DE102012214693A1 - Electronic slave device of a single-master-slave system of automation technology - Google Patents
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Abstract
Slavegerät (10v) für ein Single-Master-Slave-System (50) der Automatisierungstechnik und/oder industriellen Meß- und Steuertechnik, das zumindest Prozeßdaten (Meß- und/oder Steuerdaten, ggf. be-/verarbeitetet) des zu messenden (Sensor) oder zu steuernden (Aktor) industriellen bzw. Automatisierungs-Prozesses über eine drahtgebundene Kommunikationsleitung datenseriell vom Master (30m) empfangen kann bzw. an diesen senden kann, wobei das Slavegerät (10v) mindestens aufweist: a) eine Anschaltung zum Anschluss an die Kommunikationsleitung sowie, b) eine Leiterplatte (1) mit einem Slavegerät-ASIC (10va) und/oder einer elektronischen Ablaufsteuerung als Bauelement (12) auf einer Leiterplatte (1) des Slavegerätes (10v), c) eine in- oder externe Hauptstromversorgung, über die die Slavegerät-(10)-Komponenten (12) im Betriebszustand des Slavegerätes (10v) bzw. des Systems (50) mit elektrischer Energie versorgbar bzw. versorgt sind. Das Slavegerät (10v) hat mindestens ein elektronisches Speicherbauelement mit einem nichtflüchtigen Speicher, wobei das bzw. ein Speicherbauelement (20) über eine drahtgebundene Speicherzugriffsschnittstelle (Drahtschnittstelle) direkt oder indirekt datenübertragungsseriell mit dem Slave-ASIC (10va) und/oder einer elektronischen Ablaufsteuerung des Slavegerätes (10v) verbunden ist. Dieses Speicherbauelement (20) hat eine zweite, funk- und antennebasierte Speicherzugriffsschnittstelle (Funkschnittstelle) für einen Sendefrequenzbereich eines Funkmasters (40) von 0,5 bis 2000 GHz als Eingang für den in das Speicherbauelement (20) integrierten Transponder.Slave device (10v) for a single-master-slave system (50) of automation technology and / or industrial measurement and control technology, the at least process data (measurement and / or control data, possibly processed / processed) of the measured (sensor ) or to control (actuator) industrial or automation process via a wired communication line data serially from the master (30m) can receive or send to this, the slave device (10v) at least comprising: a) a connection for connection to the communication line and, b) a printed circuit board (1) with a slave ASIC (10va) and / or an electronic sequence control as a component (12) on a printed circuit board (1) of the slave device (10v), c) an internal or external main power supply in the operating state of the slave device (10v) or of the system (50), the slave device (10) components (12) can be supplied or supplied with electrical energy. The slave device (10v) has at least one electronic memory device with a nonvolatile memory, wherein the or a memory device (20) via a wired memory access interface (wire interface) directly or indirectly datenübertragungsseriell with the slave ASIC (10va) and / or electronic sequencing of the Slave device (10v) is connected. This memory component (20) has a second, radio- and antenna-based memory access interface (radio interface) for a transmission frequency range of a radio master (40) from 0.5 to 2000 GHz as an input for the transponder integrated in the memory component (20).
Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Slavegerät eines Single-Master-Slave-Systems der Automatisierungstechnik und/oder industriellen Technik für die Verarbeitung, Wandlung und Ausgabe der Messwerte eines in das Slavegerät integrierten Sensors oder eines an das Slavegerät per Verbindungskabel anschließbaren analogen, binären oder digitalen Sensorgerätes und ein Single-Master-Slave-System mit mindestens einem Slavegerät. The invention relates to an electronic slave device of a single-master-slave system of automation technology and / or industrial technology for the processing, conversion and output of the measured values of a sensor integrated in the slave device or an analogue, binary or digital sensor device connectable to the slave device by means of a connection cable and a single-master-slave system with at least one slave device.
Dieses Slave-Gerät ist im Betriebszustand über eine Verbindungsleitung mit dem Master des Systems verbunden. Das Slavegerät hat einen Slave-ASIC mit einer Ablaufsteuerung, ggf. mit einem Analog/Digital-Umsetzungsteil und mit einen Digitalteil, wobei das Analogteil an die Verbindungsleitung angeschlossen ist bzw. anschließbar ist und die von der Verbindungseitung übertragenen, Adreßbits und Informationsbits enthaltenen Signale empfängt bzw. die von der Verbindungsleitung zu übertragenden, Informationsbits enthaltenen Signale abgibt, wobei das Analog/Digital-Umsetzungsteil über die Verbindungsleitung empfangene analoge Signale in digitale Signale umwandelt bzw. digitale Signale in von der Verbindungsleitung zu übertragende analoge Signale umwandelt. Das Digitalteil wertet einerseits die vom Analogteil über das Analog/Digital-Umsetzungsteil kommenden Signale aus und verarbeitet diese, wenn die in den Signalen enthaltenen Adreßbits mit einer dem Slave zugeordneten Adresse übereinstimmen. Andererseits verarbeitet das Analog/Digital-Umsetzungsteil zum Analogteil gehende Signale. This slave device is connected in the operating state via a connecting line to the master of the system. The slave device has a slave ASIC with a sequence control, possibly with an analog / digital conversion part and with a digital part, wherein the analog part is connected to the connection line or can be connected and receives the signals transmitted by the Verbindungsseitung, address bits and information bits or emits the information bits contained in the connection line to be transmitted, wherein the analog / digital conversion part converts analog signals received via the connection line into digital signals or converts digital signals into analog signals to be transmitted from the connection line. On the one hand, the digital part evaluates the signals coming from the analog part via the analog / digital conversion part and processes these if the address bits contained in the signals coincide with an address assigned to the slave. On the other hand, the analog-to-digital conversion part processes signals going to the analog part.
Bis vor einigen Jahren war es bei Feldbussystemen aus Kosten- und Platzgründen nicht möglich, binäre Sensoren oder Aktuatoren direkt busfähig zu machen. Durch hochintegrierte Technologien können heute Sensoren neben dem eigentlichen Schaltzustand noch weitere Funktionen liefern, die Einstell- und Diagnosemöglichkeiten der Sensoren oder Aktuatoren bieten. Diese Funktionen mussten bisher durch zusätzliche Leitungen und damit zusätzlichem Verdrahtungsaufwand realisiert werden. Um diese Nachteile zu beheben, wurde der Aktuator-Sensor-Interface-Standard, ASi-Standard genannt, geschaffen, der ein Feldbuskonzept darstellt, mit dem binäre Aktuatoren und Sensoren mit der untersten bzw. ersten Steuerungsebene verknüpft werden, um sie kommunikationsfähig zu machen. Das ASi-System wird als verhältnismäßig neuartige Schnittstelle für die industrielle Kommunikation eingesetzt und belegt den Bereich unterhalb der bisherigen Feldbussysteme. Es verbindet insbesondere binäre Sensoren und Aktuatoren über eine Sammelleitung mit der ersten Steuerungsebene, z.B. einer SPS oder einem PC. Das ASi-System besteht aus mehreren ASi-Slaves, einem ASi-Master und einer oder mehreren ASi-Leitungen. Kernstück des ASi-Systems ist der ASi-Slave des Slavegerätes, der in der Regel als ASi-Chip (ASIC) realisiert ist und mit dem die Aktuatoren bzw. Sensoren an die ASi-Leitung digital angekoppelt werden. Der ASi-Chip wird konstruktiv entweder in ein Modul eingebaut, an das dann konventionelle Aktuatoren und Sensoren angeschlossen werden, oder er wird direkt in den Aktuator bzw. Sensor eingebaut. Der ASi-Master bildet die Schnittstelle zwischen den Aktuatoren bzw. Sensoren und dem Kern der Steuerung, beispielsweise einer SPS oder einem PC. Die ASi-Leitung ist im Allgemeinen ein ungeschirmtes Zwei-Leiter-Flachbandkabel oder ein Standard-Rundkabel, über das gleichzeitig Signale und Energie übertragen werden. Das ASi (Aktuator-Sensor-Interface) ersetzt dabei den Kabelbaum, Verteilerschränke, Klemmleisten usw. durch ein einfaches Zweileiter-Flachbandkabel, über das ASi-Daten mit den Peripherie-Elementen ausgetauscht werden und das diese zugleich mit Energie versorgt. Mit einem sogenannten separaten ASi-Anschluss in Form eines standardisierten Moduls, der Teil der Busstruktur ist, macht ASi zunächst einmal die meisten konventionellen Peripherie-Elemente busanschlussfähig. Beim integrierten ASi-Anschluss befindet sich hingegen in einem Sensor- oder Aktor-Gerät ein sogenannter Slave-Baustein, der dadurch selbst busfähig ist. Der ASi-Master übernimmt alle Aufgaben, die für die Abwicklung des Busbetriebs der Slaves notwendig sind einschließlich von Aufgaben der Initialisierung und der Diagnose. Über den ASi-Master ist an den Feldbus ein übergeordneter Verarbeitungsrechner, wie speicherprogrammierbare Steuerung oder Bus-Rechner oder PC oder VME-Busrechner, angeschlossen, dem sämtliche Signale aller ASi-Slaves zugeführt werden, wobei der ASi-Master gewährleistet, dass die Signale dem Verarbeitungsrechner in einem festen Zeitrahmen zur Verfügung gestellt werden und umgekehrt die Steuerungsbefehle des Verarbeitungsrechners den ASi-Slaves aufgegeben