Verkabelung zu vermeiden wurde daher nicht selten aus Kostengründen auf Sensoren mit Analogsignalen oder seriellen Schnittstellen, mehrkanalige parametrierbare Sensoren oder Geräte mit Diagnosefunktionen verzichtet, selbst dann, wenn deren Einsatz sinnvoll wäre.
  • Um nun diesem Problem zu begegnen hat ein Konsortium betroffener Hersteller einen neuen Standard für eine intelligente Sensor-/Aktorschnittstelle mit der Bezeichnung „IO-Link” spezifiziert. IO-Link soll als internationaler offener Standard in der Norm IEC 61131-9 genormt werden. IO-Link-Geräte werden über Beschreibungsdateien IODD, IO-Link Device Description, beschrieben. Die IODD als Beschreibungssprache soll in der Norm ISO 15745 als offener Standard genormt werden. Ein IO-Link ist eine bidirektionale, serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung für die Signalübertragung zwischen Sensoren und Aktoren und der IO-Ebene der Maschine. Grundsätzlich überträgt IO-Link Daten zwischen einem IO-Link-Master und einem angeschlossenen IO-Link-Gerät (Device) als Slave. Die Schnittstelle dient auch der Energieversorgung. Als IO-Link-Master stehen sowohl Feldbusmodule als auch SPS-Schnittstellenbaugruppen zur Verfügung. IO-Link ist abwärtskompatibel zu binären Standardsensoren und verwendet durchgängig ungeschirmte drei- oder fünfadrige Standardleitungen. Während Feldbusebene für die Verknüpfung einzelner Maschinen oder deren Bestandteile mit der Steuerung der Anlage verantwortlich ist, ist IO-Link der Maschinen- oder der Sensor-Aktor-Ebene zuzuordnen. Zur Feldbusebene zählen die meisten der standardisierten Feldbusse, wie sie im Maschinen- und Anlagenbau durchgängig zum Einsatz kommen. Gebräuchliche Feldbusse sind beispielsweise PROFIBUS-DP, Interbus, DeviceNet, CC-Link und CANopen. Darüber hinaus werden neuerdings auch auf Ethernet basierende Felsbusstandards wie PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT sowie Ethernet POWERLINK eingesetzt. Feldbusse sind besonders vorteilhaft bei der Überbrückung großer Entfernungen zwischen einzelnen Teilnehmern, die von mehreren 100 Metern bis zu teilweise über 10 km betragen können.
  • Neben rein funktionalen Signalen in einer Maschine sind dort auch immer Signale zu finden, die sicherheitsbezogen sind und die dem Schutz von Mensch und Maschine dienen. Gängige sichere Signale kommen von Sicherheitsgeräten und Sicherheitsschaltern, wie Türsicherheitsschaltern, Türverriegelungseinrichtungen, Lichtvorhängen, Not-Halt Schaltern usw. Im Folgenden werden unter „Sicherheitsgeräten” immer solche Sicherheitsgeräte und Sicherheitsschalter verstanden.
  • Bei derartigen Feldbussystemen müssen teilweise Feldbusmodule oder im Falle des Vorhandenseins von IO-Link-Devicen IO-Link-Device oder auch Masterbaugruppen ausgetauscht werden. Dabei ist generell ein Problem, die in den einzelnen Einrichtungen gespeicherten Daten, beispielsweise Adressen, Parameter und dergleichen zu replizieren.
  • Aus der DE 10 2008 060 004 B4 geht ein Feldbussystem der gattungsgemäßen Art hervor, bei dem mindestens ein Feldbusmodul einen Adressanschluss für mindestens einen Adressstecker aufweist und bei dem über Anschließen des mindestens einen Adresssteckers dem Feldbusmodul dessen Adresse im Netzwerk mitgeteilt wird. Der Stecker ist mittels einer Fixierungseinrichtung an einem Kabel und/oder einer Anwendung fixierbar und kann so nicht verlorengehen. Mittels des Steckers kann ein Feldbusmodul im Netzwerk adressiert und damit identifiziert werden. Hierzu ist in dem Stecker die Adresse gespeichert. Auf diese Weise kann die Adresse des Feldbusmoduls auf einfache Weise und insbesondere ohne hohen Herstellungsaufwand dem System mitgeteilt und damit das Feldbusmodul adressiert werden.
