DE102013216564A1

DE102013216564A1 - Verfahren zur Erkennung einer Doppeladressierung von Slaves in einem Master-Slave-Bussystem

Info

Publication number: DE102013216564A1
Application number: DE102013216564.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gohr; Bernd Füßl
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2015-02-26
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: DE102013216564B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Erkennung einer Doppeladressierung von Slaves in einem Master-Slave Bussystem, erzeugt der Master M im Testfall ein inverses Bussignal IBS am primären Bussegment pBS, das das vom ersten Slave S1 erwartete Antwortsignal teilweise auslöscht und damit der Repeater R ein Antwortsignal von einem am sekundären Bussegment angeschlossenen zweiten Slaves S1´, der die gleiche Busadresse AD1 aufweist, zuerst sieht und damit die Übertragung dieses Antwortsignals in Richtung des primären Bussegment pBS ermöglicht, wodurch es zu einer Überlagerung der Antwortsignale der Slaves S1 und S1´ im primären Bussegment kommt, die als Doppeladressvergabe im primären Bussegment detektierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Doppeladressierung von Slaves in einem Master-Slave-System gemäß dem Anspruch 1.
Bussysteme werden in vielfacher Weise in der Automatisierungstechnik sowohl in der Fertigungsautomatisierung wie auch in der Prozessautomatisierung eingesetzt. Sie dienen dazu Informationen von Sensoren an Steuerungen weiterzuleiten bzw. Aktoren über Steuerungen anzusteuern. Häufig sind die Steuerungen mit übergeordneten Bussystemen verbunden, die teilweise an Firmennetzwerke (TCP/IP Protokollfamilie) angeschlossen sind.
Beispiele für derartige Bussysteme sind Profibus, Foundation Fieldbus, Interbus und insbesondere auch der ASi-Bus. ASi steht für Aktor-Sensor-Interface. Nähere Angaben zu diesem Bussystem findet man in „ASi das Aktor-Sensor-Interface für die Automation, Professor Dr. W. Kriesel und Dr. O. W. Madelung, Hanser-Verlag München Wien 1994 bzw. „AS-Interface die Lösung in der Automation" herausgegeben von der AS-International Association 2002.
Insbesondere das ASi-Bussystem basiert auf dem Master-Slave-Prinzip, bei dem der Master die an die Busleitung angeschlossenen Slaves zyklisch über ein Mastertelegramm abfrägt (cyclic polling) und die Slaves mit einem entsprechenden Slavetelegramm antworten. Die Reaktionszeit des Bussystems liegt dabei unter 5 Millisekunden. Die maximale Anzahl der an die Busleitung anschließbaren Slaves beträgt 31 im Normalmodus bzw. 62 in einem erweiterten Modus.
Ein wichtiger Aspekt bei dem ASi-Bussystem besteht darin, dass die Datenübertragung und die Stromversorgung der Slaves über die gleiche Leitung (Zweidrahtleitung) erfolgen.
Die maximale Kabellänge eines Busstrangs beträgt 100 Meter. Mit Hilfe von sogenannten Repeatern ist eine Verlängerung des Bus-Systems auf 300 Meter möglich. Dabei trennt ein Repeater den Busstrang in zwei galvanisch getrennte Segmente. Ein Repeater kann immer nur in eine Richtung Daten übertragen. Deshalb ist im Repeater eine Richtungsselektionseinheit vorgesehen, die die Datenübertragungsrichtung für ein gewisses Zeitintervall festlegt. Bei Telegrammkollisionen wird die Datenübertragungsrichtung durch das am Repeater früher ankommende Telegramm definiert, das dann in das andere Bussegment übertragen wird.
Für die Kommunikation mit dem Master wird jedem Slave eine eigene Adresse zugewiesen. Bei der Inbetriebnahme bzw. bei einer Erweiterung des Bussystems kann nie ausgeschlossen werden, dass eine Adresse doppelt vergeben wird.
Bei einer doppelt vergebenen Adresse einer sogenannten Doppeladressvergabe ist die Prozess-Sicherheit unter Umständen nicht mehr gewährleistet, da Prozesswerte falsch interpretiert werden können.
Es sind verschiedene Verfahren zur Erkennung einer Doppeladressierung von Slaves in einem Master-Slave-Bussystem bereits bekannt. So ist aus der EP 1 312 991 eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Doppeladresserkennung bekannt, bei dem eine Überlagerung von Antwortsignalen zweier Slaves, die bei einer Doppeladressvergabe auftritt, als erhöhtes Stromsignal ermittelt wird. Weiterhin ist aus der EP 2 000 866 eine Überwachungseinrichtung zur Erkennung des Zustandes eines Busses bekannt, die ebenfalls zur Detektion einer Doppeladressierung von Slaves dient.
In verschiedenen auf dem Markt befindlichen ASi-Mastern sind derartige Verfahren zur Doppeladresserkennung bereits implementiert.
Diese bekannten Verfahren zur Doppeladresserkennung funktionieren grundsätzlich nur, wenn die beiden Slaves mit der gleichen Adresse am selben Bussegment angeschlossen sind.
Bei einem Bussystem, dass aus zwei Bussegmenten besteht, einem primären Bussegment (mit Master) und einem sekundären Bussegment, die über einen Repeater miteinander verbunden sind, sind verschiedene Fälle für eine doppelt vergebene Slave Adresse möglich:

A) Beide Slaves mit der gleichen Adresse befinden sich im primären Bussegement
B) Beide Slaves mit der gleichen Adresse befinden sich im sekundären Bussegement
C) Die beiden Slaves mit der gleichen Adresse befinden sich in unterschiedlichen Bussegmenten

Eine herkömmliche Doppeladresserkennung im Master ist nur im Fall A möglich.
Im Fall B könnte die doppelte Adressvergabe im sekundären Bussegement detektiert werden. Hierzu müsste eine zusätzliche separate Einheit zur Doppeladresserkennung im sekundären Bussegment angeordnet werden. Die Information dieser zusätzlichen separaten Einheit müsste aber dann vom sekundären Bussegement zum Master übertragen werden. Diese Einheit würde außerdem eine separate Busadresse benötigen.
Diese Möglichkeit mit einer separaten Einheit im sekundären Bussegement ist aufwendig und teuer. Die Anzahl der Busadressen ist begrenzt und freie Busadressen stehen nicht immer zur Verfügung, so dass diese Möglichkeit bei manchen Bussystemen prinzipiell ausgeschlossen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren zur Erkennung einer Doppeladressierung von Slaves in einem Master-Slave-Bussystem anzugeben, bei dem sich die beiden Slaves in unterschiedlichen Bussegementen befinden und das einfach und kostengünstig realisierbar ist
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass der Master im Testfall ein zusätzliches Bussignal erzeugt, das das erwartete Antwortsignal von einem Slave im primären Bussegment teilweise auslöscht und damit dem Repeater ermöglicht, das Antwortsignal des zweiten Slaves mit der gleichen Adresse, der sich im sekundären Bussegment befindet, in das primäre Bussegment zu übertragen wobei es zu einer Überlagerung von Slavetelegrammen bzw. Antwortsignalen im primären Bussegment kommt. Diese Überlagerung kann mit herkömmlichen Vorrichtungen bzw. Verfahren zur Doppeladresserkennung einfach detektiert werden.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 Master-Slave-Bussystem mit zwei Bussegmenten in schematischer Darstellung
2 Blockdiagramm eines Repeaters
3 Signale auf einer Busleitung mit der korrespondierenden digitalen Informationen
4 Blockdarstellung eines ASi-Slaves
1 zeigt ein typisches ASi-Bussystem. Eine Steuerung (zum Beispiel der AS-i Controller AC14XX, der Firma ifm electronic gmbh), die als Master M dient, ist über eine Busleitung BL mit mehreren Slaves S1 bis S5 verbunden. Bei der Busleitung BL handelt es sich um eine Zweidrahtleitung über die neben dem Datenaustausch auch die Versorgung der an die Busleitung BL angeschlossenen Slaves erfolgt. Für die Versorgung der Slaves dient ein spezielles ASi-Netzteil (ASi- Power supply). Beispiele für die Slaves sind induktive Näherungsschalter (z.B. Firma ifm electronic gmbh AC2310).
Die Slaves S1 bis S5 sind in einem primären Bussegment PBS angeordnet. Das Bussystem besteht noch aus einem sekundären Bussegment SBS, dass über einen Repeater R mit dem primären Bussegment PBS verbunden ist. Der Repeater R trennt die beiden Bussegmente galvanisch, deshalb ist im sekundären Bussegment SBS ein weiteres Netzteil PS´ zur Versorgung der Slaves S1´ bis S5´ notwendig. In 2 ist ein Blockschaltbild eines Repeaters R dargestellt. Die beiden Leitungen ASi+ und ASi- auf der linken Seite sind mit der Busleitung BL des primären Bussegments pBS verbunden. Die beiden Busleitungen ASi+ und ASi– auf der rechten Seite sind mit der Busleitung BL des sekundären Bussegments sBS verbunden. Die galvanische Trennung zwischen den beiden Bussegmenten ist als gestrichelte Linie dargestellt.
Die Signalübertragung zwischen den beiden Bussegmenten erfolgt optisch mittels mehrerer Optokoppler. Die Übertragungsrichtung wird von einer Richtungsselektionseinheit D definiert. Bussignale können jeweils nur in eine Richtung vom Repeater R übertragen werden. Der Repeater arbeitet nach dem first come, first served Prinzip, dies bedeutet, dass bei Telegrammkollisionen am Repeater immer das erste am Repeater R anliegende Telegramm (Bussignal) die Übertragungsrichtung bestimmt. Der Repeater R verursacht eine zeitliche Verzögerung von etwa 7 µsec bei der Signalübertragung.
In 3 sind schematisch Signale dargestellt, die der Sendebitfolge 0010 entsprechen. Diese Sendebitfolge ist ganz oben dargestellt. In der zweiten Reihe ist die entsprechende Manchaster codierte Sendebitfolge dargestellt. In der dritten Reihe ist der entsprechende Sendestrom, der durch Lastmodulation im Sender generiert wird, dargestellt. Das Maximum des Sendestroms beträgt etwa 60 mA. In der vierten Reihe sind die dem Stromsignal entsprechende Spannungsimpulsen dargestellt. Die Spannungsmaxima liegen ca. bei +/– 2 Volt.
4 zeigt ein ASi-Slave als Blockdiagramm. Die Busleitung ASi+ und ASi– sind intern mit der Stromversorgung mit einem Sender und einem Empfänger verbunden, die beide an eine Ablaufsteuerung angeschlossen sind. Zur Speicherung von Daten dient ein nicht flüchtiger Speicher. Der Slave weist weiterhin mehrere Ein/Ausgänge zum Beispiel digitale Eingänge D für Daten und Parameterausgänge P auf.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Vorab wird jedoch noch anhand 5a darauf eingegangen, wie sich der zeitliche Verlauf der Telegramme bzw. der Bussignale primär- und sekundärseitig darstellt, wenn zwei Slaves S1 und S1´ mit der gleichen Adresse vom Master M angesprochen werden. Der Master sendet ein Mastertelegramm von einer bestimmten Länge. Der Repeater R überträgt das Mastertelegramm zum sekundären Bussegment mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung. Dadurch erscheint das Mastertelegramm im sekundären Bussegment etwas verzögert. Da der primärseitige Slave S1 das Mastertelegramm früher erhält als der sekundärseitige Slave S1´ antwortet der primäre Slave S1´ entsprechend früher.