werden. Der ASi-Master stellt außerdem sicher, dass hinzugekommene Slaves erkannt und ausgefallene Slaves an den Verarbeitungsrechner gemeldet werden. Der ASi-Master passt somit die ASi-Funktionen der Slaves an das externe Verarbeitungssystem des Verarbeitungsrechners an. Das ASi-System überträgt die Informationen zwischen einem Master und den verschiedenen Slaves nicht parallel, sondern seriell. In jedem Abfragezyklus werden Informationen seriell vom Master zu jedem Slave und zurück übertragen. Sie können als Ein- oder als Ausgabedaten benutzt werden. Um keine zu großen Wartezeiten bei der seriellen Übertragung der Informationen vom Master zu den einzelnen Slaves bzw. umgekehrt zu haben, ist für das ASi-System eine bestimmte Struktur der über die ASi-Leitung übertragenen Signale vorgegeben. Der Dialog des ASi-Masters mit einem ASi-Slave besteht immer aus der Kombination von Telegramm des ASi-Masters und Antworttelegramm des ASi-Slaves. Das Telegramm des ASi-Masters wird auch als Masteraufruf, das Antworttelegramm des ASi-Slaves als Slaveantwort bezeichnet. Über die am Anfang des Masteraufrufs stehenden Adreßbits wird jedem ASi-Slave mitgeteilt, ob die nachfolgende Information für ihn oder für einen anderen ASi-Slave bestimmt ist. Jedem ASi-Slave ist also eine fünf Bit lange Adresse zugeordnet, wobei die Adresse 0 eine Sonderfunktion hat. Sie wird üblicherweise bei der Herstellung als Defaultwert benutzt, d. h. herstellungsmäßig ist den ASi-Slaves die Adresse 0 zugewiesen. Wenn dann beispielsweise ein defekter ASi-Slave ausgetauscht wird, wird im neuen ASi-Slave die Adresse 0 durch die Adresse des ausgefallenen ASi-Slaves ersetzt, was durch ein entsprechendes Kommando des ASi-Masters an den neuen ASi-Slave ausgeführt werden kann. For cost and space reasons, it was not possible until a few years ago to make binary sensors or actuators directly bus compatible with fieldbus systems. Thanks to highly integrated technologies, today's sensors can provide additional functions in addition to the actual switching state, which offer setting and diagnostic options for the sensors or actuators. Up to now, these functions had to be realized by additional cables and thus additional wiring. To overcome these drawbacks, the actuator-sensor interface standard, called the ASi standard, has been created, which is a fieldbus concept that links binary actuators and sensors to the lowest and first control levels, respectively, to make them communicative. The ASi system is used as a relatively new interface for industrial communication and occupies the area below the previous fieldbus systems. In particular, it connects binary sensors and actuators via a bus to the first control level, eg a PLC or a PC. The ASi system consists of several ASi slaves, one ASi master and one or more ASi cables. The heart of the ASi system is the ASi slave of the slave device, which is usually implemented as an ASi chip (ASIC) and with which the actuators or sensors are digitally coupled to the ASi line. The ASi chip is either built into a module, to which conventional actuators and sensors are connected, or it is installed directly in the actuator or sensor. The ASi master forms the interface between the actuators or sensors and the core of the controller, for example a PLC or a PC. The ASi cable is generally an unshielded two-conductor ribbon cable or a standard round cable, which simultaneously transmits signals and power. The ASi (Actuator Sensor Interface) replaces the wiring harness, distribution cabinets, terminal strips, etc. with a simple two-conductor ribbon cable, which exchanges ASi data with the peripheral elements and simultaneously supplies them with energy. With a so-called separate ASi connection in the form of a standardized module, which is part of the bus structure, ASi makes first of all the most conventional peripheral elements bus-connectable. In the case of the integrated ASi connection, however, a so-called slave module is located in a sensor or actuator device and is therefore capable of being bus-enabled. The ASi master takes over all tasks that are necessary for the execution of the bus operation of the slaves, including tasks of initialization and diagnostics. Via the ASi master, a superordinate host computer, such as a programmable logic controller or bus computer or PC or VME bus computer, is connected to the field bus, to which all signals of all ASi slaves are fed, whereby the ASi master ensures that the signals are sent to the Host computers are provided in a fixed time frame and vice versa, the control commands of the host computer are given to the ASi slaves. The ASi master also ensures that additional slaves are detected and failed slaves are reported to the host computer. The ASi master thus adapts the ASi functions of the slaves to the external processing system of the host computer. The ASi system does not transmit the information between a master and the different slaves in parallel, but serially. In each polling cycle, information is transmitted serially from master to each slave and back. They can be used as input or as output data. In order not to have too long waiting times for the serial transmission of the information from the master to the individual slaves or vice versa, a certain structure of the signals transmitted via the ASi line is specified for the ASi system. The dialog of the ASi master with an ASi slave always consists of the combination of telegram of the ASi master and response telegram of the ASi slave. The telegram of the ASi master is also called Master call, the response telegram of the ASi slave referred to as slave response. Via the address bits at the beginning of the master call, each ASi slave is informed whether the following information is intended for it or for another ASi slave. Each ASi slave is thus assigned a five-bit long address, the address 0 has a special function. It is usually used as the default value during manufacture, ie the ASi slaves are assigned the address 0 as per production. If, for example, a defective ASi slave is replaced, the new ASi slave replaces the address 0 with the address of the failed ASi slave, which can be executed by a corresponding ASi master command to the new ASi slave.
Im Bereich der Automatisierungstechnik sind auch Single-Master-Systeme als Punkt-zu-Punkt-Verbindungs-Systeme wie IO-Link bekannt. IO-Link basiert auf der bekannten 3-Leiter-Verbindung eines digitalen Schaltsignales, bei dem das Schaltsignal als serielles Telegramm ausgeführt wird. So lassen sich zusätzliche Informationen als serielles Protokoll zwischen I/O-Ebene und Feldgerät austauschen. IO-Link beschreibt eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen einer Peripherie-Anschaltung und einem Feldgerät. IO-Link ist das originelle und effektive Konzept zur einheitlichen Anbindung von Sensoren und Schaltgeräten an die Steuerungsebene mittels einer kostengünstigen Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Der neue Kommunikationsstandard unterhalb der Feldbusebene ermöglicht eine zentrale Fehlerdiagnose und -ortung bis zur Sensor-/Aktorebene und erleichtert die Inbetriebsetzung und die Instandhaltung, indem sich Parameterdaten direkt aus der Applikation heraus dynamisch ändern lassen. Das Ergebnis: höhere Anlagenverfügbarkeit und reduzierter Entwicklungsaufwand. Als offene Schnittstelle lässt sich IO-Link in alle gängigen Feldbus- und Automatisierungssysteme integrieren. Dieser Typ der seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindung für die Maschinenebene für Signalübertragung und Energieversorgung ist
- a) Abwärtskompatibel für schaltende Standard-PNP-Sensoren
- b) hat zwei Betriebsmodi: Standard-I/O-Modus (SIO), IO-Link-Modus
- c) erlaubt die bidirektionale Signalübertragung im Halbduplex-Betrieb
- d) hat drei Parametriermöglichkeiten: automatisch über die Steuerung, manuell über Gerät in eine SPS, oder über externes Gerät/Werkzeug z. B. PC mit einem USB-IO-Link-Master
- e) nutzt 24-V-Pulsmodulation für die serielle Kommunikation über eine ungeschirmte
- a) Backward compatible with switching standard PNP sensors
- b) has two operating modes: standard I / O mode (SIO), IO-Link mode
- c) allows bidirectional signal transmission in half-duplex mode
- d) has three parameterization options: automatically via the controller, manually via the device to a PLC, or via external device / tool, for example. Eg PC with a USB-IO-Link master
- e) uses 24V pulse modulation for serial communication over an unshielded one
Dreidrahtleitung mit Abwärtskompatibilität für binäre und analoge Standardsensoren. Three-wire cable with backward compatibility for binary and analog standard sensors.
Das IO-Link-Verbindungssystem besteht aus folgenden Komponenten:
- a) der I/O-Baugruppe (IO-Link-Master, IO-Link-Steuergerät) in beliebiger Schutzart (z.B. IP20 oder IP65/67) sowie einer theoretisch unbegrenzten Anzahl von Ports, die eine IO-Link-Master-Funktionalität bieten,
- b) dem Medium, also der Verbindungsleitung zwischen dem IO-Link-Master-Port und dem Sensor/Aktor. Das Medium stellt die gleichen Anforderungen an die Leitungsparameter oder die Pinbelegung des Steckverbinders wie eine Standard-Sensor/Aktor-Leitung, die heute für binäre Signale eingesetzt wird. Die Leitung darf bis zu 20 m lang sein,
- c) dem IO-Link-Device, das eine beliebige Abbildung von Eingangs- und Ausgangsbits sein kann.