  • Bei Feldbussystemen, die über parametrierbare IO-Link-Devices verfügen, muss bei einem Austausch eines parametrierbaren IO-Link-Devices, beispielsweise aufgrund einer Störung oder eines Defekts, der Parametersatz des IO-Link-Devices wiederhergestellt werden.
  • Bekannt ist bei der Verwendung von IO-Link-Devicen in der Version 1.1, dass beim Tausch eines parametrierbaren IO-Link-Devices, beispielsweise eines Sensors oder Aktors, im Servicefall die automatische Replikation der Geräteparameter möglich ist, indem die Masterbaugruppe eine zuvor erstellte Kopie der Parameter des IO-Link-Devices in das eingetauschte Ersatzgerät überträgt und in diesem speichert. Dies geschieht selbsttätig beim ersten Anlauf der Kommunikationsverbindung zwischen der Masterbaugruppe (dem sogenannten IO-Link-Master) und dem neu eingetauschten IO-Link-Device. Auf diese Weise wird sehr vorteilhaft der Gerätetausch eines defekten Gerätes auf den mechanischen Austausch des defekten Gerätes reduziert. Die korrekte Parameterversorgung wird durch die Masterbaugruppe vorgenommen.
  • Problematisch ist nun jedoch, wenn die Masterbaugruppe, an der beispielsweise auch mehrere IO-Link-Devices angeschlossen sind, selbst getauscht werden muss.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Feldbussystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat nun den Vorteil, dass auch eine Masterbaugruppe, beispielsweise im Falle ihres Defekts, auf einfache Weise ausgetauscht werden kann, wobei auch hier der Austausch gewissermaßen auf den mechanischen Austausch reduziert wird. Dies geschieht dadurch, dass eine als IO-Link-Device ausgebildete Datenspeichereinrichtung, die an wenigstens einen Anschluss der Masterbaugruppe zum Anschließen eines IO-Link-Device angeschlossen wird und deren Speicher, in dem sämtliche Parameter der an die Masterbaugruppe angeschlossenen IO-Link-Devices gespeichert sind, von der Masterbaugruppe ausgelesen wird. Auf diese Weise werden aus dem Speicher der Datenspeichereinrichtung sämtliche Parameter aller an die Masterbaugruppe angeschlossenen IO-Link-Devices und auch weiterer, die Masterbaugruppe betreffende Daten ausgelesen und in einen entsprechenden Speicher einer neuen ausgetauschten Masterbaugruppe zurückgespeichert. Hierdurch kann auch der Austausch der Masterbaugruppe auf einen mechanischen Austausch reduziert werden, ohne dass mit sehr großem Herstellungsaufwand die Parameter sämtlicher an die Masterbaugruppe angeschlossener IO-Link-Devices neu eingelesen oder neu bestimmt werden müssten.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Feldbussystems möglich. So sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass die Datenspeichereinrichtung als IO-Link-Device-Stecker ausgebildet ist, der kabelabgangslos ist. In diesem Falle muss bei einem Austausch der Masterbaugruppe lediglich dieser IO-Link-Stecker in einen IO-Link-Steckplatz eingesteckt werden, um die Parametrierung sämtlicher an der Masterbaugruppe angeschlossenen IO-Link-Devices und der Masterbaugruppe selbst vorzunehmen. Eine solche Ausbildung als Stecker erweist sich insbesondere in der Praxis als sehr vorteilhaft.