Wie bereits erwähnt, wird bei Telegrammkollisionen die Datenübertragungsrichtung, durch das früher ankommende Telegramm, in diesem Fall das Slavetelegramm des Slaves S1, definiert.
Deshalb schaltet die Richtungsselektionseinheit D die Datenübertragungseinrichtung von primär nach sekundär und das Slavetelegramm des Slaves S1 wird vom primären Bussegment zum sekundären Bussegment übertragen.
Da der Slave S1´ verzögert antwortet, kann dessen Slavetelegramm vom Repeater nicht zum primären Bussegment übertragen werden. Es wird quasi vom Repeater abgeblockt. Der Master „hört“ nur die Slaveantwort des Slaves S1.
Nur im sekundären Bussegement kommt es zu einer teilweisen Überlagerung der Telegramme der beiden Slaves S1 und S1´.
Damit ist eine Doppeladresserkennung nur im sekundären Bussegment möglich, da sich nur dort die Antwortsignale überlagern. Eine Doppeladresserkennung im primären Bussegment würde keine Doppeladressierung erkennen.
Der zeitliche Verlauf der Telegramme bzw. Bussignale gemäß der Erfindung ist nachfolgend erläutert. Der Master sendet ein Mastertelegramm MT an eine bestimmte Slaveadresse AD1. Zwei Slaves S1 und S1´ mit der gleichen Adresse AD1 befinden sich in den beiden Bussegementen pBS und sBS. Aufgrund der Funktion des Repeaters wird das Mastertelegramm MT etwas verzögert auf das sekundäre Bussegment übertragen.
Beide Slaves S1 und S1´ versuchen das Mastertelegramm MT zu beantworten. Im bereits oben erwähnten Normalfall erreicht immer nur das Antworttelegramm ATS1 des Slaves S1 den Master M, der somit keine Doppeladressvergabe feststellen kann.
Erfindungsgemäß generiert der Master M ein inverses Bussignal IBS das zumindest den Anfang des Bussignals BS d. h. der Slaveantwort (Antworttelegramm ATS1) auslöscht. Das inverse Bussignal IBS überlagert sich mit dem eigentlichen Bussignal BS der Slaveantwort und löscht dieses dadurch teilweise aus. Trotz der Slaveantwort des Slaves S1 ist der Signalpegel am primären Bussegment für eine kurze Zeitspanne kleiner ca. 1 Vss. Dieser Signalpegel wird vom Repeater nicht als Slave-Antwort interpretiert.
Antwortet der sekundärseitige Slave S1´ während dieser Zeitspanne, so sieht der Repeater dessen Antwortsignal ATS´ scheinbar früher und schaltet so die Übertragungsrichtung von sekundär nach primär. Das gesamte Antwortsignal ATS´ des Slaves S1´ wird somit zum primären Bussegment pBS übertragen.
Hier kommt es nunmehr zu einer Überlagerung von Bussignalen nämlich dem Antwortsignal ATS´ des Slaves S1´ und der „verstümmelten“ Antwort ATS1 des Slaves S1, die mit herkömmlichen Methoden detektiert werden kann.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es somit in einfacher Weise möglich eine Doppeladresserkennung zu realisieren, die neben dem Fall A auch für den Fall C geeignet ist. Die bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen im Master M können weiterhin zur Doppeladresserkennung benutzt werden.
Das inverse Bussignal IBS kann folgendermaßen erzeugt werden. Der Busstrom, d. h. die Last am Bus wird so langsam erhöht, dass keine ASi auswertbaren Spannungsimpulse am Bus detektiert werden 5c Zur Auslöschung von Bussignalen kann die Last entsprechend schnell verringert und wieder erhöht werden.
Denkbar ist es, das zu einer Slaveantwort gehörende Bussignal im Master abzutasten und durch eine entsprechende Ansteuerung einer Last ein entsprechendes inverses Bussignal zu erzeugen, das die Slaveantwort teilweise auslöscht.
Durch die zumindest teilweise Überlagerung der Slaveantworten im Bussegment BS1 kann somit im Bussegment ein herkömmliches Verfahren zur Doppeladressvergabe verwendet werden, um feststellen zu können, ob eine Slaveadresse doppelt vergeben wurde. Derartige Vorrichtungen bzw. Verfahren sind für das ASi-Bussystem z. B. in der EP 1312991 oder in der DE 102007025852 angegeben.
In bestimmten Fällen erscheint es, dass durch die Überlagerung der Slaveantworten eine gegenüber typischen Slaveantworten quasi verlängerte Slaveantwort generiert wird. Die Verlängerung beträgt ca. 2bit-Zeiten/2x Verzögerungszeit pro Repeater. Diese Verlängerung kann vom Master M ebenfalls einfach detektiert werden.
Dier Erfindung ist nicht nur für das ASi Bussystem geeignet, sondern auch für andere Bussysteme, die mittels selbstgesteuerten Repeater erweitert werden. Repeater generieren einen Zeitverzug bei der Telegrammübertragung.
Das Verfahren funktioniert auch, wenn das Bussystem mehrere Repeater aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1312991 [0009, 0044]
EP 2000866 [0009]
DE 102007025852 [0044]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„ASi das Aktor-Sensor-Interface für die Automation, Professor Dr. W. Kriesel und Dr. O. W. Madelung, Hanser-Verlag München Wien 1994 [0003]
„AS-Interface die Lösung in der Automation“ herausgegeben von der AS-International Association 2002 [0003]