- a) the I / O module (IO-Link master, IO-Link controller) in any degree of protection (eg IP20 or IP65 / 67) and a theoretically unlimited number of ports that offer IO-Link master functionality .
- b) the medium, ie the connection cable between the IO-Link master port and the sensor / actuator. The medium places the same requirements on the line parameters or the pin assignment of the connector as a standard sensor / actuator line, which is used today for binary signals. The pipe may be up to 20 m long,
- c) the IO-Link device, which can be any mapping of input and output bits.
Im einfachsten Fall handelt es sich um ein Gerät mit einem Bit Prozessdaten, im komplexeren Fall um eine Komponente mit analogen Prozessdaten sowie binären Schaltsignalen. Der Standard IO-Link beschreibt eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung für die Signalübertragung von Sensoren und Aktoren bis zum Klemmenkasten an der Maschine. IO-Link ist abwärtskompatibel zu binären Standardsensoren durch Verwendung der ungeschirmten Dreidrahtleitungen von Standard-Sensoren sowie durch unterschiedliche Betriebsmodi der Kommunikationssoftware. In Abgrenzung zur Feldebene, welche die einzelnen Maschinen und die Steuerung einer Anlage verbindet, ist IO-Link also der Maschinenebene, die auch als Sensor-Aktor-Ebene bezeichnet wird, zuzuordnen. Der Feldebene zuzuordnen sind die überwiegende Mehrzahl der standardisierten Feldbusse welche im Maschinen- und Anlagenbau Einsatz finden. Beispiele für verbreitete Feldbusse sind Profibus-DP, Interbus, DeviceNet und CANopen. Stark ansteigend sind auf Ethernet basierende Feldbusstandards wie Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT und Ethernet Powerlink. Feldbusse eignen sich für große Entfernungen und 3 überbrücken oft mehrere 100 m zwischen den Teilnehmern und Gesamtentfernungen von teilweise über 10 km. Bis auf Ausnahmen sind diese leistungsfähigen Bussysteme auf Maschinenebene nicht wirtschaftlich einsetzbar. Auf der Maschinenebene ist IO-Link als Punkt-zu-Punkt-Verbindung von Sensor-Aktor-Bussystemen wie dem AS-Interface abzugrenzen, bei welchen die Adressierung und Datenübertragung zwischen den Teilnehmer über eine gemeinsame Leitung erfolgt. IO-Link ist eine serielle Schnittstelle zur gleichzeitigen Übertragung von Energieversorgung und Signalen über eine konventionelle Dreidrahtleitung. Im Gegensatz zu anderen seriellen Schnittstellen wie RS-232 oder USB benötigt IO-Link keine geschirmten Kabel und ist abwärtskompatibel für nicht IO-Link-fähige binäre Sensoren und Aktoren mit Dreidrahtanschluss. Mit günstigen Kosten sowie gleichermaßen wirtschaftlicher Einsetzbarkeit sowohl bei einfachen binären als auch bei komplexen intelligenten Geräten erfüllt IO-Link alle Voraussetzungen, um sich als Standard-Schnittstelle für den Anschluss von Sensoren und Aktoren auf Maschinenebene durchzusetzen – in der Bedeutung vergleichbar mit der USB-Schnittstelle als Standard zum Anschluss von Computerperipherie. Kerngedanken bei IO-Link sind einerseits die Verwendung der bei binären Sensoren und Aktoren weit verbreiteten ungeschirmten Dreidrahtleitung für Signalübertragung und Energieversorgung sowie andererseits die Abwärtskompatibilität zu nicht IO-Link-fähigen Geräten. Die Datenübertragung per IO-Link erfolgt grundsätzlich zwischen einem IO-Link-Master und einem angeschlossenen IO-Link-Gerät (Device) als Slave bzw. Slavegerät. Als IO-Link-Master stehen sowohl Feldbus-Anschaltbaugruppen als auch SPS-Schnittstellenbaugruppen zur Verfügung. IO-Link-fähige Standardgeräte können entweder über spezielle Standard-IO-Ports oder über die kompatiblen IO-Link-Ports des Masters angeschlossen werden. (in Anlehnung an „IO-Link – die USB-Schnittstelle für die Sensor- Aktor-Ebene“,
Ein Feldbus wie z. B. Profibus, Bitbus und ASi, wobei ASi als Sensor-Aktor-Netzwerk ein Felbbussystem der untersten Ebene verkörpert, verbindet in einer Anlage Feldgeräte wie Messfühler (Sensoren) und Stellglieder (Aktoren) zwecks Kommunikation mit einem Steuerungsgerät. Wenn mehrere Kommunikationsteilnehmer ihre Nachrichten über dieselbe Leitung senden, dann muss festgelegt sein, wer (Kennung) was (Messwert, Befehl) wann (Initiative) sagt. Hierfür gibt es normierte Protokolle. Unter einem Feldbus versteht man im allgemeinen einen seriellen Bus, der einfache Knoten (intelligente Sensoren und intelligente Aktuatoren), aber auch komplexere Steuereinheiten miteinander verbindet. In der Automatisierungspyramide zählt er zur untersten Ebene. Seit einigen Jahren versteht man es besser, die Intelligenz zu dezentralisieren und die einzelnen Systemeinheiten über serielle Bussysteme miteinander zu verbinden. Zwei Dinge waren hierfür ausschlaggebend. Erstens hat man gelernt, Daten zunehmend störsicher und auch preiswerter zu übertragen, z. B. Schnittstelle RS485, und zweitens erlaubt die Integration von ASICs nicht nur preisgünstig Intelligenz in den vordersten Knoten zu verlegen, sondern die hohe Packungsdichte moderner elektronischer Einheiten garantiert zusätzlich geringe Störeinstrahlungen und Reflexionen auf den Leitungen. Die Vorteile der seriellen Busleitungen und der relativ preiswerten und leistungsfähigen industriellen Single-Master-Slave-Systeme liegen auf der Hand. Es werden Verlegungskosten eingespart, und das gleich in mehrfacher Hinsicht. Zum einen lässt sich die Anzahl der Leitungen drastisch senken und damit auch die Verlegungskosten. Zum anderen wird die Verlegung der verbleibenden Leitungen um ein Vielfaches leichter: Der Anschluss jeder Einheit ist gleich, die Adressierung erfolgt in einer höheren Abstraktionsebene, und eine Automatisierung vieler Systemfunktionen gestaltet sich wesentlich einfacher als die konventionelle zentrale Steuerungstechnik. A fieldbus such. As Profibus, Bitbus and ASi, ASi as sensor-actuator network embodies a Felbbussystem the lowest level, connects in a system field devices such as sensors (sensors) and actuators (actuators) for the purpose of communication with a control device. If several communication participants send their messages over the same line, then it must be determined who (identifier) what (measurement, command) when (initiative) says. There are standardized protocols for this. A fieldbus is generally understood to be a serial bus that connects simple nodes (intelligent sensors and intelligent actuators), but also more complex control units. In the automation pyramid he counts to the lowest level. For some years it has been better to decentralize the intelligence and to connect the individual system units via serial bus systems. Two things were crucial for this. First, it has learned to transfer data increasingly immune to interference and cheaper, z. For example, the RS485 interface, and secondly, the integration of ASICs not only allows low-cost intelligence in the foremost node to lay, but the high packing density of modern electronic units also guarantees low interference and reflections on the lines. The advantages of the serial bus lines and the relatively inexpensive and powerful industrial single-master-slave systems are obvious. It saves installation costs, and in several ways. On the one hand, the number of lines can be drastically reduced and thus also the installation costs. On the other hand, the laying of the remaining lines is much easier: the connection of each unit is the same, the addressing takes place on a higher level of abstraction, and an automation of many system functions is much easier than the conventional central control technology.
Nachteilig an solchen Single-Master-Slave-Systemen ist, dass die Übertragung von Nichtprozeßdaten, wie Konfigurationsdaten oder Betriebssoftware bzw. deren Aktualisierungen, vom Master über das Anschlußkabel zum Slavegerät aufgrund der geringen Datenübertragungsraten, insbesondere bei ASi- und IO-Link recht lange dauern können. Außerdem setzt diese Art ein verkabeltes und betriebsfähiges System voraus. Für die Nichtmaster-Adressierung von Slavegeräten und/oder die System- bzw. Kommunikations-Diagnose gibt es unterschiedliche Verfahren und Geräte, die z.T. recht teuer sind. Ein einheitliches Konzept für die Ermittlung und/oder Übertragung solcher Kommunikations- und Nichtprozeßdaten existiert nicht. A disadvantage of such single-master-slave systems is that the transmission of non-process data, such as configuration data or operating software or their updates from the master via the cable to the slave device due to the low data transfer rates, especially in ASi and IO-Link take quite a long time can. Moreover, this type requires a wired and operational system. There are different methods and devices for the non-master addressing of slave devices and / or the system or communication diagnosis. are quite expensive. A unified concept for the identification and / or transmission of such communication and non-process data does not exist.