  • Bevorzugt verfügt die Datenspeichereinrichtung über eine Kommunikationseinrichtung zu bidirektionalen Kommunikation mit der Masterbaugruppe. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass in der Datenspeicherspeichereinrichtung immer die neuesten Daten der Masterbaugruppe, insbesondere im Falle von über die Zeit veränderbaren Parametern, zur Verfügung gestellt werden.
  • Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Datenspeichereinrichtung über den IO-Link-Device-Anschluss im eingesteckten Zustand mit Energie versorgbar ist. Auf diese Weise kann eine separate Energieversorgung entfallen.
  • Vorteilhafterweise weist die Datenspeichereinrichtung wenigstens ein Bedienelement, beispielsweise einen Taster, eine Tastatur oder dergleichen und eine optische und/oder akustische Anzeigeeinrichtung auf. Diese Anzeigeeinrichtung dient der optischen/akustischen Anzeige einer erfolgreichen Übertragung der Daten (Parameter) an die Masterbaugruppe.
  • Im Sinne einer einfachen und robusten Handhabung ist vorgesehen, dass die Datenspeichereinrichtung, also insbesondere der IO-Link-Device-Stecker, an einer flexiblen Fixiereinrichtung an der Masterbaugruppe oder einer zu dieser führenden oder von dieser wegführenden Leitung fixierbar ist. Auf diese Weise kann die Datenspeichereinrichtung „nicht verlorengehen”.
  • Rein prinzipiell können die unterschiedlichsten Feldbussysteme zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt ist der Einsatz eines Ethernet-basierten Netzwerks.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • In der Figur ist schematisch ein von der Erfindung Gebrauch machendes Feldbussystem dargestellt.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In der Figur ist schematisch ein Feldbussystem zur Steuerung von Endgeräten, die als IO-Link-Devices ausgebildet sind, dargestellt. Ein zentrales Steuergerät, ein Controller 100, ist zum einen als PLC (Programmable Logic Control), zum anderen als F-Steuereinrichtung (Fail Safe-Steuereinrichtung) ausgebildet. Das bedeutet, dass der Controller 100 sowohl gewöhnliche Endgeräte als auch Sicherheitsgeräte steuern bzw. deren Daten verarbeiten kann. Über einen Feldbus 102 sind mit diesem zentralen Controller 100 Masterbaugruppen 110, 140 angeschlossen, wobei über eine IO-Link-Verbindung 111 ein IO-Link-Device 113 angeschlossen ist, das nicht sicherheitsrelevant ist, das also kein Sicherheitsgerät ist. Über eine IO-Link-Verbindung 112 ist ein Sicherheitsgerät 114, beispielsweise ein Lichtvorhang, ein Lichtgitter, ein Receiver, eine Lichtschranke, ein Laserscanner, etc. angeschlossen. In der Figur ist schematisch ein Lichtvorhang dargestellt. Dieser Lichtvorhang ist beispielsweise in einem sicherheitsrelevanten Bereich einer Maschine angeordnet und soll verhindern, dass die Maschine bedienbar ist, wenn eine Person sich im Bereich der Lichtstrahlen des Lichtvorhangs befindet.