Claims

Verfahren zur Erkennung einer Doppeladressierung von Slaves in einem Master-Slave Bussystem, wobei das Bussystem einem zur Busverlängerung und zur galvanischen Trennung dienenden Repeater R, der zwischen einem primären Bussegment pBS und einem sekundären Bussegment sBS angeordnet ist, aufweist und der Bussignale zwischen den beiden Bussegmenten mit einer zeitlichen Verzögerung überträgt, wobei im Repeater eine Richtungsselektionseinheit D vorgesehen ist, die die Übertragungsrichtung des Repeaters nach dem Prinzip „fist come first served“ definiert, dadurch gekennzeichnet, dass der an das primäre Bussegment pBS angeschlossene Master M ein Mastertelegramm an einen am primären Bussegment pBS angeschlossenen ersten Slave S1 mit einer ersten Slave-Adresse AD1 sendet und dass im Testfall der Master M ein inverses Bussignal IBS am primären Bussegment pBS erzeugt, das das vom ersten Slave S1 erwartete Antwortsignal teilweise auslöscht und damit der Repeater R ein Antwortsignal von einem am sekundären Bussegment angeschlossenen zweiten Slaves S1´, der die gleiche Busadresse AD1 aufweist, zuerst sieht und damit die Übertragung dieses Antwortsignals in Richtung des primären Bussegment pBS ermöglicht, wodurch es zu einer Überlagerung der Antwortsignale der Slaves S1 und S1´ im primären Bussegment pBS kommt, die als Doppeladressvergabe im primären Bussegment pBS detektierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bussystem ein ASi-Bussystem ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Überlagerung der beiden Antwortsignale im primären Bussegment pBS das Bussignal gegen dem erwarteten Antwortsignal des ersten Slaves mehr Bits aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Überlagerung der beiden Antwortsignale das Bussignal gegenüber dem erwarteten Antwortsignal des ersten Slaves einen höheren Signalpegel aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem mehrere Repeater aufweist, wobei der Sekundärbus des näher am Master M liegender Repeaters gleichzeitig den Primärbus für den folgenden Repeater darstellt.