Aufgabe der Erfindung ist es, zumindest einige solcher Nachteile zu beheben, insbesondere für recht einfache bzw. preiswerte industrielle Single-Master-Slave-Systeme wie ASi und IO-Link. The object of the invention is to remedy at least some of these disadvantages, in particular for fairly simple or inexpensive industrial single-master-slave systems such as ASi and IO-Link.
Diese Aufgabe wird vorteilhaft durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Das erfindungsgemäße Slavegerät ist Teil eines erfindungsgemäßen Single-Master-Slave-System der Automatisierungstechnik und/oder industriellen Meß- und Steuertechnik, das zumindest Prozeßdaten (Meß- und/oder Steuerdaten, ggf. be-/verarbeitetet) des zu messenden (Sensor) oder zu steuernden (Aktor) industriellen bzw. Automatisierungs-Prozesses über eine drahtgebundene Kommunikationsleitung datenseriell vom Master empfangen kann bzw. an diesen senden kann. Das Slavegerät weist u. a. ein elektronisches Speicherbauelement mit einem nichtflüchtigen Speicher auf. Das Speicherbauelement ist über eine drahtgebundene Speicherzugriffsschnittstelle (Drahtschnittstelle) direkt oder indirekt datenübertragungsseriell mit dem Slave-ASIC und/oder einer elektronischen Ablaufsteuerung des Slavegerätes verbunden. Es hat neben der drahtgebundenen Schnittstelle zum Slave-ASIC bzw. einem evtl. vorhandenen Mikroprozessor- oder Microcontroller-Bauelement eine zweite, funk- und antennebasierte Speicherzugriffsschnittstelle (Funkschnittstelle) für einen Sendefrequenzbereich eines Funkmasters von 0,5 bis 2000 GHz als Eingang für den in das Speicherbauelement integrierten Transponder. Das Slavegerät und das Speicherbauelement sind so gestaltet sind, dass Nichtprozeßdaten, vorzugsweise Produktions- und/oder Identifizierungs-Daten des Slaves und/oder seiner Bestandteile, elektronische Typschilddaten, Slave-Adreßdaten, Konfigurations- und/oder Parametrierungs-Software und/oder -Daten, vom schreib- und/oder leseberechtigten Funkmaster über eine Luftstrecke und diese Funkschnittstelle datenseriell in dessen nichtflüchtigen Speicher bzw. einen seiner Speicherbereiche geschrieben werden können bzw. geschrieben sind. Das Speicherbauelement hat neben einem Arbiter eine integrierte Hilfsstromversorgung. Diese ermöglicht es dem Speicherbauelement im Zusammenspiel mit der Antenne des Slavegerätes, dass unabhängig vom Zustand „Fehlende Betriebsspannung“ hinsichtlich der Hauptstromstromversorgung des Speicherbauelementes und/oder des Slavegerätes über die Luftstrecke der Funkschnittstelle das Speicherbauelement mit soviel elektrischer Antenne-Energie aus der Sendeenergie des in der Nähe des Slavegerätes befindlichen Funkmasters versorgt werden kann bzw. versorgt ist, dass diese Nichtprozeßdaten in den nichtflüchtigen Speicher schreiben und/oder ausgelesen werden können. Dies setzt voraus, dass der Funkmaster vom Slavegerät über diese Funkstrecke die Genehmigung zum Schreiben und/oder Auslesen erhalten hat. Nichtprozeßdaten, die vom Funkmaster erhalten und eingelesen wurden, können zumindest vom Slave-ASIC über diese Drahtschnittstelle des Speicherbauelementes, vorzugsweise auch über die Kommunikationsleitung, im betriebsfähigen Zustand des Slave-ASICs und/oder des Slavegerätes datenseriell ausgelesen werden. Dazu ist der Slavegerät-ASIC oder Mikroprozessor bzw. Microcontroller als Master und das Speicherbauelement als Slave eines Master-Slave-Datenbusses ausgebildet. Standardisierte und etablierte, preiswerte Systeme sind vorzugsweise: RS232, SPI, SCI oder IIC/I2C. Da zur Erfüllung von Aufgaben des Slavegerätes ein Mikroprozessor oder ein Mikrocontroller aufgrund seiner sehr guten Preis-Leistungsverhältnisses vorteilhaft einsetzbar ist, kann dieser gleichzeitig auch als Master dieses Master-Slave-Bussystems eingesetzt werden. Vorteilhaft ist es natürlich, wenn auch der Master des Single-Master-Slave-Systems diese Nichtprozeßdaten erhalten kann bzw. auf Anforderung erhält bzw. selber Nichtprozeßdaten an das Slavegerät senden kann, die dann auftragsgemäß mittels dieses Master-Slave-Bussystemes in den nichtflüchtigen Speicher bzw. einen bestimmten Speicherbereich des zweikanaligen Funk-Speicherbauelementes geschrieben werden. This object is solved by the independent claims. The slave device according to the invention is part of a single-master-slave system according to the invention of automation technology and / or industrial measuring and control technology, the at least process data (measurement and / or control data, possibly processed / processed) of the measured (sensor) or to be controlled (actuator) industrial or automation process via a wired communication line data serially received by the master or can send to this. The slave device includes, among other things, an electronic memory device having a nonvolatile memory. The memory component is connected via a wired memory access interface (wire interface) directly or indirectly datenübertragungsseriell with the slave ASIC and / or an electronic flow control of the slave device. It has, in addition to the wired interface to the slave ASIC or a possibly existing microprocessor or microcontroller component, a second, radio- and antenna-based memory access interface (radio interface) for a transmission frequency range of a radio master from 0.5 to 2000 GHz as the input for the in the memory device integrated transponder. The slave device and the memory component are designed so that non-process data, preferably production and / or identification data of the slave and / or its constituent parts, electronic nameplate data, slave address data, configuration and / or parameterization software and / or data, are written by the write and / or read-only radio mast via an air gap and this radio interface to its nonvolatile memory or one of its memory areas can or are written. The memory component has an integrated auxiliary power supply in addition to an arbiter. This allows the memory component in conjunction with the antenna of the slave device, regardless of the state "lack of operating voltage" with respect to the main power supply of the memory device and / or the slave device over the air gap of the radio interface, the memory device with so much electrical antenna energy from the transmission energy of in the Near the slave device located Funkmasters can be supplied or is supplied that write this non-process data in the non-volatile memory and / or can be read. This presupposes that the radio master has received from the slave device via this radio link the authorization to write and / or read out. Non-process data obtained and read in by the radio master can be read out from the slave ASIC via this wire interface of the memory component, preferably also via the communication line, in the operable state of the slave ASIC and / or the slave device. For this purpose, the slave ASIC or microprocessor or microcontroller is designed as a master and the memory component as a slave of a master-slave data bus. Standardized and established low cost systems are preferably: RS232, SPI, SCI or IIC / I2C. Since a microprocessor or a microcontroller can advantageously be used to fulfill tasks of the slave device because of its very good price-performance ratio, it can simultaneously also be used as the master of this master-slave bus system. It is advantageous, of course, if the master of the single-master-slave system can receive this non-process data or receives on request or can send non-process data to the slave device, then the order by means of this master-slave bus system in the non-volatile memory or a specific memory area of the two-channel radio-memory component are written.