  • An die weitere Masterbaugruppe 140 sind über IO-Link-Verbindungen 141, 145 weitere, nicht sicherheitsrelevante IO-Link-Devices 143, 147 angeschlossen, beispielsweise ein RFID-Lesegerät, ein Messgerät oder dergleichen. Darüber hinaus ist über eine IO-Link-Verbindung 148 ein Sicherheitsgerät 142 angeschlossen, beispielsweise in Form eines Verteilers mit sicheren Ein- und Ausgängen, an die beispielsweise ein Not-Ausschalter 144 oder ein Hydraulikventil 146 angeschlossen sind. Die Betätigung des Not-Ausschalters 144 ist eine sicherheitsrelevante Steuergröße, genauso wie die Ansteuerung des Hydraulikventils 146 oder die Unterbrechung der Lichtstrahlen des Lichtvorhangs 114. Die IO-Link-Devices kommunizieren mit den jeweiligen Masterbaugruppen 110, 140 jeweils bidirektional auf an sich bekannte Weise. Viele der IO-Link-Devices sind nun parametrierbar, d. h. es müssen vor der Inbetriebnahme oder während des Betriebs Parameter appliziert werden. Wird nun ein IO-Link-Device aufgrund beispielsweise eines Defekts ausgetauscht, so ist in einem (nicht dargestellten) Speicher der jeweiligen Masterbaugruppe 110, 140 eine Kopie der aktuell gültigen Parameter des entsprechenden IO-Link-Devices gespeichert, die beim Austausch eines IO-Link-Devices in einen entsprechenden Speicher des IO-Link-Devices rückgespeichert werden, sodass das ausgetauschte IO-Link-Device sofort über die aktuell gültigen korrekten Parameterwerte verfügt. Auf diese Weise reduziert sich der Austausch eines IO-Link-Devices lediglich auf den mechanischen Austausch des IO-Link-Devices. Aufwendige Parametrierungen oder Applikationen von neuen Datensätzen können vollständig entfallen.
  • Problematisch ist nun jedoch, wenn die gesamte Masterbaugruppe 110, 140, beispielsweise aufgrund eines Defektes, ausfällt und ausgetauscht werden muss, im Controller 100 jedoch keine angemessene Unterstützung z. B. durch einen Parameterserver vorhanden ist. In diesem Falle müsste eine Kopie aller Parameter der Devices erstellt und im Master 110 gespeichert werden. Dies ist nur unter einer im allgemeinen unerwünschten Zuhilfenahme des sogenannten Engineeringsystems möglich. Um diesen Aufwand überflüssig zu machen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einer externen Datenspeichereinrichtung 105, 106 sämtliche von den IO-Link Devices stammende Datensätze, also sämtliche Parameter und weitere Datensätze sämtlicher IO-Link-Devices, sowohl sicherheitsrelevanter als auch nicht sicherheitsrelevanter IO-Link-Devices 113, 114, 143, 147, 142 gespeichert sind. Die Speichereinrichtung 105, 106 verfügt insoweit über einen gespiegelten Datensatz der jeweiligen Masterbaugruppe 110, 140. Beim Austausch der Masterbaugruppe 110, 140 muss nunmehr nur der jeweilige Datensatz der Datenspeichereinrichtung 105, 106 in die jeweilige Masterbaugruppe 110, 140 rückgelesen werden. Nach erfolgreicher Rückspeicherung sind dann sämtliche Parameter sämtlicher IO-Link-Devices wieder in der ausgetauschten Masterbaugruppe 110, 140 verfügbar. Ganz besonders vorteilhaft erweist es sich, dass die Datenspeichereinrichtung 105, 106 als IO-Link-Device-Stecker ausgebildet ist, der jeweils über eine flexible Fixiereinrichtung 107, 108 entweder an der jeweiligen Masterbaugruppe 110, 140 oder einer von oder zu der Masterbaugruppe 110, 140 führenden Leitung angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Stecker 105, 106 nicht verlorengehen. Die Rückspeicherung der Datensätze erfolgt dann durch einfaches Einstecken des IO-Link-Device-Steckers 105 bzw. 106 in eine IO-Link-Device-Buchse eines der an der jeweiligen Masterbaugruppe 110, 140 angeschlossenen IO-Link-Devices 113, 114 bzw. 143, 147, 142. Durch die Ausbildung als IO-Link-Stecker, der an eine beliebige IO-Link-Device-Buchse angeschlossen wird, können zusätzliche Hardware-Maßnahmen vollständig entfallen. Der Austausch der Masterbaugruppe 110, 140 kann auf schnellstmögliche Weise erfolgen. Durch Rückspeichern der Datensätze aus der Speichereinrichtung in Form des Steckers 105, 106 können sofort und unmittelbar nach dem Austausch der Masterbaugruppe 110, 140 sämtliche Parameter rückgespeichert werden. Besonders vorteilhaft verfügt hierzu der Stecker jeweils über wenigstens ein Bedienelement 1050 bzw. 1060, z. B. einen Taster oder eine Tastatur oder dergleichen und über eine akustische und/oder optische Anzeigeeinrichtung 1051 bzw. 1061. Diese optische/akustische Anzeigeeinrichtung kann ein optisches und/oder akustisches Signal zur Bestätigung einer erfolgreichen Rückspeicherung der Datensätze abgeben.