Im Folgenden werden einige Anwendungen und Vorteile der Erfindung aufgezählt:
Immer mehr Feldbus- und ASi-Slave-Geräte enthalten programmierbare Mikrorechner (Microcontroller oder Mikroprozessoren). Die Funktionalität wird dadurch in steigendem Maße durch die Firmware in diesen Geräten bestimmt. In der Produktion werden oft zunächst nur Grundgeräte hergestellt, die erst im letzten Produktionsschritt die eigentliche Funktionalität durch Herunterladen der richtigen Firmware und anschließende Kalibrierung erhalten. Das gegenwärtige ASi erlaubt keinen Firmwaredownload über die Kommunikationsschnittstelle, daher ist eine separate Programmierschnittstelle vorzusehen. Für die Rückverfolgung bei Chargen- oder Bauteilefehlern sind Serien- oder Chargennummern und deren Zuordnung zu den Produktionsdaten nötig. Diese Rückverfolgung erfordert bei den üblichen entkoppelten Produktionsschritten einen hohen, aber trotzdem fehleranfälligen, administrativen Aufwand. Um diesen Aufwand zu vermeiden, erhalten Geräte oft mehrere an den jeweiligen Bauteilen aufgedruckte oder aufgeklebte Seriennummern, die nur schwer oder gar nicht auszuwerten sind. Um eine sichere Überprüfung der Firmware-Version eines eingelagerten Slavegerätes vornehmen zu können, muss das Gerät elektrisch an ein Diagnosewerkzeug angeschlossen werden. Die auf dem Gerät oder der Verpackung aufgedruckten Versionsnummern können fehlerhaft sein. Parametrierbare Funktionalitäten sollen dem Anwender der Geräte einen größeren Nutzen bieten. Um die neuen einstellbaren Funktionalitäten Anwenderseitig nutzen zu können, erhalten die Geräte Kommunikationsschnittstellen, die zudem immer preisgünstiger realisierbar sind. ASi ist eine sehr preisgünstige Kommunikationsschnittstelle. Dadurch steigt die Anzahl parametrierbarer und diagnosefähiger Geräte in Anlagen sprunghaft an. Für die Identifikation der Slavegeräte bei Inbetriebnahme und Betrieb einer Anlage sind daher eindeutige Kennzeichen wie ASi-Adressen und Betriebsmittelkennzeichen (BMKZ) immer wichtiger. Die mechanische Montage von Anlagen erfolgt meist nicht durch den für die Inbetriebnahme zuständigen Programmierer und oft ohne Anbindung an den zentralen Steuerschrank. Daher wird die Adressierung der Geräte erst im bereits montierten Zustand über den ASi-Master oder durch Verbindung von Slavegerät und Adressiergerät mit einem speziellen Programmierkabel ausgeführt. Die Betriebsmittelkennzeichen werden ausgedruckt und mechanisch am Gerät angebracht. Diese BMKZ können beschädigt werden oder sogar verloren gehen. Die Adressierung über den ASi-Master kann nur mit jeweils einem neuen Gerät (Slaveadresse) erfolgen. Die erhöhten Qualitäts- und Garantie-Ansprüche an Gerätehersteller und an Anlagenhersteller erfordern eine Überwachung der verwendeten Geräte, um die Verwendung minderwertigerer Geräte in Form von Fälschungen ausschließen zu können. Dazu könnten RFID Tags in Geräte eingebaut werden, welche bei Überprüfungen in der Anlage oder in Rückläufern ausgelesen und verifiziert werden können. Das Auslesen ist ausschließlich durch ein RFID -Lesegerät möglich, die zentrale Systemdiagnose hat keinen Zugriff auf diese Daten. Für den Endanwender ergibt sich allerdings kein direkter Nutzen aus dieser RFID Lösung, daher ist die Akzeptanz gering. Aus diesem Grund wird diese Funktionalität bisher nicht bei ASi eingesetzt. Im Fall eines mechanischen oder elektrischen Ausfalls eines Gerätes können die dort eingestellten Parameter wie auch die protokollierten Betriebsdaten meist nicht mehr ausgelesen werden. Die Diagnose der protokollierten Betriebsdaten ist dann nicht mehr möglich. Die Parametrierung von Austauschgeräten ist daher nur dann möglich, wenn diese Einstellungen im überlagerten System (z. B. Feldbus) gesichert wurden. Dies ist bei ASi aber nur mit der Verwendung von sehr speziellen Slaveprofilen möglich. Eine zentrale Diagnose erleichtert die Fehlersuche im System, ist aber bei ASi nur sehr begrenzt verfügbar. Die Diagnose vor Ort erfordert aber immer noch ein Bedieninterface am Endgerät. Expertensysteme als Diagnosehilfe im Endgerät erfordern viel Aufwand im Gerät und erfordern ebenso ein Bedieninterface. Zurzeit ist der Anschluss eines Adressiergerätes mit einem Klinkenstecker möglich. Zur Adressierung wird das Slavegerät aus dem Adressiergerät mit Energie versorgt. Eine Alternative dazu existiert für gegenwärtige ASi-Systeme in Form einer Infrarot-Schnittstelle, die optional in Geräte eingebaut werden kann. Dabei muß das Slavegerät über die ASi-Schnittstelle versorgt sein, das Adressiergerät kommuniziert aber über Infrarot -LED’s mit dem ASi-ASIC. Der ASi-Master kann nicht gleichzeitig mit dem Slavegerät kommunizieren. Die Diagnosefunktionalität ermöglicht eine umfangreiche zentrale System- und Gerätediagnose. Da der Klinkenstecker das Gerät vom Bus trennt, ist auch auf diesem Weg während des Busbetriebs keine dezentrale Diagnose am Gerät möglich. Die Leistung der Akkumulatoren des Adressiergerätes muss erhöht werden, da viel mehr Teilnehmer pro Master anschließbar sind und mit der größeren Anzahl der Einstelldaten die Zeit des Projektiervorgangs deutlich verlängert wird. Durch die Erfindung ist es möglich, ohne die Dichtigkeits- oder Komfortprobleme der bekannten Lösungen drahtlos mittels einer preiswerten Technologie wie RFID oder NFC Nichtprozeßdaten, z.B. gerätspezifische Daten sowohl über die Funkschnittstelle als auch über die Nichtfunkschnittstelle ein- und auszulesen. Ein besonderer Vorteil ist, dass für das Aus- oder Auslesen derartiger Daten in bzw. aus dem Speicherbauelement mittels des Funkmasters der Datenverkehr zwischen dem Master und dem Slavegerät des Single-Master-Systems nicht unterbrochen werden muß. In the following some applications and advantages of the invention are enumerated:
More and more fieldbus and ASi slave devices contain programmable microcomputers (microcontrollers or microprocessors). The functionality is thus increasingly determined by the firmware in these devices. In production, often only basic devices are manufactured, which only in the last production step get the actual functionality by downloading the correct firmware and subsequent calibration. The current ASi does not allow firmware download via the communication interface, therefore a separate programming interface should be provided. Traceability of batch or part defects requires serial or batch numbers and their assignment to production data. In the case of the usual decoupled production steps, this tracing requires a high, but nevertheless error-prone, administrative effort. In order to avoid this expense, devices often receive several printed on the respective components or glued serial numbers that are difficult or impossible to evaluate. In order to be able to carry out a secure check of the firmware version of an embedded slave device, the device must be electrically connected to a diagnostic tool. The version numbers printed on the device or packaging may be incorrect. Parameterizable functionalities should offer the user of the devices a greater benefit. In order to be able to use the new adjustable functionalities on the user side, the devices receive communication interfaces, which are also always cheaper to implement. ASi is a very reasonably priced communication interface. As a result, the number of parameterizable and diagnostics-capable devices in systems increases abruptly. For the identification of the slave devices during commissioning and operation of a system, therefore, unique identifiers such as ASi addresses and equipment designations (BMKZ) are becoming increasingly important. The mechanical installation of systems is usually not done by the programmer responsible for commissioning and often without connection to the central control cabinet. Therefore, the addressing of the devices is carried out only in the assembled state via the ASi-master or by connecting the slave device and addressing device with a special programming cable. The equipment labels are printed out and mechanically attached to the device. These DTM can be damaged or even lost. Addressing via the ASi master can only be carried out with one new device (slave address). The increased quality and warranty demands on equipment manufacturers and equipment manufacturers require monitoring of the equipment used to rule out the use of inferior equipment in the form of counterfeiting. For this purpose, RFID tags could be installed in devices which can be read out and verified during checks in the system or in returns. Reading out is only possible with an RFID reader, the central system diagnostics does not have access to this data. For the end user, however, there is no direct benefit from this RFID solution, so the acceptance is low. For this reason, this functionality is not yet used in ASi. In the case of a mechanical or electrical failure of a device, the set there Parameter as well as the logged operating data are usually no longer read. The diagnosis of the logged operating data is then no longer possible. The parameterization of replacement devices is therefore only possible if these settings have been saved in the higher-level system (eg fieldbus). This is possible with ASi but only with the use of very special slave profiles. A central diagnosis facilitates troubleshooting in the system, but is very limited in ASi available. However, the diagnosis on site still requires a user interface on the terminal. Expert systems as diagnostic aid in the terminal require a lot of effort in the device and also require a user interface. Currently it is possible to connect an addressing device with a jack plug. For addressing, the slave device is supplied with energy from the addressing device. An alternative exists for current ASi systems in the form of an infrared interface, which can optionally be incorporated into devices. The slave device must be supplied via the ASi interface, but the addressing device communicates via infrared LEDs with the ASi-ASIC. The ASi master can not communicate with the slave device at the same time. The diagnostic functionality enables comprehensive central system and device diagnostics. Since the jack plug disconnects the device from the bus, no decentralized diagnosis is possible on the device during bus operation. The capacity of the accumulators of the addressing device must be increased because many more devices per master can be connected and the larger number of setting data considerably lengthens the time of the configuration process. The invention makes it possible, without the Dichtigkeits- or comfort problems of the known solutions wirelessly by means of a low-cost technology such as RFID or NFC non-process data, eg device-specific data via both the radio interface and the non-radio interface on and read. A particular advantage is that the data traffic between the master and the slave device of the single-master system does not have to be interrupted for reading out or reading out such data into or out of the memory component by means of the wireless master.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments. Show it:
Die Erfindung wird nachfolgend weitergehend erläutert:
Das Slavegerät
- a) eine Anschaltung zum Anschluss an die Kommunikationsleitung sowie
- b)
eine Leiterplatte 1 mit einem Slavegerät-ASIC10va und/oder einer elektronischen Ablaufsteuerungals Bauelement 12 auf einerLeiterplatte 1 des Slavegerätes10v , - c) eine in- oder externe Hauptstromversorgung, über die die Slavegerät-
10 -Komponenten 12 im Betriebszustand des Slavegerätes10v bzw.des Systems 50 mit elektrischer Energie versorgbar bzw. versorgt sind. - d) Das Slavegerät
10v hat mindestensein elektronisches Speicherbauelement 20 mit einem nichtflüchtigen Speicher. Ein bzw.das Speicherbauelement 20 ist über eine drahtgebundene Speicherzugriffsschnittstelle (Drahtschnittstelle) direkt oder indirekt datenübertragungsseriell mit dem Slave-ASIC10va und/oder einer elektronischen Ablaufsteuerung des Slavegerätes10v verbunden. - e)
Dieses Speicherbauelement 20 hat erfindungsgemäß eine zweite, funk- und antennebasierte Speicherzugriffsschnittstelle (Funkschnittstelle) für einen Sendefrequenzbereich eines Funkmasters von 0,5 bis 2000 GHz als Eingang für den indas Speicherbauelement 20 integrierten Transponder. - f) Das Slavegerät
10v und das Speicherbauelement 20 so gestaltet sind, dass Nichtprozeßdaten, vorzugsweise Produktions- und/oder Identifizierungs-Daten des Slaves und/oder seiner Bestandteile, elektronische Typschilddaten, Slave-Adreßdaten, Konfigurations- und/oder Parametrierungs-Software und/oder -Daten, vom schreib- und/oder leseberechtigten Funkmaster 40 über eine Luftstrecke und diese Funkschnittstelle datenseriell in dessen nichtflüchtigen Speicher bzw. einen seiner Speicherbereiche geschrieben werden können bzw. geschrieben sind. - g)
Das Speicherbauelement 20 hat neben einem Arbiter eine integrierte Hilfsstromversorgung. Diese ermöglicht esdem Speicherbauelement 20 im Zusammenspiel mit der Antenne des Slavegerätes10v , dass unabhängig vom Zustand „Fehlende Betriebsspannung“ hinsichtlich der Hauptstromstromversorgung des Speicherbauelementes20 und/oder des Slavegerätes10 über die Luftstrecke derFunkschnittstelle das Speicherbauelement 20 mit soviel elektrischer Antenne-Energie aus der Sendeenergie des in der Nähe des Slavegerätes10v befindlichen Funkmasters 40 versorgt werden kann bzw. versorgt ist, dass diese Nichtprozeßdaten in den nichtflüchtigen Speicher schreiben und/oder ausgelesen werden können. Dies setzt voraus, dass derFunkmaster 40 vom Slavegerät10v über diese Funkstrecke die Genehmigung zum Schreiben und/oder Auslesen erhalten hat. - h) Nichtprozeßdaten, die
vom Funkmaster 40 erhalten und eingelesen wurden, können zumindest vom Slave-ASIC10va über diese Drahtschnittstelle des Speicherbauelementes20 , vorzugsweise auch über die Kommunikationsleitung, im betriebsfähigen Zustand des Slave-ASICs10va und/oder des Slavegerätes10v datenseriell ausgelesen werden. Dazu ist der Slavegerät-ASIC10va als Masterund das Speicherbauelement 20 als Slave eines Master-Slave-Datenbusses ausgebildet. Standardisierte und etablierte, preiswerte Systeme sind vorzugsweise: RS232, SPI, SCI oder IIC/I2C. Da zur Erfüllung von Aufgaben des Slavegerätes10v ein Mikroprozessor oder ein Mikrocontroller aufgrund seiner sehr guten Preis-Leistungsverhältnisses vorteilhaft einsetzbar ist, kann dieser gleichzeitig auch als Master dieses Master-Slave-Bussystems eingesetzt werden. Vorteilhaft ist es natürlich, wenn auch derMaster 30m des Single-Master-Slave-Systems 50 diese Nichtprozeßdaten erhalten kann bzw. auf Anforderung erhält. Da bei relativ einfachen Single-Master-Systemen bzw. solchen der unteren Stufen der Preisdruck groß ist, ist es sinnvoll, dass das der Funkübertragung,dem Funkmaster 40 und der Funkschnittstelle und dem Transponder zugrundeliegende Protokoll bzw. System nicht mit dem des Single-Master-Systems oder des Master-Slave-Datenbusses identisch ist, d. h. das systemverschiedene Protokolle bzw. Standards verwendet bzw. implementiert sind. Dadurch ist es möglich etablierte, sehr preiswerte Kommunikationssysteme (bzw. ihre Komponenten und ICs) wie RFID oder NFC einzusetzen. Sehr vorteilhaft ist ein enstprechendes Handy mit einem derartigenFunkmaster 40 .
The slave device
- a) a connection for connection to the communication line and
- b) a
circuit board 1 with a slave ASIC10VA and / or an electronic sequence control as acomponent 12 on acircuit board 1 of the slave device10v . - c) an internal or external main power supply via which the
slave device 10 components 12 in the operating state of the slave device10v or thesystem 50 be supplied or supplied with electrical energy. - d) The slave device
10v has at least oneelectronic memory device 20 with a non-volatile memory. A or thememory device 20 is directly or indirectly data transfer serial with the slave ASIC via a wired memory access interface (wire interface)10VA and / or an electronic sequence control of the slave device10v connected. - e) This
memory device 20 according to the invention has a second, radio- and antenna-based memory access interface (radio interface) for a transmission frequency range of a radio master from 0.5 to 2000 GHz as the input for the memory device in thememory 20 integrated transponder. - f) The slave device
10v and thememory device 20 are designed so that non-process data, preferably production and / or identification data of the slave and / or its components, electronic nameplate data, slave address data, configuration and / or parameterization software and / or data, from write and / or orreadable radio master 40 can be written in the non-volatile memory or one of its memory areas via an air gap and this radio interface data serial. - g) The
memory device 20 has an integrated auxiliary power supply in addition to an arbiter. This allows thememory device 20 in interaction with the antenna of the slave device10v in that regardless of the state "missing operating voltage" in terms of Main power supply of thememory device 20 and / or theslave device 10 over the air gap of the radio interface, thememory device 20 with so much electrical antenna energy from the transmission energy of the near the slave device10v locatedFunkmasters 40 can be supplied or is supplied that this non-process data write to the non-volatile memory and / or can be read. This assumes that theradio master 40 from the slave device10v has received the authorization to write and / or read out via this radio link. - h) Non-process data collected by the
radio master 40 received and read in, at least from the slave ASIC10VA over this wire interface of thememory device 20 , preferably also via the communication line, in the operable state of the slave ASICs10VA and / or the slave device10v be read out data-serial. This is the slave ASIC10VA as the master and thememory device 20 designed as a slave of a master-slave data bus. Standardized and established low cost systems are preferably: RS232, SPI, SCI or IIC / I2C. Because to accomplish tasks of the slave device10v a microprocessor or a microcontroller due to its very good price-performance ratio can be advantageously used, this can also be used as the master of this master-slave bus system. It is advantageous, of course, although themaster 30m of the single-master-slave system 50 This non-process data can be obtained or received on request. Since in relatively simple single-master systems or those of the lower levels of the price pressure is great, it makes sense that the radio transmission, theradio master 40 and the radio interface and the transponder underlying protocol or system is not identical to that of the single-master system or the master-slave data bus, ie the system-different protocols or standards are used or implemented. This makes it possible to use established, very inexpensive communication systems (or their components and ICs) such as RFID or NFC. Very advantageous is a enstprechendes phone with such aradio mast 40 ,
Besonders lohnenswert ist der Einsatz der Erfindung bei Single-Master-Slave-Systemen und/oder Sensor-Aktor-Systemen mit Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, insbesondere IO-Link, und Sensor-Aktor-Netzwerken, besonders ASi, da die Datenübertragungsrate vom Master zum Slave zumindest für Nichtprozeßdaten relativ gering ist. Durch die Erfindung kann u. a. eine hohe Nichtprozeßdatenübertragungsrate erzielt werden, insbesondere, wenn etablierte Systeme wie RFID oder NFC verwendet sind. Hier ist es günstig, wenn mehrere auf der Leiterplatte
Für die Überwachung des Systems bzw. der ASi-Signales auf der ASi-Leitung sind teure Sicherheitsmonitorgeräte bekannt. Durch die Erfindung ist es möglich, Sicherheitsmonitor-Daten, Zustands-, Überwachungs- und/oder Diagnose-Daten durch das Slavegerät
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass wenn das Speicherbauelement
- a) Senden von trägerwellebasierten, modulierten Signalen des maximal 30–50 cm, vorzugsweise nur 10–20 cm, von der Antenne des Funkslaves bzw. Transponders des Slavegerätes
10v entfernten Schreib-Lese-Gerätes (Funkmaster40 ) an den Funkslave mit einer Trägerfrequenz im Bereich von 0,5 bis 2000 GHz. Um nicht in der Nähe angeordnete Slavegeräte10 anzusprechen, weist derFunkmaster 40 als auchdas Slavegerät 10 entsprechende Kommunikations-Frequenzen, Verfahren- und -Sendeleistungen nd Gerätgestaltungen auf, so dass derFunkmaster 40 nur bis zu einer maximalen Funkslave-Entfernung von 30–50 cm, vorzugsweise von nur 10–20 cm, Nichtprozeßdaten in den nichtflüchtigen Speicher des Speicherbauelementes schreiben und/oder lesen kann, - b) Umwandlung der Sendeenergie der Trägerwelle in elektrische Energie
durch das Speicherbauelement 20 für den Betrieb des Speicherbauelementes20 einschließlich des Empfangens und Modulierens von Nichtprozeßdaten vom bzw.zum Funkmaster 40 , ggf. auch zum Senden dieser Nichtprozeßdaten; - c) Dekodieren der Sendesignale des Funkmasters
40 durch den Transponder des Speicherbauelementes20 , - d) Rücksendung von Signalen des Funkslaves bzw. Transponders an
den Funkmaster 40 allein mithilfe der vom Speicherbauelement20 empfangenen transformierten Sendeenergie desFunkmasters 40 ; - e) Schreiben von Nichtprozeßdaten
durch den Funkmaster 40 in den nichtflüchtigen Speicher desSpeicherbauelementes 20 , sofern der Funkmaster seine Schreibberechtigung für dieses Speicherbauelement20 erkannt hat bzw. diese ihm vom Speicherbauelement mittels dieser Rücksendesignale übermittelt wurde; - f) Auslesen aller oder eines Teils dieser Nichtprozeßdaten durch den Slave-ASIC bzw.