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008060004 B4 [0006]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Norm IEC 61131-9 [0003]
    • Norm ISO 15745 [0003]

Claims (13)

  1. Feldbussystem, umfassend wenigstens ein als Masterbaugruppe (110; 140) ausgebildetes Busmodul mit wenigstens einer Anschlusseinrichtung zum Anschluss an ein Netzwerk und mit wenigstens einem Anschluss zum Anschluss eines insbesondere parametrierbaren IO-Link-Device (113, 114; 143, 147, 142), gekennzeichnet durch eine als IO-Link-Device ausgebildete Datenspeichereinrichtung (105; 106), die an den wenigstens einen Anschluss zum Anschluss eines IO-Link-Device anschließbar ist und in der sämtliche Parameter der an die Masterbaugruppe (110; 140) angeschlossenen IO-Link-Devices (113, 114; 143, 147, 142) gespeichert sind und von der Masterbaugruppe (110; 140) auslesbar sind.
  2. Feldbussystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenspeichereinrichtung (105; 106) als IO-Link-Device-Stecker ausgebildet ist.
  3. Feldbussystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenspeichereinrichtung (105; 106) eine Kommunikationseinrichtung zur bidirektionalen Kommunikation mit der Masterbaugruppe (110; 140) aufweist.
  4. Feldbussystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenspeichereinrichtung (105; 106) über den IO-Link-Device-Anschluss im eingesteckten Zustand mit Energie versorgbar ist.
  5. Feldbussystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenspeichereinrichtung (105; 106) wenigstens ein Bedienelement (1050; 1060) und eine optische und/oder akustische Anzeigeeinrichtung (1051; 1061) umfasst.
  6. Feldbussystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische und/oder akustische Anzeigeeinrichtung (1050; 1060) die erfolgreiche Übertragung der Parameter von und zur Masterbaugruppe (110; 140) anzeigt.
  7. Feldbussystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenspeichereinrichtung (105; 106) über eine flexible Fixiereinrichtung an der Masterbaugruppe (110; 140) fixierbar ist.
  8. Feldbussystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenspeichereinrichtung (105; 106) dazu eingerichtet ist, direkt mit IO-Link Devices (113, 114; 143, 147, 142) verbunden zu werden, um deren Parametersätze direkt und ohne Zwischenschaltung der Masterbaugruppe (110, 140) auszulesen und zurückzuspeichern.
  9. Feldbussystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk Ethernet-basiert ist.
  10. Datenspeichereinrichtung (105; 106) zur Verwendung in einem Feldbussystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie als IO-Link Device ausgebildet ist und eingerichtet ist, unmittelbar oder mittelbar über Masterbaugruppen (110, 140) sämtliche Parameter von IO-Link Devices auszulesen, zu speichern und in das IO-Link Device zurückzulesen.
  11. Datenspeichereinrichtung (105; 106) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens ein Bedienelement (1050; 1060) und wenigstens eine optische und/oder akustische Anzeigeeinrichtung (1053; 1061) umfasst.
  12. Datenspeichereinrichtung (105; 106) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine optische und/oder akustische Anzeigeeinrichtung die erfolgreiche Übertragung der Parameter von und zu einer Masterbaugruppe (110; 140) des Feldbussystems und/oder von und zu einem IO-Link Device (113, 114; 143, 147, 142) anzeigt.
  13. Datenspeichereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine flexible Fixiereinrichtung aufweist.
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