durch den IC 1m bzw.den Mikrocontroller 1m bzw.den Mikroprozessor 1m im betriebsbereiten Zustand (Betriebsspannung bzw. Hauptversorgungsspannung vorhanden) mittels seines Busmasters über dessen Busleitungen. Sehr günstig ist es, wenn das System und seine Komponenten so gestaltet bzw. eingestellt sind, dass auch drahtserielles Auslesen aller oder eines Teils dieser Nichtprozeßdaten durchden Master 30m möglich ist. Besonders geeignet sind etablierte, relativ preiswerte Kommunikationscerfahren wie RFID- und NFC-Verfahren.
- a) transmission of carrier wave-based, modulated signals of maximum 30-50 cm, preferably only 10-20 cm, from the antenna of the radio slaves or transponder of the slave device
10v remote read-write device (Funkmaster40 ) at the radio slave with a carrier frequency in the range of 0.5 to 2000 GHz. Not aroundnearby slave devices 10 to address, the Funkmaster points40 as well as theslave device 10 corresponding communication frequencies, process and -Sendeleistungen nd device designs on, so that theradio master 40 write and / or read non-process data into the non-volatile memory of the memory device only up to a maximum wireless distance of 30-50 cm, preferably only 10-20 cm, - b) conversion of the transmission energy of the carrier wave into electrical energy by the
memory device 20 for the operation of thememory device 20 including receiving and modulating non-process data to and from theradio master 40 , possibly also for sending this non-process data; - c) decoding the transmission signals of the
radio master 40 through the transponder of thememory component 20 . - d) Returning signals from the radio slaves or transponder to the
radio master 40 solely by using thememory device 20 received transformed transmission energy of theradio master 40 ; - e) writing non-process data by the
radio master 40 in the nonvolatile memory of thememory device 20 , provided the Funkmaster its write permission for thismemory device 20 has detected or this has been transmitted to him from the memory device by means of these return signals; - f) read all or part of this non-process data by the slave ASIC or by the
IC 1m or themicrocontroller 1m or themicroprocessor 1m in the ready state (operating voltage or main supply voltage available) via its bus master via its bus lines. It is very advantageous if the system and its components are designed or set such that even wire-serial read-out of all or part of this non-process data by themaster 30m is possible. Particularly suitable are established, relatively inexpensive communication methods such as RFID and NFC methods.
Hier ist die Anwendung der Antenne-Steuerschalter-basierten Kurzschluß-Modulation des vom Funkmaster
Die neue, bezüglich des Transponder-Speicherbauelementes
- a) Produktionsdaten zuordnen:
Die Seriennummern können sofort nach PCB-Bestückung vergeben und in das Vor-Gerät (Leiterplatte, Platine) mittels des Funkmasters
40 geschrieben werden. Die Chargeninformationen und Firmware-Stände können bei den weiteren Produktionsschritten ebenso dort abgelegt bzw. aktualisiert werden. - b) Produktions- bzw. Herstellungsdaten-Verfolgung:
Seriennummern und andere Produktdaten sind während des gesamten Produktlebenslaufes einfach auslesbar. Im Lager des Herstellers oder auch bei dessen Kunden sind die Daten auch durch die Verpackung hindurch erfassbar. Vor dem Versand kann bei Bedarf die Seriennummer durch die Verpackung hindurch gelesen und im Lieferschein festgehalten werden. Nach dem Einbau der Slavegeräte in eine Anlage können die
Nichtprozeßdaten vom Master 30m , vorzugsweise ASi- oder IO-Link-Master 30m , über die Verbindungsleitung gescannt und die verbauten Slavegeräte10 und auch deren Komponenten einschließlich der Soft- und Hardwareversionen dokumentiert werden. Bei der Untersuchung von Rückläufern können die Produktionsdaten ausgewertet werden, selbst wenn die (ASi-)Slavegerät-Anschaltung bzw. das (ASi-)Slavegerät10v nicht mehr funktionstüchtig sein sollte. In diesem Zusammenhang können auch Fälschungen identifiziert werden. Bei Rückruf-Aktionen können Kunden gezielt angesprochen werden, eventuell kann der Kunde aus seiner Anlagendokumentation genau den Einbauort des auszutauschenden Gerätes ermitteln. Die bisherigen Adressierung des ASi-Slaves und Inbetriebnahme sowie Konfiguration ist recht aufwändig bzw. umständlich. Insbesondere weitere ASi-Entwicklungen könnten bzw. werden ggf. injedem Slavegerät 10 eine eindeutige Seriennummer, Herstellerkennung, Gerätebauart und andere Informationen zur Verfügung stellen. Hier ist die frühe Hinterlegung der Seriennummer und/oder der Typschilddaten sehr vorteilhaft. - c) Gerätsoftware-/Firmware-aktualisierung: Bei geringem Firmwareumfang kann die Firmware über diese Schnittstelle in das Gerät übertragen werden, ohne das ein Minimalbetriebssystem oder ein Programmieradapter entwickelt werden muss. Solche Geräte könnten auch in der Verpackung auf einen neuen Firmwarestand gebracht werden. Alternativ bietet diese Schnittstelle auch die Möglichkeit, Geräte durch Download von Parametersätzen kurz vor der Auslieferung in eine kundenspezifische Gerätevariante zu verwandeln.
- d) Fälschungsschutz und Manipulationsschutz:
Durch verschlüsselte Seriennummern und Prüfsummen lassen sich Fälschungen erkennen. Diese Prüfung kann mit dieser Schnittstelle im Lager als auch über die SPS des Anlagenbauers in der Maschine erfolgen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass immer qualitativ und funktional passende Slavegeräte
10v im Austauschfall verwendet werden. Bei Rückläufern können ebenso Fälschungen erkannt werden, oft sogar wenn Teile des Gerätes nicht mehr funktionstüchtig sind. Zusätzlich lassen sich durch einen ähnlichen Mechanismus Passworte vorgeben, die eine Modifikation des Slavegerätes10v über den Master 30m bzw. ASi oder IO-Link (z.B. bei Fernwartung) nur dann erlauben, wenn dies vorher lokal am Slavegerät10v über die neue Funk-Schnittstelle freigegeben wurde. - e) Diagnose: Die zweikanalige Schnittstelle erlaubt es, jederzeit die Version der programmierten Firmware und andere Produktionsdaten drahtgebunden datenseriell über das IC (Microcontroller oder Mikroprozessor) oder das Slave-ASIC sowie drahtlos über Funk mittels des RFID- oder NFC-Schreib-Lese-
Gerätes 40 auszulesen. Dies gilt auch für Slavegeräte mit hoher Schutzart, ohne dass diese geöffnet werden müssen. Meldungen und Zustände, die beim Betrieb des Slavegerätes10v anfallen, können remanent gespeichert und später ausgelesen werden, auch nach einem Slavegerät-10v -Defekt, fallsdas Speicherbauelement 20 unbeschädigt ist. - f) Kommunikationsparameter:
Die ASi-Adresse des Gerätes
10v kann auch ohne ASi-Spannungsversorgung über die ASi-Leitung (Verbindungskabel) Versorgung ausgelesen und verändert werden. Bei Slavegeräten10v mit mehreren ASi-Adressen (Multi-Slave-Geräten) können die Adressen aufgrund der Unabhängigkeit vom ASi Protokoll ohne Verfahrenstricks eingestellt oder verändert werden. Zusätzlich können Typschilddaten bzw. Betriebsmittelkennzeichen (BMKZ) und andere Parameter eingestellt werden. Gleiches gilt auch für ähnliche Single-Master-Slave-Systeme 50 - g) Slavegerät-
10v -Parameter: Kundenspezifische Slavegeräte10v können über die zusätzliche Daten-Schnittstelle in Form der (RFID-/NFC-)Luftschnittstelle21 in der Produktion, oder auch kurz vor Auslieferung, durch Laden von speziellen Parametern, erzeugt werden. Die Einstellung neuer Parameter vor Ort kann ohneTrennung vom Master 30m bzw. Feldbus bzw. Sensor-Aktor-Netzwerk lokal erfolgen, sodass eine manuelle Bedienschnittstelle, z.B. Drucktasten-12e - oder Potentiometer-12e -Bedienung im/am Gerät, oft nicht mehr benötigt wird. Diese drahtlose Einstellung und Prüfung der Parameter ist auch bei Slavegeräten10v mit hoher Schutzart und Verguss möglich. Durch ein Betriebsmittelkennzeichen (BMKZ) kann der Anwender den Einbauort im Gerät dokumentieren. Speziell bei zukünftigen ASi-Entwicklungen kann dieses Merkmal sehr sinnvoll sein, da dieses System die BMKZ beim ASi-Feldbus-Abtastung für alle Slaves bzw. Slavegeräte10v auslesen und dokumentieren kann. - h) Varianten erzeugen:
Bei Slavegeräten
10v mit textueller Benutzerschnittstelle kann eine selten verwendete darzustellende Landessprache über diese Schnittstelle hineingeladen werden. Kunden können Parametersets über diese Schnittstelle auslesen und immer wieder Kopien dieser Datensätze in ihre Geräte einspielen (z.B. in Serienmaschinen).
- a) Assign production data: The serial numbers can be assigned immediately after PCB assembly and into the pre-device (circuit board, circuit board) by means of the
radio master 40 to be written. The batch information and firmware versions can also be stored or updated there during the further production steps. - b) Production or production data tracking: Serial numbers and other product data are easy to read throughout the life of the product. In the warehouse of the manufacturer or his customers, the data can also be detected through the packaging. Before shipment, if necessary, the serial number can be read through the packaging and recorded in the delivery note. After installing the slave devices in a system, the non-process data from the
master 30m , preferably ASi or IO-Link master 30m , scanned via the connection line and the built-inslave devices 10 and also their components, including the software and hardware versions, are documented. When examining returns, the production data can be evaluated, even if the (ASi) slave device interface or the (ASi) slave device10v should no longer be functional. In this context, counterfeits can also be identified. In the case of recall actions, customers can be addressed in a targeted manner; the customer may be able to determine exactly the installation location of the device to be replaced from his plant documentation. The previous addressing of the ASi slave and commissioning and configuration is quite complicated or cumbersome. In particular, further ASi developments could possibly be in each slave device10 a unique serial number, vendor ID, device type, and other information put. Here, the early deposit of the serial number and / or the nameplate data is very advantageous. - c) Device software / firmware update: If the firmware is low, the firmware can be transferred to the device via this interface without the need to develop a minimum operating system or programming adapter. Such devices could also be brought to a new firmware level in the packaging. Alternatively, this interface also offers the possibility of converting devices into a customer-specific device variant by downloading parameter sets shortly before delivery.
- d) Protection against counterfeiting and manipulation: Counterfeits can be identified by encrypted serial numbers and checksums. This check can be carried out with this interface in the warehouse as well as via the PLC of the system manufacturer in the machine. This ensures that always quality and functionally compatible slave devices
10v be used in case of replacement. With returnees, counterfeits can also be detected, often even if parts of the device are no longer functional. In addition, passwords can be specified by a similar mechanism, which is a modification of the slave device10v about themaster 30m or ASi or IO-Link (eg for remote maintenance) only if this is possible locally on the slave device10v was released via the new wireless interface. - e) Diagnosis: The dual-channel interface makes it possible at any time, the version of the programmed firmware and other production data wired data serial via the IC (microcontroller or microprocessor) or the slave ASIC and wirelessly via radio using the RFID or NFC read-
write device 40 read. This also applies to slave devices with a high degree of protection without having to open them. Messages and states that occur during operation of the slave device10v can be stored remanently and read later, even after a slave device.10v Defect if thememory device 20 undamaged. - f) Communication Parameters: The ASi address of the device
10v can also be read and changed without ASi power supply via the ASi cable (connection cable) supply. At slave devices10v With several ASi addresses (multi-slave devices), the addresses can be set or changed without process tricks due to their independence from the ASi protocol. In addition, type plate data or device identifier (BMKZ) and other parameters can be set. The same applies to similar single-master-slave systems 50 - g) slave device
10v Parameters: Custom Slave Devices10v can via the additional data interface in the form of the (RFID / NFC) air interface21 be produced in the production, or shortly before delivery, by loading special parameters. The setting of new on-site parameters can be done without separation from themaster 30m or fieldbus or sensor / actor network locally, so that a manual operating interface, eg push-button12e - or potentiometer-12e -Operation in / on the device, often no longer needed. This wireless setting and testing of the parameters is also available with slave devices10v with high degree of protection and encapsulation possible. A device identifier (BMKZ) enables the user to document the installation location in the device. This feature can be very useful for future ASi developments, as this system is the BMKZ for ASi fieldbus sampling for all slaves or slave devices10v can read and document. - h) Create variants: For slave devices
10v Textual user interfaces allow a rarely used national language to be displayed via this interface. Customers can read out parameter sets via this interface and repeatedly import copies of these data sets into their devices (eg in series machines).
Zusammenfassend sind hier noch einmal die Vorteile der Erfindung aufgelistet: Die Nichtprozeßdaten in Form der Sensorgerät- und/oder Leiterplatte-
Das manuelle oder mechanische Anbringen der Betriebsmittelkennzeichen durch den Anlagenbauer bei der Montage der Anlage am Gerät kann entfallen, weil es durch ein preiswertes elektronisches Anbringen abgelöst wird. Zukünftig kann diese Information zusätzlich bei einem weiterentwickelten ASi-System bei der Feststellung des Systemzustandes des ASi-Slavegerätes
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Leiterplatte (Bestückungsleiterplatte) mit bestückten und gelöteten bzw. kontaktierten Bauelementen, Komponenten, Unterleiterplatten und/oder BaugruppenPrinted circuit board (assembly board) with assembled and soldered or contacted components, components, sub-boards and / or assemblies
- 1h1h
- Hauptleiterplatte Main board
- 1m1m
- Mikroprozessor oder Mikrocontroller oder ein IC in Form eines Mikroprozessors oder Mikrocontrollers,Microprocessor or microcontroller or an IC in the form of a microprocessor or microcontroller,
- 10v10v
-
Slavegerät mit einem in- oder externen Sensor und/oder Aktor, dessen Prozeßdaten (Sensor-Messdaten bzw. Aktor-Steuerdaten) zwischen Master
30m und Slavegerät10 im betriebsbereiten Zustand übertragen werden könnenSlave device with an internal or external sensor and / or actuator, whose process data (sensor measurement data or actuator control data) is betweenmaster 30m andslave device 10 can be transmitted in the ready state - 10va10VA
- Slave-ASIC Slave ASIC
- 1212
-
Bauelemente bzw. Komponenten im oder am Sensorgerät
10 und/oder auf der Leiterplatte1 ,1h des Sensorgerätes10 Components or components in or on thesensor device 10 and / or on thecircuit board 1 .1h of thesensor device 10 - 12a12a
- Anzeigebauelement wie LCD-/LED-Display, LED, LED-Balkenanzeige u.Ä. Display component such as LCD / LED display, LED, LED bar display, etc.
- 12e12e
- Einstellbauelement wie Potentiometer, Taster oder Schalter o.Ä. Adjustment component such as potentiometer, pushbutton or switch o.Ä.
- 2020
- Speicherbauelement (ASIC) Memory device (ASIC)
- 3030
-
Steuergerät, vorzugsweise SPS oder Master eines Single-Master-Bussystems, vorzugsweise eines IO-Link oder ASi- oder Sensor-Aktor-Netzwerkes, das über ein Kabel mit dem Sensorgerät
10 bzw. dem Slavegerät10v verbindbar istControl unit, preferably PLC or master of a single-master bus system, preferably an IO-Link or ASi or sensor-actuator network, via a cable to thesensor device 10 or the slave device10v is connectable - 30m30m
- Master eines Single-Master-Systems Master of a single-master system
- 4040
- Funkmaster Funkmaster
- 5050
- Single-Master-Slave-System Single master slave system
- 50a50a
- ASi als Single-Master-Slave-System ASi as a single-master-slave system
- 50i50i
- IO-Link-System als Single-Master-Slave-System IO-Link system as a single-master-slave system
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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